Archive for Mei 2011

Nukleus merupakan organel terbesar dalam sel yang mengandung DNA yang membawa informasi genetik. Nukleus berbentuk bola atau gelendong dan dikelilingi oleh selaput rangkap yang disebut selubung nuklear atau nuclear envelope. Di dalam nukleus terdapat nukleolus dan bahan informasi genetik atau materi genetik. Organisme prokariot tidak memiliki nukleus sejati. Materi genetik sel prokariota terkumpul di bagian tengah sel, tetapi tidak dipisahkan oleh selubung nuklear. Daerah tempat terpusatnya materi genetik pada sel prokariot disebut nukleoid.

Selubung nuklear terdiri dari selaput rangkap (selaput dalam dan selaput luar) yang dipisahkan oleh ruang perinuklear. Selaput dalam disebut juga selaput nukleoplasmik, sedangkan selaput luar disebut selaput sitosolik. Ruang perinuklear juga berlanjut dengan ruang retikulum endoplasma dan dapat berisi protein yang baru disintesis. Permukaan selaput retikulum endoplasma dan permukaan sitosolik selaput luar ditempeli ribosom yang berperan dalam sintesis protein. Protein yang disintesis dalam ribosom dicurahkan ke dalam ruang perinuklear yang berhubungan dengan lumen retikulum endoplasma.

Permukaan nukleoplasmik selaput dalamselubung nuklear berlapis anyaman yang terdiri dari filament intermedia. Anyaman filament intermedia disebut lamina nuklear.

Pori nuklear terbentuk pada tempat dimana membran dalam dan membran luar selubung nuklear menyatu. Terdapat hubungan antara kerapatan pori nuklear dan pengangkutan RNA dari nukleus. Pada nukleus setelah mitosis, saat pengangkutan RNA banyak dan sintesis protein cepat, pori nuklear sangat rapat.

Nukleolus

Pemasukan rRNA harus cukup karena gen-gen terus ditranslasi. rRNA dikemas dengan protein-protein ribosomal membentuk ribosom. Pengepakan ini terjadi di nukleolus. Nukleolus mengandung ikalan-ikalan DNA yang berasal dari beberapa kromosom. Setiap ikalan mengandung sekelompok gen rRNA. Tiap kelompok gen ini disebut NOR (nucleolar organizer region) yang merupakan daerah dimana rRNA disalin oleh polimerase RNA.

Pengamatan struktur nucleolus dengan mikroskop electron, terlihat bahwa nucleolus terdiri dari 3 daerah yaitu :

Suatu pusat yang terdiri dari fibrila yang mempunyai daya serap terhadap warna sangat lemah Pusat ini mengandung DNA yang belum disalin.
Kelompok padat yang terdiri dari fibrila yang mengandung molekul-molekul RNA yang baru saja disalin.
Daerah granula yang merupakan kelompok yang berbentuk butir-butir yang mengandung prekursor RNA

Nukleolus disebut sebagai ribosome producing machine. Di dalam nukleolus, jika terdapat polymerase RNA, terjadi transkripsi dan dibentuk RNA prekursor 45S. Dengan bantuan protein dari sitoplasma dan sebagian dari protein RNA RNA hasil recycling bersatu dengan RNA membentuk badan yang lebih besar. Dengan RNA 5S dan bantuan polymerase RNA III, badan yang besar terurai menjadi sub unit besar dan sub unit kecil.

rRNA

rRNA merupakan RNA yang menyusun kerangka ribosom. Ribosom adalah organel di dalam sel yang menjadi tempat terjadinya sintesis protein. Ukuran ribosom ditentukan dengan analisis sedimentasi yang berdasarkan laju pengendapan molekul dalam suatu larutan kental (misal sukrosa) yang disentrifugasi dengan kecepatan yang tinggi. Koefisien sedimentasi dinyatakan dengan S. Ribosom prokariot memiliki koefisien sedimentasi 50S dan 30 S. sedangkan ribosom eukariot mmemiliki koefisien sedimentasi 60S dan 40S.

Mikroskop elektron menguatkan bahwa virus didalam ukuran dan stukturnya sangat banyak macamya.Ada yang sangat kecil,yaitu poliovirus,diameternya berukuran 20 nm(1/1000 nanometer dari mikrometer).Sebenarnya virus hampir sama dengan ukuran ribosom.Virus besar,seperti poxvirus,panjang 400nm dan lebar 200 nm dan kelihatannya cukup besar oleh kontras mikroskop.Ukuran dari viral genom bervariasi membuka lebar jarak dari 5,000 sampai 200,000 sepasang kaki.Simian virus 40.virus kecil mempunyai genom mencapai 5,224 pasang kaki,dan vaksin,virus besar,mempunyai 190,000 pasang kaki.Genom bakteri mempunyai jarak antara1dan 9 miliar,tergantung spesies.Genom bakteri kecil itu parasit intraselluler dan di dalam 600,000 jarak kaki.

Mikroskop elektron.difraksi X-ray,analisis biokimia,dan tekhnik imunologi menyajikan banyak informasi tentang struktur dan komposisi virus.

