biowidhi’s blog

Hari Jumat, 25 April, adalah hari ulang tahun ke-53 penemuan struktur Deoxyribonucleic Acid (DNA). Pada tanggal 25 April 1953 lalu, dua ilmuwan muda asal Amerika dan Inggris, James Watson dan Francis Crick mengumumkan proposal mereka mengenai struktur double helix DNA di jurnal ilmiah Nature.
Berikut adalah hal-hal menarik di  seputar penemuan ini : 

• Artikel mereka berjudul “Molecular Strucure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid”  dengan  panjang hanya satu halaman
• Manuskripnya diketik adik Watson, Betty.
• Artikel ini memakai hanya satu ilustrasi yang digambar oleh istri Crick, Odile
• cuma memakai enam daftar pustaka. 
• Artikel ini tidak terkenal sampai The News Chronicle of London, 15 Mei,  meliput kuliah Sir Lawrence Bragg (direktur Laboratorium Cavendish tempat Watson dan Crick mengerjakan riset ) di London.
• Walaupun Dr. Crick kemudian diwawancarai oleh BBC di musim gugur tahun itu, penemuan struktur double helix (spiral ganda) DNA itu hanya diberitakan sekedarnya saja setelah itu.
• Dr.Robert C. Olby (sejarawan di University of Pittsburgh) mengatakan bahwa di majalah Nature pada tahun yang sama, dari 20 artikel tentang DNA, hanya 7 yang menyebut double helix.
• Butuh waktu 10 tahun untuk Nobel atas struktur DNA ini.

- sumber : newsletter “Save Our Surrounding” HIMANBIO IPB 2008 -

Pada dasarnya sistem transkripsi maupun translasi pada prokariot maupun eukariot sama. Sama-sama memerlukan DNA templat, RNA polimerase, NTP (ribonukleotida) dan molekul protein regulator. Bahkan keduanya pula terdapat tahapan inisiasi, elongasi, dan terminasi. Tapi di sini saya akan menjelaskan lebih banyak tentang eukariot.

Pada proses transkripsi, perbedaan yang paling mendasar antara prokariot dan eukariot adalah tempatnya. Pada eukariot terdapat di inti sel dan pada prokariot di sitoplasma. Hal ini dikarenakan menurut struktur selnya, eukariot mempunyai membran inti dan prokariot tidak. Sehingga diketahui pula pada eukariot gen-gennya tersebar pada kromosom. Selain itu eukariot bersifat monosistronik, artinya satu transkrip yang dihasilkan hanya mengkode satu macam produk ekspresi. Sedangkan pada prokariot bersifat polysistronik yang dalam satu transkrip mengkode beberapa macam produk ekspresi. Pada struktur gen eukariot pun berseling-seling : Intron (sekuen mengkode tidak spesisifik) – Ekson (sekuen mengkode spesifik) – Intron, dan pada prokariot tidak. Produknya pun pada eukariot terdapat tiga macam RNA polimerase yaitu tRNA, rRNA, dan mRNA. Sedangkan pada prokariot menghasilkan produk satu macam RNA saja.

Pada proses inisiasi pada eukariot, tipe enzim RNA polimerase pada eukariota lebih kompleks. Dari 3 tipe enzim yang paling banyak dipelajari adalah polimerase yang akan menghasilkan mRNA. mRNA harus mengalami pemasakan terlebih dahulu yang melibatkan proses yang kompleks disebut prosesing. Prosesing meliputi penambahan ‘tudung’ pada ujung 5’ dan ‘ekor’ pada ujung 3’, dan pemotongan (splicing) hasil awal transkrip mRNA (pre-mRNA) berukuran sangat besar. Ada 3 elemen yang ditambahkan dalam polimerisasi tersebut, yaitu:

• TATA box (Goldberg-Hogness box)
Posisinya 30 pasang basa (pb) sebelum titik transkripsi (-30). Konsensus urutan ini adalah heptanukleotida (tersusun atas 7 nukleotida) yang hanya mengandung A dan T (TATAAAA). TATA box bertanggung jawab terhadap penempelan awal supaya terjadi denaturasi pita ganda DNA. Hal ini didukung oleh kenyataan bahwa pasangan A-T tidak sestabil pasangan G-C, karena pasangan A-T hanya mempunyai dua ikatan hidrogen dan G-C mempunyai tiga ikatan hidrogen.

• CAAT box
Terletak sebelum promoter, pada beberapa gen sekitar 80 nukleotida sebelum titik transkrip (-80). Urutan nukleotidanya adalah GGCCAATCT. CAAT bersama dengan TATA box mempengaruhi efisiensi promoter.

