Bab 11 Struktur Asam Nukleat

BAGIAN IIIEkspresi Gen danSintesis ProteinSaat inj, perubahan besar yang terjadi pada ilmu pengetahuan biologis mulai Repllkasi ^ ^ ^ ^ ^ ^menimbulkan reaksi pada ilmu kedokteran. Informasi baru mengenai gen danteknik baru yang menyelidiki genom manusia akan secara total dan cepat Transkripsimengubah praktek ilmu kedokteran di abad ke-21. Revolusi ini mulai di per- RNAtengahan abad ke-20 dengan identifikasi DNA sebagai bahan genetik dan pe-nentuan strukturnya. Dengan memanfaatkan pengetahuan ini, para peneliti Translasimenemukan mekanisme bagaimana informasi genetik diwariskan dan di-ekspresikan. Selama 20 tahun terakhir, pemahaman kita mengenai bagian Proteinilmu pengetahuan yang kritis ini, yang dikenal sebagai biologi molekular, telahtumbuh dengan laju yang semakin meningkat. G b r . 11.1. Replikasi, transkripsi, dan translasi. Replikasi: D N A berfungsi sebagai cetakan un- Genom pada suatu sel terdiri dari semua informasi genetik yang dimiliki- tuk menghasilkan salinan DNA. Transkripsi:nya, yang dikode dalam DNA (asam deoksiribonukleat). Pada eukariot, DNA D N A berfungsi sebagai cetakan untuk sintesisterutama terletak di inti, tetapi juga terdapat di mitokondria dalam jumlah kecil. R N A . Translasi: R N A memberi informasi un-Gen inti terkemas dalam kromosom yang mengandung DNA dan protein da- tuk proses sintesis protein.lam struktur berbentuk kumparan yang rapat sekali. Mekanisme molekular dari pewarisan melibatkan proses yang dikenal se-bagai replikasi, di mana untai DNA induk berfungsi sebagai cetakan untuksintesis salinan DNA (Gbr. 11.1). Setelah replikasi DNA. sel membelah dansalinan DNA ini diwariskan ke sel-sel anak. Perubahan bahan genetik terjadimelalui rekombinasi (pertukaran gen antara kromosom), dan melalui mutasi(akibat perubahan pada DNA). Mekanisme perbaikan DNA memperbaiki se-bagian besar dari kerusakan DNA, tetapi banyak perubahan gen yang di-wariskan kepada sel anak. Ekspresi gen di dalam sel memeriukan dua proses, transkripsi dantranslasi (lihat Gbr. 11.1). DNA mengalami transkripsi untuk menghasilkanasam ribonukleat (RNA). Dihasilkan tiga bentuk utama RNA dari transkripsiDNA dan kemudian ketiganya berpartisipasi dalam proses translasi (sintesisprotein). RNA messenger (mRNA) membawa informasi genetik dari inti ke si-toplasma, tempat translasi beriangsung pada ribosom, struktur yang me-ngandung kompleks protein-RNA ribosomal (rRNA). RNA transfer (tRNA)membawa asam amino ke ribosom, tempat asam amino tersebut disatukandalam ikatan peptida untuk membentuk protein. Selama translasi, urutanbasa pada mRNA dibaca tiga-tiga (setiap set yang terdiri dari tiga basa terda-pat sebuah kodon). Urutan kodon pada mRNA menentukan urutan asamamino pada protein. Protein ikut serta menentukan struktur sel, dan berfungsi sebagai enzim,yang menentukan reaksi yang beriangsung di dalam sel. Karena itu, denganmenghasilkan protein, gen menentukan penampakan dan perilaku sel dan,akibatnya, menentukan penampakan dan perilaku organisme. Pengaturanekspresi gen pada sel eukariotik hanya memungkinkan ekspresi sebagian ke- 143

144 B A G I A N I I I / E K S P R E S I G E N D A N S I N T E S I S P R O T E I N cil g e n o m d a l a m suatu w a k t u , sehingga sel dapat menjalani perkembangan dan diferensiasi. Penelitian dalam bidang biologi molekular telah menghasilkan sejumlah teknik baru yang secara kolektif dikenal sebagai teknologi D N A rekombinan, b i o t e k n o l o g i , a t a u r e k a y a s a g e n e t i k (genetic engineering). W a l a u p u n t e k n i k ini baru mulai diterapkan pada ilmu kedokteran, n a m u n sejumlah penyakit ge- netik sekarang telah dapat dideteksi, yang dahulu dapat didiagnosis hanya apabila telah berkembang sempurna atau, pada stadium yang lebih awal, oleh metode yang relatif tidak dapat dipercaya. Sekarang diagnosis penyakit ini dapat ditegakkan dengan tingkat ketepatan yang tinggi bahkan sebelum kelahiran, dan pembawa penyakit ini juga dapat diidentifikasi. Dengan adanya perkembangan baru dalam bidang terapi gen, penyakit yang telah berabad-abad dianggap tidak memiliki harapan sekarang mungkin dapat disembuhkan. Walaupun sebagian besar terapi bagi penyakit ini saat ini masih bersifat eksperimental, d a l a m abad ke-21, dokter sebaiknya meng- gunakan teknik rekayasa genetik secara rutin, tidak saja untuk mendiagnosis tetapi juga untuk mengobati penderita.

1 1 StrukturAsam NukleatUnit monomerik asam n u k l e a t a d a l a h n u k l e o t i d a . Setiap nukleotida mengandungsebuah basa nitrogen heterosiklik, sebuah g u l a , dan sebuah fosfat. DNA mengan-dung basa p u r i n adenin (A) dan g u a n i n (G) serta basa p i r i m i d i n sitosin (C) dant i m i n (T). RNA mengandung u r a s i l (U) menggantikan t i m i n . P a d a DNA, g u l a a d a -l a h deoksiribosa, sedangkan pada RNA, g u l a a d a l a h ribosa.P o l i n u k l e o t i d a misalnya DNA dan RNA m e m i l i k i jembatan 3'-fosfodiester sam-pai 5'-fosfodiester a n t a r a monomer n u k l e o t i d a . Basa tidak terlibat dalam pemben-t u k a n r a n g k a gula-fosfat sehingga bebas berinteraksi dengan basa l a i n ataudengan protein.DNA t e r d i r i d a r i dua u n t a i polinukleotida a n t i p a r a l e l , yang disatukan olehpembentukan pasangan di a n t a r a basa DNA. Adenin berpasangan dengan t i m i n ,dan g u a n i n berpasangan dengan sitosin. Kedua u n t a i DNA b e r j a l a n dalam a r a hyang b e r l a w a n a n . Satu u n t a i b e r j a l a n dalam a r a h 5' ke 3' (yaitu, k a r b o n - 5 ' g u l aterletak di atas k a r b o n - 3 ' ) , sedangkan u n t a i yang l a i n b e r j a l a n dalam a r a h 3' ke 5'.Kedua u n t a i DNA membelit m e n g e l i l i n g i satu sama l a i n , membentuk suatu heliksganda.Berbeda dengan DNA, RNA beruntai-tunggal. N a m u n , u n t a i RNA dapat me-lengkung kembali terhadap d i r i n y a , dan basa-basa di sebagian u n t a i yang b e r j a l a ndalam a r a h b e r l a w a n a n dapat membentuk pasangan, g u a n i n dengan sitosin danadenin dengan urasil. -Tiga jenis RNA yang u t a m a a d a l a h RNA messenger (mRNA), RNA ribosomal(rRNA), dan RNA transfer (tRNA). mRNA e u k a r i o t i k m e m i l i k i struktur yang d i k e n a lsebagai ca^i di ujung-5' dan suatu u r u t a n adenin nukleotida (suatu ekor p o l i ( A ) ) diujung-3'. rRNA tidak m e m i l i k i struktur ini, tetapi m e m i l i k i pasangan basa yangekstensif tRNA b e r u k u r a n kecil a p a b i l a dibandingkan dengan mRNA atau rRNAyang besar. P a l i n g sedikit terdapat satu tRNA untuk setiap asam amino yang t e r l i -bat dalam sintesis protein. Walaupun masing-masing tRNA m e m i l i k i u r u t a n basayang berbeda dan mengandung sejumlah nukleotida yang tidak l a z i m , semua tRNAmengambil bentuk seperti daun semanggi. Selain itu, masing-masing tRNAmengandung sebuah antikodon yang unik, suatu u r u t a n tiga basa yang berpa-sangan dengan kodon pada mRNA.O Colin T u m a menderita polip usus pada usia 45 tahun yang dikeluarkan me- lalui kolonoskop.Namun, ia initidak kembali untuk pemeriksaan kolonos- kopik berkala setiap tahun sesuai petunjuk. Pada usia 56 tahun, ia datangkembali, mengeluh mengenai tinja yang berwama hitam (melena), yang disebabkanoleh perdarahan usus. Sumber perdarahan adalah sebuah adenokarsinoma yang tum-buh dari satu polip kolon di usus besar. Pada saat pembedahan, ditemukan bahwa tu-mor telah menginvasi dinding usus dan menembus peritoneum viseralis. Beberapakelenjar limfe perikolon mengandung sel kanker, dan ditemukan beberapa nodul kecilkanker metastatik di hati. Setelah tumor diangkat, dokter ahli onkologi menyarankanterapi paliatif dengan 5-fluorourasil(5-FU) yang dikombinasi dengan obat kemo-terapi lain. Ivy Sharer adalah seorang wanitaberusia 26 tahun yang menjadi penyalah-IML*Jj g u n a o b a t i n t r a v e n a . l a m e n g a k u s e r i n g b e r t u k a r j a r u m s u n t i k t i d a k s t e r i lU h 4 ! dengan pecandu lainnya selama beberapa tahun. L i m a bulan sebelum da-tang ke unit gawat darurat rumah sakit dengan keringat malam sampai basah-kuyup,ia mengalami sindrom mirip fluselama 3 minggu dengan demam, malaise, dan nyeri

