Kode
genetik adalah cara pengkodean urutan nukleotida pada DNA atau RNA untuk
menentukan urutan asam amino pada saat sintesis protein. Informasi pada kode
genetik ditentukan oleh basa nitrogen pada rantai DNA yang akan menentukan
susunan asam amino.
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 baru dapat untuk menterjemahlkan 16 asam amino, maka ini pun belum
cukup juga. Selanjutnya dicoba dengan triplet
dan dapat menterjemahkan 64 asam amino. Hal ini menjadikan ada beberapa kodon
yang memiliki fungsi yang sama diantaranya (kodon asparagin (GAU dan GAS),
tirosin (UAU, UAS). Hal
tersebut sangat menguntungkan pada proses pembentukkan protein
karena dapat menggantikan asam amino yang kemungkinan rusak. Dari 20 asam amino diantaranya ada yang berfungsi
sebagai agen pemotong gen agar
tidak dapat bersambung lagi dengan doubel helix. Asam amino
yang berfungsi sebagai agen pemotong gen diantaranya (UAA, UAG, UGA) atau kodon stop.
Sifat-sifat kode genetik
1.
Kode genetik bersifat berdegenerasi
Berdegenerasi artinya asam amino yang diuji
bisa dispesifikasikan lebih dari satu kodon. Kecuali pada metionin (AUG) dan
triptofan (UGG) yang memiliki kodon tunggal atau sebagai kodon start. Perlu
diketahui bahwa degenerasi kode tidaklah seragam. Sebagai contoh, leusin dan
serin mempunyai enam kodon, glisin dan alanina mempunyai empat kodon, dan
glutamat, tirosin, dan histidin mempunyai dua kodon. Ketika satu asam amino
mempunyai kodon ganda, perbedaan antara kodon biasanya terlihat pada basa yang
ketiga (pada ujung 3'). Sebagai contoh, alanina dikode oleh triplet GCU, GCA,
GCG, GCC.
2.
Tidak
tumpang tindih
Kode genetik tidak tumpang tindih, artinya tiada satu basa tungggalpun yang dapat
mengambil bagian dalam pembentukan lebih dari satu kodon, sehingga 64 itu
berbeda-beda nukleotidanya. Kode genetik dapat mempunyai dua arti yaitu kodon
yang sama dapat memperinci lebih dari satu asam amino. Tidak ada kombinasi dari
tiga basa yang sama yang mongkode suatu asam amino. Satu macam asam amino dapat
disandi oleh lebih dari satu triplet kodon, namun satu macam triplet kodon
tidak bisa menjadi lebih dari satu macam asam amino yang berbeda, misalnya pada
triplet kodon UUU akan menjadi Fenilalanin , tetapi triplet kodon ini tidak
akan bisa menjadi macam asam amino lain.
3.
Tidak Bersifat Ambigu
Kode
genetic tidak bersifat ambigu (bermakna ganda). Artinya sebuah kodon spesifik
hanya menunjukkan satu asam amino tunggal. Perbedaan antara ambigu dan sifat
berdegenerasi merupakan konsep yang sangat penting. Pengenalan tRNA bergantung
pada region antikodon dan kaidah spesifik, komplementer terhadap kodon yang
dinamakan antikodon. Untuk sebuah kodon tertentu di dalam mRNA, hanya satu
spesies tunggal molekul tRNA hanya dapat dimuati oleh satu asam amino spesifik.
Dengan demikian masing-masing kodon menspesifikasi satu asam amino. Meskipun
demikian sebagian molekul tRNA dapat memanfaatkan antikodonnya untuk mengenali
lebih dari satu kodon. Inilah yang menunjukkan bahwa kode genetic bersifat
tidak ambigu.
4.
Bersifat universal
Didalam
mitokondria mamalia, kodon AUA dibaca sebagai metionin dan kodon UGA menkode
triptofan. Kemudian AGA dan AGG dibaca sebagai kodon penghenti atau pengakhir
rantai bukan sebagai arginin.
Tabel kode genetik universal
Pada tahun 1961 Marshall
Nirenberg dan Heinrich Matthaei mengumumkan hasil observasi yang mengusulkan
terobosan pertama. Mereka menginkubasi polyribonucleotide polyuridylate
sintetis (poly(U) yang didesign) dengan ekstrasi E. coli, GTP, dan campuran 20
asam amino dalam 20 tabung berbeda. Pada masing-masing tabung suatu asam amino
yang berbeda diberi label secara radioaktif. Poly(U) dapat dikatakan sebagai
mRNA tiruan yang berisi triplet UUU berurutan, dan triplet ini harus
mempromosikan sintesis polipeptida hanya dari salah satu 20 asam amino yang
berbeda dari yang dilabel dengan triplet UUU. Suatu polipeptida radioaktif
dibentuk di dalam salah satu dari 20 tabung yang berisi fenilalanin radioaktif.
