Proses Replikasi DNA.

Pengertian Deoxyribonucleic acid, DNA. DNA merupakan polimer besar yang tersusun atas unit-unit nukleotida yang berulang-ulang. Setiap nukleotida tersusun atas gugus fosfat, gula pentosa, dan basa nitrogen. Gugus fosfat berfungsi menghubungkan antara molekul gula yang satu dan molekul gula yang lain.

Gula pentosa pada nukleotida merupakan gula deoksiribosa karena salah satu atom C-nya kehilangan gugus OH. Molekul gula ini terikat pada basa nitrogen.

DNA dapat menentukan sifat genetik suatu individu karena setiap makhluk hidup mempunyai urutan pasangan basa yang spesifik dan berbeda dengan yang lain. Perbedaan urutan pasangan basa antarindividu dapat dilihat pada saat sequence (proses pengurutan basa) dalam analisis DNA.

DNA dapat berfungsi sebagai heterokatalitik (mensintesis molekul lain seperti RNA) dan otokatalitik (replikasi diri).

DNA dapat berfungsi sebagai heterokatalis, artinya DNA dapat menyintesis molekul lain, membentuk RNA. Selain itu, DNA juga berfungsi sebagai autokatalitik, artinya DNA mampu membentuk dirinya sendiri.

Dengan fungsi otokatalitik, DNA dapat memperbanyak diri melalui suatu proses yang dinamakan replikasi. Proses replikasi DNA akan menghasilkan rantai DNA baru yang sama. DNA juga dapat menghasilkan rantai RNA baru melalui proses transkripsi.

Kemampuan memperbanyak diri merupakan ciri makhluk Hidup yang dapat diamati hingga tingkat molekuler, yakni perbanyakan materi genetis melalui replikasi. Proses ini memerlukan bahan baku deoksiribonukleotida, enzim, dan nukleotida.

Replikasi diawali dengan terbukanya pilinan dan pemisahan rantai oleh enzim helikase sehingga terbentuk dua rantai tunggal. Kedua rantai tersebut berfungsi sebagai cetakan DNA baru dengan bantuan enzim DNA polimerase.

Ada tiga hipotesis yang menjelaskan terjadinya replikasi DNA.

Teori Hipotesis Konservatif

Hipotesis pertama menyatakan bahwa bentuk double helix DNA yang lama tetap dan langsung menghasilkan double helix yang baru disebut konservatif.

Teori replikasi konservatif menjelaskan bahwa DNA induk tidak mengalami perubahan apapun, lalu urutan basa basa nitrogennya disalin sehingga terbentuk dua rantai DNA yang sama persis.

Teori Hipotesis Dispersif

Hipotesis kedua menyatakan double helix akan terputus- putus, selanjutnya segmen- segmen tersebut akan membentuk segmensegmen baru yang bergabung dengan segmen lama membentuk DNA baru.

Pada Teori replikasi dispersive dijelaskan bahwa DNA induk terpotong -potong, kemudian potongan -potongan tersebut merangkai diri menjadi dua buah DNA baru yang mempunyai urutan basa- basa nitrogen sama persis seperti urutan basa nitrogen semula.

Teori Hipotesis Semikonservatif.

Hipotesis ketiga menyatakan dua pita spiral dari double helix memisahkan diri dan setiap pita tunggal mencetak pita pasangannya disebut semikonservatif.

Teori replikasi semikonservatif menjelaskan pada saat akan mengadakan replikasi kedua, rantai polinukleotida akan memisahkan diri sehingga basa -basa nitrogen tidak berpasang pasangan.

Nukleotida bebas mengandung basa nitrogen yang bersesuaian akan menempatkan diri berpasangan dengan basa nitrogen dari kedua rantai DNA induk, sehingga terbentuk dua buah DNA yang sama persis.

Dari ketiga hipotesis tersebut, hipotesis semikonservatif lebih banyak diterima oleh para ilmuwan dalam menjelaskan replikasi DNA. Beberapa penelitian pun memperkuat hipotesis semikonservatif sebagai mekanisme replikasi DNA.

