RNA

TUGAS BIOLOGI MOLEKULER
Dosen Pengampu : Dr. Siswa Setyahadi, Msc, PhD
Disusun oleh :
EKO MUGIYANTO SSI., APT
NIM 5414220021
Angkatan XXIII
KONSENTRASI OBAT BAHAN ALAM
PROGRAM MAGISTER ILMU KEFARMASIAN
FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS PANCASILA
JAKARTA
2014
1
RNA : Struktur, Fungsi dan Sintesis
RNA (ribonucleic acid)
Unit fisik terkecil dari organisme hidup adalah sel. Komposisi material sel pada semua
organisme adalah sama yaitu: DNA (deoxyribonucleic acid), RNA (ribonucleic acid), protein,
lemak dan fosfolipid, yang merupakan komponen dasar semua jenis sel. Ada dua tipe sel yaitu:
sel prokariotik dan sel eukariotik. Prokariota (jasad prokariotik/ primitif), yaitu jasad yang
perkembangan selnya belum sempurna. Eukariota (jasad eukariotik), yaitu jasad yang
perkembangan selnya telah sempurna.
Sebagian besar gen pada akhirnya diekspresikan menjadi protein. Proses yang
menjalankan hal ini disebut ekspresi gen. Dalam proses ini, urutan deoksinukleotida dalam DNA
(yang menggambarkan gen tersebut) pertama-tama ditranskripsi menjadi urutan ribonukleotida
dalam RNA (mRNA). Kemudian urutan ini ditranslasi menjadi urutan asam amino untuk
membentuk suatu polipeptida dengan panjang tertentu. Urutan asam amino ini menentukan cara
molekul tersebut melipat untuk menghasilkan protein biologis aktif.
Rna berbeda dengan DNA baik dalam hal struktur maupun fungsinya. Rna mempunyai
dua perbedaan struktur utama : masing-masing cincin ribose mengandung sebuah 2-hydoksil dan
Rna menggunakan Urasil di tempat Timin. Molekul Rna mempunya pasangan basa, tetapi
umumnya
tidak
akan
dapat
membentuk
RNA-RNA
dobel
helix.
RNA
dapat
bertindak sebagai materi genetik (meskipun peran ini, setidaknya untuk organisme saat ini, tampaknya
masih terbatas pada virus).
DNA membawa informasi genetik dan bagian DNA yang membawa ciri khas yang
diturunkan disebut gen. Konsep dasar menurunnya sifat secara molekuler adalah merupakan
aliran informasi dari DNA ke RNA ke urutan asam amino. Konsep dasar ini disebut sebagai
dogma genetik. Pada dogma genetik juga tercermin cara mempertahankan ciri khas supaya tetap
sama melalui proses replikasi. Dogma genetik ini bersifat universal yang berlaku baik bagi
prokariot maupun eukariot. Transkripsi adalah proses untuk menciptakan sebuah komplementer
RNA copy dari urutan DNA. Proses transkripsi menghasilkan mRNA, rRNA dan tRNA.
Transkripsi merupakan tahapan penting dalam sintesis protein atau ekspresi gen. Proses
transkripsi terjadi pada nukleus (prokaryotik: nukleoid) di mana DNA diterjemahkan menjadi
kode-kode dalam bentuk basa nitrogen membentuk rantai RNA yang bersifat single strain.
Namun, pada rantai RNA yang terbentuk basa Timin digantikan dengan basa Urasil. Pada
2
prokaryotik, rantai RNA langsung ditranslasikan sebelum transkripsi selesai. Sedangkan pada
eukaryotik, rantai di bawa menuju sitoplasma (ribosom) untuk ditranslasi menjadi produk gen.
Tidak seperti DNA, RNA dapat membentuk struktur tiga dimensi yang kompleks. Akibatnya,
RNA juga dapat menampilkan aktivitas katalitik. Kombinasi kemampuan untuk menyimpan
informasi genetik dengan kemampuan untuk mengkatalisis reaksi telah menghasilkan usulan
untuk asal usul kehidupan: "Dunia RNA". Sebagian besar fungsi RNA berkaitan dengan sintesis protein
dan juga RNA merupakan bahan genetik dan memainkan peran utama dalam ekspresi genetik.