1 46 B A G I A N I I I / E K S P R E S I G E N D A N S I N T E S I S P R O T E I N otot. Empat bulan yang lalu iamenyadari bahwa timbul pembesaran kelenjar getah bening generalisata disertai menggigil dan anoreksia, diikuti oleh diare sehingga ia k e h i l a n g a n b e r a t 2 2 I b ( 1 0 k g ) . P e m e r i k s a a n enzyme l i n k e d immunosorbent assay. ( E L I S A ) d a n Western blot u n t u k a n t i b o d i t e r h a d a p h u m a n immunodeficiency virus ( H I V ) memberi hasil positif. Karena gejala mengisyaratkan bahwa ia menderita A I D S (acguired immunodeficiency syndrome), d y n u l a i t e r a p i d e n g a n a z i d o t i m i d i n (AZT). DNA O A r l y n Foma, seorang pria berusia 68 tahun, mengeluh mengenai lelah, anoreksia, dan demam ringan. Pada pemeriksaan, didapatkan pembesaranG b r . 11.2. D N A suatu s e l b a k t e r i ( p r o k a r i o - kelenjar getah bening generalisata yang tidak nyeri dan teraba seperti karet.tik). Biopsi terbuka terhadap sebuah kelenjar supraklavikula memperlihatkan adanya lim- foma non-Hodgkin, tipe folikular. Prosedur penentuan stadium secara noninvasif, m i s a l n y a , computed tomography scan ( C T s c a n ) , s e r t a b i o p s i s u m s u m t u l a n g , m e m - perlihatkan proses difus dengan keterlibatan sumsum tulang. Ia direncanakan akan diberi kemoterapi multiagen termasuk penggunaan doksorubisin (adriamisin). O M i c h a e l Sichel datang ke unit gawat damrat r u m a h sakit hanya 2 bulan se- telah i a dipulangkan dari pengobatan untuk krisis sel sabit. Gejalanya sekarang adalah nyeri hebat di punggung dan tungkai bawah yang dimulai 24 j a m sebelumnya dantidak hilang dengan pemberian analgesik oral yang kuat. Karena keparahan gejalanya dan temuan bahwa hemoglobin yang biasanya 7,5 g/dL turun menjadi 5,9 g/dL, ia kembali dirawat untuk hidrasi, transfusi darah, dan pembe- rian analgesik parenteral untuk menghilangkan nyeri.Eukromatin Heterokromatin Program penurunan berat badan T h o m a s A p p l e m a n terlambat dari jadwal. Ia kembali dengan keluhan demam dan batuk, yang mengeluarkan dahakG b r . 11.3. K r o m a t i n d a l a m s u a t u n u k l e u s i n - • kental kuning-coklat. Pewarnaan terhadap dahaknya memperlihatkan ba-terfase pada sebuah sel eukariotik. nyak diplokokus positif-Gram berbentuk peluru. Biakan dahak memastikan bahwa in- f e k s i s a l u r a n n a p a s n y a d i s e b a b k a n o l e h Streptococcus pneumoniae, p e k a t e r h a d a p p e - nisilin, eritromisin, tetrasiklin, dan antibiotik lainnya. Karena riVayat alergi peni- silin, ia diberi terapi eritromisin oral. Sentromer STRUKTUR DNA Letak DNA D N A berfungsi sebagai bahan genetik untuk sel, baik prokariot maupun eukariot. Karena prokariot tidak memiliki sistem membran intemal, D N A tidak dipisahkan dari isi sel lainnya (Gbr. 11.2). Pada eukariot, D N A terletak di inti, dipisahkan dari sito- Kromatid plasma oleh selubung inti (Gbr. 11.3).G b r . 11.4. K r o m a t i d b e r s a u d a r a (sister chro- D N A eukariotik terikat ke protein, membentuk suatu kompleks yang dikenal seba-matids) s e l a m a m i t o s i s . S e t i a p k r o m o s o m m i -totik mengandung d u a kromatid bersaudara gai kromatin. Selama interfase (sewaktu sel tidak membelah), kromatin dapat berben-yang identik. t u k p a d a t ( h e t e r o k r o m a t i n ) a t a u d i f u s ( e u k r o m a t i n ) , t e t a p i tidak d a p a t d i a m a t i a d a n y a Informasi genetik dalam sebuah inti haploid manusia dalam satu struktur yang Jelas. Namun, selama mitosis (saat sel berada dalam proses membelah), sel telur atau sperma terkan-dung dalam sekitar 3x10^ pasangan basa kromatin memadat membentuk kromosom yang dapat dilihat dan mempunyai ciriDNA, sedangkan infonmasi di sebuah mi-tokondria terkandung dalam kurang dari t e r s e n d i r i , m a s i n g - m a s i n g t e r d i r i d a r i d u a k r o m a t i d b e r s a u d a r a (sister chromatids)20.000 pasangan basa. identik yang disatukan di regio sentromer (Gbr. 11.4). Mitokondria mengandung D N A , namun dalam jumlah yang sangat sedikit (kurang dari 0 , 1 % D N A total dalam sel rata-rata). Mitokondria sel eukariotik sempa dengan sel prokariotik. Sistem pembentuk pro- tein dan D N A dalam mitokondria lebih mirip dengan sistem dalam bakteri daripada dengan sitoplasma eukariotik. Diperkirakan bahwa mitokondria berasal dari pe- nyerbu bakteri zaman purba dari sel eukariotik primordial. Banyak virus juga mengandung D N A sebagai bahan genetiknya. Namun, pada vi- r u s tidak t e r d a p a t s i s t e m u n t u k r e p l i k a s i , t r a n s k r i p s i , d a n t r a n s l a s i s e h i n g g a v i r u s h a -

