PENYIMPANAN DAN PEMINDAHAN INFORMASI DENGAN KODE SEDERHANA

RESUME

Untuk Memenuhi Tugas Matakuliah

Genetika I

yang dibina oleh Bapak Prof. Dr. A. Duran Corebima, M.Pd

Oleh:

Offering A

1. Rosita Ariyanti (130341603364)

2. Shila Avila (130341603369)

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

JURUSAN BIOLOGI

Februari 2015

PENYIMPANAN DAN PEMINDAHAN INFORMASI DENGAN KODE SEDERHANA

Transfer Materi Genetik: Dogma Sentral

Berdasarkan dogma sentral, informasi genetic biasanya diwariskan dari DNA ke DNA selama transmisi dari generasi ke generasi, dan dari DNA ke protein selama ekspresi fenotipik dalam suatu organisme. Selama replikasi RNA virus, informasi ditransformasikan dari RNA ke RNA. Transfer informasi genetik dari DNA ke protein menyangkut 2 tahap: (1) transkripsi, transfer informasi genetic dari DNA ke RNA, dan (2) translasi, transfer informasi dari RNA ke protein. Dengan demikian, transfer informasi genetik dari DNA ke RNA terkadang reversible, transfer informasi dari RNA ke protein selalu irreversible. Dogma sentral adalah informasi disimpan di DNA yang ditransfer ke RNA selama transkripsi dan ke protein selama translasi.

Transkripsi dan Translasi

Seperti yang kita bahas sebelumnya, ekspresi informasi genetik terjadi dalam dua langkah: transkripsi dan translasi. Selama transkripsi, salah satu untai DNA gen yang digunakan sebagai template untuk mensintesis untai komplementer RNA, yang disebut transkrip gen. Sebagai contoh, pada Gambar 11.1, untai DNA yang mengandung urutan nukleotida AAA digunakan sebagai template untuk menghasilkan pelengkap urutan UUU dalam transkrip RNA. selama translasi, urutan nukleotida dalam transkrip RNA diubah menjadi urutan asam amino dalam produk gen polipeptida. Konversi ini diatur oleh kode genetik, spesifikasi asam amino oleh triplet nukleotida yang disebut kodon pada gen transkrip. Sebagai contoh, triplet UUU di RNA transkrip yang ditunjukkan pada Gambar 11.1 menentukan asam amino fenilalanin (Phe) dalam produk gen polipeptida. Terjemahan terjadi pada makromolekul yang rumit mesin yang disebut ribosom, yang terdiri dari3-5 molekul RNA dan 50 sampai 90 protein yang berbeda. Namun, proses penerjemahan juga memerlukan partisipasi banyak makromolekul lainnya.

Molekul RNA yang diterjemahkan pada ribosom disebut RNA pembawa pesan (mRNA). Pada prokariota, produk transkripsi, primer transkrip, biasanya setara dengan molekul mRNA. Pada eukariota, transkrip primer sering harus diproses oleh eksisi urutan tertentu dan modifikasi dari kedua termini sebelum mereka dapat diterjemahkan. Dengan demikian, pada eukariota, transkrip primer biasanya merupakan prekursor untuk mRNA dan disebut pra-mRNA. Sebagian besar gen nuklirpada eukariota lebih tinggi dan beberapa pada eukariota lebih rendah mengandung urutan noncoding yang disebut intron yang memisahkan urutan yang diekspresikan atau ekson gen ini. Seluruh urutan “split gen” ditranskripsikan menjadi pra-mRNA, dan urutan noncoding intron kemudian dihapus oleh reaksi splicing yang dilakukan pada struktur makromolekul disebut spliceosome.