Jenis utama RNA:
RNA ribosom (rRNA)
Molekul RNA ribosom terdiri dari 65 sampai 70% dari massa ribosom (yang bertanggung
jawab untuk sintesis protein). Ribosom merupakan organel yang sangat besar; ribosom
prokariotik memiliki berat molekul sekitar 2,5 juta, sedangkan eukariotik ribosom memiliki berat
molekul sekitar 4 juta. Sebagai catatan penelitian asli pada ribosom digunakan relatif teknik
mentah yang tidak dapat mengukur ukuran dalam hal berat molekul. Sebaliknya ukuran partikel
ribosom dan komponen mereka diukur dengan tingkat mereka sedimentasi (gerakan didorong
oleh percepatan gravitasi atau percepatan sentrifugal). Sedimentasi merupakan fungsi dari
ukuran, bentuk, dan kepadatan, dengan objek yang lebih besar cenderung sedimen lebih cepat
daripada yang lebih kecil. Ukuran objek yang diukur dalam satuan Svedberg. Ribosom
prokariotik 70 partikel S, dengan masing-masing terdiri dari besar (50 S) dan kecil (30 S)
subunit. Ribosom eukariotik 80 S partikel, terdiri dari besar (60 S) dan kecil (40 S) subunit. Unit
Svedberg adalah tidak aditif untuk partikel ukuran; hal ini disebabkan efek dari bentuk pada
sedimentasi.
Ribosom eukariotik 40S berisi 1 rRNA (18 S rRNA = 1.900 basis) dan sekitar 35 protein
yang berbeda. ribosom 60S berisi 3 rRNA (5 S = 120 basis, 5,8 S = 160 basa, dan 28 S = 4700
basis), dan sekitar 50 protein. rRNA 5 S memiliki sendiri gen; yang lainnya disintesis sebagai
transkrip tunggal yang kemudian dibelah untuk melepaskan molekul RNA matang yang menjadi
bagian dari ribosom.
Sampai relatif baru-baru ini, diasumsikan bahwa RNA ribosom melakukan fungsi
sebagian besar struktural. Namun, data yang lebih baru sangat menunjukkan bahwa rRNA
bertindak sebagai enzim, protein yang bertindak sebagai perancah struktural. Data ini mencakup
3
hasil dari resolusi tinggi baru-baru ini (2,4 Å) difraksi sinar-X struktur subunit besar dan resolusi
rendah (5 Å) struktur lengkap ribosom dari bakteri Haloarcula marismortui.
Transfer RNA (tRNA)
tRNA adalah tempat molekul ~ 75 yang mengusung asam amino. tRNA diperkirakan
memiliki struktur tersier umum (struktur berdasarkan analisis difraksi sinar-X ditampilkan di
bawah). Analisis urutan tRNA menunjukkan struktur sekunder daun semanggi yang dibentuk
oleh daerah basis pairing antara bagian untai RNA, dengan daun semanggi ini melipat ke dalam
struktur tiga dimensi.
Messenger RNA (mRNA)
Molekul mRNA mengandung urutan coding untuk protein. Molekul-molekul mRNA
dapat bervariasi dalam ukuran, dengan transkrip eukariotik termasuk terbesar asam ribonukleat
yang dikenal. Hal ini paling jelas sebelum splicing intron, karena banyak transkrip melebihi 100
kb panjangnya.
4
Basis RNA
Dasar yang digunakan untuk RNA yang melekat pada ribosa. Namun, banyak yang secara
signifikan dimodifikasi dari khas empat basa biasanya dianggap sebagai bagian dari RNA. ini
adalah terutama berlaku untuk tRNA. Basis yang dimodifikasi meliputi pseudouracil dan versi
alkohol dari sitosin dan adenin.
Perbedaan antara RNA dan DNA adalah transkripsi yang mirip dengan replikasi DNA,
hususnya dalam penggunaan substrat trifosfat nukleosida dan template diarahkan pertumbuhan
rantai asam nukleat dalam 5 '→ 3' arah. Dua perbedaan utama adalah sebagai berikut: (1)
Dengan pengecualian tahu sedikit, hanya satu untai DNA template yang ditranskripsi, dan (2)
hanya sebagian kecil dari potensi genetik seluruh organisme diwujudkan dalam satu sel.
