Pengendalian Gen Transkripsional
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ............................................................................................................i
DAFTAR ISI ......................................................................................................................... ii
I. Pendahuluan .......................................................................................................................1
II. Pengendalian Gen Transkripsional ...................................................................................4
III. Kesimpulan ....................................................................................................................19
DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................................20
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
I. PENDAHULUAN
Latar Belakang
RNA adalah asam nukleat. Struktur kimianya sama dengan DNA kecuali
perbedaan-perbedaan berikut: (1) Kalau DNA adalah rantai ganda asam nukleat yang terdiri
dari nukleotida-nukleotida yang digabung oleh ikatan fosfodiester 3' -> 5', maka RNA adalah
rantai tunggal, (2) Kalau gula penyusun serat rantai DNA adalah deoxiribose (atom hidrogen
mengganti gugus hidroksil pada posisi atom karbon nomor 2) maka gula dalam rantai
tunggal RNA ditempati oleh gula ribosa, (3) Semua basa nitrogen thimin dalam DNA diganti
oleh basa nitrogen urasil dalam RNA. Dengan demikian, basa-basa nukleotida penyusun
RNA adalah A, U, G, T.
Dalam proses transkripsi, RNA disintesis menggunakan DNA sebagai cetakan.
Karena RNA bukan sebagai molekul pekerja utama sistem sel, maka penyalinan DNA ke
RNA belum mampu menerangkan bahwa informasi genetik dalam bentuk DNA telah
diekspresikan. Jauh sebelum DNA diidentifikasi sebagai pembawa informasi genetik, telah
diketahui bahwa protein dalam bentuk enzim merupakan mesin-mesin sel yang
1
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
terlibat dalam berbagai reaksi biokemis. Setelah penelitian Jacob dan Monod (1961)
mengidentifikasi peranan molekul antara yang labil keberadaannya maka terbangun suatu
hubungan konsepsional penterjemahan informasi dari urutan basa DNA ke dalam urutan
asam amino protein, atau struktur primer protein.
Molekul perantara ini ternyata adalah RNA dengan klas yang berlainan dari yang
telah diketahui saat itu. Molekul perantara itu disebut RNA duta (atau messenger RNA;
mRNA) karena ia mengandung perintah bagaimana protein harus dibuat mRNA merupakan
salinan dari urutan basa DNA dalam suatu gen, dan mRNA kemudian berfungsi sebagai
cetakan dalam sintesis protein. Dalam proses ini, sandi genetik di dalam urutan basa nitrogen
mRNA diterjemahkan ke dalam struktur protein. Setiap gen atau kelompok gen memproduksi
mRNA dan kemudian diekspresikan ke dalam bentuk protein. Sebagai konsekuensi, mRNA
adalah senyawa dengan klas yang sangat heterogen. Pada E. coli, misalnya, rata-rata panjang
mRNA adalah 1.2 kb.
Kelas RNA yang lain adalah RNA transfer (tRNA) dan RNA ribosomal (rRNA),
namun keterlibatan mereka adalah bagian dari mesin sintesis protein. RNA transfer (tRNA)
membawa asam amino dalam bentuk yang diaktifkan ke dalam ribosom untuk pembentukan
ikatan peptida, dalam suatu urutan yang
2
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
ditentukan oleh mRNA sebagai cetakan. Terdapat paling tidak satu jenis tRNA untuk setiap
keduapuluh empat asam amino yang ada. tRNA terdiri dari sekitar 75 nukleotida dan
merupakan molekul RNA terkecil.
RNA ribosomal (rRNA) merupakan salah satu komponen utama ribosom. Peranannya
dalam biosintesis protein masih dalam taraf pencarian. Ditemukannya RNA yang berfungsi
sebagai enzim (Ribosim) memunculkan tanda tanya yang menggelitik. Pada E. coli, menurut
perilaku pengendapan selama setrifugasi, terdapat tiga jenis rRNA yaitu 23S, 16S, dan 5S.
Setiap molekul-molekul tersebut terdapat satu dalam setiap mesin ribosom.
Di dalam sel, rRNA ditemukan paling banyak dibandingkan RNA lain. Organisme
tingkat tinggi juga memiliki beberapa RNA lain, misalnya small nuclear RNA (snRNA) yang
berpartisipasi dalam penggutingan exon RNA (RNA splicing).
3
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
II. PENGENDALIAN GEN TRANSKRIPSIONAL
Dalam biosintesis RNA, pemanjangan rantai nukleotida berlangsung arah 5' a 3'
RNA, dikatalisis oleh suatu enzim, yang diberi nama RNA polimerase. Sewaktu RNA
polimerase berinteraksi dengan promotor di daerah pengawalan dari suatu gen, maka sintesis
RNA dimulai pada titik berangkat (startpoint), bergerak sepanjang DNA cetakan, dan
menyalin salah satu rantai DNA cetakan (coding sequence) ke dalam rantai RNA sampai
mencapai umtan DNA yang disebut terminator. Hasilnya adalah suatu molekul tunggal RNA
yang disebut terjemahan utama (primary transcript).
Dari titik pengawalan sampai ke terminator didefinisikan sebagai satuan transkripsi,
dan dapat mencakup lebih dari satu gen. Urutan DNA sebelum titik pengawalan transkripsi
disebut hulu (upstream) dan urutan DNA setelah terminator disebut hilir (downstream).
Terkadang, urutan DNA ditulis hanya menunjukan daerah yang mengandung sandi, yang
sama dengan urutan RNA. Posisi basa dalam DNA itu dinotasi mulai dari titik pengawalan
sebagai +l membesar ke arah hilir. Notasi sebelum titik pengawalan adalah -1 kemudian
bilangan negatif meningkat ke arah hulu.
4
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
mRNA sebagai terjemahan utama bersifat tidak stabil. Dalam prokarion, mRNA
mudah dihancurkan atau diproses membentuk hasil akhir yang matang. Dalam eukarion,
mRNA dimodifikasi pada ujung-ujungnya, dan semua jenis RNA diproses ke arah
pematangan dengan membuang sub-sub perintah yang memungkinkan setiap RNA berfungsi
secara seluler.
