Topik 7 Ekspresi Gen Struktur, fungsi, pertumbuhan

Topik 7
Ekspresi Gen
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:
a. mRNA-messenger
RNA,
berfungsi menyandi
sekuen asam
amino
dalam
polipeptida. mRNA merupakan transkrip dari gen penyandi protein, yang biasa
disebut gen struktural.
b. tRNA-transfer RNA, berfungsi membawa asam amino ke ribosom selama proses
translasi.
c. rRNA-ribosomal RNA, bersama protein ribosom memperbaiki ribosom, yang
berfungsi menterjemahkan mRNA untuk memproduksi polipeptida.
d. snRNA-small nuclear RNA, bersama protein membentuk suatu kompleks yang
digunakan dalam prosesing RNA eukariot.
7.1. Transkripsi
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/regulasi proses transkripsi.
Baik pada prokariot maupun eukariot, enzim polimerase RNA mengkatalisis
proses transkripsi. Double helik DNA terurai pada sebagian kecil segmennya yang
Universitas Gadjah Mada
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
sbb.:
3'-ATACTGGAC-5'
akan ditranskripsi menjadi
5'-UAUGASSUG-3'.
Inisiasi transkripsi pada promotor
Pada setiap gen prokariot dapat dibedakan menjadi tiga bagian utama, yakni:
a. promotor, yaitu sekuen yang terletak paling depan sebagai titik awal penyandian
RNA bekerjasama dengan enzim polimerase RNA.
b. sekuen yang menyandi RNA, yaitu sekuen DNA yang ditranskripsi oleh enzim
polimerase RNA kedalam transkrip RNA.
c. sekuen terminator, terletak pada bagian akhir sekuen yang berfungsi mengakhiri
proses transkripsi.
7.2. Translasi
Informasi untuk protein dalam suatu sel disandi oleh gen struktural di dalam
genome suatu sel. Ekspresi gen penyandi protein terjadi selama proses transkripsi
gen untuk membentuk mRNA yang selanjutnya diikuti proses translasi, yaitu
pengubahan sandi yang terbawa dalam sekuen basa mRNA menjadi sekuen asam
amino dalam suatu polipeptida untuk membentuk protein. Informasi nukleotida yang
menyandi asam amino disebut kode genetik (genetic code).Protein merupakan
senyawa kompleks dengan berat molekul tinggi. Masing-masing sel
Universitas Gadjah Mada
memiliki karakteristik proteinnya masing-masing sehingga memiliki fungsi yang
khusus pula. Suatu protein terdiri dari satu atau lebih unit yang disebut polipeptida
yang merupakan rangkaian asam amino membentuk suatu rantai linier. Ikatan antar
asam amino dalam rantai polipeptida disebut ikatan peptida. Secara struktural protein
dibedakan menjadi empat, yaitu protein struktur primer, sekunder, tertier, dan
quartener.
Kode genetik
Bagaimana suatu nukleotida di dalam molekul mRNA menyandi sekuen asam
amino di dalam protein? Percobaan genetik yang dilakukan oleh Crick, Leslie,
Barnett, Brenner, dan Tobin menunjukkan bahwa kode genetik berupa kode triplet
(triplet codon).
Karakteristik kode genetik adalah sbb.:
1. kode genetik berupa kode triplet, setiap kodon mRNA yang menyandi asam amino
dalam rantai polipeptida terdiri dari tiga nukleotida.
2. kode bebas dari tanda koma, dengan kata lain bersifat kontinyu. mRNA dibaca
secara kontinyu tanpa meninggalkan pesan dalam setiap nukleotida.
3. kode tidak overlap, mRNA dibaca dalam kelompok tiga nukleotida secara
berurutan.
4. kode bersifat hampir universal, setiap organisme memiliki bahasa genetik yang
serupa. Dengan demikian suatu kodon yang diisolasi dari suatu organisme dapat
diterjemahkan dalam sistem organisme lain. Akan tetapi kodon ini tidak sepenuhnya
universal, seperti yang dijumpai pada mitokondria beberapa organisme a.l. mamalia
dimana ada sedikit perbedaan penyandian kode. Demikian juga yang ditemukan
pada protozoa Tetrahymena.
5. kode bersifat degenerate, dengan dua perkecualian (AUG menyandi methionin, dan
UGG menyandi triptofan). Lebih dari satu kodon menyandi suatu asam amino.
Keadaan multiple kodon ini disebut degeneracy kodon yang bersangkutan. Ada
pola tertentu dalam hat degenerasi. Apabila dua nukleotida pertama dalam kodon
identik dan nukleotida ketiga berupa U atau C, maka kodon selalu menyandi asam
amino yang sama. Misalnya, UUU dan UUC menyandi asam amino fenilalanin.
CAU dan CAC menyandi asam amino histidin.
6. kode memiliki signal untuk memulai dan mengakhiri. Kodon pemula baik pada
prokariot maupun eukariot adalah AUG yang menyandi metionin, sebagai pemula
sintesis protein. Mengingat ada 20 asam amino maka dalam sistemkodon, dari 64
kodon hanya 61 kodon yang menyandi asam amino dalam sintesis protein. Kodon
Universitas Gadjah Mada
demikian disebut sense codons. Tiga kodon yang fain berfungsi sebagai kodon
untuk mengakhiri atau biasa disebut nonsense codons atau chain-terminating
codons, yaitu UAG (amber), UAA (ochre), dan UGA (opal).
7. wobble occurs in the anticodon. Oleh karena 61 kodon menyandi asam amino
dalam mRNA, maka 61 molekul tRNA dapat memifiki antikodon yang sesuai.
Menurut hipoteis wobble yang dikemukan oleh Crick, satu set dari 61 kodon yang
sempuma bisa dibaca oleh kurang dari 61 tRNA yang berbeda mengikuti kaidah
komplementer yang berlaku pada bass antikodon.
Universitas Gadjah Mada