Biomolekuler Sel dan Bioetika

BAB I
PENDAHULUAN

    Penelitian Gregor Mendel (1822) di kota Heinzendorf (sekarang Hynice) Austria.  memungkinkan kita memahami biologi molekuler, suatu penelitian terhadap unit-unit dasar makhluk hidup. Suatu unit dasar makhluk hidup biasanya akan diatur oleh aktivitas sel tepatnya di nukleus.
Organel ini mengendung sebagian besar materi genetic sel dengan bentuk molekul DNA linier panjang yang membentuk kromosom bersama dengan beragam jenis protein seperti histon. Fungsi utama nukleus adalah untuk menjaga integritas gen-gen tersebut dan mengontrol aktivitas sel dengan mengelola ekspresi gen. Selain itu, nukleus juga berfungsi untuk mengorganisasikan gen pada saat terjadi pembelahan sel, memproduksi mRNA untuk mengkodekan protein, sebagai tempat sintesis ribosom, tempat terjadinya replikasi dan transkripsi dari DNA, serta mengatur kapan dan dimana ekspresi gen harus dimulai, dijalankan dan diakhiri. Nukleus merupakan organel pertama yang ditemukan, yang pertama kali dideskripsikan oleh Franz Bauer pada 1802 dan dijabarkan lebih detil oleh ahli Botani Skotlandia, Robert Brown pada tahun 1831.
Ketika Gregor Mendel menemukan gen, ia pun mengetahui sesuatu pasti diwariskan pada sifat-sifat genetika. Tetapi ia sebenarnya tidak dapat melihat gen, karena ukurannya yang terlalu kecil. Pada Abad ke-20, teknologi baru akhirnya membuat ilmuwan mampu memecahkan dimana gen, DNA berada dan seperti apa wujudnya dan Mekanisme Sintesis Protein itu sendiri berlangsung.
Saat ini kita telah mengembangkan ilmu tersebut sangat jauh hingga diketahui materi genetika yang berupa benang kecil padat yang disebut Kromosom.Sifat-sifat dasar dikodekan di dalam DNA (Asam Deoksiribonukleat). Dengan Ilmu Genetika, umat manusia telah memahami banyak hal tentang diri mereka sendiri dan memungkinkan melakukan banyak penyelamatan di masa depan, misalnya pendeteksian dini mengenai kecacatan dan penyakit tertentu.
Penjelasan di atas tidak terlepas dari adanya proses metabolisme setiap Makhluk Hidup. Proses metabolisme, yaitu proses kimia yang menandai unsur kehidupan, kebanyakan berlangsung dengan perantaraan suatu zat yang dinamakan enzim. Segera setelah penemuan kembali dari hasil percobaan Mendel pada tahun 1900, seorang dokter ahli Biokimia bangsaInggris bernama Archibald E. Garrod mempelajari beberapa penyakit metabolisme pada manusia. Garood berpendapat bahwa metabolisme itu berlangsung karena terjadinya reaksi kimia yang berurutan. Untuk tiap tahap reaksi kimia ini diperlukan enzim tertentu sebagai katalisator, sedangkan terbentuknya tiap enzim dikontrol. Oleh satu atau beberapa gen. Jika gen yang dibutuhkan oleh enzim tertentu tidak ada, maka enzim tersebut tidak dapat terbentuk, sehingga metabolisme tidak mungkin dilanjutkan. Terjadilah suatu blok metabolisme.

Gambar. Jalannya metabolisme yang diawasi secara genatik. Enzim A dikontrol oleh Gen A demikian pula enzim B dikontrol oleh gen B, sedangkan enzim C oleh enzim C. Andaikata individu itu tidak memiliki gen dominant B (karena ada mutasi gen), maka enzim tidak terbentuk sehingga terjadilah blok metabolisme. Zat antara 2 dan hasil akhir tidak terbentuk.

Hipotesa Garrod yang menyatakan bahwa satu enzim itu dikontrol oleh sebuah gen dikenal sebagai hipotesa sebuah gen – sebuah enzim. Adapun blok metabolisme akan terjadi apabila ada gen yang mengalami mutasi. Hipotesa ini  dikenal sebagai hipotesa sebuah gen mutan – sebuah blok metabolisme. Dr. G. W. Beadle dan E. L Tatum yang mengadakan percobaan dengan cendawan Neurospora dan mengikuti banyak reaksi yang terjadi pada metabolismenya dapat membenarkan kedua hipotesa tersebut di atas. Mereka selanjutnya dapat membuktikan, bahwa banyak enzim itu terdiri dari dua atau lebih banyak rantai polipeptida dan tiap polipeptida adalah hasil dari gen tertentu. Enzim triptofan sintetase dari bakteri E. coli misalnya mengandung α – polipeptida dan β – polipeptida. Berhubungan dengan itu Beadle dan Tatum yang menerima hadiah Nobel untuk bidang Kedokteran dan Fisiologi dalam tahun 1958 merubah konsep “sebuah gen- sebuah enzim” itu menjadi “sebuah gen-sebuah polipeptida. Akhirnya polipeptida inilah yang dipakai sebagai bahan dasar pada Sintesis Protein.