Transkripsi yang dipercepat reaksinya oleh RNA polimerase, berlangsung dalam apa
yang disebut gelembung transkripsi (trancription bubble) yaitu daerah dimana ikatan
hidrogen dalam DNA dilelehkan sementara. Gelembung transkripsi, yang berukuran -18 pb
itu, bergerak sejalan dengan bergeraknya RNA polimerase meneliti dengan cermat dan
membaca salah satu rantai DNA yang mengandung sandi (coding region) serta menyalinnya
ke dalam rantai tunggal RNA. Sewaktu RNA disintesis, terbentuklah hibrida RNA-DNA
yang diprediksi (berdasarkan struktur RNA dalam kompleks RNA-RNA polymerase)
berukuran lebih pendek dari gelembung transkripsi, sekitar -12 pb.
Eksperimen pemotongan RNA dalam kompleks RNA-RNA polimerase oleh
ribonuklease bahkan menunjukan bahwa RNA dapat dipotong sampai sedekat 3 basa dari
titik pertumbuhan RNA, yang menunjukan bahwa asosiasi RNA pada DNA hanya
5
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
sekitar 2-3 basa saja. Lebih pendek dari itu, RNA melakukan pengikatan sangat kuat dengan
RNA polimerase.
Jadi, kompleks sementara RNA-DNA berlangsung dalam waktu yang sangat singkat
dan dalam ukuran yang sangat pendek, yang hanya cukup untuk memberikan keadaan mantap
kepada hibrida RNA-DNA yang menentukan spesifisitas penambahan nukleotida. Sewaktu
RNA polimerase bergerak maju, ikatan hidrogen yang ada pada bagian belakang gelebung
transkrip berpasang-kembali. RNA yang terbentuk bergerak bebas kecuali sekitar 25
nukleotida masih tetap berasosiasi dengan kompleks enzim, dan mungkin berada pada
saluran yang berukuran - 25A di dalam RNA polimerase.
Semua asam-asam nukleat disintesis dari senyawa prekursor, nukleosida 5' trifosfat,
melalui reaksi kondensasi antara gugus 5' trifosfat dari nukleotida yang datang mendekat
pada kompleks DNA-RNA polimerase dengan gugus 3'-OH dari nukleotida terakhir yang
ditambahkan ke dalam rantai RNA yang baru dibentuk.
Akibat serangan nukleofilik ini, nukleotida yang datang kehilangan 2 gugus fosfat
terminal (g dan b). Gugus fosfat pada posisi a digunakan dalam pembentukan ikatan
fosfodiester dengan rantai RNA yang sedang disintesis. Dengan demikian, rantai RNA
disintesis dari ujung 5' kearah ujung 3', dengan kecepatan reaksi -40 nukleotida/detik pada
6
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
suhu 37"C pada RNA polimerase bakteri. Reaksi ini jauh lebih lambat ketimbang replikasi
DNA, yang berlangsung dengan kecepatan 800 pb/detik.
Sambutan (acceptability) nukleotida yang datang ke dalam kompleks transkripsi
didasarkan pada kecocokannya dengan -salah satunya adalah tiga pasangan basa (kodon)
yang ada dalam rantai DNA. Nukleotida yang datang itu mungkin mengalami supervisi dari
RNA polimerase, untuk dilihat apakah nukleotida yang datang sesuai atau tidak. Ikatan
fosfodiester diiakan terjadi hanya apabila terdapat kecocokan dengan komplek RNA
polimerase-DNA. Jika syarat kecukupan tidak dipenuhi maka nukleotidanya dilempar ke luar
kompleks transkripsi. Dengan demikian, diskriminasi berlangsung dan videlitas dijaga,
namun tidak hanya didasarkan pada berpasangannya basa nukleotida, karena beberapa
senyawa analog dapat disambut dengan baik dan menjadi bagian dari RNA.
Proses transkripsi dapat dibagi ke dalam beberapa tahapan: (1) Tahapan pengakuan
cetakan (template recognition), (2) Tahapan pengawalan (initiation), (3) Tahapan
pemanjangan (elongation), dan (4) Tahapan pengakhiran (termination). Dalam tahapan
pengakuan cetakan, RNA polimerase membentuk kompleks dengan rantai ganda DNA,
ikatan hidrogen dilelehkan, dan menciptakan gelembung
7
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
transkripsi. Daerah yang dibutuhkan oleh RNA polimerase membentuk kompleks dengan
rantai ganda DNA disebut promotor.
Tahapan pengawalan mendeskripsikan pembentukan ikatan nukleotida pertama
dalam RNA. Enzim RNA polimerase tetap berada di daerah promotor sambil mensintesis -9
nukleotida pertama. Namun demikian, pembentukan nukleotida pendek ini terkadang
mengalami keguguran (abortion), yaitu: enzim mensintesis transkrip kurang dari 9 basa,
melepaskannya kembali, dan memulai kembali mensintesis RNA baru. Tahapan pengawalan
berakhir apabila ensim mampu mensintesis rantai RNA baru melewati batas panjang ini.
Tahapan pemanjangan adalah selang selama enzim bergerak sepanjang DNA
cetakan dan memperpanjang rantai RNA. Sambil ia bergerak, ia membuka rantai ganda DNA
dan menyingkapkan sandi rantai tunggal DNA dengan nukleotida-nukleotida yang datang
menyerang ujung 3' dari rantai RNA yang sedang mengalami pemanjangan, membentuk
molekul hibrida RNA-DNA di daerah yang dibuka gulungannya. Persis di belakang gulungan
DNA yang terbuka ini, rantai tunggal DNA berpasangan kembali membentuk rantai ganda
dengan pasangan aslinya. RNA kemudian muncul sebagai rantai tunggal yang bebas, yang
ujung pemanjangannya masih terkait dengan kompleks DNA-RNA-enzim.
8
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
Tahapan pengakhiran melibatkan pengakuan titik dimana tidak ada lagi basa yang
ditambahkan ke dalam rantai. Untuk mengakhiri transkripsi, pembentukan ikatan fosfodiester
harus dihentikan, dan kompleks transkripsi harus dibubarkan. Sewaktu nukleotida terakhir
ditambahkan akan diikuti oleh runtuhnya gelembung transkripsi, dan dilepaskannya hibrida
RNA-DNA. DNA kembali ke keadaan rantai ganda, RNA dan enzim dibebaskan. Urutan
basa nukleotida dalam DNA yang digunakan agar terjadinya pengakhiran transkripsi disebut
terminator.
Uraian transkripsi RNA
Seorang petani, yang menanam jagung di ladang akan sangat kaget kalau tanaman
yang ditanamnya bersamaan, menghasilkan tanaman-tanaman yang waktu berbunganya
berbeda-beda. la tentunya tidak dapat memanen tanamannya secara bersamaan. Mengapa
demikian?