Tahap Mekanisme Replikasi DNA

Replikasi diawali dengan terbukanya pilinan dan pemisahan rantai oleh enzim helikase sehingga terbentuk dua rantai tunggal. Kedua rantai tersebut berfungsi sebagai cetakan DNA baru.

Perlu diperhatikan bahwa terdapat satu sifat DNA double heliks yang memengaruhi replikasi, yakni kedua rantai DNA bersifat antiparalel. Artinya, ikatan gula-fosfat kedua rantai berlawanan arah. Satu Rantai DNA memiliki arah ikatan rantai gula-fosfat 5’ – 3’ dan yang satunya 3’ – 5’.

Kedua rantai DNA membentuk pasangan rantai 3’ – 5’ yaitu pasangan rantai DNA antara gugus fosfat yang berikatan pada karbon nomor 5’ dengan gugus fosfat yang berikatan pada karbon 3’.

Gambar berikut menjelaskan dengan cara sederhana ikatan antara dua rantai DNA yang memiliki arah ikatan gugus gula – fosfat berlawanan.

Pasangan Rantai Double Helix DNA
Pasangan Rantai Double Helix DNA

Pada gambar terlihat bahwa Terdapat gugus fosfat yang berikatan pada karbon nomor 3′ atau nomor 5′. Hasilnya terdapat dua buah rantai DNA dengan arah ikatan berbeda. Satu rantai DNA memiliki rantai arah 3’ – 5’ dan satunya lagi rantai DNA dengan arah 5’ – 3’.

Ketika rantai DNA induk dipisah oleh enzim DNA helicase maka terbentuk dua rantai DNA baru yang berbeda arah. Rantai DNA arah 3’ – 5’ disebut Leading Strand, sedangkan Rantai DNA arah 5’ – 3’ disebut Lagging Strand. Kedua rantai ini menjadi cetakan untuk rantai DNA baru.

Pemisahan Rantai Double Helix Oleh Enzim Helicase DNA Replikasi
Pemisahan Rantai Double Helix Oleh Enzim Helicase DNA Replikasi

Pembentukan rantai DNA baru pada leading strand akan berlangsung secara kontinu tanpa putus. Sedangkan pembentukan rantai DNA baru pada lagging strand berlangsung secara diskontinu terputus putus.

Replikasi DNA Leading Strand

Pembentukan rantai DNA baru selalu terjadi pada arah 5’ – 3’ dan tidak pernah sebaliknya. Sehingga pembentukan rantai DNA baru secara kontinu terjadi pada rantai DNA induk yang memiliki arah ikatan gula-fosfat 3’ – 5’ yaitu pada leading strand.

Tahap Replikasi DNA Leading Strand
Tahap Replikasi DNA Leading Strand

Pembentukan rantai baru DNA dimulai dengan terbentuknya RNA primer yang dibantu oleh enzim RNA Primase. Dilanjut pembentukan rantai DNA oleh enzim DNA polymerase. Pada leading strand, DNA polimerase mampu mensintesis DNA baru dengan arah 5′ ke 3′ tanpa terputus.

Replikasi DNA Lagging Strand

Sedangkan Rantai DNA diskontinu akan terbentuk pada rantai DNA induk yang memiliki arah ikatan gula – fosfat 5’ – 3’yaitu pada lagging strand. Sehingga pembentukan rantai DNA baru berlawanan dengan arah pada rantai DNA kontinu. Hal ini menyebabkan rantai DNA baru yang terbentuk menjadi terputus- putus.

Tahap Replikasi DNA Lagging Strand
Tahap Replikasi DNA Lagging Strand

Pembentukan rantai DNA baru pada lagging strand diawali dengan pembentukan RNA primer oleh enzim RNA primase dan diteruskan oleh DNA polymerase membentuk fragmen DNA yang disebut fragmen Okazaki.

RNA primer dikonversi menjadi DNA dengan bantuan DNA polymerase. Tahap berikutnya adalah enzim ligase menutup semua gap yang terbentuk antara fragmen Okazaki. Akhirnya terbentuk rantai DNA baru yang utuh tanpa terputus.

Faktor Yang Mempengaruhi Proses Replikasi DNA

Proses replikasi ini memerlukan deoksiribonukleosida fosfat dan beberapa enzim.

