Laporan Diskusi Kelompok - Biologi Molekuler Pemicu 2

BAB I

PENDAHULUAN

1.1    Pemicu

Seorang polisi sedang menyelidiki kasus penemuan mayat seorang laki-laki yang di gudang sebuah kantor. Mayat tersebut sudah tidak dapat dikenali. Mayat tersebut memiliki bekas pukulan di kepala. Petugas forensik menemukan bercak darah yang mengering  pada lokasi. Petugas forensik juga menemukan terdapat sisa-sisa jaringan di bawah kuku korban namun belum diketahui darimana asalnya jaringan tersebut. Penyidik mewawancarai 3 orang karyawan yang sering keluar masuk gudang tersebut dan salah satunya menjadi tersangka utama namun penyidik ingin mendapatkan bukti yang kuat melalui pemerikaan DNA. Kemudian ada pasangan suami istri yang mengaku kehilangan seorang anak berusia 30-an sangat yakin bahwa mayat yang tidak dikenali tersebut adalah putranya yang sudah 1 tahun menghilang.

1.2    Klarifikasi dan Definisi

1.    Forensik

Suatu cabang ilmu forensik yang berfokus pada penggunaan materi genetik dalam investigasi kriminal guna menjawab pertanyaan-pertanyaan menyangkut legalitas, termasuk kasus pidana dan perdata

2.    DNA

Polinukleotida yang memunyai dasar unit deoksiribonukleotida spesifik dan bertidak sebagai pembawa informasi genetik.

1.3    Kata Kunci

1.      Forensik

2.      Pemeriksaan DNA

3.      Sisa jaringan di bawah kuku

4.      Bercak darah kering

5.      Bekas pukulan di kepala

6.      Mayat tidak dapat dikenali

1.4   
Rumusan Masalah

Mengapa pemeriksaan DNA dapat menjadi faktor pendukung bari petugas forensik dalam mengidentifikasi seorang mayat?

1.5    Analisis Masalah

1.6    Hipotesis

DNA seorang mengandung DNA orang tua yang memiliki beberapa informasi genetik yang sama sehingga dapat diperoleh suatu kecocokkan dalam identifikasi, sedangkan sisa jaringan di bawah kuku korban dapat digunakan untuk mengidentifikasi tersangka.

1.7    Pertanyaan diskusi:

1.      Bagaimana karakteristik sel haploid dan diploid?

2.      Bagaimana pewarisan materi genetic yang bersifat maternal?

3.      Bagaimana karakteristik sel gamet sebagai sel haplod dalam proses crossing over?

4.      Apa konsekuensi crossing over dalam pewarisan sifat genetik?

5.      Bagaimana mekanisme replikasi DNA?

6.      Bagaimana mekanisme dari:

a.       Transkripsi

b.      Modifikasi mRNA pasca transkripsi

c.       Translasi

d.      Modifikasi pasca translasi

e.       Regulasi ekspresi gen

7.      Enzim apa saja yang berperan pada proses transkripsi?

8.      Apa saja komponen yang dibutuhkan dalam proses translasi?

9.      Bagaimana karakteristik DNA?

10.  Apa saja teknik identifikasi DNA?

11.  Apa saja sampel yang dapat digunakan untuk identifikasi DNA?

12.  Bagaimana proses pemeriksaan DNA?

                                                                                      

BAB II

PEMBAHASAN

2.1    Karakteristik Sel Haploid dan Sel Diploid

1.    Sel Haploid

·         Terdapat pada gamet

·         Masing-masing memiliki jumlah haploid kromosom (n)

·         Memiliki jumlah yang khas. Contohnya jumlah haploid pada manusia(23). Yang mana, set 23-kromosom ini terdiri atas 22 autosom plus satu kromosom seks tunggal.

·         Mengandung satu set kromosom(1)

2.    Sel Diploid

·         Terdapat pada sel somatik

·         Memiliki jumlah diploid kromosom, disingkat 2n

·         Sel yang memiliki 2 set kromosom

·         Memiliki jumlah yang khas. Contohnya pada manusia yang mana pada sel-sel somatiknya terdapat 46 kromosom⁽¹⁾

2.2    Pewarisan Materi Genetik Maternal

Pewarisan sifat DNA mitokondria dilakukan secara maternal (melalui garis keturunan ibu). Hal ini terjadi karena tidak adanya rekombinasi DNA mitokondria dari ayah dan DNA mitokondria dari ibu saat pembuahan. Pada sperma, mitokondria terletak pada ekor sperma karena ekor tersebut membutuhkan energy tinggi dari mitokondria. Dan pada saat pembuahan, ekor sperma akan terlepas sehingga mitokondria tidak ikut masuk. Walaupun beberapa mitokondria dari sel sperma yang mungkin masuk dalam sel telur akan mengalami pengenceran selama proses mitosis sehingga jumlahnya menjadi tidak berarti atau dianggap sebagai benda asing sehingga dihancurkan oleh sistem sel.⁽²⁾

2.3    Crossing Over

Peristiwa pindah silang umum terjadi pada setiap gametogenesis pada kebanyakan makhluk, seperti tumbuh-tumbuhan, hewan, dan manusia. Pindah silang terjadi ketika meiosis I (akhir profase I atau awal metaphase I), yaitu pada saat kromosom telah mengganda menjadi dua kromatid.⁽³⁾

Pada waktu kromosom-kromosom hendak memisah ( yaitu pada anaphase I), kromatid-kromatid yang bersilang itu melekat dan putus di bagian kiasma, kemudiantiap potongan itu melekat pada kromatid sebelahnya secara timbale balik. Berhubungdengan itu gen-gen yang terletak di bagian yang pindah itu akan berpindah pula tempatnya ke kromatid sebelah. Pindah silang adalah proses yang menyebabkan bagian kromosom homolog saling bertukar, menghasilkan rekombinasi baru gen-gen pada kromosom yang sama.⁽³⁾

2.4    Konsekuensi Crossing Over

Pola hereditas atau pindah silang (crossing over) merupakan peristiwa pertukaran gen karena kromosom homolog saling melilit saat meiosis. Misalkan suatu genotif AaBb mengalami pindah silang saat pembelahan meiosis akan diperoleh gamet sebanyak empat macam, yaitu AB, ab, Ab, dan aB. Hasil Pindah silang akan terbentuk:

·         Kombinasi Parental (KP) Dua yang pertama (homogamet) disebut kombinasi parental (KP) yang merupakan hasil peristiwa pautan.