Beberapa jenis morfologi virus mencakup:Virus Isohedral.Konsepsi virus didalam kapsid dari subunit protein memasukkan protomer.Di dalam kapsid Isohedral,protomer di dalam kapsomer berubah mengatur pentamer(lima sisi) dan hexamer(enam subunit protein).Mengikat antara kapsomer nonkovalen dan lebih lemah dari pada mengikat kapsomer dalam.Bentuk pinggir hexamer dan permukaan isohedron dan pentamer puncak.Memperlihatkan12 puncak polihedron. Mempunyai 20 struktur permukaan segitiga sama sisi.Kapsid dari virus kecil seperti poliovirus akan menjadi 32 kapsomer,dan kapsid dari virus besar(adenovirus) ajkan mengubah 252 kapsomer .Umumnya kapsid mengikuti hukum kristallografi.Pentamer dan hexamer mungkin akan mengubah satu jenis subunit protein atau protein di dalam pentamer mungkin berbeda di dalam hexamer.Merakit Kapsid isohedral dan mengisi asam nukleid.Virus mempunyai mekanisme spesific menanggung seluruh kesatuan genom.

Virus Helikal.Panjang,tipis,silinder mengubah dengan jelas protomer.Helical tobacco mosaic virus(TMV). Subunit protomer mengatur helical spiral dengan mencoba memasukkan genom ke tempat pusat protein.Asam nukleid dilampirkan ke dalam perakitan kapsid protomer.Virus helical memperkecil menjadi (15 sampai 20 nm)dan mungkin jadi sedikit panjang (300 sampai 400 nm) dan mungkin menjadi keras atau lentur,pada dasarnya tergantung unsure pokok protein.Helix TMV mempunyai satu jenis, merakit perubahan protomer dari 158 asam amino.Adalah 2,130 copi dari satu subunit protein di dalam lapisan partikel virus dewasa.

Mantel virus.Virus ini mempunyai stuktur membran bagian luar yang mengelilingi nukleokapsid. Membran mantel terdiri dari lapisan ganda lipid dan mungkin memiliki glikoprotein spesifik yang tertanam dalam lipid.Glikoprotein dan mantel lain dimasukkan ke dalam membrane sel inang sebelum keluar dari virus dan dibawa oleh virus saat meninggalkan sel.Glikoprotein yang terinfeksi dikodekan oleh unsure pokok genom virus yang tidak normal dari membrane sel inang.Pada umumnya yang bertanggung jawab untuk infeksi,selama mereka melawan tempat dasar di dalam sel inang.

Virus komplek.Mempunyai kapsid simetris,tetapi bagian bentuk virus disintesis secara terpisah (kepala,ekor,kapsomer).Virus Eschericia coli adalah virus komplek.Virus ini terdiri dari sebuah polyhedral kepala,ekor,kumis,ekor serat dan bagiab virus lainnya.Hal lain akan dibahas secara rinci dalam bab ini.

Viral Propogasi

Empat tahap viral reproduksi yang berbeda (1) lampiran, (2) penetrasi, (3) reproduksi genom, dan (4) perakitan . Adalah sebagai berikut:

1.Lampiran atau adsorpsi.Adalah tempat spesifik (virus reseptors) dalam permukaan bakteri dimana untuk melawan virion.

2.Penetrasi atau injeksi. Asam nukleid dari virion yang menguntungkan sitoplasma dalam sel inang. Bakteri dan virus tumbuhan memulai infeksi memasuki sel, sel hewan menuju membrane sel.Mempengaruhi struktur virus.

3.Ekpresi gen dan replikasi.Pertama adalah ekpresi dan duplikasi viral genom, mengarah pada produk gen yang mengontrol replikasi dari viral asam nukleid dan sintesis kapsomer.

4.Perakitan dan pelepasan.Membungkus asam nukleid viral didalam kapsid,dan melepaskan virus dewasa.Virus membutuhkan sel inang untuk replikasi,ATP,ribosom, dan mencetak kembali persedian oleh sel inang.Enzim juga terlibat didalam replikasi virus oleh sel inang dengan atau tanpa perubahan.Umumnya enzim litik menyebabkan terputusnya sel inang.

Sebuah virus menyelubungi membran lipid dan ketika keluar memperoleh mantel melalui membran sel atau membran nukleus sel inang.

Fase-fase ini, masuknya genom virus umumnya merupakan hasil dalam penghentian normal fungsi sel inang dan replikasi asam nukleat virus. Kemudian dalam proses menggabungkan kapsid dan protein lain yang disintesis, merupakan bagian dari partikel virus yang matang/dewasa.

Asal-usul virus sangat menarik dan menjadi subjek spekulasi yang cukup besar dalam komunitas para ilmiah. Adalah kesepakatan umum tentang (bakteriofage) yang mungkin terinfeksi virus bakteri selama ribuan tahun ketika Archaea dan Bakteri adalah satu-satunya bentuk kehidupan eukariotik dibumi. Evolusi eukariotik juga menjadi subjek untuk melawan virus.

Diantaranya ada 3 teori utama yang telah maju mengenai asal-usul virus:

1.Asal usul dari sup purba dan dengan kehidupan yang lebih kompleks.

2.Virus berevolusi dari organisme yang hidup bebas melawan bentuk-bentuk kehidupan yang berangsur angsur tidak berfungsi.

3.Virus adalah “potongan-potongan” asam nukleat yang lepas dan tidak lagi berada dibawah kontrol oleh sel disebut teori gen lepas.

Sebagian besar virus hadir didunia menegaskan bahwa asal virus secara bebas banyak sekali selama evolusi virus.Virus juga berasal dari jenis virus lainnya melalui hubungan singkat mengenai mutasi..Mengikuti teori evolusi virus.