BAB II
PEMBAHASAN

2.1. Pengertian Sintesis Protein
    Sintesis protein terjadi pada kelompok-kelompok partikel sitoplasmik sangat kecil yang disebut ribosom. partikel-pertikel ini adlah rakitan makromolekul RNA Ribosom (rRNA) dan protein-protein. Setiap ribosom terdiri dari dua sub –unit yang besar dan kecil. Sub unit kecil mengandung satu molekul rRNA. Pada Eukariota, molekul ini disebut RNA “18S” karena kecepatan mengendap dalam tabung sentrifus.
    Pada proses Sintesis protein  melibatkan, Asam Amino, DNA, RNA, Replikasi DNA, Transkripsi DNA dan Translasi DNA.
2.2. Asam Amino
Sebelum sintesis protein dilakukan, perlulah diadakan persiapan yang menyeluruh, salah satunya pemasangan asam amino pada salah satu ujung tRNA. 1 asam amino harus diikatkan pasada salah satu ujung tRNA dengan antikodon yang benar, namun protein ini sesuai dengan kodon bukan antikodon. Enzim yang melakukan proses ini adalah enzim tRNA Aminoasil sintetase. Enzim ini mengikatkan asam amino pada bagian sisi asam amino kemudian tRNA dengan antikodon spesifik untuk asam aminonya. tRNA dan asam amino berikatan pada enzim sebelum akhirnya dilepaskan.
Oleh karena protein adalah polimer dari asam-asam amino, maka proses sintesa protein membutuhkan asam-asam amino sebagai bahan mentah. Asam amino yang umum dijumpai berjumlah 20 dan berkumpul di dalam sitoplasma membentuk suatu “kumpulan asam amino”, seperti : Glisin, LAlanin, L-Valin, Leusin, L-Serin, L-Glutamin, dan lain-lain.  Semua asam amino (kecuali prolin) memiliki gugus amino dan karboksil yang bebas.
Asam amino satu dengan yang lainnya berbeda pada gugus tambahannya. Selama sintesa protein, asam-asam amino terangkai moleh peptide yang dihasilkan oleh hidrolisa dari gugus amino dan karboksil.
Polipeptida adalah deratan asam-asam amino, yang dapat tersiri dari 51 asam amino (seperti pada insulin) sampai lebih dari 1000 asam amino.
2.3. DNA (Asam Deoksiribonukleat)
    Gagasan untuk menjelaskan aturan-aturan pewarisan tertentu, telaah dikembangkan oleh Mendel (tetapi bukan penamaan-penamaan) mengenai gen. Beliau tidak mencoba menggambarkan sebagai struktur tertentu, pada lokasi tertentu dengan sifat kimia dan cara kerja tertentu.

    Asam nukleat-kromosom yang utama adalah DNA meskipun juga terdapat RNA dalam jumlah yang kecil. DNA merupakan suatu senyawa kimia penting bagi kehidupan karena dapat membawa informasi genetik dari sel ke sel atau terhadap kehidupan keseluruhannya. DNA adalah rantai double heliks berpilin yang terdiri atas polinukleotida. Berfungsi sebagi pewaris sifat dan sintesis protein.
    Penelitian tentang DNA yang dilakukan oleh para ahli biologi modern, memperlihatkan pentingnya arti DNA bagi seluruh aktifitas biologis yang ada dan menempatkan DNA pada tempat utama dalam membahas sitologi genetika, molekuler biologis, biokimia dan mikrobiologi.
    Pertama kali molekul DNA diisolasi oleh E. Miescher (1869) dari sel nanah, spermatozoa dan inti sel darah merah burung dan pada saat itu struktur kimianya belum diketahui secara pasti, sehingga hanya dapat dikatakan sebagai nuklein. Tahun 1880 Fischer dapat mengidentifikasi pirimidin dan purin dalam dua asam nukleat. Kossel dapat memperlihatkan ada dua pirimidin yaitu sitosin dan timin dan dua purin yaitu adenine dan guanin di dalam nukleat itu, sehingga ia mendapatkan hadiah Nobel. Selanjutnya Avery, Macleod dan Mac Carthy pada tahun 1944, mendemonstrasikan pertama kali bahwa DNA sangat berkaitan dengan kebakaan (hereditas) . Tahun 1953 Watson dan Crick mampu menyusun suatu model DNA heliks ganda (Double Helix) dan memperlihatkan berbagai berbagai aktifitas DNA. Konberg (1957) dapat membuktikan pembentukan model DNA yang double Helix dalam sel secara bebas dan tahun 1967 Konberg mampu mensintesis suatu molekul DNA dari 6000 nukleotida.
    Semua makhluk hidup kecuali beberapa virus memiliki DNA. di dalam sel, bagian terbesar dari DNA terdapat di dalam nucleus, terutama dalam kromosom. Molekul DNA juga ditemukan dalam mitokondria, maka dari itu mitokondria merupakan bagian sel yang memiliki sifat semi autonom. Selain itu DNA juga ditemukan pada Plastida dan sentriol. Pada Paramecium, Tetrahymena, Amoeba proteus, Amphibia dan paku-pakuan, molekul DNA terdapat dalam dasar sitoplasma.
    Sebagai pembawa keterangan genetic, DNA memiliki dua fungsi yang amat penting, yaitu:
1.    Fungsi heterokatalitis, yaitu karena DNA langsung dapat mensintesis molekul kimiawi lainnya (seperti mensintesa RNA, protein dan sebaginya)
2.    Fungsi autokatalis, yaitu karena DNA dapat mensintesa dirirnya sendiri.
    Penggandaan DNA dari nucleus
    Banyaknya DNA biasanya diukur dengan pikogram, yaitu suatu mikrounit dari berat. Satu pikogram (1 pg) adalah sama dengan 10-12 gram. Banyaknya DNA konstan dari sel ke sel dan dari spesies dan ke spesies. Sebagai contoh, bayaknya DNA dari berbagai sel diploidpada ayam 2,5 pg. Spermatozoa ternyata hanya mengandung stengah (kira 1,25) dari banyaknya DNA dalam sel diploid.
    Diantara makhluk-makhluk Avertebrata, spons dan Coelentrata mengandung DNA paling sedikit. Pada umumnya banyaknya DNA bervariasi dari satu spesies ke spesies yang lain. Banyaknya variasi itu tergantung pula dari banyaknya spesies, misalnya Mammalia terdapat lebih sedikit variasi jika dibandingkan dengan pada ikan, Amphibia dan Burung.
Morfologi
Molekul DNA dari sel-sel dengan nukleus sejati mempunyai bentuk sebagai benang lurus dan tak bercabang, sedangkan pada sel-sel tanpa nukleus sejati, mitokondria dan plastida molekul DNA berbentuk lingkaran.                 
Ukuran molekul DNA berbeda-beda dari satu spesies ke spesies lainnya. Pada mitokondria, molekul DNA mempunyai ukuran 5 U, pada virus lebih panjang, sedang molekul DNA tunggal pada sel bakteri berukuran 1,4 mm.
Dalam sel-sel yang berinti sejati, beberapa orang peneliti menemukan molekul DNA dari berbagai ukuran, yaitu 50-60 U (Solari 1965 dalam Suryo), 500 U (Cairus 1966 dalam Suryo) dan 1,6 – 1,8 mm (Huberman dan Riggs 1966 dalam Suryo).
Susunan Kimiawi dari DNA
DNA merupakan susunan kimia makromolekular yang komplek, yang terdiri dari 3 macam molekul yaitu sebagai berikut:
1.    Gula Pentosa, yang dikenal sebagai Deoksiribosa
2.    Asam Pospat
3.    Basa Nitrogen, yang dapat dibedakan atas dua tipe dasar:
a. Pirimidin
     Basa ini dibedakan lahi atas Sitosin (S) dan Timin (T)







