GENETIKA MIKROBA ( SINTESIS PROTEIN PADA PROKARYOTIK PART 2)

Genetika mikroba ialah ilmu yang mempelajari cara pengekspresian informasi genetis yang terkandung dalam molekul DNA serta mekanisme pengendalian hereditas pada organisme oleh DNA. Molekul DNA yang ditemukan dalam sel terdiri dari 2 rantai komplementer yang berbentuk heliks dan saling membelit sehingga disebut heliks ganda atau double heliks. Masing-masing rantai DNA terdiri dari 4 jenis nukleotida yang dapat dibedakan menurut jenis basa nitrogennya yaitu adenin (A), timin (T), sitosin (S), dan guanin (G). Apabila urutan nukleotida pada salah satu rantai DNA diketahui maka urutan nukleotida pada  rantai komplementernya juga dapat diketahui karena adenin pada rantai selalu berpasangan dengan timin pada rantai komplementernya dan sitosin selalu berpasangan dengan guanin.

Erwin Chargaff meneliti antara tahun 1949-1955 susunan kimia molekul DNA dengan analisis kimia menemukan :

•  Bahwa dalam setiap molekul DNA jumlah adenin selalu sama dengan jumlah timin dan jumlah guanin sama dengan sitosin
• jumlah seluruh purin selalu sama dengan jumlah seluruh pirimidin 

Kesimpulan tersebut disebut dengan Hukum Ekivalen Chargaff 

Sebaliknya perbandingan ikatan A-T dengan ikatan G-S pada sel suatu organisme sangat bervariasi pada tiap spesies. Pada E.colli perbandingan tersebut 0,93:1, Mycobacterium tuberculosis 0,60-1 dan pada manusia 1,52:1.

Genetika masa kini telah mampu menjelaskan cara DNA mengendalikan sifat dan mempertahankan proses yang penting didalam sel hidup. Langkah pertama dalam mengekspresian sifat yang terkandung dalam DNA ialah dengan mencetak molekul RNA berdasarkan urutan nukleotida pada DNA. Molekul RNA merupakan polimer rantai tunggal yang terdiri dari empat macam nukleotida yaitu : adenin, urasil, sitosin dan guanin. Komposisi basa pda molekul RNA tidak mengikuti hukum ekuivalen chargaff karena molekul RNA hanya terdiri atas satu rantai polinukleotida.

Ada tiga macam molekul RNA yang terdapat dalam sel  

•  RNA transfer (tRNA) yang berfungsi mengidentifikasikan asam amino sesuai dengan informasi genetik yang dibawa oleh mRNA dan kemudian diangkut ke ribosom

• RNA ribosom (rRNA) yang merupakan komponen unit ribosom

• RNA messenger (mRNA) membawa informasi genetis ke ribosom dalam bentuk kodon untuk memerinci asam amino dalam rantai polipeptida yang akan dibentuk

Peranan enzim dalam menentukan seluruh ciri dan kegiatan yang dilakukan sel hidup sangat penting. Urutan nukleotida pada DNA yang mengkode urutan nukleotida RNA dan urutan asam amino pada protein yang disintesis disebut gen. Teori yang mengatakan bahwa gen mengendalikan sintesis RNA dan pada gilirannya RNA menentukan sifat protein yang dibentuk disebut dogma sentral.

Replikasi dan segresi DNA pada prokaryotik 

Pada bakteri hanya ada satu molekul DNA yang berfungsi sebagai genom (materi genetik pada DNA) yang berbentuk melingkar. Bila terjadi pembelahan sel pada bakteri maka genom juga diberikan kepada sel anakan. Untuk itu sebelum sel membelah terjadi duplikasi genom yang disebabkan oleh replikasi molekul DNA. Dalam replikasi, masing-masing rantai DNA akan bertindak sebagai cetakan untuk membentuk rantai DNA baru yang komplementer dengan rantai DNA cetakannya. Replikasi yang demikian disebut bersifat semikonservatif. Titik dimulainya replikasi disebut origin. Selanjutnya replikasi bergerak kedua arah yang berlawanan dan karena DNA bakteri bentuknya melingkar maka kedua arah replikasi tersebut akan saling bertemu sehingga menghasilkan duplikat DNA yang juga melingkar. Masing-masing DNA melingkar tersebut akan diwariskan kepada sel anakan pada saat pembelahan sel.
Kebenaran replikasi semikonservatif telah dibuktikan pertama kali secara ilmiah oleh Matthew Meselson dan Franklin Stahl ditahun 1959. Kedua ilmuwan mengadakan eksperimen dengan menggunakan isotop berat 15N yang diberikan pada medium E.colli. DNA yang mengandung 15N basanya lebih pekat dan berat daripada DNA yang mengandung 14N. Mula-mula bakteri dipelihara dalam medium yang mengandung 15N selama beberapa generasi dengan harapan bahwa semua bakteri mengandung DNA berat. Setelah beberapa generasi sampel bakteri dari medium 15N dipindahkan kedalam medium yang mengandung 14N dan ditumbuhkan selama beberapa generasi. Jika replikasi semikonservatif berlangsung, maka bakteri dalam medium 15N bila dipindahkan kedalam medium 14N semuanya harus mengandung DNA Hibrid artinya satu rantai polinukleotida mengandung basa dengan 15N sedang rantai yang lain mengandung 14N atau 15N14N. Untuk mengetahui kepekaannya, DNA yang terdapat pada sampel bakteri yang dipelihara dalam masing-masing medium diambil, dipisahkan dan dianalisis dengan menggunakan sesium klorida (C5Cl2) kemudian di ultrasentrifugasi.