rus menyerbu masuk ke dalam sel lain dan menyita perangkat yang mensintesis D N A , B A B 11/ S T R U K T U R A S A M N U K L E A T 147•R N A , d a n p r o t e i n a g a r d a p a t b e r k e m b a n g b i a k . V i r u s d a p a t m e n g i n f e k s i e u k a r i o t d a n Para perekayasa genetik meng- gunakan plasmid sebagai alatprokariot. Virus yang menginfeksi bakteri dikenal sebagai bakteriofaga (atau dising- karena segmen D N A dapatde-kat faga). ngan m u d a h dimasukkan k edalam plas- Plasmid adalah molekul D N A yang sirkular dan kecil yang dapat masuk ke dalam mid sehingga plasmid dapat digunakan untuk memindahkan genasing kedalambakteri dan melakukan replikasi secara autonom, yaitu, d iluar genom pejamu. Ber- bakteri.beda dengan virus, plasmid tidak menular; plasmid tidak mengubah selpejamu men-jadi pabrik yang hanya menghasilkan plasmid. Purin NHo IPenentuan Struktur DNA T ' 1>HPada tahun 1865, Frederick Meischer adalah orang yang pertama kali berhasil mengi- Adenin (A)solasi D N A ,yang ia peroleh dari pus (nanah) yang dikerok dari pembalut bedah. Padamulanya, para ilmuwan berspekulasi bahwa D N A adalah suatu bentuk penyimpanan Osel untuk fosfat inorganik, suatu fungsi yang penting tetapi tidak menarik sehingga ti-dak mencetuskan minat yang besar dalam menentukan strukturnya. Pada kenyataan- I I >nya, rincian struktur D N A sama sekali belum ditentukan sampai pada tahun 1953,hampir 90tahun setelah D N A pertama kali ditemukan, tetapi hanya 9 tahun sebelum H,N'D N A diidentifikasi sebagai bahan genetik. Guanin (G) Pada awal abad ke-20, basa-basa D N A berhasil diidentifikasi sebagai purin adenin(A) dan guanin (G), serta pirimidin sitosin (C) dan timin ( T ) (Gbr. 11.5). Gula ternyata Pirimidinadalah deoksiribosa, suatu turunan ribosa, yang tidak memiliki sebuah gugus hidrok- NH2sil pada karbon 2 (Gbr. 11.6). Nukleotida, yang terdiri dari sebuah basa, sebuah gula, dan fosfat, dibuktikanmerupakan unit monomerik asam nukleat (Tabel 11.1). Basa nitrogen terikat melaluiikatanyV-glikosidat ke karbon anomerik gula, danfosfat inorganik membentuk suatuester dengan gugus hidroksil gula (Gbr. 11.7).Tabel11.1 Nama Basa dan Nukleosida ^ H OHAdenin (A) AdenosinGuanin (G) Guanosin oHSitosin (C) SitidinTimin (T) Timidin Sitosin (C)Urasil (U) UridinHipoxantin Inosin\" HN^^^C-CH3'Apabila gula adalah deoksiribosa dan bukan ribosa. nukleosida memiliki awalan \"deoksi\" (misal, deoksiadenosin). Nukleotida Hdiberi nama nukleosida ditambah monofosfat. difosfat. atau trifosfat (misal, adenosin trifosfat atau deoksiadenosin trifosfat). Timin (T)''Basa hipoxantin tidak ditemukan dalam DNA atau RNA tetapi dihasilkan selama degradasi basa-basa purin. Nukleosidanya. ino- Gbr. 11.5. B a s a n i t r o g e n D N A . A d e n i n dansin. dihasilkan selama sintesis nukleotida purin (lihat Bab 41). guanin adalah purin sedangkan sitosin dan t i - min adalah pirimidin. OI\" Oi \" oi 5* Basa \"\"0-P-O-P-O-P-O- II 11 II o oo OH OH Nukleosida- - Nukleosida monofosfat (NMR) —i -Nukleosida difosfat (NDP)— * Nukleotida L -Nukleosida trifosfat (NTP)- JG b r . 11.7. S t r u k t u r n u k l e o s i d a d a n n u k l e o t i d a . T a m p a k r i b o s a sebagai g u l a . D e o k s i r i b o - G b r . 11.6. D e o k s i r i b o s a , g u l a D N A . A t o m -nukleotida yang sesuai disingkat sebagai d N M P , dNDP, dan dNTP. N = basa apapun (A, G, C, atom karbon diberi nomor 1 sampai 5. ApabilaU. atau T ) . gula melekat ke sebuah basa, atom karbon di- beri nomor l' sampai 5'.

1 48 B A G I A N I I I / E K S P R E S I G E N D A N S I N T E S I S P R O T E I N Colin Tuma d i t e r a p i d e n g a n 5 - Pada tahun 1944, setelah Oswald Avery melakukan eksperimen yang memastikan fluorourasil untuk kanker metas- bahwa D N A adalah bahan genetik, minat untuk menentukan struktur D N A semakin tatik yang berkaitan dengan tu- menguat. Digesti dengan enzim yang spesifisitasnya diketahui membuktikan bahwam o r primer di kolon. 5-Fluorourasil adalah fosfat inorganik berikatan dengan monomer nukleotida, membentuk suatu ikatan fos-analog basa timin y a n g terdapat di D N A . fodiester antara karbon-3' sebuah gula dan karbon-5' gula berikutnya sepanjang rantai polinukleotida (Gbr. 11.8). Erwin Chargaff menganalisis komposisi basa D N A dari berbagai sumber dan menyimpulkan bahwa, berdasarkan molar, jumlah adenin selalu sama dengan jumlah timin sedangkan jumlah guanin sama dengan jumlah sitosin. Selama masa ini, James Watson dan Prancis Crick ikut serta dan, menggunakan informasi yang ada, termasuk data difraksi sinar-X dari Maurice Wilkins dan Rosa- lind Franklin, menyimpulkan bahwa D N A terdiri dari dua untai polinukleotida yang disatukan oleh pembentukan pasangan di antara basa-basa mereka. Pada tahun 1953, mereka mempublikasikan sebuah makalah singkat, yang menjelaskan D N A sebagai suatu heHks ganda. 5-Fluorourasil, NH2 analog urasil atau timin Adenin S e t e l a h Ivy Sharer t e r b u k t i menderita AIDS, iaditerapi de- Sitosin ngan azidotimidin, suatu analognukleotida timin yang terdapat dalamDNA. Guanin 0 = P - 0 —CH2 Timin l^3l H Ikatan AZT, fosfodiester \ 0 = P ~ 0 ^ C H 2analog deoksitimidin Makalah satu halaman oleh Gbr. 11.8. S e b u a h r a n t a i p o l i n u k l e o t i d a D N A . Watson dan Crick, yang dipu- blikasikan pada tahun 1953,mengandung kurang lebih dari 900 kata.N a m u n , m a k a l a h ini m e n c e t u s k a n revolusibesar dalam ilmu biologi dan menghasil-kan fondasi konseptual bagi disiplin biologimolekular.

