MAKALAH ASAM NUKLEATBIOLOGI MOLEKULAR

LUCIA PURNAWATI (1206212496)MIRANTI (1206242523)SHARIMA UMAYA (1206212325)TIARA FEBRIANI (1206262140)YOSIA MARSINO (1206248426)

DEPOK

Struktur Asam Nukleat

Nama: Sharima UmayaNPM: 1206212325Jurusan: Teknologi Bioproses

ABSTRAK

Pada manusia serta organisme lain, asam nukleat merupakan pembawa informasi genetik. Asam nukleat terdapat di dalam inti sel dan menopang seluruh proses kehidupan dalam tubuh. Asam nukleat secara umum terbagi menjadi dua, yaitu DNA (deoxyribonucleid acid) dan RNA (ribonucleid acid). Struktur dari DNA maupun RNA, terdiri atas basa nitrogen dan gula pentose (ribose). Namun yang membedakan antara keduanya terutama di bagian komponen gula pentose nya. Pada RNA, gula pentose nya adalah ribose sedangkan pada DNA, gula pentose nya adalah gula 2-deoksiribosa. Perbedaan lainnya adalah pada komposisi basa nitrogen nya, terutama pada bagian pirimidin. Pada pirimidin di DNA, pirimidin terdiri atas Cytosine (C) dan Thymine (T) sedangkan di RNA tidak terdapat Thymine (T) dan sebagai gantinya terdapat Uracil (U). Selain itu, perbedaan yang menonjol adalah pada gugus fosfat. Pada RNA, tidak seperti DNA tidak terdapat gugus fosfat.

KATA KUNCI

Asam nukleat, nukleotida, nukleosida, DNA, RNA, double helix, ikatan fosfodiester, sekuens

SUB BAHASAN I: NUKLEOTIDA DAN NUKLEOSIDA

Struktur paling dasar dalam membentuk DNA dan RNA adalah ikatan antara gula dengan basa nitrogen yang disebut nukleosida. Nukleosida apabila berikatan dengan gugus fosfat disebut nukleotida. Nukleotida dan nukleosida merupakan komponen organik yang memiliki peranan penting dalam metabolisme. Nukleotida pada DNA berikatan satu sama lain membentuk rantai panjang yang memiliki pasangan. Rantai panjang ini membentuk pita berpilin yang biasa dikenal dengan istilah double helix. Sedangkan, pada RNA, nukleotida berikatan satu sama lain membentuk polinukleotida yang berukuran pendek dan berupa rantai tunggal. Gambar 1. Struktur nukleotida dan nukleosida. Nukleosida tersusun atas basa nitrogen dan gula pentose. Nukleosida yang berikatan dengan gugus fosfat disebut nukleotida

Nukleotida pembentuk DNA disebut deoksiribunonukleotida. Deoksiribunonukleotida adalah nukleotida yang berikatan dengan gula deoksiribosa sebanyak 4 macam sesuai dengan jenis basa nitrogen:1. Deoksidenosinmonofosfat / dAMP (basa nitrogen adenine)1. Deoksiguanosinmonofosfat / dGMP (basa nitrogen guanine)1. Timidinmonofosfat / TMP (basa nitrogen timin)1. Deoksisitidinmonofosfat / dCMP (basa nitrogen cytosine)

Nukleotida pembentuk RNA disebut ribonukleotida. Ribonukleotida adalah nukleotida yang berikatan dengan gula ribose. Ribonukleotida terdiri atas 4 macam sesuai dengan jenis basa nitrogen:1. Adenosinmonofosfat / AMP (basa nitrogen adenine)1. Guanosinmonofosfat / GMP (basa nitrogen guanine)1. Uridinmonofosfat / UMP (basa nitrogen uracil)1. Sitidinmonofosfat / CMP (basa nitrogen cytosine)

Gambar 2. Basa purin dan pirimidin pada DNA/RNAYang membedakan antara DNA dan RNA adalah pada bagian pirimidin, dimana pada DNA, Guanine (G) berikatan dengan Thymine (T) sedangkan pada RNA, G berikatan dengan Uracil (U)

Fungsi dari nukleotida antara lain sebagai monomer dari asam nukleat yang membentuk DNA dan RNA; sebagai molekul carrier untuk molekul intermediet teraktivasi yang terlibat dalam sintesis karbohidrat, protein dan lipid; sebagai komponen struktur berbagai koenzim seperti koenzim A, FAD, NAD+, dan NADP+ dan juga sebagai molekul regulator dalam berbagai jalur intermediet metabolisme, yaitu sebagai inhibitor atau activator enzim-enzim kunci dalam jalur metabolisme.

SUB BAHASAN II: IKATAN FOSFODIESTERPada asam nukleat, terdapat ikatan glikosidik yang menghubungkan antara gula pentose dengan basa nitrogen serta terdapat ikatan kovalen melalui gugus fosfat yang menghubungkan antara gugus hidroksil (OH) pada posisi 5 gula pentose dan gugus hidroksil pada posisi 3 gula pentose pada nukleotida berikutnya yang disebut ikatan fosfodiester. Ikatan ini dinamakan ikatan fosfodiester karena secara kimia, gugus fosfat di ikatan tersebut berada dalam bentuk diester.

Gambar 3. Ikatan fosfodiester pada asam nukleatIkatan fosfodiester menghubungkan antara gula pada suatu nukleotida dengan gula pada nukleotida berikutnya sehingga terbentuk suatu rantai polinukleotida yang masing-masingnya dihubungkan oleh ikatan fosfodiester. Rantai polinukleotida pada asam nukleat memiliki dua ujung, ujung yang satu berupa gugus fosfat yang terikat pada posisi 5 gula pentose dan ujung yang lainnya berupa gugus hidroksil yang terikat pada posisi 3 gula pentose.

SUB BAHASAN III: SEKUENS ASAM NUKLEAT

Gambar 4. Sekuens asam nukleat yang menunjukkan spesifitas suatu molekul asam nukleat. Urutan yang dihasilkan dari huruf-huruf tersebut menunjukkan sifat yang berbeda

Sekuens yang dimaksud adalah urutan basa nitrogen pada asam nukleat yang menentukan spesifitas suatu molekul asam nukleat. Pada DNA, urutan basa nitrogen dinyatakan dengan huruf G, A, C, T sedangkan pada RNA, urutan basa nitrogen dinyatakan dengan huruf G, A, C, U.

Pada umumnya, sekuens asam nukleat ditandai dengan posisi gula pentose di 5 dan posisi gula pentose di 3 pada ujung yang lain. Karena asam nukleat normalnya berbentuk polimer yang linear (tidak bercabang), spesifitas dari urutan basa nitrogen juga menentukan bentuk kovalen dari molekul secara keseluruhan. Maka dari itu, sekuens dari asam nukleat juga menamakan struktur primer dari suatu molekul.

SUB BAHASAN IV: STRUKTUR DOUBLE HELIX DNA

DNA adalah suatu asam nukleat yang menyimpan segala informasi biologis yang unik dari makhluk hidup. DNA terletak pada inti sel dalam suatu makhluk hidup. Secara sederhana, DNA merupakan penyimpan segala macam informasi yang ada pada makhluk hidup. Di dalam sebuah sel, DNA berperan sebagai materi genetic dimana DNA menyimpan cetak biru bagi segala aktivitas yang berjalan dalam sel di makhluk hidup. DNA juga menentukan bagaimana sifat organisme, diturunkan dari satu generasi ke generasi berikutnya.

Pada tahun 1953, berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh Watson dan Crick, menyimpulkan interpretasi dari struktur kristal DNA. Kedua peneliti tersebut menyimpulkan hal-hal sebagai berikut: 1. Double helix terdiri dari dua polinukleotida1. Basa nitrogen berada di dalam heliks1. Basa dari dua polinukleotida berinteraksi melalui ikatan hydrogen1. Terdapat 10 basa dalam satu putaran heliks1. Kedua rantai polinukleotida adalah antiparallel1. Double helix berputar ke arah kanan

Gambar 5. Interpretasi struktur kristal DNA hasil dari percobaan dua penemu, Watson dan Crick yang dilakukan pada tahun 1953

DNA sendiri merupakan polimer yang terdiri atas tiga komponen utama, yakni: Gugus fosfat, gula deoksiribosa, dan basa nitrogen. Sebuah unit monomer DNA disebut nukleotida seperti yang sudah dijelaskan pada sub bahasan sebelumnya.

DNA secara alami memiliki struktur tangga berpilin atau lebih dikenal dengan istilah double helix. Selain struktur primer yakni DNA pada umumnya, dimana DNA merupakan double helix yang terdiri atas dua rantai polinukleotida yang saling memilin menghasilkan bentuk spiral dengan arah ke kanan, struktur double helix DNA dalam sel makhluk hidup secara structural terdapat yang disebut struktur sekunder dan tersier.