• DNA enhancer
Lokasinya bervariasi (jauh di hulu gen, sesudah gen, bahkan di dalam gen itu sendiri). Selain enhancer, elemen pengatur lain yang dapat mempengaruhi ekspresi suatu gen adalah silencer, yang dapat menghambat ekspresi suatu gen. Suatu elemen dapat bersifat sebagai enhancer maupun sebagai silencer, tergantung pada protein yang menempel. Contohnya saja sistem hormon tiroid, elemen yang menentukan tanggapan hormon tiroid akan bersifat sebagai silencer jika receptor hormon tiroid terikat pada elemen tersebut tanpa bersama-sama dengan ligannya (hormon tiroid).

• Faktor lain yang disebut trans-acting factors
Perlengkapan ini memfasilitasi penempelan (tahap inisiasi) trans-acting factor berupa protein, pada manusia faktor transkripsi ini diberi nama TFIIA, TFIIB, dst. Salah satu TF yaitu TFIID terikat pada TATA box disebut TATA-binding protein (TBP).

Pada proses translasi mRNA eukariota berumur lebih panjang (jam) dibanding mRNA prokariota (menit). Pada ujung 5’ mRNA eukariota ditambahkan ‘tudung’ yaitu 7-metilguanosin. Fungsi tudung ini adalah untuk efisiensi translasi. mRNA eukariota mempunyai urutan pengenal 5’-ACCAUGG disekitar kodon inisiasi AUG. Urutan ini disebut urutan Kozak (Marilyn Kozak). Pada prosesnya tidak memerlukan amino acid formylmethionine pada waktu inisiasi, tetapi kodon startnya tetap AUG, sehingga tRNA awal adalah tRNA-met. Faktor protein untuk inisiasi, elongasi dan terminasi sama dengan pada prokariota, tetapi jumlah yang diperlukan lebih banyak. Pada eukariota mempunyai ER. Struktur ER memungkinkan ribosom menyalurkan proein yang baru disintesis ke dalam saluran yang ada pada ER. Lain halnya dengan prokariot yang tidak mempunyai ER.

Yang dimaksud Dogma Central di sini adalah semua informasi terdapat pada DNA, kemudian akan digunakan untuk menghasilkan molekul RNA melalui transkripsi, dan sebagian informasi pada RNA tersebut akan digunakan untuk menghasilkan protein melalui proses yang disebut translasi.

Berikut adalah mekanisme prosesnya :

TRANSKRIPSI

Ini merupakan tahapan awal dalam proses sintesis protein yang nantinya proses tersebut akan berlanjut pada ekspresi sifat-sifat genetik yang muncul sebagai fenotip. Dan untuk mempelajari biologi molekuler tahap dasar yang harus kita ketahui adalah bagaimana mekanisme sintesis protein sehingge dapat terekspresi sebagai fenotip.

Transkripsi merupakan proses sintesis molekul RNA pada DNA templat. Proses ini terjadi pada inti sel (nukleus) tepatnya pada kromosom.
Komponen yang terlibat dalam proses transkripsi yaitu : DNA templat yang terdiri atas basa nukleotida Adenin (A), Guanin (G), Timin (T), Sitosin (S) ; enzim RNA polimerase ; faktor-faktor transkripsi, prekursor (bahan yang ditambahkan sebagai penginduksi).
Hasil dari proses sintesis tersebut adalah tiga macam RNA, yaitu mRNA messeger RNA), tRNA (transfer RNA), rRNA (ribosomal RNA).
Sebelum itu saya akan memaparkan terlebih dahulu bagian utama dari suatu gen. Gen terdiri atas : promoter, bagian struktural (terdiri dari gen yang mengkode suatu sifat yang akan diekspresikan), dan terminator.
Sedangkan struktur RNA polimerase terdiri atas : beta, beta-prime, alpha, sigma. Pada struktur beta dan beta-prime bertindak sebagai katalisator dalam transkripsi. Struktur sigma untuk mengarahkan agar RNA polimerase holoenzim hanya menempel pada promoter. Bagian yang disebut core enzim terdiri atas alpha, beta, dan beta-prime.

Tahapan dalam proses transkripsi pada dasarnya terdiri dari 3 tahap, yaitu :

1. Inisiasi (pengawalan)
Transkripsi tidak dimulai di sembarang tempat pada DNA, tapi di bagian hulu (upstream) dari gen yaitu promoter. Salah satu bagian terpenting dari promoter adalah kotak Pribnow (TATA box). Inisiasi dimulai ketika holoenzim RNA polimerase menempel pada promoter. Tahapannya dimulai dari pembentukan kompleks promoter tertutup, pembentukan kompleks promoter terbuka, penggabungan beberapa nukleotida awal, dan perubahan konformasi RNA polimerase karena struktur sigma dilepas dari kompleks holoenzim.