    b. Purin.
    Basa ini dibedakan atas Adenin (A) dan Guanin (G)







Gambar Susunan Kimia DNA Makromolekuler seperti dilihat dibawah ini:






  




Pirimidin dan Purin membentuk rangkaian kimiawi dengan deoksiribosa. Atom C 1’ dari gula deoksiribosa akan berhubungan dengan aton Nitrogen pada posisi 1 dari Pirimidin aatau pada posisi 9 dari Purin. Molekul demikian ini disebut nukleotida atau deoksiribosa dan mereka ini dapat berlaku sebagai prekusor elementer untuk sintesa DNA. Akan tetapi sebelum suatu nukleosida dapat menjadi bagian dari suatu DNA, ia harus bergabung dengan gugus pospat untuk membentuk suatu nukleotida atau Deoksiribonukleotida, seperti yang terlihat gambar dibawah ini.















Model Struktur DNA menurut Watson dan Crick
Pada tahun 1953, James Watson and Francis Crick menemukan penemuan model struktur DNA adalah rantai double heliks (dua pita spiral) berpilin ke kanan. Di bagian luar terdapat deretan gula-pospat (yang membentuk tulang punggung dari Double Helix). Dalam DNA terdapat struktur-struktur di atas. Namun, jika diambil 1 lempeng yang mengandung ikatan fosfat, gula dan basa nitrogen, maka lempeng tersebut disebut nukleotida. Jika plat itu hanya basa nitrogen dan gula saja maka disebut nukleosida.
Dua polinukleotida yang berhadapan dihubungkan oleh atom Hidrogen, yaitu pasangan purin dan piramidin tertentu. Adenin hanya dapat berpasangan dengan timin, yang dihubungkan oleh dua atom H, sedangkan guanine hanya dapat berpasangan dengan sitosisn yang dihubungkan oleh tiga atom H. Jadi, dua deretan nukleotida itu komplementer satu dengan lainnya, artinya urutan nukleotida dalam satu deret pasangannya.
Maka, DNA adalah polimer dari nukleotida.
Gula deoksiribosa pada DNA merupakan gula lima karbon yang kehilangan 1 atom oksigen. Gula deoksiribosa memegang basa nitrogen pada atom karbon nomor 1, sedangkan atom C nomor 5 berikatan dengan gugus fosfat. Gugus fosfat ini saling berikatan dengan gugus fosfat lainnya membentuk ikatan fosfodiester. Karena DNA merupakan rantai ganda dan atom-atom karbon mempunyai aturan diatas untuk mengikat basa nitrogen dan gugus fosfat maka satu rantai DNA terlihat berdiri tegak sedangkan rantai pasangannya justru terbalik. Maka pada notasi penulisan kode genetik DNA, ditulis 5’-kode genetik-3’, sedangkan untuk rantai pasangannya justru ditulis 3’-kode genetik-5’. Pengaturan ini disebut konfigurasi antiparalel.
2.4. RNA (Asam Ribonukleat)
Selain dari DNA Asam Nukleat yang sangat penting pula adalah Asam Ribonukleat (RNA). Beberapa virus tidak memiliki DNA, melainkan hanya RNA saja sehingga RNA-lah merupakan molekul genetik keseluruhannya dan membawa segala pertanggungjawaban seperti yang dimiliki DNA. RNA demikian RNA genetik. Di dalam sel-sel dimana DNA merupakan substansi genetik, terdapat lain macam molekul RNA yang dinamakan RNA non-genetik.
a. RNA Genetik
    Tipe RNA ini ditemukan pada beberapa virus tumbuhan (misalnya virus mozaik tembakauv = TMV, virus mozaik kuning turnip, virus tumor luka), virus hewan (misalnya virus influenza, virus kaki dan mulut dan sebagainya). Struktur molekul RNA genetik. Molekul RNA memiliki strand (untaian seperti DNA) tunggal atau ganda dan non heliks. RNA yang terdiri dari pita dobel tetapi tidak berpilin sebagai spiral terdapat sebagai bahan genetic pada beberapa virus tanaman. Tiap pita RNA adalah polinukleotida artinya terdiri dari banyak ribonukleotida. Dalam pita polinukleotida dari RNA, tulang punggung penyusun dari deretan ribosa dan pospat.
RNA genetik dari virus mengadakan replikasi sendiri, artinya RNA ini menghasilkan sendiri replikasinya (hasil replikasi). Berhubung dengan itu replikasi itu dinamakan sintesa RNA bergantung –RNA.