Jika ternyata sang petani memang menanam benihnya dari campuan berbagai varietas,
maka hal ini dapat dengan mudah dipahami sumber permasalahannya. Namun andaikan
bahwa petani menanam varietas yang sama pada lingkungan tumbuh yang homogen. Berapa
besar kemungkinan bunga-bunga itu akan bermunculan pada waktu yang berbeda-beda?
9
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
Dalam kenyataannya, sang petani begitu yakin bahwa tanamannya akan berbunga,
bertongkol dan panen pada umur-umur tertentu dan bersifat serempak. Peluang untuk
menyimpang dari umur yang telah ditentukan sangatlah kecil, atau secara praktis tidak ada.
Kepercayaan petani tersebut dari sudut pandang pengendalian aktifitas gen sangatlah
beralasan bahwa munculnya kuncup bunga tanaman jagung merupakan proses yang sangat
terkendali. Informasi genetika yang menentukan waktu berbunganya jagung diaktifkan
setelah jagung mencapai umur tertentu.
Cerita tentang pembungaan jagung di atas hanyalah sebuah contoh dari
keteraturan-keteraturan umum yang ada dalam sistem-sistem biologi. Keteraturan yang ada
itu diperoleh oleh sistem-sistem biologi dalam kurun waktu evolusi yang sangat panjang,
yang memberikan kepada organisme tertentu suatu keuntungan relatif agar bisa bertahan
hidup dari satu generasi ke generasi berikutnya.
Secara prinsipil, berbagai pola pengendalian aktifitas gen pada sistem-sistem biologi
ditujukan untuk mengontrol empat hal berikut: (1) Kapan, (2) Dimana, (3) Berapa banyak,
dan 4) Bagaimana pola koordinasi pengendalian antar gen. Namun sebagaimana telah
dijelaskan pada bab-bab sebelumnya bahwa ekspresi gen berlangsung melalui tahapan-
10
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
tahapan transkripsi dan translasi, maka pengendalian aktifitas gen yang ditujukan/atau
berpengaruh pada keempat hal tersebut di atas dapat berlangsung pada tahapan-tahapan
transkripsi, pasca transkripsi, translasi, dan pasca translasi.
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.
Pengendalian Aktifitas Gen pada Tahapan Transkripsi
Dalam proses transkripsi, salah satu pilin dari pilin ganda DNA yang mengandung
satuan transkripsi disalin kedalam urutan spesifik RNA. “Disalin” disini berati bahwa gen
yang berada dalam urutan asam nukleat DNA disalin ke dalam urutan basa nukleat RNA.
Pilihan DNA yang menjadi sumber penyalinan dinamakan “cetakan” (template) sedangkan
11
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
pilinan komplementernya, yang karena merupakan representasi urutan RNA yang dihasilkan
dari proses menyalin, disebut “rantai pengkode” (coding strand) (Lihat Ilustrasi).
Sintesis RNA dipercepat reaksinya oleh enzim RNA polymerase. Transkripsi dimulai
ketika enzim tersebut berinteraksi dengan suatu daerah khusus berlokasi di pangkal suatu
gen. Daerah khusus ini disebut promotor. Promotor melingkupi (surrounds) pasangan basa
pertama yang akan disalin ke dalam urutan RNA, dan oleh karenanya disebut titik
pengawalan (starting point). Dari titik ini, enzim RNA polymerase bergerak sepanjang rantai
cetakan, mensintesis RNA, sampai mencapai suatu urutan pengakhiran (terminator). Mulai
dari titik pengawalan transkripsi sampai pada pengakhiran adalah satuan transkripsi. Dari
sekali proses penyalinan informasi dari titik pengawalan ke titik pengakhiran dihasilkan satu
molekul tunggal RNA, yang dapat mengandung satu atau lebih gen.
Urutan DNA sebelum satuan transkripsi disebut daerah hulu (upstream), sedangkan
daerah setelah titik pengawalan disebut daerah hilir (downstream). Arah transkripsi bergerak
dari daerah hulu ke daerah hilir searah dengan biosintesis RNA dari ujung 5' ke ujung 3'.
Pasangan basa pengawalan transkrispi ke arah hilir biasanya ditandai dengan bilangan + dan
diawali dengan +1 dari titik
12
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
pengawalan. Sebaliknya pasangan basa sebelum titik berangkat ditandai dengan bilangan
negatif dan dimulai dengan -1 dan menjadi semakin negatif ke arah hulu.
Hasil pertama dari proses penyalinan satuan transkripsi adalah transkrip primer.
Transkrip ini memiliki ujung 5' dan ujung 3' dan bersifat sangat tidak mantap, sehingga sulit
dikarakterisasi secara in vivo. Pada prokariotik, molekul ini dengan cepat dihancurkan
(mRNA) atau dipotong menjadi molekul yang matang (rRNA dan tRNA). Pada eukariotik,
transkrip primer dimodifikasi di kedua ujungnya (mRNA) dan/atau dipotong menghasilkan
molekul yang matang untuk semua tipe RNA (mRNA, rRNA, dan tRNA).
Transkripsi secara ekslusif dikerjakan oleh RNA polimerase, namun demikian gen
ditranskripsi bukan tanpa diskriminasi oleh enzim tersebut. Protein-protein lain, yang disebut
faktor transkripsi, bertindak mengatur transkripsi. Mereka menentukan apakah suatu gen siap
ditranskripsi atau tidak.
Transkripsi merupakan tahapan utama suatu gen dikendalikan. Tahap pengawalan
merupakan titik kritis bahkan untuk beberapa gen merupakan satu-satunya titik pengendalian
apakah suatu gen akan ditranskripsi atau tidak. Namun karena tahapan transkripsi itu sendiri
terdiri
13
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
dari beberapa tahapan, sejumlah tahapan itu dapat menjadi titik-titik pengendalian
transkripsi.
Ada dua hal penting yang patut diperhatikan sehubungan dengan pengendalian
transkripsi:
(1)
Bagaimana
RNA
polimerase
menemukan
daerah
promotor
dan
protein-protein lain melakukan pengikatan spesifik dengan urutan tertentu basa nukleotida di
daerah promotor; (2) Bagaimana protein-protein regulator berinteraksi dengan RNA
polimerase dan dengan protein pengatur yang lain mengaktifkan atau merepresi
tahapan-tahapan spesifik dalam pengawalan, pemanjangan, dan pengakhiran dari
tahapan-tahapan transkripsi?
