1. DNA

DNA atau deoxyribonucleic acid adalah suatu asam nukleat yang merupakan penyusun gen di dalam inti sel. DNA menyimpan segala informasi biologis dari setiap mahluk hidup dan beberapa virus. Selain di dalam inti sel, DNA juga bisa ditemukan di dalam mitokondria, kloroplas, sentriol, dan plastid. Pada beberapa organisme tertentu seperti katak dan tumbuhan paku, DNA ditemukan di dalam sitoplasmanya.

a. Struktur DNA

DNA merupakan suatu molekul besar yang kompleks. DNA terdiri atas dua pita panjang yang saling berpilin membentuk heliks ganda (double helix). Setiap pita merupakan suatu polimer dari ratusan hingga ribuan nukleotida. Setiap nukleotida terdiri atas tiga komponen sebagai berikut.

1. Gula pentosa deoksiribosa Gula deoksiribosa adalah gula pentosa (beratom 5C) yang kehilangan satu atom oksigen.

2. Gugus fosfat Gugus fosfat terikat pada atom C nomor 5 dari gula pentosa.

3. Basa nitrogen Basa nitrogen terikat pada atom C nomor 1 dari gula pentosa.

Ada dua jenis basa nitrogen, yaitu basa purin dan basa pirimidin. Basa purin terdiri atas adenin (A) dan guanin (G), sedangkan basa pirimidin terdiri atas sitosin (S/C) dan timin (T). Keempat jenis basa nitrogen tersebut membentuk pasangan yang tetap. Basa nitrogen dari pita satu akan berpasangan secara tetap dengan basa nitrogen dari pita lainnya. Pasangan tersebut adalah A dengan T dan G dengan C. Menurut Erwin Charga , jumlah adenin pada setiap DNA hampir sama dengan timin dan jumlah guanin hampir sama dengan sitosin.

Ada tiga macam ikatan kimia yang terdapat pada rantai DNA, yaitu sebagai berikut.

• 1.) Ikatan fosfodiester adalah ikatan kimia antara gugus fosfat dari satu nukleotida dan gula dari nukleotida berikutnya. Ikatan antara gula dan fosfat ini diilustrasikan sebagai “ibu tangga” dari struktur heliks DNA.

• 2.) Ikatan hidrogen adalah ikatan kimia antarpasangan basa nitrogen. Adenin yang berikatan dengan timin dihubungkan dengan dua ikatan hidrogen (A = T), sedangkan guanin yang berikatan dengan sitosin dihubungkan dengan tiga ikatan hidrogen (G ≡ C). Ikatan hidrogen dari pasangan basa purin–pirimidin ini diilustrasikan sebagai “anak tangga” dari struktur heliks DNA.

• 3.) Ikatan antara gula deoksiribosa dan basa nitrogen. Ikatan ini ada empat macam, yaitu sebagai berikut.

• Deoksiadenosin monofosfat (dAMP) adalah ikatan kimia antara gula deoksiribosa dan basa adenin.

• Deoksiguanin monofosfat (dGMP) adalah ikatan kimia antara gula deoksiribosa dan basa guanin.

• Deoksisistidin monofosfat (dCMP) adalah ikatan kimia antara gula deoksiribosa dan basa sitosin.

• Deoksitimidin monofosfat (dTMP) adalah ikatan kimia antara gula deoksiribosa dan basa timin.

DNA memiliki beberapa fungsi, yaitu sebagai berikut.

• 1.) Sebagai pembawa informasi genetik.

• 2.) Berperan dalam pewarisan sifat.

• 3.) Ekspresi informasi genetik.

• 4.) Dapat menyintesis molekul kimia lain, seperti RNA dan protein (disebut fungsi heterokatalisis).

• 5.) Dapat menduplikasikan diri atau bereplikasi (disebut fungsi autokatalisis).

c. Sifat DNA

DNA memiliki beberapa sifat sebagai berikut.

• 1.) Jumlah DNA konstan pada setiap jenis sel dan spesies.

• 2.) Kandungan DNA dalam sel bergantung sifat ploidi (genom) atau jumlah kromosom.

• 3.) Bentuk DNA pada inti sel eukariotik seperti benang yang tidak bercabang, sedangkan pada sel prokariotik, plastida, dan mitokondria berbentuk sirkuler.

