Bahan DK modul Biomol pemicu 1 (Asam Nukleat)

okay.. kali ini saya mau bagi-bagi bahan DK modul Biologi Molekuler, smoga bermanfaat :)

1. DNA DNA singkatan Deoxyribonuclei Acid atau asam deoksiribonuekleat, merupakan salah satu jenis asam nukleat. DNA adalah polinukleotida yang mempunyai deret unit deoksiribonukleotida spesifik dan bertindak sebagai pembawa informasi genetik. DNA terutama terkumpul didalam inti sel, yaitu dalam kromosom. DNA juga ditemukan dalam organel-organel sel seperti mitokondria dan kloroplas. Jumlah DNA dalam setiap sel mantap, hal ini karena kandungan perlengkapan genetik dan kromosom pada setiap sel sama. Kasus yang berbeda adalah poliploidi. Sel gamet (sel sperma dan sel telur) memiliki separuh jumlah DNA sel-sel tubuh yang lain. Gamet adalah haploid dan hanya mengandung separuh jumlah kromosom Fungsi DNA sebagai materi genetik untuk kebanyakan organisme, template (cetakan) untuk sintesis molekul protein dan sintesis molekul protein dan sintesis informasi turunan dari satu sel atau generasi ke sel atau generasi berikutnya. DNA yang menyimpan energi penentu sifat sel dan cara sel tumbuh dan membelah. Basa purin dan pirimidin pada molekul DNA berperan membawa informasi genetik, sedangkan gugus gula dan fosfat melakukan peran struktural. Jadi umumnya DNA berperan dalam pewarisan sifat-sifat turunan organisme. Karakter atau sifat kimia DNA adalah sebagai berikut. Memiliki gugus gula 2-deoksiribosa; basa nitrogennya, guanin, sitosin, timin, dan adenin; memiliki rantai heliks ganda anti paralel; kandungan basa nitrogen antara kedua rantai sama banyak dan berpasangan spesifik satu dengan yang lain. Guanin selaluberpasangan dengan sitosin, dan adenin berpasangan dengan timin, sehingga jumlah guanin selalu sama dengan jumlah sitosin. Demikian pula adenin dengan timin. Komposisi basa DNA disajikan lengkap pada entri basa nitrogen. Adanya hubungan yang selalu sama antara A dengan T dan G dengan C sangat penting hubungannya dengan pembentukan struktur heliks DNA. Ciri-ciri utama model DNA heliks ganda yang diusulkan Watson dan Crick adalah sebagai berikut: 1. Molekul DNA mengandung dua rantai polinukleotida yang terikat satu dengan yang lain pada heliks ganda putar kanan; 2. Diameter heliks ganda tersebut adalah 2nm; 3. Kedua rantai antiparalel (polaritas berlawanan), yaitu kedua rantai berorientasi pada arah berlawanan satu rantai arah 5’ ke 3’ dan rantai lain dari 3’ ke 5’ ; 4. Kerangka gula fosfat berada di sisi luar heliks ganda, sementara basa terorientasi pada pusat sumbu.; 5. Basa-basa rantai yang berlawanan diikat bersama melalui ikatan hidrogen. Basa A selalu berpasangan dengan T (dua ikatan hidrogen) dan G dengan C (tiga ikatan hidrogen); 6. Pasangan bisa terpisah 0,34nm dalam heliks ganda. Putaran penuh (360˚) heliks mengambil 3,4nm, sehingga ada 10 pasang basa setiap putaran 7. dua rantai yang mengikat pasang basa pada cincin gulanya tidak berlawanan secara langsung. Karena tulang punggung dua gula fosfat dari heliks ganda tidak sama panjang dalam sumbu heliks sehingga menghasilkan lekukan antara tulang punggung . lekukan memiliki ukuran yang sama, sehingga disebut lekukan besar (major groove) dan lekukan kecil (minor groove). Penelitian lanjutan oleh Wilkins dkk menemukan 3 macam struktur DNA dan dinamakan struktur A, B, dan Z. Model DNA yang paling stabil adalah struktur b, seperti yang dikemukakan oleh Watson dan Crick.

