Biologi molekuler merupakan suatu ilmu yang mempelajari fenomena biologis pada aras molekuler. Sejak ditemukannya struktur DNA oleh Watson dan Crick (Gambar 1), ilmu ini berkembang dengan sangat pesat. Hal ini terjadi karena hampir semua peristiwa fenomena biologis saat ini, dituntut untuk bisa dijelaskan sampai level molekuler. Ketika mendengar kata level molekuler berati sampai level DNA, RNA, protein dan sebagainya. Sebagai contoh, mekanisme kerja obat sekarang tidak cukup jika hanya dijelaskan sampai level seluler namun sudah bisa dijelaskan sampai level DNA. Pada masa kini, seorang apoteker dituntut untuk bisa menjelaskan mekanisme obat sampai level molekuler. Bahkan, ilmu-ilmu yang ada sekarang makin menyempit ke arah molekuler, misal Farmakologi Molekuler, Toksikologi Molekuler, dan Farmakoepidemiologi Molekuler. Empat ilmu di atas, memerlukan landasan ilmu Biologi Molekuler yang kuat.
Gambar 1. Struktur double helix DNA. Struktur DNA dikemukakan oleh Watson dan Crick pada tahun 1965, mereka menyatakan bahwa model struktur DNA adalah untai ganda, dengan orientasi yang berlawanan (antiparalel), rantai 1 membentuk arah 5’ –> 3’, berpasangan dengan rantai dengan arah 3’ –> 5’. Kedua rantai berikatan dengan ikatan hidrogen antara basa A=T (2 ikatan H), dan G=C (3 ikatan H).
Dogma Sentral Biologi Molekuler
Salah satu hallmark (penanda/karakteristik) dari suatu kehidupan yaitu reproduksi. Informasi genetik dari suatu sel dengan segala keunikannya tentunya harus dapat diturunkan ke anakannya. Informasi gentik (genom) disimpan menggunakan asam nukleat, yaitu DNA. Asam nukleat ini mampu menyimpan sejumlah besar informasi secara stabil hanya melalui 4 macam yakni adenin (A), sitosin (C), guanin (G) dan timin (T), yang tersusun menjadi rantai DNA. Informasi yang disimpan DNA tersebut akan diduplikasikan saat terjadi pembelahan sel (REPLIKASI) dan akan disalin menjadi mRNA (TRANSKRIPSI), yang selanjutnya RNA yang terjadi tersebut akan ditranslasikan menjadi urutan asam amino dari protein (TRANSLASI). Proses tersebut dinyatakan sebagi Dogma Sentral dari biologi molekuler (Gambar 2).
Gambar 2. Dogma sentral biologi molekuler. (1) DNA ditranskripsi oleh enzim RNA polymerase menjadi mRNA, (2) mRNA yang terbentuk mengalami proses pasca-transkripsi berupa pembuangan intron sehingga menjadi RNA mature, (3) mRNA ditranslasi menjadi urutan asam amino/protein yang terjadi di sitosol, (4) DNA diperbanyak melalui proses replikasi melibatkan ezim DNA polymerase.
Gen memberi perintah untuk membuat protein tertentu. Tetapi gen tidak membangun protein secara langsung. Jembatan antara DNA dan sintesis protein adalah RNA. Kita ketahui bahwa RNA secara kimiawi serupa dengan DNA, kecuali RNA mengandung ribosa, bukan deoksiribosa sebagai gulanya. Sedangkan untuk basa nitrogen pada RNA adalah urasil (U), bukan timin (T). Dengan demikian, setiap nukleotida di sepanjang untai DNA memiliki deoksiribosa sebagai gulanya dan A, G, C, T sebagai basanya. Sedangkan pada RNA memiliki gula ribose dan A, G, C, U sebagai basanya.
Aliran informasi genetik mirip dengan urutan-urutan huruf tertentu yang menyampaikan informasi dalam bahasa tulisan. Pada DNA atau RNA, monomernya merupakan keempat jenis nukleotida yang berbeda dalam basa nitrogennya. Gen biasanya panjangnya mencapai ratusan atau ribuan nukleotida, masing-masing memiliki urutan basa yang spesifik. Setiap polipeptida dari suatu protein juga memiliki monomer yang tersusun pada struktur primer, tetapi monomernya adalah ke-20 asam amino tersebut. Dengan demikian, asam nukleat dan protein berisi informasi yang ditulis dalam dua bahasa kimia yang berbeda (Gambar 3). Untuk beralih dari DNA, yang ditulis dalam satu bahasa, ke protein, yang ditulis dalam bahasa lain, membutuhkan dua tahapan utama yaitu transkripsi dan translasi.
Gambar 3. Ilustrasi aliran informasi genetik yang ditulis dalam dua bahasa kimia yang berbeda
Transkripsi merupakan sintesis RNA berdasarkan template DNA. Kedua asam nukleat menggunakan bahasa yang sama dan informasinya tinggal ditranskripsi (disalin) dari satu molekul ke molekul yang lain. Persis sebagai mana saat proses replikasi, untai DNA menyediakan suatu cetakan (template) untuk sintesis untai komplemen terbaru, pada transkripsi juga disediakan template untuk menyusun RNA. Molekul RNA yang dihasilkan merupakan transkrip penuh dari perintah pembangun protein dari gen tersebut. Jenis molekul RNA ini disebut RNA messenger (mRNA).
Gambar 4. Lokasi terjadinya transkripsi dan translasi pada eukariot. Transkripsi terjadi di nukleus dan mRNA dikirim ke sitoplasma di mana terjadi translasi. Gen memprogram sintesis protein melalui pesan genetik dalam bentuk mRNA. Dengan kata lain, sel diatur oleh rantai perintah molekuler: DNA –> RNA -> protein.
Translasi merupakan sintesis polipeptida yang sesungguhnya, yang terjadi berdasarkan arahan mRNA. Selama tahapan ini terjadi perubahan bahasa, sel menerjemahkan (mentranslasi) urutan basa molekul mRNA ke dalam urutan asam amino polipeptida. Tempat translasi adalah ribosom yang terletak di sitoplasma.
Walaupun mekanisme dasar transkripsi dan translasi serupa untuk prokariot dan eukariot, namun terdapat perbedaan penting dalam aliran informasi genetik di dalam sel. Karena bakteri tidak memiliki nukleus, DNA-nya tidak tersegregasi dari ribosom dan perlengkapan pensintesis-protein lainnya. Transkripsi dan translasi dipasangkan dengan ribosom menempel pada ujung depan molekul mRNA sewaktu transkripsi masih terus berlangsung. Sebaliknya, dalam sel eukariotik, selubung nukleus memisahkan transkripsi dan translasi dalam ruang dan waktu. Transkripsi terjadi di nukleus dan mRNA dikirim ke sitoplasma di mana terjadi translasi (Gambar 4). Tetapi sebelum mRNA meninggalkan nukleus, transkrip RNA dimodifikasi dengan berbagai cara untuk menghasilkan mRNA yang fungsional. Dengan demikian, pada proses 2 langkah ini, transkrip gen eukariotik menghasilkan pre-mRNA, dan pemrosesan RNA menghasilkan mRNA akhir.
cited from: Sarmoko