·         Kombinasi Rekombinan (RK) dua yang terakhir (heterogamet) disebut kombinasi baru (KB) atau rekombinan (RK) yang merupakan hasil peristiwa pindah silang.

Gen yang berpautan tidak selamanya terpaut. Pindah silang menyebabkan pergantian alel diantara kromosom homolog, menghasilkan kombinasi yang tidak ditemukan pada induknya. Pindah silang meningkatkan keragaman genetik selain yang dihasilkan oleh pengelompokkan gen secara bebas. Ciri Pindah silang. Misalnya pada AaBb gamet 4 macam, jika di test cross hasilnya adalah 1 : 1 : 1 : 1.⁽⁴⁾

2.5    Replikasi DNA

a.    Pemisahan kedua untai DNA komplementer

Pada organisme prokariot, replikasi DNA dimulai di satu rangkaian nukleotida tunggal yang unik, yang disebut asal replikasi (replication origin). Sedangkan pada eukariot, replikasi dimulai di banyak tempat di sepanjang heliks DNA.

b.    Pembentukan garpu replikasi

Ketika kedua untai membuka lilitannya dan memisahkan diri, untai-untai tersebut membentuk huruf “V” tempat terjadinya sintesis aktif. Regio ini disebut garpu replikasi.

1)      Protein yang dibutuhkan untuk pemisahan untai DNA

a)      Protein dnaA, akan mengenali asal replikasi (replication origin)

b)      SSB (single-srand binding protein), berfungsi untuk menjaga kedua untai DNA agar tetap terpisah.

c)      DNA helikase, berfungsi untuk membuka lilitan heliks-ganda.

2)      Pemecahan masalah supercoil

a)      DNA topoisomerase tipe I, secara reversible memotong untai-tunggal heliks ganda. Enzim ini memiliki aktivitas nuclease (pemotong-untai) dan ligase (penutup kembali-untai).

b)      DNA topoisomerase tipe II, berikatan kuat dengan DNA heliks ganda dan membuat torehan sementara di kedua untai.

c.    Arah replikasi DNA

DNA polymerase yang berperan menyalin cetakan DNA, hanya mampu untuk membaca rangkaian nukleotida induk dalam arah 3’ à 5’ dan enzim ini menyintesis untai DNA baru dalam arah 5’ à 3’ (anti parallel)

1)      Leading strand

Untai yang disalin searah dengan gerakan maju garpu replikasi dan hampir disintesis secara kontinu.

2)      Lagging strand

Untai yang disalin menjauhi garpu replikasi tidak disintesis secara kontinu, dengan fragmen-fragmen kecil DNA yang disalin di dekat garpu replikasi. Bagian pendek DNA yang diskontinu ini disebut fragmen Okazaki, yang akhirnya bergabung menyadi untai-tunggal yang kontinu.

d.   DNA primer

DNA polymerase tidak dapat memulai sintesis untai komplementer DNA pada cetakan yang seluruhnya untai-tunggal. Sebaliknya, enzim ini membutuhkan suatu RNA primer, yaitu region untai pendek yang terdiri atas basa RNA yang dipasangkan dengan cetakan DNA, dengan gugus hidroksil bebas di ujung-3’ untai RNA. DNA polymerase ini disintesis oleh primase.

e.    Pemanjangan rantai

DNA polymerase prokariot dan eukariot memanjangkan untai DNA baru dengan menambahkan deoksiribonukleotida, ke ujung-3’ rantai yang sedang terbentuk.

1)      DNA polymerase III, mengkatalis pemanjangan rantai DNA. Untai baru terbentuk dengan arah 5’ à 3’, antiparallel terhadap untai induk.

2)      Proofreading DNA yang baru disintesis

Selain memiliki aktivitas 5’à3’ polimerasenya, DNA polymerase III juga mempunyai aktivitas “proofreading” (3’à5’ eksonuklease). Ketika setiap nukleotida ditambahkan ke rantai, DNA polymerase III memeriksa untuk memastikan bahwa nukleotida yang ditambahkan telah benar dipasangkan dengan basa komplementer pada cetakan. Jika tidak, aktivitas 3’à5’ eksonuklease akan memperbaiki kesalahan tersebut.

f.     Pemotongan RNA primer dan penggantiannya oleh DNA

DNA polymerase III terus menyintesis DNA di lagging strand hingga aktivitasnya terhambat saat saat mendekati primer RNA. KEtika hal ini terjadi, RNA dipotong dan celah yang terbentuk kemudian diisi dengan DNA polymerase I.

g.    DNA ligase

Ikatan fosfodiester akhir antara gugus 5’-fosfat di rantai DNA yang disintesis oleh DNA polymerase III dan gugus 3’-hidroksil di rantai yang dibentuk oleh DNA polymerase I.⁽⁵⁾

2.6    Transkripsi

a.    Enzim yang berperan dalam Transkripsi

Enzim yang penting pada saat transkripsi yaitu enzim RNA polymerase. RNA polymerase pada prokariotik hanya satu dan satu RNA polymerase tersebut yang menstranskripsi semua jenis RNA. RNA polymerase pada Escherichia coli memiliki empat subunit yaitu dua subunit-α, satu subunit-β, dan satu subunit-β’ (α₂ββ’), yang membentuk enzim inti. Kemudian terdapat subunit kelima yang disebut factor σ (sigma) yang berhubungan dengan enzim inti, memungkinkannya berikatan dengan region promotor pada gen spesifik.