Koevolusi

Kami akan pertimbangkan teori pertama koevolusi.Pada awalnya system genetik mereplikasi diri mungkin terdiri dari RNA. RNA dapat membawa RNA polimerasi,walaupun akan menjadi proses yang lambat, adanya protein dalam sup purba mungkin telah menjadi pendukung bagi replikasi RNA. Tempale DNA jauh lebih efektif dan berasal pada awal evolusi. RNA berubah menjadi pesan antara template DNA dan sintesis protein.Dengan demikian kode genetik menjadi ada dan diizinkan untuk mereplikasi.

Tahap replikasi awal diperoleh dalam bentuk kompleksi dan terbungkus dalam sebuah kantung lemak yang bertujuan untuk memisahkan mesin dengan metabolisme dari lingkungan. Hal ini mungkin menjadi asal-usul dari progenote dan Archaea air dan bakteri.Terbentuknya replikasi telah mempertahankan kesederhanaan dan mungkin telah disusun, terutama ketika mereplikasi diri, mengelilingi asam nukleat oleh mantel protein. Keutuhan ini mungkin merupakan pelepas untuk menyusun virus dan berevolusi pada sebuah ketergantungan untuk menduplikasikan kemampuan untuk melawan virus, serat mengambil alih mesin genetik dari dalam sel inang. Dengan demikian adanya koevelusi dari bakteri akan hanya memiliki sedikit virus. Hipotesis ini merupakan pendukung, tetapi tidak memberikan penjelasan bagi evolusi virus dengan genom RNA.

Evolusi Retrograde

Teori retrograde menyatakan bahwa virus berasal dari kehidupan yang bebas atau mikroorganisme parasit didasarkan pada konsep bahwa suatu mikroorganisme menjadi pemangsa yang tidak digunakan secara berangsur-angsur menyebabkan hilangnya informasi genetik.Gen untuk biosintesis zat antara yang diberikan oleh sel inang bisa hilang oleh mutasi tanpa membahayakan sel inang.Pada akhirnya prokariotik mungkin telah berevolusi untuk tidak menjadi sekelompok gen tetapi sebagai virus.Sebelum adanya eukariotik,bakteri dan archaea hidup untuk selamanya,bentuknya kebanyakan hidup bebas tetapi predator yang mirip dengan keberadaan Bdellovibrio. Mikroorganisme Parasit intraselluler dapat menjadi lebih banyak tergantung dari sel inang dan hanya akan diperlukan untuk mempertahankan kemampuan untuk mereplikasi asam nukleat dan suatu mekanisme untuk berlangsung dari sel ke sel. Didalam sel eukariotik mungkin terjadi perhitungan pada jenis bakteri parasit intraselluler seperti Klamedia. Klamedia akan menjadi contoh bakteri yang berpotensi yang dapat terkalahkan ke area virus. Klamedia memiliki dinding sel dan tidak dapat hidup di luar sel.

Asal dari bakteri lebih mungkin untuk keberadaan virus kompleks seperti poxvirus, tetapi informasi dalam genetik di dalam virus sangat nyata perbedaannya dengan yang ada di prokariotik dan tidak mendukung teori evolusi.Tidak adanya bentuk kehidupan antara bakteri patogen intraselluler dan sulit untuk menjelaskan bagaimana virus RNA ada melalui hilangnya informasi genetik,disebutkan sebagai kekurangannya.

Teori Gen “Escaped”

Cukup masuk akal telah mengusulkan bahwa potongan-potongan sel inang RNA atau DNA”escaped” gen bebas dari kontrol selluler. Organisme diperoleh dengan membuat replikasi dari informasi genetik oleh reflikasi spesifik organisme. Siklus replikasi berakhir ketika komplemen dengan sintesis genom.Jika replikasi mulai terjadi dalam genom,duplikasi lainnya dibebaskan dari kontrol sel inang. Entitas yang bisa mengenali urutan nukleitida pada tempat-tempat selain tempat awal dan membawa dengan tepat polimerase yang mempunyai kapasitas untuk memproduksi RNA/DNA bisa tanpa dengan interferasi kontrol mekanisme yang normal.

Asal usul virus mungkin telah ada dengan adanya DNA episome(plasmid)atau transposon,sirkulasi molekul DNA yang meniru replikasi didalam sitoplasma dan dapat masuk kedalam atau ke luar dari berbagai tampat didalam kromosom sel inang. Plasmid juga dapat berpindah dari satu sel ke sel lain membawa informasi seperti fertilitas atau resistensi.Transposon adalah penggiat pada DNA yang ada didalam keduanya,sel prokariotik dan eukariotik yang dapat bergerak dari satu tempat ke dalam kromosom lainnya membawa informasi genetik.

Sebenarnya ada salah satu jenis transposon yang diketahui mengarah langsung ke perakitan dari urutan RNA copy ke DNA. Transposon dapat digunakan oleh mRNA untuk menyintesis ukuran DNA melalui cadangan transkriptasi dan mencetak serta langsung memasukkan ke dalam kromosom.DNA transposon membawa gen untuk sintesis cadangan yang subur,dan unsur-unsur transposon dengan beberapa masukan yang mempunyai kesamaan akan hilangnya virus.Analisis nukleotida cukup dilakukan di dalam indikasi virus yang setara dengan urutan tertentu di dalam sel inang. Fakta yang ada mengemukakan bahwa virus berasal dari”hilangnya”asam nukleid sel inang.

Genom eukariota berada dalam nukleus sebagai kromatin. Bentuk padat kromatin disebut kromosom. Kromatin dibedakan berdasarkan daya serap trhadap wana menjadi :

Heterokromatin: yaitu kuat menyerap warna

Eukromatin: kromatin tersebut kurang kuat menyerap warna.