(Mathews van Holde, hal:956)
Ekspresi informasi genetik normalnya melibatkan produksi molekul RNA yang
ditranskripsi dari templat DNA. Rantai DNA dan RNA mungkin kelihatan sama, perbedaan
hanya terletak pada posisi 2’ pentosa dan penggantian Tymin menjadi Urasil. RNA merupakan
satu-satunya makromulekul yang berfungsi untuk menyimpan, mentransmisikan informasi
genetik, dan sebagai katalis. Penemuan katalis RNA atau ribozim telah merubah defenisi dari
enzim.
Proses sintesis molekul RNA menggunakan DNA sebagai templat disebut transkripsi.
Molekul RNA yang disintesis mempunyai urutan basa yang kompelemen dengan salah satu
rantai DNA. Proses transkripsi menghasilkan tiga jenis molekul RNA, yaitu : mRNA, tRNA dan
rRNA. Messenger RNA (mRNA) merupakan blue print yang mengkode urutan asam amino dari
satu atau lebih polipeptida yang terdapat dalam satu gen atau sekumpulan gen. Transfer RNA
(tRNA) berfungsi membaca informasi yang dikode oleh mRNA dan mentransfer asam amino
tertentu ke rantai polipeptida yang sedang tumbuh selama proses sintesis protein. Molekul
ribosomal RNA (rRNA) merupakan komponen ribosom, yang berfungsi sebagai cetakan tempat
sintesis protein terjadi.
Selama proses replikasi keseluruhan kromosom di-copy, namun transkripsi bersifat lebih
selektif. Hanya gen tertentu atau sekumpulan gen tertentu yang ditranskripsi pada suatu waktu
tertentu, dan beberapa bagian DNA genom tidak pernah ditranskripsi. Sel membatasi ekspresi
informasi genetik untuk membentuk produk gen yang dibutuhkan pada waktu tertentu. Terdapat
urutan regulator spesifik yaitu promotor pada awal gen dan terminator pada akhir gen, yang
5
menandakan bagian DNA mana yang akan digunakan sebagai templat. Promotor merupakan
urutan pada awal gen yang dikenali oleh RNA polimerase untuk memulai transkripsi, dan
terminator merupakan urutan yang memberikan sinyal penghentian transkripsi.
Rantai DNA yang berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis RNA disebut rantai templat.
Rantai DNA yang komplemen dengan tempat disebut rantai non-templat atau rantai pengkode.
Rantai pengkode atau coding strand identik dengan rantai RNA yang ditranskripsi, kecuali basa
T diganti dengan basa U.
(Shabarni Gaffar.hal:31-33)
Secara ringkas berikut ini hal yang membedakan antara DNA dan RNA

Tabel . Perbedaan DNA dan RNA
-
Letak
- Bentuk
- Gula
- Basanya
- Fungsi
DNA (Deoxyribo Nukleat
Acid)
Dalam inti sel,
mitokondria, kloroplas,
senriol.
Polinukleotida ganda yang
terpilin panjang
Deoxyribosa
Golongan purin : adenine
dan guanine
Golongan pirimidin :
cytosine dan timin
RNA (Ribo Nukleat
Acid)
Dalam inti sel,
sitoplasma dan ribosom.
mengontrol sifat
yang menurun
sintesis protein
-
Kadarnya
Polinukleotida tunggal
dan pendekl
Ribosa
Golongan purin :
adenine dan guanine
Golongan pirimidin :
cytosine dan urasil
sintesis protein
sintesis RNA
Tidak dipengaruhi sintesis
protein.
Letak basa nitrogen dari
kedua pita ADN saling
berhadapan dengan
pasangan yang tetap yaitu
Adenin selalu berpasangan
dengan Timin, Cytosin
dengan Guanin. Kedua
pita itu diikatkan oleh
ikatan hidrogen.
Dipengaruhi sintesis
protein.
Macam RNA :
RNA duta
RNA ribosom
RNA transfer
6
Prinsip Dasar Transkripsi
Fungsi dasar kedua yang harus dijalankan oleh DNA sebagai materi genetik adalah fungsi
fenotipik. Artinya, DNA harus mampu mengatur pertumbuhan dan diferensiasi individu
organisme sehingga dihasilkan suatu fenotipe tertentu. Fungsi ini dilaksanakan melalui ekspresi
gen, yang tahap pertamanya adalah proses transkripsi, yaitu perubahan urutan basa molekul
DNA menjadi urutan basa molekul RNA. Dengan perkataan lain, transkripsi merupakan proses
sintesis RNA menggunakan salah satu untai molekul DNA sebagai cetakan (templat)nya.
