PEWARISAN PADA TINGKAT SEL DAN MOLEKUL  Sebagai substansi hereditas sekarang dikenal 2 asam nukleat yaitu : 1. DNA (Deoxiribo Nucleic Acid). 2. RNA (Ribo Nucleic Acid). 1. DNA Sejarah Pertama DNA diisolir oleh F. Miescher (1869) dari sel spermatozoa dan dari nukleus sel-sel darah merah burung, tetapi ia tidak dapat mengenal sifat kimianya yang pasti dan menamakannya NUKLEIN.

Dalam tahun 1880 Fischer dapat mengenal adanya zat-zat pirimidin dan purin di dalam asam nukleat, Kossel menemukan 2 pirimidin yaitu Sitosin dan Timin, dan 2 purin yaitu Adenin dan Guanin Levine (1910) ahli dari Rusia mengenal 5 karbon ribose dan menemukan gula deoksiribose di dalam asam nukleat, juga menyatakan ada pospat dalam asam nukleat Robert Feulgen (1914) menunjukkan tes warna untuk DNA yg dikenal dengan reaksi Feulgen

Avery, Macleod dan Mc Carthy (1944) membuktikan bahwa DNA mempunyai hubungan langsung dengan keturunan Chargraff (1947) membuat studi kimia dari DNA dan membuktikan bahwa DNA terdiri dari basa purin dan pirimidin dan bahwa Adenin dan Timin terdapat dalam proporsi yang sama, begitu pula Sitosin dan Guanin. Wilkins dkk (1950) dengan cara diffraksi sinar X menemukan bahwa basa-basa purin dan pirimidin di dalam molekul DNA terletak dengan jarak 3,4 Anstrom (1 angstrom= 0,001 mikron= 0,000001mm). Mereka juga mengemukakan bahwa molekul DNA tidak berbentuk sebagai garis lurus tetapi merupakan bentuk berpilin sebagai spiral dan setiap 34 Angstrom merupakan satu spiral penuh

Watson dan Crick (1953) menyatakan bahwa DNA berbentuk spiral dobel yang berpilin (double helix) dan memperlihatkan berbagai aktivitas dari molekul DNA. Kornberg (1957) membuktikan kebenaran model double helix dari DNA yang dikemukakan Watson dan Crick dengan cara membuat molekul DNA dalam sistem sel bebas. Dalam tahun 1967 Kornberg membuat molekul DNA dari 6000 nukleotida. Asam deoksiribonukleat, lebih dikenal dengan DNA (bahasa Inggris: deoxyribonucleic acid), adalah sejenis asam nukleat yang tergolong biomolekul utama penyusun berat kering setiap organisme. Di dalam sel, DNA umumnya terletak di dalam inti sel.

Secara garis besar, peran DNA di dalam sebuah sel adalah sebagai materi genetik; artinya, DNA menyimpan kode genetik untuk aktivitas sel. Fungsi tersebut berlaku umum bagi setiap organisme, perkecualian yang menonjol adalah beberapa jenis virus, seperti HIV (Human Immunodeficiency Virus). DNA merupakan polimer yang terdiri dari tiga komponen utama, yaitu gugus fosfat, gula deoksiribosa, dan basa nitrogen. Sebuah unit monomer DNA yang terdiri dari ketiga komponen tersebut dinamakan nukleotida, sehingga DNA tergolong sebagai polinukleotida.

Rantai DNA memiliki lebar 20 Å, sementara panjang satu unit nukleotida 3,4 Å. Walaupun unit monomer ini sangatlah kecil, DNA dapat memiliki jutaan nukleotida yang terangkai seperti rantai. Misalnya, kromosom terbesar pada manusia terdiri atas 220 juta nukleotida. Struktur untai komplementer DNA menunjukkan pasangan basa (adenin dengan timin dan guanin dengan sitosin) yang membentuk DNA beruntai ganda yang modelnya pertama kali dibuat oleh James D. Watson (Amerika Serikat) dan Francis Crick (Inggris) tahun 1953, diperbaiki modelnya oleh Wilkins.