B A B 1 1 / S T R U K T U R A S A M N U K L E A T t 49Konsep Pembentukan Pasangan-Basa \"Kami juga menyadari bahwa pembentukan pasangan spesi-Untuk menjelaskan data Chargaff, Watson dan Crick mengajukan bahwa masing- fik yang kami dalilkan denganmasing molekulD N A terdiridari dua rantai polinukleotidayang disatukan oleh ikatan segera mengisyaratkan adanya kemung-hidrogen antara basa. Adenin pada satu untai membentuk pasangan basa dengan timin kinan mekanisme pembentukan salinanpada untai yang lain (Gbr. 11.9). Pasangan basa ini distabilkan oleh dua ikatan hidro- untuk bahan genetik.\"gen. Jenis kedua pasangan basa pada D N A , yang terbentuk antara guanin dan sitosin,distabilkan oleh tiga ikatan hidrogen. Akibat pembentukan pasangan-basa ini, dua un- J.D. Watson dan F.H.C Crick,tai D N A saling melengkapi (bersifat komplementer). Adenin pada satu untai dicocok- A/afare, April 25, 1953.kan atau dipasangkan dengan timin pada untai yang lain, dan guanin dicocokkandengan sitosin. Konsep pembentukan pasangan-basa terbukti penting untuk menentukan meka-nisme replikasi D N A (di mana dibentuk salinan D N A yang didistribusikan ke sel-selanak) danmekanisme transkripsi dantranslasi (di mana dihasilkan m R N A dari gendan digunakan untuk mengarahkan proses sintesis protein). Jelaslah, seperti yang di-sarankan oleh Watson dan Crick, adanya pembentukan pasangan-basa memung-kinkan satu untai D N A berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis untai yang lain (Gbr.11.10). Pembentukan pasangan basa juga memungkinkan satu untai D N A berfungsisebagai cetakan untuk sintesis untai R N A yang saling melengkapi (bersifat komple-m e n t e r ) . X.Untai DNA adalah AntiparalelWatson dan Crick menyimpulkan bahwa dua untai D N A yang saling melengkapi ber-jalan dalam arah yang berlawanan. Seperti yang diperlihatkan pada Gambar 11.11,pada satu untai, oksigen dari setiap cincin gula adalah d i atas karbon, sehinggakarbon-5' di atas karbon-3'. U n t a i i n i dikatakan berjalan dalam arah 5' ke 3'. Pada untaiyang lain, oksigen dari setiap cincin adalah dibawah karbon, sehingga karbon-3' d iatas karbon-5'. U n t a i i n i dikatakan berjalan dalam arah 3'k e 5'. Jadi, untai adalah anti-paralel, yaitu untai berjalan dalam arah yang berlawanan. Konsep pengarahan untai asam nukleat adalah penting untuk mengerti mekanismereplikasi dan transkripsi.Gbr. 11.9. Pasangan basa D N A . Perhatikan bahwa basa-basa pirimidin (lihat Gbr. 11.5). Untuk membentuk pasangan basa, basa-basa tersebut\"dibalikkan\" dari posisi di mana basa pirimidin biasanya diperlihatkan harus berada dalam orientasi ini.

150 B A G I A N I I I / E K S P R E S I G E N D A N S I N T E S I S P R O T E I N Heliks Ganda Karena setiap pasangan basa mengandung sebuah purin yang terikat k e sebuah pirimidin, j arak antara pasangan basa, yaitu, j arak antara dua rangka fosfodiester, ada- lah sekitar 11 A . Apabila dua untai yang sama jauhnya dari masing-masing diputar di, bagian atas dan bawah, akan terbentuk heliks ganda (Gbr. 11.12). Pada heliks ganda D N A ,pasangan basa yang menggabung dua untai bertumpuk- tumpuk seperti tangga berbentuk spiral mengelilingisepanjang aksis sentral molekul. -A- •T- Elektron pada pasangan basa yang berdekatan berinteraksi, menghasilkan gaya pe- •C-Heliks ~ G - •G- n u m p u k a n (stackingforce) yang, selain ikatan hidrogen pasangan basa, ikut mensta- •A-ganda - G - •G- bilkan heliks. •T- DNA -T- Gugus fosfat pada rangka gula-fosfat terletak di sebelah luar heliks. Dua gugus induk -C- asam pada masing-masing fosfat ikut terlibat dalam membentuk ikatan ester dengan -A- gula di dekatnya. Gugus asam ketiga adalah bebas dan melepaskan sebuah proton pada p H fisiologis. Oleh karena itu, setiap heliks D N A memiliki muatan negatif yang menyelimuti permukaannya. Heliks mengandung alur yang ukurannya berselang-seling dan dikenal sebagai alur mayor dan alur minor (Gbr. 11.13). Basa dalam alur tersebut terpajan dan, oleh karena itu,dapat berinteraksi dengan protein atau molekul lain. Watson dan Crick menjelaskan adanya D N A bentuk B , suatu heliks yang berputar k e k a n a n ( r i g h t - h a n d e d helix) y a n g j a r a k a n t a r p a s a n g a n b a s a 3 , 4 A d a n 1 0 p a s a n g a n basa untuk setiap putaran. Walaupun dalam larutan encer bentuk iniadalah yang pre- dominan, bentuk lain juga dapat dijumpai (Gbr. 11.14). Bentuk A , yang predominan pada hibrid D N A - R N A , sempa dengan bentuk B , tetapi lebih tersusun rapat. D a l a m bentuk Z, basa pada kedua untai D N A terletak ke arah perifer heliks yang berputar ke kiri. Bentuk heliks ini ditandai \" Z \" karena, pada masing-masing untai, garis yang m e n g h u b u n g k a n f o s f a t a d a l a h b e r l i k u - l i k u (\"zig \" and ''zag \").Pemisalian untai lokalUntaiindukUntai yang bam I ) TimindisintesisGbr. 11.10. Untai D N A berfungsi sebagai c e - I < Guanintakan. Selama replikasi, untai heliks terpisah didaerah setempat. Masing-masing untai induk C D Sitosinberfungsi sebagai cetakan untuk sintesis untaiDNA bani. Gbr. 11.11. Untai antiparalel D N A .

BAB 11 / S T R U K T U R ASAM N U K L E A T 1 5 1Gbr. 11.14. D N A bentuk Z, B, dan A , Garis hitam tebal menghubungkan satu gugus fosfat keg u g u s b e r i k u t n y a . D i m o d i f i k a s i d a r i Saenger W . Principles of nucleic acid structure. N e wYork: Springer Veriag, 1984:257-286.

152 BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEIN L i m f o m a n o n - H o d g k i n Ariyn Karakteristik DNA Foma diterapi d e n g a n doksi- rubisin (adriamisin), suatu obat Pada kondisi tertentu di laboratorium, dua untai heliks D N A terpisah atau mengalamiyang masuk di antara tumpukan pasangan denaturasi. Banyak teknik yang digunakan untuk mempelajari D N A atau untukbasa DNA. menghasilkan molekul D N A rekombinan memanfaatkan sifat ini.DI IQ Alkali menyebabkan dua untai D N A terpisah, tetapi berbeda dengan efeknya pada R N A , alkali tidak menyebabkan pemutusan ikatan fosfodiester D N A (Gbr. 11.15). Doksorubisin Pemberian terapi alkali digunakan untuk mengeluarkan R N A dari D N A dan memi- sahkan untai D N A sebelum atau sesudah elektroforesis pada gel poliakrilamid atau agarosa. Panas juga dapat digunakan untuk mengubah D N A untai-ganda menjadi D N A untai-tunggal (Gbr. 11.16). Apabila suhu diturunkan secara perlahan, untai-untai tunggal yang saling melengkapi (bersifat komplementer) dapat kembali menyatu dan membentuk pasangan basa, kembali membentuk heliks ganda yang pada dasarnya identik dengan D N A asal (Gbr. 11.17). Proses i n i dikenal sebagai renaturasi atau pe- n y a t u a n k e m b a l i (annealing). Hibridisasi adalah istilah yang digunakan untuk menunjukkan proses di mana D N A untai-tunggal menyatu dan membentuk pasangan basa dengan urutan pada untai R N A yang saling melengkapi (bersifat komplementer) (Gbr. 11.18). Hibridisasi digu- nakan secara luas dalam penelitian dan uji klinis. Kadang istilah inijuga digunakan u n t u k m e n j e l a s k a n p e n y a t u a n k e m b a l i (reannealing) d u a u n t a i D N A y a n g s a l i n g m e - lengkapi (bersifat komplementer). OH\" V DNABerputar Berputar• ke kiri ke kanan Apabila anda melihat ke atas OH\" melalui dasar suatu heliks di se- 'K panjang sumbu sentral dan spi- Iral heliks berputar menjauhi anda searah DNA RNA DNA RNAdengan putaran jarum jam (menuju arahpanah dalam gambar di atas), heliks terse- Gbr. 11.15. Efek alkali pada D N A dan R N A . Untai D N A tetap utuh, tetapi terpisah. Untai R N A mengalami degradasi menjadi nukleotida.but adalah heliks yang berputar ke kanan.Apabila ia berputar menjauhi anda denganarah berlawanan dengan putaran j^rumjam, heliks tersebut adalah heliks yangberputar ke kiri.Gbr. 11.17. Denaturasi dan renaturasi untai 100DNA. Apabila larutan D N A dipanaskan, untaiterpisah (atau mengalami denaturasi). Apabila Gbr. 11.16. Kurva pelelehan D N A . Seiring dengan peningkatan suhu, dua untai D N A terpisahlarutan didinginkan secara perlahan-lahan, un- yang menyebabkan absorban pada 260 nm meningkat. Pemisahan untai (\"pelelehan\") terjaditai m e n g a l a m i p e n y a t u a n k e m b a l i (reanneal- pada rentang suhu yang sangat sempit. T ^ adalah titik tengah kurva pelelehan.ing) (atau renaturasi).