Gambar RNA-Ribonukleotide
Berbeda dengan DNA, RNA merupakan rantai panjang lurus yang berfungsi dalam sintesis protein. Terdapat 3 jenis RNA yaitu:
1. mRNA(messenger RNA atau RNA duta/RNAd), bertugas untuk mengkodekan kode genetik dari DNA untuk sintesis protein. Terdapat di anak inti.sel. Triplet kode genetik pada mRNA disebut kodon.
2. tRNA(transfer RNA atau RNAt), bertugas untuk mencocokkan triplet yang ada pada mRNA dengan protein yang sesuai. Terdapat di sitoplasma. Triplet kode genetik pada tRNA disebut antikodon.
3. rRNA(ribosomal RNA atau RNAr), bertugas untuk memasangkan kodon mRNA dengan antikodon tRNA dan menggeser rantai-rantai supaya terbentuk polipeptida(protein). Terdapat di ribosom.
b. RNA Non-genetik
    Pada organisme prokariot dan eukariot, kode genetic ada pada molekul DNA dan dari penelitian ternyata bahwa DNA tidak meninggalkan inti secara utuh tetapi mengatur suatu bentuk DNA yang dikenal sebagai RNA non genetik. Untuk membawa informasi genetika dari inti, menuju tempat terjadinya sintesis protein yaitu pada Retikulum Endoplasma dan Ribosom dalam sitoplasma. Jadi, molekul DNA hanya berperan sebagai cetakan (template) untuk sintesis molekul DNA yang non genetic, proses ini dikenal sebagai transkripsi.
    Komposisi kimia RNA non genetic. Secara kimia, RNA non genetic sangat erat hubungannya dengan DNA. RNA non genetic adalah rantai (single strand) dari polimer unit-unit ribonukleotida dan terdiri dari asam fosfat, ribose (gula pentosa) dan basa nitrogen dan purin yang terdiri dari adenine, guanine, sedangkan pirimidin tersiri dari sitosin dan urasil (Urasil menggantikan timin).
2.5. Mekanisme Sintesis Protein
PRA SINTESIS PROTEIN
Sebelum sintesis protein dilakukan, perlulah diadakan persiapan yang menyeluruh, salah satunya pemasangan asam amino pada salah satu ujung tRNA. 1 asam amino harus diikatkan pasada salah satu ujung tRNA dengan antikodon yang benar, Namun protein ini sesuai dengan kodon bukan antikodon. Enzim yang melakukan proses ini adalah enzim tRNA aminoasil sintetase. Enzim ini mengikatkan asam amino pada bagian sisi asam amino kemudian tRNA dengan antikodon spesifik untuk asam aminonya. tRNA dan asam amino berikatan pada enzim sebelum akhirnya dilepaskan.
Protein mempunyai peranan penting dalam organisasi structural dan fungsional dari sel. Protein structural menghasilkan beberapa komponen sel dan beberapa bagian luar sel seperti kutikula, serabut dan sebagainya. Protein fungsional (misalnya enzimdan hormone) mengawasi hamper semua kegiatan metanbolisme, biosintesa, pertumbuhan pernapasan dan perkembang-biakan dari sel. Namun demikian, sebuah sel tidak mungkin membuat protein yang dibutuhkan oleh individu yang bersel banyak. Berbagai macam protein dibuat oleh berbagai tipe sel.
Proses pembuatan protein menyangkut salah satu dari dogma pusat Biologi Molekuler, yang menyatakan bahwa informasi genetic itu beralih dari asam nukleat ke Protein. Tahap pertama dari dogma tersebut yang dikenal sebagai transkripsi tidak menimbulkan perubahan dalam kode, karena ADN dan ARNd adalah komplememter. Tahap kedua yang dikenal dengan roses translasi, menimbulkan perubahan dalam kode, yaitu urutan nukleotida ke urutan asam amino. kejadian itu dapat digambarkan secara sistematis, sebagai berikut :
transkripsi            translasi
DNA                   RNA              Protein
    Dalam tahun 19698 Barry Cammoner menduga bahwa informasi genetic itu beralih secara memutar (sirkuler), yaitu DNA mencetak RNA, RNA menterjemahkan ke protein, protein membuat RNAdan RNA membuat DNA.
    DNA                 RNA

