Belajar Materi Genetis ADN dan ARN

Apa Itu DNA dan ARN?

Dalam pelajaran biologi molekuler, mempelajari tentang sintesa protein adalah salah satu materi penting. Di dalam sintesa protein inilah kita akan sering bertemu dengan konsep ADN atau yang juga sering dikenal dengan DNA, serta ARN. Lantas, apa itu ADN dan ARN? 

Apa persamaan ADN dan ARN dan apa pula perbedaan ADN dan ARN? Berikut akan ada penjelasan mengenai dua konsep yang berkaitan erat dengan sintesa protein ini.

Sebelumnya, mari kita lihat hasil penelitian yang menunjukkan bahwa bahan dasar yang membentuk inti sel adalah suatu protein yang dikenal dengan nama nukleoprotein. Nukleoprotein ini terdiri dari protein dan asam nukleat.

Asam nukleat ada beberapa macam. Akan tetapi, asam nukleat  yang berhubungan dengan faktor penurunan sifat hanya ada dua, yakni asam deoksiribonukleat (ADN) dan asam  ribonukleat (ARN).

Asam Deoksiribonukleat (ADN) 

ADN sering juga disebut sebagai DNA. Model struktur ADN atau DNA ini pertama kali diajukan oleh seorang peneliti biologi molekuler James D. Watson dan Francis Crick. Pada tahun 1953, mereka mencoba menyusun struktur ADN ini berdasarkan analisis foto defraksi sinar X. 

Watson dan Crick ini pula yang dikatakan sebagai penemu strukutur ADN. Ajuan mereka diterima dan dijadikan sebuah penemuan yang menjadi rujukan atau awal dari kemunculan bidang ilmu rekayasa genetika.

Watson dan Crick ADN mengungkapkan bahwa ADN ini berbentuk double helix yaitu bentuk seperti tangga terpilin yang sangat panjang. Pada masing-masing ADN, disusun oleh dua buah rantai polinukleotida. Rantai polinukleotida ini dibentuk oleh banyak nukleotida yang saling berikatan satu sama lain.

Menurut mereka, pada satu nukleotida dibentuk oleh tiga komponen yakni : 

-          gugus gula pentosa (deoksiribosa) 

-          gugus fosfat 

-          gugus basa nitrogen 

Bahan dasar pembentuk nukleotida adalah nukleosida. Nukleosida adalah bentuk ikatan antara gula pentosa dengan basa nitrogen. Nah, ketika nukleosida mengikat fosfat inilah maka akan terbentuk nukleotida. 

Basa nitrogen pada ADN ada dua macam yaitu purin dan pirimidin. Purin terdiri dari adenin (A) dan guanin (G), sedangkan pirimidin terdiri dari timin (T) dan sitosin (S). Ada aturan pasangan dalam purin dan purimidin ini.

Adenin (A) selalu berpasangan dengan timin (T) dan dihubungkan oleh dua ikatan hydrogen. Sementara guanine (G) selalu berpasangan dengan sitosin (S) dan dihubungkan oleh tiga ikatan hidrogen.

Struktur sebuah nukleotida, ketika basa nitrogennya adalah Adenin maka nukleotidanya disebut sebagai deoksiadenosin monophosphat

Baca juga: Memahami Sintesa Protein Lengkap

Replikasi ADN

ADN memiliki kemampuan untuk menggandakan diri atau yang disebut dengan mereplikasi. Proses ini umumnya terjadi pada saat interfase. Replikasi ADN sangatlah tepat. Pada proses replikasi akan dihasilkan rantai ADN baru dari rantai ADN yang telah ada.

Lantas, seperti apa proses replikasi ADN? Berikut runtutan mengenai proses replikasi ADN :

1.      dimulai dengan membukanya rantai ganda polinukleotida,

2.      kemudian setiap rantai polinukleotida lama akan membentuk rantai polinukleotida baru pasangannya.

3.      Pada akhir replikasi diperoleh dua ADN yang tepat sama masing-masing terdiri atas rantai polinukleotida lama dan baru yang saling melilit.

