Bab 34. Struktur & Fungsi Asam Nukleat

l Gronner, PhD &PERAN BIOMEDIS DNA Mengqndung Empof DeoksinukleofidqDitemukannya bahwa informasi genetik dikode di sepanjang Sifat kimiawi unit-unit deoksinukleotida monomerik DNA-deoksiadenilat, deoksiguanilat, deolsisitidilat'suatu molekul polimerik yang hanya terdiri dari empat dan timidilat-dijelaskan diBab 32. Unit-unit monomerikjenis unit monomerik merupakan salah satu keberhasilan DNA ini dibuat menjadi bentuk polimerik oleh jembatanilmu pengetahuan terpenting pada abad ke-20. Molekul 3',5'-fosfodiester sehingga membentuk untai tunggal, sepertipolimerik ini, asam deoksiribonukleat (deoxyribonucleicacid, DNlt), merupakan dasar kimiawi hereditas dan diperlihatkan di Gambar 34-1. Kandungan informasi DNAdisusun menjadi gen, unit dasar informasi genetik. Jalur (kode genetik) terletak pada sekuens (rangkaian, urutan)informasi dasar-yi. DNA mengarahkan sintesis RNA, yang monomer-monomer (deoksiribonukleodda purin danselanjutnya mengarahkan sintesis proteia-telah berhasildijelaskan secara rinci. Gen tidak berfungsi secara otonom; pirimidin). Polimer ini memiliki polaritas; saiahsatu ujungnyareplikasi dan fungsi gen diatur oleh berbagai produk gen, berupa terminal 5'-hidroksil atau fosfat, sedangkan ujungdan umumnya bekerja sama dengan komponen-komPonen lainnya berupa terminal 3'-fosfat atau hidroksil. Pentingnyadari beragam jalur transdul<si sinyai. Pengetahuan tentangstruktur dan fungsi asam nukleat sangat Penting untuk polaritas ini nanti akan menjadi jelas. Informasi genetikmemahami genetika dan berbagai aspek patofisiologi serta terletak dalam urutan unit-unit monomerik dalam suatudasar genetik penyakit. polimer. Oleh sebab itu, pasti terdapat suatu mekanisme reproduksi dan replikasi informasi spesifik ini dengan deralatDNA MENGANDUNG INFORMASI ketepatan yang tinggi. OIeh karena itu, ditambah denganGENETIK data terjadinya difraksi sinar-X dalam molekul DNA dan hasil pengamatan Chargaff bahwa di dalam molekul DNA,Bahwa DNA mengandung informasi genetik pertama kali konsentrasi nukleotida deoksiadenosin (A) setara dengandibuktikan pada tahun L944 dalam serangkaian eksperimen nukleotida timidin (T) (A = T), sedangkan konsentrasiyang dilakukan oleh Avery, Macleod, dan McCarty. deoksiguanosin (G) setara dengan deoksisitidin (C) (G = C)'Mereka menunjukkan bahwa genotipe (tipe) kapsul suatu \fatson, Crick, dan \filkins terdorong untuk mengajukan (pada awal tahun 1950-an) suatu model molekul DNApneumokokus dapat dikirimkan ke pneumokokus lainnyadengan tipe kapsul yang berbeda dengan memasukkan DNA untai-ganda. Model yang mereka ajukan diperlihatkan dimurni dari kokus pertama ke kokus kedua. Para peneliti ini Gambar 34-2.Ke&nuntai heliks untai-ganda ini disatukan oleh ikatan hidrogen antara basa purin dan pirimidinmenamakan (kemudian dibuktikan adalah DNA) yang molekul linear yang bersangkutan maupun oleh ikatanmemungkink\"agnerp, erubahan ini sebagai \" transforming factor\" . hidrofobik dan van der tJTaals antara pasangan-pasanganKemudian, cara manipulasi genetik ini menjadi sering basa yang berdekatan. Pembentukan pasangan nukleotidadilakukan. Baru-baru ini, telah dilakukan eksperimen- purin dengan nukleotida pirimidin di untai yang berlawanan bersifat sangat spesifik dan bergantung pada ikatan hidrogeneksperimen serupa dengan menggunakan ragi, kultur sel antara A dengan T dan G dengan C (Gambar 34-2).tumbuhan dan mamalia, serta embrio serangga dan mamalia Bentuk umum DNA ini bersifat kinan (lawan kidal)sebagai resipien, dan DNA yang di-klon secara molekuler karena jika heliks ganda dilihat dari atas ke bawah, residu- residu basa membentuk spiral dengan arah putaran yangsebagai donor informasi genetik. 321

322 / BAGIAN lV: STRUKTUR. FUNGSI, & REPLIKASI MAKROMOLEKUL PEMBAWA INFORMASI o /tN H.cwAnn N cH, L:-1\"H(^F-/)// \"./Gambar 34-1. Sebuah segmen salah satu untai molekul DNA yang basa-basa purin dan pirimidinnya, guanin (G). sitosin (C), timin (T),dan adenin (A) disatukan oleh jembatan fosfodiester antara gugus-gugus 2'-deoksiribosil yang melekat pada nukleobasa oleh ikatanN-glikosida. Perhatikan bahwa jembatan fosfodiester memiliki polaritas (yi- arah). sebagai perjanmjian. sekuens DNA untai-tunggalditulis dalam arah 5' ke 3' (yi., pCpCpTpA); C, C, T, dan A mewakili keempat basa dan p mewakili fosfat penghubung.sesuai dengan putaran jarum jam. Pada molekul untai- strand. Untai lawaanya disebut sebagai coding strand (untaiganda, restriksi yrog ditimbulkan oleh rotasi di sekitar pengode/penyandi) karena cocok dengan sekuens transkrip RNA yang menyandi protein (tetapi mengandung urasil diikatan