Gen dan Kode genetik

5 dalam rantai polipeptida Stansfield, dkk., 2006. Penetapan triplet kodon didasarkan atas 20 asam amino penyusun protein dan empat macam basa penyusunnya, sehingga secara matematik apabila menggunakan 2 basa hanya menghasilkan 16 4 2 kode genetik tidak cukup mewakili 20 asam amino dan 64 4 3 kode genetik apabila menggunakan 3 basa. Penggunaan triplet kodon sebagai kombinasi kode genetik menyebabkan satu macam asam amino dapat disandi oleh lebih dari satu triplet kodon, sebagai contoh leusin dapat dikode oleh 6 kodon berbeda pada mRNA. Keadaan ini disebut kode genetikbersifat degenerate Brown, 2002; Stansfield, dkk., 2008; Pai, 2005; Levine, tanpa tahun. Akibat dari degenerasi kode ini, banyak perubahan mutasi dapat terjadi pada sebuah gen tanpa mempunyai efek terhadap komposisi asam amino pada produk gen tersebut. Perubahan tersebut disebut mutasi bisu silent Stansfield dkk., 2008. Pada tahun 1968 Nirenberg, Khorana dan Holley menerima hadiah Nobel untuk penelitian mereka yang sukses menciptakan kode-kode genetik yang hingga sekarang kita kenal.Seperti kita ketahui asam amino dikenal ada 20 macam.Bagaimana 4 basa nitrogen ini dapat mengkode 20 macam asam amino yang diperlukan untuk mengontrol semua aktivitas sel? Para peneliti melakukan penelitian pada bakteri E. Coli. Mula-mula digunakan basa nitrogen singlet maka diperoleh 4 asam amino saja yang dapat diterjemahkan padahal ke 20 asam amino ini harus diterjemahkan semua agar protein yang dihasilkan dapat digunakan, kemudian para ilmuwan mencoba lagi dengan kodon duplet dan untuk menterjemahkan 16 asam amino ini pun belum cukup juga. Kemudian dicoba dengan triplet dan dapat menterjemahkan 64 asam amino. Hal ini wajar sekalipun melebihi 20 asam amino toh dari 64 asam amino yang diterjemahkan ada yang memiliki fungsi yang sama diantaranya kodon asam asparat GAU dan GAS sama dengan asam asam tirosin UAU, UAS dan sama juga dengan triptopan UGG. Bahkan ini sangat menguntungkan pada proses pembentukkan protein karena dapat menggantikan asam amino yang kemungkinan rusak. Selain itu, dari 20 asam amino diantaranya ada yang berfungsi sebagai agen pemotong gen atau tidak dapat bersambung lagi dengan doubel helix. Asam amino yang berfungsi sebagai agen pemotong gen diantaranya UAA, UAG, UGA. Beberapa sifat dari kode triplet diantaranya: 1. Kode genetik ini mempunyai banyak sinonim sehingga hampir setiap asam amino dinyatakan oleh lebih dari sebuah kodon. Contoh semua kodon yang diawali dengan 6 SS memperinci prolin, SSU, SSS, SSA dan SSG semua kodon yang diawali dengan AS memperinci treosin ASU, ASS, ASA, ASG. 2. Tidak tumpang tindih, artinya tidak satu basa tunggalpun yang dapat mengambil bagian dalam pembentukan lebih dari satu kodon, sehingga 64 itu berbeda-beda nukleotidanya. 3. Kode genetik dapat mempunyai dua arti yaitu kodon yang sama dapat memperinci lebih dari satu asam amino. 4. Kode genetik itu ternyata universal. Ini berarti, bahwa kode bagi suatu asam amino tertentu pada bakteri juga memberi kode bagi asam amino yang sama dalam organisma-organisma kompleks. Akhir-akhir ini, sifat universal dari kode telah dimanfaatkan sebaik-baiknya dalam teknik rekayasa genetika, yang memungkinkan para ilmuwan memasukkan DNA manusia ke dalam bakteri. Gen-gen manusia itu ditranskripsi, dan protein-protein manusia disintesa oleh bakteri Elrod, dkk., 2007; Gurungeblog, 2008. Kebanyakan organisme mempunyai kode genetik yang sama kode genetik bersifat universal. Kecuali pada genom mitokondria yang menggunakan kode genetik tidak standard.Kodon 5′-UGA-3′ yang biasanya mengkode untuk terminasi namun pada mitokondria manusia, 5′-UGA-3′ mengkode untuk triptofan.Penggantian kodon terminasi juga di temukan pada genom nuklear eukariotik tingkat rendah.Kodon terminasi 5′-UGA-3′ berubah menjadi selenosistein yang tetap digunakan sebagai kodon terminasi. Pembeda antara