Mekanisme kerja RNA polymerase prokariot pada transkripsi yaitu dimulai ketika penempelan RNA polymerase holoenzim pada bagian promotor suatu gen. pada awal penempelan, RNA polymerase masih belum terikat secara kuat dan struktur promotor masih dalam keadaan tertutup. Selanjutnya, RNA polymerase akan terikat secara kuat dan ikatan hydrogen molekul DNA pada bagian promoter mulai terbuka. Pada prokariot, RNA polymerase menempel secara langsung pada DNA di daerah promoter tanpa melalui ikatan dengan protein lain. Dalam proses penempelan inilah, subunit σ berperan dalam menemukan bagian promotersuatu gen sehingga RNA polymerase dapat menempel. Setelah RNA polymerase menempel pada promoter, subunit σ melepaskna diri dari dari struktur holoenzim. Ikatan RNA polymerase dengan promotor sangat kuat dan sangat penting selama proses transkripsi hingga ketika RNA polymerase mencapai urutan basa tertentu yang disebut terminator yaitu transkripsi telah mencapai tahap terakhir yaitu tahap terminasi.

Secara umum mekanisme kerja enzim RNA polymerase eukariotik sama dengan prokariotik.  Yang membedakannya yaitu pada eukariot, terdapat tiga RNA polymerase, yaitu :

·         RNA polymerase I mentranskripsikan sebagian besar gen rRNA. Enzim ini terdapat di dalam nucleoli dan tidak sensitive terhadap α-amanitin

·         RNA polymerase II mentranskripsikan semua gen penyandi protein (mRNA) dan beberapa gen RNA nuclear kecil (snRNA). Enzim ini terdapat di dalam nukleoplasma dan sangat sensitive terhadap α-amanitin

·         RNA polymerase III menstranskripsikan gen-gen tRNA, 5S rRNA, U6 snRNA dan beberapa RNA kecil lainnya. Enzim ini terdapat di dalam nukleoplasma dan agak sensitive terhadap α-amanitin⁽⁶⁾

b.   

Transkripsi pada Prokariota

1)      Inisiasi

σ factor dan RNA polymerase core enzyme akan membentuk holoenzim RNA polymerase. Pada proses inisiasi, terjadi pengikatan holoenzim RNA polymerase pada suatu region di DNA yang menentukan spesifitas transkripsi gen tertentu. Rangkaian DNA tersebut dikenal sebagai regio promoter. RNA polymerase akan membuka untaian dari DNA.

2)      Elongasi

Setelah regio promoter dikenali oleh holoenzim, maka σ factor dilepas dan RNA polymerase mulai menyintesis transkrip rangkaian DNA. RNA polymerase menggunakan ribonukleosida trifosfat (NTP) dan melepaskan pirofosfat setiap kali sebuah nukleotida ditambahkan ke rantai yang sedang tumbuh.

3)      Terminasi

Proses pemanjangan DNA terus berlanjut hingga tercapai sinyal terminasi.

a)      Terminasi bergantung-ρ

Membutuhkan protein tambahan, yaitu faktor-ρ. Faktor ini akan berikatan dengan regio kaya-C di dekat ujung-3’ pada RNA yang baru disintesis dan terus bermigrasi di belakang RNA polymerase dengan arah 5’ ke 3’ hingga mencapai tempat terminasi.

b)      Terminasi yang tidak bergantung-ρ

Pada mekanisme ini, transkrip RNA harus membentuk stable hairpin turn yang akan memperlambat RNA majunya RNA polymerase dan menyebabkan RNA polymerase berhenti.⁽⁵⁾

c.    Transkripsi pada Eukariota

1)      Inisiasi

Untuk memulai transkripsi, RNA polymerase membutuhkan general transcription factor. Pada regio promoter mengandung sekuens DNA yang disebut dengan TATA box. Melalui subunit TBP (TATA Binding Protein), TFIID mengenali dan melekat pada TATA box. Kemudian faktor lain akan berkumpul dan bersama RNA polymerase II membentuk komplek inisiasi transkripsi. TFIIH yang mengandung DNA helicase sebagai salah satu subunitnya akan membuka untai DNA.⁽⁷⁾

2)      Elongasi

Pada tahap ini, general transcription factor akan terlepas dari RNA polymerase II dan RNA polymerase akan memulai transkripsi.⁽⁷⁾

3)      Terminasi

Setelah RNA polymerase melalui region unit transkripsi yang menyandi ujung 3’ transkrip, transkrip primer kemudian diputus oleh suatu RNA endonuklease di posisi sekitar 15 basa 3’ dari sekuens consensus AAUAAA yang pada eukariot berfungsi sebagai sinyal pemutus.(8)

2.7    Modifikasi Pasca Transkripsi

Pada eukariot, proses transkripsi dan translasi tidak berlangsung secara serentak. Transkripsi berlangsung di dalam nukleus , sedangkan translasi berlangsung di dlm sitoplasma (ribosom). Dengan demikian, ada jeda waktu antara transkripsi dengan translasi, yg disebut sebagai fase pasca-transkripsi. Sedangkan pada prokariot, proses transkripsi dan translasi berlangsung hampir secara serentak, artinya sebelum transkripsi selesai dilakukan, translasi sudah dpt dimulai.

Pemrosesan Transkripsi Pasca-Transkripsi pada Eukariot

a.       Panambahan tudung (cap) pada ujung 5’ mRNA

Sejak tahun 1974, para peniliti menemukan bhwa mRNA jasad eukariot mengalami metilasi (penambahan gugus metil) yang sebagian besar terakumulasi pada ujung 5’ mRNA. Struktur ini kemudian dikenal sebagai tudung mRNA (mRNA caping). Penelitian selanjutnya yang dilakukan oleh Yasuhiro Furuichi dan Kin-Ichiro Miura menunjukan bahwa tudung mRNA tersebut berupa molekul 7-metilguanosin (m7G). Proses penambahan tudung berlangsung pada tahapan awal transkripsi sebelum transkripsi mencapai panjang 30 nukleotida.