4.      Dalam proses tersebut diperlukan bahan berupa ATP, enzim (ADN polimerase, ligase, dan helikase), dan deoksiribonukleosida.

Proses replikasi ADN ini dulunya masih rancu karena ada tiga hipotesis yang pernah diajukan. Proses replikasi ADN yang diajukan tersebut yakni : konservatif, semi konservatif, dan disversif. Berikut keterangannya :

• Hipotesis konservatif menyatakan bahwa ADN hasil replikasi masing-masing terdiri dari ADN dengan rantai baru dan ADN dengan rantai lama yang saling melilit.

• Hipotesis semikonservatif menyatakan bahwa ADN hasil replikasi keduanya terdiri dari satu rantai lama dan satu rantai baru.

• Hipotesis disversif menyatakan bahwa ADN hasil replikasi terdiri dari gabungan segmen nukleotida rantai lama dan rantai baru.

Namun, setelah melalui penelitian panjang, hasil yang tepat ditunjukkan sesuai dengan hipotesis semi konservatiflah. Artinya, ADN hasil replikasi keduanya terdiri dari satu rantai lama dan satu rantai baru.

Asam Ribonukleat (ARN) 

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, ADN berperan dalam pengendalian sifat. Peran yang dimiliki ADN dalam pengendalian sifat genetik ini didasarkan pada fungsinya sebagai perancang sintesis protein yang dibutuhkan dalam pembentukan enzim maupun penyusun struktur sel.

Dalam proses sintesis protein, ADN mengambil peran sebagai perancang. Sementara pelaksana sistesis protein ini adalah asam ribonukleat (ARN). Jadi, pada dasarnya ADN tidak ikut terlibat dalam sistensis protein ini.

Sebelum sintesis protein berlangsung, maka ADN akan membentuk ARN terlebih dulu oleh ADN di dalam nukleus melalui proses transkripsi. Transkripsi adalah proses penyalinan urutan nukleotida yang terdapat pada molekul DNA.

ARN yang dibentuk oleh ADN ini berupa rantai tunggal polinukleotida. Tepatnya, ARB terbentuk dari ribonukleotida yaitu ikatan antara fosfat, gula pentosa (ribosa), dan basa nitrogen.

Berbeda dengan ADN, basa nitrogen pirimidin pada ARN terdiri atas urasil (T) dan sitosin (S), sedangkan purin terdiri atas adenin (A) dan guanin (G). Jadi, pada ARN timin (T) digantikan oleh urasil (U).

Jadi, bila untai DNA adalah A, maka bila ditranskripsi hasilnya adalah U. Bila pada DNA T, maka hasil pada RNA adalah A. bila pada DNA C maka hasil transkripsi RNA adalah G, dan sebaliknya.

Agar lebih jelas, berikut perubahan transkripsi DNA ke RNA :

-          A - - > U

-          T - - > A

-          C < - > G

Contoh perubahan transkripsi DNA ke RNA :

Misal untai DNA                    = ACC AAG ACG CGA

Maka hasil transkripsi RNA    = UGG UUC UGC GCU

Jadi, RNA ini adalah pembaca pesan yang dibawa DNA. Untuk membaca pesan ini dijeda tiga-tiga. Kelompok RNA ini disebut dengan kolon, yakni kode yang dibaca tiga – tiga tadi.

Yang perlu diingat adalah dalam struktur RNA tidak ada nukleotida Timin (T), karena struktur T pada RNA digantikan dengan Uracil (U).

Sebetulnya, nukleotida T dan U mempunyai cincin yang serupa yakni cincin pirimidin. Akan tetapi, pada basa T terdapat gugus metil (CH₃) pada atom C nomor 5, sedangkan pada basa U tidak terdapat gugus metikl.

Proses transkripsi ini dimulai pada saat enzim RNA polymerase melakukan kontak dengan protein pada DNA yang disebut dengan promotor. Setelah tahap transkripsi ini, maka dimulailah proses yang disebut dengan inisasi, yakni ketika enzim RNA polymerase bergabung dengan promotor.