Kromatin berdasarkan lokasinya dapat dibedakan menjadi:

Kromatin perinuklear: yaitu kromatin yang berlokasi di sekeliling nucleolus
Kromatin intranukleolar: kromatin yang berada di dalam nucleolus
3. Kromatin periferal: kromatin yang berikatan dengan selaput sel

Berdasarkan peranannya, heterokromatin dibedakan menjadi:

Heterokromatin fakultatif: DNA tidak selamanya dalam keadaan mampat, tetapi pada saat-saat tertentu kromatin terurai,dan pada saat terurai kromatin ini dapat disalin.
Heterokromatin konstitutif: DNA selamanya tidak aktif dan tetap berada dalam keadaan mampat

Kromatin terdiri dari DNA, RNA dan protein. Protein pada kromatin adalah protein histon dan non-histon. Protein non-histon pada kromatin merupakan protein struktural antara lain aktin, tubulin α dan tubulin β dan myosin. Di samping itu juga terdapat protein yang bersifat enzimatik seperti RNA polymerase, asetil transferase.

Melalui pengamatan dengan mikroskop elektron, terlihat kromatin memiliki struktur seperti untaian manik-manik yang disebut nukleosom. Manik-manik berdiameter 10 nm dan filament penghubungnya berdiameter 2 nm. Nukleosom terdiri dari suatu pusat, DNA dan histon H1. Pusat merupakan empat pasang histon yaitu H2A, H2B, H3 dan H4. Pusat ini dililit oleh DNA sebanyak dua kali lilitan.

DNA terdiri dari gula deoksiribosa, basa nitrogen dan fosfat. Basa nitrogen terdiri dari purin (adenine dan guanin) dan pirimidin (sitosin dan timin). Bertindak sebagai tulang punggung rantai DNA adalah gula dan fosfat. Struktur DNA adalah double heliks dengan gula-fosfat berada di luar. Dua buah pilinan dihubungkan dengan ikatan hidrogen antara basa-basa DNA. Basa adenine (A) berpasangan dengan timin (T) dengan dua ikatan hidrogen, sedangkan basa sitosin (C) berpasangan dengan basa guanine (G) melalui tiga ikatan hidrogen.

DNA prokariot berbentuk sirkular. Di dalam sel bakteri, DNA dikemas dalam bentuk nukleoid. Di dalam sel yang laju sintesisnya tinggi, permukaan nukleoid bergelombang, sedang nukleoid yang tidak aktif tampak padat. Jika sintesis tinggi, DNA mengurai dari nukleoid untuk menyediakan cetakan. Nukleoid selain mengandung DNA juga mengandung RNA dan protein terutama RNA polymerase. Protein dan RNA nukleoid menjaga agar DNA tetap dalam keadaan bergelung. Jika nukleoid diberikan RNAse, DNA akan terurai.

Pada virus, informasi genetik tidak hanya berada dalam bentuk DNA. RNA juga mempunyai kemampuan genomik. Virus mengandung DNA atau RNA.

DNA membawa informasi genetik dan bagian DNA yang membawa ciri khas yang diturunkan disebut gen. Perubahan yang terjadi pada gen akan menyebabkan terjadinya perubahan pada produk gen tersebut. Gen sering juga diartikan sebagai ruas DNA yang menghasilkan produk gen yang berupa enzim yang dikenal dengan teori satu gen satu enzim. Karena enzim dapat merupakan kombinasi polipeptida..maka teori tersebut diubah menjadi satu gen satu polipeptida.

Konsep dasar menurunnya sifat secara molekuler adalah merupakan aliran informasi dari DNA ke RNA ke urutan asam amino. Konsep dasar ini disebut sebagai dogma genetik. Pada dogma genetik juga tercermin cara mempertahankan ciri khas supaya tetap sama melalui proses replikasi. Dogma genetik ini bersifat universal yang berlaku baik bagi prokariot maupun eukariot.

Replikasi DNA

Sebelum sel membelah, DNA harus direplikasi dalam fase S dari siklus sel. Proses replikasi melibatkan enzim polymerase. Proses ini melibatkan pembukaan utas ganda DNA, sehingga memungkinkan terjadinya perpasangan basa untuk membentuk utas baru. Pembentukan utas komplementer terjadi melalui perpasangan basa antara A dengan T dan G dengan C. Dalam replikasi DNA, setiap utas DNA lama berperan sebagai cetakan untuk membentuk DNA baru.

Model DNA Watson dan Crick menyatakan bahwa saat double heliks bereplikasi, masing-masing dari kedua molekul anak akan mempunyai satu untai lama yang erasal dari satu molekul induk dan satu untai yang baru. Model replikasi ini disebut model semikonservatif.

Model lainnya adalah model konservatif dimana molekul induk tetap dan molekul baru disintesis sejak awal. Model ketiga disebut model dispersif yaitu bahwa keempat untai DNA, setelah replikasi double heliks, mempunyai campuran anatara DNA baru dan DNA lama.

Pengujian yang dilakukan oleh Meselson dan Stahl menunjukkan bahwa replikasi DNA terjadi secara semikonservatif.

Daerah penggandaan bergerak sepanjang DNA induk membentuk replication fork. Pada daerah ini, kedua utas DNA yang baru, disintesis dengan bantuan sekelompok enzim, salah satunya adalah DNA polimerase. Sintesis DNA tidaklah berjalan secara kontinu pada kedua utas cetakan. Hal ini karena kedua utas DNA tersusun sejajar berlawanan arah atau antiparalel. Maka utas DNA baru akan tumbuh dari 5′ - 3′ sedang yang lainnya dari 3′ - 5′ pada cetakan. Sintesis dari 3′ - 5′ tidak mungkin dilakukan karena tidak ada DNA polymerase untuk arah 3′ - 5′.