Transkripsi mempunyai ciri-ciri kimiawi yang serupa dengan sintesis/replikasi DNA, yaitu;

Adanya sumber basa nitrogen berupa nukleosida trifosfat. Bedanya dengan sumber basa
untuk sintesis DNA hanyalah pada molekul gula pentosanya yang tidak berupa deoksiribosa
tetapi ribosa dan tidak adanya basa timin tetapi digantikan oleh urasil. Jadi, keempat
nukleosida trifosfat yang diperlukan adalah adenosin trifosfat (ATP), guanosin trifosfat
(GTP), sitidin trifosfat (CTP), dan uridin trifosfat (UTP).

Adanya untai molekul DNA sebagai cetakan. Dalam hal ini hanya salah satu di antara
kedua untai DNA yang akan berfungsi sebagai cetakan bagi sintesis molekul RNA. Untai
DNA ini mempunyai urutan basa yang komplementer dengan urutan basa RNA hasil
transkripsinya, dan disebut sebagai pita antisens. Sementara itu, untai DNA pasangannya,
yang mempunyai urutan basa sama dengan urutan basa RNA, disebut sebagai pita sens.
Meskipun demikian, sebenarnya transkripsi pada umumnya tidak terjadi pada urutan basa di
sepanjang salah satu untai DNA. Jadi, bisa saja urutan basa yang ditranskripsi terdapat
berselang-seling di antara kedua untai DNA.

Sintesis berlangsung dengan arah 5’→ 3’ seperti halnya arah sintesis DNA.

Gugus 3’- OH pada suatu nukleotida bereaksi dengan gugus 5’- trifosfat pada nukleotida
berikutnya menghasilkan ikatan fosofodiester dengan membebaskan dua atom pirofosfat
anorganik (PPi). Reaksi ini jelas sama dengan reaksi polimerisasi DNA. Hanya saja enzim
yang bekerja bukannya DNA polimerase, melainkan RNA polimerase. Perbedaan yang
sangat nyata di antara kedua enzim ini terletak pada kemampuan enzim RNA polimerase
untuk melakukan inisiasi sintesis RNA tanpa adanya molekul primer.
7
5’
5’-PO4
3’
3’
5’
3’-OH
Arah sintesis RNA
Skema dasar transkripsi
Pada umumnya, gen yang mengkode protein pada prokaryot berupa gen dengan kopi
tunggal (single copy), sedangkan gen yang mengkode tRNA dan rRNA berupa gen dengan
jumlah kopi banyak (multiple copies). Gen-gen pada prokaryot yang bertanggung jawab dalam
jalur biokimia tertentupada umumnya diorganisasikan dalam struktur operon. Suatu operon
adalah organisasi beberapa gen stuktural yang ekspresinya dikendalikan oleh suatu promoter
yang sama. Sebagai contoh adalah operon lac, yaitu operon yang mengendalikan kemampuan
metabolisme laktosa pada bakteri Escherichia coli. Dalam operon lac terdapat tiga macam gen
struktural yang mengkode protein yang berbeda, yaitu gen Z (mengkode β-galaktosidase), gen γ
(mengkode permease) dan gen A(mengkode trans-asetilase). Masing –masing gen struktural
tersebut mempunyai kodon inisiasi (awal) dan kodon terminasi, tetapi ekspresinya dikendalikan
oleh satu promoter yang sama. Pada waktu ditranskripsi, operon lac akan menghasilkan satu
mRNA yang membawa kode-kode genetik untuk tiga macam polipeptida yang berbeda (oleh
karena itu disebut mRNA polisistronik). Masing-masing polipeptida akan ditranslasi secara
independen dari satu untaian mRNA yang sama.
Β-galaktosidase
I
Gen represor
p
o
Operator
z
Trans-asetilase
y
a
Permease
Promoter
8
Organisasi operon lac pada Escherichia coli
(Triwibowo Yuwono: 135-136)
Proses Transkripsi
Secara garis besar transkripsi berlangsung dalam empat tahap, yaitu pengenalan
promoter, inisiasi, elongasi, dan teminasi. Masing-masing tahap akan dijelaskan secara singkat
sebagai berikut.