    RNA                Protein
    Akan tetapi Baltimore (1970) dan Mizushima dan temin (1970) melaporkan adanya enzim “DNA polymerase bergantung RNA disebut juga “transcriptase sebaliknya”), yang pada beberapa virus dapat mensintesa DNA dari RNA hasil cetakan yang berpita tunggal. Berdasarkan penemuan itu Spiegelman dkk (1970) berpendapat bahwa kini ada kemungkinan dibentuk molekul hybrid DNA/RNA. Penemuan yang amat menarik perhatian di bidang Biologi Molekuler itu menghasilkan konsep baru, yaitu “dogma pusat sebaliknya”. Dogma (kepercayaan) ini berpendapat bahwa beralihnya informasi genetic itu tidak perlu mengikuti aturan dari DNA ke RNA kemudian ke protein., akan tetapi dapat juga terjadi dari RNA ke DNA. Dengan demikian “dogma pusat sebaliknya” itu dapat digambarkan secara sistematis sebagai berikut:
           transkripsi                translasi
DNA                RNA                Protein


 Kesimpulannya: Dogma pusat dari Genetika Molekuler ialah bahwa informasi genetic itu dipindahkan (1) dari DNA ke DNA, diwaktu replikasi selama mewariskan dari satu generasi ke generasi berikutnya dan (2) dari DNA ke RNA ke protein selama ekspresi fenotip pada suatu individu. Maka, sejak tahun 1970 berlakulah “dogma pusat sebaliknya”, di mana dapat dibuktikan pada virus tumor, bahwa informasi genatik dapat pula dipindahkan menurut arah sebaliknya, yaitu dari RNA ke DNA. Hal tersebut sepeeti terlihat pada gambar di bawah ini:















2.5.1. Replikasi DNA
Replikasi DNA yang terjadi, disebut replikasi semikonservatif, karena masing-masing dari kedua rantai DNA induk bertindak sebagai cetakan/templat untuk pembuatan dua rantai DNA dengan untai ganda yang baru.
Replikasi DNA adalah proses penggandaan rantai ganda DNA. Pada sel, replikasi DNA terjadi sebelum pembelahan sel. Prokariota terus-menerus melakukan replikasi DNA. Pada eukariota, waktu terjadinya replikasi DNA sangatlah diatur, yaitu pada fase S siklus sel, sebelum mitosis atau meiosis I. Penggandaan tersebut memanfaatkan enzim DNA polimerase yang membantu pembentukan ikatan antara nukleotida-nukleotida penyusun polimer DNA. Proses replikasi DNA dapat pula dilakukan in vitro dalam proses yang disebut reaksi berantai polimerase (PCR).
Garpu Replikasi


Garpu replikasi atau cabang replikasi (replication fork) ialah struktur yang terbentuk ketika DNA bereplikasi, seperti yang dilihat pada gambar di bawah ini.



Garpu replikasi ini dibentuk akibat enzim helikase yang memutus ikatan-ikatan hidrogen yang menyatukan kedua untaian DNA, membuat terbukanya untaian ganda tersebut menjadi dua cabang yang masing-masing terdiri dari sebuah untaian tunggal DNA. Masing-masing cabang tersebut menjadi "cetakan" untuk pembentukan dua untaian DNA baru berdasarkan urutan nukleotida komplementernya. DNA polimerase membentuk untaian DNA baru dengan memperpanjang oligonukleotida yang dibentuk oleh enzim primase dan disebut primer. DNA polimerase membentuk untaian DNA baru dengan menambahkan nukleotida—dalam hal ini, deoksiribonukleotida—ke ujung 3'-hidroksil bebas nukleotida rantai DNA yang sedang tumbuh. Dengan kata lain, rantai DNA baru disintesis dari arah 5'→3', sedangkan DNA polimerase bergerak pada DNA "induk" dengan arah 3'→5'. Namun demikian, salah satu untaian DNA induk pada garpu replikasi berorientasi 3'→5', sementara untaian lainnya berorientasi 5'→3', dan helikase bergerak membuka untaian rangkap DNA dengan arah 5'→3'. Oleh karena itu, replikasi harus berlangsung pada kedua arah berlawanan tersebut.
Sebagai pembawa keterangan genetic, DNA memiliki dua fungsi yang amat penting, yaitu :
1. Fungsi heterokatalis, yaitu karena DNA langsung dapat mensintesa molekul kimiawi lainnya (seperti mensintesa RNA, protein dan sebagainya)
2. Fungsi autokatalis, yaitu karena DNA dapat mensintesa dirinya sendiri.