Tudung mRNA mempunyai 4 macam fungsi, yaitu: (1) melidungi mRNA dari degradasi, (2) meningkatkan efisiensi translasi mRNA, (3) menigkatkan pengangkutan mRNA dari nukleus ke sitoplasma, dan (4) meningkatkan efisiensi proses splicing mRNA.

b.      Poliadenilasi (penambahan gugus poli-A pada ujung 3’ mRNA)

Transkripsi mRNA pada eukariot juga mengalami pemrosesan dalam bentuk penambahan poliA (rantai AMP) pada ujung 3’ sepanjanjg kurang lebih 200-250 nukleotida. Penambahan tersebut dilakukan dengan menggunakan enzim poli(A) polimerase yang ada dalam nukleus. Penambahan poliA pada ujung 3’ meningkatkan stabilitas mRNA sehingga mRNA mempunyai umur yang lebih panjang dibandingkan dengan mRNA yang tidak mempunyai poliA.

c.       Pemotongan  dan penyambungan RNA (RNA splicing)

Pada jasad eukariot terdapat gen yang organisasinya terswusun atas ekson dan intron, meskipun tidak semua gen eukariot mempunyai intron. Proses pemotongan intron dan penyambungan kembali ekson-ekson disebut dengan penyambungan RNA (RNA splicing). Proses splicing RNA adalah proses yang sangat akurat. Akurasi proses pemotonagn dan penyambungan ditentukan oleh suatu urutan nukleotida yang dikenal dengan splicing signals.

d.      Penyuntingan mRNA

Pada tripanosoma juga terapat mekanisme pasca-transkripsi yang disebut penyuntingan RNA (RNA editing).  Penyuntingan tersebut dilakukan oleh suatu molekul RNA yang disebut guide RNA (gRNA).(9)

2.8    Translasi

a.       Komponen yang Berperan dalam Translasi

Berikut ini adalah komponen yang di butuhkan saat akan melakukan translasi, yaitu:

1)      RNA Transfer (tRNA)

Karena tRNA hanya membawa 20 asam amino berbeda, beberapa asam amino mempunyai lebih dari satu molekul tRNA yang spesifik. Hal ini khususnya terdapat pada asam amino yang dikode oleh beberapa kodon. tRNA berfungsi sebagai tempat perlekatan asam amino. Yang mana pada setiap molekul tRNA mempunyai satu tempat perlekatan untuk setiap asam amino spesifik di ujung 3’-nya. Gugus karboksil asam amino berada dalam ikatan ester dengan gugus 3’-hidroksil pada bagian ribosa adenosin nukleotida di ujung-3’ tRNA.

2)      Aminoasil-tRNA sintetase

Famili enzim ini dibutuhkan untuk melekatkan asam amino pada tRNA yang sesuai. Karena famili enzim ini mengenali asam amino yang spesifik dan tRNA yang berhubungan dengan asam amino tersebut. Selain itu, enzim ini juga mengimplementasikan kode genetik karena enzim ini bertindak sebagai kamus molecular yang dapat membaca kode 3-huruf asam nukleat dan kode 20-huruf asam amino.

Setiap aminoasil-tRNA sintetase mengkatalisis reaksi dua-tahap yang menghasilkan perlekatan kovalen gugus karboksil dari asam amino ke ujung -3’ tRNA yang sesuai. Keseluruhan reaksi ini membutuhkan ATP, yang diuraikan menjadi AMP dan PP_i. Sifat sintetase yang sangat spesifik dalam mengenali asam amino dan tRNA spesifiknya sangat berperan dalam tingginya tingkat ketelitian translasi pesan genetik. Selain itu, sintetase mempunyai kemampuan “proofreading” atau “penyuntingan” yang dapat mengeluarkan asam amino mischarged (salah-muatan) dari molekul tRNA.

3)      RNA Messenger (mRNA)

mRNA khusus yang dibutuhkan sebagai cetakan untuk sintesis rantai polipeptida yang diinginkan harus tersedia.

4)      Ribosom yang kompeten secara fungsional

Ribosom adalah kompleks protein dan rRNA yang besar. Ribosom terdiri dari 2 subunit (1 besar dan1 kecil) yang ukuran relatifnya diberikan sesuai dengan koefisien sedimen, atau nilai S (Svedberg). Ribosom prokariotik dan eukariotik mempunyai struktur dan fungsi yang serupa, dan disebut sebagai “pabrik” tempat terjadinya sintesis protein.

Berikut ini akan dijelaskan mengenai bagian-bagian ribosom, yaitu:

a)      RNA Ribosom (rRNA)

Ribosom prokariotik mengandung 3 molekul rRNA, sementara ribosom eukariotik mengandung 4 molekul rRNA. rRNA mempunyai regio struktur sekunder  luas yang berasal dari pemasangan basa sekuens komplementer nukleotida di bagian molekul yang berbeda. Pembentukan regio untai-ganda di dalam molekul sebanding dengan pembentukan yang terdapat di dalam tRNA.

b)      Protein ribosom

Protein ribosom terdapat dalam jumlah yang cukup banyak di dalam ribosom eukariotik ketimbang di dalam ribosom prokariotik. Protein ini berperan pada struktur dan fungsi ribosom dan interaksinya dengan komponen sistem translasi lainnya.