selenosistein dengan kodon 5′-UGA-3′ adalah adanya hairpin loop pada mRNA di daerah downstream kodon selenosistein pada prokariot dan pada daerah 3′ yang tidak ditranslasi misalnya bagian mRNA setelah kodon terminasi pada eukariot. Dua contoh diatas meruntuhkan pendapat bahwa kode genetik bersifat universal karena pada kenyataanya kode genetik bersifat tidak universal Brown, 2002. Campbell, dkk.2002, menyatakan bahwa kode genetic hampir bersifat universal, digunakan oleh organism mulai dari bakteri paling sederhana hingga tumbuhan dan hewan yang paling rumit.Kodon RNA CCG misalnya, dtranslasikan sebagai asam amino prolin di semua organisme yang kode genetiknya telah dipelajari. Dalam percobaan laboratorium, gen dapat ditranskripsi dan ditranslasi setelah gen itu dicangkokkan dari satu spesies ke spesies yang lain. Salah satu aplikasinya yang penting adalah bakteri dapat deprogram dengan cara menyisipkan gen manusia untuk mensintesis protein manusia tertentu yang sangat bermanfaat bagi bidang kedokteran. Aplikasi seperti ini telah menghasilkan perkembangan besar dalam bidang 7 bioteknologi.Terdapat beberapa pengecualian mengenai keuniversalan kode genetik ini, yaitu sistem translasi di mana beberapa kodon berbeda dari kodon standar.Contoh utamanya ditemukan dalam eukariot bersel tunggal tertentu, seperti paramecium. Contoh lain ditemukan dalam mitokondria dan kloroplas tertentu, yang mentranskripsi dan mentranslasi gen yang dibawa oleh DNA yang sedikit jumlahnya. Tiap triplet yang mewakili informasi bagi suatu asam amino tertentu dinyatakan sebagai kodon.Kode genetika bersifat degeneratif dikarenakan 18 dan 20 macam asam amino ditentukan oleh lebih dari satu kodon, yang disebut kodon sinonimus.Hanya metionin dan triptofan yang memiliki kodon tunggal.Kodon sinonimus tidak ditempatkan secara acak, tetapi dikelompokkan.Kodon sinonimus memiliki perbedaan pada urutan basa ketiga Gurungeblog, 2008. Pembentukan pasangan basa komplementer antara kodon mRNA dengan antikodonnya pada suatu tRNA pada posisi ketiga dalam triplet biasanya tidak terlalu terbatas seperti halnya pada dua posisi lainnya. Fenomena ini disebut wobble, membuat tRNA yang sama dapat mengenali lebih dari satu kodon mRNA, pada banyak kasus Stansfield, dk k., 2008; Pai, 2005. Kodon 5’- AUG- 3’ yang terletak di ujung suatu molekul mRNA merupakan kodon start inisiasi yang akan menempatkan metionin pada permulaan ujung amino pada semua rantai polipeptida eukariotik. Enam puluh satu kodon merupakan kodon sense yang mengkodekan asam-asam amino.Ada tiga kodon yang tidak dikenali tRNA manapun yaitu UAA, UAG, dan UGA. Kodon-kodon itu disebut dengan kodon nonsenseatau kodon stop, karena merupakan bagian dari tanda dihentikannya sintesis protein pada kodon tesebut. Polipeptida yang telah selesai akan dilepaskan dari tRNA-nya dan ribosom Stansfield, dkk., 2008; Elrod, dkk., 2007; Levine, tanpa tahun. 8 Pustaka Brown, T. A. 2002. DNA in Genomes, 2nd ed. Online, http:www.ncbi.nlm.nih.govbooksbv.fcgi?rid=genomes.section.5818 , diakses tanggal 26 Oktober 2009. Campbell, N. A., Jane, B. R., Lawrence, G. M. 2002.Biologi Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta: Erlangga. Elrod, S. W. Stansfield. 2007. Genetika Edisi Keempat. Jakarta: Erlangga. Gurungeblog. 2008. Kode Genetik.Online, http:gurungeblog.wordpress.com20081115kode-genetik , diakses pada tanggal 26 Oktober 2009. Levine, L. Tanpa tahun.Biologi of The Gene. Murakami, Kazuo dan Mizan, 2007.Keajaiban Kode Genetik. Online, http:amanah- land.blogspot.com200708keajaiban-kode-genetik.html , diakses pada tanggal 26 Oktober 2009. Pai, A.C. 1985. Dasar-Dasar Genetika Edisi Kedua.Diterjemahkan oleh Muchidin Apandi.Foundation Of Genetics. Jakarta: Erlangga. Stanfield, W. D., R. Cano, J. Colome.2006. Biologi Molekuler dan Sel. Diterjemahkan oleh Varian Fahmi.Molecular and Cell Biology. Jakarta: Erlangga. 9