Replikasi DNA pada cetakan 3′ - 5′ terjadi seutas demi seutas dengan arah 5′ - 3′ yang berarti replikasi berjalan meninggalkan replication fork. Utas-utas pendek tersebut kemudian dihubungkan oleh enzim ligase DNA. Dalam replikasi DNA terdapat utas DNA yang disintesis secara kontinu yang terjadi pada cetakan 5′ - 3′. Utas DNA yang disintesis secara kontinu ini disebut utas utama atau leading strand. Sedangkan utas DNA baru yang disintesis pendek-pendek seutas-demi seutas disebut utas lambat atau lagging strand. Utas-utas pendek atau fragmen-fragmen pendek yang terbentuk disebut fragmen Okazaki.

Sintesis pada leading strand memerlukan molekul primer pada permulaan replikasi Setelah replication fork terbentuk, polymerase akan bekerja secara kontinu sampai utas DNA baru selesai direplikasi. Pada sintesis lagging strand, diperlukan enzim lain primase DNA. Setelah utas DNA terbuka untuk melakukan replikasi, dan setelah terbuka pada lagging strand, utas harus dijaga agar tetap terbuka. Jadi dalam proses replikasi DNA melibatkan beberapa protein baik berupa enzim maupun non-enzim yaitu :

Polimerase DNA : enzim yang berfungsi mempolimerisasi nukleotida-nukleotida
Ligase DNA : enzim yang berperan menyambung DNA utas lagging
Primase DNA : enzim yang digunakan untuk memulai polimerisasi DNA pada lagging strand
Helikase DNA : enzim yang berfungsi membuka jalinan DNA double heliks
Single strand DNA-binding protein : mestabilkan DNA induk yang terbuka

Replication fork berasal dari struktur yang disebut replication bubble yaitu daerah menggelembung tempat pilinan DNA induk terpisah untuk berfungsi sebagi cetakan pada sintesis DNA.

Transkripsi

Transkripsi DNA merupakan proses pembentukan RNA dari DNA sebagai cetakan. Proses transkripsi menghasilkan mRNA, rRNA dan tRNA. Pembentukan RNA dilakukan oleh enzim RNA polymerase. Proses transkripsi terdiri dari 3 tahap yaitu :

Inisiasi : enzim RNA polymerase menyalin gen, sehingga pengikatan RNA polymerase terjadi pada tempat tertentu yaitu tepat didepan gen yang akan ditranskripsi. Tempat pertemuan antara gen (DNA) dengan RNA polymerase disebut promoter. Kemudian RNA polymerase membuka double heliks DNA. Salah satu utas DNA berfungsi sebagai cetakan.

Nukleotida promoter pada eukariot adalah 5′-GNNCAATCT-3′ dan 5′- TATAAAT-3′. Simbul N menunjukkan nukleotida (bisa berupa A, T, G, C). Pada prokariot, urutan promotornya adalah 5′-TTGACA-3′ dan 5′-TATAAT-3′.

Elongasi : Enzim RNA polymerase bergerak sepanjang molekul DNA, membuka double heliks dan merangkai ribonukleotida ke ujung 3′ dari RNA yang sedang tumbuh.
Terminasi : terjadi pada tempat tertentu. Proses terminasi transkripsi ditandai dengan terdisosiasinya enzim RNA polymerase dari DNA dan RNA dilepaskan.

mRNA pada eukariota mengalami modifikasi sebelum ditranslasi, sedangkan pada prokariota misalnya pada bakteri, mRNA merupakan transkripsi akhir gen. mRNA yang baru ditranskrip ujung 5′nya adalah pppNpN, dimana N adalah komponen basa-gula nukleotida, p adalah fosfat. mRNA yang masak memiliki struktur 7mGpppNpN, dimana 7mG adalah nukleotida yang membawa 7 metil guanine yang ditambahkan setelah transkripsi. Pada ujung 3′ terdapat pNpNpA(pA)npA. Ekor poli A ini ditambahkan berkat bantuan polymerase poli (A). tetapi mRNA yang menyandikan histon, tidak memiliki poli A.

Hasil transkripsi merupakan hasil yang memiliki intron (segmen DNA yang tidak menyandikan informasi biologi) dan harus dihilangkan, serta memiliki ekson yaitu ruas yang membawa informasi biologis. Intron dihilangkan melalui proses yang disebut splicing. Proses splicing terjadi di nukleus.

Splicing dimulai dengan terjadinya pemutusan pada ujung 5′, selanjutnya ujung 5′ yang bebas menempelkan diri pada suatu tempat pada intron dan membentuk struktur seperti laso yang terjadi karena ikatan 5′-2′fosfodiester. Selanjutnya tempat pemotongan pada ujung 3 terputus sehingga dua buah ekson menjadi bersatu.

rRNA dan tRNA merupakan hasil akhir dari proses transkrips, sedangkan mRNA akan mengalami translasi.

tRNA adalah molekul adaptor yang membaca urutan nukleotida pada mRNA dan mengubahnya menjadi asam amino. Struktur molekul tRNA adalah seperti daun semanggi yang terdiri dari 5 komponen yaitu

Lengan aseptor: merupakan tempat menempelnya asam amino,
Lengan D atau DHU: terdapat dihidrourasil pirimidin,
Lengan antikodon: memiliki antikodon yang basanya komplementer dengan basa pada mRNA
Lengan tambahan
Lengan TUU: mengandung T, U dan C

Translasi

Pada prokariota yang terdiri dari satu ruang, proses transkripsi dan translasi terjadi bersama-sama. Translasi merupakan proses penerjemahan kodon-kodon pada mRNA menjadi polipeptida. Dalam proses translasi, kode genetic merupakan aturan yang penting. Dalam kode genetic, urutan nukleotida mRNA dibawa dalam gugus tiga - tiga. Setiap gugus tiga disebut kodon. Dalam translasi, kodon dikenali oleh lengan antikodon yang terdapat pada tRNA.