c)      Tempat A, P, dan E pada ribosom

Ribosom mempunyai 3 tempat pengikatan untuk molekul tRNA (tempat A, P, dan E) yang masing-masing meluas hingga mencapai kedua subunit. Bersama-sama, ketiganya mencakup 3 kodon di dekatnya. Selama translasi, tempat A mengikat satu aminoasil-tRNA yang dating sesuai arahan kodon yang kini menempati tempat ini. Kodon ini menentukan asam amino berikutnya yang akan ditambahkan ke dalam rantai polipeptida yang sedang tumbuh. Tempat P kodon ditempati oleh peptidil-tRNA. tRNA ini membawa rantai asam amino yang telah disintesis. Tempat E diisi oleh tRNA kosong yang akan keluar dari ribosom.

d)     Lokasi ribosom di dalam sel

Di dalam sel eukariotik, ribosom terdapat “bebas” di dalam ribosom atau berdekatan dengan Retikulum Endoplasma kasar (RE kasar). RE kasar berperan untuk menyintesis protein yang akan dikeluarkan dari sel, dan protein yang ditakdirkan untuk bergabung dengan plasma, RE, membran Golgi, atau bergabung dengan lisosom.

5)      Faktor protein

Faktor inisiasi, elongasi, dan terminasi (atau pelepasan) dibutuhkan untuk sintesis peptida. Beberapa faktor protein ini melaksanakan fungsi katalisis, sementara faktor lainnya menstabilkan pengangkat sintesis.

6)      ATP dan GTP

Pemutusan empat ikatan berenergi tinggi dibutuhkan untuk penambahan satu asam amino ke dalam rantai polipeptida yang sedang tumbuh. Yang mana, 2 dari ATP dalam reaksi aminoasil-tRNA sintetase (satu dari pembuangan pirofosfat (PP_i), dan satu dari hidrolisis PP_i menjadi fosfat anorganik oleh pirofosfatase), dan dua dari GTP (satu untuk pengikatan aminoasil-tRNA pada tempat A dan satu untuk tahap translokasi).⁽⁵⁾

b.      Mekanisme Translasi

Translasi adalah proses sintesis polipeptida spesifik berdasarkan sandi genetika pada mRNA. Translasi melibatkan ribosom sebagai tempat penggabungan asam amino-asam amino menjadi polipeptida dan tRNA sebagai pembawa asam amino ke ribosom dan penerjemah sandi genetika mRNA.

Pada prokariotik, translasi terjadi sebelum transkripsi sepenuhnya selesai. Hal ini terjadi karena pada prokariotik nukleolus tersebar di sitoplasma tanpa nukleus atau membran inti, sehingga tidak ada yang memisahkan proses transkripsi dan translasi. Sedangkan pada eukariotik, proses terjadinya transkripsi di nucleus, sedangkan translasi di sitoplasma dan translasi terjadi setelah proses transkripsi selesai, karena proses transkripsi harus selesai terlebih dahulu baru mRNA kelua dari nucleus melalui pori-pori nucleus ke sitoplasma.

Translasi suatu protein terdiri dari tiga langkah, yaitu :

1.      Inisiasi

Pada eukariotik, proses inisiasi translasi metionil-tRNA_i^Met mula-mula membentuk kompleks dengan suatu factor inisiasi (eIF2) dan GTP yang kemudian mengikat subunit ribosom kecil (40S). Cap pada ujung-5’ mRNA mengikat factor inisiasi (eIF4E), yang dikenal sebagai cap binding protein (CPB). Kemudian beberapa eIF ikut bergabung, dan mRNA berikatan dengan kompleks 40S-Metionil--tRNA_i^Met . Dalam suatu reaksi yang memerlukan hidrolisis ATP, subunit ribosom kecil melakukan scan terhadap mRNA sampai kodon AUG pertama ditemukan. eIF lain terikat, GTP mengalami hidrolisis, dan factor inisiasi dibebaskan, dan subunit ribosom besar (60S) terikat sehingga ribosom menjadi lengkap yaitu mengandung satu subunit kecil (40S) dan satu subunit besar (50s). Terdapat dua tempat pengikatan untuk untuk mRNA, yang dikenal sebagai tempat P (peptidil) dan A (aminoasil) pada ribosom. Selama inisiasi, Metionil-tRNA_i^Met berikatan dengan tempat P.

Pada eukariotik, inisiasi diawali dari kodon start yaitu AUG dan GUG. tRNA pertama yang menempel adalah tRNA yang membawa asam amino Metionin atau metionil-tRNA_i^Met. Sedangkan pada prokariotik, inisiasi langsung terjadi sejak kodon pertama (kodon paling ujung) dan tRNA yang sedang dalam proses inisiasi mengalami formilasi, menghasilkan formil-metionil-tRNA_i^Met yang ikut serta dalam pembentukan kompleks inisiasi.  Kemudian, pada prokaritik diperlukan hanya tiga IF untuk menghasilkan kompleks inisiasi, sedangkan eukariotik memerlukan selusin atau lebih eIF sebagai factor inisiasi.

Prokariotik memiliki ribosom 70S, yang terdiri dari subunit 30S dan 50S, sedangkan eukariotik memiliki ribosom 80S, yang terdiri dari subunit 40S dan 60S. mRNA prokariotik tidak memiliki cap sehingga identifikasi triplet AUG untuk inisiasi terjadi sebagai konsekuensi pengikatan sebuah urutan yang dikenal sebagai urutan Shine-Dalgarno pada mRNA dengan urutan komplementer dekat ujung rRNA 16S pada subunit ribosom kecil.

