BIOKIMIA
Oleh
Sinta Purnamasari
NIM. 1203051004
JURUSAN ANALIS KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA
SINGARAJA
2014
A. TRANSKRIPSI GEN DALAM EKSPRESI GENETIK
Struktur, fungsi, pertumbuhan/perkembangan, dan reproduksi suatu
organisme, tergantung pada bahan protein yang berada di dalam
setiap sel dan jaringan. Suatu protein terusun atas satu atau lebih
rantai asam amino. Setiap rantai asam amino disebut polipeptida,
dan sekuen asam amino di dalam rantai polipeptida disandi oleh
sebuah gen. Ada dua tahap utama sintesis protein, yaitu transkripsi
dan translasi.
Pada tahun 1956, tiga tahun setelah Watson-Crick mengemukakan
teori double helix, Crick mengemukaan teori yang disebut central
dogma, yaitu dua tahap proses ekspresi gen dari DNA- RNA4 protein
(transkripsi diikuti translasi).
Transkripsi adalah proses sintesis RNA utas tunggal dari suatu
segmen DNA atau biasa disebut sebagai proses penterjemahan sandi di
dalam DNA. RNA disintesis oleh enzim polimerase RNA. Tidak semua
gen menyandi sintesis protein, sehingga tidak semua transkrip gen
merupakan RNA yang kemudian ditranslasi. Ada empat tipe RNA,
yaitu:
1. mRNA-messenger RNA, berfungsi menyandi sekuen asam amino
dalam polipeptida. mRNA merupakan transkrip dari gen penyandi
protein, yang biasa disebut gen struktural.
2. tRNA-transfer RNA, berfungsi membawa asam amino ke ribosom
selama proses translasi.
3. rRNA-ribosomal RNA, bersama protein ribosom memperbaiki
ribosom, yang berfungsi menterjemahkan mRNA untuk memproduksi
polipeptida.
4. snRNA-small nuclear RNA, bersama protein membentuk suatu
kompleks yang digunakan dalam prosesing RNA eukariot.
Dalam proses transkripsi akan dijelaskan bagaimana rantai RNA
disintesis. Transkripsi sering dianggap sebagai proses ekspresi
gen. Dalam setiap gen ada sekuen yang disebut gene regulatory
element yang berfungsi dalam pengaturan atau regulasi proses
transkripsi. Baik pada prokariotik maupun eukariotik, enzim
polimerase RNA mengkatalisis proses transkripsi. Double helix DNA
terurai pada sebagian kecil segmennya yang berada di sebelah gen
struktural sebelum proses transkripsi bisa dimulai. Hanya salah
satu utas dari double helix yang ditranskrisi menjadi RNA.
Pada proses transkripsi, RNA disintesis dengan arah 5' 3'. Utas
DNA yang memiliki arah 3' 5' yang diterjemahkan menjadi utas RNA
disebut utas template. Utas komplemen DNA dari utas template
disebut utas nontemplate. Prekursor RNA dalam proses transkripsi
berupa ribonukleosida trifosfat ATP, GTP, CTP, dan UTP yang secara
kolektif semuanya itu disebut NTPs (nucleoside triphosphate).
Sintesis RNA berlangsung melalui reaksi polimerisasi yang sangat
mirip dengan reaksi polimerisasi sintesis DNA. Berbeda dari
polimerisasi DNA, reaksi polimerisasi RNA mampu menginisiasi suatu
rantai polinukleotida (tidak perlu primer), tetapi tidak memiliki
proofreading abilities. Mengingat pada RNA tidak memiliki basa
timin, maka setiap kali menjumpai basa adenin pada utas DNA
template akan ditranskripsi menjadi urasil, bukan timin. Sebagai
contoh misalnya urutan basa utas DNA template sebagai berikut.
3-ATACTGGAC-5
akan ditranskripsi menjadi
5-UAUGASSUG-3
Inisiasi transkripsi pada promotor
Pada setiap gen prokariot dapat dibedakan menjadi tiga bagian
utama, yakni:
1. promotor, yaitu sekuen yang terletak paling depan sebagai
titik awal penyandian RNA bekerjasama dengan enzim polimerase
RNA.
2. sekuen yang menyandi RNA, yaitu sekuen DNA yang ditranskripsi
oleh enzim polimerase RNA kedalam transkrip RNA.
3. sekuen terminator, terletak pada bagian akhir sekuen yang
berfungsi mengakhiri proses transkripsi.