Interaksi promotor-RNA polymerase pada prokariotik
Transkripsi berlangsung pada gelembung transkripsi, di daerah mana DNA untuk
sementara membentuk dua rantai tunggal. Salah satu rantai, oleh RNA polimerase digunakan
sebagai cetakan. Sambil RNA polimerase bergerak sepanjang DNA menyalin/mengimlah
urutan spesifik DNA ke dalam urutan spesifik molekul baru RNA (sintesis RNA), gelembung
tersebut juga bergerak bersama. RNA yang baru dibentuk pun semakin panjang.
Bergeraknya gelembung transkripsi bersamaan dengan gerakan maju RNA
polimerase karena sambil RNA polimerase
14
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
bergerak sepanjang DNA cetakan, ia pun turut mendenaturasi pilin ganda DNA di bagian
depan gelembung dan merenaturasi kembali di bagian belakang gelembung. Panjang
gelembung transkripsi kurang lebih 18 pb, tetapi panjang daerah hibrida RNA-DNA di dalam
gelembung itu lebih pendek. Pandangan klasik, melalui pembuktian tidak langsung, adalah
sekitar 12 pb, walaupun belum pemah diukur secara langsung. Bukti yang lebih baru
menunjukkan bahwa basa pada RNA sedekat 3 pb dari titik pemanjangan dapat dipotong oleh
ribonuklease yang mengenal RNA rantai tunggal. Dengan demikian, RNA masih berasosiasi
dengan DNA hanya sepanjang 2-3 basa dari titik pertumbuhan rantai, setelahnya RNA
berikatan sangat kuat dengan RNA polimerase. Jadi hibrida RNA-DNA sangat pendek,
bersifat sementara, dan hanya cukup untuk memberikan stabilitas bagi reaksi reaksi
perpasangan basa yang menentukan spesifitas penambahan nukleotida di ujung pemanjangan
RNA.
RNA polimerase bakteri memiliki ukuran -90 x 95 x 160A. Pada Yeast ukurannya
lebih besar (-140 x 136 x 110A). Analisis struktural menunjukkan bahwa keduanya memiliki
kesamaan, yaitu bahwa terdapat suatu saluran atau alur dipermukaan protein dengan lebar 25
A dan kedalaman 5 -10A, yang dapat saja sebagai alur lintasan DNA. Panjang alur dapat
menampung 16 pb pada enzim bakteri, dan 25 pb
15
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
pada enzim yeast, namun panjang demikian hanya merepresentasi sebagian dari seluruh
DNA yang terikat selama transkripsi berlangsung. Di bagian yang melintang alur tersebut
terdapat alur lain yang lebih sempit berukuran lebar 12 - 15 A dengan kedalaman -20 A, yang
dapat menampung molekul RNA.
Enzim RNA polimerase pertama kali dikenal dari kemampuannya memasukkan
nukleotida-nukleotida ke dalam RNA dibawah arahan DNA cetakan. Sekarang, RNA
polimerase dilihat sebagai bagian dari suatu alat yang lebih kompleks yang terlibat dalam
transkripsi. Kemampuan mengkatalisis sintesis RNA mendefinisikan komponen minimum
yang dapat diderskripsikan sebagai RNA polimerase.
16
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
Operon
Pengendalian aktifitas gen melalui struktur RNA: Terminasi dan Antiterminasi
Pengendalian fase litik dan lisogenik pada infeksi bakteriofage.
Struktur kristal partikel inti nukleosom pada resolusi 28A (Luger et al., 1997)
Modifikasi protem histon yang mempengaruhi ekspresi gen
Histon adalah protein yang terdapat pada inti sel, sebagai bagian struktural kromosom
sel-sel prokariotik. Protein histon terdiri atas H2A, H2B, H3, dan H4, mengepak DNA
sedemikian rupa sehingga terjadi mampatan dengan faktor kurang lebih 10000 kali. Dalam
pengepakan DNA, protein histon membentuk bak kelereng yang dililiti oleh benang-
17
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
benang DNA. Modifikasi protein histon yang mempengaruhi ekspresi gen
• Asetilasi/deasetilasi
• Fosforilasi
• Metilasi (Methylation)
• Ubiquitilasi (Ubiquitylatyion)
• Sumoilasi (Sumoylation)
19
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
III. KESIMPULAN
Dalam proses transkripsi, RNA disintesis menggunakan DNA sebagai cetakan.
Karena RNA bukan sebagai molekul pekerja utama sistem sel, maka penyalinan DNA ke
RNA belum mampu menerangkan bahwa informasi genetik dalam bentuk DNA telah
diekspresikan. Jauh sebelum DNA diidentifikasi sebagai pembawa informasi genetik, telah
diketahui bahwa protein dalam bentuk enzim merupakan mesin-mesin sel yang terlibat dalam
berbagai reaksi biokemis. Setelah penelitian Jacob dan Monod (1961) mengidentifikasi
peranan molekul antara yang labil keberadaannya maka terbangun suatu hubungan
konsepsional penterjemahan informasi dari urutan basa DNA ke dalam urutan asam amino
protein, atau struktur primer protein.
19
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
DAFTAR PUSTAKA
Barton, K.A., Brill, H.J. 1984. Prospects in Plant Genetic Engineering, Dalam P.H. Abelson
(ed). Biotechnology & Biological Frontiers. Washington. DC, American Association
for the Advancement of Science.
Bowen. G.D, and A.D. Rovira. 1981. The effect of microorganisms on plant growth. I.
Development ofroot hairs in sand and agar. Plant soil, 15: 166 -186.
Burr, T.J, M.N. Schroth, and T.W. Suslow. 1978. Increased potato yield by treatment of
seedpieces with specific strain of Pseudomonas fluorescens and P. pulida.
Phytopathol. 68: 1377-1383.
Chaleff, R. S. 1984. Isplation of Agronomically Useful Mutans from Plant Cell Culture,
Dalam P.H. Abelson (ed.) Biotechnology & Biological Frontiers, Washington. DC
American Association for the Advancement of Science.
Dekeyser, R. D. Inze, dan Van Montagu. 1990. Transgenic plant. P. 273 - 250 dalam J.P.
Gustafson (ed) Gene Manipulation in plant improvement II. Plenum Press, New
York.
20
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
Hull. R. 1990. Non - conventional resistance to viruses in plants concepts and risks. p. 289 303 dalam J.P. Gustafson (ed) Gene Manipulation in plant improvement II. Plenum
Press, New York.