2.      Elongasi translasi

Setelah kompleks inisiasi terbentuk, tejadi penambahan masing-masing asam amino ke rantai polipeptida atau yang biasa disebut elongasi yang terdiri dari

-          Pengikatan aminoasil-tRNA ke tempat A pada ribosom

-          Pembentukan ikatan peptida

-          Translokasi peptidil-tRNA ke tempat P(6)

3.      Terminasi translasi

Terminasi terjadi ketika salah satu kodon terminasi bergerak ke tempat A. Kodon ini akan dikenali oleh faktor pelepas (RF), yang akan mengenali kodon terminasi UAA, UAG, UGA. Faktor ini menyebabkan protein yang baru disintesis dilepaskan dari kompleks ribosom dan pada saat bersamaan menyebabkan disosiasi ribosom dari mRNA.⁽⁵⁾

2.9    Modifikasi Pasca Translasi

Modifikasi ini terjadi setelah translasi dimulai. Modifikasi ini dapat meliputi pembuangan sebagian sekuens yang ditranslasi atau penambahan kovalen satu atau lebih gugus kimia yang dibutuhkan untuk aktivitas protein. Secara singkat proses modifikasi pascatranslasi terdiri dari beberapa jenis, yaitu:

a.       Pemotongan (Trimming)

Beberapa protein yang diperuntukkan untuk disekresi dari sel, pada awalnya dibuat dalam bentuk molekul prekursor besar yang secara fungsional tidak aktif. Bagian rantai protein harus dibuang oleh endoprotease khusus, yang menyebabkan pelepasan suatu molekul aktif. Tempat reaksi pembelahan di dalam sel bergantung pada protein yang akan dimodifikasi. Contohnya, beberapa prekursor protein dibelah di RE atau badan golgi, sedangkan prekursor lainnya didalam vesikel sensorik yang sedang berkembang (insulin) dan prekursor lainnya, seperti kolagen dibelah setelah disekresi.

Zimogen adalah prekursor inaktif enzim yang disekresi (termasuk protease yang dibutuhkan untuk pencernaan) karena sintesis enzim dalam bentuk zimogen melindungi sel dari pencernaan oleh produknya sendiri.  Enzim ini menjadi aktif melalui proses pembelahan ketika mencapai tempat kerja yang sesuai. Contohnya tripsinogen(zimogen pankreas), yang akan menjadi aktif dalam bentuk tripsin pada usus halus.       

b.      Perubahan Kovalen

Protein enzimatik dan structural dapat diaktivasi atau diinaktifkan melalui perlekatan kovalen berbagai gugus kimia. Contoh modifikasi ini meliputi :

1)   Fosforilasi

Fosforilasi terjadi pada gugus hidroksil serin,treonin atau yang lebih jarang, residu tirosin di dalam protein. Fosforilasi ini dikatalisis oleh salah satu family protein kinase dan reaksinya dapat dibalikkan oleh kerja protein fosfatase yang terdapat di dalam sel. Selain itu, fosforilasi dapat meningkatkan atau menurunkan aktivitas fungsional protein.

2)   Glikolisasi

Banyak protein yang diperuntukkan untuk menjadi bagian dari membran plasma atau lisosom atau yang akan disekresikan dari sel, mempunyai rantai karbohidrat yang melekat pada gugus hidroksil serin atau treonin (terkait-O) atau amida nitrogen asparagin (terkait-N). Langkah penambahan gula terjadi di retikulu endoplasma dan badan golgi. Kadang-kadang, glikolisasi digunakan untuk menargetkan protein ke organel yang spesifik. Contohnya, enzim yang diperuntukkan untuk bergabung dengan lisosom dimodifikasi melalui penambahan residu manosa-6-fosfat.

3)   Hidroksilasi

Residu protein dan lisin pada rantai alpha kolagen dihidroksilasi secara luas di dalam retikulum endoplasma.

4)   Modifikasi-Modifikasi Kovalen Lainnya

Modifikasi ini mungkin diperlukan untuk aktivtas fungsional suatu protein. Contohnya, gugus karboksil tambahan dapat ditambahkan ke residu glutamate melalui proses karboksilasi yang bergantung vitamin K.

c.       Degradasi Protein

Protein yang cacat atau diperuntukkan untuk pergantian yang cepat (rapid turnover) sering ditandai untuk dihancurkan melalui proses ubikuitinasi. Yaitu, perlekatan suatu protein kecil yang sangat terkonservasi yang disebut ubikuitin. Protein yang ditandai dengan cara ini didegaradasi dengan cepat oleh komponen sel yang disebut “proteasom”, yang merupakan suatu sistem proteolitik yang kompleks, bergantung ATP dan terletak di dalam sitosol.⁽⁵⁾

2.10     Regulasi Ekspresi Gen

Ekspresi regulasi gen diperlukan bagi perkembangan, diferensiasi dan adaptasi gen.

Secara sederhana, regulasi gen hanya memiliki dua tipe: regulasi positif dan regulasi negatif. Jika ekspresi informasi genetik meningkat secara kuantitatif akibat adanya elemen regulatorik tertentu, regulasi dikatakan positif; jika ekspresi informasi genetik berkurang oleh adanya elemen regulatorik spesifik, regulasi disebut negatif- Elemen atau molekul yang memerantarai regulasi negatif dinamai regulator negatif atau represor; yang memerantarai regulasi positif dinamai regulator positif atau aktivator. Akan tetapi, regulasi negatif ganda (double negatiue) akan memberi efek positif, sehingga suatu efektor yang menghambat fungsi regulator negatif akan tampak seperti menghasilkan regulasi positif. Banyak sistem yang tampak terinduksi sebenarnya mengalami derepresi di tingkat molekular.

a.      
Regulasi Ekspresi Gen pada Prokariot

Ini merupakan contoh dari regulasi ekspresi gen pada bakteri E. Coli. Ketika triptopan terdapat di lingkungan sekitar bakteri, maka triptopan tersebut akan masuk ke dalam bakteri. Di dalam bakteri, triptopan akan berikatan dengan repressor. Represor yang telah berikatan dengan triptopan akan mengikat bagian operator mRNA yang akan menyebabkan RNA polymerase tidak dapat berikatan dengan mRNA, sehingga tidak terjadi sintesis triptopan.⁽⁷⁾

b.      Regulasi Ekspresi Gen pada Eukariot

Pada eukariot, regulasi ekspresi gen berlangsung di sejumlah tahapan yang berbeda, yaitu:

1)      Transkripsi (mengatur kapan gen tersebut di transkripsi)

2)      Pascatranskripsi (mengatur pemotongan (splicing) dan penyuntingan mRNA)

3)      Translasi (mengatur mRNA mana yang akan ditranslasikan)

4)      Pascatranslasi (mengatur aktivitas dan degradasi molekul protein)⁽⁵⁾

2.11     Karakteristik DNA

a.       Sebagian besar terdapat di dalam kromosom dan sedikit terdapat pada mitokondria(tumbuhan dan hewan), dandi dalam kloroplast (ganggang dan tumbuhan tingkat tinggi). DNA yang terdapat di dalam kromosom memiliki hubungan dengan protein histon dan memiliki bentuk molekul yang tidak bulat sedangkan DNA yang terdapat pada mitokondria dan kloroplast tidak memiliki hubungan dengan protein histon dan memiliki molekul berbentuk bulat.

b.      Molekul DNA merupakan suatu polinukleotida. Yang mana dapat dirincikan sebagai berikut:

1)      Gula. Molekul gula yang menyusun DNA adalah sebuah pentosa, yaitu deoksiribosa

2)      Pospat. Molekul pospatnya berupa PO₄

3)      Basa. Basa nitrogen yang menyusun molekul DNA dibedakan atas:

a)      Kelompok pirimidin (Sitosin (S) dan Timin (T))

b)      Kelompok purin (Adenin (A) dan Guanin (G))

4)      Molekul penyusun DNA berbentuk pita spiral dobel yang berpilin (double helix)⁽³⁾

2.12     Teknik Identifikasi DNA

a.       RFLP (Resriction  fragment length polymorphism)

Teknik ini diawali dengan mengsekuens DNA dari sel. Selanjutnya ujntaian DNA hasil ekstrasi dipotong-potong dengan menggunakan enzim restriksi, potongan DNA ini diproses pada gel agarose dengan menggunakan teknik elektroforesis untuk memisahkan fragmen DNA berdasarkan berat molekulnya dengan menggunakan arus listrik.

Gel hasil elektroforesis selanjutnya ditransfer ke membrane nilon dengan menggunakan teknik bloting. Selanjutnya radioaktif probe ditambahkan untuk menggandeng DNA  yang sesuai dan memindahkannya kedalam membrane nilon. Dengan melakukan pemotretan membrane  (pembubuhan bahan pewarna atau unsure radioaktif ) pola garis sidik jari DNA yang terbentuk dapat divisualisasikan  dan dianalisa kecocokannya.

RFLP merupakan teknik pertama yang digunakan analisa DNA dalam bidang forensik adalah suatu polimorfisme DNA yang terjadi akibat variasi panjang fragmen DNA yang telah dipotong dengan enzim restriksi tertentu menjadi fragmen.

b.      VNTR (Variable number of tandem repeat)

Teknik ini dilakukan dengan memanfaatkan enzim restriksi yang berfungsi memotong DNA pada tempat-tempat tertentu dengan cara mengenali urutan basa tertentu seperti AATT. Urutan basa tersebut disebut sebagai recognition sequence. Suatu enzim yang berbeda memiliki recognition sequence yang berbeda. Enzim ino lalu memotong DNA menjadi segmen-segmen yang berbeda. Panjang segmen tersebut bervariasi  pada tiap orang, hal ini disebabkan  karena titik potong enzim yang berbeda dan panjang segmen antara titik potong juga berbeda. Analisa yang dihasilkan adalah variasi pada panjang fragmen DNA yang telah ditentukan .

c.       Probe

Probe adalah DNA untai tunggal yang dapat membentuk pasangan basa dengan urutan komplementer pada polinukleotida untai-tunggal lain yang tersusun dari DNA atau RNA. Proses ini dikenal dengan penyatuan kembali (reannealing) atau hibridisasi. Untuk mengidentifikasi urutan sasaran, probe harus membawa suatu label. Apabila probe membawa label radioaktif misalnya ³²P, probe dapat dideteksi dengan autoradiografi.dibuat autoradiogram dengan membungkus bahan nyang mengandung probe diografi selembar film sinar-x. Elektron yang dipancarkan akubat kehancuran atom radioaktif menyababkan film terpanjan di daerah tepat di atas probe.

Probe dapat terdiri dari cDNA (dihasilkan dari mRNA oleh reverse transcriptase), fragmen DNA genom (diputuskan dari genom oleh enzim retriksi), oligonukleotida yang disintesis secara kimiawi, atau kadang-kadang RNA. Tidak semua probe di beri label radioaktif. Sebagian besar adalah produk kimia tambahan (adduct) (senyawa yang berikatan secara kovelen dengan DNA) yang diidentifikasikan, misalnya dengan fluoresens.⁽⁶⁾

d.      Elektroforesis Gel

Gel elektroforesis adalah teknik yang menggunakan medan listrik untuk memisahkan molekul berdasarkan ukuran. Karena mengandung gugus fosfat yang bermuatan negative, di dalam medan listrik DNA akan bergerak menuju elektroda positif. Molekul yang lebih pendek bermigrasi lebih cepat melalui pori – pori gel daripada molekul yang lebih panjang, sehingga pemisahan didasarkan pada panjang. Gel yang tersusun dari poliakrilamid dapat memisahkan molekul-molekul DNA yang perbedaan panjangnya hanya satu nukleotida dan digunakan untuk menentukan urutan basa DNA. Gel agarosa digunakan untuk memisahkan fragmen DNA yang memiliki perbedaan ukuran lebih besar.