 2. Asam Nukleat Senyawa kompleks yang ditemukan dalam semua sel, merupakan polinukleotida dengan residu dengan residu nukleotida yang berikatan dalam suatu deret spesifik melalui ikatan fosfodiester. Fungsi penting asam nukleat adalah menyimpan, mereplikasi, dan mentranskripsi informasi genetik; metabolisme antara (intermediary metabolism)( proses intraseluler dimana bahan nutrisi diubah menjadi komponen seluler yang disebut juga metabolisme intermediate) dan reaksi-reaksi informasi energi. Ketika nukleat bersenyawa dengan asam, namanya menjadi asam nukleat. Dengan demikian, asam nukleat berasal dari sifat molekulnya (asam) dan tempat pertama kali molekul ini ditemukan (inti atau nukleus=nukleat)

 3. RNA Ribonucleic Acid atau asam ribonukleat merupakan sejenis asam nukleat, sepertii DNA, yang biasanya ditemukan dalam organisme hidup. Asam ribonukleat terdiri atas benang panjang ribonukleotida. Senyawa kompleks ini terdapat dalam sel hidup dan berkaitan dengan sintesis protein. Fungsi RNA. Sebagian besar RNA ditranskripsi untuuk proses sintesis protein, dan pada manusia, sedikit berfungsi untuk pengolahan RNA dan arsitektur sel. Ada 3 golongan utama RNA yaitu mRNA, rRNA dan tRNA 
1. mRNA messenger ribonucleic acid atau RNA duta merupakan salah satu golongan utama RNA yang berfungsi sebagai cetakan yang digunakan oleh ribosom untuk melangsungkan proses translasi informasi genetik menjadi urutan asam amino protein. Urutan nukleotida mRNA bersifat komplementer dengan pesan genetik yang terkandung didalam potongan spesifik rantai cetakan DNA. Struktur mRNA seperti benang tunggal dan urutan nukleotidanya komplemen dengan salah satu rantai DNA inti. 
2. rRNA ribosome ribonucleic acid atau RNA ribosom merupakan salah satu golongan utama RNA yang berperan penting dalam struktur dan fungsi biosintetik ribosom. rRNA merupakan komponen utama ribosom dan menyusun hampir 65 persen berat ribosom. Fungsi molekul rRNA dalam partikel ribosom belum sepenuhnya dipahami, namun molekul tersebut diperlukan untuk penyusunan ribosom dan tampaknya berperan penting dalam pengikatan mRNA pada ribosom dan tampaknya berperan penting dalam pengikatan mRNA pada ribosom serta translasinya. 
3. tRNA transfer ribonucleic acid atau RNA pemindah adalah polimer pendek yang memiliki panjang 75 sampai 85 nukleotida dan berat molekul antara 23.000 dan 30.000. salah satu jenis RNA utama ini terdiri dari satu rantai ribonukleotida dan berperan memindahkan asam amino dalam proses sintesis protein. Fungsi tRNA adalah mengambil asam amino dan membawanya ke ribosom. tRNA juga berfungsi mengenali antara pasangan kodon dan antikodon. 
Dapus :  Toha, Amdul Hamid A. 2004. Ensiklopedia Biokimia & Biologi Molekuler. Jakarta: EGC http://sciencebiotech.net 