fosfodiester, antikonfigurasi utama ikatan glikosida(Gambar 32-5), dan tautomer predominan (lihat Gambar tempat timin; lihat Gambar 34-8). Kedua untai--{engan pasangan basa yang disatukan32-2) keernpat basa (A, G, I dan C) menyebabkan A hanya oleh ikatan hidrogen-berputar mengelilingi suatu sumbudapat berpasangan dengan T, dan G hanya dengan C, sepeni sentral dalam bentuk heliks ganda (doublc helix). DNAdiperlihatkan di Gambar 34-3. Restriksi pembentukanpasangar basa ini menjelaskan pengamatan sebelumnya untai-ganda setidaknya mempunyai enam bentuk (A-E dantrahwa pada suatu molekul DNA untai-ganda, kandungan Z). Bentuk B biasanya ditemukan pada keadaan fisiologis (rendah garam, derajat hidrasi tinggi). Satu putaran B-DNAA sama dengan T dan kandungan G sama dengan C. Kedua di sekeliling sumbu molekul mengandung sepuluh pasanganuntai molekul heliks-ganda yang masing-masing memiliki basa. Jarak yang ditempuh oleh satu putaran B-DNA yaitupolaritas, bersifat antiparalel; yi. satu untai berjalan dalam sepanjang 3,4 nrn (34 A). Irbar (diameter heliks) helils-arah 5' ke 3'dan yang lain dalam arah 3'ke 5'. Hal ini analogdengan dua jalan raya yang sejajar, namun arah lalu lintas di ganda di B-DNA adalah 2 nm (20 A).kedua jalan raya tersebut dalam arah yang berlawanan. Dalam Sepeni diperlihatkan di Gamtar 34-3, tiga lkatanmolekul DNA untai-ganda, informasi genetik rerletak dalam hidrogen menyarukan nukleotida deolsiguanosin dansekuens nukleotida di salah satr.r unrai, tenplate strand deolsisitidin, sedangkan pasangan lain, pasangan A-I(untai cetakan). Untai ini adalah untai DNA yang disalin disatukan oleh dua ikatan hidrogen. Oleh karena itu, ikatansewaktu sintesis asam ribonukleat (ribonucleic zcdl, RNA) G-C jauh lebih resisten terhadap denaturasi, atau \"pencairan/ pelelehan', ditranding regio yang kaya akan A-Tberlangsung. Untai ini kadang-kadang disebut noneoding

IBAB 34: STRUKTUR & FUNGSI ASAM NUKLEAT 323Alur minor tempet'ature (\; suhu leleh). T dipengaruhi oleh komposi- P. s-t- 34A si basa DNA d\"., kon.\"ttt.\"ri garam larutan. DNA yang kaya \S\P A-s: akan pasangan G-C (memiliki tiga ikatan hidrogen) mencair pada suhu yang lebih tinggi dibanding DNA yang kaya akan \5_g P\ pasangan A-T (memiliki dua ikatan hidrogen). Peningkatan sepuluh kali lipat konsentrasi kation monovalen mening- \o G-St '\S #C_SZ P katkan T sebesar 16,6 \"C. Formamida yang sering diguna-^rrrrrr{ kan dalam eksperimen DNA rekombinasi, mendestabilkan 204 ikatan hidrogen antar-basa sehingga T menurun. Hal iniGambar 34-2. Diagram model struktur heliks-ganda DNA bentuk B memungkinkan untai-untai DNA atau hibrid DNA-RNAmenurut Watson dan Crick. Tanda panah horizontal menunjukkan dipisahkan pada suhu yang jauh lebih rendah dan memi-lebar heliks ganda (20 A), dan tanda panah vertikal menunjukkanjarak yang ditempuh oleh heliks ganda untuk mencapai satu kali nimalkan kemungkinan putusnya fosfodiester (yang dapatputaran sempurna (34 A). Satu putaran B-DNA terdiri dari 10 terjadi pada suhu yang lebih tinggi)'pasangan basa (base pairs, bp) sehingga kenaikannya adalah 3,4 Renolurosi DNA Memerlukon PencocokqnA per bp. Sumbu tengah heliks ganda ditandai oleh gambaran Posongon Bosobatang vertikal. Tanda panah pendek menunjukkan polaritas untai Untai-untai DNA yang terpisah dapat mengalami renaturasiantiparalel. Diperlihatkan alur minor dan mayor. (A, adenin; C, atau reasosiasi jika suhu fisiologis dan kondisi garam yangsitosin; C, guanin; T, timin; P, fosfat; S, gula [deoksiribosal). lkatan sesuai tercapai. Proses ini sering disebut sebagai hibridisasi'hidrogen antara basa-basa A/T dan C/C dituniukkan oleh garis Laju reasosiasi bergantung pada konsentrasi untai-untaihorizontal pendek berwarna abu-abu (rangkap dan rangkap tiga). komplementer. Reasosiasi dua untai DNA komplementer suat; kromosom pascareplikasi DNA adalah suatu contoh fisiologis renaturasi (lihat bawah). Pada suhu dan konsentrasi garam tertentu, untai asam nukleat tertentu akan berikatan erat hanya dengan untai komplementernya. Dalam kondisi yang sesuai, molekui hibrid juga akan terbentuk. Contohnya, DNA akan membentuk hibrid dengan DNA komplementer (cDNA) atau dengan messenger RNA sejenis (mRNA; lihatDenoturqsi {Pelelehon} DNA Digunokon Timidinuntuk Mengonolisis Struktur DNA HStruktur untai-ganda DNA dapat dipisahkan (dicairkan) f(4-4>:.*.: -,1--Hmenjadi dua untai komponen dalam larutan dengan carameningkatkan suhu atau menurunkan konsentrasi garam' .ilAkibatnya kedua tumpukan basa tidak saja saling menjauh,tetapi tumpukan basa-basa itu sendiri terurai meskipun ma- YN--:... -: N \"'*.