    Disini akan diuraikan fungsi autokatalis dari DNA saja. Menurut Watson dan Crick, replikasi molekul DNA dimulai dengan putusnya ikatan hydrogen yang kemudian diikuti oleh berputarnya dan memisahnya kedua pita polinukleotida. Pita tunggal yang bebas itu lalu membentuk pita komplementernya yang baru. Seperti yang dilihat pada gambar di bawah ini:







    Proses ini dipengaruhi oleh enzim DNA-polimerase. Arthur Kornberg (1969) meneliti proses kimia dari sintesa DNA dan membuat DNA in vitro (di luar benda hidup) dengan menggunakan enzim DNA-polimerase I). Kemudian ia berpendapat bahwa enzim tersebut itulah yang mempengaruhi replikasi DNA. Akan tetapi kemudian terbukti bahwa pendapat itu tidak benar, karena enzim DNA polymerase bukanlah enzim yang sebenarnya yang berperan pada Replikasi DNA. Enzim tersebut hanya merupakan katalisator pada pembentukan internukleotida dari DNA.
    Setelah replikasi DNA selesai terbentuklah dua pasang “double helix” saja. Berdasarkan pengamatan, diduga ada 3 kemungkinan cara replikasi molekul DNA, yaitu secara:
1. Semikonservatif. Dua pita spiral dari “double helix” memisahkan diri. Tioap pita tunggal dari “double helix”parental ini berlaku sebvagai pencetak (model)untuk membentuk pita pasangan yang baru.
2. Konservatif. “Double helix” parental tetap utuh, tetapi keseluruhannya dapat mencetak “double helix” baru.




3. Disversif. Kedua buah pita dari “double helix” parental terputus-putus. Segmen-segmen DNA parental dan segmen-segmen DNA yang dibentuk baru saling bersambungan dan menghasilkan dua “double helix” baru.









2.5.2. Transkripsi
    Pada organisme yang inti selnya berdinding (eukariot) DNA terdapat di dalam kromosom, artinya di dalam inti sel. DNA akan tetap berada di dalam sel, sedangkan protein di buat di dalam sitoplasma. Berhubungan dengan itu DNA tidak mungkin ikut berperan secara langsung pada sintesa protein. Sebagai pengganti, sebuah pita dari “double helix” molekul DNA digunakan untuk mencetak pita tunggal RNAduta (RNAd); proses ini dinamakan transkripsi.
Transkripsi berlangsung di dalam inti sel atau di dalam matriks mitokondria dan plastida. Transkripsi dapat dipicu oleh rangsangan dari luar maupun tanpa rangsangan. Pada proses tanpa rangsangan, transkripsi berlangsung terus-menerus (gen-gennya disebut gen konstitutif atau "gen pengurus rumah", house-keeping genes). Sementara itu, gen yang memerlukan rangsangan biasanya gen yang hanya diproduksi sewaktu-waktu; gennya disebut gen regulatorik karena biasanya mengatur mekanisme khusus. Rangsangan akan mengaktifkan bagian promoter inti, segmen gen yang berfungsi sebagai pencerap RNA yang terletak di bagian hulu bagian yang akan disalin.
Enzim yang menjadi katalisator untuk proses ini ialah enzim RNA polymerase bergantung DNA, yang biasanya disingkat menjadi enzim RNA polymerase. Seperti halnya dengan DNA, sintesa RNA selalu terjadi menurut arah ‘5 ke 3’. Pita DNA yang mencetak RNAd biasanya disebut juga pita “sens”, sedangkan pita DNA komplementernya yang tidak mencetak RNAd dinamakan pita “antisens”.
RNAd yang telah selesai dicetak (artinya selesai menerima informasi genetik dari DNA) akan meninggalkan DNA, keluar dari inti sel melalui pori-pori dari membrane inti dan menempelkan diri pada ribosom yang terdapat di dalam sitoplasma.
Tergantung intensitasnya, dalam satu berkas transcription unit sejumlah RNA polimerase dapat bekerja secara simultan. Intensitas transkripsi ditentukan oleh keadaan di sejumlah bagian tertentu pada DNA. Ada bagian yang disebut suppressor yang menekan intensitas, dan ada yang disebut enhancer yang memperkuatnya.


2.5.3. Translasi
Translasi adalah proses penerjemahan kode genetik oleh tRNA ke dalam urutan asam amino. Translasi menjadi tiga tahap (sama seperti pada transkripsi) yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi. Semua tahapan ini memerlukan faktor-faktor protein yang membantu mRNA, tRNA, dan ribosom selama proses translasi. Inisiasi dan elongasi rantai polipeptida juga membutuhkan sejumlah energi. Energi ini disediakan oleh GTP (guanosin triphosphat), suatu molekul yang mirip dengan ATP.
1.  Inisiasi
Tahap inisiasi terjadi karena adanya tiga komponen yaitu mRNA, sebuah tRNA yang memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua sub unit ribosom. mRNA yang keluar dari nukleus menuju sitoplasma didatangi oleh ribosom, kemudian mRNA masuk ke dalam “celah” ribosom. Ketika mRNA masuk ke ribosom, ribosom “membaca” kodon yang masuk. Pembacaan dilakukan untuk setiap 3 urutan basa hingga selesai seluruhnya. Sebagai catatan ribosom yang datang untuk mebaca kodon biasanya tidak hanya satu, melainkan beberapa ribosom yang dikenal sebagai polisom membentuk rangkaian mirip tusuk satu, di mana tusuknya adalah “mRNA” dan daging adalah “ribosomnya”. Dengan demikian, proses pembacaan kodon dapat berlangsung secara berurutan. Ketika kodon I terbaca ribosom (misal kodonnya AUG), tRNA yang membawa antikodon UAC dan asam amino metionin datang. tRNA masuk ke celah ribosom.
Ribosom di sini berfungsi untuk memudahkan perlekatan yang spesifik antara antikodon tRNA dengan kodon mRNA selama sintesis protein. Sub unit ribosom dibangun oleh protein-protein dan molekul-molekul RNA ribosomal.
2.  Elongasi
Pada tahap elongasi dari translasi, asam amino-asam amino ditambahkan satu per satu pada asam amino pertama (metionin). Ribosom terus bergeser agar mRNA lebih masuk, guna membaca kodon II. Misalnya kodon II UCA, yang segera diterjemahkan oleh tRNA berarti kodon AGU sambil membawa asam amino serine. Di dalam ribosom, metionin yang pertama kali masuk dirangkaikan dengan serine membentuk dipeptida.
Ribosom terus bergeser, membaca kodon III. Misalkan kodon III GAG, segera diterjemahkan oleh antikodon CUC sambil membawa asam amino glisin. tRNA tersebut masuk ke ribosom. Asam amino glisin dirangkaikan dengan dipeptida yang telah terbentuk sehingga membentuk tripeptida. Demikian seterusnya proses pembacaan kode genetika itu berlangsung di dalam ribobom, yang diterjemahkan ke dalam bentuk asam amino guna dirangkai menjadi polipeptida.