Struktur DNA (Double Helix)

Rangka utama untai DNA terdiri dari gugus fosfat dan gula yang berselang-seling. Gula pada DNA adalah gula pentosa (berkarbon lima), yaitu 2-deoksiribosa. Dua gugus gula terhubung dengan fosfat melalui ikatan fosfodiester antara atom karbon ketiga pada cincin satu gula dan atom karbon kelima pada gula lainnya. Salah satu perbedaan utama DNA dan RNA adalah gula penyusunnya; gula RNA adalah ribosa. DNA terdiri atas dua untai yang berpilin membentuk struktur heliks ganda. Pada struktur heliks ganda, orientasi rantai nukleotida pada satu untai berlawanan dengan orientasi nukleotida untai lainnya. Hal ini disebut sebagai antiparalel. Masing-masing untai terdiri dari rangka utama, sebagai struktur utama, dan basa nitrogen, yang berinteraksi dengan untai DNA satunya pada heliks. Kedua untai pada heliks ganda DNA disatukan oleh ikatan hidrogen antara basa-basa yang terdapat pada kedua untai tersebut. Empat basa yang ditemukan pada DNA adalah adenin (dilambangkan A), sitosin (C, dari cytosine), guanin (G), dan timin (T). Adenin berikatan hidrogen dengan timin, sedangkan guanin berikatan dengan sitosin.

Fungsi biologis DNA 1. Replikasi (Autokatalisis) Replikasi merupakan proses pelipatgandaan DNA. Proses replikasi ini diperlukan ketika sel akan membelah diri. Pada setiap sel, kecuali sel gamet, pembelahan diri harus disertai dengan replikasi DNA supaya semua sel turunan memiliki informasi genetik yang sama. Pada dasarnya, proses replikasi memanfaatkan fakta bahwa DNA terdiri dari dua rantai dan rantai yang satu merupakan "konjugat" dari rantai pasangannya. Dengan kata lain, dengan mengetahui susunan satu rantai, maka susunan rantai pasangan dapat dengan mudah dibentuk.

Ada beberapa teori yang mencoba menjelaskan bagaimana proses replikasi DNA ini terjadi. Salah satu teori yang paling populer menyatakan bahwa pada masing-masing DNA baru yang diperoleh pada akhir proses replikasi; satu rantai tunggal merupakan rantai DNA dari rantai DNA sebelumnya, sedangkan rantai pasangannya merupakan rantai yang baru disintesis. Rantai tunggal yang diperoleh dari DNA sebelumnya tersebut bertindak sebagai "cetakan" untuk membuat rantai pasangannya. Pada replikasi DNA, rantai DNA baru dibentuk berdasarkan urutan nukleotida pada DNA yang digandakan (Replikasi secara SEMIKONSERVATIF)

Gambar Replikasi DNA

Proses replikasi memerlukan protein atau enzim pembantu; salah satu yang terpenting dikenal dengan nama DNA polimerase, yang merupakan enzim pembantu pembentukan rantai DNA baru yang merupakan suatu polimer. Proses replikasi diawali dengan pembukaan untaian ganda DNA pada titik-titik tertentu di sepanjang rantai DNA. Proses pembukaan rantai DNA ini dibantu oleh beberapa jenis protein yang dapat mengenali titik-titik tersebut, dan juga protein yang mampu membuka pilinan rantai DNA. Setelah cukup ruang terbentuk akibat pembukaan untaian ganda ini, DNA polimerase masuk dan mengikat diri pada kedua rantai DNA yang sudah terbuka secara lokal tersebut. Proses pembukaan rantai ganda tersebut berlangsung disertai dengan pergeseran DNA polimerase mengikuti arah membukanya rantai ganda. Monomer DNA ditambahkan di kedua sisi rantai yang membuka setiap kali DNA polimerase bergeser. Hal ini berlanjut sampai seluruh rantai telah benar-benar terpisah.

2. Transkripsi (Heterokatalisis) yaitu kamampuan DNA membentuk RNA. Jika DNA melakukan Transkripsi bentuknya adalah Single Stransded (SS-DNA). DNA tersusun dari banyak sekali Nukleotida. Satu nukleotida terdiri dari: 1. Satu molekul gula (dalam hal ini adalah "deoksiribosa" ) 2. Satu molekul fosfat. 3. Satu molekul basa nitrogen (basa nitrogen terdiri dari dua jenis yaitu) a. PURIN : Adenin dan Guanin. b. PIRIMIDIN : Timin dan Sitosin. Satu molekul gula dan satu molekul basa disebut Nukleosida

a. Struktur RNA 2. RNA (ASAM RIBONUKLEAT) RNA merupakan bahan genetik dan memainkan peran utama dalam ekspresi genetik. Dalam dogma pokok (central dogma) genetika molekular, RNA menjadi perantara antara informasi yang dibawa DNA dan ekspresi fenotipik yang diwujudkan dalam bentuk protein. a. Struktur RNA Struktur dasar RNA mirip dengan DNA. RNA merupakan polimer yang tersusun dari sejumlah nukleotida. Setiap nukleotida memiliki satu gugus fosfat, satu gugus gula ribosa, dan satu gugus basa nitrogen (basa N). Polimer tersusun dari ikatan berselang--seling antara gugus fosfat dari satu nukleotida dengan gugus gula ribosa dari nukleotida yang lain.

