transkripsi - Himbio Unpad

TRANSKRIPSI PADA
PROKARIOT
Bambang Heru Budianto






Transkripsi merupakan salah satu dari 3 fungsi fenotipik
Fungsi fenotipik transkripsi, translasi dan pengaturan ekspresi
gen adalah materi genetik harus mengarahkan pertumbuhan
dan diferensiasi organisme mulai dari zigot hingga individu
dewasa
Transkripsi adalah proses penyalinan kode-kode genetik yang
ada pada urutan DNA menjadi molekul RNA
Molekul RNA yg disintesis dlm transkripsi adalah mRNA,
tRNA dan rRNA
mRNA adalah RNA yg merupakan salinan kode-kode genetik
pada DNA yg dlm proses selanjutnya (translasi) akan
diterjemahkan menjadi urutan asam-asam amino yg menyusun
polipeptida atau protein ttt.
Molekul tRNA adalah RNA yg berperanan membawa asamasam amino spesifik yg akan digabungkan dlm proses sintesis
protein (translasi)



1.
2.
3.
4.

Molekul rRNA adalah RNA yg digunakan untuk menyusun
ribosom.
Molekul tRNA dan rRNA tidak pernah ditranslasi karena
molekul yg digunakan adalah RNA-nya sendiri
Transkripsi mempunyai ciri-ciri kimiawi yang serupa dengan
sintesis/replikasi DNA, yaitu
adanya sumber basa nitrogen berupa nukleosida trifosfat
(ribosa, ATP, GTP, CTP, dan UTP). Bedakan dg replikasi !!
Adanya salah satu saja untai molekul DNA sebagai cetakan
(pita antisens mempunyai urutan basa yg komplementer dg
RNA hasil transkripsi, sementara pita sens mempunyai urutan
basa yang sama dg RNA hasil transkripsi)
Sintesis berlangsung dengan arah 5’→ 3’ seperti halnya arah
sintesis DNA.
Enzim yang bekerja adalah RNA polimerase yang mampu
melakukan inisiasi sintesis RNA tanpa adanya molekul primer
Pada prokariot, gen terdiri atas 3 bagian utama : daerah
pengendali (promoter); bagian struktural dan terminator







Promoter merupakan bagian gen yang berperanan dlm
mengendalikan proses transkripsi dan terletak pada ujung 5’
Bagian struktural adalah bagian gen yang terletak disebelah hilir
(downstream) dari promoter. Bagian inilah yg mengandung
urutan DNA spesifik (kode-kode genetik) yg akan ditranskripsi
Terminator adalah bagian gen yg terletak disebelah hilir dari
bagian struktural yg berperanan dlm pengakhiran (terminasi)
proses transkripsi
Hasil transkripsi berupa molekul RNA tunggal (bedakan dengan
replikasi!!!)
Urutan nukleotida RNA hasil sintesis adalah urutan nukleotida
komplementer dengan cetakannya. Misal : urutan ATG pada
DNA, maka hasil transkripsinya adalah UAC
Molekul DNA yg ditranskripsi adalah untai ganda, namun yang
berperanan sebagai cetakan, hanya salah satu untaiannya
Gen pada prokariot diorganisasikan dlm struktur operon. Contoh
: operon lac (operon yg mengendalikan kemampuan metabolisme
laktosa pada bakteri Escherichia coli).
Organisasi operon lac pada Escherichia coli
Gen o
Gen i
Gen represor
Gen p
Gen Z
Gen Y
Gen A








Saat ditranskripsi, operon lac menghasilkan satu mRNA yg
membawa kode-kode genetik untuk 3 macam polipeptida yg
berbeda : mRNA polisistronik
Dg dmk, masing-masing polipeptida akan ditranslasi secara
independen dari satu untaian mRNA yg sama.
Kerja gen struktural (gen Z, Y dan A) diatur ekspresinya oleh
satu promoter yg sama (p)
Operator adalah bagian dari promoter tempat penempelan
protein represor yg dikode oleh gen I
Transkripsi diawali dari nukleotida yg terletak beberapa basa di
sebelah hulu dari gen struktural.
Ujung gen struktural berupa kodon STOP (TAA, TAG atau
TGA)
Transkripsi dilakukan sampai beberapa basa di sebelah hilir
dari kodon STOP yaitu sampai pada daerah terminator
Salah satu bagian penting promoter disebut kotak Pribnow pd
urutan nukleotida posisi -10 dan posisi -35 (letak nukleotida
dari titik awal transkripsi + 1)



Posisi -10 dan -35 mempunyai urutan nukleotida konsensus
yaitu :
Posisi -10 : TATAAT; Posisi -35 : TTGACA
Disebut juga elemen-elemen promoter inti
ATG
-35
-10
STOP
Gen struktural
Terminator
Awal transkripsi
•
Kotak Pribnow merupakan daerah pd promoter yg berperanan
dlm mengarahkan enzim RNA polimerase sehingga arah
transkripsinya 5’ ke 3’ sebagaimana pada replikasi
• Selain itu, daerah ini merupakan tempat pembukaan heliks DNA
untuk membentuk kompleks promoter yg terbuka.