B. TRANSKRIPSI GEN DALAM SEL PROKARIOTIK DAN EUKARIOTIK
Transkripsi pada dasarnya adalah proses penyalinan urutan
nukleotida yang terdapat pada molekul DNA. Dalam proses
transkripsi, hanya salah satu untaian DNA yang disalin menjadi
urutan nukleotida RNA (transkip RNA). Urutan nukleotida pada
transkrip RNA bersifat komplemeterdengan urutan DNA cetakan (DNA
template), tetapi identikdengan urutan nukleotida DNA pada untaian
pengkode (coding DNA strand/nontemplate strand). Hal ini dapat
digambarkan dengan skema sederhana berikut ini:
5-ATG GTC CTT TAC TTG TCT GTA TTT -3 Untaian DNA pengkode
3-TAC CAG GAA ATG AAC AGA CAT AAA -5 Untaian DNA template
Transkripsi
5-AUG GUC CUU UAC UUG UCU GUA UUU -3 RNA hasil transkripsi
Perlu diingat bahwa pada struktur RNA tidak ada nukleotida T
(thymine), karena struktur T digantikan oleh U (uracil). Nukleotida
T dan U mempunyai cincin yang serupa yaitu cincin pirimidin, tetapi
pada basa T ada gugus metil (CH3) pada atom C nomor 5, sedangkan
pada basa U tidak ada gugus metil. Secara umum proses transkripsi
pada prokaryotik berjalan serupa dengan transkripsi pada
eukaryotik, meskipun ada beberapa rincian proses yang berbeda
antara kedua sistem tersebut.
B.1 MEKANISME TRANSKRIPSI PADA PROKARYOTIK
Pada prokaryotik, transkripsi dimulai dengan penempelan RNA
polimerase holoenzim pada bagian promoter suatu gen. Pada awal
penempelan, RNA polimerase masih belum terikat secara kuat dan
struktur promoter masih dalam keadaan tertutup (closed promoter
complex). Selanjutnya, RNA polimerase akan terikat secara kuat dan
ikatan hydrogen molekul DNA pada bagian promoter mulai terbuka
(membentuk strukturopen promoter complex). Pada prokaryot, RNA
polimerase menempel secara langsung pada DNA di daerah promoter
tanpa melalui suatu ikatan dengan protein lain. Dalam proses
penempelan promoter tersebut, subunit berperan dalam menemukan
bagian promoter suatu gen sehingga RNA polimerase dapat menempel.
Diduga, proses pengenalan suatu promoter oleh RNA polimerase
diawali dengan penempelan enzim tersebut secara tidak spesifik pada
molekul DNA. Selanjutnya, RNA polimerase akan mencari bagian DNA
yang mempunyai struktur khas suatu promoter. Struktur khas tersebut
berupa suatu kelompok ikatan hydrogen anatara kedua untaian DNA
pada posisi -35 dan -10. kecepatan suatu polimerase dalam menemukan
promoter diperkirakan mencapai 1.000 pasangan basa per detik.
Setelah RNA polimerase menempel pada promoter, subunit
melepaskan diri dari struktur holoenzim. Pelepasan subunit biasanya
terjadi setelah terbentuk molekul RNA sepanjang 8-9 nukleotida. RNA
polimerase inti yang sudah menempel pada promoter akan tetap
terikat kuat pada DNA sehingga tidak lepas. Ikatan ini sangat
penting dalam proses transkripsi selesai.
Tahapan proses inisiasi transkripsi meliputi 4 langkah yaitu:
(1) pembentukan kompleks promoter tertutup, (2) pembentukan
kompleks promoter terbuka, (3) penggabungan beberapa nukleotida
awal (sekiatar 10 nukleotida), dan (4) perubahan konfirmasi RNA
polimerase karena subunit dilepaskan dari kompleks holoenzim.
Subunit tersebut selanjutnya dapat digunakan lagi dalam proses
inisiasi transkripsi selanjutnya. Bagian DNA yang terbuka setelah
RNA polimerase menempel biasanya terjadi pada daerah sekitar -9
sampai +3 sehingga menjadi struktur untai tunggal. Bagian DNA yang
berkaitan dengan RNA polimerase membentuk suatu struktur gelembung
transkripsi(transcription bubble) sepanjang kurang lebih 17 pasang
basa. Setelah struktur promoter terbuka secara stabil, maka
selanjutnya RNA polimerase melakukan proses inisiasi transkripsi
dengan menggunakan urutan DNA cetakan sebagai panduannya. Dalam
proses transkripsi, nukleotida RNA digabungkan sehingga membentuk
transkrip RNA. Nukleotida pertama yang digabungkan hampir selalu
berupa molekul purin. Kajian pada 88 promoter menunjukkan bahwa 51%
molekul RNA diawali dengan basa A, 42% diawali dengan G, 5% diawali
dengan C, dan 2% diawali dengan U. pada awalnya basa-basa RNA yang
digabungkan membentuk ikatan hidrogen dengan basa DNA cetakan,
sehingga jika urutan DNA cetakan adalah ATG, maka basa RNA yang
digabungkan adalah UAC.