21
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
USU Repository©2006
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ............................................................................................................i
DAFTAR ISI ......................................................................................................................... ii
I. Pendahuluan .......................................................................................................................1
II. Pengendalian Gen Transkripsional ...................................................................................4
III. Kesimpulan ....................................................................................................................19
DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................................20
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
I. PENDAHULUAN
Latar Belakang
RNA adalah asam nukleat. Struktur kimianya sama dengan DNA kecuali
perbedaan-perbedaan berikut: (1) Kalau DNA adalah rantai ganda asam nukleat yang terdiri
dari nukleotida-nukleotida yang digabung oleh ikatan fosfodiester 3' -> 5', maka RNA adalah
rantai tunggal, (2) Kalau gula penyusun serat rantai DNA adalah deoxiribose (atom hidrogen
mengganti gugus hidroksil pada posisi atom karbon nomor 2) maka gula dalam rantai
tunggal RNA ditempati oleh gula ribosa, (3) Semua basa nitrogen thimin dalam DNA diganti
oleh basa nitrogen urasil dalam RNA. Dengan demikian, basa-basa nukleotida penyusun
RNA adalah A, U, G, T.
Dalam proses transkripsi, RNA disintesis menggunakan DNA sebagai cetakan.
Karena RNA bukan sebagai molekul pekerja utama sistem sel, maka penyalinan DNA ke
RNA belum mampu menerangkan bahwa informasi genetik dalam bentuk DNA telah
diekspresikan. Jauh sebelum DNA diidentifikasi sebagai pembawa informasi genetik, telah
diketahui bahwa protein dalam bentuk enzim merupakan mesin-mesin sel yang
1
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
terlibat dalam berbagai reaksi biokemis. Setelah penelitian Jacob dan Monod (1961)
mengidentifikasi peranan molekul antara yang labil keberadaannya maka terbangun suatu
hubungan konsepsional penterjemahan informasi dari urutan basa DNA ke dalam urutan
asam amino protein, atau struktur primer protein.
Molekul perantara ini ternyata adalah RNA dengan klas yang berlainan dari yang
telah diketahui saat itu. Molekul perantara itu disebut RNA duta (atau messenger RNA;
mRNA) karena ia mengandung perintah bagaimana protein harus dibuat mRNA merupakan
salinan dari urutan basa DNA dalam suatu gen, dan mRNA kemudian berfungsi sebagai
cetakan dalam sintesis protein. Dalam proses ini, sandi genetik di dalam urutan basa nitrogen
mRNA diterjemahkan ke dalam struktur protein. Setiap gen atau kelompok gen memproduksi
mRNA dan kemudian diekspresikan ke dalam bentuk protein. Sebagai konsekuensi, mRNA
adalah senyawa dengan klas yang sangat heterogen. Pada E. coli, misalnya, rata-rata panjang
mRNA adalah 1.2 kb.
Kelas RNA yang lain adalah RNA transfer (tRNA) dan RNA ribosomal (rRNA),
namun keterlibatan mereka adalah bagian dari mesin sintesis protein. RNA transfer (tRNA)
membawa asam amino dalam bentuk yang diaktifkan ke dalam ribosom untuk pembentukan
ikatan peptida, dalam suatu urutan yang
2
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
ditentukan oleh mRNA sebagai cetakan. Terdapat paling tidak satu jenis tRNA untuk setiap
keduapuluh empat asam amino yang ada. tRNA terdiri dari sekitar 75 nukleotida dan
merupakan molekul RNA terkecil.
RNA ribosomal (rRNA) merupakan salah satu komponen utama ribosom. Peranannya
dalam biosintesis protein masih dalam taraf pencarian. Ditemukannya RNA yang berfungsi
sebagai enzim (Ribosim) memunculkan tanda tanya yang menggelitik. Pada E. coli, menurut
perilaku pengendapan selama setrifugasi, terdapat tiga jenis rRNA yaitu 23S, 16S, dan 5S.
Setiap molekul-molekul tersebut terdapat satu dalam setiap mesin ribosom.
Di dalam sel, rRNA ditemukan paling banyak dibandingkan RNA lain. Organisme
tingkat tinggi juga memiliki beberapa RNA lain, misalnya small nuclear RNA (snRNA) yang
berpartisipasi dalam penggutingan exon RNA (RNA splicing).
3
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
II. PENGENDALIAN GEN TRANSKRIPSIONAL
Dalam biosintesis RNA, pemanjangan rantai nukleotida berlangsung arah 5' a 3'
RNA, dikatalisis oleh suatu enzim, yang diberi nama RNA polimerase. Sewaktu RNA
polimerase berinteraksi dengan promotor di daerah pengawalan dari suatu gen, maka sintesis
RNA dimulai pada titik berangkat (startpoint), bergerak sepanjang DNA cetakan, dan
menyalin salah satu rantai DNA cetakan (coding sequence) ke dalam rantai RNA sampai
mencapai umtan DNA yang disebut terminator. Hasilnya adalah suatu molekul tunggal RNA
yang disebut terjemahan utama (primary transcript).
Dari titik pengawalan sampai ke terminator didefinisikan sebagai satuan transkripsi,
dan dapat mencakup lebih dari satu gen. Urutan DNA sebelum titik pengawalan transkripsi
disebut hulu (upstream) dan urutan DNA setelah terminator disebut hilir (downstream).
Terkadang, urutan DNA ditulis hanya menunjukan daerah yang mengandung sandi, yang
sama dengan urutan RNA. Posisi basa dalam DNA itu dinotasi mulai dari titik pengawalan
sebagai +l membesar ke arah hilir. Notasi sebelum titik pengawalan adalah -1 kemudian
bilangan negatif meningkat ke arah hulu.
4
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
mRNA sebagai terjemahan utama bersifat tidak stabil. Dalam prokarion, mRNA
mudah dihancurkan atau diproses membentuk hasil akhir yang matang. Dalam eukarion,
mRNA dimodifikasi pada ujung-ujungnya, dan semua jenis RNA diproses ke arah
pematangan dengan membuang sub-sub perintah yang memungkinkan setiap RNA berfungsi
secara seluler.
Transkripsi yang dipercepat reaksinya oleh RNA polimerase, berlangsung dalam apa
yang disebut gelembung transkripsi (trancription bubble) yaitu daerah dimana ikatan
hidrogen dalam DNA dilelehkan sementara. Gelembung transkripsi, yang berukuran -18 pb
itu, bergerak sejalan dengan bergeraknya RNA polimerase meneliti dengan cermat dan
membaca salah satu rantai DNA yang mengandung sandi (coding region) serta menyalinnya
ke dalam rantai tunggal RNA. Sewaktu RNA disintesis, terbentuklah hibrida RNA-DNA
yang diprediksi (berdasarkan struktur RNA dalam kompleks RNA-RNA polymerase)
berukuran lebih pendek dari gelembung transkripsi, sekitar -12 pb.