Pita DNA pada gel dapat dilihat dengan berbagai teknik. Pemberian zat warna misalnya etidium bromide memungkiinkan visualisasi langsung semua pita DNA di bawah sinar ultraviolet. Urutan spesifik biasanya dideteksi dengan probe berlabel.⁽⁸⁾

e.       PCR

PCR (Polymerase Chain Reaction) adalah metode pemerikiksaan di dalam tabung untuk mengamplifikasi sekuens DNA terpilih. PCR menggunakan DNA polymerase untuk berulang kali mengaplifikasi bagian DNA target.

Tahapan – tahapan dalam metode PCR adalah sebagai berikut

1)      Denaturasi

DNA yang akan diamplifikasi dipanaskan untuk memisahkan DNA target yang beruntai-ganda menjadi untai tunggal.

2)      Annealing

Untai yang terpisah didinginkan dan kemudian dikuatkan (anneal) menjadi dua primer (satu untuk setiap rantai)

3)      Elongation

DNA polymerase dan deoksiribonukleosida trifosfat (yang berlebih) ditambahkan ke dalam campuran untuk memulai sintesis dua rantai komplementer baru ke rantai DNA asli. DNA polymerase menambahkan nukleotida-nukleotida ke ujung hidroksil-3’ primer, dan pertumbuhan untai memanjang hingga melebihi DNA target.

Setelah menyelesaikan satu siklus replikasi, campuran reaksi dipanaskan kembali untuk mendenaturasi untai DNA. Setiap untai DNA mengikat primer komplementer, dan siklus pemanjangan rantai kemudian diulangi kembali. Dengan menggunakan DNA polymerase yang stabil terhadap pemanasan (contohnya Taq polymerase) dari bakteri yang normalnya hidup pada suhu tinggi, polymerase tidak mengalami denaturasi sehingga tidak harus ditambahkan ke setiap siklus berikutnya.⁽⁵⁾

Keuntungan utama PCR dibandingkan cloning adalah sensitivitas dan kecepatannya. Sekuens DNA yang berjumlah sangat sedikit, dapat diamplifikasi menjadi sekuens yang predominan.

2.13     Sampel Tes DNA

Hampir semua sampel biologis tubuh dapat digunakan untuk sampel tes DNA, tetapi yang sering digunakan adalah darah, rambut, usapan mulut pada pipi bagian dalam (buccal swab), dan kuku. Untuk kasus-kasus forensik, sperma, daging, tulang, kulit, air liur atau sampel biologis apa saja yang ditemukan di tempat kejadian perkara (TKP) dapat dijadikan sampel tes DNA.

DNA yang biasa digunakan dalam tes ada dua yaitu DNA mitokondria dan DNA inti sel. Untuk tes DNA, sebenarnya sampel DNA yang paling akurat digunakan dalam tes adalah DNA inti sel karena inti sel tidak bisa berubah. DNA dalam mitokondria dapat berubah karena berasal dari garis keturunan ibu yang dapat berubah seiring dengan perkawinan keturunannya. Sebagai contoh untuk sampel sperma dan rambut. Paling penting diperiksa adalah kepala spermatozoanya karena didalamnya terdapat DNA inti, sedangkan untuk potongan rambut yang paling penting diperiksa adalah akar rambutnya. Tetapi karena keunikan dari pola pewarisan DNA mitokondria menyebabkan DNA mitokondria dapat dijadikan sebagai marka (penanda) untuk tes DNA dalam upaya mengidentifikasi hubungan kekerabatan secara maternal.⁽¹⁰⁾

2.14     Tahapan dalam Identifikasi DNA

a.       Dilakukan isolasi untuk mendapatkan sampel DNA. Bahan kimia yang biasa digunakan untuk isolasi adalah Phenolchloroform untuk isolasi darah dan Chilex untuk mengisolasi barang bukti berupa rambut.

b.      Tahapan selanjutnya adalah sampel DNA dimasukkan kedalam mesin PCR.

c.       Selanjutnya kopi urutan DNA akan dikarakterisasi dengan elektroforesis untuk melihat pola pitanya. Karena urutan DNA setiap orang berbeda maka jumlah dan lokasi pita DNA (pola elektroforesis) setiap individu juga berbeda. Pola pita inilah yang dimaksud DNA fingerprint.⁽¹⁰⁾

                                

                 Korban merupakan anak dari                                          Korban bukan anak dari pasangan

                  pasangan suami-istri tersebut                                                          suami-istri tersebut

BAB III

KESIMPULAN

Pada DNA terdapat pengulangan sekuens DNA secara tandem (VNTR) yang apabila dianalisis dengan elektroforesis akan membentuk pola-pola pita tertentu yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi suatu  DNA.

Daftar Pustaka

1.         Reece JB, Campbell NA, editors. Campbell Biology. 9th ed. Boston: Benjamin Cummings / Pearson; 2011. 1263 p.

2.         Ngili Y. Biokimia: Struktur dan fungsi biomolekul. Yogyakarta: Graha Ilmu; 2009.

3.         Suryo. Genetika Manusia. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press; 2010.

4.         Arvin B. Ilmu Kesehatan Anak Nelson. Jakarta: EGC; 2000.

5.         Champe PC, Harvey RA, Ferrier DR. Biokimia Ulasan Bergambar. 3rd ed. Jakarta: EGC; 2010.

6.         Marks DB, Marks AD, Smith CM. Biokimia Kedokteran Dasar: Sebuah Pendekatan Klinis. Jakarta: EGC; 2012.

7.         Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walters P. Molecular Biology of the Cell. 5th ed. New York: Garland Science; 2008.

8.         Murray RK, Granner DK, Rodwell VW. Biokimia Harper. 27th ed. Jakarta: EGC; 2009.

9.         Yuwono T. Biologi Molekuler. Jakarta: Erlangga; 2008.

10.       Putra. DNA fingerprint, Metode Analisis Kejahatan pada Forensik [Internet]. 2007. Available from: http://www.biotek.lipi.go.id/index.php?view=article&catid=8&id=315%3ADNA+fingerprint%2C+Metode+Analisis+Kejahatan+pada+Forensik&format=pdf