Enzim Nuklease

Enzim nuklease berfungsi menghidrolisis atau memecah rantai ganda polinukleotida menjadi dua rantai tunggal mononukleotida. Enzim polimerase masing masing membentuk rantai baru sebagai pasangan rantai polinukleotida yang telah terpisah sehingga terbentuk dua rantai DNA yang baru.

Enzim Helikase

Enzim Helikase ini berfungsi menghidrolisis rantai ganda polinukleotida menjadi dua rantai tunggal polinukleotida.

Enzim RNA Primase

Enzim RNA Primasi berfungsi untuk membentuk RNA primer pada rantai cetakan DNA.

Enzim Polimerase

Enzim Polimerase berfungsi merangkai rantai- rantai mononukleotida membentuk DNA baru.

Enzim Ligase

Enzim Ligase berfungsi menyambung nukleotida rantai DNA yang baru terbentuk. 

Daftar Pustaka:

  1. Arumingtyas, Laras, Estri. Widyarti, Sri. Rahayu, Sri, 2011, “Biologi Molekular, Prinsip Dasar Analisis”, PT Penerbit Erlangga Jakarta.
  2. Starr, Cecie. Taggart, Ralph. Evers, Christine. Starr, Lisa, 2012, “Biologi Kesatuan dan Keragaman Makhluk Hidup”, Edisi 12, Buku 1, Penerbit Salemba Teknika, Jakarta.
  3. Kimballl, J.W., Siti Soetarmi Tjitro dan Nawangsari Sugiri. 1983, “Biologi”, Jilid 2, Edisi Kelima, Erlangga, Jakarta.
  4. Kimballl, J.W., Siti Soetarmi Tjitro dan Nawangsari Sugiri,1983, “Biologi”, Jilid 1, Edisi Kelima, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  5. Hartanto, L.N., 2004, “Biologi Dasar”, Edisi Ketiga, Penerbit Penebar Swadaya, Yogyakarta.
  6. Schlegel, H.G., 1994, “Mikrobiologi Umum”, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.
  7. Ardra.Biz, 2019, “Pengertian Replikasi DNA dan Proses Replikasi DNA dengan Pengertian Deoxyribonucleic acid DNA beserta Fungsi heterokatalitik DNA dan Fungsi otokatalitik DNA. Susunan unit DNA secara Hipotesisi Replikasi DNA dari Teori Hipotesis Konservatif replikasi DNA.
  8. Ardra.Biz, 2019, “Teori Hipotesis Dispersif Replikasi DNA dan Teori Hipotesis Semikonservatif dengan Mekanisme replikasi DNA dan Faktor Yang Mempengaruhi Proses Replikasi DNA.
  9. Ardra.Biz, 2019, “Yang Menyebabkan Terjadinya Replikasi DNA dengan Fungsi Enzim nuclease pada replikasi DNA dan Fungsi Enzim polymerase pada proses replikasi DNA. Fungsi Enzim Helikase pada replikasi DNA dan Fungsi Enzim Polimerase Pada Replikasi DNA atau Fungsi Enzim Ligase pada replikasi DNA.
  10. Ardra.Biz, 2019, “Fungsi Replikasi DNA, Fragmen Okazaki, Fungsi Enzim RNA primase, Rantai Cetakan DNA, Antiparalel DNA double heliks, Arah rantai DNA 3’ – 5’, Arah ikatan rantai gula-fosfat 5’ – 3’, Gambar Tahapan Replikasi DNA,
  11. Ardra.Biz, 2019, “Lagging Strand Replikasi DNA, Leading Strand Replikasi DNA, Fungsi Lagging Strand Replikasi DNA, Fungsi Leading Strand Replikasi DNA, Replikasi DNA Leading Strand, Replikasi DNA Lagging Strand, Contoh Replikasi DNA,

Tahapan Proses Sintesis Protein. Penjelasan Contoh Soal

Pengertian Sintesis Protein. Sintesis protein adalah proses penerjemahan kode genetic di dalam gen menjadi urutan asam amino. Proses tersebut dikenal dengan ekspresi gen yang berlangsung melalui dua tahap yaitu transkripsi dan translasi.