Pada struktur DNA sekunder, terdapat tipe DNA bentuk A, bentuk B dan bentuk Z. Ketiga struktur tersebut memiliki karakteristik yang satu sama lainnya berbeda. DNA yang dominan ditemukan pada makhluk hidup adalah DNA tipe B, sesuai dengan model yang ditemukan oleh Watson dan Crick. Perbedaan ketiga tipe DNA tersebut dapat dilihat pada tabel berikut:

Ciri-Ciri DNA B DNA A DNA Z

Tipe helixBerpilin ke kananBerpilin ke kananBerpilin ke kiri

Diameter helical (nm)2,372,551,84

Jarak antara dua pasangan basa (nm)0,340,290,37

Jarak antara dua pasangan basa dalam satu pilinan (nm)3,43,24,5

Jumlah pasangan basa dalam satu pilinan101112

Topologi lekukan mayorLebar, dalamSempit, dalam Rata

Topologi lekukan minorSempit, tidak dalamDangkal, lebarSempit, dalam

Tabel 1: Perbedaan konformasi dan ciri-ciri dari double helix DNA

Gambar 6. Struktur DNA sekunder yang terdiri atas berturut-turut DNA bentuk A, DNA bentuk B dan DNA bentuk Z

Untuk gambar dari struktur DNA sekunder, dapat diamati pada gambar 6 diatas.

Pada struktur DNA tersier, terdapat berbagai macam struktur DNA yang mungkin ditemukan dalam sel, yaitu superkoil dan sirkuler.

Gambar 7. Struktur tersier DNA yang terdiri atas bentuk superkoil dan bentuk sirkuler

Struktur superkoil pada gambar . 7 diatas, merupakan model DNA kromosomal. Pada double helix DNA, setiap 10 bp dapat terjadi puntiran antara kedua rantai DNA membentuk struktur superkoil. Bentuk superkoil sendiri terdapat dua jenis, yakni superkoil positif dan superkoil negative. Pada superkoil negative, tekanan puntirannya lebih tinggi ketimbang superkoil positif. Bentuk superkoil membuat ikatan pada DNA lebih erat dan lebih mudah mengendap selama proses sentrifugasi dibandingkan dengan DNA yang non superkoil.

Struktur DNA sirkuler berbentuk bulat biasanya ditemukan dalam bentuk sirkuler yang terbuka (open circular). Namun, terdapat pula struktur DNA dengan sirkuler tertutup yang terjadi dengan bantuan ikatan kovalen.

SUB BAHASAN V: STRUKTUR MOLEKUL RNA

RNA merupakan hasil transkripsi dari suatu fragmen DNA. Tidak seperti DNA yang biasa dijumpai pada inti sel, RNA biasa ditemukan di sitoplasma terutama di ribosom.

Struktur Secara umum, yang membedakan antara struktur molekul RNA dengan DNA adalah rangkaian polimer RNA yang lebih pendek daripada DNA. Dari segi penamaan, DNA merupakan rantai polinukleotida yang terpilin ganda sedangkan RNA merupakan rantai polinukleotida yang pendek dan tunggal. Struktur utama dari RNA terdiri atas rantai tunggal nukleotida. Dalam RNA, terdapat ratusan modifikasi nukleotida yang berbeda, dan efeknya bervariasi terdantung pada jenis molekul RNA. Ada beberapa tingkatan struktur dalam RNA, yaitu struktur primer, struktur sekunder, struktur tersier dan struktur kuartener.

Struktur primer dari nukleotida biasanya terdiri atas rantai tunggal nukleotida, yang belum termodifikasi. Nukleotida yang dimodifikasi dengan RNA, dengan menambah maupun mengurangi atom kea tau dari nukleotida asli untuk mengubah sifat nukleotida menyebabkan terdapatnya beberapa tingkatan struktur dalam RNA.

Struktur sekunder RNA dengan DNA terbentuk dengan cara yang kurang lebih sama. Nukleotida mengikat bersama menjadi suatu pasangan basa, lalu memberikan molekul secara keseluruhan, Yang membedakan diantara keduanya, adalah bagaimana pembentukan struktur sekunder RNA. Pada basa nitrogen di RNA, Adenine (A) menginat Uracil (U), bukan Thymine (T). Selain itu, struktur sekunder RNA jarang yang berbentuk double helix seperti DNA. Struktur sekunder RNA biasanya membentuk berbagai lilitan tertentu, tonjolan serta jenis helix yang sejajar. Struktur sekunder RNA juga pada umumnya lebih rumit apabila dibandingkan dengan double helix DNA. Gambar 8. Struktur sekunder RNA

Berikutnya adalah struktur tersier RNA. Struktur tersier RNA memungkinkan suatu molekul untuk membentuk lipatan dengan konfigurasi penuh. Berdasarkan struktur tersier nya, molekul RNA memiliki fungsi-fungsi tertentu yang satu sama lainnya berbeda. Misal, molekul non coding RNA (ncRNA) yang mampu melayani berbagai tujuan, dan penemuan aplikasi biologis. Salah satu kelas ncRNA disebut ribozim, yakni enzim RNA yang dapat mengkatalis reaksi biokimia seperti yang dilakukan enzim protein. Kelas lain yakni riboswitches yang mengontrol ekspresi gen dengan cara beralih gen dan mematikan gen berdasarkan lingkungannya. Gambar 9. Struktur tersier RNA

Lalu yang terakhir terdapat struktur kuartener RNA. Struktur kuartener RNA memiliki peran penting dalam makromolekul tertentu seperti ribosom, yang berfungsi untuk membangun protein dalam sel. Agar rantai RNA tersusun secara kuartener, rantai tersebut harus tersusun bersamaan untuk membentuk struktur konglomerasi baru, tidak sekadar bergabung kemudian rantainya terpisah kembali.Struktur kuartener RNA dibandingkan dengan struktur lain dalam proses pembentukannya paling lambat mengingat struktur kuartener memanglah struktur yang peling kompleks dibandingkan dengan struktur RNA lainnya.

Di dalam sel eukariot, terdapat jenis RNA berdasarkan variasi struktur dan fungsinya. Ketiganya adakah messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA), dan ribosomal RNA (rRNA). Masing-masing jenis memiliki peranan yang berbeda. mRNA berfungsi sebagai molekul perantara yang membawa informasi genetic pada DNA ke ribosom. tRNA berperan untuk membaca urutan nukleotida dalam mRNA kemudian mengalihkannya ke urutan asam amino sehingga dapat tersusun rantai polipeptida berupa protein sesuai yang diharapkan oleh gen. Jenis yang terakhir, yaitu rRNA memiliki peran enzimatik selama proses sintesis protein.

Gambar 11. Jenis-jenis RNA berturut-turut: tRNA, rRNA dan mRNA

SUB BAHASAN VI: SIFAT-SIFAT FISIKA DAN KIMIA ASAM NUKLEAT

1. Pengaruh pH

Dalam keadaan asam, misalnya apabila asam nukleat diletakkan dalam asam pekat yang memiliki suhu tinggi seperti HClO4, asam nukleat mengalami hidrolisis menjadi berbagai macam komponen. Namun apabila diletakkan dalam asam yang lebih encer, hanya ikatan glikosilik antara gula dan basa purin yang mengalami pemutusan sehingga asam nukleat bersifat apurinik. Kondisi apurunik adalah kondisi dimana tidak terdapat basa purin.

Asam nukleat yang berada dalam kondisi basa akan mengalami perubahan status tautometrik. Tautometrik adalah keadaan dimana struktur dari suatu molekul identic baik bentuk maupun posisi.

1. Stabilitas asam nukleat

Penentu dari stabilitas struktur asam nukleat terletak pada interaksi penempatan antara pasangan-pasangan basa. Permukaan dari basa, terutama yang bersifat hidrofobik menyebabkan molekul-molekul air dikeluarkan dari sela-sela perpasangan sehingga perpasangan yang ada semakin stabil. Ikatan hydrogen tidak berpengaruh terhadap stabilitas dari asam nukleat, melainkan hanya menentukan spesifitas perpasangan basa.

1. Viskositas asam nukleat

DNA merupakan molekul yang berbentuk tipis memanjang dan relatif kaku. Sehingga secara viskositas, larutan DNA akan memiliki viskositas yang tinggi. Viskositas yang tinggi pada DNA menyebabkan DNA sangat rentan terhadap fragmentasi fisik dan hal ini menimbulkan permasalahan ketika hendak mengisolasi DNA yang berada dalam bentuk utuh.

1. Pengaruh suhu

Suhu dapat menyebabkan perubahan struktur asam nukleat yakni terpisahnya ikatan dari double helix menjadi single helix. Temperatur yang tinggi dapat menyebabkan perubahan struktur tersebut bahkan dapat menyebabkan struktur asam nukleat mengalami denaturasi.

1. Pengaruh konsentrasi

Pada konsentrasi relatif tinggi, senyawa-senyawa seperti urea (CO(NH2)2) dan formamide (COHNH2) dapat merusak ikatan hydrogen yang berada pada asam nukleat. Karena konsentrasi yang relatif tinggi, stabilitas struktur sekunder asam nukleat menjadi berkurang dan menyebabkan rantai asam nukleat ganda mengalami denaturasi.

1. Kerapatan apung asam nukleat

Kerapatan apung atau lebih dikenal dengan istilah buoyant density yang dimiliki oleh DNA dapat digunakan untuk menganalisis dan memurnikan DNA tersebut.

RINGKASAN

Struktur paling dasar dalam membentuk asam nukleat adalah DNA dan RNA. Baik DNA maupun RNA tersusun atas ikatan antara gula dengan basa nitrogen yang disebut nukleosida. Nukleosida yang berikatan dengan gugus fosfat disebut nukleotida.