BAB 11 / S T R U K T U R A S A M N U K L E A T 153 STRUKTUR KROMOSOM Siklus pemanasan dan pendi- nginan digunakan untuk memi-Ukuran Molekul DNA sahkan dan menguatkan kem- bali untai-untai D N A dalam reaksi rantaiSebuah sel prokariotiku m u m n y a memiliki k r o m o s o m tunggal yang terdiri dari D N A p o l i m e r a s e (polymerase chain reaction,untai-ganda yang membentuk lingkaran (Gbr. 11.19). Molekul D N A sirkular ini ber- PCR), suatu teknik yang digunakan untuku k u r a n s a n g a t b e s a r . S e l u r u h k r o m o s o m b a k t e r i Escherichia coli, y a n g t e r d i r i d a r i se- memperoleh D N A dalam jumlah besar daribuah molekul D N A untai-ganda yang sirkular dan tunggal, mengandung lebih dari 4 x sampel yang sangat sedikit untuk peneli-10^ pasangan basa. Berat m o l e k u l n y a lebih dari 2.500 x 10^. A p a b i l a m o l e k u l i n i dilu- tian atau pemeriksaan klinis atau forensik.ruskan, panjangnya hampir mencapai 2 m m . -T r -T Ukuran molekul D N A ini dapat merupakan yang paling baik dimengerti apabila -G -Gdibandingkan dengan molekul lain. Dibanding dengan glukosa, yang memiliki berat -A J- -A««« u -molekul 180, molekul D N A jelas sangat besar. ~G C- -G--- -G c- - G * - - C— D N A dari sel eukariotik bahkan lebih besar lagi dibandingkan dengan D N A bak- -T A- -y* A -teri (Gbr. 11.20). D N A kromosom manusia yang paling panjang memiliki ukuran 7 -G '3 - C . - - G\"-cm. Pada kenyataannya, D N A dari semua 4 6 kromosom dalam sebuah sel manusia -A U- ~A---U-'diploid, apabila disambung ujung-ke-ujung, akan terentang dengan jarak 2 m (lebih -A U- -A... U'-dari 6 kaki). D N A ini mengandung 6 x 1 0 ^ pasangan basa. -C G- -T -T •••Pengemasan DNA di Dalam Sel -G C- - G . . . C\"- -G -GKarena molekulD N A sangat besar, diperlukan kemasan khusus agar molekul tersebut -C RNA -Cd a p a t t e r m u a t d i d a l a m s e l . P a d a E. coli, D N A s i r k u l a r m e m b e n t u k supercoil d a n m e -lekat keprotein inti-RNA. DNA Eukariot mengandung lebih dari 1.000 kali j u m l a h D N A yang terdapat dalam pro- Gbr. 11.18. Hibridisasi D N A dan R N A yangkariot. Akibatnya, metode pengemasan D N A sel eukariotik jauh lebih rumit. D N A saling melengkapi (bersifat komplementer).eukariotik berinteraksi dengan protein basa kecil berukuran setara yang dikenal seba-gai histon, yang mengandung banyak arginin dan lisin. Terdapat lima kelas histon:Hl,H2A,H2B,H3,danH4. Apabila kromatin (kompleks D N A dan protein yang terdapat d iinti) diekstraksidari sel, kromatin tersebut akan tampak seperti manik-manik pada benang (Gbr.11.21). Manik-manik dengan tonjolan D N A di masing-masing ujung dikenal sebagainukleosom, dan manik-manik itu sendiri dikenal sebagai inti nukleosom (Gbr. 11.22).Dua molekul dari masing-masing empat kelas histon (histon H 2 A , H 2 B , H3, dan H4)membentuk suatu inti yang dikelilingi oleh sekitar 140 pasangan basa D N A untai-ganda yang terluka. D N A yang melingkar membungkus inti nukleosom bersam-bungan dan menghubungkan satu inti nukleosom dengan inti di sebelahnya. D N Ayang menghubungkan inti-inti tersebut membentuk kompleks dengan histon tipe ke-

154 BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEIN 11.1: Apabila histon mengan- lima, H l . Penyusunan rapat lebih lanjut pada kromatin terjadi sewaktu benang- dung banyak arginin dan lisin, benang nukleosom memilin menjadi kumparan heliks tubular (sering disebut struktur apakah muatan nettonya akan solenoid) (Gbr. 11.23)positif atau negatif? Walaupun kompleks D N A dan histon membentuk substruktur nukleosom kroma- tin, di inti protein jenis lain juga berikatan dengan D N A . Protein ini diberi nama \"pro- tein kromosomal non-histon.\" Seldari jaringan yang berbeda memiliki perbedaan dalam jumlah dan jenis protein ini, yang mencakup enzim yang bekerja pada D N A dan faktor yang mengatur transkripsi. Michael Sichel m e m i l i k i d u a Genom Manusia alel untuk gen globin-p yang masing-masing menghasilkan Genom, atau kandungan genetik total, pada sebuah sel haploid manusia (sel spermahemoglobin bentuk mutan, HbS. Amanda, atau sel telur) terdistribusi dalam 23 kromosom. Genom manusia mengandung 3adik perempuannya, adalah pembawa si- milyar (3 x 10^) pasangan basa. Pada sel diploid, masing-masing dari 2 2 kromosomfat sel sabit d a n memiliki sebuah alel nor- autosom memiliki sebuah homolog. Kromosom homolog mengandung rangkaian genmal {menghasilkan HbA) dan satu alel yang sama, yaitu, memiliki urutan D N A yang sama. Namun, pasangan tersebut tidakyang menghasilkan HbS. perlu identik karena satu homolog berasal dari sperma haploid ayah dan satu homolog berasal dari telur haploid ibu sewaktu keduanya bersatu untuk membentuk zigot di- ploid. Selain kromosom autosom, masing-masing sel diploid memiliki dua kromosom seks, yang ditandai X dan Y . Wanita memiliki duakromosom X , dan pria memiliki satu kromosom X dan satu kromosom Y . Jimilah total kromosom per sel diploid ada- lah 46 (Gbr. 11.24). Masing-masing gen pada kromosom sel diploid dicocokkan dengan alel yang se- suai pada kromosom homolog (Gbr. 11.25). Alel mungkin identik dalam urutan basa atau mungkin berbeda sampai tahap tertentu (satu berasal dari ayah dan satu dari ibu). Apabila alel berbeda, urutan asam amino protein yang dihasilkan juga dapat berbeda. G e n o m s e l p r o k a r i o t i k d a n e u k a r i o t i k b e r b e d a u k u r a n n y a . G e n o m b a k t e r i E. coli mengandung sekitar 3.000 gen. Semua D N A ini memiliki suatu fungsi. D N A tersebut berfungsi mengkode protein, r R N A , dan t R N A atau berfungsi mengatur sintesis pro- duk gen. Sebaliknya, D N A manusia mengandung sekitar 50.000 sampai 100.000 gen. DNA NukleosomGbr. 11.21. Kromatin memperlihatkan struk-tur \"manik-manik dalam ben2ing.\" Solenoid DNA peng-hubung Histon Inti inti nukleosom(H2A. H2B.H3. dan H4)Gbr. 11.22. Sebuah poiinukleosom. Dimodifi- Gbr. 11.23. Struktur solenoid pada kromatin.k a s i d a r i O l i n s D E , O l i n s A L . Am Sci1978;66:704.