Eksperimen pemotongan RNA dalam kompleks RNA-RNA polimerase oleh
ribonuklease bahkan menunjukan bahwa RNA dapat dipotong sampai sedekat 3 basa dari
titik pertumbuhan RNA, yang menunjukan bahwa asosiasi RNA pada DNA hanya
5
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
sekitar 2-3 basa saja. Lebih pendek dari itu, RNA melakukan pengikatan sangat kuat dengan
RNA polimerase.
Jadi, kompleks sementara RNA-DNA berlangsung dalam waktu yang sangat singkat
dan dalam ukuran yang sangat pendek, yang hanya cukup untuk memberikan keadaan mantap
kepada hibrida RNA-DNA yang menentukan spesifisitas penambahan nukleotida. Sewaktu
RNA polimerase bergerak maju, ikatan hidrogen yang ada pada bagian belakang gelebung
transkrip berpasang-kembali. RNA yang terbentuk bergerak bebas kecuali sekitar 25
nukleotida masih tetap berasosiasi dengan kompleks enzim, dan mungkin berada pada
saluran yang berukuran - 25A di dalam RNA polimerase.
Semua asam-asam nukleat disintesis dari senyawa prekursor, nukleosida 5' trifosfat,
melalui reaksi kondensasi antara gugus 5' trifosfat dari nukleotida yang datang mendekat
pada kompleks DNA-RNA polimerase dengan gugus 3'-OH dari nukleotida terakhir yang
ditambahkan ke dalam rantai RNA yang baru dibentuk.
Akibat serangan nukleofilik ini, nukleotida yang datang kehilangan 2 gugus fosfat
terminal (g dan b). Gugus fosfat pada posisi a digunakan dalam pembentukan ikatan
fosfodiester dengan rantai RNA yang sedang disintesis. Dengan demikian, rantai RNA
disintesis dari ujung 5' kearah ujung 3', dengan kecepatan reaksi -40 nukleotida/detik pada
6
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
suhu 37"C pada RNA polimerase bakteri. Reaksi ini jauh lebih lambat ketimbang replikasi
DNA, yang berlangsung dengan kecepatan 800 pb/detik.
Sambutan (acceptability) nukleotida yang datang ke dalam kompleks transkripsi
didasarkan pada kecocokannya dengan -salah satunya adalah tiga pasangan basa (kodon)
yang ada dalam rantai DNA. Nukleotida yang datang itu mungkin mengalami supervisi dari
RNA polimerase, untuk dilihat apakah nukleotida yang datang sesuai atau tidak. Ikatan
fosfodiester diiakan terjadi hanya apabila terdapat kecocokan dengan komplek RNA
polimerase-DNA. Jika syarat kecukupan tidak dipenuhi maka nukleotidanya dilempar ke luar
kompleks transkripsi. Dengan demikian, diskriminasi berlangsung dan videlitas dijaga,
namun tidak hanya didasarkan pada berpasangannya basa nukleotida, karena beberapa
senyawa analog dapat disambut dengan baik dan menjadi bagian dari RNA.
Proses transkripsi dapat dibagi ke dalam beberapa tahapan: (1) Tahapan pengakuan
cetakan (template recognition), (2) Tahapan pengawalan (initiation), (3) Tahapan
pemanjangan (elongation), dan (4) Tahapan pengakhiran (termination). Dalam tahapan
pengakuan cetakan, RNA polimerase membentuk kompleks dengan rantai ganda DNA,
ikatan hidrogen dilelehkan, dan menciptakan gelembung
7
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
transkripsi. Daerah yang dibutuhkan oleh RNA polimerase membentuk kompleks dengan
rantai ganda DNA disebut promotor.
Tahapan pengawalan mendeskripsikan pembentukan ikatan nukleotida pertama
dalam RNA. Enzim RNA polimerase tetap berada di daerah promotor sambil mensintesis -9
nukleotida pertama. Namun demikian, pembentukan nukleotida pendek ini terkadang
mengalami keguguran (abortion), yaitu: enzim mensintesis transkrip kurang dari 9 basa,
melepaskannya kembali, dan memulai kembali mensintesis RNA baru. Tahapan pengawalan
berakhir apabila ensim mampu mensintesis rantai RNA baru melewati batas panjang ini.
Tahapan pemanjangan adalah selang selama enzim bergerak sepanjang DNA
cetakan dan memperpanjang rantai RNA. Sambil ia bergerak, ia membuka rantai ganda DNA
dan menyingkapkan sandi rantai tunggal DNA dengan nukleotida-nukleotida yang datang
menyerang ujung 3' dari rantai RNA yang sedang mengalami pemanjangan, membentuk
molekul hibrida RNA-DNA di daerah yang dibuka gulungannya. Persis di belakang gulungan
DNA yang terbuka ini, rantai tunggal DNA berpasangan kembali membentuk rantai ganda
dengan pasangan aslinya. RNA kemudian muncul sebagai rantai tunggal yang bebas, yang
ujung pemanjangannya masih terkait dengan kompleks DNA-RNA-enzim.
8
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
Tahapan pengakhiran melibatkan pengakuan titik dimana tidak ada lagi basa yang
ditambahkan ke dalam rantai. Untuk mengakhiri transkripsi, pembentukan ikatan fosfodiester
harus dihentikan, dan kompleks transkripsi harus dibubarkan. Sewaktu nukleotida terakhir
ditambahkan akan diikuti oleh runtuhnya gelembung transkripsi, dan dilepaskannya hibrida
RNA-DNA. DNA kembali ke keadaan rantai ganda, RNA dan enzim dibebaskan. Urutan
basa nukleotida dalam DNA yang digunakan agar terjadinya pengakhiran transkripsi disebut
terminator.
Uraian transkripsi RNA
Seorang petani, yang menanam jagung di ladang akan sangat kaget kalau tanaman
yang ditanamnya bersamaan, menghasilkan tanaman-tanaman yang waktu berbunganya
berbeda-beda. la tentunya tidak dapat memanen tanamannya secara bersamaan. Mengapa
demikian?
