Secara struktural, asam ribonukleat (RNA), sangat mirip dengan DNA. Namun, sementara molekul DNA biasanya panjang dan beruntai ganda, molekul RNA jauh lebih pendek dan biasanya beruntai tunggal. Molekul RNA melakukan berbagai peran dalam sel tetapi terutama terlibat dalam proses sintesis protein (translasi) dan pengaturannya. Inilah penjelasan mengenai fungsi dan struktur RNA.
Struktur RNA
RNA biasanya terdampar tunggal dan terbuat dari ribonukleotida yang dihubungkan oleh ikatan fosfodiester. Ribonukleotida dalam rantai RNA mengandung ribosa (gula pentosa), salah satu dari empat basa nitrogen (A, U, G, dan C), dan gugus fosfat. Perbedaan struktural yang halus antara gula memberikan stabilitas tambahan DNA, membuat DNA lebih cocok untuk penyimpanan informasi genetik, sedangkan ketidakstabilan relatif RNA membuatnya lebih cocok untuk fungsi jangka pendeknya.
Pirimidin urasil spesifik RNA membentuk pasangan basa komplementer dengan adenin dan digunakan sebagai pengganti timin yang digunakan dalam DNA. Meskipun RNA adalah untai tunggal, sebagian besar jenis molekul RNA menunjukkan pasangan basa intramolekuler yang luas antara urutan komplementer dalam untai RNA, menciptakan struktur tiga dimensi yang dapat diprediksi penting untuk fungsi mereka
Fungsi RNA dalam Sintesis Protein
Sel mengakses informasi yang disimpan dalam DNA dengan membuat RNA untuk mengarahkan sintesis protein melalui proses penerjemahan. Protein dalam sel memiliki banyak fungsi, termasuk membangun struktur seluler dan berfungsi sebagai katalis enzim untuk reaksi kimia seluler yang memberikan sel karakteristik khusus mereka. Tiga jenis utama RNA yang terlibat langsung dalam sintesis protein adalah RNA messenger (mRNA), RNA ribosom (rRNA), dan transfer RNA (tRNA).
Pada tahun 1961, ilmuwan Prancis François Jacob dan Jacques Monod berhipotesis tentang keberadaan perantara antara DNA dan produk proteinnya, yang mereka sebut messenger RNA. Bukti yang mendukung hipotesis mereka dikumpulkan segera setelah itu menunjukkan bahwa informasi dari DNA ditransmisikan ke ribosom untuk sintesis protein menggunakan mRNA. Jika DNA berfungsi sebagai pustaka lengkap informasi seluler, mRNA berfungsi sebagai fotokopi informasi spesifik yang diperlukan pada titik waktu tertentu yang berfungsi sebagai instruksi untuk membuat protein.
MRNA membawa pesan dari DNA, yang mengontrol semua aktivitas seluler dalam sel. Jika sebuah sel membutuhkan protein tertentu untuk disintesis, gen untuk produk ini “dihidupkan” dan mRNA disintesis melalui proses transkripsi (lihat Transkripsi RNA). MRNA kemudian berinteraksi dengan ribosom dan mesin seluler lainnya (Gambar 3) untuk mengarahkan sintesis protein yang dikodekan selama proses penerjemahan (lihat Sintesis Protein). mRNA relatif tidak stabil dan berumur pendek di dalam sel, terutama dalam sel prokariotik, memastikan bahwa protein hanya dibuat ketika dibutuhkan.
rRNA dan tRNA adalah jenis RNA yang stabil. Dalam prokariota dan eukariota, tRNA dan rRNA dikodekan dalam DNA, kemudian disalin ke dalam molekul RNA panjang yang dipotong untuk melepaskan fragmen yang lebih kecil yang berisi spesies RNA dewasa individu. Dalam eukariota, sintesis, pemotongan, dan perakitan rRNA menjadi ribosom terjadi di wilayah nukleolus inti, tetapi kegiatan ini terjadi di sitoplasma prokariota. Tak satu pun dari jenis RNA ini membawa instruksi untuk mengarahkan sintesis polipeptida, tetapi mereka memainkan peran penting lainnya dalam sintesis protein.
Ribosom terdiri dari rRNA dan protein. Seperti namanya, rRNA adalah konstituen utama ribosom, menyusun hingga sekitar 60% dari ribosom berdasarkan massa dan menyediakan lokasi di mana mRNA mengikat. RRNA memastikan keselarasan mRNA, tRNA, dan ribosom yang tepat; rRNA ribosom juga memiliki aktivitas enzimatik (peptidil transferase) dan mengkatalisis pembentukan ikatan peptida antara dua asam amino yang selaras selama sintesis protein. Meskipun rRNA telah lama dianggap melayani terutama peran struktural, peran katalitiknya dalam ribosom terbukti pada tahun 2000.
Para ilmuwan di laboratorium Thomas Steitz (1940-) dan Peter Moore (1939-) di Yale University mampu mengkristalisasi struktur ribosom dari Haloarcula marismortui, arkeon halofilik yang diisolasi dari Laut Mati. Karena pentingnya pekerjaan ini, Steitz berbagi Hadiah Nobel 2009 dalam Kimia dengan para ilmuwan lain yang memberikan kontribusi signifikan terhadap pemahaman struktur ribosom.
Transfer RNA adalah jenis utama RNA ketiga dan salah satu yang terkecil, biasanya hanya 70-90 nukleotida. Ini membawa asam amino yang benar ke situs sintesis protein di ribosom. Ini adalah pasangan basa antara tRNA dan mRNA yang memungkinkan asam amino yang tepat untuk dimasukkan ke dalam rantai polipeptida yang disintesis. Setiap mutasi pada tRNA atau rRNA dapat mengakibatkan masalah global untuk sel karena keduanya diperlukan untuk sintesis protein yang tepat.
RNA sebagai Informasi Turunan
Meskipun RNA tidak berfungsi sebagai informasi herediter di sebagian besar sel, RNA memang memiliki fungsi ini untuk banyak virus yang tidak mengandung DNA. Dengan demikian, RNA jelas memiliki kapasitas tambahan untuk berfungsi sebagai informasi genetik. Meskipun RNA biasanya terdampar tunggal di dalam sel, ada keragaman yang signifikan dalam virus. Virus badak, yang menyebabkan flu biasa; virus influenza; dan virus Ebola adalah virus RNA beruntai tunggal. Rotavirus, yang menyebabkan gastroenteritis parah pada anak-anak dan orang-orang dengan gangguan sistem imun lainnya, adalah contoh dari virus RNA untai ganda. Karena RNA untai ganda jarang terjadi pada sel eukariotik, keberadaannya berfungsi sebagai indikator infeksi virus. Implikasi untuk virus yang memiliki genom RNA dan bukan genom DNA dibahas lebih rinci dalam Virus.