Subunit mempunyai peranan dalam menstimulasi inisiasi
transkripsi tetapi tidak mempercepat laju pertambahan untaian RNA.
Proses inisiasi transkripsi merupakan prose yang menentukan laju
transkrpisi. Inisiasi transkripsi dapat dihambat oleh pemberian
antibioticrifampisin, tetapi antibiotic ini tidak menghambat proses
pemajangan transkrip. Penelitian yang dilakukan oleh Alfred Heil
dan Walter Zilig pada tahun 1970 membuktikan bahwa subunit RNA
polimerase yang menentukan kepekaan atau ketahanan terhadap
antibiotik rifampisin adalah subunit .
Setelah proses inisiasi transkripsi terjadi, selanjutnya subunit
terlepas dari enzim inti dan dapat digunakan oleh enzim inti RNA
polimerase yang lain.siklus subunit tersebut pertama kali
diungkapkan oleh Travers dan Burgess pada tahun 1969. Mereka
menunjukan bahwa jika transkripsi berlangsung pada kekuatan ionic
yang rendah, maka RNA polimerase inti tidak terlepas dari DNA
cetakan pada ujung suatu gen. Hal ini menyebabkan inisiasi
transkrisi berhenti. Jika ke dalam sistem tersebut dimasukkan RNA
polimerase inti yang baru maka, transkripsi kemudian berjalan
kembali. Keadaan ini menunjukkan bahwa RNA polimerase inti yang
baru tersebut kemudian bergabung dengan subunit yang sebelumnya
telah dilepaskan dari enzim RNA polimerase inti lainnya.
Pada bagian gelembung transkripsi, basa-basa molekul RNA
membentuk hibrid dengan DNA cetakan sepanjang kurang lebih 12
nukleotida. Hibrid RNA-DNA ini bersifat sementara sebab setelah RNA
polimerasenya berjalan, maka hibrid tersebut akan terlepas dan
bagian DNA yang terbuka tersebut akhirnya akan menutup lagi. RNA
polimerase akan berjalan membaca DNA cetakan untuk melakukan proses
pemanjangan (elogation) untaian RNA. Laju pemanjangan maksimum
molekul transkrip RNA sekitar anatara 30 samapai 60 nukleotida
perdetik, meskipun laju rata-ratanya dapat lebih rendah dari nilai
ini. Secara umum, berdasarkan atas nilai laju semacam ini, suatu
gen yang mengkode protein akan disalin menjadi RNA dalam waktu
sekitar satu menit. Meskipun demikian, laju pemanjangan transkrip
dapat menjadi sangat rendah (sekitar 0,1 nekleotida perdetik) jika
RNA polimerase melewati sisi jeda (pause site) yang biasanya
mengandung banyak basa GC. Proses pemanjangan transkrip dapat
dihambat oleh antibiotikstreptoligin. Kepekaan atau ketahanan
terhadap streptoligin juga ditentukan oleh subunit pada RNA
polimerase.
Dalam pemanjangan transkrip, nukleotida ditambahkan secara
kovalen pada ujung 3 molekul RNA yang baru terbentuk. Nukleotida
RNA yang ditambah tersebut bersifat komplementer dengan nukleotida
pada untaian DNA cetakan. Sebagai contoh, jika nukleotida pada DNA
cetakan adalah A, maka nukleotida RNA yang ditambahkan adalah
U.
Dalam proses pemanjangan transkrip ada dua hipotesis yang
diajukan mengenai perubahan topologi DNA. Hipotesis pertama
menyatakan bahwa enzim RNA polimerase bergerak melingkari untaian
DNA sepanjang perjalananya. Dengan cara demikian maka dapat
dihindari terjadinya pelintiran pada stuktur DNA, tetapi untaian
RNA hasil transkripnya akan melintir sepanjang untaian DNA.
