Hubungan DNA, RNA, dan Protein

DNA (Deoksiribosa nukleid acid)

DNA terdiri dari beberapa nukleotida. Nukleotida terdiri dari  satu gugus posfat, satu gula lima karbon yang disebut deoksiribosa, dan salah satu dari empat basa nitrogen yang terdiri dari dua jenis yakni purin (memiliki satu cincin karbon ganda); adenin dan guanin, dan pirimidin (memiliki satu cincin karbon); sitosin dan timin. Nukleotida terdiri dari empat jenis:

Deoksiadenilat: satu gugus posfat – satu gula deoksiribosa – basa nitrogen adenin

Deoksiguanilat: satu gugus posfat – satu gula deoksiribosa – basa nitrogen guanin

Deoksisitidilat: satu gugus posfat – satu gula deoksiribosa – basa nitrogen sitosin

Deoksiguanilat: satu gugus posfat – satu gula deoksiribosa – basa nitrogen guanin

Menurut James Watson danFrances Crick (1953) DNA adalah suatu heliks ganda. DNA tersusun menjadi suatu rantai dengan ikatan fosfodiester yang menyatukan karbon 3’ dan karbon 5’ dalam arah berlawanan. Sebuah rantai atau untai DNA berikatan dengan DNA rantai komplemennya disatukan dengan ikatan hidrogen antar basa nitrogennya sedangkan posfat dan gulanya dihubungkan oleh suatu ikatan kovalen.

DNA memiliki kode genetik untuk mengatur fungsi sel dengan cara membentuk protein, namun bagaimana caranya DNA yang terdapat di nukleus dapat mengatur kegiatan pada sitoplasma? Kode genetik DNA di transkripsi dalam bentuk RNA yang nantinya akan menembus pori nukleus ke sitoplasma.

DNA dapat ber-replikasi  dengan bantuan enzim DNA polimerase, pertama-tama DNA berpisah menjadi satu untai kemudian DNA polimerase akan membentuk nukleotida komplemennya jika DNA polimerase berjalan dari 3’ ke 5’ maka komplemen DNA berbentuk 5’ ke 3’. Selain membentuk DNA, enzim DNA polimerase juga berfungsi untuk mengkoreksi nukleotida yang terbentuk, apabila salah maka enzim ini akan memutuskan nukleotida tadi dan menggantinya dengan yang baru, jika terjadi kesalahan pembentukan nukleotida komplemen maka akan terjadi mutasi.

RNA (Ribosa Nukleid Acid)

Susunan RNA sedikit berbeda dari susunan DNA. RNA tidak memiliki gula deoksiribosa melainkan gula ribosa dibentuk dengan penambahan satu gugus hidroksil pada cincin ribosa, RNA juga tidak memiliki basa nitrogen timin yang posisinya diganti dengan urasil, dan biasanya RNA memiliki untai tunggal.

RNA dibentuk oleh enzim polimerase yang menambahkan dua gugus posfat yang mempunyai ikatan berenergi tinggi, fungsinya untuk mempercepat reaksi kimia pembentukan rantai nukleotida RNA yang lebih panjang. Untuk lebih jelasnya berikuti ini dipaparkan cara bekerja enzim polimerase dalam pembentukan molekul RNA:

Enzim RNA polimerase akan menempel pada suatu tempat yang disebut promotorpada DNA,

Kemudian enzim ini akan melepaskan untaian ganda DNA kedalam bentuk rantai tunggal,

Enzim RNA polimerase membentuk nukleotida RNA sebagai komplemen dari DNA rantai tunggal tadi, setiap nukleotida RNA akan membentuk molekul RNA dengan menghubungkan posfat dengan gula pada nukleotida lain melalui ikatan kovalen dan bantuan energi dari pelepasan dua gugus posfat terakhir yang mempunyai ikatan berenergi tinggi,

Kemudian pada suatu tempat pada DNA yang dinamakan chain terminating sequenceenzim ini akan melepaskan diri,

Tidak lama setelah itu RNA akan terlepas dari DNA karena afinitas ikatan hidrogen antara DNA dengan DNA lebih besar dari DNA dengan RNA.

Catatan: Pada proses transkipsi untai ganda DNA dipisahkan menjadi dua untai tunggal namun hanya satu untai saja yang dijadikan cetakan untuk membentuk RNA, RNA diapit oleh molekul guanin diujung 5’ bernama guanine cap dan molekul adenin di ujung 3’ poly-A tail proses selanjutnya poly-A tail akan tereduksi.