Pada asam nukleat, terdapat ikatan glikosidik yang menghubungkan antara gula pentose dengan basa nitrogen serta ikatan kovalen yang dinamakan ikatan fosfodiester dimana ikatan tersebut menghubungkan antara gugus hidroksil (OH) pada posisi 5 gula pentose dan gugus hidroksil pada posisi 3 gula pentose pada nukleotida berikutnya

DNA adalah suatu asam nukleat yang menyimpan segala informasi biologis yang unik dari makhluk hidup. DNA selain pada struktur primernya juga terdapat struktur sekunder yakni yang berbentuk DNA A, DNA B dan DNA Z serta struktur tersier yang terdiri dari bentuk superkoil dan sirkuler.

RNA merupakan hasil transkripsi dari suatu fragmen DNA. Tidak seperti DNA yang biasa dijumpai pada inti sel, RNA biasa ditemukan di sitoplasma terutama di ribosom. RNA secara struktur selain struktur primer, dibagi atas struktur sekunder, tersier dan kuartener. Selain itu, RNA terdiri atas beragam jenis. Jenis-jenis RNA antara lain mRNA, tRNA dan rRNA.

Berdasarkan sifat-sifat fisik dan kimia nya, asam nukleat dapat ditinjau dari pengaruh pH, stabilitas asam nukleat, viskositas asam nukleat, pengaruh suhu, pengaruh konsentrasi serta kerapatan apung asam nukleat.

DAFTAR PUSTAKA

Berg, J. M., Tymoczko, J. L. & Stryer, L., 2010. Biochemistry. 7th Edition ed. s.l. New York: W.H. Freeman & Company.

Dahm, R. 2008. Discovering DNA: Friedrich Miescher and the Early Years of Nucleic Acid Research.

Jeremy M Berg, John L Tymoczko, and Lubert Stryer, 2002. Biochemistry 5th edition. W H Freeman.

Lodish, Harvey. Berk, Arnold, et al., 2000. Molecular Cell Biology. New York: W. H. Freeman

Nakamura, Teruya. Et al., 2012. Watching DNA Polymerase n Make a Phosphodiester Bond. http://www.nature.com/nature/journal/v487/n7406/full/nature11181.html. Diakses pada 16 Februari 2014

Walter, P. et al., 2008. Molecular Biology of the Cell. 5th edition, Extended version ed. New York: Garland Science.

Wolfram Saenger. 1984. Principles of Nucleic Acid Structure. New York: Springer-Verlag

FUNGSI ASAM NUKLEATLucia Purwanti, 1206212496

AbstrakAsam nukleat dibagi menjadi dua, yaitu DNA dan RNA. Secara umum, DNA berperan dalam penyimpanan materi genetik organisme sedangkan RNA berperan dalam sintesis DNA menjadi protein. Selain itu, secara umum dijelaskan bahwa hanya ada tiga jenis RNA yang ketiganya berperan dalam sintesis protein, yaitu mRNA, tRNA dan rRNA. Namun demikian, pada kenyataannya asam nukleat memiliki fungsi yang lebih kompleks dalam proses pengaturan seluler organisme. DNA dapat mengautokatalisis DNA itu sendiri ataupun mensintesis protein. Selain itu, RNA tidak hanya berfungsi membantu DNA untuk sintesis protein, namun RNA juga berperan sebagai katalis reaksi enzimatik, interferensi RNA (RNAi) dan mampu berperan sebagai pengganti DNA pada beberapa virus (RNA genetik).Kata kunci : DNA, autokatalisis, heterokatalisis, mRNA, tRNA, rRNA, RNA genetik, RNAi

Asam nukleat merupakan suatu biopolimer yang tersusun atas banyak nukleotida sehingga asam nukleat juga disebut sebagai polinukleotida. Turunan parsial nukleotida terdiri atas gula pentosa, gugus fosfat dan basa nitrogen. Asam nukleat berdasarkan jenis gula yang menyusunnya, dibagi menjadi dua, yaitu Deoxyribonucleic Acid (DNA) dan Ribonucleic Acid (RNA). Basa nitrogen yang terdapat dalam DNA maupun RNA adalah purin dan pirimidin. Purin pada kedua jenis asam nukleat tersebut sama-sama Adenin dan Guanin. Namun terdapat perbedaan dalam pirimidin. Pada DNA, pirimidin terdiri dari Timin dan Sitosin, sedangkan pada RNA pirimidin terdiri dari Urasil dan Sitosin. DNA dan RNA secara struktural memang berbeda dan memiliki fungsi yang berbeda pula. Selain itu terdapat nukleotida bebas dalam bentuk monomer yaitu ATP yang berperan sebagai energi untuk aktivitas seluler organisme. DEOXYRIBONUCLEIC ACIDDeoxyribonucleic acid (DNA) merupakan kumpulan asam nukleat yang terdiri dari gula deoksiribosa, gugus fosfat dan basa nitrogen (purin dan pirimidin). Purin DNA terdiri dari Adenin dan Guanin, sedangkan pirimidin DNA terdiri dari Timin dan Sitosin. DNA secara umum berfungsi sebagai tempat penyimpanan materi genetik. Dalam satu sel, DNA memiliki molekul yang sangat banyak, maka dari itu DNA harus dimampatkan dalam bentuk kromosom. Pada sel eukariotik, DNA terlindungi di dalam nukleus, sedangkan pada sel prokariotik DNA terdapat pada nukleoid sehingga tidak dibatasi membran inti sel.DNA tidak hanya mengkode cetak biru protein seluler, tetapi juga memberi instruksi lokasi protein dibuat dan kapan protein tersebut dibuat. Sebagai contoh, hemoglobin pembawa oksigen dibuat dalam sel-sel darah merah, bukan di sel-sel saraf. Padahal, sel darah merah dan sel saraf memiliki jumlah genetik yang sama.DNA bersifat autokatalis, yatitu dapat menggandakan dirinya sendiri. Proses penggandaan diri ini disebut replikasi DNA. Selain itu, DNA juga bersifat heterokatalis, yaitu DNA mampu mensintesis molekul lain seperti RNA dan protein. DNA mensintesis RNA terlebih dahulu, kemudian RNA tersebut mensintesis protein yang dibutuhkan. Protein-protein ini memiliki fungsi spesifik dalam mengatur metabolisme sel. Dengan kata lain, DNA merupakan pengontrol aktivitas metabolisme sel. Jadi fungsi DNA antara lain:1. Sebagai penyimpan informasi genetik dari induk ke anaknya.1. Sebagai perancang sintesis protein yang akan dibuat.1. Sebagai pensintesis RNA yang berperan dalam sintesis protein1. Sebagai pengatur aktivitas sel (secara tidak langsung).RIBONUCLEIC ACID (RNA)Di dalam organisme, terdapat ribuan RNA yang memiliki peran spesifik. Berdasarkan kemampuannya sebagai materi genetik, RNA dibagi menjadi dua, yaitu RNA genetik dan RNA non-genetik. 1. RNA genetikRNA genetik merupakan RNA yang berperan seperti DNA, yaitu sebagi materi genetik organisme yang diwarisi dari induknya. RNA ini ditemukan dalam virus-RNA, contohnya retrovirus. RNA virus disuntikkan ke dalam tubuh inang. Selanjutnya RNA mengambil kendali atas proses sintesis protein dalam sel inang sehingga dapat membentuk materi genetik sesuai dengan kebutuhan virus.1. RNA non-genetikRNA non-genetik merupakan RNA yang memiliki fungsi selain sebagai penyimpan kode genetik. Terdapat banyak jenis RNA non-genetik, diantaranya RNA yang telah umum dikenal berperan dalam sintesis protein seperti mRNA, tRNA dan rRNA, serta RNA yang jarang didengar orang awam antara lain siRNA, miRNA, hnRNA1. mRNAMessenger RNA (mRNA) atau RNA duta (RNAd) merupakan RNA yang berperan sebagai pembawa informasi genetik untuk sintesis protein. mRNA hanya berjumlah sekitar 5-10% dan membawa kode informasi genetik dalam bentuk triplet basa yang disebut kodon. Kode genetik ini dibawa dari DNA di nukleus ke ribosom.

1. tRNARNA transfer (tRNA) juga berperan dalam sintesis protein. tRNA berfungsi untuk menerjemahkan kode genetik yang telah dibawa oleh mRNA. Kode genetik ini ditranslasi / diterjemahkan menjadi asam amino. tRNA hanya berjumlah 10-15% dalam satu sel.

1. rRNARibosomal RNA merupakan RNA dengan persentase terbanyak, yaitu mencapai 75-80% dari total RNA dalam suatu sel, hal ini disebabkan oleh adanya ribuan ribosom yang terdapat di dalam satu sel. rRNA merupakan sebagian besar kandungan ribosom dan berfungsi sebagai katalis dalam pembentukan asam amino (sintesis protein).

