Biologi molekuler adalah cabang ilmu pengetahuan yang mempelajari struktur dan fungsi molekul penyusun organisme hidup. Ini terutama berfokus pada molekul DNA, RNA, dan protein, memahami bagaimana molekul-molekul ini berinteraksi untuk mendukung proses kehidupan.
Dogma sentral biologi molekuler menggambarkan aliran informasi genetik dalam suatu sistem biologis. Ini diartikulasikan sebagai DNA ➞ RNA ➞ Protein. Aliran informasi ini menguraikan bagaimana kode genetik yang disimpan dalam DNA ditranskripsi menjadi messenger RNA (mRNA) dan kemudian diterjemahkan menjadi protein tertentu.
DNA (Asam Deoksiribonukleat): DNA adalah molekul yang berisi instruksi genetik untuk pengembangan, fungsi, pertumbuhan, dan reproduksi semua organisme hidup yang diketahui dan banyak virus.
RNA (Asam Ribonukleat): RNA adalah molekul polimer yang penting dalam berbagai peran biologis, termasuk pengkodean, penguraian kode, regulasi, dan ekspresi gen.
Protein: Protein adalah biomolekul besar yang melakukan beragam fungsi dalam organisme, termasuk mengkatalisis reaksi metabolisme, replikasi DNA, merespons rangsangan, dan mengangkut molekul dari satu lokasi ke lokasi lain.
Struktur DNA adalah heliks ganda yang dibentuk oleh pasangan basa yang melekat pada tulang punggung gula-fosfat. Empat basa ditemukan dalam DNA: adenin (A), sitosin (C), guanin (G), dan timin (T). Urutan basa ini mengkodekan informasi genetik.
Selama replikasi DNA, molekul DNA diduplikasi untuk meneruskan serangkaian informasi genetik lengkap ke sel anak. Proses ini sangat penting untuk pewarisan genetik selama pembelahan sel.
Transkripsi adalah proses dimana informasi dalam untaian DNA disalin ke dalam molekul baru messenger RNA (mRNA). Setelah mRNA diproses, ia diangkut keluar dari nukleus ke sitoplasma untuk diterjemahkan.
Translasi adalah proses dimana ribosom di sitoplasma atau retikulum endoplasma mensintesis protein setelah proses transkripsi DNA menjadi RNA di dalam inti sel. MRNA diterjemahkan untuk menghasilkan rantai asam amino tertentu, atau polipeptida, yang nantinya akan terlipat menjadi protein aktif.
Kode genetik adalah seperangkat aturan yang digunakan oleh sel hidup untuk menerjemahkan informasi yang dikodekan dalam materi genetik (urutan DNA atau mRNA) menjadi protein. Ini pada dasarnya adalah bahasa yang mendefinisikan bagaimana rangkaian tiga nukleotida, yang disebut kodon, menentukan asam amino mana yang akan ditambahkan selanjutnya selama sintesis protein. Ada 64 kodon yang mengkode 20 asam amino standar, sementara kodon lainnya menandakan dimulainya atau dihentikannya sintesis protein.
Misalnya, rangkaian AUG bertindak sebagai kodon awal dan juga mengkode asam amino metionin. Di sisi lain, kodon UAA, UAG, dan UGA berfungsi sebagai sinyal berhenti selama penerjemahan.
Biologi molekuler menggunakan berbagai teknik untuk memahami fungsi genetik dan protein.
Polymerase Chain Reaction (PCR): PCR adalah metode yang digunakan untuk memperkuat segmen DNA tertentu. Teknik ini memungkinkan terciptanya jutaan salinan segmen DNA dari sampel awal yang kecil, sehingga membantu studi dan analisis mendetail.
Elektroforesis Gel: Suatu teknik untuk memisahkan fragmen DNA atau protein berdasarkan ukuran dan muatannya. Molekul didorong oleh medan listrik melalui gel yang mengandung pori-pori kecil.
Urutan: Urutan DNA adalah proses menentukan urutan asam nukleat – urutan nukleotida dalam DNA. Ini mencakup metode atau teknologi apa pun yang digunakan untuk menentukan urutan empat basa: adenin, guanin, sitosin, dan timin.
CRISPR-Cas9: CRISPR-Cas9 adalah sistem pengeditan genom yang memberi peneliti kemampuan untuk mengubah urutan DNA dan memodifikasi fungsi gen. Ini memiliki aplikasi di bidang kedokteran dan pertanian.
Temuan biologi molekuler memiliki penerapan luas dalam diagnosis medis, pengobatan, dan dalam studi genetika dan biologi perkembangan.
Diagnosis dan Perawatan Medis: Teknik seperti PCR dan pengurutan memungkinkan identifikasi kelainan genetik dan keberadaan agen infeksi. Informasi ini dapat mengarah pada terapi dan pengobatan penyakit yang ditargetkan.
Rekayasa Genetika: Dengan memanipulasi DNA, para ilmuwan dapat menciptakan organisme dengan kualitas tertentu, seperti tanaman dengan kandungan nutrisi yang lebih baik atau ketahanan terhadap hama dan penyakit. Rekayasa genetika juga mengarah pada produksi protein terapeutik, vaksin, dan enzim.
Penelitian Kanker: Teknik biologi molekuler mengungkap mekanisme molekuler yang menyebabkan sel kanker tumbuh tak terkendali. Mengidentifikasi gen dan protein spesifik yang terlibat dalam perkembangan kanker memungkinkan pengembangan terapi yang ditargetkan.
Biologi molekuler telah disorot oleh eksperimen dan penemuan signifikan yang telah meningkatkan pemahaman kita tentang kehidupan pada tingkat molekuler.
Eksperimen Hershey-Chase: Eksperimen ini memberikan bukti konklusif bahwa DNA adalah materi genetik. Dengan memberi label bakteriofag (virus yang menginfeksi bakteri) dengan isotop radioaktif, Hershey dan Chase mampu menunjukkan bahwa DNA, bukan protein, yang bertanggung jawab atas pewarisan informasi genetik.
Model DNA Watson-Crick: James Watson dan Francis Crick, dengan kontribusi dari Rosalind Franklin, mengusulkan struktur heliks ganda DNA pada tahun 1953. Penemuan ini penting untuk memahami bagaimana informasi genetik disimpan, direplikasi, dan ditransmisikan dalam organisme hidup.
Penemuan CRISPR-Cas9: Penemuan sistem CRISPR-Cas9 telah merevolusi biologi molekuler. Awalnya dipelajari sebagai bagian dari sistem kekebalan bakteri, CRISPR-Cas9 kini banyak digunakan untuk pengeditan genom di berbagai organisme, memungkinkan manipulasi urutan genetik secara tepat.
Biologi molekuler mencakup studi tentang molekul yang menyusun organisme hidup, khususnya DNA, RNA, dan protein. Melalui proses pemahaman seperti replikasi DNA, transkripsi, dan translasi, biologi molekuler menyoroti detail rumit kehidupan. Teknik seperti PCR, elektroforesis gel, pengurutan, dan CRISPR-Cas9 memainkan peran penting dalam penelitian dan aplikasi mulai dari perawatan medis hingga perbaikan pertanian. Eksperimen dan penemuan perintis terus mendorong batas-batas biologi molekuler, menawarkan wawasan baru dan menimbulkan pertanyaan etika, sosial, dan hukum tentang kekuatan untuk memanipulasi esensi entitas biologis.