Jika ternyata sang petani memang menanam benihnya dari campuan berbagai varietas,
maka hal ini dapat dengan mudah dipahami sumber permasalahannya. Namun andaikan
bahwa petani menanam varietas yang sama pada lingkungan tumbuh yang homogen. Berapa
besar kemungkinan bunga-bunga itu akan bermunculan pada waktu yang berbeda-beda?
9
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
Dalam kenyataannya, sang petani begitu yakin bahwa tanamannya akan berbunga,
bertongkol dan panen pada umur-umur tertentu dan bersifat serempak. Peluang untuk
menyimpang dari umur yang telah ditentukan sangatlah kecil, atau secara praktis tidak ada.
Kepercayaan petani tersebut dari sudut pandang pengendalian aktifitas gen sangatlah
beralasan bahwa munculnya kuncup bunga tanaman jagung merupakan proses yang sangat
terkendali. Informasi genetika yang menentukan waktu berbunganya jagung diaktifkan
setelah jagung mencapai umur tertentu.
Cerita tentang pembungaan jagung di atas hanyalah sebuah contoh dari
keteraturan-keteraturan umum yang ada dalam sistem-sistem biologi. Keteraturan yang ada
itu diperoleh oleh sistem-sistem biologi dalam kurun waktu evolusi yang sangat panjang,
yang memberikan kepada organisme tertentu suatu keuntungan relatif agar bisa bertahan
hidup dari satu generasi ke generasi berikutnya.
Secara prinsipil, berbagai pola pengendalian aktifitas gen pada sistem-sistem biologi
ditujukan untuk mengontrol empat hal berikut: (1) Kapan, (2) Dimana, (3) Berapa banyak,
dan 4) Bagaimana pola koordinasi pengendalian antar gen. Namun sebagaimana telah
dijelaskan pada bab-bab sebelumnya bahwa ekspresi gen berlangsung melalui tahapan-
10
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
tahapan transkripsi dan translasi, maka pengendalian aktifitas gen yang ditujukan/atau
berpengaruh pada keempat hal tersebut di atas dapat berlangsung pada tahapan-tahapan
transkripsi, pasca transkripsi, translasi, dan pasca translasi.
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.
Pengendalian Aktifitas Gen pada Tahapan Transkripsi
Dalam proses transkripsi, salah satu pilin dari pilin ganda DNA yang mengandung
satuan transkripsi disalin kedalam urutan spesifik RNA. “Disalin” disini berati bahwa gen
yang berada dalam urutan asam nukleat DNA disalin ke dalam urutan basa nukleat RNA.
Pilihan DNA yang menjadi sumber penyalinan dinamakan “cetakan” (template) sedangkan
11
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
pilinan komplementernya, yang karena merupakan representasi urutan RNA yang dihasilkan
dari proses menyalin, disebut “rantai pengkode” (coding strand) (Lihat Ilustrasi).
Sintesis RNA dipercepat reaksinya oleh enzim RNA polymerase. Transkripsi dimulai
ketika enzim tersebut berinteraksi dengan suatu daerah khusus berlokasi di pangkal suatu
gen. Daerah khusus ini disebut promotor. Promotor melingkupi (surrounds) pasangan basa
pertama yang akan disalin ke dalam urutan RNA, dan oleh karenanya disebut titik
pengawalan (starting point). Dari titik ini, enzim RNA polymerase bergerak sepanjang rantai
cetakan, mensintesis RNA, sampai mencapai suatu urutan pengakhiran (terminator). Mulai
dari titik pengawalan transkripsi sampai pada pengakhiran adalah satuan transkripsi. Dari
sekali proses penyalinan informasi dari titik pengawalan ke titik pengakhiran dihasilkan satu
molekul tunggal RNA, yang dapat mengandung satu atau lebih gen.
Urutan DNA sebelum satuan transkripsi disebut daerah hulu (upstream), sedangkan
daerah setelah titik pengawalan disebut daerah hilir (downstream). Arah transkripsi bergerak
dari daerah hulu ke daerah hilir searah dengan biosintesis RNA dari ujung 5' ke ujung 3'.
Pasangan basa pengawalan transkrispi ke arah hilir biasanya ditandai dengan bilangan + dan
diawali dengan +1 dari titik
12
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
pengawalan. Sebaliknya pasangan basa sebelum titik berangkat ditandai dengan bilangan
negatif dan dimulai dengan -1 dan menjadi semakin negatif ke arah hulu.
Hasil pertama dari proses penyalinan satuan transkripsi adalah transkrip primer.
Transkrip ini memiliki ujung 5' dan ujung 3' dan bersifat sangat tidak mantap, sehingga sulit
dikarakterisasi secara in vivo. Pada prokariotik, molekul ini dengan cepat dihancurkan
(mRNA) atau dipotong menjadi molekul yang matang (rRNA dan tRNA). Pada eukariotik,
transkrip primer dimodifikasi di kedua ujungnya (mRNA) dan/atau dipotong menghasilkan
molekul yang matang untuk semua tipe RNA (mRNA, rRNA, dan tRNA).
Transkripsi secara ekslusif dikerjakan oleh RNA polimerase, namun demikian gen
ditranskripsi bukan tanpa diskriminasi oleh enzim tersebut. Protein-protein lain, yang disebut
faktor transkripsi, bertindak mengatur transkripsi. Mereka menentukan apakah suatu gen siap
ditranskripsi atau tidak.
Transkripsi merupakan tahapan utama suatu gen dikendalikan. Tahap pengawalan
merupakan titik kritis bahkan untuk beberapa gen merupakan satu-satunya titik pengendalian
apakah suatu gen akan ditranskripsi atau tidak. Namun karena tahapan transkripsi itu sendiri
terdiri
13
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
dari beberapa tahapan, sejumlah tahapan itu dapat menjadi titik-titik pengendalian
transkripsi.
Ada dua hal penting yang patut diperhatikan sehubungan dengan pengendalian
transkripsi:
(1)
Bagaimana
RNA
polimerase
menemukan
daerah
promotor
dan
protein-protein lain melakukan pengikatan spesifik dengan urutan tertentu basa nukleotida di
daerah promotor; (2) Bagaimana protein-protein regulator berinteraksi dengan RNA
polimerase dan dengan protein pengatur yang lain mengaktifkan atau merepresi
tahapan-tahapan spesifik dalam pengawalan, pemanjangan, dan pengakhiran dari
tahapan-tahapan transkripsi?