1. Heteregoneous Nuclear RNA (hnRNA) dan Small Nuclear RNA (snRNA)hnRNA dan snRNA disebut juga pre-mRNA. Dalam proses transkripsi DNA menjadi mRNA, terjadi fase hnRNA dan snRNA. Mekanisme transkripsi DNA adalah DNA genomik mengalami transkripsi menjadi hnRNA. hnRNA merupakan prekursor mRNA dan memiliki kodon untuk mengkode informasi genetik. Selanjutnya, hnRNA mengalami pemrosesan ekstensif sehingga berubah menjadi snRNA. snRNA berperan dalam pemotongan dan penggabungan RNA (RNA splicing). Dalam RNA terdapat ekson dan intron, ekson bergabung bersama sesama ekson sedangkan intron yang tidak memiliki kemampuan mengkode dipisahkan dari strand RNA. Gabungan dari ekson-ekson inilah yang membentuk mRNA matang dan siap mengkode informasi genetik.Jadi mekanisme sintesis protein adalah:

1. Micro-RNA (miRNA)miRNA merupakan RNA yang berukuran sangat kecil, yaitu hanya terdiri atas 22-26 nukleotida dan berfungsi sebagai pengatur ekspresi gen. miRNA berperan dalam menghambat ekspresi gen dengan cara berikatan pada mRNA tertentu. Pada kebanyakan hewan, miRNA memiliki struktur basa yang tidak sempurna ikatannya sehingga dapat mengikat RNA lain. Akibatnya, ada beberapa kode genetik yang tidak tertranslasi sehingga protein tertentu tidak dapat diproduksi. miRNA juga dapat berperan dalam timbulnya penyakit kanker.1. Small interference RNA (siRNA)siRNA merupakan RNA kecil yang berperan dalam interferensi RNA, yaitu suatu mekanisme interferensi RNA agar protein tertentu tidak diproduksi. mRNA dihancurkan sebelum berhasil melakukan transkripsi kode genetik. Proses interferensi RNA contohnya ini terjadi pada perusakan mRNA yang mengandung kode genetik virus sehingga protein virus tidak dapat diproduksi.

1. X-inactive specific transcript RNA (xist-RNA)Xist-RNA merupakan RNA yang ada pada sel mamalia betina yang berperan untuk menginaktivasi transkripsi kromosom X. Inaktivasi salah satu kromosom X terjadi karena proses diferensiasi. Akibatnya, hanya terdapat satu kromosom saja yang aktif.

1. Small Nucleolar RNA (snoRNA)snoRNA merupakan RNA yang terletak pada nukleoli (anak inti sel). snoRNA ini berperan dalam pembentukan rRNA yang merupakan komponen utama ribosom dan dapat sebagai katalis sintesis protein. snoRNA memiliki fungsi utama membantu rRNA dalam proses modifikasi basa nitrogennya.

Gambar 1. Proses snoRNA memandu modifikasi basa mRNA targetEddy, Sean R., 2001. Non Coding RNA Genes and Modern RNA World.

Enzim RNA (Ribozyme)Ribozim merupakan jenis RNA enzim yang berperan sebagai katalisis berbagai reaksi seluler, contohnya dalam proses replikasi, transkripsi mRNA dan pemotongan-penggabungan RNA (RNA-splicing). Ribozim tidak memerlukan protein untuk menginisiasi proses kerjanya.

RiboswitchesRiboswitch merupakan RNA yang berperan dalam proses mengaktifkan atau menonaktifkan ekspresi gen. Riboswitch ini merupakan sensor yang mendeteksi dan merespon rangsang dari lingkungan maupun secara metabolisme terkait dengan ekspresi gen. Riboswitch contohnya terdapat pada Listeria monocytogenes yang akan aktif jika terkena panas ketika memasuki tubuh inang.

Gambar 2. Mekanisme aktif-inaktif ekspresi gen oleh Riboswitches (Serganov, A. & Patel, D. J. Ribozymes, riboswitches and beyond: Regulation of gene expression without proteins.Nature Reviews Genetics8, 776790 (2007) doi:10.1038/nrg2172)

NUKLEOTIDA BEBASDi dalam sel organisme, terdapat nukleotida bebas yang tidak berikatan dengan nukleotida lain (monomer). Nukleotida ini bukan merupakan bagian integral dari asam nukleat namun memiliki struktur sama dengan asam nukleat karena sama-sama merupakan nukleotida. Nukleotida bebas tersebut antara lain :1. Sebagai nukleotida1. Derivat nukleosida/nukleotidaDerivat nukleotida ini antara lain ATP (Adenosine Triphosphate), ADP (Adenosine Diphosphate), GTP (Guanosine Triphosphate), GDP (Guanosine Diphosphate) dan senyawa-senyawa fosfat derivat purin atau pirimidin. Senyawa ini berfungsi sebagai sumber energi utama untuk berbagai aktivitas seluler seperti kontraksi mikrotubulus, transpor aktif dan mengatur pertukaran ion. 1. S-Adenosil Methionine (Metionin aktif), 3-phospho adenosine-5-phosphosulphate (sulfat aktif)1. Sebagai koenzimNukleotida membentuk senyawa yang bekerja sebagai koenzim yang mempercepat reaksi enzimatik. Koenzim yang terbentuk dari nukleotida antara lain kodehidrogenase FAD (Flavin Adenine Dinucleotide), NAD (Nicotinamide Adenine Dinucleotide) dan NADP (Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate)

RINGKASANDNA merupakan polinukleotida dengan gula deoksiribosa yang berperan sebagai penyimpan informasi genetik. Selain itu, DNA dapat memperbanyak dirinya sendiri (autokatalis) dan mensintesis senyawa lain (heterokatalis). Melalui RNA, DNA memberi kode untuk proses sintesis protein. Protein inilah yang akan banyak berperan dalam proses pengaturan sel. RNA berperan dalam pembentukan protein, RNA tersebut antara lain hnRNA, snRNA, mRNA, tRNA dan rRNA. Selain itu RNA juga berperan sebagai enzim yang mengkatalisis reaksi seluler seperti RNA splicing. RNA juga berperan sebagai riboswitch yang dapat mengaktifkan ataupun mematikan ekspresi gen. RNA secara langsung berfungsi untuk mengatur ekspresi gen yang sebelumnya telah dikomandokan oleh DNA.Selain polinukleotida, terdapat nukleotida bebas yang berfungsi sebagai penghasil energi, contohnya ATP dan ADP. Beberapa koenzim juga merupakan nukleotida bebas yang berperan dalam mengkatalisis reaksi seluler, contohnya NAD, NADP dan NADPH.

ReferensiAlberts B, Johnson A, Lewis J, et al., 2002. Molecular Biology of The Cell 4th Edition. New York: Garland Science.Eddy, S. 2010. Non-coding RNA genes and the modern RNA world.Nature Reviews Genetics2, 919929 edisi:10.1038/35103511Hardjaasmita, 2000. Ikhtisar Biokimia Dasar B. Jakarta : Balai Penerbit FKUI.Marks, Dawn B, Marks, Allan D.,Smith, Collen M., 2000. Biokimia Kedokteran Dasar : Sebuah Pendekatan Klinis. Diterjemahkan oleh : Joko Suyono. Jakarta: EGC. Serganov, A. & Patel, D. J. Ribozymes, riboswitches and beyond: Regulation of gene expression without proteins.Nature Reviews Genetics8, 776790 (2007) doi:10.1038/nrg2172

Anonim, 2012. Deoxyribonucleic Acid (DNA). Diakses dari National Human Genome Research Institute Website https://www.genome.gov/25520880 pada 15 Februari 2014.Griffiths, AJF. Miller, JH. Suzuki, DT et al., 2000. An Introduction to Genetic Analysis. 7th edition. New York: W.H. Freeman. Diakses dari: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21853/ pada Sabtu, 15 Februari 2014.Plath, K.Mlynarczyk-Evans, S.Nusinow, D.A.Panning, B., 2002. Xist RNA and The Mechanism of X Chromosome Inactivation [e-artikel]. Diakses dari: US National Library of Medicine, National Institute Unit of Health http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12429693 pada 16 Februari 2014

Deteksi Asam NukleatTiara Febriani - 1206262140Departemen Teknik Kimia, Universitas Indonesia Depok

ABSTRAKDeteksi atau analisis asam nukleat dapat dibagi menjadi 2 macam, yaitu analisis kuantitatif dan kualitatif. Berdasarkan analisis kuantitatif, terdapat beberapa metode yaitu Polymerase Chain Reaction (PCR), microarray, dan Serial Analysis of Gene Expression (SAGE). Sedangkan untuk analisis kualitatif terdapat metode hibridisasi in-situ, elektroforesis, sequencing, dan blotting. Setiap metode analisis memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing dan digunakan sesuai keadaan yang ingin dideteksi dan keadaan DNA atau RNA pada sampel semula.

KATA KUNCI : Analisis kuantitatif, PCR, SAGE, microarray, analisis kualitatif, elektroforesis, sequencing, blotting, hibridisasi in-situ, DNA, RNA

Analisis Kuantitatif Deteksi asam nukleat secara kuantitatif mencakup analisis RNA dan DNA. Analisis RNA secara kuantitatif bertujuan untuk mengukur konsentrasi dari rangkaian RNA yang spesifik. Sedangkan analisis DNA secara kuantitatif digunakan untuk mendeteksi duplikasi atau delesi DNA seperti aneuploidi kromosom dan hilangnya heterozigositas.

Gambar 1. Alur analisis kuantitatif RNA

Pertama, sel yang homogen dipersiapkan dan dapat diperoleh melalui Laser Capture Microdissection (LCM) dan flow cytometry. Lalu, RNA harus dipersiapkan dengan mencegah RNA terdegradasi dengan menambahkan inhibitor RNase. RNA tanpa ekor poly(A) juga dapat hilang selama proses pemurnian. Lalu, RNA mengalami reverse transcription dan dapat dilanjutkan dengan metode teknik yang berbeda-beda, diantaranya SAGE, PCR, dan microarray.