Lima Jenis RNA Molekul

Lima kelas yang berbeda dari molekul RNA memainkan peran penting dalam ekspresi gen. Kita telah membahas RNA messenger, perantara yang membawa informasi genetik dari DNA ke ribosom di mana protein disintesis. transfer RNA (tRNA) adalah molekul RNA kecil yang berfungsi sebagai adapter antara asam amino dan kodon pada mRNA selama terjemahan. RNA ribosom (rRNA) merupakan komponen struktural dan katalitik ribosom, mesin rumit yang menerjemahkan nukleotida urutan mRNA menjadi urutan asam amino polipeptida. RNA nuklir kecil (snRNAs) merupakan komponen struktural spliceosome, organel-organel nuklir yang cukai intron dari transkrip gen. Micro RNA (miRNAs) yang pendek 20 sampai 22-nukleotida RNA untai tunggal yang dibelah dari prekursor jepit rambut berbentuk kecil dan memblokir ekspresi mRNA pelengkap atau sebagian melengkapi dengan baik menyebabkan degradasi atau menekan terjemahan mereka.

Kelima jenis RNA-mRNA, tRNA, rRNA, snRNA, dan MiRNA-diproduksi oleh transkripsi. Tidak seperti mRNA, yang menentukan polipeptida, produk akhir tRNA, rRNA gen, snRNA, dan MiRNA adalah molekul RNA. Transfer RNA, RNA ribosom, molekul snRNA, dan MiRNA tidak diterjemahkan. Dalam prokariota, DNA tidak lepas dari ribosom oleh amplop nuklir. Selain itu, gen prokariotik jarang mengandung urutan noncoding yang dikeluarkan selama proses RNA transkrip. Dogma sentral biologi molekuler adalah bahwa informasi genetik mengalir dari DNA ke DNA selama replikasi kromosom, dari DNA ke RNA selama transkripsi, dan dari RNA untuk protein selama terjemahan. Transkripsi melibatkan sintesis transkrip RNA melengkapi satu helai DNA dari gen.

Translasi adalah konversi dari informasi yang disimpan dalam urutan nukleotida dalam RNA transkrip ke urutan asam amino dalam produk gen polipeptida, menurut spesifikasi kode genetik.

Proses Ekspresi Gen

Bagaimana gen mengendalikan fenotipe suatu organisme? Bagaimana urutan nukleotida gen mengarahkan pertumbuhan dan perkembangan sel, jaringan, organ, atau seluruh makhluk hidup? Genetika tahu bahwa fenotipe organisme dihasilkan oleh gabungan efek dari semua gen yang bertindak dalam batasan dikenakan oleh lingkungan. Mereka juga tahu bahwa jumlah gen dalam organisme bervariasi dari berbagai besar, dengan jumlah gen meningkat dengan kompleksitas perkembangan spesies. Genom RNA dari virus terkecil seperti fag MS2 hanya berisi empat gen, sedangkan virus besar seperti sebagai fag T4 memiliki sekitar 200 gen. Bakteri seperti E. colihave sekitar 4000 gen, dan mamalia, termasuk manusia, memiliki sekitar 20.500 gen. Pasang gen entah bagaimana harus dipindahkan ke protein sintesis dalam sitoplasma. Meskipun kebutuhan untuk utusan tersebut paling jelas pada eukariota, bukti pertama untuk keberadaan mereka berasal dari studi prokariota.

Gambaran Umum Sintesis RNA

Mekanisme sintesis RNA terjadi hampir sama dengan sintesis DNA, kecuali adalah (1) prekursor berupa ribonucleosida triphosphat lebih baik daripada deoxyribonucleoside triphosphates, (2) hanya satu untai DNA yang digunakan sebagai template untuk sintesis dari rantai RNA yang saling melengkapi di setiap wilayah tertentu, dan (3) rantai RNA dapat memulai de novo, tanpa ada keharusan bagi sebuah untai primer. Molekul RNA yang dihasilkan akan saling melengkapi dan antiparallel untuk template untai DNA dan identik, kecuali bahwa residu uridine menggantikan thymidines, di untai DNA nontemplate. Jika molekul RNA yang mRNA, ini akan menetapkan asam amino dalam protein produk gen. Untuk itu, mRNA pengkodean adalah molekul untai RNA. Mereka juga disebut untai RNA yang disebabkan oleh urutan nukleotida yang menentukan urutan asam amino dalam protein produk gen. Sebuah molekul RNA yang komplementer untuk mRNA yang dianggap sebagai antisense RNA. Istilah ini kadang-kadang diperluas ke dua untai DNA. Namun, penggunaan dari hal-hal dan untuk menunjukkan antisense untai DNA yang tidak konsisten.