DNA memiliki kemampuan untuk menduplikasikan diri atau replikasi diri. Proses replikasi terjadi saat interfase sebelum sel membelah. Tujuan replikasi ini agar sel anakan hasil pembelahan mengandung DNA yang identik dengan DNA sel induk. Jika terjadi kesalahan dalam proses replikasi, sifat pada sel-sel anakannya akan mengalami perubahan.

Dari ketiga hipotesis tersebut, setelah dilakukan percobaan oleh Matthew Meselson dan Franklin Stahl, yang lebih diyakini kebenarannya adalah hipotesis semikonservatif sesuai dengan prediksi Watson dan Crick. Dalam proses replikasi DNA, ada beberapa enzim yang berperan di dalamnya, yaitu sebagai berikut.

1. Helikase berfungsi memutuskan ikatan hidrogen sehingga heliks ganda DNA terbuka dan memisah menjadi rantai tunggal.

2. RNA primase berfungsi menggabungkan nukleotida-nukleotida RNA sehingga membentuk primer (kelas lain asam nukleat).

3. DNA polimerase berfungsi menggabungkan nukleotida-nukleotida menjadi polimer DNA.

4. DNA ligase berfungsi menyambungkan fragmen-fragmen DNA yang baru terbentuk menjadi rantai DNA yang lengkap.

5. Topoisomerase berfungsi untuk mematahkan tegangan ikat pada heliks ganda DNA sehingga pembukaan heliks ganda dapat dimulai.

RNA atau ribonucleic acid adalah makromolekul polinukleotida berupa rantai tunggal atau ganda, tetapi tidak berpilin, seperti pada DNA. Rantai pada RNA juga pendek-pendek karena dibentuk melalui transkripsi fragmen-fragmen DNA. Tidak seperti DNA yang umumnya ditemukan di dalam inti sel, RNA banyak ditemukan di dalam ribosom atau sitoplasma. Keberadaan RNA di dalam sel tidak tetap karena mudah terurai dan harus dibentuk kembali.

a. Struktur RNA

RNA merupakan suatu polinukleotida yang tersusun atas banyak ribonukleotida. Setiap ribonukleotida tersusun atas 3 komponen, yaitu sebagai berikut.

• 1.) Gula pentosa ribosa

• 2.) Gugus fosfat Gugus fosfat dan ribosa akan membentuk tulang punggung RNA.

• 3.) Basa nitrogen Basa nitrogen terdiri atas basa purin dan basa pirimidin. Basa purin terdiri atas adenin (A) dan guanin (G), sedangkan basa pirimidin terdiri atas sitosin (S/C) dan urasil (U). Pasangan basa nitrogen antara rantai DNA dan RNA dalam sintesis protein adalah A dengan U dan C dengan G.

Di dalam nukleoplasma, ribonukleotida RNA terdapat bebas dalam bentuk nukleosida trifosfat, seperti:

• 1.) adenosin trifosfat (ATP);

• 2.) guanosin trifosfat (GTP);

• 3) sistidin trifosfat (STP); dan

• 4.) uridin trifosfat (UTP)

b. Fungsi RNA

RNA berperan dalam proses sintesis protein di dalam sel. Akan tetapi, pada beberapa jenis virus, RNA berperan seperti DNA, yaitu pembawa informasi genetik.

c. Macam-Macam RNA

RNA dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu sebagai berikut.

• 1.) RNA genetik RNA genetik adalah RNA yang memiliki peran seperti DNA, yaitu sebagai pembawa informasi genetik. RNA tipe ini hanya terdapat pada beberapa jenis virus. Oleh karena virus hanya memiliki satu macam materi genetik saja, yaitu DNA atau RNA, maka pada virus yang tidak memiliki DNA, sebagai penggantinya adalah RNA.

• 2.) RNA nongenetik RNA nongenetik adalah RNA yang tidak berperan sebagai informasi genetik, tetapi hanya berperan dalam proses sintesis protein. RNA tipe ini terdapat pada organisme yang memiliki DNA. Ada tiga macam RNA nongenetik, yaitu sebagai berikut.