Kontibutor: Sumitomo Ueno (Fakultas Teknobiologi Unika Atmajaya Jakarta) 
Microarray merupakan suatu analisa hibridisasi gen dalam skala mikro dengan melibatkan banyak (bisa sampai beribu-ribu) gen dalam 1 kali percobaan. Hibridisasi dilakukan di atas slide yang berisi oligonuklotida yang berbeda-beda dan oleh sebab itulah microarray bersifat unik. Microarray yang melibatkan banyak gen dengan sifat yang unik itulah yang menyebabkan peneliti dapat melihat/menganalisa ekpresi gen tersebut dengan menggunakan kontrol sebagai pembanding. Jika terdapat perbedaan gen yang dianalisa dengan kontrol maka dapat diasumsikan bahwa terdapatnya ekspresi yang ditimbulkan gen tersebut berdasarkan perlakuan. Salah satu aplikasi dari microarray ialah mendeteksi adanya kanker. Dalam mendeteksi kanker dengan menggunakan microarray digunakan fluorokrom Cyanin3 (hijau) untuk mewarnai cDNA dari kontrol sampel dan Cyanin5 (merah) untuk sampel yang diuji. 
Terdapat 3 tahapan uji microarray dalam mendeteksi kanker yaitu preparasi (penyiapan) microarray, preparasi probe DNA yang dilabel & hibridisasi, serta yang terakhir ialah menganalisa datanya. 
Tahapan preparasi slide microarray Slide microarrays mengandung probe yang dispot/diprint di atasnya. Dalam menyiapkan suatu probe dapat digunakan oligonukleotida, produk pcr, maupun CDNA library. 
Tahapan preparasi cDNA yang dilabel & hibridisasi cDNA diperoleh dari reverse transkripsi mRNA yang diekstraksi dari sample maupun kontrol. cDNA yang telah disiapkan dilabel dengan Cyanin3 dan Cyanin5 dengan salah satu dari dua teknik yaitu direct dan indirect labeling. 
Tahapan Microarrays secara umum (image from medscape.com) 
• Direct labeling = Pada proses reverse transkripsi, jumlah dTTP dikurangi dan disubstitusi dengan dUTP yang sudah memiliki label Cy3/Cy5 yang menempel padanya. Sehingga pada tahap akhir reverse transkripsi, diperoleh cDNA yang sudah terlabel dengan Cy3/Cy5. 
• Indirect labeling = Pada taknik ini bukan dUTP-Cy3 atau dUTP-Cy5 yang ditambahkan, melainkan amino-allyl-dUTP. Setelah reaksi reverse transkripsi selesai, barulah amino allyl yang bertindak sebagai “tangan” ini dapat ditempeli Cy3/Cy5 pada proses selanjutnya. 
cDNA terlabel kemudian dihibridisasi dengan spot pada slide microarrays. 
Analisa Data Dalam menganalisa adanya kanker pada sampel diuji didasarkan pada ratio intensitas warna Cyanin3 : Cyanin5 yang dihasilkan setelah hibridisasi. Untuk gen-gen dengan tingkat ekspresi yang sama (intensitas Cy3 = Cy5) maka spot yang bersangkutan akan berwarna kuning atau hitam, dan spot semacam ini mungkin tidak dapat menunjukkan ada atau tidaknya gejala kerusakan pada gen yang bersangkutan. Jika intensitas Cy3 & Cy5 (ekspresi kontrol lebih besar/terjadi downregulasi), atau intensitas Cy3 & Cy5 (ekspresi sampel uji lebih besar/terjadi upregulasi), maka hal ini bisa menjadi petunjuk akan adanya kemungkinan kerusakan gen yang mengakibatkan kanker.  
Beberapa Aplikasi Microarrays Lainnya 
• Mendeteksi adanya mutasi dan SNP 
• Mengidentifikasi obat dan melihat ekspresi dari gen yang diberi perlakuan obat tersebut. Penjelasannya ialah ekspresi setiap individu berbeda-beda dalam meminum obat pada waktu sakit. Ada yang sembuhnya cepat, ada yang lama, dan ada yang tidak sembuh. Misal digunakan obat A dan obat B dengan manusia Tomi dan Tomo. Obat A yang diminum Tomi tidak bisa menyembuhkan penyakit yang dideritanya tetapi bagi Tomo obat A merupakan obat yang ampuh dalam mengobati penyakitnya. 
• Kita dapat melihat ekspresi gen yang ditimbulkan pada perlakuan musim. Misal: pada waktu hujan orang lebih mengekspresikan gen X. 

Referensi • Somasundaram K, Mungamuri SK, Wajapeyee N. 2002. DNA microarracy technology and it’s applications in cancer biology. Applied Genomics Proteomics 4: 1-10. 