RNA yang telah dibentuk seperti penjelasan di atas (RNA heteronukleus/hnRNA) tidak bisa langsung digunakan tetapi harus melewati proses pematangan di nukleus. hrRNA memiliki intron (penyekat) dan ekson (yang akan diekspresikan) dalam proses pematangan intron pada RNA dibuang (stretches)  dan ekson digabungkan kembali (splicing). Setelah matang RNA dilepaskan ke sitoplasma melalui pori-pori nukleus.

RNA terdiri dari tiga jenis yakni:

RNA mesengger (RNAm)/kodon: molekul RNA panjang yang dibawa dari nukleus dan tersuspensi pada sitoplasma untuk menentukan asam amino apa yang akan dibentuk.

RNA transfer (RNAt)/anti kodon: molekulnya lebih kecil dari RNAm, fungsinya untuk membawa asam amino ke ribosom dalam perakitan protein. RNAt bentuknya mirip dengan daun semanggi bagian tengahnya diisi oleh triplet (anti kodon) yang akan berikatan longgar hidrogen dengan triplet (kodon) pada RNAm dalam ribosom untuk membentuk asam amino (translasi). Asam amino dibawa RNAt dengan cara berikatan pada gugus hidroksil ribosa pada asam adenilat yang berada pada bagian ujung RNAt.

RNA ribosom(RNAr): RNAr adalah tempat perakitan protein yang sebenarnya, disini RNAm melekat pada proses translasi. 60% ribosom adalah RNAr.

Catatan: Ribosom bekerja seperti pabrik manufaktur. Ribosom dibentuk di nukleolus, disini RNAr akan berikatan dengan protein ribosom untuk membentuk sub unit primordial ribosom yang nantinya dibawa keluar dari nukleolus dan akan matang menjadi ribosom fungsional di sitoplasma.

Pada proses translasi RNAm melekat pada lebih dari satu ribosom (poliribosom). Proses translasi dimulai dengan inisiasi ketika kodon RNA memiliki triplet AUG (codon initiation/CI), kemudian terjadi proses elongasi, dan diakhiri dengan terminasi ketika kodon RNA memiliki triplet UAA, UGA, dan UAG (codon terminating/CT) pada saat ini bagian terakhir dari molekul protein disinyalkan dan kemudian molekul protein ini lepas ke sitoplasma.  Protein terbentu berupa protein fungsional ataupun struktural.

Catatan: Pada proses translasi di RE kasar protein terbentuk lebih banyak dilepaskan ke sitoplasma dibanding ke lumen RE.

Protein

Protein dibentuk dari beberapa asam amino. Asam-asam amino berikatan satu sama lain melalui ikatan peptida (gugus –OH pada –COOH salah satu asam amino bergabung dengan –H pada –NH2 asam amino yang lain membentuk air dan tempat yang ditinggalkan tadi bergabung membentuk molekul protein). Susunan asam amino dalam protein menentukan fungsi protein itu. Protein dapat mempunyai fungsi struktural, fungsional/enzim, ataupun pengatur yang mengubah tempat transkripsi DNA.

Protein dapat menjadi pengatur, protein jika berikatan dengan penguat akan meningkatkan suatu ekspresi gen sedangkan jika berikatan dengan peredam maka akan menurunkan proses transkripsi. Inilah yang menyebabkan kenapa pada tempat-tempat tertentu suatu ekspresi gen akan hilang contohnya: Sel otot memproduksi protein aktin tapi tidak memproduksi hemoglobin.

Hubungan DNA, RNA, dan protein.

Fungsi utama dari DNA adalah sebagai pengatur aktivitas sel namun DNA tidak melakukannya secara langsung. DNA mentrankripsikan dirinya menjadi RNA. RNA inilah yang berperan secara langsung dalam pembentukan protein, RNA di dalam ribosom melewati proses translasi, suatu proses penerjemahan kodon pada RNAr oleh RNAt, yang akan menghasilkan susunan asam amino pembentuk protein. Protein ini dapat berfungsi sebagai protein struktural, fungsional, maupun pengatur.

DNA adalah komponen dari kehidupan, agar dapat berfungsi maksimal maka DNA harus disalin secara akurat dan ditransmisikan ke sel anak, dan informasi dalam DNA harus diekspresikan. Jika terjadi kesalahan dalam proses replikasi, transkripsi, ataupun translasi dapat menyebabkan kesalahan pada protein yang seharusnya dibentuk dan hal ini akan membuat suatu abnormalitas pada penderitanya.