Sebaliknya, hipotesis kedua menyatakan bahwa enzim RNA polimerase
bergerak lurus sepanjang untaian DNA sehingga RNA yang terbentuk
tidak mengalami pelintiran, tetapi untaian DNA yang ditranskripsi
harus mengalami puntiran. Untaian DNA yang ada di depan RNA
polymerase akan membuka sedangkan DNA yang berada di belakangnya
akan memutir kembali untuk menutup.
Dalam proses pemanjangan transkrip RNA, demikian juga pada
proses inisiasi sintesis RNA, terjadi pembentukan ikatan
fosfodiester antara nukleotida RNA yang satu dengan nukleotida
berikutnya. Pembentukan ikatan fosfodiester tersebut ditentukan
oleh keberadaan subunit pada RNA polimerase. Transkripsi akan
berakir pada saat RNA polimerase mencapai ujung gen yang
disebutterminator. Pada bakteri E. coli ada dua macam terminator
yaitu:
1. terminator yang tidak tergantung pada protein
rho(rho-dependent terminator),dan
2. terminator yang tergantung pada protein rho(rho-independent
terminator).
Pengakhiran terminasi yang tidak tergantung pada rho dilakukan
tanpa harus melibatkan suatu protein khusus, melainkan ditentukan
oleh adanya suatu urutan nukleotida tertentu pada bagian
terminator. Sinyal yang akan mengakhiri transkripsi dengan
mekanisme semacam ini ditentukan oleh daerah yang mengandung banyak
urutan GC yang dapat membentuk struktur batang dan lengkung
(stem-and-loop) pada RNA dengan panjang sekitar 20 basa di sebelah
hulu dari ujung 3 OH dan diikuti oleh rangkaian 4-8 residu uridin
berurutan. Struktur batang lengkung tersebut menyebabkan RNA
polimerase berhenti dan merusak bagian 5 dari hibrid RNA-DNA.
Bagian sisa hibrid RNA-DNA tersebut berupa urutan oligo (rU) yang
tidak cukup stabil berpasangan dengan dA. Akibatnya ujung 3 hibrid
tersebut akan terlepas sehingga transkripsi berakhir. Eksperimen
yang dilakukan oleh Peggy Farnham dan Terry Platt menunjukkan bahwa
pengakhiran transkripsi tanpa melibatkan factor rho mempunyai 2
ciri utama, yaitu, (1) adanya rangkaian basa berulang-balik
(inverted repeat) yang dapat membentuk lengkungan, dan (2) adanya
rangkaian basa T pada untaian DNA bukan cetakan (nontemplate
strand) sehingga membentuk pasangan basa yang lemah antara rU-dA
yang menahan transkrip RNA pada untaian DNA cetakan. Pada waktu
lengkungan RNA terbentuk, maka RNA polimerase berhenti dan ikatan
basa yang lemah menyebabkan RNA yang baru terbentuk akan lepas.
Mekanisme pengakhiran transkripsi semacam ini memerlukan protein
(rho). Pengakhiran transkripsi yang memerlukan faktor rho hanya
terjadi pada daerah jeda yang terletak pada jarak tertentu dari
promoter. Dengan demikian jika ada daerah jeda yang terletak di
dekat promoter, maka daerah itu tidak dapat berfungsi sebagai
daerah pengakhiran transkripsi. Terminator yang tergantung pada rho
terdiri atas suatu urutan berulang-balik yang dapat membentuk
lengkungan (loop), tetapi tidak ada rangkaian basa T seperti pada
daerah terminator yang tidak melibatkan faktor rho. Faktor rho
diduga ikut teriakat pada transkip dan mengikuti pergerakan RNA
polimerase sampai akhirnya RNA polimerase berhenti pada daerah
terminator yaitu sesaat setelah menyintesis lengkungan RNA.
Selanjutnya, faktor rho menyebabkan destabilitasasi ikatan RNA-DNA
sehingga transkrip RNA terlepas dari DNA cetakan.
Proses transkripsi yang telah dibicarakan di atas, secara
lengkap dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar B.1Proses transkripsi pada prokariotik
B.2 MEKANISME TRANSKRIPSI PADA EUKARIOTIK
Secara umum mekanisme pada eukariotik serupa dengan yang terjadi
pada prokariotik. Pada eukariotik proses transkripsi dan translasi
tidak terjadi secara bersamaan, karena transkripsi terjadi pada
inti sedangkan translasi terjadi pada sitoplasma. Berbeda dengan
proses transkripsi dan translasi pada prokariot yang dapat terjadi
secara bersamaan. Proses transkripsi dan translasi pada eukariotik
lebih kompleks daripada prokariotik.