Sintesis Rantai RNA, sepertihalnya rantai DNA terjadi dalam arah 5’ → 3’, dengan penambahan ribonucleotida 3. Reaksi melibatkan sebuah nucleophilik 3’-OH Di dalam nucleotidyl fosfor atom triphosphate ribonucleoside yang dahuli dengan penghapusan pyrophosphate, sama seperti sintesis DNA. Ini adalah reaksi katalisasi oleh enzim yang disebut polymerase RNA. Reaksi yang umum adalah sebagai berikut:

Di mana n adalah jumlah mol dari ribonucleotide triphosphate (rtp) yang digunakan, ribonucleotide monophosphate (rmp) dimasukkan ke RNA, dan pyrophosphate (pp) yang produksi.

RNA polymerase mengikat urutan nukleotida tertentu yang disebut promotor, dan dengan bantuan dari protein yang disebut faktor transkripsi, memulai sintesis RNA molekul transkripsi mulai situs dekat promotor. Para promotor bersel satu biasanya lebih kompleks daripada prokariot. RNA polimerase melakukan semua transkripsi pada prokariot. Sintesis RNA berlangsung dalam lokal dibatalkan Segmen DNA , kadang-kadang disebut gelembung transkripsi, yang diproduksi oleh RNA polymerase. Urutan nukleotida yang sebuah molekul RNA adalah untuk melengkapi dengan untai DNA template, sintesis RNA yang diatur oleh aturan base-pairing sama seperti mensintesis DNA, tapi digantikan oleh timin uracil. Akibatnya, transkripsi RNA dapat ditentukan oleh hibridisasi seperti kromosom dari sel, virus, dan infeksi lain organisme.

Transkripsi pada prokariot

Segmen DNA yang ditranskripsi untuk menghasilkan satu molekul RNA disebut transkripsi unit. Unit transkripsi mungkin setara dengan gen individu, atau mereka mungkin termasuk beberapa gen yang berdekatan. Transkrip besar yang membawa urutan pengkodean gen beberapa umum di bakteri. Proses transkripsi dapat dibagi menjadi tiga tahap: (1) inisiasi jaringan RNA yang baru, (2) elongasi rantai, dan (3) penghentian transkripsi dan pelepasan molekul RNA yang baru lahir.

Ahli biologi yang sering menggunakan istilah hulu dan hilir untuk merujuk ke daerah yang terletak di 5’ akhir dan 3’, masing masing dari transkrip beberapa lokasi mRNA dalam

molekul. Hal ini didasarkan pada kenyataan bahwa sintesis RNA selalu terjadi dalam arah 5’ sampai 3’. Daerah hulu dan hilir dari gen yang menentukan urutan DNA yang sesuai 5’ dan 3’ Segmen dari transkripsi mereka relatif terhadap sebuah titik referensi tertentu.