-sih berada dalam bentuk polimer karena adanya jembatan o-fosfodiester. Bersamaan dengan denaturasi molekul DNA ini,teriadi peningkatan absorbans optis basa purin dan pirimi- l''din-suatu fenomena yang disebut sebagai hiperkromisitasdenaturasi. Karena penumpukan basa dan ikatan hidrogen H Guanosinantar-tumpukan, molekul DNA untai-ganda bersifat sepertibatang yang kaku dan dalam larutan, DNA berbentuk se- Gambar 34-3. Pembentukan pasangan basa antara deoksiadenosinperti material kental yang akan kehilangan kekentalannya dan timidin memerlukan dua ikatan hidrogen- Di antara deoksisitidinjika mengdami denaturasi. dan deoksiguanosin, terbentuk tiga ikatan hidrogen. lkatan hidrogen digambarkan sebagai garis putus-putus. Kedua untai molekul DNA memisah dalam kisaransuhu tertentu. Titik tengah suhu tersebut dinamai mehing

324 / BAGIAN IV: STRUKTUR, FUNGSI, & REPLIKASI MAKROMOLEKUL PEMBAWA INFoRMASI bawah). Jika dikombinasikan dengan teknik elektroforesis adalah bentuk yang lebih disukai dalam sistem biologis. gel yang memisahkan molekul-molekul hibrid berdasarkan Enzim-enzim yang mengatalisis perubahan topologis DNA disebut topoisomerase. Topoisomerase dapat merelaftsasi ukuran dan radioaktivitas pelabelan secara flouresens atau \"memasul<kan\" supercozl. Contoh yang paling dikenal yang dapat memberi sinyal terdeteksi, teknik analitik adalah girase bakteri yang memicu p.mb.\".rt,rk\"n supercoil yang diperoleh masing-masing disebut Southern (DNA/ negatif di DNA dengan menggunakan AIP sebagai sumber cDNA) dan Northern (RNA/DNA) blott;ng. Prosedur ini energi. Homolog enzim ini terdapat di semua organisme dan memungkinkan kita mengidentifikasi hibrid dari campuran merupakan sasaran penring dalam kemoterapi kanker. DNA atau RNA secara sangat spesifik dan sensitif (iihat Bab DNA MERUPAKAN CETAKAN 3e). UNTUK REPTIKASI DAN TRANSKRIPSI Terdopot Alur-Alur di Molekul DNA Informasi genetik yang tersimpan dalam sekuens nuldeotida DNA memiliki dua fungsi. Pertama, sebagai sumber informasi Pemeriksaan cermar terhadap model yang diperlihatkan di bagi sintesis semua molekul protein sel dan organisme; kedua, Gambar 34-2 mengungkapkan adanya alar mayor (major sebagai informasi yang diwariskan ke keturunan atau sel anak. Kedua fungsi ini memerlukan molekul DNA untuk berfungsi grooue) dan alur minot (minor grooue) yang memuntir di sebagai 6slakan-un1uk transkripsi informasi ke dalam RNA sekeliling molekul ini sejajar dengan jembatan fosfodiester. dan untuk replikasi informasi ke molekul DNA anak. Di alur-alur ini, protein dapat berinteraksi secara spesifik dengan arom-arom nukleotida yang terpajan (melalui Sifat komplemenrer model DNA untai-ganda yang ikatan ionik dan hidrofobik spesifik) sehingga protein dikemukakan \Tatson dan Crick menunjukkan secara regas dapat mengenali dan mengikat sekuens nukleotida spesifik bahwa replikasi molekul DNA terjadi secara semikonservatif, tanpa mengganggu pasangan basa pada molekul DNA Oleh karena itu, ketika masing-masing untai molekul DNA untai-ganda induk terpisah dari komplemenrernya sewaktu heliks-ganda. Seperti dibahas di Bab 36 dan 38, ekspresi replikasi, masing-masing untai berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis untai komplementer yang baru (Gambar gen spesifik diatur oleh protein-protein regulatorik melalui interaksi semacam ini. 34-4). Dua rholekul DNA untai-ganda anak yang baruDNA Berodo dqlom Bentuk Reloks don terbentuk yang masing-masing mengandung satu untai Supercoiled (tetapi lebih bersifat komplementer ketimbang identik)Pada sebagian organisme, misalnya bakteri, bakteriofaga, molekui DNA untai-ganda induk, kemudian disortir dibanyak virus DNA hewan, serra organel, seperri mirokon-dria (lihat Gambar 35-8), ujung-ujung molekul DNA me- antara dua sel anak (Gambar 34-5). Masing-masing sel anaknyatu untuk membentuk suatu lingkaran rerrutup yang me-miliki ujung-ujung bebas ikatan nonkovalen. Hal ini tentu mengandung molekul DNA dengan informasi yang idendksaja tidak merusak polaritas molekul, tetapi menghilangkan dengan informasi yang dimiliki oleh sel induk. Namun,seluruh gugus fosforil dan hidroksii 3' dan 5'bebas. Ling- di masing-masing sel anak, molekul DNA induk hanyakaran tertutup ini dapat berada dalam keadaan relaks atau mengalami semikonservasi.supercoiled. Supercoil terbentuk jika suatu lingkaran rerturupterpuntir di sekeliling sumbunya sendiri atau jika porongan SIFAT KIMIAW| RNA BERBEDA DENGAN SIFAT KIMIAWI DNAlinear DNA dupleks yang ujung-ujungnya terfilaasi, ter-puntir. Proses yang memerlukan energi ini menyebabkan Asam ribonuklear (RNA) merupakan polimer ribonukleotida purin dan pirimidin yang disatukan oleh jembatan 