BAB III ASAM AMINO DAN PROTEIN

I. ASAM AMINO A.

KOMPETENSI: 1. mampu menjelaskan ciri-ciri asam amino 2. mampu menjelaskan reaksi kimia asam amino 3. mampu menjelaskan klasifikasi asam amino 4. mampu menjelaskan klasifikasi protein 5. mampu menjelaskan protein dalam fungsi biologi 6. mampu menjelaskan cara pemisahan protein

B. ELEMEN KOMPETENSI 1.

mendeskripsikan dua level yang dipelajari dalam biokimia 2. mendeskripsikan perkembangan ilmu biokimia 3. mendeskripsikan kegunaan ilmu biokimia dalam kehidupan sehari-hari 4. mendeskripsikan fungsi protein dalam kehidupan 5. mampu menjelaskan fungsi protein dalam biologi dan kehidupan 6. mampu menjelaskan cara pemisahan protein

C. MATERI 1. Ciri-ciri Asam Amino

Asam amino adalah senyawa penyusun protein.Asam amino mempunyai satu gugus karboksil dan satu gugus amino.Pada umumnya gugus amino terikat pada posisi  dari gugus karboksil.Struktur:satu atom C sentral yang mengikat secara kovalent:  gugus amino,  gugus karboksil,  satu atom H dan  rantai samping gugus R COOH I 10 Asam amino adalah suatu molekul organik dengan sedikitnya mengandung satu gugus karboksil asam organik dan paling sedikit satu gugus amino basa organik. Dengan penggunaan definisi ini, beratus-ratus asam amino telah diketahui kehadirannya pada sel tumbuhan dan sel hewan. Di dalam bab ini, kita memfokuskan pada kelompok asam amino 20 jenis yang dikode untuk pembentukan protein. Satuan asam amino adalah suatu struktur umum yang terdiri atas karbon C pusat karbon alfa yang dikelilingi oleh suatu hidrogen, gugus karboksil, gugus amino, dan suatu rantai sisi R. Oleh karena penempatan gugus-gugus fungsional ini ada di sekitar α-carbon pusat, maka mereka sering disebut allfa-asam amino. Sifat alami rantai sisi, yang dapat bervariasi dari suatu atom hidrogen sederhana ke sistem kompleks, menentukan reaktivitas biologi dan kimia yang unik dari tiap asam amino. Tabel 3.1 Asam Amino Essensial dan Nonesssensial Essential Nonessential Arginine a Methionine b Alanine Glutamine Histidine Phenylalanine c Aspartate Glycine Isoleucine Threonine Asparagine Proline Leucine Tryptophan Cysteine Serine Lysine Valine Glutamate Tyrosine Asam amino essensial adalah asam amino yang diperlukan oleh makhlukhidup sebagai penyusun protein atau sebagai kerangka molekul-molekul penting. Ia disebut esensial bagi suatu spesies organisme apabila spesies tersebut memerlukannya tetapi tidak mampu memproduksi sendiri atau selalu kekurangan asam amino yang bersangkutan. Untuk memenuhi kebutuhan ini, spesies itu harus memasoknya dari luar lewat makanan.Istilah asam amino esensial berlaku hanya bagi organisme heterotrof .Bagi manusia , ada delapan ada yang menyebut sembilan asam amino esensial yang harus dipenuhi dari diet sehari-hari, yaitu isoleusin, leusin, lisin, metionin, fenilalanin, treonin, triptofan, dan valin.Histidin dan arginin disebut sebagai setengah esensial karena tubuh manusia dewasa sehat mampu memenuhi