Dalam proses sintesis protein diperlukan 20 macam asam amino, mRNA dan tRNA sebagai pelaksana, ATP sebagai sumber energi serta enzim RNA polimerase.

Secara garis besar, sintesis protein berlangsung dalam dua tahap, yaitu tahap transkripsi dan tahap translasi.

Transkripsi Sintesis Protein

Transkripsi merupakan proses pencetakan mRNA oleh DNA di dalam nucleus. Saat transkripsi berlangsung terjadi pemindahan informasi genetic dari DNA ke RNA. Transkripsi terjadi dengan bantuan enzim polymerase.

Proses transkripsi, sesuai namanya merupakan proses pencetakan atau penulisan ulang atau menyalin ulang DNA ke dalam mRNA. Proses ini terjadi di dalam nukleus.

Pada tahap ini, setiap basa nitrogen DNA dikodekan ke dalam basa nitrogen RNA. Misalnya, jika urutan basa nitrogen DNA adalah TAC, GGC, ATG dan seterusnya, maka urutan mRNA hasil transkripsi adalah AUG, CCG, UAC, dan seterusnya. Urutan tiga basa nitrogen ini disebut kodon.

Tahap Transkripsi RNA Sintesis Protein
Tahap Transkripsi RNA Sintesis Protein

Tahapan Transkipsi RNA Sintesis Protein

Tahap transkripsi dapat dibagi lagi menjadi tiga tahap, yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi.

Tahap Inisiasi Transkipsi RNA Sintesis Protein

Tahap ini diawali oleh melekatnya enzim RNA polimerase pada rantai atau pita DNA pada titik awal. Daerah ini dinamakan dengan promoter, yakni tempat dimulainya sintesis pasangan DNA oleh mRNA. Pembacaan DNA oleh RNA polimerase ini dimulai dari ujung 5′ menuju ujung 3′ dan tidak pernah sebaliknya.

Tahap Transkripsi RNA Sintesis Protein
Tahap Transkripsi RNA Sintesis Protein

Rantai DNA akan terbuka, akibatnya basa nitrogen pada rantai tersebut menjadi bebas. Basa nitrogen pada salah satu rantai DNA tersebut akan menjadi cetakan mRNA. Rantai DNA ini disebut rantai bermakna atau rantai sense atau sering disebut juga dengan daerah atau rantai templete.

Jadi Rantai sense adalah Rantai DNA yang kodenya disalin. Adapun rantai DNA yang tidak ditranskripsi atau tidak disalin disebut rantai tak bermakna atau antisense.

Tahap Elongasi (pemanjangan) Transkipsi Sintesis Protein

RNA polimerase akan membuka ikatan double helix pada bagian gen yang dikenali dan kemudian akan menyalin urutan basa yang ada pada DNA sense (template) sehingga terbentuk RNA baru.

Enzim RNA polimerase akan terus membentuk mRNA hingga terbentuk rantai mRNA. Rantai mRNA ini akan terus memanjang. Oleh karena itu, tahap ini disebut tahap elongasi.

Translasi Sintesis Protein.

Tahap translasi adalah tahap penerjemahan kode mRNA oleh tRNA ke dalam urutan asam amino. Tahap ini terjadi di dalam sitoplasma dengan bantuan ribosom.

Ribosom merupakan salah satu organel dalam sitoplasma yang berperan dalam sintesis protein. Ribosom terdiri atas dua bagian, yaitu subunit besar dan subunit kecil. Ribosom mengandung protein dan rRNA.

Pada tahap translasi kode genetik atau kodon dari mRNA diterjemahkan menjadi rangkaian asam amino. Kodon merupakan urutan tiga basa nitrogen pada mRNA.

Setiap urutan tiga basa tersebut memiliki arti khusus yang dapat diterjemahkan dalam proses translasi. Urutan tiga basa tersebut dikenal sebagai triplet. Misalnya, AUG CCG dan UAC dan seterusnya.

Kodon pada mRNA dikenali oleh antikodon pada tRNA. Jika urutan triplet pada mRNA adalah AUG CCG dan UAC danseterunya,  maka urutan antikodonya adalah UAC GGC AUG dan seterusnya. Triplet antikodon terletak pada salah satu sisi tRNA. Pada sisi yang lain, tRNA membawa asam amino yang sesuai dengan pesanan kodon.