BAB 11 / S T R U K T U R ASAM N U K L E A T 155n • ••10 11 13 14 15 1617 18 19 20 21 22G b r . 11.24. K r o m o s o m manusia. Diperlihatkan gambar k r o m o s o m dua kromosom X (wanita) atau satu kromosom X dan satu kromosomyang telah diwarnai. Setiap sel haploid memiliki kromosom 1 sampai Y ( p r i a ) . D a r i de G r o u c h y J, T u r l e a u C . Clinical atlas of human chro-22 ditambah sebuah X atau sebuah Y . Setiap sel diploid memiliki dua mosome. N e w Y o r k : John Wiley & Sons. 1 9 7 7 : 2 8 7 .salinan (homolog) dari masing-masing kromosom bernomor ditambahProtein Gen Protein A b Bb CC dD Homolog Homolog 1 1 . 1 : Pada pH fisiologis, arginin 1 2 dan lisin membawa muatan posi- tif pada rantai sisinya; olehG b r . 11.25. K r o m o s o m h o m o l o g dan produk proteinnya. Diperlihatkan secara diagramatis satu karena itu, histon memiliki muatan nettoset kromosom homolog (Tentu saja, selama interfase sewaktu membentuk produk proteinnya, positif. Residu arginin dan lisin berkumpulkromosom tersebut tidak dapat dilihat sebagai kesatuan yang mempunyai ciri tertentu). Diperli- di regio molekul histon. Regio pada histonhatkan empat gen sebagai contoh pada masing-masing homolog. Gen homolog adalah alel yang bermuatan positif ini dapat berin-( m i s a l , AA, Bb, CC, dD). U r u t a n D N A g e n tersebut m u n g k i n i d e n t i k ( m i s a l , AA, C C ) , atau teraksi dengan gugus fosfat DNA yang ber-m u n g k i n berbeda ( m i s a l , Bb. dD). D e n g a n d e m i k i a n p r o d u k p r o t e i n t e r k a i t dapat i d e n t i k atau muatan negatif.berbeda dalam urutan asam amino.

156 BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEIN Sel haploid digunakan untuk 1 0 - 3 0 k a l i d a r i j u m l a h p a d a E. coli. N a m u n , g e n o m p a d a s e l h a p l o i d m a n u s i a b e r u k u r - membandingkan ukuran genom. a n s e k i t a r 1 . 0 0 0 k a l i l e b i h b e s a r d i b a n d i n g k a n d e n g a n y a n g t e r d a p a t p a d a E. coli. Sel haploid hanya mengandung Fungsi sebagian besar D N A ekstra ini masih belum diketahui, suatu masalah yangsatu salinan dari setiap kromosom. S e l akan dibahas secara lebih rinci di B a b 15.diploid mengandung d u a salinan darisetiap kromosom. Oleh karena itu, sel ha- STRUKTUR RNAploid mempunyai d u a salinan dari setiapgen (dua alel)-satu dari setiap kromosom Gambaran Umum Struktur RNAhomolog. Alel-alel ini mungkin identik atauurutan D N A mungkin berbeda sampai ting- R N A serupa dengan D N A yaitu bahwa R N A terdiri dari nukleotida yang dihubung-kat tertentu. kan oleh ikatan fosfodiester-3' k e fosfodiester-5'. R N A mengandung basa purin adenin dan guanin serta basa pirimidin sitosin. N a m u n , basa pirimidin yang lain ada-O O lah urasil bukan timin. T i m i n memiliki sebuah gugus metil di posisi 5;urasil tidak. Se-ii II lain itu, kedua basa ini identik (Gbr. 11.26). sCH HN •C-CH3: Pada R N A , gula adalah ribosa, yang mengandung sebuah gugus hidroksil di karbon-2' (Gbr. 11.27). Adanya gugus hidroksilinimemungkinkan R N A terurai men- CH jadi nukleotida konstituennya dalam larutan basa. H H Rantai R N A biasanya merupakan untai-tunggal dantidak memiliki struktur beru- lang kontinu pada heliks D N A untai-ganda. N a m u n , R N A tetap memiliki struktur Urasil (U) Timin (T) sekunder dan tersier karena dapat terbentuk pasangan basa di daerah di mana untai ter-(dalam RNA) (dalam DNA) sebut melengkung terhadap dirinya sendiri. Seperti pada D N A , pembentukan pa- sangan antara basa adalah saling melengkapi (bersifat komplementer) dan antiparalel.G b r . 11.26. Perbandingan struktur urasil dan Tetapi pada R N A , adenin berpasangan dengan urasil danbukan dengan timin (Gbr.timin. 11.28). Pembentukan pasangan basa pada R N A mungkin ekstensif, dan struktur leng- kung ireguler yang terbentuk penting bagi pengikatan molekul, misalnya enzim, yang Ribosa berinteraksi dengan bagian tertentu pada R N A . (dalam RNA) Terdapat tiga jenis utama R N A ( m R N A , r R N A , dan t R N A ) ikut serta dalam OH H proses sintesis protein. R N A lain yang jumlahnya kurang berlimpah terlibat dalam Deoksiribosa replikasi atau dalam pengolahan R N A ,yaitu perubahan prekursor R N A menjadi ben- (dalam DNA) tuk matangnya.G b r . 11.27. Perbandingan struktur ribosa dan Sebagian molekul R N A mampu mengkatalisis reaksi. Dengan demikian, R N A ,deoksiribosa. serta protein, dapat memiliki aktivitas enzimatik. Prekursor r R N A tertentu dapat mengeluarkan/membuang segmen internal dirinya, danmenyambung fragmen si- sanya menjadi satu. Karena R N A iniberubah oleh reaksi yang dikatalisis olehnya sen- diri, R N A tersebut bukan enzim dalam arti sebenarnya dan,oleh karena itu, diberi nama \"ribozim.\" R N A lain bertindak sebagai katalisator sejati, berfungsi sebagai r i - bonuklease, yang menguraikan molekul R N A lain, dan sebagai peptidil transferase, enzim pada sintesis protein yang mengkatalisis pembentukan ikatan peptida. Urasil Adenin Sitosin H \H >„ „ - A „ >YV\" bH -11.1 A- -10.8 A -Gbr. 11.28. Pembentukan pasangan basa pada R N A .