Polymerase Chain Reaction (PCR)Polymerase Chain Reaction (PCR) merupakan salah satu teknik yang paling umum digunakan dan sampai saat ini adalah teknik yang paling sensitif untuk mendeteksi asam nukleat. PCR merupakan metode yang digunakan untuk menambah jumlah rangkaian DNA spesifik secara eksponensial dengan mengatur suhu dari reaksi. Pertama, suhu dinaikkan sehingga DNA akan terdenaturasi, kemudian suhu diturunkan sehingga potongan primer DNA dapat terhibridisasi dengan tiap rantai dari susunannya pada ujung yang berlawanan. Sebuah enzim thermostable, Taq, DNA polymerase yang aktif pada suhu tinggi, kira-kira 92OC, akan bergabung dan memperpanjang potongan primer pada suhu menengah sehingga dua salinan susunan rantai ganda akan terbuat. Efisiensi untuk setiap reaksi PCR dapat dikuantifikasi. Hubungan antara konsentrasi susunan awal dan gerakan amplilfikasi dimanfaatkan untuk kuantifikasi asam nukleat.Kesensitifan dari PCR dapat digambarkan dengan rumus eksponensial sebagai berikut :

dimana Nn merupakan jumlah molekul DNA setelah n siklus PCR, N0 merupakan jumlah molekul sebelum PCR, dan E merupakan efisiensi proses (jika 0 [Accessed 13 February 2014] Department of Dermatology. 2013. Polymerase Chain Reaction. [online] Available at: [Accessed 13 February 2014]Knockbridgeman, 2012. DNA Sequencing: The Chain Termination Method (Sanger Method). [video online] Available at: < http://www.youtube.com/watch?v=vK-HlMaitnE> [Accessed 16 February 2014] Sue Black, 2013. Fluorescence In Situ Hybridization. [video online] Available at: < http://www.youtube.com/watch?v=JUSKNC_ZAC0> [Accessed 14 February 2014] Thermo Fisher Scientific Inc. 2014. Southern Blotting. [online] Available at: < http://www.lifetechnologies.com/id/en/home/life-science/dna-rna-purification-analysis/nucleic-acid-gel-electrophoresis/southern-blotting.html> [Accessed 13 February 2014]National Human Genome Research Institute. 2011. DNA Microarray Technology. [online] Available at: [Accessed 14 February 2014]

SINTESIS ASAM NUKLEATOleh : Miranti, 1206242523

ABSTRAKAsam nukleat adalah makromolekul berupa susunan yang terdiri dari nukleutida. Suatu unit nukleutida terdiri atas tiga bagian: gula pentosa, basa organic (senyawa heterosiklik yang mengandung nitrogen), dan asam fosfat. Asam nukleat yang berperan sebagai materi genetik dalam tubuh organisme adalah DNA atau Deoxyribonucleic Acid, sedangkan yang berperan sebagai materi genetik yang ditranskripsikan dari DNA adalah asam nukleat. Sintesis atau mekanisme pembentukan dari asam nukleat berbeda untuk masing-masing DNA dan RNA. Pada sintesis DNA terjadi proses replikasi, dengan melibatkan komponen-komponen yaitu polimerase DNA, ligase DNA, primase, helikase, dan single strand DNA binding protein. Pada pembentukkan RNA terjadi proses transkripsi, yang melibatkan komponen berupa enzim polimerase. Kata KunciAsam nukleat, DNA, RNA, replikasi, translasi, inisiasi, elongasi, terminasi, polimerase, primase, ligase, helikase, single strand DNA-binding protein, eukariotik, prokariotik, virus.

0. PENDAHULUANAsam nukleat merupakan polinukleotida yang terdapat pada semua sel hidup. Asam nukleat berperan dalam menyimpan dan mentransfer kode genetik, kemudian menerjemahkan informasi ini secara tepat untuk mensintesis protein yang khas bagi masing-masing sel. Asam nukleat penyimpan genetik terbagi dua, yaitu yang tersusun dari deoksiribonukleotida disebut DNA, dan yang terdiri dari ribonukleaotida disebut RNA.DNA mengandung gen, informasi yang mengatur sintesis protein dan RNA. Beberapa jenis RNA yaitu ribosomal RNA (rRNA) yang merupakan komponen dari ribosom, messenger RNAs (mRNA) yang merupakan bahan pembawa informasi genetik dari gen ke ribosom dan transfer RNAs (tRNAs) yang merupakan bahan penerjemah informasi dalam mRNA menjadi urutan asam amino.DNA terbentuk atas gula pentosa (deosiribosa), fosfat dan basa nitrogen yang meliputi basa purin (guanin dan adenin) dan basa pirimidin (timin dan sitosin). RNA terbentuk atas gula ribosa, fosfat, dan basa nitrogen yang terdiri atas purin (adenin dan guanin) dan pirimidin (urasil dan sitosin).

0. Sintesis DNA

Sintesis atau pembentukkan DNA dilakukan dengan proses replikasi DNA atau proses perbanyakan bahan genetic. Pengkopian rangkaian molekul bahan genetik( DNA atau RNA) sehingga dihasilkan molekul anakan yang sangat identik. Replikasi bahan genetik dapat dikatakan sebagai proses yang mengawali pertumbuhan sel, meskipun sebenarnya pertumbuhan merupakan suatu resultan banyak proses yang saling berkaitan satu sama lain. 1. Replikasi secara Konservatif Molekul DNA untai ganda induk tetap bergabung, sedangkan kedua untai DNA anakan terdiri atas molekul hasil sintesis baru. Jadi yang dihasilkan adalah satu induk utama, dan tiga buah DNA pasangannya. 1. Replikasi secara Semi Konservatif Setiap molekul untai ganda DNA anakan terdiri atas satu untai tunggal DNA induk dan satu untai tunggal DNA hasil sintesis baru.1. Replikasi secara Dispersif Molekul DNA induk mengalami fragmentasi sehingga DNA anakan yang dihasilkan murni merupakan campuran dari kedua induk, terdiri atas campuran molekul lama (berasal dari DNA induk) dan molekul hasil sintesis baru.

Gambar 1. Ilustrasi macam-macam kemungkinan replikasi DNA(Sumber : http://books.google.co.id/books?id=zosAg6HQAF4C&printsec=copyright&hl=id#v=onepage&q&f=false)

Gambar 2. Ilustrasi proses replikasi DNA(Sumber : LadyofHatsMariana Ruiz dalam http://www.elmhurts.edu/-chm/vchembook/583rnatrans.html)Proses replikasi DNA diawali dengan pemutusan (denaturasi) ikatan antara untai DNA yang satu dengan untaian pasangannya secara kimiawi atau enzimatis. Enzim yang berperan adalah enzim helikase (9) dengan bantuan topoisomerase (11) yang mengurangi tegangan untai DNA. Untaian DNA tunggal dilekati oleh protein-protein pengikat untaian tunggal (10) untuk mencegahnya membentuk heliks ganda kembali. Primase (6) membentuk oligonukleotida RNA yang disebutprimer(5) dan molekul DNA polimerase (3 & 8) melekat pada seuntai tunggal DNA dan bergerak sepanjang untai tersebut memperpanjang primer, membentuk untaian tunggal DNA baru yang disebut leading strand(2) danlagging strand(1). DNA polimerase yang membentuklagging strandharus mensintesis segmen-segmen polinukleotida diskontinu (disebut fragmen Okazaki (7)). Enzim DNA ligase (4) kemudian menyambungkan potongan-potonganlagging strandtersebut.

0. Komponen yang berperan dalam proses replikasi DNA

Komponen utama Replikasi, adalah sebagai berikut :

1. DNA cetakan, yaitu molekul DNA atau RNA yang akan direplikasi.1. Molekul deoksiribonukleotida, yaitu dATP, dTTP, dCTP, dan dGTp. Deoksiribonukleotida terdiri atas tiga komponen yaitu: (i) basa purin atau pirimidin, (ii) gula 5-karbon (deoksiribosa) dan (iii) gugus fosfat.1. Enzim DNA polimerase, yaitu enzim utama yang mengkatalisi proses polimerisasi nukleotida menjadi untaian DNA.1. Enzim primase, yaitu enzim yang mengkatalisis sintesis primer untuk memulai replikasi DNA.1. Enzim pembuka ikatan untaian DNA induk, yaitu enzim helikase dan enzim lain yang membantu proses tersebut yaitu enzim girase.1. Molekul protein yang menstabilkan untaian DNA yang sudah terbuka,yaitu protein SSB (single strand binding protein).1. Enzim DNA ligase, yaitu suatu enzim yang berfungsi untuk menyambung fragmenfragmenDNA.