Hasil penelitian kedua ilmuwan tersebut

1. Semua DNA pada sampel bakteri yang dipelihara pada medium 15N mengendap didasar tabung. Ini menunjukan DNA tersebut memang semuanya mengandung 15N15N (DNA berat).
2. Semua DNA pada generasi pertama pada 14N (pindahan dari medium 15N) terdapat ditengah-tengah tabung. Ini menunjukan bahwa DNA tersebut semuanya DNA hibrid yaitu 15N14N (diantara DNA berat dan DNA ringan)
3. Jika sampel bakteri yang mengandung DNA 14N15N dipelihara terus dalam medium 14N, maka dalam generasi berikutnya sampel bakteri yang diperoleh sebagian mangandung DNA 14N14N dan sebagian mengandung DNA 14N15N dengan perbandingan 3 : 1. Berdasarkan hasil penelitian tersebut telah dibuktikan bahwa replikasi DNA berlangsung secara semikonservatif.

Sintesis RNA pada prokaryotik

Pencetakan RNA oleh DNA disebut transkripsi. Proses ini dibantu oleh enzim RNA polimerase. Enzim ini memulai transkripsi pada daerah yang disebut promoter dan mengakhirinya pada daerah terminasi. Molekul rRNA dibuat dari prekursorRNA yang besar yang dipotong secara enzimatis menjadi tRNA dan rRNA. Subunit 30S ribosom mengandung rRNA 16S dan 21 molekul protein sedang sub unit 50 S ribosom mengandung rRNA 23S dan 5S serta sekitar 34 molekul protein. Sub unit 30 S dan sub unit 50 S berasosiasi membentuk ribosom 70S ( S ialah unit Svedberg: suatu ukuran yang menyatakan berapa cepatnya suatu partikel mengendap selama ultrasentrifugasi). Molekul tRNA dibuat dari sejumlah prekursor RNA.

Meskipun molekul tRNA merupakan rantai tunggal tetapi pada tempat-tempat tertentu terbentuk ikatan komplementer antara bagian rantai yang sama sehingga bentuk tRNA seperti daun semanggi. Ujung bagian tangkai merupakan tempat perlekatan asam amino yang diangkut sedangkan urutan tiga nukleotida pada loop antikodon disebut kodon. Pada bakteri mRNA yang dibentuk dari DNA tidak mengalami modifikasi seperti halnya jasad eukaryotik. Transkripsi pada jasad prokaryotik terjadi dalam sitoplasma karena DNA tidak diselubungi oleh membran. Pada prokaryotik, masa hidup mRNA amat pendek hanya sekitar 2 menit.

Sintesis protein pada prokaryotik

Ribosom merupakan tempat berlansungnya sintesis protein. Langkah pertama dalam sintesis protein ialah aktivasi anzim asam amino yaitu : aminoasil tRNA sintetase. Selanjutnya asam amino yang teraktivasi melekat pada tRNA yang berfungsi untuk membawa asam amino ke dan mengenali kodon-kodon pada mRNA.

Sintesis protein pada ribosom berlansung sebagai berikut:

• Ribosom terikat pada salah satu ujung moleku mRNA pada suatu situs tertentu
• tRNA yang bermuataan membawa asam amino yang pertama kemudian terikat pada kodon yang mengawali rantai pada mRNA
• tRNA yang lain membawa asam amino yang kedua terikat pada kodon berikutnya
• Gugusan amino dari asam amino pada tRNA yang kedua bereaksi dengan gugusan karboksil terminal yang aktif pada asam amino dari tRNA yang pertama untuk membentuk dipeptida, tRNA yang pertama lalu dilepaskan. mRNA digerakkan disepanjang ribosom untuk menempatkan kodon berikutnya supaya siap menerima tRNA yang membawa asam amino ketiga.

Proses ini diteruskan sampai rantai peptida menjadi lengkap, penghentian terjadi pada salah satu kodon nonsense yaitu UAA, UAG, atau UGA dan rantai berdisosiasi dari molekul tRNA yang terakhir. Satu molekul tunggal mRNA cukup panjang untuk dibaca oleh beberapa ribosom pada waktu yang sama. Bila sejumlah ribosom 70S secara aktif terlibat dalam sintesis protein pada seutas mRNA maka disebut polisom atau poliribosom