Nirenberg dan Matthaei menyimpulkan bahwa triplet UUU cocok untuk fenilalanin.
Pendekatan yang sama mengungkapkan bahwa polyribonucleotide polycytidylate atau
poly(C) sintetis mengkode formasi.
Saat ini, suatu pendekatan
yang komplementer diperkenalkan oleh H.Gobind Khorana, yang mengembangkan
metoda-metoda untuk mensintesis polyribonucleotida dengan yang digambarkan.
Susunan pengulangan dari dua sampai empat basa. Polipeptida yang dihasilkan
dengan memakai RNAs ini sebagai pengirim pesan (messanger) mempunyai satu atau
beberapa asam amino dengan pola berulang. Pola-pola ini ketika dikombinasikan
dengan informasi dari polimer acak yang digunakan oleh Nirenberg dan
rekan-rekannya, memunculkan tugas kodon yang tidak jelas. Polipeptida yang
disintesis responnya atas polimer ini ditemukan untuk memiliki jumlah treonina
dan histidina yang sama. Dengan cara yang sama, satu RNA dengan tiga basa pada
pola pengulangan harus menghasilkan tiga jenis polipeptida yang berbeda.
Masing-masing polipeptida berasal dari kerangka pembacaan (reading frame) yang
berbeda dan berisi suatu jenis asam amino.
Kode genetik mempunyai
beberapa karakteristik penting. Kunci organisasi informasi genetika dalam
protein dapat ditemukan pada kodon dan pada susunan kodon pada kerangka
pembacaan (reading frame). Perlu diingat bahwa tanpa tanda baca atau isyarat
diperlukan untuk menandai ujung kodon dan permulaan kodon berikutnya. Kerangka
pembacaan harus ditetapkan dengan benar pada permulaan molekul mRNA dan lalu
dipindahkan secara berurutan dari satu triplet ke triplet berikutnya.
Jika kerangka pembacaan awal
diputus oleh satu atau dua basa, atau jika ribosom tanpa sengaja melompati
suatu nukleotida dalam mRNA, semua kodon berikutnya akan berantakan dan akan
menjurus kepada pembentukan protein "missense" dengan susunan asam
amino yang kacau. Beberapa kodon memiliki fungsi khusus. Kodon inisiasi,
AUG, menandakan awal dari rantai polipeptida. AUG tidak hanya adalah kodon
inisiasi dari prokaryota dan eukaryot tetapi juga mengkode residu Met pada
posisi internal polipeptida. Dari 64 triplet nukleotida yang mungkin, tiga (UAA,
UAG, dan UGA) tidak mengkode asam amino yang dikenal. Ketiganya dikenal sebagai
kodon penghentian (termination) atau juga disebut stop codon atau nonsense
codon, yang secara normal menandai akhir sintesis rantai polipeptida.
Ketiga kodon penghentian dinamai
"nonsense codon". Mutasi nonsens ini, dinamai amber, ochre, dan opal,
membantu identifikasi yang mungkin dari UAA, UAG, dan UGA sebagai kodon
penghentian. Pada urutan acak nukleotida, satu dari setiap 20 kodon pada masing-masing
kerangka pembacaan, rata-rata, merupakan kodon penghentian. Dimana kerangka
pembacaan ada tanpa kodon penghentian dari 50 atau lebih kodon, daerah itu
disebut satu kerangka pembacaan terbuka (open reading frame). Kerangka
pembacaan terbuka panjang biasanya berhubungan dengan gen yang mengkode
protein. Contoh
ATGTATTCTTACGGAATCCCTGAT
Sel membaca kalimat di atas sebagai kata-kata 3
huruf:
ATG
TAT TCT TAC GGA ATC CCT GAT
sel menterjemahkan kata-kata itu menjadi:
ATG
TAT TCT TAC GGA ATC CCT
GAT (DNA)
M Y S Y G I P D (Asam
amino)
A TGT ATT CTT ACG GAA TCC CTG AT
Atau seperti
ini:
AT GTA TTC TTA CGG AAT CCC TGA T
Dan apabla
diterjemahkan hasilnya pun akan berbeda:
A
TGT ATT CTT ACG GAA TCC
CTG
AT
C I L T E
S L
AT GTA TTC TTA CGG AAT
CCC TGA T
V F L R
N P *