Kodon mRNA pada ribosom membentuk ikatan hidrogen dengan antikodon molekul tRNA yang baru masuk yang membawa asam amino yang tepat. Molekul mRNA yang telah melepaskan asam amino akan kembali ke sitoplasma untuk mengulangi kembali pengangkutan asam amino. Molekul rRNA dari sub unit ribosom besar berfungsi sebagai enzim, yaitu mengkatalisis pembentukan ikatan peptida yang menggabungkan polipeptida yang memanjang ke asam amino yang baru tiba. Kedua proses Translasi tersebut dapat terlihat pada gambar di bawah ini:







3.  Terminasi
Tahap akhir translasi adalah terminasi. Elongasi berlanjut hingga kodon stop mencapai ribosom. Triplet basa kodon stop adalah UAA, UAG, dan UGA. Kodon stop tidak mengkode suatu asam amino melainkan bertindak sinyal untuk menghentikan translasi. Polipeptida yang dibentuk kemudian “diproses” menjadi protein.
    Hubungan Replikasi, Transkripsi dan Translasi DNA dapat dilihat pada gambar di bawah ini:















2.6. Perbedaan Transkripsi DNA dan Replikasi DNA

No    Uraian    Transkripsi DNA    Replikasi DNA     
1    Pengertian    Mencetak pita tunggal RNA dengan menyalin sebagian berkas DNA    Penggandaan rantai ganda DNA     
2    Enzim    RNA-plimerase    DNA-Polimerase     
3    Tempat terjadi    Inti Sel, matriks Mitokondria dan Kloroplas    Inti Sel dan mitokondria     
4    Mekanisme    -    1. Semi konservatif
2. Konservatif
3. Disversif     
5    Fungsi    Mencetak pita tunggal RNA dengan menyalin sebagian berkas DNA    1. Heterokatalitis
2. Autokatalitis    

BAB III
KESIMPULAN

v    Pada sintesis protein dilakukan, perlulah diadakan persiapan yang menyeluruh, salah satunya pemasangan asam amino pada salah satu ujung tRNA.
v    DNA merupakan suatu senyawa kimia penting bagi kehidupan karena dapat membawa informasi genetik dari sel ke sel atau terhadap kehidupan keseluruhannya.
v    DNA adalah rantai doble heliks berpilin yang terdiri atas polinukleotida. Berfungsi sebagi pewaris sifat dan sintesis protein.
v    DNA memiliki dua fungsi yang amat penting, yaitu:
1. Fungsi heterokatalitis, yaitu karena DNA langsung dapat mensintesis  molekul kimiawi lainnya (seperti mensintesa RNA, protein dan sebaginya)
2.  Fungsi autokatalis, yaitu karena DNA dapat mensintesa dirirnya sendiri.
v    Molekul DNA dari sel-sel dengan nukleus sejati mempunyai bentuk sebagai benang lurus dan tak bercabang, sedangkan pada sel-sel tanpa nukleus sejati, mitokondria dan plastida molekul DNA berbentuk lingkaran.           
v    DNA merupakan susunan kimia makromolekular yang komplek, yang terdiri dari 3 macam molekul yaitu sebagai berikut:
1.    Gula Pentosa, yang dikenal sebagai Deoksiribosa
2.    Asam Pospat
3.    Basa Nitrogen, yang dapat dibedakan atas dua tipe dasar yaitu: Purin dan Pirimidin
v    Pada tahun 1953, James Watson and Francis Crick menemukan penemuan model struktur DNA adalah rantai double heliks (dua pita spiral) berpilin ke kanan. Di bagian luar terdapat deretan gula-pospat (yang membentuk tulang punggung dari Double Helix).
v    RNA merupakan molekul genetik keseluruhan yang membawa segala pertanggungjawaban seperti yang dimiliki DNA.
v    RNA terdiri dari
1. RNA genetik
2. RNA non-genetik
v    Mekanisme Sintesis Protein dapat tulis dengan skema
transkripsi            translasi
DNA                   RNA              Protein
            atau