Proses transkripsi diawali (diinisiasi) oleh proses penempelan
faktor-faktor transkripsi dan kompleks RNA polimerase. Segera
setelah inisiasi,RNA polimeraselangsung berikatan pada DNA. Ketiga
macamRNA polimerasepada eukariot membutuhkan prakondisi yang
berbeda untuk terlibat dalam transkripsi (Russel, 1992 dalam
Corebima, 2002). Tiga macamRNA polimerasemengenali urutan promoter
yang berbeda; dan membutuhkan perangkat protein yang berbeda
(disebut faktor transkripsi atau transcription factor). Enzim RNA
polimerase pada daerah promoter. Faktor transkripsi dibedakan
menjadi dua kelompok, yaitu (1) faktor transkripsi umum, dan (2)
faktor transkripsi yang khusus suatu gen. Faktor transkripsi umum
mengarahkan polimerase ke promoter. Penempelan RNA polimerase pada
promoter oleh faktor transkkripsi umum hanya menghasilkan
transkripsi pada dasar (basal level). Pengaturan transkripsi yang
lebih spesifik dilakukan oleh faktor transkripsi yang khusus untuk
suatu gen. Meskipun demikian, proses penempelan tersebut sangat
vital bagi keberlangsungan proses transkripsi. Setelah
faktor-faktor transkripsi yang umum dan polimerase menempel pada
promoter, selanjutnya akan terjadi pembentukan kompleks promoter
terbuka (open promoter complex). Transkripsi dimulai pada titik
awal transkripsi (RNA initiation site,RIS) yang terletak beberapa
nukleotida sebelum urutan kodon awal ATG.
Pada eukariotik terdapat tiga kelas gen, yaitu gen kelas I, gen
kelas II, dan gen kelas III yang masing-masing dikatalisis oleh RNA
polimerase dan faktor transkripsi yang berbeda. Gen kelas I
meliputi gen-gen yg mengkode 18SrRNA, 28SrRNA dan 5,8SrRNA
(ditranskripsi oleh RNA polimerase I). Pada gen kelas I terdapat
dua macam promoter yaitu promoter antara (spacer promoter) dan
promoter utama. Gen kelas II : meliputi semua gen yang mengkode
protein dan beberapa RNA berukuran kecil yg terdapat di dalam
nukleus (ditranskripsi oleh RNA polimerase II). Promoter gen kelas
II terdiri atas 4 elemen yaitu sekuens pemulai (initiator) yang
terletak pada daerah inisiasi transkripsi, elemen hilir
(downstream) yang terletak disebelah hilir dari titik awal
transkripsi, kotak TATA dan suatu elemen hulu (upstream). Gen kelas
III meliputi gen-gen yg mengkode tRNA, 5S rRNA dan beberapa RNA
kecil yang ada di dalam nukleus (ditranskripsi oleh RNA polimerase
III). Sebagian besar gen kelas III merupakan suatu cluster dan
berulang-ulang. Tidak dikenal adanya sistem operon karena satu
promotor mengendalikan seluruh gen struktural.
Gen pada eukariotik bersifat monosistronik artinya satu
transkrip yg dihasilkan hanya mengkode satu macam produk ekspresi
(satu mRNA hanya membawa satu macam rangkaian kodon untuk satu
macam polipeptida). Pada gen struktural eukariotik, keberadaan
intron merupakan hal yang sering dijumpai meskipun tidak semua gen
eukariot mengandung intron.
Mekanisme transkripsi pada eukariotik pada dasarnya menyerupai
mekanisme pada prokariotik. Proses transkripsi diawali (diinisiasi)
oleh proses penempelan faktor-faktor transkripsi dan kompleks enzim
RNA polimerase pada daerah promoter. RNA polimerase eukariot tidak
menempel secara langsung pada DNA di daerah promoter, melainkan
melalui perantaraan protein-protein lain, yang disebut faktor
transkripsi (transcription factor = TF). TF dibedakan 2, yaitu :
(1) TF umum dan (2) TF yg khusus untuk suatu gen. TF umum dalam
mengarahkan RNA polimerase II ke promoter adalah TFIIA, TFIIB,
TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH, TFIIJ.
