DNA dalam genom tidak mengarahkan sintesis protein itu sendiri, tetapi sebaliknya menggunakan RNA sebagai perantara. Ketika sel membutuhkan protein tertentu, urutan nukleotida dari bagian yang sesuai dari molekul DNA yang sangat panjang dalam kromosom pertama kali disalin ke dalam RNA (proses yang disebut transkripsi). Ini adalah salinan RNA segmen DNA yang digunakan secara langsung sebagai templat untuk mengarahkan sintesis protein (suatu proses yang disebut translasi). Aliran informasi genetik dalam sel karena itu dari DNA ke RNA ke protein (Gambar 6-2). Semua sel, dari bakteri hingga manusia, mengekspresikan informasi genetiknya dengan cara ini — suatu prinsip yang sangat mendasar sehingga disebut dogma sentral biologi molekuler. Transkripsi Menghasilkan RNA Tambahan untuk Satu Untai DNA RNA dalam sel dibuat oleh transkripsi DNA, suatu proses yang memiliki kesamaan tertentu dengan proses replikasi DNA yang dibahas dalam Bab 5. Transkripsi dimulai dengan pembukaan dan pelepasan sebagian kecil dari heliks ganda DNA untuk mengekspos pangkalan pada masing-masing Untai DNA. Salah satu dari dua untai heliks ganda DNA kemudian bertindak sebagai templat untuk sintesis molekul RNA. Seperti dalam replikasi DNA, urutan nukleotida rantai RNA ditentukan oleh pasangan basa komplementer antara nukleotida yang masuk dan cetakan DNA. Ketika kecocokan yang baik dibuat, ribonukleotida yang masuk secara kovalen terkait dengan rantai RNA yang tumbuh dalam reaksi yang dikatalisis secara enzimatik. Oleh karena itu, rantai RNA yang dihasilkan oleh transkripsi — transkrip — memanjang satu nukleotida pada suatu waktu, jika ia memiliki urutan nukleotida yang persis komplementer dengan untai DNA yang digunakan sebagai cetakan (Gambar 6-7). Transkripsi, bagaimanapun, berbeda dari replikasi DNA dalam beberapa cara penting. Tidak seperti untai DNA yang baru terbentuk, untai RNA tidak tetap hidrogen terikat pada untai cetakan DNA. Sebaliknya, tepat di belakang wilayah di mana ribonukleotida ditambahkan, rantai RNA dipindahkan dan DNA helix terbentuk kembali. Dengan demikian, molekul RNA yang dihasilkan oleh transkripsi dilepaskan dari cetakan DNA sebagai untaian tunggal. Selain itu, karena mereka disalin dari hanya wilayah DNA yang terbatas, molekul RNA jauh lebih pendek daripada molekul DNA. Molekul DNA dalam kromosom manusia bisa mencapai 250 juta pasang nukleotida; sebaliknya, kebanyakan RNA tidak lebih dari beberapa ribu nukleotida, dan banyak yang lebih pendek. Enzim yang melakukan transkripsi disebut RNA polimerase. Seperti DNA polimerase yang mengkatalisasi replikasi DNA (dibahas pada Bab 5), RNA polimerase mengkatalisasi pembentukan ikatan fosfodiester yang menghubungkan nukleotida bersama untuk membentuk rantai linier. RNA polimerase bergerak bertahap di sepanjang DNA, melepaskan heliks DNA tepat di depan situs aktif untuk polimerisasi untuk mengekspos wilayah baru untai cetakan untuk pemasangan pasangan basa komplementer. Dengan cara ini, rantai RNA yang tumbuh diperpanjang oleh satu nukleotida pada satu waktu dalam arah 5'-ke-3 '(Gambar 6-8). Substratnya adalah nukleosida trifosfat (ATP, CTP, UTP, dan GTP); seperti dalam replikasi DNA, hidrolisis ikatan berenergi tinggi menyediakan energi yang dibutuhkan untuk mendorong reaksi maju (lihat Gambar 5–4). Pelepasan untai RNA yang hampir segera dari DNA saat disintesis berarti bahwa banyak salinan RNA dapat dibuat dari gen yang sama dalam waktu yang relatif singkat, dengan sintesis molekul RNA tambahan dimulai sebelum RNA pertama selesai (Gambar 6–9). Ketika molekul RNA polimerase mengikuti dengan keras pada tumit masing-masing dengan cara ini, masing-masing bergerak pada sekitar 20 nukleotida per detik (kecepatan dalam eucaryotes), lebih dari seribu transkrip dapat disintesis dalam satu jam dari satu gen. Meskipun RNA polimerase mengkatalisasi reaksi kimia yang pada dasarnya sama dengan DNA polimerase, ada beberapa perbedaan penting antara aktivitas kedua enzim. Pertama, dan yang paling jelas, RNA polimerase mengkatalisasi hubungan ribonukleotida, bukan deoksiribonukleotida. Kedua, tidak seperti DNA polimerase yang terlibat dalam replikasi DNA, RNA polimerase dapat memulai rantai RNA tanpa primer. Perbedaan ini mungkin ada karena transkripsi tidak perlu seakurat replikasi DNA (lihat Tabel 5-1, hal. 271). Tidak seperti DNA, RNA tidak secara permanen menyimpan informasi genetik dalam sel. RNA polimerase membuat sekitar satu kesalahan untuk setiap 10 4 nukleotida yang disalin ke dalam RNA (dibandingkan dengan tingkat kesalahan untuk penyalinan langsung oleh DNA polimerase sekitar satu dari 10 nukleotida), dan konsekuensi dari kesalahan dalam transkripsi RNA jauh kurang signifikan daripada itu dalam replikasi DNA. Meskipun RNA polimerase hampir tidak seakurat DNA polimerase yang mereplikasi DNA, mereka tetap memiliki mekanisme koreksi cetakan sederhana. Jika ribonukleotida yang salah ditambahkan ke rantai RNA yang sedang tumbuh, polimerase dapat kembali, dan situs aktif enzim dapat melakukan eksisi Reaksi yang menyerupai kebalikannya dari reaksi polimerisasi, kecuali bahwa air bukan pirofosfat digunakan dan nukleosida monofosfat dilepaskan. Mengingat bahwa DNA dan RNA polimerase melakukan polimerisasi nukleotida yang bergantung pada templat, mungkin diharapkan bahwa kedua jenis enzim tersebut akan terkait secara struktural. Namun, studi kristalografi x-ray dari kedua jenis enzim mengungkapkan bahwa, selain mengandung ion Mg2 + kritis di lokasi katitik, mereka hampir tidak berhubungan satu sama lain; memang enzim nukleotida yang bergantung pada templat tampaknya telah muncul secara independen dua kali selama evolusi awal sel. Satu garis keturunan mengarah pada DNA polimerase modern dan transkriptase terbalik yang dibahas pada Bab 5, serta beberapa polimerase RNA subunit tunggal dari virus. Silsilah lainnya membentuk semua polimerase RNA seluler modern (Gambar 6-10), yang akan kita bahas dalam bab ini.