0. Sintesis RNA

Sintesis RNA biasanya dikatalisis oleh enzim DNA-RNA polimerase menggunakan sebagai template, sebuah proses yang dikenal sebagai transkripsi. Inisiasi transkripsi dimulai dengan pengikatan enzim ke urutan promotor dalam DNA (biasanya ditemukan "upstream" dari gen). DNA helix ganda dibatalkan oleh aktivitas helikase enzim. Enzim kemudian berlanjut sepanjang untai template dalam arah 3 'to 5', mensintesiskan molekul RNA komplementer dengan elongasi terjadi di 5 'ke 3' arah. Urutan DNA juga menentukan di mana berakhirnya sintesis RNA akan terjadi. RNA sering dimodifikasi oleh enzim setelah transkripsi. Misalnya, poli dan topi 5 'ditambahkan ke mRNA eukariotik intron pra-dan dikeluarkan oleh spliceosome.Ada juga sejumlah polimerase RNA RNA-tergantung yang menggunakan RNA sebagai template mereka untuk sintesis untai baru RNA. Sebagai contoh, sejumlah virus RNA (seperti virus polio) menggunakan jenis enzim untuk mereplikasi materi genetik mereka. Juga, RNA-dependent RNA polimerase merupakan bagian dari jalur interferensi RNA di banyak organisme.Transkripsi merupakan sintesis RNA dari salah satu rantai DNA, yaitu rantai cetakan atau sense, sedangkan rantai komplemennya disebut rantai antisense. Rentangan DNA yang ditranskripsi menjadi molekul RNA disebut unit transkripsi. Informasi dari DNA untuk sintesis protein dibawa oleh mRNA. RNA dihasilkan dari aktifitas enzim RNA polimerase. Enzim polimerasi membuka pilinan kedua rantai DNA hingga terpisah dan merangkaikan nukleotida RNA. Enzim RNA polimerase merangkai nukleotida-nukleotida RNA dari arah 5 3, saat terjadi perpasangan basa di sepanjang cetakan DNA. Urutan nukleotida spesifik di sepanjang cetakan DNA. Urutan nukleotida spesifik di sepanjang DNA menandai dimana transkripsi suatu gen dimulai dan diakhiri.Transkripsi terdiri dari 3 tahap yaitu: inisiasi (permulaan), elongasi (pemanjangan), terminasi (pengakhiran) rantai mRNA.

1. Inisiasi

Daerah DNA di mana RNA polimerase melekat dan mengawali transkripsi disebut sebagai promoter. Suatu promoter menentukan di mana transkripsi dimulai, juga menentukan yang mana dari kedua untai heliks DNA yang digunakan sebagai cetakan.

1. Elongasi

Saat RNA bergerak di sepanjang DNA, RNA membuka pilinan heliks ganda DNA, sehingga terbentuklah molekul RNA yang akan lepas dari cetakan DNAnya. Pada tahap ini terjadi perangkaian ribonukleotida dari 3 ke 5 bagian dari rantai DNA double heliks dengan bantuan enzim helicase.

1. Terminasi

Transkripsi berlangsung sampai RNA polimerase mentranskripsi urutan DNA yang disebut terminator. Terminator yang ditranskripsi merupakan suatu urutan RNA yang berfungsi sebagai sinyal terminasi yang sesungguhnya. Pada sel prokariotik, transkripsi biasanya berhenti tepat pada akhir sinyal terminasi; yaitu, polimerase mencapai titik terminasi sambil melepas RNA dan DNA. Sebaliknya, pada sel eukariotik polimerase terus melewati sinyal terminasi, suatu urutan AAUAAA di dalam mRNA. Pada titik yang lebih jauh kira-kira 10 hingga 35 nukleotida, mRNA ini dipotong hingga terlepas dari enzim tersebut.

0. Replikasi DNA pada Prokariotik dan Eukariotik

Replikasi DNA pada prokariot berbentuk melingkar atau sirkular (diamati menggunakan teknik autoradiografi dan mikroskopi elektron). Dengan kedua teknik ini terlihat bahwa DNA berbagai prokariot ini melakukan replikasi yang dikenal sebagaireplikasi(theta)karena auto radiogramnya menghasilkan gambaran seperti huruf Yunani tersebut. Selain replikasi, pada sejumlah bakteri dan organisme eukariot dikenal pula replikasi yang dinamakanreplikasi lingkaran menggulung(rolling circle replication). Replikasi rolling circle ini diawali dengan pemotongan ikatan fosfodiester pada daerah tertentu yang menghasilkan ujung 3 dan ujung 5. Pembentukan (sintesis) untai DNA baru terjadi dengan penambahan deoksinukleotida pada ujung 3 yang diikuti oleh pelepasan ujung 5 dari lingkaran molekul DNA. Sejalan dengan berlangsungnya replikasi di seputar lingkaran DNA, ujung 5 akan makin terlepas dari lingkaran tersebut sehingga membentuk ekor yang makin memanjang.Berbeda dengan replikasi DNA pada prokariotik, replikasi DNA pada eukariotik dimulai dari tempat-tempat spesifik yang menyebabkan kedua utas DNA induk berpisah dan membentuk gelembung replikasi. Pada eukariota, terdapat ratusan atau bahkan ribuan origin of replication di sepanjang molekul DNA. Gelembung replikasi terentang secara lateral dan replikasi terjadi ke dua arah. Selanjutnya gelembung replikasi akan bertemu, dan sintesis DNA anak sel.

0. Sintesis RNA pada Prokariot dan Eukariot

Pada organisme prokariotik, gen terdiri dari 3 bagian, yaitu daerah prometer, daerah structural, dan bagian terminator. Daerah prometer merupakan bagian gen yang berperan dalam mengendalikan proses transkripsi yang terletak di ujung 5. Daerah structural mengandung kode-kode genetik yang akan ditranskripsikan dan terletak di bagian hilir prometer. Daerah terminator berfungsi untuk memberikan sinyal pada enzim RNA polymerase untuk menghentikan proses transkripsi.Selain itu gen pada organisme prokariotik diorganisasikan dalam struktur open. Masing-masing polipeptida akan ditranslasikan secara independen dari satu helai mRNA yang sama. Pada organisme prokariotik juga tidak terdapat intron, kecuali pada archaea tertentu. Pada proses sintesis RNA, enzim RNA polymerase menempel langsung pada DNA di daerah prometer tanpa harus melalui suatu ikatan dengan protein lain. Prosesnya juga memiliki suatu keunikan dimana proses transkripsi dan translasi berlangsung secara serentak. Selain itu urutan nukleotida RNA hasil sintesis adalah urutan nukleotida yang komplementer dengan cetakannya.Lain halnya dengan organisme prokariotik, organisme eukariotik gennya terdiri dari 3 kelas, yaitu kelas I, kelas II, dan kelas III. Gen kelas I memiliki 2 macam prometer yaitu prometer antara dan prometer utama. Gen kelas II terdiri atas 4 elemen, yaitu initiator, yang terletak pada daerah inisiasi, transkripsi, elemen hilir yang terletak di sebelah hilir titik awal transkripsi, kotak TATA, dan elemen hulu.Gen kelas III meliputi gen-gen yang mengkode mRNA dan beberapa RNA kecil dalam nucleus.Pada organisme eukariotik tidak ada sistem operon karena satu promotor mengendalikan seluruh gen structural. Satu transkrip yang dihasilkan hanya mengkode satu macam produk ekspresi saja. Selain itu keberadaan intron merupakan hal yang sering dijumpai meskipun tidak semua gen eukariotik mempunyai intron.Pada sintesis RNA organisme eukariotik, RNA polymerase tidak menempel secara langsung pada DNA di daerah prometer, melainkan melalui perantaraan protein protein lain. Proses transkripsi dan translasi tidak berlangsung secara serempak, melainkan diselingi dengan jeda berupa pasca-transkripsi. Selain itu, pada organisme eukariotik gen mempunyai struktur yang berselang-seling antara ekson dan intron.

0. Kesimpulan

Asam nukleat adalah polimer yang terdiri dari beberapa nukleotida. Contoh asam nukleat adalah yang berperan dalam penyimpanan dan penyampaian informasi genetik. Asam nukleat dengan peran itu terbagi 2, yaitu Asam Deoksiribosa dan Asam Ribonukleutida.Proses yang dilalui dalam sintesis asam deoksiribosa adalah replikasi, yang memerlukan komponen-komponen berupa DNA cetakan, Molekul deoksiribonukleotida, yaitu dATP, dTTP, dCTP, dan dGTp, Enzim DNA polimerase, Enzim primase, enzim helikase, protein SSB (single strand binding protein), dan Enzim DNA ligase. Jenis-jenis replikasi DNA ada tiga, tergantung dari DNA anakan yang dihasilkan. Jenis-jenis tersebut adalah konservatif, semi konservatif, dan dispersif. Proses yang dilalui untuk sintesis asam ribonukleotida adalah rangkaian proses yang terdiri dari tiga tahap, yaitu inisiasi atau permulaan, elongasi atau perpanjangan, dan terminasi. Dalam prosesnya, sintesis RNA membutuhkan bantuan dari komponen yaitu enzim polimerase yang membantu mengkatalisasi proses polimerasi RNA.

0. Daftar Pustaka

Yulianto, Rahmawan, dkk. 2011. Asam nukleat (nucleic acid), [online] Available at : < http://blog.ub.ac.id/alanatawahyu/files/2012/05/ASAM-NUKLEAT.pdf > [Accessed 17 Februari 2014].Mandelkern M, Elias J, Eden D, Crothers D (1981). The dimensions of DNA in solution. J Mol Biol 152 (1): 153-61. PMID 7338906.Gregory S, et. al. (2006). The DNA sequence and biological annotation of human chromosome 1 . Nature 441 (7091): 315-21. PMID 16710414Yuwono, Triwibowo. 2010. Biologi Molekular. Jakarta : Penerbit ErlanggaCampbell, Reece. 2009. Biology. Sansome Street, San Francisco: Pearson Benjamin Cummings

Aplikasi Penggunaan Asam NukleatYosia Marsino 1206248426

AbstrakAsam nukleat, baik DNA maupun RNA, memiliki fungsi genetis yang dapat dimanfaatkan dalam berbagai hal. Aplikasi pemanfaatan asam nukleat dibagi menjadi 6 kategori, yaitu: lingkungan, kesehatan dan farmasi, sensor, forensik, GMO, dan enzim.