Pada eukariot, proses transkripsi dan translasi tidak
berlangsung secara serentak. Transkripsi berlangsung di dalam
nukleus, sedangkan translasi berlangsung di dalam sitoplasma
(ribosom). Dengan demikian, ada jeda waktu antara transkripsi
dengan translasi, yang disebut sebagai fase pasca-transkripsi. Pada
fase ini, terjadi proses :
1. Pemotongan dan penyambungan RNA (RNA-splicing);
2. Poliadenilasi (penambahan gugus poli-A pada ujung 3mRNA);
3. Penambahan tudung (cap) pada ujung 5 mRNA dan
4. Penyuntingan mRNA
Gen eukariot mempunyai struktur berselang-seling antara sekuens
yang mengkode suatu urutan spesifik (ekson) dan sekuens yg tidak
mengkode urutan spesifik (intron).
C. PENGENDALIAN TRANSKRIPSI GEN DALAM SEL EUKARIOTIK DAN SEL
PROKARIOTIK
C.1 SEL EUKARIOTIK
Sinyal pengendali ekspresi genetik ada 2 yaitu : RNA polymerase
dan protein protein pembantu. Macam macam protein pembantu : TBP,
Protein yang terikat pada urutan CCAAT, protein yang terikat pada
urutan TGGCA, faktor Sp1, faktor transkripsi oktamer.
1. Pengendalian ekspresi Gen kelas 1
Laju sintesis rRNA berkaitan dengan pertumbuhan dan perkembangan
sel. Laju sintesis dipengaruhi oleh factor factor : jumlah enzim
RNA polymerase, aras fosforilasi RNA polymerase, jumlah dan
aktifitas faktor transkripsi.
2. Pengendalian ekspresi Gen kelas 2
Pengendalian ekspresi gen kelas 2 terdiri dari : aras metabolism
mRNA, aras translasi mRNA menjadi polipeptida dan aras pasca
translasi.
3. Pengendalian ekspresi Gen kelas 3
Model pengendalian pada gen kelas 3 terdiri dari regulasi
sintesis 5S rRNA.
4. Pengendalian Ekspresi genetic pasca-transkripsi
Stabilitas mRNA
C.2 SEL PROKARIOTIK
Pada organisme prokariotik, aktifitas gen terutama dikendalikan
pada tahapan transkripsi, dengan beragam pola pengendaliannya,
yaitu: (1) Pengendalian Aktifitas Gen pada Tahapan Inisiasi
Transkripsi: interaksi promotor -RNA polymerase; (2) Operon; (3)
Pengendalian Aktifitas Gen melalui Struktur RNA: Terminasi dan
Antiterminasi; (4) Pengendalian fase litik dan lisogenik pada
infeksi bakteriofage. Pada organisme eukariotik, karena DNAnya
dipackage bersama-sama oleh protein histon sebagai nukleosom,
posisi DNA terhadap nukleosom merupakan target penting pengendalian
ekspresi gen.
Macam pengendalian ekspresi genetik yaitu:
1. Pengendalian positif artinya operon dapat diaktifkan oleh
produk ekspresi gen regulator
2. Pengendalian negatif: artinya operon dapat dinonaktifkan oleh
produk gen regulator.
Di dalam sel prokaryotik, terdapat beberapa gen struktural yang
diekspresikan secara bersama-sama dengan menggunakan suatu promotor
yang sama. Kelompok gen semacam ini disebut sebagai operon.
Misalnya metabolisme laktosa, arabinosa, dan lain-lain. Pada
prokaryot, secara umum dikenal dua macam sistem pengendalian
ekspresi genetik yaitu pengendalian positif dan pengendalian
negatif. Pengendalian (regulasi) pada suatu gen atau operon
melibatkan aktivitas suatu gen regulator (Yuwono,2005).
Gen pada sebuah operon diekspresikan secara terkoordinasi. Gen
tersebut dapat diaktifkan atau dinonaktifkan. Apabila terjadi
ekspresi operon, semua gen yang terdapat di dalamnya mengalami
transkripsi. Dalam hal ini terbentuk mRNA polisistronik yang
mengkode semua protein operon. mRNA polisistronik ini mengandung
banyak rangkaian kodon start dan kodon stop yang memungkinkan
pembentukan sejumlah protein dari sebuah transkrip pada tingkat
translasi.
Gen untuk protein yang dihasilkan oleh suatu operon disebut gen
struktural. Transkripsi gen struktural diatur oleh promotor yang
terletak di ujung 5 operon ke arah hulu dari gen untuk protein.
Banyak mekanisme untuk pengaturan sintesis protein yang
mempengaruhi pengikatan RNA polimerase ke promotor dan dengan
demikian bekerja pada tingkat inisiasi transkripsi. Sebagian
protein pengatur berikatan dengan promotor dan
merangsang/menghambat pengikatan RNA polimerase. Pada kontrol
positif, protein pengatur merangsang transkripsi. Pada kontrol
negatif, protein pengatur menghambat transkripsi.