Pada tahapan inisiasi transkripsi, terdapat 4 langkah utama, yakni :

1.      Pembentukan kompleks promoter tertutup

2.      Pembentukan kompleks promoter terbuka

3.      Penggabungan beberapa nukleotida awal (sekitar 10 nukleotida)

4.      Perubahan konfirmasi RNA polymerase karena sub unit dilepaskan dari kompleks holoenzim.

Pada setiap gen ini, promotor hanya mengkode untuk mentranskripsi satu untai DNA saja. Bagian yang ditranskripsi itu pun berbeda antara satu gen dengan yang lainnya.

Berikutnya, terjadi proses pemanjangan RNA. RNA akan terpisah dan menjauh dari untai DNA templatenya. Kedua untai DNA kemudian dapat bergabung kembali dan kemudian baru dilanjutkan ke tahap ketiga.

Basa basa molekul RNA akan membentuk hybrid dengan DNA cetakan sepanjang kurang lebih 12 nukleotida. Laju pemanjangan maksimum nukelotida ini umumnya 30 hingga 60 nukleotida per detik. Artinya, setiap gen yang mengkode protein akan disalin menjadi RNA dalam waktu kurang lebih 1 menit, meski terkadang waktunya bisa lebih rendah.

Tahap ketiga dari transkripsi ini adalah terminasi. Terminasi terjadi ketika RNA polymerase mencapai urutan basa tertentu atau yang disebut sebagai terminator. Dari proses transkripsi ini, dihasilkan tiga jenis RNA, dimana ketiganya ini akan berperan dalam sintesa protein.

                                          
Tiga jenis ARN yang berperan dalam sintesis protein:

1. ARN duta (ARNd) : Berfungsi membawa informasi susunan protein dari ADN dalam inti sel ke ribosom yang berada dalam sitoplasma. ARNd disebut juga mRNA atau messenger RNA.
2. ARN ribosom (ARNr) : ARNr atau disebut juga sebagai rRNA, terdapat dalam ribosom dan menyusun 50% – 60% struktur ribosom. Fungsi sebenarnya dari ARNr sampai sekarang belum diketahui. Diduga ARNr membantu proses sintesis protein.
3. ARN transfer (ARNt) : ARNt atau disebut juga sebagai tRNA ini didapati dalam sitoplasma dan berfungsi mengikat dan membawa asam amino menuju ribosom

Baca juga: 3 Cara Reproduksi Bakteri

Perbedaan struktur ADN dan ARN

Dari penjelasan di atas, kamu mungkin masih bingung untuk membedakan ADN dan ARN, termasuk dari struktur ADN dan struktur ARN. Agar lebih jelas, berikut ini adalah beberapa perbedaan ADN dan ARN.

	DNA (Deoxyribo Nukleat Acid)	RNA (Ribo Nukleat Acid)
Lokasi	Dalam inti sel, mitokondria, kloroplas, senriol.	Dalam inti sel, sitoplasma dan ribosom.
Bentuk	Polinukleotida ganda/ rantai ganda (double helix) yang terpilin sangat panjang	Polinukleotida tunggal / rantai tunggal dan pendek
Gula	Deoxyribosa, yaitu gula ribosa yang kehilangan satu atom oksigen	Ribosa
Basanya	Golongan purin : adenine dan guanine Golongan pirimidin : cytosine dan timin	Golongan purin : adenine dan guanine Golongan pirimidin : cytosine dan urasil
Fungsi	–          mengontrol sifat yang menurun –          sintesis protein –          sintesis RNA	–       sintesis protein
Kadar	Tidak dipengaruhi sintesis protein. Letak basa nitrogen kedua pita ADN saling berhadapan dengan pasangan yang tetap yakni Adenin selalu berpasangan dengan Timin, Cytosin dengan Guanin. Kedua pita tersebut diikatkan oleh ikatan hidrogen.	Dipengaruhi sintesis protein. Macam ARN : ·         ARN duta ·         ARN ribosom ·         ARN transfer

Satu simpulan menarik dari hubungan RNA dan DNA ini adalah : jenis-jenis RNA yang dibentuk dari hasil transkripsi DNA merupakan bahan dasar sintesis protein.