Mekanisme translasi adalah:

Inisiasi. Proses ini dimulai dari menempelnya ribosom sub unit kecil ke mRNA. Penempelan terjadi pada tempat tertentu yaitu pada 5′-AGGAGGU-3′, sedang pada eukariot terjadi pada struktur tudung (7mGpppNpN). Selanjutnya ribosom bergeser ke arah 3′ sampai bertemu dengan kodon AUG. Kodon ini menjadi kodon awal. Asam amino yang dibawa oleh tRNA awal adalah metionin. Metionin adalah asam amino yang disandi oleh AUG. pada bakteri, metionin diubah menjadi Nformil metionin. Struktur gabungan antara mRNA, ribosom sub unit kecil dan tRNA-Nformil metionin disebut kompleks inisiasi. Pada eukariot, kompleks inisiasi terbentuk dengan cara yang lebih rumit yang melibatkan banyak protein initiation factor.
Elongation. Tahap selanjutnya adalah penempelan sub unit besar pada sub unit kecil menghasilkan dua tempat yang terpisah . Tempat pertama adalah tempat P (peptidil) yang ditempati oleh tRNA-Nformil metionin. Tempat kedua adalah tempat A (aminoasil) yang terletak pada kodon ke dua dan kosong. Proses elongasi terjadi saat tRNA dengan antikodon dan asam amino yang tepat masuk ke tempat A. Akibatnya kedua tempat di ribosom terisi, lalu terjadi ikatan peptide antara kedua asam amino. Ikatan tRNA dengan Nformil metionin lalu lepas, sehingga kedua asam amino yang berangkai berada pada tempat A. Ribosom kemudian bergeser sehingga asam amino-asam amino-tRNA berada pada tempat P dan tempat A menjadi kosong. Selanjutnya tRNA dengan antikodon yang tepat dengan kodon ketiga akan masuk ke tempat A, dan proses berlanjut seperti sebelumnya.
Terminasi. Proses translasi akan berhenti bila tempat A bertemu kodon akhir yaitu UAA, UAG, UGA. Kodon-kodon ini tidak memiliki tRNA yang membawa antikodon yang sesuai. Selanjutnya masuklah release factor (RF) ke tempat A dan melepaska rantai polipeptida yang terbentuk dari tRNA yang terakhir. Kemudian ribosom berubah menjadi sub unit kecil dan besar.

Mitokondria merupakan organel yang berfungsi menyediakan energy selular (ATP). Ukuran dan bentuk mitokondria bervariasi menurut jaringannya dan menurut keadaan fisiologis sel. Kebanyakan mitokondria berbentuk oval atau jorong dengan diameter antara 0.5 sampai 1 µm dan panjang sampai 7 µm. Mitokondria tidak dapat dilihat dengan mikroskop cahaya, karena ukurannya yang sangat kecil.

Mitokondria diliputi oleh selaput rangkap yang disebut memban luar dan membrane dalam. Selaput dalam membagi ruang organel menjadi dua yaitu matriks dan ruang antar selaput. Matriks berisi cairan seperti gel diliputi oleh selaput dalam. Matriks, ruang antar selaput, selaput luar dan selaput dalam mengandung bermacam-macam enzim. Matriks mengandung enzim-enzim siklus Kreb, garam dan air, DNA sirkuler dan ribosom.

Selaput dalam mempunyai area permukaan yang lebih luas karena berlipat-lipat dan masuk ke dalam matriks. Lipatan-lipatan ini disebut krista yang bervariasi dalam jumlah dan bentuknya. Mitokondria dapat mengkode bagian-bagian proteinnya dengan alat-alat yang dimiliki.

Makanan dioksidasi untuk menghasilkan elektron berenergi tinggi yang dikonversi menjadi energy yang tersimpan. Energi ini disimpan dalam bentuk ikatan fosfat kaya energy dalam molekul yang disebut adenosine triphosphate, atau ATP. ATP dikonversi dari adenosine diphosphate dengan menambahkan grup fosfat dengan ikatan kaya energi. Bermacam-macam reaksi di dalam sel dapat menggunakan energy (dimana ATP dikonversi kembali menjadi ADP, melepaskan energy tinggi) atau menghasilkan energy (dimana ATP dihasilkan dari ADP).

Tahap dari glikolisis ke rantai transport elektron.

Makanan diubah menjadi energy ATP dan air. Makanan pensupply energy mengandung gula dan karbohidrat. Gula dipecah dengan bantuan enzim yang memecahnya menjadi bentuk yang paling sederhana dari gula yaitu glukosa. Selanjutnya glukosa memasuki sel dengan molekul khusus pada membrane yang disebut “glucose transporters”.