LingkunganPada bidang lingkungan, asam nukleat dapat berperan penting dalam bioremediasi. Bioremediasi adalah penggunaan mikroorganisme untuk men-degradasi zat kimiawi berbahaya pada tanah, sedimen, air, maupun material yang terkontaminasi lainnya. Umumnya mikroorganisme melakukan metabolisme pada zat kimiawi tersebut untuk menghasilkan karbon dioksida atau metana, air, dan biomassa. Organisme dapat melakukan degradasi atau transformasi pada polutan dengan sistem metabolism mereka masing-masing. Metabolism tersebut juga dapat dimodifikasi secara genetic dengan menyisipkan DNA atau mengubah DNA dari organisme tersebut untuk menjadi organisme dengan sifat yang diinginkan, termasuk sifat untuk menguraikan atau mengubah polutan menjadi bahan yang tidak berbahaya

Kesehatan dan FarmasiPada bidang kesehatan dan farmasi, banyak diketahui kegunaan asam nukleat pada organisme. Sebagai contoh ada empat macam aplikasi, yaitu: terapi gen, diagnosis penyakit, aktivasi plasminogen jaringan, dan vektor ekspresi.

Terapi GenKonsep dari terapi gen muncul sekitar tahun 1960-1970. Pada tahun 1972, Theodore Friedmann dan Richard Roblin mempublis paper berjudul Gene therapy for human genetic disease? yang mencantumkan ajuan dari Stanfield Roger pada tahun 1970 tentang bagaimana DNA yang baik dapat digunakan untuk mengganti DNA yang mengalami defeksi pada orang dengan gangguan genetic.Penggunaan klinis dari terapi gen dimulai pada tanggal 14 September 1990 di National Institute of Health di Bethesda, Maryland. Digunakan ketika seorang anak berusia 4 tahun menerima pengobatan berupa terapi gen untuk defisiensi adenosine deaminase (ADA), yaitu penyakit turunan yang fatal pada sistem imun tubuh. Karena cacat genetic ini dia dianggap akan mengalami infeksi yang membahayakan nyawa secara berulang. Terapi gen pada pasien ini melibatkan penggunaan genetically modified virus untuk membawa gen ADA yang normal ke sel imunnya. Gen ADA yang dimasukkan kemudian memrogram sel untuk memproduksi enzim ADA yang hilang, yang mengakibatkan imun berfungsi normal pada sel-sel tersebut. Pengobatan ini membantu anak tersebut membangun daya tahan terhadap infeksi untuk sementara.Terapi gen adalah sebuah metode untuk mengganti gen yang cacat atau tidak diinginkan dengan gen yang normal. Sebuah vector ditata ulang untuk mengirimkan gen tersebut ke sel target. Kemudian gen dipindahkan ke nucleus sel tersebut dan harus diaktivasi untuk dapat berfungsi. Gen harus diintegrasi ke genom dari sel tersebut agar gen tersebut akan terus berfungsi dan direplikasi. Efek samping dapat terjadi karena vector yang digunakan dapat dideteksi sebagai zat asing oleh sistem imun tubuh. Terapi gen dapat terjadi pada in vivo atau in vitro, pemindahan dapat terjadi pada sel somatic atau gamet, dan berbagai macam vector viral dan non-viral dapat digunakan.

Diagnosis Penyakit dengan SNPSingle nucleotide polymorphism (SNP) adalah variasi genetic pada DNA yang terjadi ketika sebuah nukleosida pada genom mengalami perubahan. SNP biasanya dianggap sebagai mutasi evolutioner yang sukses terjadi berulang pada proporsi yang signifikan pada populasi dari sebuah spesies.Pentingnya SNP adalah kemampuan mereka untuk mempengaruhi resiko penyakit pada seseorang, efisiensi obat dan efek sampingnya pada seseorang, mengetahui garis keturunan seseorang, dan bahkan memprediksi bagaimana seseorang akan berupa dan bertindak. SNP adalah kategori paling penting pada perubahan genetic yang mempengaruhi penyakit umum. Untuk mempelajari dan mendeteksi SNP, digunakan SNP array. SNP array adalah alat yang berguna untuk mempelajari variasi antar genom.

Gambar 1. Instrumen SNP Array

Activator Pasminogen JaringanTissue Plasminogen Activator (tPA) adalah sebuah obat berupa protein yang melarutkan gumpalan darah beku. tPA berupa obat yang dimasukkan ke dalam tubuh melalui infus. Sebagai enzim, tPA mengkatalisis perubahan dari plasminogen menjadi plasmin, enzim yang bertanggung jawab pada penghancuran gumpalan darah.Plasminogen diubah menjadi plasmin enzim proteolitik oleh activator plasminogen jaringan (tPA), namun perubahan ini terjadi secara efisien hanya pada permukaan fibrin, dimana activator dan plasminogen tersusun. Plasmin pada darah secara cepat di-nonaktif-kan oleh antiplasmin, namun plasmin yang terbentuk pada permukaan fibrin terlindung dari nonaktifasi. Situs pengikat lisin pada plasminogen penting untuk interaksi antara plasmin dengan fibrin dan antara plasmin dengan antiplasmin. Karena kemampuannya untuk menghancurkan gumpalan darah, tPA biasa digunakan untuk pengobatan stroke dan penyakit jantung.

Vektor EkspresiVector ekspresi adalah virus atau plasmid yang digunakan untuk memperkenalkan atau menyisipkan gen tertentu pada sel target. Aplikasi dari vector ekspresi salah satunya adalah terapi gen yang sudah dibahas sebelumnya. Organisme yang disisipi oleh vector ekspresi bisa juga disebut genetically modified organism (GMO). Kegunaan dari vector ekspresi ini adalah untuk mendapatkan organisme yang memiliki kelebihan tertentu atau dapat digunakan untuk memperbaiki cacat seperti yang diaplikasikan pada terapi gen.Contoh aplikasi lain dari vector ekspresi adalah vaksin dan hormone pertumbuhan. Mekanisme kerja vaksin adalah penyisipan melalui penyuntikan sebuah virus penyebab penyakit dalam jumlah kecil untuk memaksa sistem imun tubuh membuat antibody dari virus tersebut. Hal ini bermanfaat untuk membuat tubuh manusia yang disisipi vector ekspresi tersebut menjadi tahan terhadap penyakit tertentu.

ForensikAsam nukleat dalam bentuk DNA memiliki ciri-ciri yang khas dari masing-masing individu yang tidak mungkin sama seorang dengan yang lain.

Fingerprint DNA adalah sebuah teknik untuk mengidentifikasi dan membandingkan beberapa set dari DNA. Penggunaannya ada banyak namun dalam bidang forensic paling digunakan.Fingerprint DNA ditemukan oleh Sir Alec Jeffreys pada tahun 1977 di Leicester University. Digunakan pertama kali pada tahun 1983 dan kemudian 1986 untuk mengidentifikasi pembunuh dua orang gadis di Narboroug, Leisestershire.Genom manusia mengandung 3 milyar pasang basa yang diatur dalam rangkaian tertentu yang memberikan manusia identitas yang unik. 90% dari DNA tersebut adalah sama pada semua manusia, namun fingerprint DNA didasarkan pada sisa 10% yang berbeda. Metode ini dilaksanakan dengan menyamakan rangkaian DNA dari manusia dengan rangkaian unik dari tersangka.DNA dapat diperoleh dari darah, jejak sperma, air liur, rambut, dan kulit atau jaringan.

Langkah-langkah pembuatan fingerprint DNA:1. Isolasi dari DNADNA harus diambil dari sel atau jaringan dari tubuh. Jaringan dalam jumlah sedikit sudah mencukupi.2. Pemotongan, pengukuran, pengurutanEnzim khusus yang bernama enzim restriksi digunakan untuk memotong DNA pada tempat-tempat tertentu. Sebagai contoh, enzim yang bernama EcoR1, ditemukan di bakteri, akan memotong DNA hanya ketika rangkaian GATTC muncul. Potongan DNA kemudian disusun sesuai dengan ukurannya dengan teknik sieving (pengayakan) yang disebut elektroforesis. Potongan DNA kemudian dilewatkan melalui gel yang terbuat dari agarose rumput laut.3. Pewarnaanmenambahkan zat radioaktif atau warna menghasilkan pola yang disebut fingerprint DNA4. Fingerprint DNAHasil akhir fingerprint DNA menyerupai barcode yang biasa tertera pada barang.

