Asam ribonukleat ( RNA ) adalah molekul polimer penting dalam berbagai peran biologis seperti pengkodean, dekode, regulasi, dan ekspresi gen. Baik RNA dan DNA adalah asam nukleat. Asam nukleat adalah salah satu makromolekul paling penting untuk semua bentuk kehidupan serta lipid, protein dan karbohidrat. RNA disintesis dari rantai nukleotida seperti halnya DNA, tetapi RNA sering ditemukan secara alami sebagai spiral yang terlipat ke dalam tubuhnya sendiri dan bukan sebagai sepasang duri.
Organisme sel menggunakan messenger RNA ( mRNA atau RNA duta ) untuk mengirimkan informasi genetik (menggunakan huruf G, U, A dan C yang mewakili berbagai jumlah nitrogen guanin, urasil, adenin dan sitosin ) yang akan mengarahkan produksi protein tertentu. Banyak virus menyandikan informasi genetik mereka menggunakan genom RNA.
Beberapa molekul RNA memainkan peran penting dalam sel sebagai katalis untuk reaksi biologis, mengatur ekspresi genetik, atau menyerap dan menghubungkan reaksi dengan sinyal sel. Salah satu dari proses aktif ini adalah sintesis protein, fungsi universal di mana RNA mengarahkan organisasi protein dalam sel tanaman. Ini adalah proses yang memanfaatkan molekul RNA transkripsional ( tRNA ) untuk mengirimkan asam amino ke ribosom, di mana RNA ribosom ( rRNA ) selanjutnya mengikat asam amino ini untuk membentuk protein.
Beberapa molekul RNA berperan aktif dalam sel dengan mengkatalis reaksi biologis, mengendalikan ekspresi gen, atau merasakan dan mengkomunikasikan tanggapan terhadap sinyal seluler. Salah satu dari proses aktif ini adalah sintesis protein, fungsi yang universal di mana molekul mRNA mengarhkan perakitan protein pada ribosom. Proses ini menggunakan molekul RNA transfer (bahasa Inggris: transfer RNA, tRNA) untuk memberikan asam amino ke ribosom, di mana RNA ribosomal (bahasa Inggris: ribosomal RNA, rRNA) kemudian menghubungkan asam amino bersama-sama untuk membentuk protein.
Perbandingan dengan DNA
Struktur kimia RNA sangat mirip dengan DNA, tetapi berbeda dalam tiga cara utama:
- Tidak seperti DNA beruntai kembar, RNA adalah molekul tunggal dalam banyak peran biologis dan memiliki rantai yang lebih pendek. [2] Namun, RNA dapat membentuk heliks kembar beruntai tunggal melalui pasangan basa lengkap, seperti pada tRNA.
- DNA mengandung deoksiribosa sedangkan RNA mengandung ribosa (deoksiribosa tidak memiliki gugus hidroksil yang melekat pada cincin pentosa pada posisi 2 ‘).
- Kelompok hidroksil ini membuat RNA kurang stabil daripada DNA karena lebih rentan terhadap hidrolisis.
- Basa nitrogen yang melengkapi adenin dalam DNA adalah timin, sedangkan zat yang menggantikan vitamin dalam RNA adalah urin, sejenis timin.
RNA yang aktif secara biologis termasuk mRNA, tRNA, rRNA, nRNA, dan RNA non-enkode lainnya mengandung sekuens saling melengkapi yang memungkinkan bagian RNA terlipat dan sepasang sendiri membentuk dua heliks. Analisis RNA menunjukkan bahwa urutan ini sangat teratur. Tidak seperti DNA, struktur molekul RNA ini tidak terdiri dari dua heliks tetapi kombinasi heliks pendek yang dikemas bersama menjadi struktur seperti protein. Dengan cara ini, RNA dapat mencapai katalisis kimia (seperti enzim). Misalnya, penentuan struktur ribosom – enzim yang menginduksi pembentukan ikatan peptida – menunjukkan bahwa situs aktifnya seluruhnya terdiri dari RNA.
Sintesis
Sintesis RNA biasanya dikatalisis oleh enzim – RNA polimerase – dengan menggunakan DNA sebagai templat, suatu proses yang dikenal sebagai transkripsi. Proses ini dimulai dengan pengikatan enzim ke promotor dalam urutan DNA (umumnya dikenal sebagai gen “hulu”). Heliks ganda DNA dibuka oleh enzim helikase yang bergerak di sepanjang templat DNA dari 3 ‘ke 5’ ke arah molekul RNA komplementer ke ekstensi di 5 ‘ke 3’. Urutan DNA ini juga menentukan di mana sintesis RNA ini berhenti.
Struktur RNA
Struktur dasar RNA mirip dengan DNA. RNA merupakan polimer yang tersusun dari sejumlah nukleotida. Setiap nukleotida memiliki satu gugus fosfat, satu gugus pentosa, dan satu gugus basa nitrogen (basa N). Polimer tersusun dari ikatan berselang-seling antara gugus fosfat dari satu nukleotida dengan gugus pentosa dari nukleotida yang lain.
Perbedaan RNA dengan DNA terletak pada satu gugus hidroksil cincin gula pentosa, sehingga dinamakan ribosa, sedangkan gugus pentosa pada DNA disebut deoksiribosa. Basa nitrogen pada RNA sama dengan DNA, kecuali basa timin pada DNA diganti dengan urasil pada RNA. Jadi tetap ada empat pilihan: adenina, guanina, sitosina, atau urasil untuk suatu nukleotida.