Saat dalam sel, glukosa dipecah menjadi ATP melalui dua lintasan. Lintasan pertama tidak memerlukan oksigen dan disebut anaerobic metabolism. Lintasan ini disebut glikolisis dan terjadi dalam sitoplasma diluar mitokondria. Selama glikolisis , gula dipecah menjadi piruvat. Makanan lain seperti lemak dapat juga dipecah untuk digunakan sebagai bahan bakar. Setiap reaksi didisain untuk menghasilkan beberapa ion hydrogen (elektron) yang dapat digunakan untuk membuat paket energi (ATP). Tetapi hanya 4 molekul ATP dapat dibuat oleh satu molekul glukosa melalui lintasan ini. Oleh karena itu mitokondria dan oksigen menjadi penting. Proses pemecahan perlu dilanjutkan dengan siklus Kreb’s di dalam mitokondria untuk memperoleh cukup ATP untuk melangsungkan fungsi-fungsi sel.

Piruvat dibawa ke dalam mitokondria dan dikonversikan menjadi Acetyl Co-A yang memasuki siklus Kreb’s. Reaksi pertama ini menghasilkan carbon dioxide karena melibatkan pengeluaran satu karbon dari piruvat.

Bagaimana siklus Kreb’s bekerja?

Siklus Kreb’s juga disebut citric acid cycle berfungsi untuk mendapatkan sebanyak-banyaknya lektron dari makanan yang dimakan. Elektron ini (dalam bentuk ion hidrogen) digunakan untuk mengendalikan pompa yang menghasilkan ATP. Energi yang dibawa ATP selanjutnya digunakan untuk semua macam fungsi selular seperti pergerakan, transport, keluar dan masuknya produk, pembelahan, dan lain-lain.

Untuk melakukan siklus Kreb’s cycle, beberapa molekul penting diperlukan. Pertama, diperlukan piruvat yang dibuat melalui glikolisis dari glukosa. Kemudian diperlukan molekul carrier untuk electron. Terdapat dua tipe molekul yaitu nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) dan flavin adenine dinucleotide (FAD+). Molekul ketiga yang diperlukan adalah oxygen.

Piruvat adalah molekul dengan 3 karbon. Setelah memasuki mitokondria, piruvat dipecah menjadi molekul dengan 2 karbon oleh enzim khusus. Reaksi ini melepaskan karbon dioksida. Molekul dengan 2 karbon disebut Acetyl CoA dan molekul ini memasuki siklus Kreb’s dengan cara bergabung dengan molekul 4 karbon yang disebut oxaloacetate. Ketika dua molekul ini bergabung , menghasilkan molekul 6 karbon yang disebut citric acid (2 karbon + 4 karbon = 6 karbon). Hal inilah yang menyebabkan siklus Kreb juga disebut siklus Citric acid. Citric acid kemudian dipecah dan dimodifikasi, dan melepaskan ion hidrogen dan molekul karbon. Molekul karbon digunakan untuk membuat karbon dioksida dan ion hidrogen ditangkap oleh NAD dan FAD. Proses ini kembali menghasilkan oxaloacetate.

Fosforilasi oksidatif

Saat ion hidrogen atau elektron diambil dari sebuah molekul, maka molekul dikatakan dioksidasi. Ketika ion hidrogen atau elektron diberikan kepada sebuah molekul maka molekul tersebut direduksi. Saat molekul fosfat ditambahkan kepada sebuah molekul, maka molekul tersebut dikatakan difosforilasi. Jadi fosforilasi oksidatif berarti proses yang melibatkan penghilangan ion hidrogen dari satu molekul dan penambahan molekul fosfat ke molekul lainnya.

Pada siklus Kreb, ion hidrogen atau elektron diberikan kepada dua molekul carrier. Mereka ditangkap oleh NAD atau FAD dan molekul pembawa ini akan menjadi NADH dan FADH (karena membawa ion hidrogen).

Elektron-elektron ini dibawa secara kimia ke sistem respirasi atau rantai transport electron yang terdapat di Krista mitokondria. NADH dan FADH secara esensial berfungsi sebagai pengangkut dari satu kompleks ke kompleks yang lain. Di setiap situs sebuah pompa proton mentransfer hidrogen dari satu sisi membrane ke yang lainnya. Hal ini menghasilkan sebuah gradient melintasi membrane dalam dengan konsentrasi hydrogen yang lebih tinggi pada ruang interkrista (ruang antara membrane dalam dan membrane luar). Elektron dibawa dari satu kompleks ke kompleks yang lain oleh ubiquinone dan cytochrome C.

Cytochrome oxidase kompleks mengkatalisis transfer elektron ke oksigen menjadi air. Pompa chemiosmotic menghasilkan gradient proton electrochemical melewati membrane yang digunakan untuk menjalankan “energy producing machine” yaitu ATP synthase.

Proses ini memerlukan oksigen sehingga disebut “aerobic metabolism”. ATP synthase menggunakan energy dari gradient ion hydrogen (juga disebut proton) untuk membentuk ATP dari ADP dan fosfat. Juga menghasilkan air dari hidrogen dan oksigen.

Kunci untuk sebuah kelangsungan dari kehidupan suatu spesies adalah kelestarian dan untuk “virus” ada di dalam asam nukleat (genom).Oleh karena kehidupan dapat dibentuk oleh asam nukleat.Dengan demikian kita dapat mendefinisikan bahwa virus adalah sedikit asam nukleat yang berasal dari RNA atau DNA yang dikelilingi oleh mantel pelindung dan asam nukleid ini dapat meregenerasi menyerang metabolisme prokariot yang sesuai atau sel inang eukariotik yang sesuai. Sebagaimana mestinya, virus tidak akan hidup, virus memiliki karakteristik dengan berbagai sel.