     transkripsi                translasi
DNA                RNA                Protein
v    Proses Sintesis Protein, terdiri dari:
1. Replikasi DNA
Replikasi DNA adalah proses penggandaan rantai ganda DNA.
v    Cara replikasi molekul DNA, yaitu secara:
1. Semikonserpatip. Dua pita spiral dari “double helix” memisahkan diri. Tioap pita tunggal dari “double helix”parental ini berlaku sebvagai pencetak (model)untuk membentuk pita pasangan yang baru.
2. Konserpatip. “Double helix” parental tetap utuh, tetapi keseluruhannya dapat mencetak “double helix” baru.
3. Dispersip. Kedua buah pita dari “double helix” parental terputus-putus. Segmen-segmen DNA parental dan segmen-segmen NA yang dibentuk baru saling bersambungan dan menghasilkan dua “double helix” baru.

2. Transkripsi DNA
Transkripsi adalah proses sebuah pita dari “double helix” molekul DNA digunakan untuk mencetak pita tunggal RNAduta (RNAd). Transkripsi berlangsung di dalam inti sel atau di dalam matriks mitokondria dan plastida.
v    Translasi adalah proses penerjemahan kode genetik oleh tRNA ke dalam urutan asam amino. Translasi menjadi tiga tahap (sama seperti pada transkripsi) yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi.
v    Tahap akhir translasi adalah terminasi. Elongasi berlanjut hingga kodon stop mencapai ribosom.

KATA PENGANTAR

Puji syukur saya ucapkan kehadirat Allah SWT. yang telah memberikan rahmat dan karunianya sehingga penyusun dapat menyelesaikan makalah yang berjudul Sintesis Protein. Makalah ini dibuat untuk memenuhi tugas mata kuliah “Biomolekuler Sel dan Bioetika” Pasca Sarjana Unimed.
Segala aktivitas tubuh makhluk hidup tidak terlepas dari peristiwa metabolisme, penurunan sifat, perkembangan tubuh,  dan lain-lain. Hal-hal tersebut tidak terlepas dari peranan Nukleus sebagai pusat kendali kegiatan sel. Peranan nukleus yang sangat besar bagi kehidupan sebagai tempat terjadinya proses penurunan sifat, sintesis protein banyak melibatkan berbagai “fasilats-fasilitasnya”, seperti kromosom, gen, DNA, RNA yang akhirnya akan dikirim dalam bentuk protein-protein yang akan dibutuhkan bagi anggota tubuh yang lain.
Makalah ini bertujuan memaparkan secara sederhana bagaimana terjadinya Sintesis Protein pada tubuh makhluk hidup, khususnya manusia.. Dimanan hasil dari Sintesis protein tersebut akan dikirimkan kepada anggota tubuh bagi yang “memerlukannya”. Dengan adanya makalah ini penulis berharap dapat menjadi nilai tambah bagi yang membacanya.


                            Medan, 20 September 2010
                            Penulis


                            Novi Fitriandika Sari



i

DAFTAR PUSTAKA

Heddy, Suwasono. 1986. Biologi Pertanian.Jakarta: Rajawali Pers.
Kimball, John. Tjitrosomo, Siti Soetarmi. Sugiri, Nawangsari. 1984. Biologi. Jakarta: Erlangga.

Peserson, Thoru.           .50 Years Ago Protein Synthesis Met Molekular Biology: The Discoveries of Amino Acid Activation and transfer RNA. USA.: University of Massa Chusetts Medical School.

Pustaka Sains. 2005. Pengantar Gen dan DNA. Bandung: Pakar Raya
Sanz, Jose L. Huber, Gertrud. Huber, Harald. Amils, Ricardo. 1994. Using Protein Synthesis Inhibitors to Establish the Phylogenetic Relationship of the Sulfolobales Order. German: Universitat Regensburg.

Smith, Gordo I. Atherton, Philip. Villarea, dennis T. Frimel, Tiffany N. Rankin, Debby. Rennie, Michael. J. Mittendorfer, Bettina. 2008. Differences in Muscle Protein Synthesis and Anabolic Signaling in the Rostabsorptive State and in Response Food in 65-80 Years Old men and Women. USA: School Graduate Entry Medicine and Health (University of Nottinggam).

Suryo. 2004. Genetika. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press.

Xiong, Pangkim. 2007. Seri Tokoh Dunia: Gregor Mendel. Jakarta: Gramedia

Zagorski, Nick. Kinzy, Terri.        .Protein Synthesis. New Jersey: University of medicine and Density of New jersey Robert Wood Johnson Medical School.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR         i
DAFTAR ISI        ii
BAB I.    PENDAHULUAN        1
BAB II.    PEMBAHASAN        4
    2.1.Pengertian Sintesis protein           4
    2.2. Asam Amino        4
    2.3. DNA (Asam Deoksiribonukleat)        5
    2.4. RNA (Asam Ribonukleat)        9
    2.5. Mekanisme Sintesis Protein        11
           2.5.1. Replikasi DNA        13
     2.5.2. Transkripsi DNA        16
     2.5.3. Translasi DNA        18
    2.6. Perbedaan Transkripsi DNA dan Replikasi RNA        21
BAB III.    KESIMPULAN        22
DAFTAR PUSTAKA