BAB 11 / S T R U K T U R ASAM N U K L E A T 157 •Struktur mRNA Koefisien sedimentasi adalah suatu ukuran mengenai kece-P a d a e u k a r i o t , R N A messenger ( m R N A ) d i t r a n s k r i p s i s e b a g a i t r a n s k r i p p r i m e r p a n - patan sedimentasi suatu makro-jang dari regio D N A yang mengkode protein. Transkrip primer mengalami proses un- molekul apabila dipusingkan (disentrifus)tuk membentuk m R N A di dalam inti. m R N A berpindah melalui pori-pori inti ke dengan kecepatan tinggi (ultrasentrifu-dalam sitoplasma, tempat m R N A mengarahkan penyisipan (insersi) urutan asam gasi). Besaran inidinyatakan dalam sa-amino ke dalam rantai polipeptida. tuan Svedberg (S).Makromolekul yang berukuran lebih besar memiliki koefisien m R N A e u k a r i o t i k m e m i l i k i s u a t u s t r u k t u r y a n g d i k e n a l s e b a g a i cap d i u j u n g - sedimentasi yang lebih besar daripada5 ' n y a . Cap t e r d i r i d a r i g u a n o s i n t r i f o s f a t t e r m e t i l a s i y a n g m e l e k a t k e g u g u s h i d r o k s i l - makromolekul yang berukuran lebih kecil.5' pada ribosa di ujung-5' m R N A ( G b r ^ l 1.29). Gugus hidroksil-2' pada bagian ribosa Koefisien sedimentasi tidak meru-dari nukleotida m R N A pertama dan l^dua jifga dapat mengalami metilasi. pakan bahan tambahan (aditif). Karena gaya gesekan yang bekerja pada permu- Terdapat sebuah ekor poli(A) yang melekat keujung-3' m R N A eukariotik (Gbr. kaan suatu makromolekul memperlambat11.30). Ekor initerdiridari serangkaian nukleotida adenosin yang disatukan oleh ikat- migrasi makromolekul melalui pelarut, ke-an fosfodiester-3' ke fosfodiester-5'. Pada ekor poH(A) dapat ditemukan sampai 2 0 0 cepatan sedimentasi bergantung tidakresidu adenin. hanya pada kepadatan makromolekul, tetapi juga pada bentuknya.Struktur rRNARibosom adalah struktur subsel tempat berlangsungnya sintesis protein. Pada pro-kariot dand idalam sitoplasma serta mitokondria seleukariotik dijumpai jenis ribo-som yang berbeda (Gbr. 11.31). Ribosom prokariotik memiliki tiga jenis molekulr R N A dengan koefisien sedimentasi 16,23, dan 5S. r R N A 16S membentuk kompleksdengan protein dan membentuk subunit ribosomal 30S, sedangkan r R N A 23S dan 5Smembentuk kompleks dengan protein dan membentuk subunit ribosomal 50S.Subunit ribosomal 30Sdan 50S bersatu membentuk ribosom 70S (Gbr. 11.32). Ribosom sitoplasma pada eukariot mengandung empat jenis molekul r R N A de-ngan koefisien sedimentasi 18,28, 5, dan 5.8S. r R N A 18S membentuk kompleks de-ngan protein untuk membentuk subunit ribosomal 40S, sedangkan r R N A 28, 5, dan5.8S membentuk kompleks dengan protein untuk membentuk subunit ribosomal 60S.Subunit ribosomal 40S dan 60S bergabung untuk membentuk ribosom 80S yang dite-mukan dalam sitoplasma eukariot. Ribosom mitokondria, dengan koefisien sedimentasi 55S, berukuran lebih kecildaripada ribosom sitoplasma. Sifat ribosom ini serupa dengan ribosom TOS yang ter-dapat pada bakteri. 000 n II 11 CHg-O-P-O-P-O-P-O-CK0HX| III 3asaV^ O\" O\" O\" / OCHo 0 = P-0-CH2 Basa I^ O\" O OH {CH3 0 = P-0 5'-Cap'\/ww\^AAAAAAAAAAAAAAA(n) I Ke rantaiG b r . 11.29. S t r u k t u r cap pada m R N A e u k a r i o t i k . G b r . 11.30. E k o r poli(A) pada m R N A eukariotik.

158 BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEIN Prokariot Kepala 70 SRibosomSubunit SOS ^ 303 .Badan Lobus kecilrRNA Dasar + 34 Protein Subunit kecilrRNA 168 + 21 Protein * Tonjolan sentral Tonjolan Tangkai Eukariot lateral V-^iar80S /Ribosom /\Subunit 40 S • 50 Protein Dasar Subunit besarrRNA 18S + 33 Protein Subunit besarGbr. 11.31. Perbandingan antara ribosom pro-kariotik daneukariotik. Diperlihatkan ribosomsitoplasma pada eukariot. Ribosom mitokon-dria serupa dengan ribosom prokariot, tetapi ri-b o s o m m i t o k o n d r i a b e r u k u r a n l e b i h k e c i l (55Sb u k a n 70S). Gbr. 11.32. Rincian struktur ribosom prokariotik Eritromisin, antibiotik yang digu- nakan untuk mengobati Tho- nfias Appleman, menghambatsintesis protein pada ribosom prokariotik,tetapi tidak pada ribosom eukariotik. Olehkarena itu, obat ini secara selektif meng-hambat pertumbuhan bakteri. Namun,karena ribosom mitokondria serupa de-ngan ribosom bakteri, sintesis protein mi-tokondria juga dapat terhambat. Kenya-taan ini penting untuk memahami be-berapa efek samping antibiotik yangbekerja dengan menghambat sintesis pro-tein bakteri.

B A B 11 / S T R U K T U R A S A M N U K L H A i 159 r R N A memiliki banyak lengkung dan memperlihatkan pembentukan pasanganbasa yang ekstensif. Telah dibuat perbandingan mengenai urutan r R N A dari subunitribosom yang lebih kecil pada sejumlah organisme yang berlainan. Struktur sekunderyang dibentuk oleh subunit tersebut serupa pada genera yang berbeda (Gbr. 11.33).Struktur tRNA Gbr. 11.33. Gambaran u m u m struktur sekun- der R N A ribosom tipe-16S. Bagian yang gelapSelama sintesis protein, molekul t R N A membawa asam amino k eribosom dan me- adalah pasangan basa. Lingkaran adalah leng-mastikan bahwa asam amino tersebut bergabung dengan posisi yang tepat pada rantai kung yang tidak membentuk pasangan. Dire-polipeptida yang sedang tumbuh. Oleh karena itu, sel memiliki paling sedikit 2 0 mo- p r o d u k s i dengan i z i n , dari Annu Rev Biochemlekul t R N A yang berbeda, satu untuk masing-masing asam amino yang digunakan da- 1 9 8 4 ; 5 3 : 1 3 7 , © 1984. o l e h Annual Reviews,lam sintesis protein. Banyak asam amino memiliki lebih dari satu t R N A . Inc. Molekul t R N A mengandung tidak saja nukleotida yang biasa dijumpai, tetapi juga Oturunan dari nukleotida tersebut yang dihasilkan melalui modifikasi pascatranskrip- IIsional. Pada sel eukariotik, 10-20% nukleotida t R N A mungkin mengalami modifi-kasi. Sebagian besar molekul t R N A mengandung dihidrouridin (D), di mana satu Iikatan rangkap pada basa mengalami reduksi; ribotimidin (T), dimana sebuah gugusmetil ditambahkan k e urasil untuk membentuk timin; dan pseudouridin (\j/), d i mana Ribosaurasil melekat ke ribosa melalui sebuah ikatan karbon-karbon danbukan ikatan Ribotimidin (T)nitrogen-karbon (Gbr. 11.34). Basa pada ujung-5' antikodon tRNA, yang membentukpasangan dengan basa pada ujung-3' kodon pada m R N A , sering mengalami modifi- Okasi. Molekul t R N A berukuran agak kecil apabila dibandingkan dengan molekulm R N A atau r R N A yang besar. Rata-rata molekul t R N A mengandung sekitar 80 nu-kleotida danmemiliki koefisien sedimentasi 4S. Karena ukurannya yang kecil dantingginya konsentrasi nukleotida yang mengalami modifikasi, t R N A adalah asamnukleat pertama yang dapat ditentukan urutannya. Sejak tahun 1965 sewaktu RobertHolley menarik kesimpulan struktur t R N A yang pertama, urutan nukleotida padaberbagai t R N A telah berhasil ditentukan. Walaupun urutan primernya berbeda, se-mua molekul t R N A dapat membentuk suatu struktur yang mirip dengan daun se-manggi (Gbr. 11.35). Lengkung yang terdekat dengan ujung-5' dikenal sebagailengkung-D karena mengandung dihidrouridin (D). Lengkung kedua, atau antikodon,mengandung antikodon yang membentuk pasangan basa dengan kodon pada m R N A ,dan lengkung ketiga (lengkung T y C ) mengandung ribotimidin (T) dan pseudouridin(\\f). Lengkung keempat, yang dikenal sebagai lengkung variabel karena ukurannyabervariasi, sering ditemukan d iantara lengkung antikodon dan lengkung Tvj/C. Pem-bentukan pasangan basa terjadi di regio asal, dan sebuah urutan C G A di ujung-3' ada-lah tempat perlekatan untuk asam amino yang dibawa oleh tRNA. Struktur tiga-dimensi t R N A telah berhasil diketahui dan diperlihatkan dalam Gambar 11.35.Jenis RNA Lain I\" RibosaD i samping tiga jenis R N A utama yang dijelaskan d iatas, R N A lain terdapat dalam Dihidrouridin (D)sel. R N A ini termasuk oligonukleotida yang berfungsi terutama imtuk replikasi D N Ad a n R N A d a l a m r i b o n u k l e o p r o t e i n i n t i y a n g k e c i l {small nuclear ribonucleoprotein O[ s n R N P ] a t a u snurp) y a n g t e r l i b a t d a l a m r e a k s i p e n y a m b u n g a n d a n m o d i f i k a s i y a n g IIterjadi selama pematangan prekursor R N A (lihat Bab 13). R N A juga berfungsi sebagai genom untuk jenis virus tertentu, dikenal sebagai re-t r o v i r u s , t e r m a s u k human immunodeficiency virus ( H I V ) y a n g m e n y e b a b k a n A I D S . K O M E N T A R KLINIS. Polip adenomatosa Colin T u m a yang semula jinak I terletak di kolon asenden, tempat 10% kanker usus besar akhimya muncul. Ribosa Karena ayahnya meninggal akibat kanker kolon, dokter memperingatkan- Pseudouridin (\|/)n y a b a h w a r i s i k o m e n d e r i t a k a n k e r k o l o n a d a l a h t i g a k a l i l e b i h b e s a r d a r i p a d a risikopada populasi imiimi. Sayangnya, T n . T u m a melalaikan nasihat imtuk melakukan pe- Gbr. 11.34. T i g a n u k l e o s i d a y a n g m e n g a l a m imeriksaan kolonoskopi setiap tahim. modifikasi terdapat pada sebagian besar tRNA.