Transkripsi operon juga dikendalikan oleh faktor sigma () yang
berikatan dengan RNA polimerase yang menyebabkan faktor tersebut
mengenali dan lebih mudah berikatan dengan promotor tertentu.
Mekanisme lain melemahkan transkripsi RNA yang sedang berlangsung.
Banyak mekanisme pengatur ini mungkin saling tumpang tindih,
bekerja pada operon tunggal untuk memungkinkan berespon dengan
cepat terhadap perubahan kondisi.
Gambar C.2 Regulasi Operon oleh Represor
1. Pengendalian Operon Lac (Lactose)
Pengendalian operon Lac dikode oleh gen lac Z (mengkode enzim
-galaktosidase), Lac Y (mengkode enzim permease galaktosida) dan
lac A (mengkode transasetilase thiogalaktosida). Ketiga gen
berperan dalam proses metabolism laktosa.
Pengendalian negative: pengendalian ini dilakukan oleh protein
repressor yang dikode oleh gen lac L. Protein repressor menempel
pada daerah operator (Lac O) yang terletak di daerah hilir dari
promoter. Adanya penempelan repressor ini menyebabkan RNA
polymerase tidak dapat melakukan transkripsi gen lac Z, lac Y dan
lac A. sehingga operon mengalami represi. Proses represi akan
berjalan selama dalam sel tidak terdapat laktosa.
Jika dalam sel terdapat laktosa maka terjadi induksi operon
laktosa. Laktosa diubah menjadi allolaktosa oleh -galaktosidase.
Allolaktosa ini yang menjadi inducer untuk mengaktifkan operon
laktosa.dengan adanya penempelan allolaktosa mengubah konformasi
protein repressor sehingga tidak dapat lagi menempel pada operator.
Setelah itu RNA polymerase dapat melakukan translasi gen-gen
struktural yang memecah laktosa.
Pengendalian positif: adanya pengikatan CAP cAMP pada promoter
menyebabkan RNA polymerase dapat terikat pada promoter membentuk
kompleks promoter tertutup yang selanjutnya akan menjadi kompleks
promoter terbuka yang siap melakukan transkripsi.. pengikatan RNA
polymerase pada promoter tersebut difasilitasi oleh CAP-cAMP
melalui interaksi protein protein, pembengkokan DNA atau
keduanya.
2. Pengendalian Operon Triptofan (Trp)
Operon Trp ini berperan dalam sintesis asam amino triptofan.
Operon ini mengkode enzim emzim anabolic yang digunakan untuk
sintesis senyawa. Operon trp terdiri dari 5 gen structural yaitu :
trp E,D,C,B dan A. Promoter dan operator trp terletak pada daerah
yang sama. Pengendalian operon ini dengan 2 macam :
a. Penekanan oleh produk akhir (represi).Jika di dalam sel sudah
tersedia cukup triptofan maka operon trp akan dinon- aktifkan .
b. Pelemahan (attenuation)
Pada saat triptofan tidak ada atau jumlahnya sangat kecil, gen
trpR hanya menghasilkan aporeseptor yang tidak mampu menempel pada
daerah operator sehingga RNA polymerase dapat dengan mudah
melakukan transkripsi gen structural setelah melewati daerah
attenuator.
3. Pengendalian Operon Ara
Berperan dalam pengendalian reaksi katabolisme L-arabinosa.
Dalam proses ini melibatkan gen gen structural araB,araA dan araD.
Aktivitas transkripsi gen ini juga dikendalikan oleh gen araC.
Operon ara memiliki 2 operator yaitu ara01 (mengendalikan araC) dan
ara02 (mengendalikan araBAD). Operator ara02 terletak cukup jauh
dari promoter akan tetapi masih mapu mengendalikan transkripsi.
Pada saat tidak tersedia arabinosa, tidak diperlukan enzim untuk
mengkatabolisme. Protein araCmelakukan pengendalian negative dengan
menempel pada ara02 dan aral1. Penempelan ini menyebabkan DNA
membengkok sehingga menekan transkripsi operon araBAD.
4. Pengendalian Operon gal
Operon gal berperan dalam proses metabolism galaktosa dan
mengubah UDP glukosa menjadi UDP galaktosa pada saat tidak ada
galaktosa . Operon gal terdiri dari 3 gen structural yaitu: gale,
galT dan galK yang ditranskripsi oleh dua promoter yang saling
tumpang tindih pada sisi sebelah hulu galE.