Promoter pd prokariot juga terdiri atas operator
Operator adalah urutan nukleotida yg terletak di antara promoter
dan bagian struktural dan merupakan tempat pelekatan protein
represor (penekan atau penghambat proses ekspresi genetik)
Jika ada protein represor, maka RNA polimerase yg melekat pd
promoter, tidak dpt berjalan untuk melakukan transkripsi
Elemen pengendali ekspresi genetik yg lain adalah attenuator
Attenuator adalah urutan nukleotida yg terdpt pd suatu kelompokan
gen (gene cluster) yg umumnya terlibat dlm biosintesis asam
amino.
Terletak pd daerah di antara bagian promoter-operator dengan titik
awal bagian struktural
Daerah attenuator semacam ini biasanya disebut leader sequences.
Fungsi attenuator adalah mengendalikan level biosintesis asam
amino sesuai dengan ketersediaan asam amino di dlm sel.
Pengendalian transkripsi oleh attenuator dapat mencapai 100 kali
lipat dibandingkan represor karena proses pelemahannya
(attenuasi) tidak bergantung pada proses represi. Dua sistim
pengendalian yg terpisah









Attenuasi berakibat pd penghentian transkripsi gen struktural
secara prematur
Ekspresi gen ttt juga dikendalikan oleh elemen yg disebut
enhancer.
Enhancer berperanan dlm peningkatan level transkripsi dengan
cara meningkatkan jumlah RNA polimerase
Letak enhancer dapat jauh di sebelah hulu (upstream) atau hilir
(downstream) dari titik awal transkripsi
Ciri utama gen struktural pd prokariot adalah mulai dari sekuens
inisiasi translasi (ATG) sampai kodon terakhir sebelum titik
akhir translasi (kodon STOP yaitu TAA/TAG/TGA) akan
diterjemahkan menjadi rangkaian asam amino.
Jadi, jika gen struktural terdiri atas 900 nukleotida maka gen
tersebut akan mengkode 300 asam amino karena satu asam
amino dikode oleh tiga sekuens nukleotida yang berurutan
Jadi, pada prokariot tidak ada intron (sekuens penyisip)
Terminator adalah bagian gen yg terletak disebelah hilir dari gen
struktural.
Fungsi terminator adalah memberikan sinyal pd enzim RNA
polimerase agar menghentikan proses transkripsi








Proses terminasi transkripsi pd prokariot dpt dikelompokkan
menjadi 2 kelas, yaitu 1) terminasi yg ditentukan oleh urutan
nukleotida tertentu (rho-independent) dan 2) diatur oleh suatu
protein (faktor rho) atau disebut rho-dependent
Struktur pertama dicirikan oleh struktur jepit rambut dan
lengkung, kaya akan GC
Struktur kedua berupa jepit rambut yg kaya akan AU
Bagian terminator mempunyai urutan nukleotida konsensus
Enzim RNA polimerase pada E. coli sekurang-kurangnya
terdiri atas lima subunit, yaitu alfa (), beta (), beta prima
(’), omega (), dan sigma ().
Pada bentuk lengkapnya, atau disebut sebagai holoenzim,
terdapat dua subunit  dan satu subunit untuk masing-masing
subunit lainnya sehingga sering dituliskan dengan 2’.
Holoenzim RNA polimerase diperlukan untuk inisiasi
transkripsi
Untuk elongasi transkripsi tidak diperlukan faktor  sehingga
subunit ini dilepaskan dari kompleks transkripsi begitu inisiasi
selesai






Sisanya, yakni 2’, merupakan enzim inti (core enzyme)
yang akan melanjutkan proses transkripsi.
Fungsi subunit  : mengarahkan agar RNA polimerase
holoenzim hanya menempel pd promoter, tidak pd bagian lain.
Subunit  berfungsi dlm penyusunan enzim
Subunit  berfungsi dlm pengikatan nukleotida, sementara
Subunit ’ berfungsi dlm penempelan DNA cetakan
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 cetakan
Transkripsi

5‘-AUC GUC CUU UAC UUG UCU GUA UUU -3‘ RNA hasil transkripsi

Urutan nukleotida RNA hasil transkripsi komplementer dengan
urutan DNA cetakan tetapi identik dengan urutan nukleotida
DNA pengkode
Pada prokariot, RNA polimerase menempel secara langsung
pada DNA di daerah promoter tanpa melalui suatu ikatan dengan
protein lain (yang membedakan dengan eukariot)






Tahapan transkripsi pada prokariot meliputi inisiasi
transkripsi
(terbentuk
gelembung
transkripsi),
pemanjangan dan terminasi (tergantung faktor rho dan
tidak tergantung faktor rho)
Tahapan inisiasi meliputi 4 langkah : 1) pembentukan
kompleks promoter tertutup; 2) pembentukan kompleks
terbuka; 3) penggabungan beberapa nukleotida awal (10
nukleotida) dan 4) perubahan konformasi RNA
polimerase karena pelepasan subunit sigma ().
Laju pemanjangan maksimum berkisar 30 sampai 60
nukleotida per detik
Dlm pemanjangan transkrip, nukleotida ditambahkan
secara kovalen pada ujung 3‘ molekul RNA yg baru
terbentuk.
Nukleotida
RNA
yg
ditambahkan
bersifat
komplementer dengan nukleotida pd untaian DNA
cetakan
Tahapan proses
inisiasi pada
prokariot
Struktur kompleks DNA dan RNA polimerase pd saat
pemanjangan transkripsi
Skema pengakhiran transkripsi
tanpa menggunakan faktor rho
Skema pengakhiran transkripsi
bergantung faktor rho