Transkripsi Dalam Prokariota

Rna Polymerases: Complex Enzymes

Polimerase RNA yang mengkatalisis transkripsi sangat kompleks. RNA polimerase pada E. coli memiliki berat molekul sekitar 480.000 dan terdiri dari lima polipeptida. Dua di antaranya adalah identik; dengan demikian, enzim berisi empat polipeptida yang berbeda. Molekul RNA polimerase lengkap, disebut holoenzyme, memiliki komposisi α2ββ`σ. Subunit α terlibat dalam perakitan inti tetrameric (α2ββ`) RNA polimerase. Subunit β berisi tempat pengikatan trifosfat ribonukleosida, dan subunit β` merupakan tempat pemberhentian ikatan template DNA. Faktor sigma (σ), hanya terlibat dalam inisiasi transkripsi; dan berperan dalam perpanjangan rantai. Setelah inisiasi rantai RNA terjadi, faktor σ dilepaskan, dan pemanjangan rantai dikatalisis oleh enzim inti (α2ββ`). Fungsi sigma adalah untuk mengenali dan mengikat RNA polimerase pada transkripsi inisiasi atau promotor situs dalam DNA. Enzim inti akan mengkatalisasi sintesis RNA dari DNA template in vitro, namun, dengan demikian, akan memulai rantai RNA di situs acak pada kedua untai DNA. Sebaliknya, holoenzyme akan memulai rantai RNA in vitro hanya pada situs yang digunakan in vivo.

Inisiasi Rantai Rna

Inisiasi rantai RNA melibatkan tiga langkah: (1) pengikatan holoenzyme RNA polimerase ke daerah promotor dalam DNA; (2) peguraian local dua untai DNA oleh RNA polimerase, menyediakan untai cetakan untuk dipasangkan dengan ribonucleotida yang masuk; dan (3) pembentukan ikatan fosfodiester antara beberapa ribonucleotides pertama dalam rantai RNA yang baru dicetak. Holoenzyme tetap terikat pada daerah promotor selama sintesis delapan atau sembilan ribonukleotida pertama; faktor sigma dilepaskan, dan enzim inti memulai fase pemanjangan sintesis RNA. Selama inisiasi, rantai pendek dari 2-9 ribonucleotida disintesis dan dilepaskan. Sintesis gagal ini berhenti setelah rantai 10 atau lebih ribonucleotida telah disintesis dan RNA polimerase telah mulai bergerak dari promotor hilir.

Pasangan nukleotida yang berdekatan dengan unit transkripsi kemudian diberi nomor relatif terhadap tempat inisiasi transkrip. Pasangan basa sebelum inisiasi diberi awalan tanda minus (-); sedangkan setelah inisiasi diberi awalan tanda plus (+). Urutan nukleotida sebelum situs inisiasi disebut sebagai sekuen upstream; dan yang mengikuti situs inisiasi disebut sekuen downstream. Seperti disebutkan sebelumnya, subunit sigma RNA polimerase menengahi pengikatan untuk promotor dalam DNA. Ratusan E. coli promotor telah diurutkan dan ditemukan memiliki sangat sedikit kesamaan.

Pemanjangan Rantai RNA

Pemanjangan rantai RNA dikatalisis oleh enzim inti RNA polimerase, setelah rilis subunit tersebut. Perpanjangan kovalen rantai RNA berlangsung dalam gelembung transkripsi, segmen dibatalkan dari DNA. Molekul RNA polimerase mengandung kedua kegiatan DNA unwinding dan DNA rewinding. RNA polimerase terus terurai ganda helix

DNA menjelang situs polimerisasi dan menggulung untaian DNA komplementer balik situs polimerisasi ketika bergerak sepanjang helix ganda. Dalam E. coli, panjang rata-rata gelembung transkripsi adalah 18 pasang nukleotida, dan sekitar 40 ribonucleotida dimasukkan ke dalam rantai dan dapat tumbuh per detik. Rantai RNA baru, dipindahkan dari untai cetakan DNA sebagai RNA polimerase yang bergerak sepanjang molekul DNA. Wilayah sementara basis-pasangan antara rantai tumbuh dan template untai DNA sangat singkat, mungkin panjangnya hanya tiga pasangan basa. Stabilitas kompleks transkripsi dipertahankan oleh pengikatan DNA dan pertumbuhan rantai RNA untuk mengikat RNA polimerase, bukan oleh basis-pasangan antara untai cetakan DNA dan RNA yang baru lahir.