Pada saat cAMP tinggi , kompleks CAP-cAMP akan menstimulasi
trnaskripsi dari promoter 1 sekaligus menekan promoter 2 sehingga
terbentuk produk gen gen structural operon gal.
D. PROSES MODIFIKASI RNA HASIL TRANSKRIPSI MENJADI TRANSKRIPSI
FUNGSIONAL
Transkripsi merupakan sintesis RNA dari salah satu rantai DNA,
yaitu rantai template atau sense, sedangkan rantai komplemennya
disebut rantai antisense. Rentangan DNA yang ditranskripsi melalui
moleku RNA disebut uni transkripsi. Informasi dari DNA untuk
sintesis protein dibawa oleh mRNA dihasilkan dari aktivitas enzim
mRNA polymerase. Enzim polymerase membuka pilinan kedua rantai DNA
hingga terpisah dan merangkaikan nukleotida RNA. Enzim RNA
polymerase merangkai nukleotida-nukleotida RNA dari arah 5 3,saat
terjadi perpasangan basa disepanjang cetakan DNA. Urutan nukleotida
spesifik di sepanjang DNA dimana transkripsi suatu gen dimulai dan
diakhiri.
Kebanyakan RNA, terutama pada eukariot, awalnya disintesis
sebagai precursor atau pre-mRNA yang harus diproses sebelum bisa
menjalankan fungsinya. Berikut ini adalah garis besar pemrosesan
pre-RNA. Modifikasi akhir terjadi selama sintesis mRNA eukariot dan
archaea yang umumnya dengan penambahan nukleotida pada ujung 5 yang
disebut cap dan ekor poli A pada ujung 3. Keduanya terlibat dalam
penggabungan kompleks inisiasi translasi dari mRNA ini. Splicing
adalah penghilangan intron dari prekursor RNA. Banyak gen-gen
pengkode protein pada eukariot mengandung intron dan intron ini
dikopi saat gen di transkrip. Intron dihilangkan dari pre-mRNA
dengan reaksi pemotongan dan penggabungan. Pre-mRNA yang tidak
mengalami penghilangan intron membentuk fraksi RNA nuklear yang
disebut heterogenous nuclear RNA (hnRNA). Beberapa pre-rRNA dan
pre-tRNA eukariot juga mengandung intron, sama seperti transkrip
pada archaea, tetapi hal tersebut jarang terdapat pada
bakteri.Pemotongan merupakan peristiwa yang penting dalam
pemrosesan rRNA dan tRNA. Kebanyakan diantaranya awalnya disintesis
dari unit transkripsi yang mengkhususkan diri pada lebih dari satu
molekul. Oleh karena itu, pre-rRNA dan pre-tRNA harus dipotong
kecil-kecil untuk menghasilkan RNA yang matang. Tipe pemrosesan ini
terdapat baik pada prokariot maupun eukariot. Modifikasi kimia
dilakukan pada rRNA, tRNA, dan mRNA. rRNA dan tRNA pada semua
organisme dimodifikasi dengan penambahan gugus kimia baru yang
ditambahkan ke nukleotida tertentu dalam setiap RNA. Modifikasi
kimia mRNA disebut RNA-editing, seperti yang terlihat pada
bermacam-macam eukariot.
Pemrosesan mRNA emmpunyai pengaruh yang penting pada komposisi
transkriptom. RNA editing, sebagai contoh, dapat menghasilkan suatu
pre-mRNA tunggal yang diubah menjadi dua mRNA berbeda yang mengkode
protein yang sangat berbeda. Peristiwa itu nampaknya tidak umum,
tetapi splicing alternatif, dimana satu pre-mRNA menghasilkan dua
atau lebih mRNA dengan cara penggabungan exon dengan kombinasi yang
berbeda sangat umum terjadi. Dengan mekanisme ini, jumlah gen yang
sedikit bisa menghasilkan protein yang lebih banyak
DAFTAR PUSTAKA
Corebima, A. D. 2002.Genetika Kerja Gen I. Diktat kuliah.
Jurusan Biologi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Malang: Universitas Negeri Malang.
Schlegel, H.G. 1994. Mikro Biologi Umum, Terjemahan R.M. Tedjo
Bngkoro. Yogyakarta: Gajah Mada University Press.
Suryo. 2001. Genetika. Yogyakarta: Gajah Mada University
Press.
Yuwono, Triwibowo. 2005. Biologi Molekuler. Jakarta :
Erlangga