Asam nukleat virus dapat masuk ke dalam sel inang yang sesuai, keberadaan virus ini sangat penting dan dapat memobilisasi kapasitas sintesis selular dan memaksa sel inang menghasilkan partikel virus.Viral mRNA dapat disintesis oleh polymerase yang tersedia pada sel inang atau disediakan oleh virus.Namun,virus translasi tidak mengandung enzim dan virus sangat bergantung pada mesin translasi dari sebuah sel inang untuk mensintesis protein virus.

Dan asal mula tentang bagaimana fungsi virus dimulai dengan tinjauan tentang struktur dasar virus (gambar 14.1). Inti dari virus adalah genom yang dapat dibagi menjadi RNA atau DNA.Seperti sel-sel hewan, tumbuhan, atau bakteri, virus jarang mengandung asam nukleat karena terikat oleh mantel protein pelindung yang disebut kapsid. Kapsid dan genom bersama-sama membentuk sebuah nukleokapsid. Beberapa virus didefinisikan sebagai sebuah mantel membran yang mengelilingi nukleokapsid dan hal ini yang dianggap sebagai mantel virus. Membran sel inang adalah sumber mantel dari virus dan mengelilingi nukleokapsid seperti yang terdapat dalam sel yang terinfeksi virus HIV, spesifikasi protein virus terdapat pada mantel,melekat sebelum sampai ke virus.

Semua virus terdapat pada dua tempat: ekstrselluler dan intraselluler, yang terdapat pada ekstraselluler adalah virion atau partikel virus yang cukup dalam.Varion adalah bentuk dimana virus berpindah dari satu sel inang ke sel inang lainnya. Pada intraselluler, asam nukleat virus menyebabkan sel inang untuk mensintesis virus. Dengan demikian reproduksi virus disebut infeksi. Suatu infeksi virus bisa menjadi produktif yang akan mengarah kepada keturunan virus yang tidak produktif, dimana virus dapat tetap berdormansi didalam sel, menyebabkan tidak terjadinya infeksi. Dengan manifestasi dari infeksi virus hewan, kemungkinan selalu disertai oleh bibit-bibit penyakit, seperti yang terjadi pada kasus campak. Tingkat ketidakjelasan yang terjadi pada kasus peningkatan virus pada setiap kasus klnis mungkin rata-rata sampai 100 atau lebih.

Industri fermentasi adalah istilah yang digunakan untuk proses menghasilkan produk dengan memanfaatkan kapasitas mikroba. Banyak organisme yang digunakan secara komersil, seperti actinomycetes, yang tidak akan berkembang tanpa adanya oksigen dan berpengaruh dalam fermentasi. Di dalam industri, fermentasi dalam skala besar sangat berpengaruh dalam menghasilkan produk biologi dalam tangki maupun kaleng. Setiap mikroorganisme dipekerjakan dalam industri fermentasi secara khusus, dan dengan sangat hati-hati diseleksi kemampuannya untuk melakukan tugas yang diperintahkan. Adakalanya produk baru belum terlalu diminati atau mayarakat selektif dalam mencari kebutuhan, yang mana kemampuan produsen dalam menghasilkan produk-produk kebutuhan tidak memiliki perbedaan yang signifikan dari produk yang dihasilkan dari jenis mikroba. Bagaimanapun, perkembangannya sangat hati-hati karena kebudayaan asli masih melekat, sebelum dibutuhkannya produk-produk ini.

Metabolisme berupa asam amino, vitamin B, dan asam nukleit berasal dari produksi yang berlebih dari beberapa mikroorganisme dan dikeluarkan kedalam area terdekat dari lingkungan. Mikroorganisme lain yang juga terdapat di lingkungan dapat membentuk senyawa ini. Satu hal yang dapat memproduksi sebuah metabolisme secara berlebih tetapi membutuhkan pertumbuhan, yakni dengan melepaskan metbolisme yang lain. Mikroorganisme berpengaruh di alam dalam proses produksi dalam jumlah yang banyak, ketika peran mikroba masih sangat sederhana, mikroorganisme tersebut tumbuh dalam laboratorium, dengan menghasilkan sejumlah besar metabolisme. Pertumbuhan yang tidak sesuai di laboratorium boleh jadi merupakan informasi genetik dan mempertinggi angka produksi metabolisme seperti antibiotik.

Mikroba dinilai dalam membentuk produk memiliki keuntungan yang tinggi dengan diseleksi secara khusus, dan mungkin tidak akan bertahan di luar laboratorium. Dipilihnya genetik yang stabil selama proses fermentasi dan tidak berubah selama prosesnya berlangsung, mikroba dengan cepat tumbuh sebagai organisme yang menghasilkan produk berguna dalam periode yang pendek. Hal ini secara umum bisa berbahaya bagi manusia dan lingkungan karena pertahanan industri mikroba dalam memfermentasikan pada skala besar sangat sulit dan mahal.

Dua hal yang biasa digunakan untuk memperbaiki mikroba dengan membangkitkan metabolisme yang bermanfaat, yakni mutasi dan seleksi. Ilmuan menggunakan cara mutagen dan memilih paling banyak cara diantara progeny. Selanjutnya terjadi pengulangan daur hidup, secara meningkat dalam ragi gandum. Sebagai contoh, kemurnian Penicillum chrysogenum bahwa ragi 1.2 miligram dari penicillin per liter telah digunakan untuk memproduksi lebih dari 50.000 miligram per liter.

Belajar euy

Popular Posts

Download

Blog Archive

Teman-Teman