1 60 BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEIN Tempat perlekatan Perjalanan klinis I v y Sharer adalah khas untuk perkembangan A I D S yang asam amino berkembang sempurna, yang dalam kasus inidisebabkan oleh penggunaan jarum sun- tik yang tercemar HIV. Perburukan imunologis progresif yang menyertai penyakit iniLengkung D a k h i m y a m e n y e b a b k a n t i m b u l n y a b e r b a g a i i n f e k s i o p o r t u n i s t i k j a m u r ( m i s a l , Can- dida, k r i p t o k o k u s ) , v i r u s l a i n ( m i s a l , s i t o m e g a l o v i r u s , h e r p e s s i m p l e k s ) , d a n b a k t e r i ( m i s a l , Mycobacterium, Pneumocystis carinii, Salmonelld) y a n g m e n g a n c a m j i w a . Neoplasma tertentu juga sering muncul pada gangguan inkompetensi imunologis ini (misal, sarkoma Kaposi, limfoma non-Hodgkin), demikian juga meningitis, neuro- pati, dan gangguan neuropsikiatrik yang menyebabkan disfungsi kognitif Sedang di- lakukan penelitian yang intensif di seluruh dunia untuk mencari cara penyembuhan bagi penyakit yang mengerikan ini. Lengkung T ¥ Limfoma non-Hodgkin pada A r l y n F o m a tampaknya berkembang secara lambat dan, oleh karena itu, diklasifikasikan sebagai keganasan \"derajat rendah\" sistem Antikodon imun. N a m u n 75-90% penderita dengan penyakit \"derajat rendah\" mengalami keterli- batan lebih dari satu regio kelenjar limfe, seperti yang terjadi pada T n . Foma. pende- rita seperti ini tidak dapat diterapi dengan radiasi lokal dan mungkin memerlukan ke- moterapi agen tunggal atau multiagen yang dikombinasikan dengan iradiasi seluruh tubuh. Walaupun pada 8 0 % kasus seperti ini semua tumor yang tampak dapat hilang, n a m u n r e m i s i b i a s a n y a terbatas 1-5 t a h u n . P e m b e r i a n i n t e r f e r o n - a sebagai t a m b a h a n rejimen baru-baru ini memberi harapan perbaikan prognosis. Lengkung T ^ M i c h a e l Sichel berulang kali dirawat di rumah sakit akibat gejala krisis sel sabit vaso-oklusif pada pembuluh kecil. Untungnya, tidak ada peristiwa vaskular yang Leng- menyebabkan malapetaka pembuluh besar seperti pecahnya pembuluh serebrovasku-kung D l a r (stroke), p e n y u m b a t a n a r t e r i p u l m o n a r i s ( n y e r i d a d a d a n n a p a s s e s a k ) , a t a u k r i s i s hati (nyeri hebat pada abdomen bagian atas disertai hiperbilirubinemia dan uji fungsi hati yang abnormal). Sampai ditemukannya penyembuhan bagi penyakit tanpa belas kasihan ini, Michael dapat diibaratkan seperti b o m waktu, menunggu timbulnya \"le- dakan\" vaskular.Lengkung Infeksi Thomas Appleman diterapi dengan eritromisin,suatu antibiotik makro- variabel lid. Karena dapat menghambat sintesis protein mitokondria pada sel eukariotik, eri- tromisin memiliki potensi untuk mengubah fungsi sel pejamu sehingga menimbulkan - Antikodon efek samping misalnya nyeri epigastrium, diare, dan, yang jarang, ikterus kolestatik. Lengkung • K O M E N T A R B I O K I M I A . Virus harus menyerang sel pejamu untuk ber-B antikodon kembang biak. Virus tidak m a m p u berkembang biak secara bebas. Se- bagian virus yang patogenik bagi manusia mengandung D N A sebagai ba-Gbr. 11.35. Struktur t R N A . A. t R N A yang han genetiknya (Gbr. 11.36A). Virus lain mengandung R N A sebagai bahan ge-berbentuk daun semanggi. Basa yang sering di- netiknya (Gbr. 11.36B).jumpai pada posisi khusus ditunjukkan denganhuruf. Pembentukan pasangan basa di regio Beberapa virus yang mengandung genom R N A dikenal sebagai retrovirus.H I V .asal ditunjukkan oleh garis antara untai. B . virus imunodefisiensi manusia, adalah suatu retrovirus yang menyebabkan AIDS. V i -Pembentukan lipatan tiga-dimensi tRNA. B . rus inimenyerang sel sistem kekebalan dan mencegah individuyang terkena mening-Dicetak ulang dengan izin dari K i m SH, dkk. katkan respons imun yang adekuat untuk melawan infeksi.Science 1 9 7 4 ; 1 8 5 : 4 3 6 . H a k cipta \914 Ameri-can Association for the Advancement of Menurut \"dogma sentral\" yang diajukan oleh Prancis Crick, informasi mengalirScience. dari D N A ke R N A ke protein. Untuk sebagian besar, konsep ini berlaku. Namun, re- trovirus merupakan salah satu pengecualian terhadap dogma tersebut. Sewaktu retro- virus menginvasi sel, genom R N A n y amengalami transkripsi untuk membentuk salin- a n D N A . E n z i m y a n g m e n g k a t a l i s i s p r o s e s i n i d i k e n a l s e b a g a i reverse transcriptase. Salinan D N A ini berintegrasi ke dalam genom sel yang terinfeksi dan digunakan un- tuk menghasilkan salinan R N A virus, serta protein virus, dalam j u m l a h besar. R N A dan protein virus tersebut dapat dikemas menjadi partikel virus baru. Bacaan Anjuran Watson JD. The double helix. New York: Atheneum, 1968. Watson JD, Crick F H C . Molecular structure of nucleic acids. A structure for deoxyribose nucleic acid Nature 1953;171:737-738.

B A B 11 / S T R U K T U R A S A M N U K L E A T 161 QSOAL Q. Q1. U n t u k u m t a n D N A berikut ini, tentukan urutan dan arah untai yang saUng meleng-kapi (bersifat komplementer).5'-ACCAAAGATGCCTGCGGAATCC-3'2. Apabila untai D N A berikut iniberfungsi sebagai cetakan untuk sintesis R N A , ten-tukan urutan dan arah R N A tersebut.Cetakan 3'-TGGTTTCTACGGACGCCtTAGG-5'JAWABAN Gbr. 11.36. Virus yang menginfeksi manusia. A. Sebuah virus D N A yang menginfeksi ma-1. Urutan D N A nusia. Adenovirus mengandung 35-40 kb. B. 5'-ACCAAAGATGCCTGCGGAATCC-3' Virus R N A yang menyebabkan AIDS. H I V mengandung 7-10 kb. Untai yang saling melengkapi (bersifat komplementer) 3'-TGGTTTCTACGGACGCCTTAGG-5'2. Cetakan D N A 3'-TGGTTTCTACGGACGCCTTAGG-5' RNA 5'-ACCAAAGAUGCCUGCGGAAUCC-3'