Selain itu, bentuk konformasi RNA tidak berupa pilin ganda sebagaimana DNA, tetapi bervariasi sesuai dengan tipe dan fungsinya.
Macam-macam RNA
RNA hadir di alam dalam berbagai macam/tipe. Sebagai bahan genetik, RNA berwujud sepasang pita (Inggris double-stranded RNA, dsRNA). Genetika molekular klasik mengajarkan, pada eukariota terdapat tiga jenis RNA yang terlibat dalam proses sintesis protein:
- RNA-duta (bahasa Inggris: messenger-RNA, mRNA), yang disintesis dengan RNA polimerase I.
- RNA-ribosom (bahasa Inggris: ribosomal-RNA, rRNA), yang disintesis dengan RNA polimerase II
- RNA-transfer (bahasa Inggris: transfer-RNA, tRNA), yang disintesis dengan RNA polimerase III
Messenger RNA (mRNA) membawa informasi tentang urutan protein ke ribosom yang merupakan pabrik sintesis protein di dalam sel. Lembar RNA ini dikodekan sehingga setiap nukleotida (satu kodon ) mewakili satu asam amino. Dalam sel eukariotik, mRNA yang terbentuk awalnya (pre-mRNA) menjadi mRNA dewasa ketika ditranskripsi dari DNA aslinya melalui penghilangan intron – sebuah fragmen pra-mRNA yang tidak dapat dikodekan. MRNA ini kemudian diangkut dari nukleus ke sitoplasma di mana ia berikatan dengan ribosom dan diubah menjadi protein sendiri dengan bantuan tRNA. Pada sel prokariotik yang tidak memiliki nukleus dan sitoplasma, mRNA dapat berikatan dengan ribosom saat mengalami transkripsi dari DNA. Setelah periode waktu tertentu, urutan ini dipecah menjadi komponen nukleotida dengan bantuan ribonuklease.
Transfer RNA ( transfer RNA, tRNA) adalah rantai RNA kecil yang terdiri dari 80 nukleotida yang membawa satu asam amino spesifik ke rantai polipeptida rantai panjang di situs ribosom sintesis protein selama proses penerjemahan mRNA. Molekul-molekul ini memiliki situs pengikatan asam amino serta daerah antikode untuk identifikasi kodon yang mengikat urutan tertentu dalam rantai mRNA melalui ikatan hidrogen.
RNA ribosom (RNA ribosom, rRNA) adalah komponen ribosom yang memiliki kemampuan untuk mengkatalisasi. Ribosom dalam organisme eukariotik memiliki empat jenis molekul rRNA: 18S, 5.8S, 28S dan 5S. Tiga dari molekul rRNA ini disintesis dalam nukleolus, sementara yang lain dihasilkan di tempat lain. Dalam sitoplasma, protein ribosom dan RNA bergabung membentuk nukleoprotein yang disebut ribosom. Ribosom ini berikatan dengan mRNA dan mensintesis protein. Beberapa ribosom dapat dihubungkan dengan satu mRNA pada satu waktu.
Pada akhir abad ke-20 dan awal abad ke-21 diketahui bahwa RNA hadir dalam berbagai macam bentuk dan terlibat dalam proses pascatranslasi. Dalam pengaturan ekspresi genetik orang sekarang mengenal RNA-mikro (miRNA) yang terlibat dalam “peredaman gen” atau gene silencing dan small-interfering RNA (siRNA) yang terlibat dalam proses pertahanan terhadap serangan virus.
Fungsi RNA
Pada sekelompok virus (misalnya bakteriofag), RNA merupakan bahan genetik. Ia berfungsi sebagai penyimpan informasi genetik, sebagaimana DNA pada organisme hidup lain. Ketika virus ini menyerang sel hidup, RNA yang dibawanya masuk ke sitoplasma sel korban, yang kemudian ditranslasi oleh sel inang untuk menghasilkan virus-virus baru.
Namun, peran penting RNA terletak pada fungsinya sebagai perantara antara DNA dan protein dalam proses ekspresi genetik karena ini berlaku untuk semua organisme hidup. Dalam peran ini, RNA diproduksi sebagai salinan kode urutan basa nitrogen DNA dalam proses transkripsi. Kode urutan basa ini tersusun dalam bentuk ‘triplet’, tiga urutan basa N, yang dikenal dengan nama kodon. Setiap kodon berelasi dengan satu asam amino (atau kode untuk berhenti), monomer yang menyusun protein.
Penelitian mutakhir atas fungsi RNA menunjukkan bukti yang mendukung atas teori ‘dunia RNA’, yang menyatakan bahwa pada awal proses evolusi, RNA merupakan bahan genetik universal sebelum organisme hidup memakai DNA.
Interferensi RNA
Suatu gejala yang baru ditemukan pada penghujung abad ke-20 adalah adanya mekanisme peredaman (silencing) dalam ekspresi genetik. Kode genetik yang dibawa RNA tidak diterjemahkan (translasi) menjadi protein oleh tRNA. Ini terjadi karena sebelum sempat ditranslasi, mRNA dicerna/dihancurkan oleh suatu mekanisme yang disebut sebagai “interferensi RNA”. Mekanisme ini melibatkan paling sedikit tiga substansi (enzim dan protein lain). Gejala ini pertama kali ditemukan pada nematoda Caenorhabditis elegans tetapi selanjutnya ditemukan pada hampir semua kelompok organisme hidup.