3',5'-mclekul berada dalam stres torsional, dan semakin besar fosfodiester, yang analog dengan jembatan fosfodiester dijumlah supercoil, semakin besar srres atau torsinya (cobalah DNA (Gambar 34-6). Meskipun memiliki banyak kesamaanhal ini dengan memuntir karet gelang). Supercoil negatif dengan DNA, RNA memiliki beberapa perbedaan spesifik:terbentuk jika molekul rerpunrir dalam arah berlawanan dariputaran heliks ganda kinan pada B-DNA yang searah jarum (1) Pada RNA, gugus gula tempat fosfat serta basa purinjam. DNA semacam ini dikatakan mengalami underwound. dan pirimidin melekat adalah ribosa, bukannya 2'-deolairi-Energi yang diperlukan untuk mencapai keadaan ini, pada bosa (seperti pada DNA)hakikatnya, tersimpan dalam supercoil. Oleh karena itu,transisi ke bentuk lain yang memerlukan energi dipermu- (2) Komponen pirimidin RNA berbeda dengan DNA.dah oleh underwinding. Salah satu transisi tersebut adalah Meskipun mengandung ribonukleotida adenin, guanin, danpemisahan untai yang merupakan prasyarat untuk replikasi sitosin, namun RNA tidak memiliki timin, kecuali pada ka- sus-kasus jarangyang disebutkan kemudian. Sebagai peng-dan transkripsi DNA. Oleh karena itu, DNA supercoiled ganti timin, RNA mengandung ribonukleotida urasil.

I-AMA LAitA /BAB 34: STRUKTUR & FUNGSI ASAM NUKLEAT 325 E, gugus 2'-hidroksil. Labilitas RNA terhadap alkali bermanfaat untuk kepentingan diagnosis maupun analisis. Informasi di dalam untai tunggal RNA terkandung dalam sekuensnya (\"struktur primer\") yang terdiri dari nukleotida purin dan pirimidin di dalam polimer. Sekuens bersifat komplementer dengan untai cetakan pada gen tempat sekuens tersebut ditranskripsikan. Karena sifat komplementer ini, sebuah molekul RNA dapat berikatan secara spesifik sesuai hukum-hukum pembentukan Pasangan basa dengan untai DNA cetakannya; molekul ini tidak akan berikatan (\"terhibridisasi\") dengan untai (pengode) lain dalam gen. Sekuens molekul RNA (kecuali U menggantikan T) sama seperti sekuens pada untai pengode gen tersebut (Gambar 34-8). Hompir Semuq (dori BeberoPo) Spesies RNA Terlibot dqlqm Beberopo Aspek Sintesis Protein Molekul-molekul RNA sitoplasmik yang berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis protein (yi. yang memindahkan informasi genetik dari DNA ke perangkat pembentuk protein) disebut RI{A messenger atar mRNA. Banyak Molekul l:'.lrr induk semula +i.,,i J s', 3', 5' i 'jarLAMA LAMA BARU BARU Molekul anak generasi pertamaGambar 34'4. Struktur untai-ganda DNA dan fungsi cetakan darimasing-masing untai lama (berarsir gelap) yang membentuk untai Molekul anak generasi keduakomplementer baru (berarsir terang). Gambar 34-.1. Replikasi DNA bersifat semikonservatif' Dalam satu (3) RNA terdapat dalam bentuk untai tunggal, sedangkan putaran replikasi, masing-masing dari kedua untai DNA digunakan sebagai cetakan untuk membentuk untai komplementer baru.DNA berupa molekul heliks untai-ganda. Namun, karenaadanya sekuens basa komplementer dengan polaritasberlawanan, untai tunggal RNA-seperti diperliha*an diGambar 34-7-mampu melipat dirinya menyerupai jepitanrambut (hairpin) sehingga memperlihatkan karakteristikuntai-ganda. (4) Karena molekul RNA berbentuk untai tunggal yangkomplementer dengan salah satu dari kedua untai gen,kandungan guaninnya tidak selalu sama dengan kandungansitosin, demikian juga kandungan adenin tidak selalu samadengan kandungan urasilnya. (5) RNA dapat dihidrolisis oleh alkali menjadi 2',3''diester siklik (mononukleotida), senyawa yang tidak dapatdibentuk dari DNA yang diberi basa karena tidak adanya

326 / BAGIAN lV: STRUKTUR, FUNGSI, & REPLIKASIMAKROMOLEKUL PEMBAWA INFORMASI o N -aA** 5' / ,-(:rl-,, N(9 o'/ N ,o ^./ ,/tGambar 34-6. Salu segmen molekul asam ribonukleat (RNA). Basa purin dan pirimidin-guanin (C), sitosin (S), urasil (U), danadenin (A)-disatukan oleh ikatan fosfodiester antara gugus-gugus ribosil yang melekat pada nukleobasa melalui ikatan N-glikosida.Perhatikan bahwa polimer memiliki polaritas seperti ditunjukkan oleh label 3' dan 5' pada senyawa-senyawa fosfat.molekul RNA sitoplasmik lainnya (RNA ribosom, rRNA) Materi genetik untuksebagian virus hewan dan tumbuhanmemiliki peran struktural, yaitu ikut dalam pembentukandan fungsi ribosom (organel untuk sintesis protein) atau adalah RNA dan bukannya DNA. Meskipun informasiberfungsi sebagai molekul adaptor (RNA transfer, IRNA) genetik sebagian virus RNA tidak pernah ditranskripsikanuntuk translasi informasi RNA menjadi sekuens spesifik menjadi DNA, banyak virus RNA hewan-khususnyapolimer asam amino. retrovirus (virus HIV, sebagai contoh)-ditranskripsikan oleh suatu DNA polimerase yang