Struktur RNA

2. Tipe-tipe RNA Sebagai bahan genetik, RNA berwujud sepasang pita (Inggris double-stranded RNA, dsRNA). Adanya tiga tipe RNA yang terlibat dalam proses sintesis protein: 1. RNA-kurir (messenger-RNA, mRNA), 2. RNA-ribosom ( ribosomal-RNA, rRNA), 3. RNA-transfer ( transfer-RNA, tRNA).

Struktur tRNA

3. Fungsi RNA Pada sekelompok virus (misalnya bakteriofag), RNA merupakan bahan genetik. Ia berfungsi sebagai penyimpan informasi genetik, sebagaimana DNA pada organisme hidup lain. Ketika virus ini menyerang sel hidup, RNA yang dibawanya masuk ke sitoplasma sel korban, yang kemudian ditranslasi oleh sel inang untuk menghasilkan virus-virus baru. Namun demikian, peran penting RNA terletak pada fungsinya sebagai perantara antara DNA dan protein dalam proses ekspresi genetik karena ini berlaku untuk semua organisme hidup. Dalam peran ini, RNA diproduksi sebagai salinan kode urutan basa nitrogen DNA dalam proses transkripsi. Kode urutan basa ini tersusun dalam bentuk 'triplet', tiga urutan basa N, yang dikenal dengan nama kodon. Setiap kodon berelasi dengan satu asam amino (atau kode untuk berhenti), monomer yang menyusun protein.

SIFAT YANG MEMBEDAKAN ADN ARN Gula yang menyusun Deoksiribosa Ribosa Bentuk normal ds den ss ds = double stranded ss = single stranded ss Basa PURIN Basa PIRIMIDIN Guanin, Adenin Timin, Sitosin Guanin, Adenin Urasil, Sitosin Jenis/macam Hanya satu Ada tiga : - ARN duta - ARN transport - ARN ribosorn Tempat Inti Inti Sitoplasma dan Ribosom Kadar Tetap Berubah, tergantung aktifitas sintesis protein

SINTESIS PROTEIN Sintesis protein berlangsung di dalam sel Melibatkan DNA, RNA dan Ribosom. Penggabungan molekul-molekul asam amino dalam jumlah besar akan membentuk molekul polipeptida. Pada dasarnya protein adalah suatu polipeptida. Setiap sel dari organisme mampu untuk mensintesis protein-protein tertentu yang sesuai dengan keperluannya. Sintesis protein dalam sel dapat terjadi karena pada inti sel terdapat suatu zat (substansi) yang berperan penting sebagai "pengatur sintesis protein". Substansi-substansi tersebut adalah DNA dan RNA.

Urutan Sintesis Protein

1. mRNA (RNAd) yang telah dicetak dari DNA sense 2. mRNA menuju ke Ribosom 3. t RNA masuk ke ribosom dengan membawa asam amino yang cocok dengan kode pada mRNA 4. a. tRNA dengan asam amino lain b. terbentuk polipeptida c. polipeptida dilepaskan dari ribosom dan tRNA keluar dari ribosom

Skema sintesis protein

Urutan sintesis protein 1. TRANSKRIPSI - ss-ADN membentuk ss-ARN yaitu ARN-duta yang membawa informasi genetik untuk sintesa protein. 2. FASE INISIASI - ARN-duta sampai di ribosom dan ARN-r mengkode asam amino sesuai dengan informasi genetik yang dibawa ARN-d. ARN-t membawa asam amino yang sesuai ke ribosom. 3. FASE TRANSLASI ~ ARN-d sebagai "cetakan" mulai bekerja menterjemahkan kode triplet (kodon) yang sesuai dengan antikodon pada ARNt. 4. FASE ELONGASI ~ ARN-d menggabungkan asam amino - asam amino yang sesuai menjadi protein. 5. FASE TERMINASI ~ kodon yang berisi "NONSENSE CODE" akan bertindak sebagai terminator (penghentian proses).

Skema terminasi

Kadang-kadang terjadi kesalahan dalam membaca kodon sehingga salah menterjemah asam amino ~ protein yang dihasilkan salah ~ menimbulkan kelainan. Misalnya ANEMIA karena hemoglobin mengandung asam amino VALIN atau LISIN, seharusnya hemoglobin yang normal mengandung ASAM GLUTAMAT. Kode genetika dipelajari oleh NIRENBERG dan KHORANA.

TRIPLET KODON