Tahap Inisiasi Translasi Sintesis Protein

Tahap Translasi dimulai dengan terjadinya ikatan antara mRNA, tRNA inisiator dan ribosom subunit kecil. Molekul tRNA inisiator membawa asam amino pertama. Dalam gambar asam amino yang dibawa adalah metionin.

Tahap Inisiasi Translasi Sintesis Protein
Tahap Inisiasi Translasi Sintesis Protein

Molekul tRNA inisiator ini memiliki anticodon UAC yang merupakan komplemen kodon pertama mRNA yaitu AUG. Gamber berikut menjelaskan awal terjadinya translasi dengan lebih sederhana.

Kodon pertama adalah urutan tiga basa nitrogen pertama yang dimiliki mRNA yang akan berikatan anticodon tRNA inisiator. Kodon Pertama mRNA sering disebut juga dengan kodon star (atau start codon).

Molekul tRNA inisiator adalah tRNA pertama yang akan berikatan dengan mRNA.

Anticodon tRNA adalah urutan tiga basa nitrogen yang dimiliki tRNA yang akan berikatan dengan kodon pertama mRNA.

Tahap berikutnya adalah ribosom subunit besar berikatan dengan ribosom subunit kecil membentuk kompleks translasi. Fase inisiasi ini menjadi sempurna setelah terbentuknya ribosom yang fungsional.

Tahap Inisiasi Translasi Sempurna Sintesis Protein
Tahap Inisiasi Translasi Sempurna Sintesis Protein

Gambar berikut menjelasan dengan cara sederhana tentang tahapan inisiasi translasi sintesis protein.

Tahap Inisiasi Translasi Sintesis Protein
Tahap Inisiasi Translasi Sintesis Protein

Tahap Elongasi Translasi Sintesis Protein

Tahap Elongasi terjadi setelah ikatan antara anticodon tRNA inisiator dengan kodon pertama mRNA selesai. Kemudian tRNA kedua akan berikatan dengan mRNA di kodon kedua.

Misalnya, kodon kedua mRNA adalah CCG, maka mRNA akan berikatan dengan tRNA yang memiliki antikodon komplementernya yaitu GGC. Molekul tRNA ini membawa asam amino Prolin.

Setelah tRNA kedua dan mRNA berikatan, maka Kedua asam amino, yaitu metionin dan prolin, akan berikatan dengan bantuan enzim peptidil transferase.

Setelah metionin dan prolin berikatan, tRNAmet yang awalnya membawa metionin, meninggalkan ribosom. Kemudian, ribosom bergeser pada molekul mRNA sepanjang satu kodon.  Pergerakan ini membuat tRNAprolinl bergerak ke tempat yang ditinggalkan tRNAmet.

Tahap Inisiasi Translasi Sintesis Protein
Tahap Inisiasi Translasi Sintesis Protein

Molekul tRNA ketiga berikatan dengan kodon ketiga mRNA dan membawa asam amino yang ketiga. Proses elongasi ini terus berlangsung untuk mengikatkan asam amino hingga terbentuk rantai polipeptida.

Terminasi Translasi Sintesis Protein

Tahap Translasi selesai ketika ribosom mencapai kodon stop pada mRNA. Kodon stop tidak berikatan dengan tRNA, namun berikatan dengan protein khusus yang disebut release factors (faktor pelepas).

Tahap Terminasi Translasi Sintesis Protein
Tahap Terminasi Translasi Sintesis Protein

Faktor Pelepas menghentikan translasi dan menghidrolisis ikatan antara asam amino terakhir pada rantai polipeptida baru dan tRNA-nya

Daftar Pustaka:

  1. Starr, Cecie. Taggart, Ralph. Evers, Christine. Starr, Lisa, 2012, “Biologi Kesatuan dan Keragaman Makhluk Hidup”, Edisi 12, Buku 1, Penerbit Salemba Teknika, Jakarta.
  2. Kimballl, J.W., Siti Soetarmi Tjitro dan Nawangsari Sugiri,1983, “Biologi”, Jilid 1, Edisi Kelima, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  3. Kimballl, J.W., Siti Soetarmi Tjitro dan Nawangsari Sugiri. 1983, “Biologi”, Jilid 2, Edisi Kelima, Erlangga, Jakarta.
  4. Schlegel, H.G., 1994, “Mikrobiologi Umum”, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.
  5. Arumingtyas, Laras, Estri. Widyarti, Sri. Rahayu, Sri, 2011, “Biologi Molekular, Prinsip Dasar Analisis”, PT Penerbit Erlangga Jakarta.
  6. Hartanto, L.N., 2004, “Biologi Dasar”, Edisi Ketiga, Penerbit Penebar Swadaya, Yogyakarta.
  7. Ardra.Biz, 2019,  “Fungsi rna polymerase sebagai enzim polymerase dalam sintesis protein. Adapaun fungsi trna dalam asam amino dan protein selama tahapan proses sintesis protein.
  8. Ardra.Biz, 2019, “Urutan sintesis protein dan tahapan serta mekanisme beserta tahap tahap transkripsi dna, Proses transkripsi dan langkah langkah sintesis protein serta penjelaskan proses tempat sintesis.
  9. Ardra.Biz, 2019, “Bagan dan bagaimana mekanisme sintesis protein dalam sel. Biosintesis  protein, mekanisme replikasi dna, anabolisme protein, urutan proses pembentukan protein. peran dna, pembentukan protein, sintesis dna,
  10. Ardra.Biz, 2019, “Proses terjadinya sintesis protein, biosintesis asam amino, sintesis polipeptida, proses transkripsi pada tempat terjadinya sintesis dan berjalannya proses transkripsi dna dengan 5 tahapan sintesis protein, replikasi dna terjadi pada tahap
  11. Ardra.Biz, 2019 “Mekanisme Sintesis Protein, Jenis Asam Amino Sintesis Protein, Jenis RNA sintesis protein, Energi Sintesis Protein, Enzim Sintesis Protein, Tahap Sintesis Protein, tahap transkripsi sintesis protein,  tahap translasi,
  12. Ardra.Biz, 2019, “Tahap Transkripsi Sintesis Protein, tempat terjadi sintesis protein, Tempat terjadi tahap transkripsi RNA, Pengertian dan Contoh basa nitrogen DNA, Fungsi mRNA, Pengertian dan Contoh kodon mRNA, Pengertian anticodon, urutan tiga basa nitrogen tRNA,
  13. Ardra.Biz, 2019, “Transkipsi RNA Sintesis Protein, Tahap Inisiasi Transkipsi RNA Sintesis Protein, Fungsi promoter mRNA, Fungsi enzim RNA polymerase, Anzim transkripsi RNA sintesis protein,  Gambar Transkripsi RNA, Pengertian Contoh rantai sense,
  14. Ardra.Biz, 2019, “Rantai antisense DNA, rantai templete DNA, Rantai cetakan mRNA, Antikodon tRNA, Tahap Elongasi (pemanjangan) Transkipsi Sintesis Protein, Enzim Yang buka ikatan double helix, Tahap Terminasi Transkipsi Sintesis Protein, Fungsi terminator mRNA, Tahap Translasi Sintesis Protein,
  15. Ardra.Biz, 2019, “Jenis Ribosom, Kandungan ribosom, Fungsi tRNA, Fungsi tRNA inisiator, Fungsi ribosom subunit kecil, Pembawa asam amino sintesis protein,  Tahap Inisiasi Translasi Sintesis Protein, Asam amino metionin, anticodon tRNA inisiator,
  16. Ardra.Biz, 2019, “Fungsi kodon pertama mRNA, Pengertian kodon star (atau start codon), Kodon pertama mRNA, Tahap Elongasi Translasi Sintesis Protein, Fungsi enzim peptidil transferase, Ikatan metionin dan prolin, rantai polipeptida sintesis protein,
  17. Ardra.Biz, 2019, “Terminasi Translasi Sintesis Protein, Kodon stop mRNA, Fungsi dan Contoh Kodon Stop, Fungsi  release factors (faktor pelepas), Enzim Stop Terminasi,