Pengenalan promoter
Agar molekul DNA dapat digunakan sebagai cetakan dalam sintesis RNA, kedua
untainya harus dipisahkan satu sama lain di tempat-tempat terjadinya penambahan basa pada
RNA. Selanjutnya, begitu penambahan basa selesai dilakukan, kedua untai DNA segera menyatu
kembali. Pemisahan kedua untai DNA pertama kali terjadi di suatu tempat tertentu, yang
merupakan tempat pengikatan enzim RNA polimerase di sisi 5’ (upstream) dari urutan basa
penyandi (gen) yang akan ditranskripsi. Tempat ini dinamakan promoter.
Inisiasi
Setelah mengalami pengikatan oleh promoter, RNA polimerase akan terikat pada suatu
tempat di dekat promoter, yang dinamakan tempat awal polimerisasi atau tapak inisiasi
(initiation site). Tempat ini sering dinyatakan sebagai posisi +1 untuk gen yang akan
ditranskripsi. Nukleosida trifosfat pertama akan diletakkan di tapak inisiasi dan sintesis RNA
pun segera dimulai.
Elongasi
Pengikatan enzim RNA polimerase beserta kofaktor-kofaktornya pada untai DNA
cetakan membentuk kompleks transkripsi. Selama sintesis RNA berlangsung kompleks
transkripsi akan bergeser di sepanjang molekul DNA cetakan sehingga nukleotida demi
nukleotida akan ditambahkan kepada untai RNA yang sedang diperpanjang pada ujung 3’ nya.
Jadi, elongasi atau polimerisasi RNA berlangsung dari arah 5’ ke 3’, sementara RNA
polimerasenya sendiri bergerak dari arah 3’ ke 5’ di sepanjang untai DNA cetakan.
Terminasi
Berakhirnya polimerisasi RNA ditandai oleh disosiasi kompleks transkripsi atau
terlepasnya enzim RNA polimerase beserta kofaktor-kofaktornya dari untai DNA cetakan.
Begitu pula halnya dengan molekul RNA hasil sintesis. Hal ini terjadi ketika RNA polimerase
mencapai urutan basa tertentu yang disebut dengan terminator. Terminasi transkripsi dapat
9
terjadi oleh dua macam sebab, yaitu terminasi yang hanya bergantung kepada urutan basa
cetakan (disebut terminasi diri) dan terminasi yang memerlukan kehadiran suatu protein khusus
(protein rho). Di antara keduanya terminasi diri lebih umum dijumpai. Terminasi diri terjadi pada
urutan basa palindrom yang diikuti oleh beberapa adenin (A). Urutan palindrom adalah urutan
yang sama jika dibaca dari dua arah yang berlawanan. Oleh karena urutan palindom ini biasanya
diselingi oleh beberapa basa tertentu, maka molekul RNA yang dihasilkan akan mempunyai
ujung terminasi berbentuk batang dan kala (loop).
Inisiasi transkripsi tidak harus menunggu selesainya transkripsi sebelumnya. Hal ini
karena begitu RNA polimerase telah melakukan pemanjangan 50 hingga 60 nukleotida, promoter
dapat mengikat RNA polimerase yang lain. Pada gen-gen yang ditranskripsi dengan cepat
reinisiasi transkripsi dapat terjadi berulang-ulang sehingga gen tersebut akan terselubungi oleh
sejumlah molekul RNA dengan tingkat penyelesaian yang berbeda-beda.
Transkripsi pada prokariot
Transkripsi gen oleh RNA polimerase E. coli berlangsung dalam tiga tahap: inisiasi,
elongasi dan terminasi. Selama inisiasi, RNA polimerase mengakui situs tertentu pada DNA,
hulu dari gen yang akan ditranskripsi, disebut situs promotor dan kemudian unwinds DNA secara
lokal. Selama perpanjangan polimerase RNA menggunakan antisense untai DNA sebagai
template dan mensintesis molekul RNA komplementer menggunakan trifosfat ribonucleoside 5
'sebagai prekursor. RNA dihasilkan memiliki urutan yang sama seperti untai non-template, yang
disebut rasa strand (strand atau coding) kecuali bahwa RNA mengandung U bukan T. Pada
lokasi yang berbeda pada kromosom bakteri, kadang-kadang satu untai digunakan sebagai
template, kadang-kadang yang lain, tergantung pada strand adalah untai coding untuk gen yang
bersangkutan. Untai yang tepat untuk digunakan sebagai template diidentifikasi untuk
polimerase RNA dengan kehadiran situs promotor. Akhirnya, polimerase RNA bertemu sinyal
terminasi transkripsi dan berhenti, melepaskan transkrip RNA dan memisahkan dari DNA.