bergantung-RNA (disebut juga Sebagian molekul RNA memiliki aktivitas katalitik rer)erse trallrcrilrtase) sehingga menghasilkan salinan DNA untai-ganda dari genom RNA mereka. Pada banyak kasus,intrinsik. Aktivitas ribozim ini sering menyebabkan transkrip DNA untai-ganda yang terbentuk terintegrasipemutusan suatu asam nukleat. Salah satu contoh adalah ke dalam genom pejamu, dan kemudian berfungsi sebagaiperan RNA dalam mengatalisis pengolahan transkrip primer cetakan untuk ekspresi gen dan untuk transkripsi genomsuatu gen menjadi mRNA matur. RNA virus yang baru. Banyak RNA yang disintesis dari cetakan DNA sel RNA Tersusun dolom Beberopo Kelqs Tersendirieukariot, termasuk sel mamalia, ternyata diuraikan di dalam Di semua organisme prokariot dan eukariot, terdapat tiganukleus dan tidak pernah berfungsi sebagai entitas struktural kelas utama molekul RNA: RNA messenger (mRNA), RNAatau informasional di dalam sitoplasma sel. transfer (tRNA), dan RNA ribosom (rRNA). Masing-masing memiliki perbedaan dalam hal ukuran, fungsi, dan stabilitas Di semua sel eukariot, terdapat spesies-spesies .szral/ keseluruhan.nuclear RNA (snRNA) yang secara tidak langsung berperandalam pembentukan protein, tetapi berperan penting dalampengolahan RNA. Molekul yang relatif kecil ini memilikiukuran bervariasi dari 90 sampai sekitar 300 nukleotida(Tabel34-t).

/BAB 34: STRUKTUR & FUNGSI ASAM NUKLEAT 327 Tabel 34-1. Beberapa spesies RNA stabil kecil yang ditemukan di sel mamalia. G 165' .':.:, l,'J.'x :lO+ II s; ro5 b .3rr 105 II ,1,,d.10j G II ,2rx,,1Otj A II ,3,x, 10i, II 3, x.1.gl, AU l: : ::r;:,. :::t II .:, :r.f ,: i. AU .5x II hidroksil melalui tiga fosfatnya (Gambar 34,10). Molekul U mRNA sering mengandung 6-metiladenilat internal GI I dan nr.rkleotida 2'-O-rrbosa termetilasi lainnya. Peranan U Batang \"tudung\" ini, yaitu agar mesin translasi dapat mengenali mRNA, dan juga membantu stabiiisasi mRNA dengan II mencegah serangan 5'-eksonuklease. Mesin penyintesis protein mulai mentranslasikan mRNA menjadi protein, dari c ujung 5' atar capped terminai ke bawah. Ujung yang lain II pada kebanyakan molekul nRNA, rerminal 3'-hidroksil, dilekati oleh polimer residu adenilar sepanjang 20-250 UC nukleotida. Fungsi spesifik \"ekor\" poli(A) di terminal 3'- II hidroksil mRNA ini belum sepenuhnya dipahami, retapi tampaknya bermanfaat untuk mempertahankan stabiiitas UA intrasel mRNA spesifik dengan mencegah serangan 3'- eksonuklease. Sebagian mRNA, termasuk mRNA untuk II histon, tidakmengandungpoli(A). Karenaakan membentuk pasangan basa dengan polimer oligodeoksitimidrn yang UA melekat pada suaru substrat padat, seperti selulosa, ekor poli(A) dapat digunakan untuk memisahkan mRNA dari II spesies RNA lainnya, termasuk molekul mRNA yang ddak memiliki ekor ini. Baik \"ekor poli(A)\" maupun \"tudung\" il mRNA ditambahkan oleh enzim-enzim yang diarahkan oleh untai nontemplat€ setelah terjadinya transkripsi. II UA I cccr\rt\\l.l/llll,/,/,l/tt//\ ,/---\ \_ U I -ICambar 34-7. Diagram struktur sekunder molekul RNA untai-tunggal yang telah membentuk lengkung batang, atau \"hairpin\"(jepitan rambut). Formasi struktur ini bergantung pada pasanganbasa intramolekuler tertentu (garis horizontal abu-abu di antarabasa-basa). Perhatikan bahwa dalarn RNA, A membentuk ikatanhidrogen dengan U.A. Rrun MESSENGER(mRNA)Kelas ini adalah yang paling heterogen dari segi ukuran danstabilitas. Semua anggota kelas ini berfungsi sebagai peranrarayang menyampaikan informasi dalam suaru gen ke mesinpembentuk protein, dan masing-masing mRNA ini berfungsisebagai cetakan untuk membentuk polimer asam aminodengan sekuens spesifik sehingga membentuk molekul proteinspesi6k, yaitu produk akhir suatu gen (Gambar 34-9). RNA messenger, rerurama pada eukariot, memilikibeberapasifat kimiawi yang unik. Terminal 5' mRNA ditutupoleh \"tudung\" 7-metllgranosin trifosfar yang berikatandengan 2'-O-rr.ettl ribonukleosida di sebelahnya pada 5'-Untai DNA:\"-J,Penyandi-+ 5, _T G G A A TTGT G A GC GG A T A A C A A TT TC A C A C A G G A A A C A GC T A T G A CC A T GC-_ 3, CETAKAN -+ 3,_A C C T T C T CC T A T T G T T AA AG T G T G T C C T T T G T CG A T A C T GG T A 5' AACA CG - \",, J;,;;;\";;,;;;\";;; ; ;;;;;;;;;;^OAGC GU AU GACCAU 3Transkrip RNAGambar 34-8. Hubungan antara sekuens suatu transkrip RNA dan gen-gennya. Untai penyandi dan cetakan diperlihatkan bersama denganpolaritasnya. Transkrip RNA dengan polaritas 5' ke 3' bersifat komplementer dengan untai cetakan yang polaritasnya dari 3' ke 5'. Perhatikanbahwa sekuens transkrip RNA dan polaritasnya sama dengan untai penyandi, kecuali bahwa U pada transkrip menggantikan T pada gen.