2. Elongasi (pemanjangan)
Proses selanjutnya adalah elongasi. Pemanjangan di sini adalah pemanjangan nukleotida. Setelah RNA polimerase menempel pada promoter maka enzim tersebut akan terus bergerak sepanjang molekul DNA, mengurai dan meluruskan heliks. Dalam pemanjangan, nukleotida ditambahkan secara kovalen pada ujung 3’ molekul RNA yang baru terbentuk. Misalnya nukleotida DNA cetakan A, maka nukleotida RNA yang ditambahkan adalah U, dan seterusnya. Laju pemanjangan maksimum molekul transkrip RNA berrkisar antara 30 – 60 nukleotida per detik. Kecepatan elongasi tidak konstan.

3. Terminasi (pengakhiran)
Terminasi juga tidak terjadi di sembarang tempat. Transkripsi berakhir ketika menemui nukleotida tertentu berupa STOP kodon. Selanjutnya RNA terlepas dari DNA templat menuju ribosom.

TRANSLASI

Tahap selanjutnya setelah transkripsi adalah translasi. Translasi merupakan suatu proses penerjemahan urutan nukleotida yang ada pada molekul mRNA menjadi rangkaian asam-asam amino yang menyusun suatu polipeptida atau protein.
Yang diperlukan dalam proses translasi adalah : mRNA, ribosom, tRNA, dan asam amino.
Sebelumnya saya terlebih dahulu akan menjelaskan tentang struktur ribosom. Ribosom terdiri atas subunit besar dan kecil. Bila kedua subunit digabung akan membentuk suatu monosom. Subunit kecil mengandung sisi Peptidil (P), dan Aminoasil (A). Sedangkan subunit besar mengandung Exit (E), P, dan A. Kedua subunit tersebut mengandung satu atau lebih molekul rRNA. rRNA sangat penting untuk mengidentifikasi bakteri pada tataran biologi molekuler, pada prokariot 16 S dan eukariot 18 S.

Seperti halnya transkripsi, pada translasi juga dibagi dalam tiga tahap :

1. Inisiasi
Pertama tRNA mengikat asam amino, dan hal ini menyebabkan tRNA teraktivasi atau peristiwa ini disebut amino-asilasi. Proses amino-asilasi ini dikatalisis oleh enzim tRNA sintetase. Kemudian ribosom mengalami pemisahan menjadi subunit besar dan kecil. Subunit kecil selajutnya melekat pada molekul mRNA dengan kodon awal tempat menempel : 5’ – AGGAGG – 3’. Urutan tempat menempelnya subunit kecil disebut urutan Shine-Dalgarno. Subunit kecil dapat menempel pada mRNA bila ada IF-3. Pembentukan kompleks IF-2/tRNA-fMet dan IF-3/mRNA-fMet disebut asam amino N-formilmetionin dan memerlukan banyak GTP sebagai sumber energi. tRNA-fMet kemudian menempel pada kodon pembuka P subunit kecil. Selanjutnya Subunit besar menempel pada subunit kecil. Pada proses ini IF-1 dan IF-2 dilepas dan GTP dihidrolisis menjadi GDP, dan siap melakukan elongasi.

2. Elongasi
Perbedaan pada proses transkripsi, pada translasi asam amino yang dipanjangkan. Tahapan yang dilakukan pada proses elongasi, pertama adalah pengikatan tRNA pada sisi A yang ada di ribosom. Pemidahan tersebut akan membentuk ikatan peptida.

3. Terminasi
Translasi akan berakhir pada waktu salah satu dari ketiga kodon terminasi (UAA, UGA, UAG) yang ada pada mRNA mencapai posisi A pada ribosom. Pada E. coli ketiga sinyal penghentian proses translasi tersebut dikenali oleh suatu protein yang disebut release factor (RF). Penempelan RF pada kodon terminasi tersebut mengaktifkan enzim peptidil transferase yang menghidrolisis ikatan antara polipeptida dng tRNA pada sisi P dan menyebabkan tRNA yang kosong mengalami translokasi ke sisi E (exit).

Itulah tadi mekanisme proses transkripsi maupun translasi. Proses selanjutnya adalah protein tersebut akan diekspresikan oleh tubuh kita dalam bentuk fenotip.

Analisis molekuler tersebut dapat berupa analisis asam nukleat maupun analisis protein. Di sini saya akan menjelaskan sekilas saja tentang beberapa metode dalam analisis molekuler, karena analisis lebih lanjut akan saya jelaskan secara spesifik lagi.