(B.D.Hames & N.M.Hooper, Hal: 170)
Telah dikatakan di atas bahwa transkripsi merupakan proses sintesis RNA yang
dikatalisis oleh enzim RNA polimerase. Berikut ini akan diuraikan sekilas enzim RNA 50
10
polimerase pada prokariot, khususnya pada bakteri E.coli, promoter σ70, serta proses transkripsi
pada organisme tersebut.
RNA polimerase E. coli
Enzim RNA polimerase pada E. coli sekurang-kurangnya terdiri atas lima subunit, yaitu
alfa (α), beta (β), beta prima (β’), omega (ɷ, dan sigma (σ). Pada bentuk lengkapnya, atau disebut
sebagai holoenzim, terdapat dua subunit α dan satu subunit untuk masing-masing subunit lainnya
sehingga sering dituliskan dengan α2ββ’ɷσ. Holoenzim RNA polimerase diperlukan untuk
inisiasi transkripsi. Namun, untuk elongasi transkripsi tidak diperlukan faktor σ sehingga subunit
ini dilepaskan dari kompleks transkripsi begitu inisiasi selesai. Sisanya, yakni α2ββ’ɷ, merupakan
enzim inti (core enzyme) yang akan melanjutkan proses transkripsi.
Kebanyakan urutan DNA yang ditranskrifsikan memunculkan mRNA, yang segera
ditranslasikan menjadi protein. Namun, jenis RNA yang paling berlimpah adalah ribosomal
RNA (rRNA) dan transfer RNA (tRNA), yang tidak mengode protein melainkan berfungsi dalam
proses translasi.
Reaksi kimia keseluruhan yang dikatalis oleh RNA polimerase adalah
nNTP
Mg2+
(NMP)n + nPPi
Reaksi ini menggunakan empat ribonukleosida trifosfat (ATP, GTP, UTP, dan CTP)
untuk menyusun suatu rantai RNA, urutannya ditentukan oleh untai templat DNA. Penambahan
nukleotida berlangsung berurutan, ikatan fosfodieter terbentuk melalui mekanisme yang sama
seperti dijelaskan untuk DNA polimerase.
11
(Yohanis Ngili.hal:479)
Tahapan transkripsi pada prokariot
Di bawah ini akan dijelaskan sekilas tentang pembukaan heliks, yang terjadi antara tahap
pengikatan promoter dan insiasi transkripsi.
Pengikatan promoter
Pada awalnya, RNA polimerase inti (α2ββ’ɷ) mempunyai afinitas nonspesifik terhadap
DNA. Keadaan ini dikenal sebagai pengikatan longgar, dan sifatnya cukup stabil. Namun, begitu
faktor σ bergabung dengan enzim inti tersebut hingga terbentuk holoenzim, terjadilah
pengurangan afinitas nonspesifik terhadap DNA hingga 20.000 kali. Sejalan dengan hal itu,
faktor σjuga meningkatkan pengikatan holoenzim pada tempat pengikatan promoter yang tepat
hingga 100 kali. Dengan demikian, akan terjadi peningkatan spesifisitas holoenzim yang tajam
dalam mengenali promoter.
Pada genom E. coli holoenzim dapat mencari dan mengikat promoter dengan sangat
cepat. Bahkan, karena begitu cepatnya, maka proses ini tidak mungkin terjadi melalui pengikatan
dan pelepasan holoenzim dari DNA secara berulang-ulang. Kemungkinan yang masuk akal
hanyalah melalui pergeseran holoenzim di sepanjang molekul DNA hingga mencapai urutan
promoter. Pada promoter, holoenzim mengenali urutan -35 dan - 10. Kompleks awal antara
holoenzim dan promoter dikenal sebagai kompleks tertutup (closed complex).
Pembukaan heliks
12
Agar pita antisens dapat diakses untuk perpasangan basa antara DNA dan RNA yang
disintesis, untai ganda (heliks) DNA harus dibuka terlebih dahulu oleh enzim RNA polimerase.
