Minggu, 21 Oktober 2012

kode genetik



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            *