g28 / BAGIAN lV: STRUKTUR, FUNGSI, & REPLIKASIMAKROMOLEKUL PEMBAWA INFORMASI DNA :;:; mRNA Sintesis protein di cetakan mRNA Molekul protein Gambar 34-9. Ekspresi informasi genetik dalam DNA yang telah menjadi bentuk transkrip mRNA. mRNA kemudian ditranslasikan oleh ribosom menjadi molekul protein lengkap spesifik. Di sel mamalia, termasuk sel manusia' molekul mRNA atar dij'charge\" ke gugus 3'-OH nukleotida pada bagian A lengan akseptor (lihat Gambar 37-1).Lengan D, TyC, danyang terdapat di sitoplasma bukan produk RNA yang lengan eftstra membantu Penentuan IRNA spesifik.disintesis langsung dari cetakan DNA, tetapi harus dibentuk Meskipun cukup stabil pada prokariot, namun tRNAmelalui suatu pengolahan molekul prekursor sebelum masuk eukariot agak kurang stabil. Hal yang sebaliknya berlakuke sitoplasma. Oleh karena itu' pada inti sel mamalia, produk untuk mRNA yang kurang stabil pada prokariot. tetapiawal transkripsi gen merupakan kelas keempat molekul umumnya lebih stabil pada organisme eukariot.RNA. Molekul RNA nuklear ini, yaitu prekursor untuk C. RNA RIBOSOM (TRNA)mRNA matur, memiliki ukuran yang beragam dan cukupbesar. Molekul RNA nuklear heterogen (heterogeneous fubosom adalah struktur nukleoprotein di sitoplasma yangnaclear RN,4; hnRNA) memiliki berat moiekul melebihi berfungsi sebagai mesin pembentuk protein dari cetakan107, sedangkan berat molekul mRNA umumnya kurang mRNA. Di ribosom, molekul nRNA dan IRNA berinteraksidari 2 x 106. Seperti dibahas di Bab 36, molekul hnRNA untuk mentranslasikan informasi yang ditranskripsikan daridiproses untuk menghasilkan molekul mRNA sehingga gen menjadi molekul protein spesifik. Pada sintesis protein aktif, se;umlah besar ribosom berikatan dengan molekuldapat masuk ke sitoplasma untuk berfungsi sebagai cetakan mRNA dalam suatu susunan yang disebut polisom'untuk membentuk protein. Komponen-komponen ribosom mamalia yang memilikiB. RNATRANSFER (tRNA) berat molekul sekitar 4,2 x 106 dan laju pengendapan 80S (satuan Svedberg), diperlihatkan di Thbel 34-2' RibosomMolekul IRNA memiliki panjang yang bervariasi dari 74 mamalia mengandung dua subunit nukleoprotein utama- subunit besar dengan berat molekul 2,8 x 106 (605) dansampai 95 nukleotida. Molekul ini juga dihasilkan oleh subunit kecil dengan berat molekul 1,4 x 106 (40S)' Subunitpemrosesan molekul prekursor di nukleus (Bab 36). Molekui 605 mengandung satu RNA ribosom (rRNA) 55' satu 'RNAIRNA berfungsi sebagai adaptor untuk translasi informasi 5,8S, dansatu rRNA28S; mungkin jugaterdapatlebihdari 50 polipeptida spesifik. Subunit 40S berukuran lebih kecil dandalam sekuens nukleotida mRNA menjadi asam-asam ierdiri d\"ri satu rRNA 18S dan sekitar 30 rantai polipeptidaamino spesifik. Terdapat paling sedikit 20 spesies molekul yang berbeda. Semua molekul RNA ribosom, kecuali rRNAIRNA di setiap sel, setidaknya satu (dan sering beberapa) 55 diproses dari satu molekui prekursor RNA berukuran 45S di nukleolus (Bab 36). rRNA 5S ditranskripsikan secara yang berkorespondensi dengan masing-masing dari 20 asam independen. Molekul RNA ribosomal termetilasi dikemas amino yang diperlukan untuk membentuk protein. Meskipun di nukleoius dengan protein-protein ribosomal khusus' Di sitoplasma, ribosom berada dalam keadaan cukup stabil suatu IRNA spesifik berbeda dari yang lain dalam sekuens dan mampu melaksanakan banyak siklus translasi' Fungsi nukleotidanya, molekul-molekul IRNA ini-ka1sn2 52rnx moiekul RNA ribosom di partikel ribosom belum diketahui kelasnya-memiliki banyak kesamaan. Struktur primer-yi' sepenuhnya, tetapi molekul-molekul ini diperlukan untuk sekuens nukleotida-semua molekul IRNA memungkinkan perakitan ribosomal dan tampaknya berperan kunci dalam terjadinya pelipatan ekstensif dan kompiementarita's intra- pengikatan mRNA pada ribosom dan translasinya' Studi untai sehingga menghasilkan struktur sekunder yang tampak seperd daun semanggi dalam dua dimensi (Gambar 34-ll)' Semua molekul IRNA mempunyai empat lengan utama' Lengan akseptor berakhir di nukieotida CpCpAoH. Ketiga nukleotida ini ditambahkan oleh enzim nukleotidil transferase spesifik pascatranskripsi. Asam amino yang sesuai dilekatkan,