Pada kebanyakan gen pembukaan heliks oleh RNA polimerase akan dimudahkan oleh struktur
superkoiling negatif DNA sehingga transkripsi dapat ditingkatkan. Namun, tidak semua
promoter dapat diaktivasi oleh superkoiling negatif sehingga terisyaratkan bahwa perbedaan
topologi DNA dapat mempengaruhi transkripsi. Hal ini mungkin karena adanya perbedaan
hubungan sterik pada urutan -35 dan -10 di dalam heliks. Sebagai contoh, promoter untuk
subunit enzim DNA girase justru dihambat oleh superkoiling negatif. Seperti kita ketahui, DNA
girase adalah enzim yang bertanggung jawab untuk superkoiling negatif pada genom E. coli
sehingga superkoiling negatif ini dapat bertindak sebagai umpan balik yang menghambat
ekspresi DNA girase.
Pembukaan awal heliks DNA akan menyebabkan pembentukan kompleks terbuka (open
complex) dengan RNA polimerase. Proses ini dikenal sebagai pengikatan ketat.
Inisiasi
Berbeda dengan sintesis DNA, sintesis RNA dapat berlangsung tanpa adanya molekul
primer. Oleh karena hampir semua tapak inisiasi transkripsi berupa basa G atau A, maka
nukleosida trifosfat pertama yang digunakan untuk sintesis RNA adalah GTP atau ATP.
Mula-mula RNA polimerase akan menggabungkan dua nukleotida pertama dan membentuk
ikatan fosfodiester di antara kedua nukleotida tersebut. Selanjutnya, sembilan basa pertama
ditambahkan tanpa disertai pergeseran RNA polimerase di sepanjang molekul DNA. Pada akhir
penambahan masing-masing basa ini akan terdapat peluang yang nyata terjadinya aborsi untai
RNA yang baru terbentuk itu. Proses inisiasi abortif mempengaruhi laju transkripsi secara
keseluruhan karena proses tersebut memegang peranan utama dalam menentukan waktu yang
dibutuhkan oleh RNA polimerase untuk meninggalkan promoter dan memungkinkan RNA
polimerase lainnya menginisiasi putaran transkripsi berikutnya. Waktu minimum untuk
pengosongan promoter ini adalah 1 hingga 2 detik, suatu waktu yang relatif lama bila
dibandingkan dengan waktu untuk tahap-tahap transkripsi lainnya.
Elongasi
Jika inisiasi berhasil, RNA polimerase melepaskan faktor σ, dan bersama-sama dengan
DNA dan RNA nasen (RNA yang baru disintesis), akan membentuk kompleks terner atau
kompleks yang terdiri atas tiga komponen. Dengan adanya kompleks terner ini RNA polimerase
13
dapat berjalan di sepanjang molekul DNA. Artinya, promoter akan ditinggalkannya untuk
kemudian ditempati oleh holoenzim RNA polimerase berikutnya sehingga terjadi reinisiasi
transkripsi.
Bagian DNA yang mengalami pembukaan heliks, atau disebut dengan gelembung transkripsi
(transcription bubble), akan terlihat bergeser di sepanjang molekul DNA sejalan dengan gerakan
RNA polimerase. Panjang bagian DNA yang mengalami pembukaan heliks tersebut relatif
konstan, yakni sekitar 17 pb, sedangkan ujung 5’ molekul RNA yang disintesis akan membentuk
heliks hibrid dengan pita antisens DNA sepanjang lebih kurang 12 pb. Ukuran ini ternyata tidak
mencapai satu putaran heliks.
RNA polimerase E. coli bergerak dengan kecepatan rata-rata 40 nukleotida per detik. Akan
tetapi, angka ini dapat bervariasi sesuai dengan urutan lokal DNA (urutan DNA yang telah
dicapai oleh RNA polimerase). Tetap dipertahankannya bagian DNA yang mengalami
pembukaan heliks menunjukkan bahwa RNA polimerase membuka heliks DNA di depan
gelembung transkripsi dan menutup heliks DNA di belakangnya. Dengan demikian, heliks hibrid
RNA-DNA harus berputar setiap kali terjadi penambahan nukleotida pada RNA nasen.
Terminasi
RNA polimerase tetap terikat pada DNA dan melangsungkan transkripsi hingga
mencapai urutan terminator (sinyal stop), yang pada umumnya berupa struktur seperti tusuk
konde (hairpin). Struktur yang terdiri atas batang dan kala (loop) ini terjadi karena RNA hasil
transkripsi mengalami komplementasi diri. Biasanya, bagian batang sangat kaya dengan GC
sehingga sangat stabil (GC mempunyai ikatan rangkap tiga). Di sebelah downstream (3’) dari
struktur tusuk kode sering kali terdapat urutan yang terdiri atas empat U atau lebih.