Interaksi promotor-RNA polymerase pada prokariotik
Transkripsi berlangsung pada gelembung transkripsi, di daerah mana DNA untuk
sementara membentuk dua rantai tunggal. Salah satu rantai, oleh RNA polimerase digunakan
sebagai cetakan. Sambil RNA polimerase bergerak sepanjang DNA menyalin/mengimlah
urutan spesifik DNA ke dalam urutan spesifik molekul baru RNA (sintesis RNA), gelembung
tersebut juga bergerak bersama. RNA yang baru dibentuk pun semakin panjang.
Bergeraknya gelembung transkripsi bersamaan dengan gerakan maju RNA
polimerase karena sambil RNA polimerase
14
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
bergerak sepanjang DNA cetakan, ia pun turut mendenaturasi pilin ganda DNA di bagian
depan gelembung dan merenaturasi kembali di bagian belakang gelembung. Panjang
gelembung transkripsi kurang lebih 18 pb, tetapi panjang daerah hibrida RNA-DNA di dalam
gelembung itu lebih pendek. Pandangan klasik, melalui pembuktian tidak langsung, adalah
sekitar 12 pb, walaupun belum pemah diukur secara langsung. Bukti yang lebih baru
menunjukkan bahwa basa pada RNA sedekat 3 pb dari titik pemanjangan dapat dipotong oleh
ribonuklease yang mengenal RNA rantai tunggal. Dengan demikian, RNA masih berasosiasi
dengan DNA hanya sepanjang 2-3 basa dari titik pertumbuhan rantai, setelahnya RNA
berikatan sangat kuat dengan RNA polimerase. Jadi hibrida RNA-DNA sangat pendek,
bersifat sementara, dan hanya cukup untuk memberikan stabilitas bagi reaksi reaksi
perpasangan basa yang menentukan spesifitas penambahan nukleotida di ujung pemanjangan
RNA.
RNA polimerase bakteri memiliki ukuran -90 x 95 x 160A. Pada Yeast ukurannya
lebih besar (-140 x 136 x 110A). Analisis struktural menunjukkan bahwa keduanya memiliki
kesamaan, yaitu bahwa terdapat suatu saluran atau alur dipermukaan protein dengan lebar 25
A dan kedalaman 5 -10A, yang dapat saja sebagai alur lintasan DNA. Panjang alur dapat
menampung 16 pb pada enzim bakteri, dan 25 pb
15
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
pada enzim yeast, namun panjang demikian hanya merepresentasi sebagian dari seluruh
DNA yang terikat selama transkripsi berlangsung. Di bagian yang melintang alur tersebut
terdapat alur lain yang lebih sempit berukuran lebar 12 - 15 A dengan kedalaman -20 A, yang
dapat menampung molekul RNA.
Enzim RNA polimerase pertama kali dikenal dari kemampuannya memasukkan
nukleotida-nukleotida ke dalam RNA dibawah arahan DNA cetakan. Sekarang, RNA
polimerase dilihat sebagai bagian dari suatu alat yang lebih kompleks yang terlibat dalam
transkripsi. Kemampuan mengkatalisis sintesis RNA mendefinisikan komponen minimum
yang dapat diderskripsikan sebagai RNA polimerase.
16
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
Operon
Pengendalian aktifitas gen melalui struktur RNA: Terminasi dan Antiterminasi
Pengendalian fase litik dan lisogenik pada infeksi bakteriofage.
Struktur kristal partikel inti nukleosom pada resolusi 28A (Luger et al., 1997)
Modifikasi protem histon yang mempengaruhi ekspresi gen
Histon adalah protein yang terdapat pada inti sel, sebagai bagian struktural kromosom
sel-sel prokariotik. Protein histon terdiri atas H2A, H2B, H3, dan H4, mengepak DNA
sedemikian rupa sehingga terjadi mampatan dengan faktor kurang lebih 10000 kali. Dalam
pengepakan DNA, protein histon membentuk bak kelereng yang dililiti oleh benang-
17
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
benang DNA. Modifikasi protein histon yang mempengaruhi ekspresi gen
• Asetilasi/deasetilasi
• Fosforilasi
• Metilasi (Methylation)
• Ubiquitilasi (Ubiquitylatyion)
• Sumoilasi (Sumoylation)
19
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
III. KESIMPULAN
Dalam proses transkripsi, RNA disintesis menggunakan DNA sebagai cetakan.
Karena RNA bukan sebagai molekul pekerja utama sistem sel, maka penyalinan DNA ke
RNA belum mampu menerangkan bahwa informasi genetik dalam bentuk DNA telah
diekspresikan. Jauh sebelum DNA diidentifikasi sebagai pembawa informasi genetik, telah
diketahui bahwa protein dalam bentuk enzim merupakan mesin-mesin sel yang terlibat dalam
berbagai reaksi biokemis. Setelah penelitian Jacob dan Monod (1961) mengidentifikasi
peranan molekul antara yang labil keberadaannya maka terbangun suatu hubungan
konsepsional penterjemahan informasi dari urutan basa DNA ke dalam urutan asam amino
protein, atau struktur primer protein.
19
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
DAFTAR PUSTAKA
Barton, K.A., Brill, H.J. 1984. Prospects in Plant Genetic Engineering, Dalam P.H. Abelson
(ed). Biotechnology & Biological Frontiers. Washington. DC, American Association
for the Advancement of Science.
Bowen. G.D, and A.D. Rovira. 1981. The effect of microorganisms on plant growth. I.
Development ofroot hairs in sand and agar. Plant soil, 15: 166 -186.
Burr, T.J, M.N. Schroth, and T.W. Suslow. 1978. Increased potato yield by treatment of
seedpieces with specific strain of Pseudomonas fluorescens and P. pulida.
Phytopathol. 68: 1377-1383.
Chaleff, R. S. 1984. Isplation of Agronomically Useful Mutans from Plant Cell Culture,
Dalam P.H. Abelson (ed.) Biotechnology & Biological Frontiers, Washington. DC
American Association for the Advancement of Science.
Dekeyser, R. D. Inze, dan Van Montagu. 1990. Transgenic plant. P. 273 - 250 dalam J.P.
Gustafson (ed) Gene Manipulation in plant improvement II. Plenum Press, New
York.
20
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006
Hull. R. 1990. Non - conventional resistance to viruses in plants concepts and risks. p. 289 303 dalam J.P. Gustafson (ed) Gene Manipulation in plant improvement II. Plenum
Press, New York.
21
Eva Sartini Bayu: Pengendalian Gen Transkripsional, 2005
USU Repository©2006