Manfaat dan kegunaan dari fingerprint DNA: Diagnosa kelainan turunanFingerprint DNA digunakan untuk mendiagnosis kelainan turunan pada bayi yang baru lahir. Sebagai contoh: cystic fibrosis, penyakit Huntington, dan lain-lain. Deteksi dini dari kelainan-kelainan tersebut membuat staf medis dapat mempersiapkan diri mereka dan orang tua dari bayi tersebut untuk melakukan perawatan yang sesuai untuk bayi tersebut. Pada beberapa kasus, dokter menggunakan informasi fingerprint DNA untuk membantu calon orang tua memahami resiko mereka untuk memiliki anak. Mengembangkan obat untuk kelaianan turunanRiset untuk melokasi kelaianan turunan pada kromosom bergantung pada informasi yang terkandung pada fingerprint DNA. Dengan mempelajari fingerprint DNA atau kerabat yang memiliki sejarah dengan kelainan tertentu, memungkinkan untuk mengidentifikasi pola DNA yang berhubungan dengan penyakit tersebut. Hal ini dibutuhkan untuk merancang obat genetic untuk kelainan-kelainan tersebut. Bukti biologisLaboratorium polisi di seluruh dunia menggunakan fingerprint DNA untuk menghubungkan tersangka dengan bukti biologis (seperti darah, rambut, dll) yang ditemukan di tempat kejadian perkara. Sejak 1987, ratusan kasus telah dipecahkan dengan bantuan bukti fingerprint DNA. Identifikasi personalKarena semua organ atau jaringan dari sebuah individu mengandung fingerprint DNA yang sama, data tersebut dapat berguna untuk mengidentifikasi masing-masing orang dalam kasus tertentu, sebagai contoh ketika orang tersebut menjadi korban yang harus diidentifikasi.Genetically Modified OrganismGenetically Modified Organism (GMO) adalah sebuah organisme yang material genetiknya diubah dengan menggunakan teknik modifikasi genetic. GMO dibuat untuk mendapatkan organisme dengan keunggulan tertentu dan terutama digunakan dalam bidang pertanian dan peternakan.

Dasar dari GMO adalah DNA rekombinan. Ide dari DNA yang dibuat oleh manusia, atau rDNA, datang dari seorang mahasiswa Stanford University Medical School. Professor Herbert Boyer pada tahun 1973 dan beberapa rekan kerja ahli biolog nya kemudian mengembangkan gagasan tersebut. Pada tahun 1975, sekelompok ahli biologi, pengacara, dan dokter, berkumpul dalam Konferensi Asilomar untuk membuat pedoman untuk penggunaan yang aman dari DNA termodifikasi.pada tahun 1980, sebuah kasus pengadilan antara teknisi genetic di General Electric dan Kantor Paten Amerika Serikat berakhir pada perizinan paten pertama pada organisme hidup. GMO yang diajukan adalah bakteri yang mampu memakan minyak mentah, yang digunakan untuk membersihkan tumpahan minyak.Sejak saat itu, berbagai aplikasi GMO pada berbagai bidang, seperti; medis, farmasi, dan pangan, bermunculan dan mendapatkan paten.

GMO dibuat dengan teknik modifikasi genetic yang memanipulasi secara langsung genom dari organisme tersebut menggunakan bioteknologi. DNA baru disisipkan ke dalam genom inang dengan diawali dengan mengisolasi dan menyalin material genetic dengan menggunakan metode cloning molecular untuk menghasilkan rangkaian DNA dan menyisipkan rangkaian tersebut ke dalam organisme inang.

Aplikasi penggunaan teknik modifikasi genetic untuk menghasilkan GMO pada berbagai bidang: Pertanian atau PanganBidang pertanian dan pangan adalah salah satu bidang terbesar yang memanfaatkan GMO. Manfaat dari GMO pada bidang pertanian adalah: Tahan hama. Kehilangan hasil panen karena hama serangga dapat berdampak pada kerugian finansial petani dan wabah kelaparan pada Negara berkembang. Petani biasanya menggunakan berton-ton pestisida kimiawi tiap tahunnya. Konsumen tidak menginginkan makanan yang dirawat dengan pestisida karena potensi bahayanya pada kesehatan dan limbah pertanian dari penggunaan pestisida dan pupuk secara berlebihan dapat meracuni suplai air dan merusak lingkungan. Menumbuhkan GMO seperti B.t. corn dapat membantu meniadakan penggunaan pestisida kimiawi karena GMO tersebut tahan terhadap hama. Toleran terhadap herbisida. Petani biasanya menggunakan herbisida untuk membunuh rumput liar yang merusak tanaman. Penggunaan herbisida memakan banyak waktu dan biaya, dan harus dilakukan dengan hati-hati agar herbisida tidak merusak tanaman panen dan lingkungan. Tanaman yang dimodifikasi secara genetic untuk menjadi tahan (resisten) terhadap herbisida yang sangat kuat dapat mengurangi jumlah herbisida yang dibutuhkan. Tahan penyakit. Ada banyak virus, fungi, dan bakteri yang menyebabkan penyakit tanaman. Ahli biologis tanaman mengembangkan tanaman yang memiliki resistensi yang didapatkan dari modifikasi genetic sehingga tahan terhadap penyakit-penyakit tersebut. Tahan dingin. Embun beku dapat menghancurkan bibit yang sensitive. Gen antibeku dari ikan air dingin disisipkan pada tanaman seperti tembakau dan kentang. Dengan gen antibeku ini, tanaman akan dapat mentolerir temperature yang dingin yang biasanya dapat membunuh bibit yang tidak dimodifikasi. Nutrisi. Malnutrisi umum ditemukan di Negara dunia ketiga dimana banyak orang hanya dapat mengkonsumsi satu jenis tanaman seperti padi (nasi). Nasi tidak mengandung cukup nutrisi yang dibutuhkan untuk mencegah malnutrisi. Jika nasi dapat dimodifikasi secara genetic untuk mengandung vitamin dan mineral tambahan, malnutrisi dapat dicegah. Peneliti di Swiss Federal Institute of Technology Institute for Plant Sciences telah membuat nasi golden yang mengandung beta-carotene (vitamin A) dalam jumlah besar. PharmaceuticalObat atau vaksin dapat disisipkan pada tanaman pangan seperti tomat dan kentang sehingga memudahkan distribusi, penyimpanan, dan perawatannya. Lingkungan Berbagai tanaman GMO berfungsi untuk memperbaiki lingkungan yang rusak. Sebagai contoh pohon poplar yang telah dimodifikasi secara genetic untuk membersihkan polusi logam berat dari tanah yang terkontaminasi.

SensorAsam nukleat dapat digunakan sebagai biosensor, yaitu sensor untuk mendeteksi analit. DNA adalah material yang memiliki banyak kegunaan, salah satunya sebagai biosensor. Biosensor DNA secara teoritis dapat digunakan dalam diagnosis medis, ilmu forensic, agrikultur, dan pembersihan lingkungan. Biosensor DNA adalah mesin kompleks yang terdiri dari unsur sensor, laser mikro, dan generator sinyal. Fungsi dari biosensor DNA terpusat pada fakta bahwa rantai ganda DNA menempel satu sama lain dengan gaya tarik kimiawi. Kemampuan ini yang dimanfaatkan dalam mendeteksi analit dengan menggunakan DNA.

Asam Nukleat sebagai Enzim Ribozyme (Ribonucleic Enzyme)Katalis alami yang terdiri dari RNA pertama ditemukan di awal tahun 1980an. Setelah itu, dipertimbangkan bahwa enzim asam nukleat artifisial yang terbuat dari RNA atau DNA dapat dikembangkan dengan merekapitulasi prinsip evolusi standar di laboratorium. Pada tahun-tahun setelahnya, banyak ribozyme dan deozyribozym artifisial yang diidentifikasi dengan seleksi in vitro dan jangkauan dari katalis asam nukleat sudah melingkupi reaksi kimia yang jauh lebih luas daripada yang ditemukan di alam.

KesimpulanPemanfaatan asam nukleat sebagian besar berupa modifikasi genetis yang melibatkan perubahan dari struktur DNA suatu organisme. Organisme-organisme tersebut kemudian akan memiliki banyak manfaat tergantung pada modifikasi yang telah dilakukan. Identitas asam nukleat sendiri yang merupakan materi genetis suatu organisme membuat pemanfaatannya di bidang forensik dan sensor sangat banyak dan berguna di kehidupan manusia saat ini.

Daftar Pustaka

Collen, D., Lijnen, H.R., 2009. The Tissue-Type Plasminogen Activator Story. American Heart Association Journal, [online] Available at: http://atvb.ahajournals.org/content/29/8/1151.full [accessed 17 February 2014]

Wardlaw JM, Murray V, Berge E, del Zoppo G, Sandercock P, Lindley RL, Cohen G (June 2012). Recombinant Tissue Plasminogen Activator for Acute Ischaemic Stroke, [online] Available at: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3386494/ .[accessed 17 February 2014]

Principals of Bioremediation [online] Available at: http://www.webapps.cee.vt.edu/ewr/environmental/teach/gwprimer/group24/Principles.html

Single Nucleotide Polyphorphism [online] Available at: http://www.snpedia.com/index.php/Single_Nucleotide_Polymorphism

David F. Betsch, Ph.D., Biotechnology Training Programs, Inc. DNA Fingerprinting in Human Health and Society, [pdf]

Shrivastava, P., Trivedi, V.B., Singh, A.K., Mishra, N., 2012, International Journal of Scientific and Research Publications. Application of DNA Fingerprinting Technology in Forensic Investigation [pdf]

Silverman, S. University of Illinois. Nucleic Acid Enzymes (Ribozym and Deoxyribozym): In Vitro Selection and Application. [pdf]

Whitman, D.B., 2000. Genetically Modified Foods: Harmful or Helpful? [pdf] Available at: http://www.csa.com/discoveryguides/gmfood/review.pdf

Mandal, A., 2014. Gene Therapy History, [online] available at: http://www.news-medical.net/health/Gene-Therapy-History.aspx

Philips, T., 2008. Genetically Modified Organisms (GMOs): Transgenic Crops and Recombinant DNA Technology, [online] Available at: http://www.nature.com/scitable/topicpage/genetically-modified-organisms-gmos-transgenic-crops-and-732