• RNA duta atau mRNA

RNA duta atau mRNA merupakan rantai tunggal yang panjang dan tersusun atas ratusan nukleotida. RNA ini dibentuk oleh DNA melalui proses transkripsi di dalam inti sel. Urutan basa nitrogen pada mRNA adalah pasangan komplementer atau pelengkap dari rantai sense DNA. Basa-basa nitrogen yang terdapat di sepanjang rantai mRNA tersusun dalam bentuk triplet. Setiap triplet terdiri atas tiga basa nitrogen dengan urutan tertentu. Triplet ini disebut juga kodon. Satu triplet atau satu kodon akan menentukan satu jenis asam amino. Fungsi dari mRNA sebagai pembawa kode genetik (kodon) dari inti sel ke sitoplasma. Oleh sebab itu, rantai mRNA disebut juga rantai kodon.

• RNA pemindah atau tRNA

RNA pemindah atau tRNA merupakan rantai tunggal yang pendek. RNA ini dibentuk oleh DNA di dalam inti sel kemudian diangkut ke sitoplasma. Rantai tRNA berupa struktur tiga dimensi yang mempunyai ikatan hidrogen antarbasa nitrogen pada tempat-tempat tertentu. Pada rantai tRNA, terdapat dua ujung perlekatan yang penting, yaitu ujung untuk perlekatan asam amino dan ujung untuk perlekatan kodon dari mRNA. Ujung tempat perlekatan kodon disebut antikodon. Antikodon terdiri atas triplet basa nitrogen yang dapat berikatan secara spesi k dengan kodon. Antikodon jumlahnya lebih sedikit dari kodon karena antikodon mampu mengenali dua atau lebih kodon yang berbeda. Jumlah total kodon adalah 64, sedangkan jumlah antikodon sekitar 45. Fungsi dari tRNA adalah sebagai penerjemah kodon dari mRNA dan pengangkut asam-asam amino dari sitoplasma ke ribosom. Asam-asam amino yang diangkut oleh tRNA ini merupakan bahan dasar pembentuk protein.

• RNA ribosom atau rRNA

RNA ribosom atau rRNA merupakan RNA yang terdapat di dalam ribosom, tetapi dibentuk oleh DNA di dalam inti sel. rRNA berupa rantai tunggal, tidak bercabang, dan eksibel. Dalam satu sel, jumlah rRNA lebih banyak dibandingkan dengan jumlah mRNA dan tRNA. Fungsi rRNA sebagai mesin perakit polipeptida pada sintesis protein yang bergerak ke satu arah di sepanjang rantai mRNA.

Sintesis protein adalah proses pembentukan protein yang dikode oleh DNA dan dilaksanakan oleh RNA. Proses sintesis protein sebagian berlangsung di dalam inti sel dan sebagian lagi berlangsung di dalam ribosom. Bahan baku dalam sintesis protein adalah asam amino. Terdapat 20 jenis asam amino. Jenis asam amino yang digunakan dalam sintesis protein ditentukan oleh DNA. Perbedaan jenis, jumlah, dan susunan asam amino menentukan jenis protein yang disintesis. Hasil dari proses sintesis protein adalah protein fungsional. Aktivitas dari protein fungsional akan memengaruhi sifat-sifat tubuh organisme. Perbedaan sifat-sifat tubuh ini selanjutnya akan menghasilkan perbedaan fenotipe (sifat yang tampak) pada organisme. Contoh protein fungsional adalah enzim, hormon, keratin, atau hemoglobin. Lantas, bagaimanakah mekanisme sintesis protein? Mekanisme sintesis protein terdiri atas dua tahap utama, yaitu transkripsi dan translasi. Transkripsi adalah proses pencetakan RNA oleh DNA, sedangkan translasi adalah proses penerjemahan kode genetik pada RNA menjadi urutan asam amino.

Pada proses translasi, disintesis polipeptida dengan menggunakan kode genetik pada mRNA. Proses ini berlangsung di dalam ribosom dan dilakukan oleh tRNA serta ribosom itu sendiri. Setiap asam amino digabungkan oleh tRNA pada kodon mRNA dengan bantuan enzim sintetase tRNA-aminoasil. Seperti halnya transkripsi, translasi juga terdiri atas tiga tahap, yaitu inisiasi translasi, elongasi translasi, dan terminasi translasi. Di samping ini adalah gambar dari proses translasi.