Nampaknya RNA polimerase akan segera berhenti begitu struktur tusuk konde RNA disintesis.
Bagian ujung RNA yang mengandung banyak U tersebut mempunyai ikatan yang lemah dengan
basa-basa A pada DNA cetakan sehingga molekul RNA hasil sintesis akan dengan mudah
terlepas dari kompleks transkripsi. Selanjutnya, pita DNA cetakan yang sudah tidak berikatan
atau membentuk hibrid dengan RNA segera menempel kembali pada pita DNA komplemennya.
RNA polimerase inti pun akhirnya terlepas dari DNA.
Terminasi menggunakan protein rho
Telah disinggung di muka bahwa selain karena adanya struktur tusuk konde, terminasi
transkripsi dapat juga terjadi dengan bantuan suatu protein khusus yang dinamakan protein rho
14
(ρ). Rho merupakan protein heksamer yang akan menghidrolisis ATP dengan adanya RNA untai
tunggal. Protein ini nampak terikat pada urutan sepanjang 72 basa pada RNA, yang diduga lebih
disebabkan oleh pengenalan suatu struktur spesifik daripada karena adanya urutan konsensus.
Rho bergerak di sepanjang RNA nasen menuju kompleks transkripsi. Pada kompleks transkripsi
ini rho memungkinkan RNA polimerase untuk berhenti pada sinyal terminator tertentu.
Sinyalsinyal terminator ini, seperti halnya sinyal terminator yang tidak bergantung kepada rho,
lebih dikenali oleh RNA daripada oleh DNA cetakannya. Adakalanya terminator tersebut juga
berupa struktur tusuk konde tetapi tidak dikuti oleh urutan poli U.
Pada E. Coli, terdapat dua mekanisme terminasi yaitu: adanya protein ρ (rho) yang membantu
melepaskan RNA atau terminasi tanpa bantuan protein ρ (rho-independen) dimana pada daerah
terminator membentuk seperti loop.
(Shabarni Gaffar.hal:34)
Struktur RNA
Molekul RNA mempunyai bentuk yang berbeda dengan DNA. RNA memiliki bentuk
pita tunggal dan tidak berpilin. Tiap pita RNA merupakan polinukleotida yang tersusun atas
banyak ribonukleotida. Tiap ribonukleotida tersusun atas gula ribosa, basa nitrogen, dan asam
fosfat.
Basa nitrogen RNA juga dibedakan menjadi basa purin dan basa pirimidin. Basa
purinnya sama dengan DNA tersusun atas adenin (A) dan guanin (G), sedangkan basa
pirimidinnya berbeda dengan DNA yaitu tersusun atas sitosin (C) dan urasil (U).
Tulang punggung RNA tersusun atas deretan ribosa dan fosfat. Ribonukleotida RNA terdapat
secara bebas dalam nukleoplasma dalam bentuk nukleosida trifosfat, seperti adenosin trifosfat
(ATP), guanosin trifosfat (GTP), sistidin trifosfat (CTP), dan uridin trifosfat (UTP). RNA
disintesis oleh DNA di dalam inti sel dengan menggunakan DNA sebagai cetakannya.
Susunan RNA terdiri atas:
a. gugus fosfat
b. gula pentosa (gula ribosa),
c. basa nitrogen.
Basa nitrogen dibedakan menjadi dua jenis.
1) Basa purin yang tersusun dari Adenin (A) dan Guanin (G).
2) Basa pirimidin yang tersusun dari Sitosin (S) dan Urasil (U).
15
Proses transkripsi menghasilkan tiga jenis molekul RNA, yaitu : mRNA, tRNA dan rRNA.
Messenger RNA (mRNA) merupakan blue print yang mengkode urutan asam amino dari satu
atau lebih polipeptida yang terdapat dalam satu gen atau sekumpulan gen. Transfer RNA (tRNA)
berfungsi membaca informasi yang dikode oleh mRNA dan mentransfer asam amino tertentu ke
rantai polipeptida yang sedang tumbuh selama proses sintesis protein. Molekul ribosomal RNA
(rRNA) merupakan komponen ribosom, yang berfungsi sebagai cetakan tempat sintesis protein
terjadi.
16