/BAB 34: STRUKTUR & FUNGSI ASAM NUKTEAT 329OH OHcI - -cIHC(/nt\" t\t\ to' H) CH II ht-o-N H\"2(c 5' o- {'f \ hl $' fi:t\"\"t , r.]TUDUNG '\\I Fl{,: .. N, ^\"l i.: t-{ l-i I \r .(l:/n' -\"\"-- t) s' m iltI fi\"'.-[., 'NF{ oqtr, s' '\"\" -\"'/q$ hi nlfi..o -T'\"*' -T $ *\u'\l Ti- s'c **- c I OH il rilt.'\" f) r\" 'l $\"Gambar 34-'10. Struktur \"tudung\" yang melekat pada terminal 5' di sebagian besar molekul RNA messenger eukariot. Sebuahmolekul 7-metilguanosin trifosfat (teks hitam) melekat pada terminal 5,mRNA (diperlihatkan denganieks abu_abu), yangbiasanya juga mengandung nukleotida 2'-O-metilpurin. Modifikasi ini (tudung dan gugus metil) ditambahkan setelah mRNAditranskripsikan dari DNA.studi terakhir mengisyaratkan bahwa komponen IRNA keduanya. Molekul-molekul ini memiliki ukuran bervariasimemiliki aktivitas peptidil rransferase sehingga digolongkan dari20 sampai 300 nukleotida dan terdapat dalam 100.000-sebagai suatu enzim (ribozim). 1.000.000 salinan per sel.D. RNA KecII l. Small Nuclear RNA (snRNA; RNA Nuklear Kecil).Di sel eukariot, ditemukan banyak spesies RNA yang snRNA, suatu subset RNA kecil, banyak terlibat dalamtersebar, sangat terkonservasi, kecil, dan stabil. Sebagian besar pemrosesan mRNA dan regulasi gen. Dari beberapa snRNA,molekul ini berikatan dengan protein untuk membentuk Ul, U2, U4, U5, dan U6 ikut serra dalam pemotonganribonukleoprotein dan tersebar di nukleus, sitoplasma, atau intron dan pemrosesan hnRNA menjadi mRNA (Bab 36). snRNA U7 terlibat dalam produksi ujung 3' yangtepat pada

33O / BAGIAN lV: STRUKTUR, FUNGSI, & REPLIKASIMAKROMOLEKUL PEMBAWA INFORMASI hrdrogen antar pasangan spesifik meskipun melalui mekanisme tersendiri' miRNA ,\"nn|nl-*oaon biasanya sepanjang 2l-25 nu[eotida dan dihasilkan olehGambar 34-71. tRNA aminoasil tipikal. Asam amino (aa)melekat pada terminal CCA 3'. Tampak lengan antikodon, TryC, pengolahan nukleolitik terhadap produk-produk gen/unitdan dihidrourasil (D), demikian juga posisi ikatan hidrogen iranskripsi (lihat Gambar 36-5). Prekursor miRNA beruntai tunggal, tetapi memiliki struktur intramolekuler sekunderintramolekuler antarpasangan-pasangan basa (Dikutip dari Watson JD'MolecLtlar Biology of the Cene, ed ke-3. Copyright (c) 1 976, 1 970, 1 965 by yang ekstensif. Prekursor-prekursor ini memiliki ukuranWA Benlamin lnc., Menlo Park, California). t.r,raria.i dari 500 sampai 1000 nukleotida; miRNA kecilmRNA histon-yang ddak memiliki ekor poli(A). RNA 7SKberikatan dengan beberapa protein untuk membentuk suatu ypaenmgbteelnathumkaantudr ubpialesaknsyaRNmAe-nRgNalAamtiakh-isberimdipsuarsniamdeilailruikompleks ribonukleoprotein yang memodulasi pemanj angan untranslated region (3'IJTR; lihat Gambar 38-19) padatranskripsi mRNA oleh RNA polimerase II (lihat Bab 36)' mRNA-sasaran spesifik sehingga terjadi penghentian translasi melalui mekanisme yang ddak diketahui' Sampai 2. RNA mikro, miRNA, dan Small Interfering RNA, saat ini, telah diketahui ratusan ienis miRNA pada manusia'siRNA. Kedua kelas RNA ini mewakili subset RNA kecil; siRNA berasal dari pemecahan nukleolitik spesifik terhadapkeduanya berperan penting dalam regulasi gen. Saat ini, RNA untai-ganda besar menjadi produk kecil sepanjangsemua miRNA dan siRNA yang telah dikenal menyebabkan 21-25 utkleotida. siRNA pendek ini biasanya membentukinhibisi elspresi gen dengan mengurangi produksi protein hibrid RNA-ke-RNA semPurna dengan target potensial terletak di mana saja di sepanjang mRNA yang terdapat sekuens komplementer. Pembentukan dupleks RNA-RNA antara siRNA dan nRNA ini menyebabkan terbentuknya protein spesifik tereduksi karena kompleks siRNA-mRNA iirrraik\"tt oleh perangkat nuldeolitik; sebagian atau seluruh proses degradasi mRNA ini terjadi di organel spesifik yang dir.b.tt badan P. Baik miRNA maupun siRNA merupakan target potensial pengembangan obat untuk manusia' Selain itu, siRNA sering digunakan untuk menurunkan atau \"melumpuhkan' kadar protein