bioinformatika

1. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 1
MATERI GENETIK
( DNA, RNA & SINTESIS PROTEIN )
PENYUSUN :
WIDDYA ANGGRAINI
04112681418002
BKU BIOLOGI KEDOKTERAN
DOSEN PEMBIMBING : Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed
FAKULTAS KEDOKTERAN PROGRAM STUDI ILMU BIOMEDIK
UNIVERSITAS SRIWIJAYA PALEMBANG
TAHUN AKADEMIK 2014/2015

2. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 2
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya panjatkan kepada Allah SWT, karena berkat hidayah-Nya
saya mampu menyelesaikan penyusunan makalah yang berjudul “ Materi Genetik (
DNA, RNA dan Sintesis Protein ) ”. Makalah ini disusun guna memenuhi mata kuliah
Bioinformatika pada Program Pasca Sarjana ( S2 ) Program Studi Ilmu Biomedik
Fakultas Kedokteran Universitas Sriwijaya, yang diharapkan bisa menambah
wawasan dan dapat bermanfaat dalam dunia pendidikan.
Saya menyadari sepenuhnya bahwa dalam makalah ini masih banyak
kekurangan dan kesalahannya. Harapan penulis, pembaca dapat memberikan
saran dan kontribusi bagi kita semua, terutama bagi penulis sendiri. Dan mudah-
mudahan makalah ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Palembang, November 2014
Penulis,
Widdya Anggraini

3. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 3
DAFTAR ISI
Cover..........................................................................................................................i
Kata Pengantar.........................................................................................................ii
Daftar Isi....................................................................................................................iii
I. Pendahuluan.........................................................................................................1
II. Pembahasan
1. DNA ( Deoxyribonucleic Acid = Asam Deoksiribo Nukleat )……………….2
A. Struktur DNA…………………………………………………………….3
B. DNA sebagai materi genetic…………….……………………………..8
C. Peran DNA………………………………………………………………11
D. Manfaat DNA dalam teknologi…………..………………………….…12
E. Replikasi DNA……………….………………………………………….14
2. RNA ( Ribonucleic Acid = Asam Ribonukleat )………………………………20
A. StrukturRNA…………………………………………...………………..21
B. Tipe – tipeRNA………………………………………………………….21
C. Perbedaan DNA dan RNA……………………………………………..23
3. SintesisProtein…………………………………………………………………..26
Daftar Pustaka...........................................................................................................iv

4. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 4
I. PENDAHULUAN
Proses kehidupan merupakan suatu proses metabolisme yang berlangsung di
dalam sel. Penentuan sifat organisme dilakukan oleh gen melalui pengendalian
proses metabolisme dengan cara mengatur reaksi-reaksi kimia yang menyusun
suatu lintasan metabolisme. Proses metabolisme merupakan rangkaian dari jutaan
reaksi kimia, dan untuk mengendalikannya diperlukan ribuan sampai jutaan gen.
Oleh karena itu berkembanglah ilmu genetika, yaitu ilmu yang mempelajari tentang
gen. Perkembangan genetika merupakan sejarah panjang perkembangan pemikiran
dan penemuan, diawali dengan ditem ukannya konsep gen oleh Mendel (1865).
Teori Mendel merupakan teori pewarisan sifat pertama yang diakui secara ilmiah.
Setelah itu, dimulailah eksplorasi genetika dan terus berkembang teknik molekuler.
Perkembangan biologi molekuler modern belakangan ini, memungkinkan para ahli
taksonomi memanfaatkan data DNA sebagai "penanda molekuler" yang cukup
signifikan.
Perkembangan dunia molekuler pada tumbuhan semakin cepat seiring dengan
cepatnya tingkat kepunahannya, sehingga di negara seperti Amerika, Jepang dan
Inggris sudah mengembangkan database DNA. Begitu juga dengan pengembangan
bank benih dan bank gen. Analisa kromosom meskipun termasuk dasar dari analisa
organism sudah jauh berkembang kearah analisa mikrosatelit dan poliploidi bahkan
genome in situ hybridizati on (GISH). Akhirnya dunia molekuler modern berkembang
ke sektor enzim, protein, dan DNA ( deoxyribose nucleic acid) atau RNA ( ribose
nucleic acid ) tergantung pada tujuan dan sasaran yang ingin dicapainya.

5. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 5
II. PEMBAHASAN
1. DNA ( Deoxyribonucleic Acid = Asam Deoksiribo Nukleat )
Dari berbagai penelitian mengungkapkan bahwa DNA adalah pembawa
sebagian besar atau seluruh sifat-sifat genetik di dalam kromosom. DNA terdapat di
dalam nukleus dan bersama senyawa protein membentuk nukleo protein. Selain di
dalam nukleus, molekul DNA juga terdapat dalam mitokondria, plastid, dan sentriol.
DNA memiliki beberapa fungsi di antaranya membawa informasi genetik,
membentuk RNA, dan mengontrol aktivitas sel baik secara langsung maupun tidak
langsung. DNA juga berperan penting dalam proses sintesis protein.
Gambar 1.Rumus Bangun Deoksiribosa dan Fosfat

6. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 6
A. Struktur DNA
Molekul DNA pertama kali diisolasi oleh F. Miescher pada tahun 1869 dari sel
spermatozoa. Ia tidak dapat mengenali sifat zat kimia tersebut secara pasti,
kemudian menyebutnya sebagai nuklein. Nuklein ini berupa senyawa kompleks yang
mengandung unsur fosfor sangat tinggi. Nuklein selanjutnya dikenal sebagai
gabungan asam nukleat dan protein sehingga sering disebut nukleoprotein.
Dalam kedua jenis asam nukleat ini (DNA dan RNA) terdapat dua basa nitrogen
yaitu purin dan pirimidin. Keduanya ditemukan oleh Fischer pada tahun 1880.
Gambar 2.Rumus bangun purin
Pada penelitian selanjutnya, Kossel menemukan dua jenis pirimidin, yaitu sitosin dan
timin serta dua jenis purin, yaitu adenin dan guanin. Selain basa purin dan pirimidin,
dalam asam nukleat Levine (1910) mengenali gula berkarbon lima, yaitu ribosa dan
deoksiribosa. Ia juga menyatakan adanya asam fosfat dalam asam nukleat.

7. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 7
W.T. Atsbury merupakan orang pertama yang mengemukakan gagasan tentang
struktur tiga dimensi DNA. Ia menyimpulkan bahwa DNA sangat padat,
polinukleotida penyusunnya berupa timbunan nukleosida pipih yang teratur tegak
lurus terhadap sumbu memanjang.
Gambar 3. Rumus bangun pirimidin
James Watson dan Francis Crick (1953) mengemukakan suatu model struktur DNA
yaitu double helix (tangga berpilin). Menurut mereka, DNA memiliki struktur sebagai
berikut :
1. Gula dan fosfat sebagai rantai atau tangga utama.
2. Basa nitrogen sebagai anak tangga dengan pasangan tetap, yaitu:
a. Guanin dengan sitosin (dihubungkan oleh tiga atom H)
b. Timin dan adenin (dihubungkan oleh dua atom H).
Berdasarkan hasil penelitian Watson dan Crick dapat disimpulkan bahwa DNA terdiri
atas gula pentosa (deoksiribosa), fosfat (PO4–), dan basa nitrogen yaitu purin
meliputi guanin (G) dan adenin (A) serta pirimidin yang meliputi timin (T) dan sitosin
(C = Cytosin).
DNA dapat menentukan sifat genetik suatu individu karena setiap makhluk hidup
mempunyai urutan pasangan basa yang spesifik dan berbeda dengan yang lain.

8. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 8
Perbedaan urutan pasangan basa antarindividu dapat dilihat pada saat sequence
(proses pengurutan basa) dalam analisis DNA. DNA dapat berfungsi sebagai
heterokatalitik (mensintesis molekul lain seperti RNA) dan otokatalitik (replikasi diri).
Gambar 4. Struktur DNA
Rangkaian kimia antara deoksiribosa dengan purin dan pirimidin disebut nukleosida
(deoksiribonukleosida). Nukleosida tersebut akan berikatan dengan fosfat
membentuk nukleotida (deoksiribonukleotida). Gabungan dari nukleotidanukleotida
akan membentuk suatu DNA. Jadi, molekul DNA merupakan polimer panjang dari
nukleotida yang dinamakan polinukleotida.
Susunan kimia DNA adalah sebuah makromolekul yang kompleks. Molekul DNA
disusun oleh dua rantai polinukleotida yang amat panjang. Satu rantai polinukleotida
terdiri atas rangkaian nukleotida. Sebuah nukleotida tersusun atas :
a) Gugus gula deoksiribosa (gula dengan lima atom karbon atau pentosa)

9. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 9
b) Gugus asam fosfat (fosfat terikat pada C kelima dari gula)
c) Gugus basa nitrogen (gugus ini terikat pada C pertama dari gula)
Basa nitrogen dapat digolongkan menjadi dua, yaitu basa purin dan basa pirimidin.
Basa purin terdiri atas adenin (A) dan Guanin (G), sedangkan basa pirimidin terdiri
atas sitosin (S) dan timin (T).
Gula dengan basa membentuk ikatan antara C pada gula dengan N pada basa purin
dan N-H pada basa pirimidin. Senyawa yang terbentuk disebut nukleosida atau
deoksiribonukleosida. Nukleosida dapat dibedakan menjadi empat macam, yaitu:
1) Persenyawaan antara gula dengan basa adenin (deoksi adenosin).
2) Persenyawaan antara gula dengan basa guanin (deoksi guanosin).
3) Persenyawaan antara gula dengan basa timin (deoksitimidin).
4) Persenyawaan antara gula dengan basa sitosin (deoksisitidin).
Selanjutnya, fosfat membentuk ester dengan nukleosida melalui pembentukan
ikatan C5 pada gula. Ester fosfat -5- nukleosida ini disebut nukleotida. Ada 4 macam

10. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 10
nukleotida, yaitu adenosin deoksiribonukleotida, guanosin deoksiribonukleotida,
sitidin deoksiribonukleotida, dan timidin deoksiribonukleotida. Nukleotida-nukleotida
tersebut dapat bergabung membentuk suatu rangkaian yang disebut
polinukleotida . Benang polinukleotida yang saling berpilin (heliks ganda)
membentuk DNA.
Berdasarkan hasil analisis refraksi sinar X oleh kristal DNA, James Watson
(Amerika) dan Francis Crick (Inggris) pada 1953 menyimpulkan bahwa struktur
molekul DNA berbentuk heliks ganda.
Molekul DNA mempunyai sifat-sifat, antara lain:
1) DNA berbagai organisme mempunyai kandungan adenin (A) yang sama dengan
Timin (T). Perbedaan antara DNA dari spesies yang berlainan terletak antara
kandungan A + T atau G + C.

11. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 11
2) Setiap molekul DNA disusun oleh dua rantai polinukleotida. Basa-basa dari kedua
rantai tersebut berpasangan dengan aturan adenin berpasangan dengan Timin dan
Guanin berpasangan dengan sitosin. Antara kedua basa yang berpasangan
terbentuk ikatan hidrogen. Adanya ikatan inin memberikan kelenturan pada DNA.
3) DNA merupakan struktur yang aktif melakukan fungsi biologi.
B. DNA SEBAGAI MATERI GENETIK
Pendapat Mendel diakui kebenarannya berkat perkembangan penelitian
mengenai kromosom. Hasil studi menunjukkan bahwa ada kecocokan antara hasil
pengamatan terhadap tingkah laku kromosom dalam meiosis dengan teori yang
dikemukakan oleh Mendel. Kesetaraan antar teori Mendel dengan hasil penelitian
kromosom membawa kepada pemikiran bahwa gen terletak pada kromosom , dan
secara umum disimpulkan bahwa kromosom merupakan pembawa gen. Setelah
diakuinya kromosom sebagai pembawa gen, maka pertanyaan berikutnya adalah
senyawa apa yang merupakan materi penyusun gen. Sebelum manusia
menggunakan kata "materi genetik", konsep dibalik istilah ini telah terbangun
dengan baik. Materi genetik digunakan untuk menyimpan informasi genetik dari
suatu organisme hidup. Era penemuan materi genetik telah dibuka oleh F. Miescher
(1871). Dengan menggunakan mikroskop sederhana, dia telah menetapkan bahwa
bahan aktif yang ada di dalam nukleus disebut sebagai nuklein. Peneliti ini belum
bisa menetapkan apakah nuklein ini kromosom ataukah DNA. Serangkaian studi
genetik yang dikombinasikan dengan studi kimia, yang dilaksanakan oleh banyak
peneliti dari berbagai lembaga dengan waktu yang cukup lama, telah membawa
kesimpulan bahwa material genetik disusun oleh asam nukleat, yaitu asam Deoksi
ribonukleat (DNA) atau asam ribonukleat (RNA). DNA merupakan materi genetik

12. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 12
prokariot, eukariot dan sebagian virus, sedang RNA merupakan materi dasar dari
beberapa virus lainnya.
1. Proses Pengakuan DNA sebagai materi Genetik
Asam nukleat telah cukup lama ditemukan sebelum diketahui struktur serta
fungsinya sebagai bahan dasar gen. Sekurang-kurangnya ada tiga penemuan
yang membuktikan bahwa asam nukleat berperan penting dalam
menentukan sifat organisme atau sebagai bahan dasar gen, yaitu sebagai
berikut:
a. Ditemukannya DNA sebagai senyawa khas kromosom
Hal ini ditemukan melalui studi pewarnaan mikroskopik oleh Robert Fuelgen.
Fuelgen menunjukkan bahwa DNA yang dipanaskan dengan asam fuksin
akan timbul warna merah tua yang mengkilat. Sepuluh tahun kemudian, saat
penemuan Fuelgen diterapkan pada sel hidup, ternyata tidak merusak sel
atau jaringan. Kromosom muncul dengan warna yang jelas, sedangkan
bagian sel yang lain tidak berwarna. Dari hasil ini kemudian disimpulkan
bahwa kromos mengandung DNA, dan DNA merupakan material khas
kromosom yang tidak terdapat pada bagian lain. Saat ini, telah diketahui
ternyata DNA juga terdapat pada sitoplasma, seperti pada mitokondria dan
plastid.
b. Ditemukannya peran DNA dalam transformasi bakteri
Oswald T. Avery dan peneliti lain dari Rockefeller Institut pada 1944 berhasil
membuktikan bahwa bahan genetik yang terlibat dalam proses transformasi
adalah DNA. Proses transformasi sebelumnya dikemukakan oleh F. Griffith
(1928) dalam percobaanya menggunakan bakteri Streptococcus pneumonia

13. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 13
galur R (tidak berkapsul) dan galur S (berkapsul). Griffith menunjukkan
adanya proses transformasi melalui percampuran galur bakteri R yang hidup
dengan galur S yang dimatikan, yaitu bahwa galur R hidup yang berubah sifat
menjadi berkapsul akibat adanya bahan-bahan dari galur S yang telah
dimatikan masuk kedalam selnya. Percobaan tersebut diteruskan Avery
dengan mengisolasi molekul kimia pecahan galur S, kemudian dipisahkan.
Bahan yang berhasil dipisahkan adalah ternyata adalah DNA, RNA, protein,
polisakarida, dan lipid. Molekul-molekul tersebut diuji dengan
mencampurkannya dengan bakteri R, ditambah dengan enzim pengurai
DNase, Rnase, Protease. Ternyata bakteri yang tidak dicampur DNA terjadi
mengalami transformasi, sedang yang diberi DNase tidak. Hal ini berarti
bahwa DNA berperan dalam proses transformasi dan merubah sifat bakteri.
c. Ditemukannya DNA pada virus yang di wariskan pada generasi berikutnya
secara fisik
Hershey dan Chase (1952) menemukan bahwa DNA merupakan bahan
genetik yang diwariskan, bukan mantelnya. Proses penelitian sebagai berikut
: E.coli ditumbuhkan pada media yang diberi radioisotope S 35 sebagai
penanda protein (mantel virus) dan P 32 sebagai penanda DNA bakteriofage
T2 diinfeksikan pada E.coli , sehingga menggunakan unsur-unsur pada sel
inang untuk menyusun kromosom dan mantel, termasuk juga radioisotop
yang telah diabsorbsi bakteri Terdapat 2 macam fage, yaitu yang
mengandung S35 pada mantel dan yang mengandung P32 pada kromosom
fage menginfeksi bakteri yang ditumbuhkan pada media biasa tanpa
radioisotope. Dari bakteri yang diserang fage bertanda S 35 tidak diperoleh
virus ber-radioisotop, sedang yang diserang fage bertanda P 32 diperoleh

14. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 14
virus ber-radioisotop. Hal ini menandakan bahwa DNA-lah yang diwariskan
pada generasi berikutnya.
C. Peranan DNA sebagai materi genetik
DNA sebagai materi genetik berperan dalam menentukan sifat organisme,
yaitu mengendalikan proses pembentukan rantai protein dengan cara menyandikan
protein. Salah satu protein terpenting dalam organisme, yaitu sebagai katalisator
reaksi biokimia. Semua reaksi dalam proses metabolisme selular memerlukan enzim
sebagai katalisatornya. Tiap enzim memiliki fungsi khas, yaitu sebagai katalisator
reaksi biokimia tertentu. Enzim-enzim ini pembentukannya berada dibawah kendali
DNA. Proses ini dilaksanakan melalui penentuan susunan nukleotida molekul RNA,
yang kemudian diterjemahkan dalam susunan asam amino dari rantai polipeptida
protein. Penyandian menggunakan kode genetika tertentu, untuk menandai
informasi genetik yang dibawa oleh DNA. Kode tersebut dibuat untuk menandai
informasi genetik yang dibawa oleh DNA, dituliskan dalam untaian huruf yang
disusun oleh 4 macam basa nukleotida A ( Adenin), G ( Guanin), C ( Sitosin) dan T (
Timin). Setiap 3 huruf yang berurutan menyandi satu macam asam amino tertentu
dan disebut dengan kodon. Pengunaan kode ini berkembang ketika ilmuwan dari
lembaga penelitian National institutes of health yaitu Marshall Nirenberg dan J.
Matthaei pada tahun 1961 menemukan untuk pertama kalinya kodon ini. Karena
kodon disusun dengan variasi 4 huruf dengan susunan 3 huruf berurutan maka
dengan perhitungan matematika didapatkan 4x4x4 =64 macam kemungkinan
kombinasi huruf-huruf dari basa nukleotida yang menyusun kodon tersebut dan
inilah yang disebut dengan standar kode genetika yang menyandi asam amino
penyusun protein tertentu secara spesifik. Terdapat 20 macam asam amino standar
yang digunakan untuk menyusun protein di dalam tubuh kita. Tiap - tiap asam amino

15. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 15
memiliki karakter spesifik baik struktur, berat molekul, titik isoelektrik maupun
muatannya. Karena jumlah variasi kodon ada 64 sedang asam amino yang disandi
hanya 20 kalau ditambah dengan stop kodon menjadi 23 maka satu jenis asam
amino bisa disandi oleh lebih dari satu urutan kodon, variasi ini umumnya terdapat
pada nukleotida ketiga dari setiap kodonnya, kondisi ini justru malah
menguntungkan, karena bila terjadi mutasi pada nukleotida ketiga bisa jadi tidak
merubah jenis asam amino yang disandi dan hasil akhirnya protein tidak berubah
dan tidak terjadi kelainan, kondisi seperti ini yang dikenal dengan istilah mutasi
tersamarkan ( silent mutation ). Telah ditemukan suatu cara mudah untuk
menterjemahkan kode genetik kedalam suatu jenis asam amino tertentu, yaitu
menggunakan piramida kode genetika. Asam amino disandikan dengan tiga macam
sandi, dimana ketiga sandi tersebut dapat dilihat pada piramida. Cara
menterjemahkan: Lihat kode pertama asam amino, kemudian temukan pada baris
pertama piramida (akan terpilih salah satu dari 4 piramida). Kemudian lihat kode
kedua pada baris kedua dari piramida yang terpilih. Setelah itu, lihat kode ketiga
pada baris ketiga piramida.
D. Manfaat DNA dan Gen dalam teknologi
Di temukannya DNA sebagai materi genetik telah memberi kontribusi pada
berbagai bidang keilmuan yang bermanfaat untuk masyarakat yaitu di bidang:
(1) Rekayasa genetik
Biologi modern dan biokimia menggunakan teknologi rekombinan DNA secar
intensif. Rekombinan DNA adalah sekuens DNA buatan manusia yang
dibangun dari sekuens DNA Rekombinan. DNA tersebut dapat ditransform

16. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 16
kedalam organisme dalam bentuk plasmids menggunakan viral vektor.
Organisme yang telah tertransformasi tersebut dapat digunakan untuk
memperoleh produk tertentu, misalnya protein rekombinan, yang dapat
digunakan untuk penelitian kedokteran.
(2) Forensik
DNA digunakan untuk identifikasi pada sample darah, semen, kulit, air liur
dan rambut sebagai sidik jari DNA atau lebih tepatnya profiling DNA. Pada
profiling DNA untuk membedakan identitas antar individu digunakan metode
minisatelite yang mendasarkan pada panjang dan jenis bagian DNA berulang.
Teknik ini biasanya sangat diandalkan untuk mengidentifikasi pelaku
kejahatan. Profiling DNA pertama kali dikembangkan tahun 1984 oleh ahli
genetik Inggris Sir Alec Jeffreys dan pertama kali digunakan dalam ilmu
forensic pada kasus pembunuhan Enderby pada tahun 1988. Profiling DNA
juga dapat digunakan untuk mengidentifikasi korban pada kasus kecelakaan
massal.
(3) Bioinformatika
Bioinformatika mencakup manipulasi, pencarian dan penggalian data sekuens
DNA. Perkembangan teknik penyimpanan dan pencarian sekuens DNA telah
memicu kemajuan penerapan ilmu komputer terutama string searching
algorithms, machine learning dan database theory.
(4) DNA dan komputasi
DNA pertama kali digunakan dalam penghitungan masalah Hamiltonian
path, sebuah masalah NP-complete. Komputasi DNA bermanfaat pada
komputer elektronik dalam penggunaan daya, ruang dan efisiensi karena

17. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 17
kemampuannya menghitung pada sebuah cara yang sangat paralel.
Sejumlah masalah lain termasuk simulasi mesin abstrak, masalah boolean
satisfiability telah dapat dianalisis menggunakan komputasi DNA. Karena
kekompakannya, DNA juga memiliki peranan teoritis dalam cryptography.
E. REPLIKASI DNA
Proses perkembangbiakan atau pertumbuhan organisme akan dimulai
dengan reproduksi sel. Reproduksi sel akan diawali oleh sintetis perbanyakan
komponen sel yang salah satu diantara nya adalah kromosom sebagai bahan
genetik. Sintesis atau perbanyakan bahan genetic seperti DNA kromosom dilakukan
melalui reaksi yang dinamakan replikasi. Replikasi hanya terjadi pada asam nukleat,
DNA atau RNA sebagai penyusun genom .
1. Syarat dan Model Replikasi DNA
a. Situs awal sebagai syarat
Syarat pertama yang harus ada agar DNA dapat bereplikasi adalah adanya
situs awal yang dikenal dengan istilah ori (origin of replication). DNA yang
tidak mengandung titik ori tidak akan dapat bereplikasi. Bila DNA tersebut
berada di dalam sel maka DNA tersebut akan hilang pada saat reproduksi sel.
Dalam replikasi, situs awal ini akan dikenali oleh enzim polimerase DNA yaitu
oleh protein DnaA yang dihasilkan oleh gen dnaA.
b. Utas ganda sebagai syarat
Syarat kedua yang harus ada agar DNA dapat bereplikasi adalah asam
nukleat yang digunakan harus berada dalam bentuk utas ganda. Adanya dua

18. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 18
utas polinukleotida serta perpasangan paralel antar basa - basanya akan
mendukung proses swaproduksi dalam replikasi yaitu setiap utas akan
menjadi model dari utas pasangannya .
c. Mengikuti pola konservatif
Pola replikasi DNA dilaksanakan dengan pola semi konservatif . Pada pola ini
dalam pembentukan DNA baru tidak dilakukan sintesis kedua utas
polinukleotida. Hanya satu yang disintesis sedangkan yang lainnya berasal
dari molekul DNA terdahulu. Dengan pola ini akan terpenuhi dua hal yaitu
fungsi pewarisan yaitu satu utasan DNA tetua secara fisik akan terbawa ke
dalam DNA baru dan fungsi pemeliharaan sifat yaitu struktur DNA baru akan
sam a dengan struktur DNA generasi sebelumnya.
d. Mempunyai arah pertumbuhan 5--3
Dalam sintesis DNA, dua nukleotida digabungkan dengan merangkaikan
karbon gula kelima (C5) yang mengandung fosfat dari satu nukleotida kepada
karbon ketiga (C3) yang mengandung OH dari nukleotida lain, membentuk
ikatan 5 -3 fosfodiester. Secara kimia yang dapat diterima dalam
polimerisasi DNA adalah pertumbuhan 5-3 karena seandainya harus terjadi
koreksi akibat adanya kesalahan dalam menyusun basa maka pertumbuhan
ini akan lebih efisien dalam penggunaan energi dibandingkan dengan
pertumbuhan 3-5.
e. Berjalan secara bertahap
Dalam proses replikasi terdapat dua proses yaitu pengudaran heliks ganda
menjadi utasan tunggal dan membentuk percabangan replikasi dan sintesis
rantai baru dengan menggunakan utasan tunggal tersebut sebagi model yang

19. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 19
sekaligus menjadikan utasan tunggal tersebut menjadi heliks ganda yang
utuh. Kedua proses itu dilakukan dengan bantuan seperangkat enzim yang
berbeda.
2. Tahapan Replikasi DNA
Tahapan replikasi DNA berlangsung dalam tiga tahap proses penting yaitu
pengenalan situs awal replikasi, pengudaran pilinan heliks ganda dan sintesis rantai
polinukleotida baru. Secara umum tahapan ini terdapat :
a. Pengenalan situs awal replikasi
Pengenalan ori dilakukan oleh DnaA dengan cara mengenali runtutan basa
ori. Suatu DnaA diproduksi untuk mengenali titik ori dari DNA pada sel yang
sama.
b. Pengudaran pilinan heliks ganda
Pada proses pengudaran ini terdapat tiga protein dan enzim yang berperan
yaitu enzim helikase, girase dan single strand binding protein (SSB). Helikase
adalah kelompok protein yang berfungsi mengudar pilinan heliks ganda
dengan cara menghilangkan ikatan hydrogen dan memisahkan utasan-
utasannya menjadi utas tunggal. Sebagai contoh kerja helikase, protein
menempel pada wilayah utas tunggak kemudian bergerak dengan arah 3--5
menuju bagian utas ganda dan membebaskan utasan-utasan dan pilinan
heliks. Selanjutnya utasan tunggal yang telah terbebaskan akan ditempeli
SSB. Girase merupakan topoisomerase tipe II yang berfungsi menghilangkan
tegangan pada superheliks positif dengan cara membuka pilinan ke arah
negative struktur superheliks positif. SSB berfungsi untuk melindungi utas
tungal DNA dari kemungkinan berpasangan kembali dengan utas

20. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 20
pasangannya membentuk heliks ganda. Selain itu juga melindungi DNA utas
tunggal dari serangan berbagai nuklease dan dapat menghalangi terjadinya
transkripsi.
c. Sintesis utasan baru DNA
Dalam proses ini terjadi penggabungan mononukleotida menjadi rantai
polinukleotida dengan urutan basa tertentu. Enzim yang berperan dalam
proses ini adalah polymerase RNA, polymerase DNA dan ligase. Tahapan
proses sintesis ini :
1. inisiasi oleh Polimerase RNA.
Dalam mengawali sintesis DNA di bentuk RNA primer yang terdiri dari
beberapa basa yang akan menjadi tempat polymerase. DNA
mengaitkan nukleotida DNA pertama. Dua enzim yang mensintesis
RNA primer yaitu polymerase RNA dan primase. Polimerase bekerja
mensintesis RNA primer pada situs ori C sedangkan primase
mengkatalisis RNA primer yang terdapat di depan setiap fragmen
Okazaki.
2. Perpanjangan rantai oleh Polimerase DNA
Enzim polymerase DNA membentuk ikatan fosfodiester yang
merangkaikan C ke-5 dari suatu nukleotida terhadap C ke-3 dari
nukleotida yang baru. Setiap nukleotida baru ditambahkan pada ujung
ke-3 rantai nukleotida yang sudah ada atau pertum buhan 5-3.
Polimerase DNA dalam proses kerjanya memerlukan adanya satu
DNA utas tunggal yang akan menjadi model untuk menentukan urutan
basa dari rantai nukleotida yang akan disintesisnya.

21. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 21
3. Penyatuan fragmen DNA oleh Ligase.
Enzim ligase berfungsi menyambungkan dua fragmen rantai
polinukleotida menjadi rantai yang lebih panjang. Dalam replikasi,
ligase berperan menyambungkan dua fragmen Okazaki setelah RNA
primer di buang oleh polymerase RNA I.
3. Hipotesis terjadinya Replikasi DNA
Ada tiga hipotesis yang menjelaskan terjadinya replikasi DNA. Hipotesis
pertama menyatakan bahwa bentuk double helix DNA yang lama tetap dan langsung
menghasilkan double helix yang baru disebut konservatif.
Hipotesis kedua menyatakan double helix akan terputus-putus, selanjutnya segmen-
segmen tersebut akan membentuk segmen-segmen baru yang bergabung dengan
segmen lama membentuk DNA baru. Hipotesis ini disebut dispersif. Hipotesis ketiga
menyatakan dua pita spiral dari double helix memisahkan diri dan setiap pita tunggal
mencetak pita pasangannya disebut semikonservatif.
Teori replikasi DNA oleh Watson dan Crick menyatakan bahwa proses replikasi
terjadi secara semikonservatif. Hipotesis ini mendapat dukungan kuat dari M.S.
Meselson dan F.W. Stahl. Mereka menggunakan bakteri Escherichia coli sebagai
organisme percobaan.

22. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 22
Replikasi DNA menurut Meselson dan Stahl
E. coli dapat hidup pada garam anorganik jika dalam garam tersebut terdapat
sumber atom nitrogen untuk pembuatan protein dan asam nukleat. Meselson dan
Stahl memakai ion amonium (NH4+) dalam penelitiannya.
Meskipun isotop nitrogen yang paling lazim 14N, tetapi mereka menggunakan ion
amonium yang mengandung isotop nitrogen yang lebih berat, yaitu 15N.
Pertama-tama Meselson dan Stahl memelihara E. coli selama beberapa generasi
dalam media yang mengandung 15NH4+. Pada akhir periode ini, mereka
menemukan DNA sel lebih berat dari normal. Selanjutnya, mereka memindahkan
sel-sel itu ke media yang mengandung ion amonium normal (14NH4+) dan
membiarkan sel tersebut hanya sekali membelah diri. DNA pada generasi baru ini
memiliki berat di antara berat DNA normal dari DNA generasi sebelumnya. Hal ini
menggambarkan bahwa pengaruh dari atom nitrogen dalam DNA baru yaitu 14N
dan separuh 15N.
Namun, apabila bakteri itu dibiarkan membelah diri lagi dalam ion amonium normal
(14NH4+) maka terbentuklah dua jenis DNA dengan berat yang berbeda. Separuh
dari DNA mempunyai berat normal dan separuh DNA lainnya mempunyai berat di
tengah-tengah. Hal tersebut membuktikan bahwa molekul DNA tidak mengalami

23. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 23
pemecahan dan penyusunan kembali di antara pembelahan sel-sel, tetapi tiap pita
induk tidak mengalami perubahan saat ia membentuk pita komplementer.
Berdasarkan uraian di atas maka hipotesis yang paling tepat yaitu hipotesis
semikonservatif.
Selain memerlukan deoksiribonukleotida, dalam proses replikasi DNA juga
memerlukan beberapa enzim berikut.
1) Helikase, enzim ini berfungsi menghidrolisis rantai ganda polinukleotida
menjadi dua rantai tunggal polinukleotida.
2) Polimerase, berfungsi merangkai rantai-rantai mononukleotida membentuk
DNA baru.
3) Ligase, berfungsi menyambung nukleotida ulir tunggal DNA yang baru
terbentuk.
Fungsi DNA sebagai heterokatalitik yaitu mensintesis molekul lain seperti RNA. RNA
merupakan hasil transkripsi DNA. Sel prokariotik dan eukariotik mengandung asam
inti yang disebut asam ribonukleat (RNA).
2. RNA ( Ribonucleic Acid = Asam Ribonukleat )
Pada sel-sel organisme prokariot dan eukariot, selain DNA terdapat pula
asam nukleat lain yang penting, yaitu RNA atau asam ribonukleat. RNA merupakan
seutas benang tunggal yang tersusun molekul gula ribosa, gugus fosfat, dan asam
nitrogen. Basa nitrogen RNA terdiri atas golongan purin (adenin dan guanin) dan
golongan pirimidin (sitosin dan urasil).
RNA dibentuk oleh DNA di dalam nukleus, melalui proses transkripsi DNA. Hasil
transkripsi digunakan RNA untuk sintesis protein dalam sitoplasma sel.

24. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 24
a. Struktur RNA
Berbeda dengan DNA yang memiliki rantai ganda, RNA hanya memiliki rantai
tunggal. Setiap pita RNA merupakan polinukleotida dari RNA. RNA banyak terdapat
dalam sitoplasma terutama ribosom walaupun ada pula beberapa di antaranya
dalam nukleus. Dalam sitoplasma, kadar RNA berubah-ubah. Hal ini dipengaruhi
oleh aktivitas sintetis protein. Ketika suatu protein akan disintetis, kandungan RNA
dalam sel meningkat begitu pula sebaliknya. RNA memiliki komponen gula berupa
D-ribosa (pentosa). RNA juga memiliki basa nitrogen yang serupa dengan DNA,
hanya saja basa timin pada pirimidin diganti dengan urasil.
b. Tipe – tipe RNA
Berdasarkan letak dan fungsinya, RNA dibedakan menjadi tiga macam, yaitu:

25. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 25
a) RNA duta (RNA-d) atau m RNA
RNA duta adalah RNA yang menjadi model cetakan dalam proses
penyusunan asam amino pada rantai polipeptida atau sintesis protein.
Disebut RNA duta, karena molekul ini merupakan penghubung DNA dengan
protein dan membawa pesan berupa informasi genetik dari DNA untuk
membentuk protein. Informasi genetik berupa urutan basa N pada RNA duta
yang memesan suatu asam amino yang disebut kodon. Penyusunan rantai
polipeptida tergantung dari urutan kodon pada RNA duta.
Urutan kodon pada RNA-d yang dicetak DNA tergantung pada macam protein
yang akan disintesis.
b) RNA transfer (RNA-t)
RNA-t mempunyai fungsi menerjemahkan kodon yang terdapat pada RNA-d
menjadi satu jenis asam amino. Kemampuan menerjemahkan ini, disebabkan
oleh adanya anti kodon yang merupakan komplemen dari kodon RNA-d.
RNA-t juga berfungsi mengangkut asam amino ke permukaan ribosom pada
saat translasi. Translasi adalah penerjemahan urutan nukleotida RNA-d
menjadi urutan asam amino polipeptida.
c) RNA ribosom (RNA-r)
RNA-r merupakan RNA terbanyak, sekitar 83% dari RNA yang dikandung
oleh suatu sel. RNA-r berperan dalam sintesis rantai protein sebagai tempat
pertemuan RNA-d dan RNA-t.

26. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 26
C. Perbedaan DNA dan RNA
Meskipun banyak memiliki persamaan dengan DNA, RNA memiliki perbedaan
dengan DNA, antara lain yaitu (Poedjiati, 1994):
1. Bagian pentosa RNA adalah ribosa, sedangkan bagian pentosa DNA
adalah dioksiribosa.
2. Bentuk molekul DNA adalah heliks ganda, bentuk molekul RNA berupa
rantai tunggal yang terlipat, sehingga menyerupai rantai ganda.
3. RNA mengandung basa adenin, guanin dan sitosin seperti DNA tetapi tidak
mengandung timin, sebagai gantinya RNA mengandung urasil.
4. Jumlah guanin dalam molekul RNA tidak perlu sama dengan sitosin,
demikian pula jumlah adenin, tidak perlu sama dengan urasil.

27. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 27
Selain itu perbedaan RNA dengan DNA yang lain adalah dalam hal(Suryo, 1992):
1. Ukuran dan bentuk
Pada umumnya molekul RNA lebih pendek dari molekul DNA. DNA berbentuk
double helix, sedangkan RNA berbentuk pita tunggal. Meskipun demikian
pada beberapa virus tanaman, RNA merupakan pita double namun tidak
terpilih sebagai spiral.
2. Susunan kimia
Molekul RNA juga merupakan polimer nukleotida, perbedaannya dengan
DNA yaitu:
a. Gula yang menyusunnya bukan dioksiribosa, melainkan ribosa.
b. Basa pirimidin yang menyusunnya bukan timin seperti DNA, tetapi urasil.
3. Lokasi DNA pada umumnya terdapat di kromosom, sedangkan RNA
tergantung dari macamnya, yaitu:
a. RNA d (RNA duta), terdapat dalam nukleus, RNA di dicetak oleh salah satu
pita DNA yang berlangsung didalam nukleus.
b. RNA p (RNA pemindah) atau RNA t (RNA transfer), terdapat di sitoplasma.
c. RNA r (RNA ribosom), terdapat didalam ribosom.
4. Fungsinya, DNA berfungsi memberikan informasi atau keterangan genetik,
sedangkan fungsi RNA tergantung dari macamnya, yaitu:
a. RNA d, menerima informasi genetik dari DNA, prosesnya dinamakan
transkripsi, berlangsung didalam inti sel.
b. RNA t, mengikat asam amino yang ada di sitoplasma.

28. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 28
c. RNA t, mensintesa protein dengan menggunakan bahan asam
amino, proses ini berlangsung di ribosom dan hasil akhir berupa
polipeptida.
Ada beberapa cara untuk menentukan DNA dan RNA, yaitu(Frutan and Sofia,
1968):
1. Jaringan hewan dan alkali hangat RNA akan terpecah menjadi komponen-
komponen nukleotida yang larut dalam asam. DNA sulit dipecah atau dirusak
oleh alkali.
2. Metode Schnider
Jaringan dan asam trikloro asetat panas dan diperkirakan DNA dapat diuji
oleh reaksi kalorimetri dengan difenilanin, yang mana akan bereaksi dengan
purin dioksiribosa dan tidak bereaksi dengan purin ribosa.
3. Metode Feligen Fuchsin sulfurous acid akan berwarna merah dengan DNA,
dan tidak dengan RNA. Reaksi ini diterapkan untuk mempelajari distribusi
RNA dan DNA didalam bagian-bagian sel.
4. Secara Spektroskopi Pengaukuran absorbsi cahaya oleh RNA dan DNA
pada 260nm dimana spektra cincin purin dan pirimidin asam nukleat
menunjukkan maksimal.

29. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 29
Tabel Perbedaan DNA dan RNA
3. Sintesis Protein
Pada uraian mengeni DNA telah disebutkan bahwa DNA berfungsi sebagai
heterokatalis (mensintesis molekul lain). Uraian berikut merupakan salah satu
contoh fungsi DNA tersebut. DNA yang terletak di dalam nukleus merupakan suatu
cetakan kode genetik yang menghasilkan informasi genetik. Kode genetik disusun
oleh urutan basa nitrogen (A, T, G, dan C). Dalam sintesis protein, kode-kode
genetik dalam DNA disalin menjadi mRNA. Proses ini disebut transkripsi.
Proses ini diawali dengan melekatnya RNA polimerase pada molekul DNA
sehingga sebagian rantai double helix DNA membuka. Akibatnya, salah satu rantai
DNA yang membuka tersebut mencetak RNA. Rantai DNA yang mengandung kode-
kode genetik (kodon) dan dapat mencetak mRNA disebut rantai sense. Rantai DNA
yang tidak mencetak mRNA disebut rantai antisense. Misalnya urutan basa N pada

30. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 30
rantai DNA terdiri atas TAC, GCT, CGA, dan CTA maka urutan basa N pada rantai
mRNA yaitu AUG, CGA, GCU, dan GAU. Perhatikan susunan DNA dan RNA
berikut.
Susunan DNA dan RNA
Setelah disalin, mRNA keluar dari nukleus menuju sitoplasma. mRNA tidak
dapat mengenali suatu asam amino secara langsung. Oleh karena itu, diperlukan
tRNA untuk dapat membaca kode-kode yang dibawa mRNA. Di dalam sitoplasma
banyak terdapat tRNA, asam amino dan enzim amino asil sintetase. Asam amino
tersebut diaktifkan menggunakan ATP (Adenosin Trifosfat) dan enzim amino asil
sintetase sehingga dihasilkan Amino asil Adenosin monofasfat (AA-AMP) dan fosfat
organik.
Selanjutnya Aminoasil Adenosin monofosfat diikat oleh t-RNA dan dibawa ke
ribosom. Setiap tRNA memiliki tiga basa N dan asam amino, tiga basa N tRNA akan
berpasangan dengan tiga basa N mRNA yang sesuai. mRNA merupakan susunan
kodon yang panjang. Setiap tRNA akan menerjemahkan tiga basa.
Setelah tRNA pertama melepaskan diri, datang tRNA selanjutnya, begitu terus-
menerus sampai kodon pada mRNA habis. Asam amino yang terbentuk selama

31. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 31
penerjemahan oleh tRNA akan membentuk suatu ikatan. Bagian basa N pada tRNA
yang menerjemahkan kode yang dibawa mRNA disebut antikodon.
Sementara itu, tiga bagian basa N pada mRNA tersebut di atas yang memiliki kode
untuk menspesifikasikan asam amino disebut kodon. Proses penerjemahan kode
yang dibawa mRNA oleh tRNA disebut translasi. Asam amino-asam amino akan
berjajar membentuk urutan sesuai dengan kode yang dibawa mRNA sehingga
terbentuklah protein. Protein tersebut merupakan enzim yang berfungsi mengatur
metabolisme sel.
Skema Sintesis Protein

32. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 32
Gambar Sintesis Protein

33. BIOINFORMATIKA 2014
Dr. dr. Mgs. Irsan Saleh, M.Biomed Page 33
DAFTAR PUSTAKA
1. Anonim. 2014. DNA Structure. http://www.google.co.id.DnaStructure.ac.uk/doc. [
7 November 2014 ]
2. Anonim. 2014. Materi Genetik. http://www.google.co.id.MateriGenetik.ac.uk/doc. [
7 November 2014 )
3. Elizabeth, P. 2007. " DNA Study Forces Rethink of What It Means to Be a
Gene". Science 316 (5831): 1556-1557.
4. Hart, D.L. 1994. Genetics. Third Edition. Jones and Bartlett Publisher. Boston.
584 p. Jusuf, M. 2000. Genetika I: Struktur dan Ekspresi Gen. Sagung
Seto. 300 p.