Beberapa metode analisis molekuler diantaranya adalah :
1. Proteomic
2. Immunohistokimia
3. Southern Blot
4. Northern Blot
5. Western Blot
6. Insituhibridization
7. Immunoflourescence
8. Apoptosis
9. PCR

Pada analisis asam nukleat yaitu utamanya adalah DNA, terdapat tiga macam analisis. Analisis pertama adalah analisis keberadaan (uji kualitatif) dengan metode insituhibridization. Metode tersebut pada prinsipnya adalah dihibridisasi dengan probe, yaitu hibridisasi DNA pada sayatan histologi metode parafin dengan menggunakan probe RNA. Mekanismenya kurang lebih suatu jaringan dihomogenkan – isolasi DNA – elektroforesis – dibloting ke dalam nitroselulose – dihibridisasi dengan RNA yang akan diukur – band hasil hibridisasi diukur kadarnya dengan densitometri. Analisis kedua adalah mengukur kadar dengan Southern Blot. Dan yang terakhir adalah sequensing nukleotida dengan menggunakan PCR.

Analisis asam nukleat selanjutnya adalah analisis RNA. RNA dalam hal ini adalah mRNA (mesegger RNA). Analisisnya ada dua yaitu, analisis secara kualitatif dengan insituhibridization dan analisis secara kuantitatif dengan Nouthern Blot.

Selain asam nukleat, metode analisis molekuler juga berlaku pada protein. Analisis pada protein diantaranya secara kualitatif dengan imunohistokimia dan imunoflourescence. Imunohistokimia di sini yang diuji adalah antigennya, dengan primernya adalah antibody. Begitu halnya untuk mengetahui lokalisasi protein dengan imunohistokimia dan imunoflourescence. Sedangkan analisis kuantitatif dengan menggunakan Western Blot. Dan yang terakhir sequencing asam amino dengan proteomic

What is molecular biology? Saya akan memberi gambaran sedikit pada anda apa itu biologi molekuler. Biologi molekuler adalah salah satu bentuk aplikasi dari ilmu biologi, khususnya bioteknologi. Yang dipelajari pada biologi molekuler di sini adalah sesuatu pada mahluk hidup pada tingkatan molekuler-nya, misalnya saja adalah asam nukleat yang meliputi DNA dan RNA, karbohidrat, lemak (lipid), dan protein. Tujuan dari kita mempelajari biologi molekuler adalah selain kita dapat memahami mekanisme yang terjadi dalam tubuh kita secara mendetail, kita juga dapat mengaplikasikannya dengan melakukan rekayasa genetika modern dan tentu saja hal itu dilakukan untuk meningkatkan kesejahteraan manusia. Misalnya dengan membuat tanaman transgenik, membuat vaksin dari suatu penyakit, dan masih banyak lagi. Biologi molekuler dewasa ini sedang dilakukan oleh negara-negara maju, dan memang pada kenyataannya ilmu ini sangat penting. Karena untuk mempelajari suatu mekanisme kehidupan biologi saat ini sudah mencapai pada tataran molekuler, bukan lagi jaringan atau seluler saja. Dengan mengutak-atik suatu gen tertentu, tanaman transgenik atau vaksin penyakit berbahaya dapat dibuat. Lalu apakah itu tidak melanggar etika? Hal ini memang sering sekali diperdebatkan. Dan saya rasa ada suatu kesalah pahaman di sini. Maksud saya adalah kebanyakan orang pasti akan berpikir kita nanti akan bisa membuat dinosaurus lagi atau membuat manusia dengan biologi molekuler. Hal ini mungkin saja terjadi secara teori. Akan tetapi pada kenyataanya hal ini sangat sulit terjadi. Jangankan kita membuat manusia, membuat satu sel hidup saja kita tidak mampu. Sejauh ini saja mikroba yang sudah kita ketahui urutan genetiknya adalah E.coli dan Bacillus. Dan sampai sejauh ini pula senyawa yang dapat kita buat secara sintetik (dalam skala pabrik) hanya sebatas amonia saja karena mempunyai struktur kimia sangat sederhana yaitu NH4. Padahal untuk membuat satu sel, harus ada DNA, RNA, protein, lipid, yang mempunyai struktur kimia yang sangat kompleks. Seperti pada teori pembentukan mahluk hidup, unsur yang paling penting dalam pembentukan mahluk hidup adalah C, H, O, N. Lalu bagaimana dengan domba dolly? Memang pada beberapa tahun yang lalu para ilmuwan telah dapat melakukan klonning domba yang diberi nama domba Dolly. Tetapi domba Dolly tidak dapat bertahan lama. Sehingga dari sini kita dapat mengetahui bahwa kemungkinan keberhasilan dari hasil klonning saat ini adalah sangat kecil. Jadi bisakah kita membuat manusia dengan mudah??? Masih banyak yang harus kita pelajari lebih lanjut, utamanya pada bidang biologi molekuler.