Berakhirnya Rantai RNAPemutusan rantai RNA terjadi ketika RNA polimerase bertemu sinyal terminasi.

Ketika hal itu terjadi, kompleks transkripsi memisahkan, melepaskan molekul RNA yang baru lahir. Ada dua jenis terminator transkripsi di E. coli. Satu hasil terminasi hanya di pada protein yang disebut rho (p); Oleh karena itu, urutan penghentian tersebut disebut terminator rhodependent. Hasil yang lain dalam penghentian transkripsi tanpa keterlibatan rho (p), urutan tersebut disebut terminator rho-independent.

Terminator Rho-independen mengandung wilayah kaya GC diikuti oleh enam atau lebih pasangan basa AT, dengan A hadir dalam untai cetakan. Urutan nukleotida yang kaya GC mengandung daerah urutan nukleotida yang terbalik dalam melengkapi setiap helai DNA yang terbalik. Ketika ditulis, yang terbalik menghasilkan urutan untai tunggal RNA yang dapat mendasarkan-pasangan dan struktur bentuk jepit rambut. Struktur RNA bentuk jepit rambut setelah sintesis daerah yang berpartisipasi dari rantai RNA dan menghambat pergerakan molekul RNA polimerase di sepanjang DNA, menyebabkan jeda dalam ekstensi rantai. Mekanisme terminasi tergantung peristiwa rho transkripsi yang mirip dengan penghentian rho-independent di kedua pasangan dengan melibatkan pembentukan struktur jepit rambut yang berikatan dengan hidrogen hulu dari situs penghentian. Dalam kedua kasus, jepit rambut ini menghambat pergerakan RNA polimerase, menyebabkan ia berhenti. Namun, terminator rho mengandung dua urutan tambahan: urutan 50-90 pasangan nukleotida hulu dari urutan terbalik yang menghasilkan strand RNA dengan banyak C tetapi beberapa G, yang tidak membentuk jepit rambut atau struktur sekunder lainnya, dan berurutan menentukan situs pengikatan protein rho disebut kebiasaan (untuk pemanfaatan rho) 3 akhir transkrip. Protein Rho mengikat urutan kebiasaan dalam transkrip dan bergerak 5-3 setelah RNA polimerase.

Transkripsi Bersamaan, Translasi, dan Degradasi mRNA

Pada prokariota, translasi dan degradasi molekul mRNA sering dimulai sebelum sintesis (transkripsi) selesai. Karena molekul mRNA disintesis, ditranslasi, dan terdegradasi dalam arah 5’-3’, ketiga proses tersebut dapat terjadi secara bersamaan pada molekul RNA yang sama. Pada prokariota, polipeptida sintesis tidak dipisahkan oleh membrane inti dari tempat sintesis mRNA. Karena itu, setelah nukleotida terakhir telah disintesis mRNA, dapat langsung digunakan sebagai template untuk sintesis polipeptida.

PERTANYAAN:

1. Bagaimana proses transfer informasi materi genetic dapat terjadi?

Jawaban:

Karena asam nukleat dapat melakukan trankripsi dan translasi sehingga informasi

genetik dapat diwariskan dari satu generasi ke generasi selanjutnya.

2. Apakah setiap sel eukariot multiseluler mengekspresikan semua gennya?

Jawaban:

Tidak, karena gen yang diekspresikan hanya sebagian kecil. Hal ini terjadi karena

sel organisme multiseluler harus mengubah gen ke keadaan on dan off secara

berkesinambungan sebagai respon terhadap sinyal yang datang dari lingkungan

eksternal dan internal mereka. Selain itu, ekspresi gen harus diatur untuk jangkan

panjang agar tercapai differensiasi seluler, yaitu divergensi bentuk dan fungsi

karena sel akan terspesialisasi selama perkembangan suatu organisme. Misalnya

sel manusia pada umumnya hanya mengekspresikan 3-5% saja dari gen nya pada

suatu waktu tertentu.