  Pada mitosis, DNA terdistribusi sama ke dua sel anaknya. Kromosom diploid memiliki DNA dua kali lebih banyak dari kromosom haploid. DNA merupakan polimer yang terdiri dari nukleotida yang terdiri dari tiga komponen; basa nitrogen, gula pentosa (deoksiribosa) dan gugus fosfat. Basanya bisa adenin (A), timin (T), guanin (G), atau sitosin (C). Banyaknya keempat basa tersebut tidak lah sama tetapi hadir dalam rasio yang khas. Pada DNA manusia : A=30,9% dan T=29,4%; G= 19,9% dan C=19,8%. Keteraturan ini dikenal sebagai aturan Chargaff. [singlepic id=2 w=320 h=240 mode=web20 float=center] Replikasi dan perbaikan DNA Selama replikasi DNA, pemasangan basa memungkinkan untai DNA yang ada bertindak sebagai cetakan untuk untai komplementer yang baru. Berikut adalah konsep dasar replikasi DNA. 1. Sebelum melakukan replikasi, molekul induk mempunyai dua untai DNA komplementer . Setiap basa dipasangkan oleh ikatan hidrogen dengan pasangan spesifiknya, A dengan T dan G dengan C. 2. Langkah pertama dalam replikasi adalah pemisahan kedua untai DNA. Setiap untai yang lama 3. Setiap untai yang “lama” berfungsi sebagai cetakan yang menentukan uraian nukleotida di daerah yang spesifik di sepanjang permukaan cetakan berdasarkan aturan pemasangan basa. 4. Nukleotida baru tersebut disambung satu sama lain untuk membentuk tulang belakang gula -fosfat dari untai baru. Setiap molekul DNA sekarang terdiri dari satu untai “lama” dan satu untai “baru”. Kita kini memiliki dua molekul DNA yang sama persis dengan satu molekul di saat kita mulai. Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana replikasi DNA. Replikasi dimulai di pangkal replikasi. Cabang replikasi bentuk-Y terbentuk pada ujung-ujung berlawanan dari gelembung replikasi, di mana kedua untai DNA berpisah . DNA plomerasi mengkatalis sintesis untai-untai DNA baru, bekerja dalam arah 5’& 3’. Sintesis DNA pada cabang replikasi menghasilkan leading strand yang kontinu dan segmen-segmen pendek, diskontinu dari lagging strand. Fragmen-fragmen ini kemudian disambung oleh DNA ligase. Sintesis DNA harus bermula pada ujung dari suatu primer yang merupakan segmen pendek RNA. Enzim mengoreksi DNA selama replikasinya dan memperbaiki kerusakan pada DNA yang ada. Pada perbaikan salah-pasang, protein mengoreksi DNA yang bereplikasi dan memperbaikin kesalahan dalam pemasangan basa. Pada perbaikan eksisi, enzim perbaikan membetulkan DNA yang dirusak agen fisis dan kimiawi. Ujung-ujung molekul DNA linear dari kromosom-kromosom eukariotik, disebut telomer, memendek pada setiap replikasi. Enzim telomerase, terdapat di dalam sel tertentu, dapat memperpanjang kembali ujung-ujung ini.  
Transkripsi DNA mengontrol metabolisme dengan memerintahkan sel untuk menghasilkan enzim spesifik dan protein lain. Percobaan Beadle dan Tatum pada strain mutan Neurospora memunculkan hipotesis satu gen-satu enzim, yang kemudian dimodifikasi menjadi satu gen-satu polipeptida. Suatugen menentukan urutan asam amino rantai polipeptida. Transkripsi adalah sintesis RNA yang diarahkan oleh DNA. Sintesis RNA pada cetakan DNA dikatalis oleh enzim RNA polimerase. Sintesis ini mengikuti aturan pemasangan basa yang sama seperti replikasi DNA , terkecuali bahwa pada RNA, urasil menggantikan timin. Promoter, urutan nukleotida spesifik pada bagian start suatu gen, memberi sinyal untuk menginisiasi sintesis RNA. Faktor transkripsi (protein) membantu RNA polimerase eukariotik mengenali urutan promotor. Transkripsi terus berlangsung hingga urutan RNA tertentu memberin sinyal terminasi. Molekul mRNA eukariotik diproses sebelum meninggalkan nukleus dengan modifikasi ujung-ujungnya dan dengan penyambungan RNA. Ujung 5’ menerima tutup nukleotida termodifikasi, sementara ujung 3’ menerima ekor poli (A). Sebagian besar gen eukariotik memiliki intron, daerah bukan pengkode yang berselang-seling di dareah pengkode, ekson. Dalam penyambungan RNA, intron dikeluarkan dan ekson bergabung. Dalam penyambungan RNA, intron dikeluarkan dan ekson bergabung. Penyambungan RNA ini dikatalis oleh ribunukleoprotein nukleus kecil (snRNP), yang beroperasi di dalam susunan yang lebih besar yang disebut spliosom. Dalam banyak kasus, RNA itu sendiri yang mengkatalis penyambungan. Molekul RNA katalik disebut Ribozim. Pencampuradukan ekson melalui rekombinasi dapat saja memberikan sumbangan pada evolusi keragaman protein. 
Translasi Translasi adalah sintesis polipeptida yang diatur oleh RNA. Saat molekul mRNA meluncur melalui ribosom, kodon-kodon ditranslasi satu per satu menjadi asam-asam amino. Interpreternya adalah molekul tRNA. Setelah mengambil asam amino spesifik, tRNA berjajar dengan bantuan triplet antikodonnya di kodon komplementer pada mRNA. Pelekatan asam amino pada spesifik pada bagian tRNA tertentu merupakan proses yang digerakan ATP yang dikatalis enzim sintetase tRNA-aminoasil. Translasi terdiri dari 3 tahap yaitu aktivasi, berupa penambahan asam amino pada tRNA. Kemudian, terjadi inisiasi dan elongasi yang ditandai dengan penambahan asam amino baru dengan peptidyl transferase. Akhirnya proses akan berhenti di tahap terminasi. Ribosom mengkoordinasikan ketiga tahap translasi : inisiasi, elongasi dan terminasi. Setiap ribosom terdiri dari dua sub unit yang terbuat dari protein dan RNA ribosom (rRNA). Ribosom memiliki tempat pengikatan untuk mRNA; tempat P dan A yang mengikat tRNA yang bersebelahan begitu asam amino dihubungkan dalam rantai polipeptida yang sedang tumbuh; dan tempat E untuk pelepasan tRNA.  

Daftar Pustaka Reece C, Mitchell. Biology. Biologi: Dasar Molekuler Penurunan Sifat.5th ed. Jakarta: Erlangga; 2002.p.298-312. Anonymous. Molecular Genetics. Diunduh dari dari http://www.bio.miami.edu/~cmallery/150/gene /mol_gen.htm. Diakses Februari 2010.