spesifik (melalui degradasi mRNA yang diarahkan oleh homoiogi siRNA) daiam konteks eksperimental di laboratorium' suatu alternatif yang sangat bermanfaat bagi teknologi gene-knockout (Bab 39)' NUKLEASE SPESIFIK MENCERNA ASAM NUKTEAT Glah lama diketahui bahwa terdapat enzim-enzim yattg mampu menguraikan asam nukleat' Berbagai nuklease ini dapat diklasifikasikan dalarn beberapa cara' Nuklease yang memperlihatkan spesifisitas untuk asam deoksiribonukleat disebut sebagai deolisiribonuklease'Tabel 34-2. KomPonen ribosom mamalia.llsubunit ribosom dtentukan berdasarkan laju pengendapan dalam satuan Svedberg (405 atau 605)- Jumlah protein unik dan massa totalnya (BM) dan komponenRNA dari masing,masing subunit tiicantumkan dalam ukuran (satuan Svedberg), massa, dan jumlah basanya'

/BAB 34: STRUKTUR & FUNGSI ASAM NUKTEAT 331Enzim yang secara spesifik menghidrolisis asam ribonukleat komplementer. Untai-untai ini membentuk heliks ganda di sekeliling suatu sumbu sentral.disebut ribonnklease. Di kedua kelas ini, terdapar enzim- . Sebanyak 3 x 10e pasangan basa DNA manusiaenzim' yang mampu memecah ikatan fosfodiester internal terorganisasi menjadi komplemen haploid 23 kromosom.sehingga menghasilkan terminal 3'-hidroksil dan 5'- Sekuens dari ketiga milyar nukleotida ini menenrukanfosforil atau terminal 5'-hidrolail dan 3'-fosforil. Enzim-enzim ini disebut sebagai endonuklease. Sebagian enzim . keunikan masing-masi ng orang.mampu menghidrolisis kedua untai molekul untai-ganda,sedangkan yang iain hanya mampu menguraikan untai DNA merupakan cetakan untuk replikasinya sendiritunggal asam nukleat\" Sebagian nuklease hanya dapatmenghidrolisis untai tunggal tak-berpasangan, semenrara sehingga genotipe DNA dapat dipertahankan dan dapatyang lain marnpu menghidrolisis untai tunggal yang ikut mentranskripsi sekitar 30.000 gen manusia menjadisena dalam membentuk moiekul unrai-ganda. Terdapatkelas-kelas endonuklea^se yang mampu mengenali sekuens . berbagai molekul RNA.spesifik dalam DNA; sebagian besar enzim ini adalah RNAterdapatdalambeberapastrukturberuntaitunggal,endonnlrlease restrilsi (res*ittioa endonuclcase), yang yang sebagian besar secara langsung arau taklangsungdalam tahun-tahun terakhir menjadi komponen penring berperan dalam sintesis protein arau regulasinya.dalam genetika molekular dan ilmu kedokteran. Pada Tabel Rangkaian linear nulcleodda pada RNA terdiri dari A,39-2, dicanrurnkan beberapa endonuklease restriksi yangsaat ini diketahui. . G, C, dan U, dan gugus gulanya adalah ribosa. Sebagian nuklease rnampu menghidrolisis suaru Bentuk-bentuk utama RNA adalah P.NA messengernukleotida hanya jika enzim tersebut terdapat di ujung suatu (mRNA), RNA ribosom (rRNA), RNA transfer (tRNA),molekul; kelas enzim ini disebut sebagai eksonuklease. dan srnall nuclear RlVl (smRNA, miRNA). MolekulEksonuklease bekerja hanya dalam satu arah (3' ---+ 5' atau RNA tertentu berfungsi sebagai katalis (ribozim).5' - 3'). Pada bakteri, eksonuklease 3' ---+ 5'adalah bagian REFERENSIintegral perangkat replikasi DNA dan enzim-enzim ini Gre.r R, Noller HF Ribosomes and translation. Annu Revberfungsi untuk mengefil-a1a11 memeriksa kesalahan- Biochem 1997;66:689.deoksiribonukleotida yang baru ditambahkan unruk Gurhrie C, Patterson B. Spliceosomal snRNA. Ann Rev Genetpembentukan pasangan basa. 1988:22:387.RINGKASAN HuntT. DNA Makes RNA Makes Protein. Elsevier, 19B3.. DNA terdiri dari empat basa-A, G, C, dan T-yang Moore M. From birth to death: the complex lives of eukaryotic mRNA. Science 2005;309:7 37. disanrkan oleh ikatan fosfodiester dalam rangkaian linear V'atson JD, Crick FHC\" Molecular sffucrure of nucleic acids. mulai dari posisi 3' hinga 5' gugus-gugus deoksiribosa Nature 1953;171:737. yang berdekaan\" '!0'atson JD. The Doublc Helix. Atheneum, 1968. \flatson JD, et al. Molecular Biology of the Gena ed ke-5. Benjamin-. DNA tersusun menjadi dua untai oleh pembenrukan pasangan basa A ke T dan G ke C pada untai Cumrnings, 2000. 7'arr,ore D, Haley B. Ribo-genome: the big world of small RNAs. Science 2005;309: 1519.