TRANSKRIPSI INFORMASI dari GEN ke RNA

  BAB TRANSKRIPSI INFORMASI dari GEN ke RNA

  5 Secara molekular pengendalian sifat-sifat organisme oleh gen dilakukan melalui

  pengendalian reaksi pada rantai metabolisme. Gen akan mengendalikan pembentukan enzim yang berperan sebagai katalisator pada setiap tahap reaksi metabolisme, dan hasil akhir metabolisme itu muncul sebagai sifat-sifat organisme. Gen mengendalikan pembentukan seluruh jenis protein, dan proses pengendalikan ini disebut ekspresi gen.

  Hubungan antara gen dengan protein mula-mula ditunjukkan oleh Archibald Garrod (1902), yang mengamati penyakit alkaptonuria, suatu penyakit yang ditunjukan adanya akumulasi senyawa asam.homogentisik pada urin penderita. Penyakit ini bersifat genetik atau diwariskan pada generasi berikutnya, dan ternyata berhubungan dengan kerusakan enzim penderita. Pada tahun 1941 Beadle dengan Tatum melaporkan hasil percobaan mutasi pada

  

Neurospora dan diperoleh informasi bahwa mutasi pada gen menyebabkan terjadinya

  perubahan enzim pada mutan. Berarti satu gen berhubungan dengan satu enzim, yang kemudian dikenal sebagai hipotesis satu gen satu enzim.

  Pada tahap awal perkembangan genetik orang menduga bahwa DNA gen pada kromosom yang menjadi model cetakan bagi pembentukan protein, namun kemudian dibuktikan bahwa RNA yang menjadi model protein. Kemudian diketahui bahwa ekspresi gen terbagi menjadi dua tahapan, yaitu tahapan transfer informasi genetik dari DNA ke RNA (transkripsi), dan selanjutnya tahapan penterjemahan informasi genetik yang terdapat pada RNA ke dalam rantai polipeptida (translasi). Pada bab ini akan dijelaskan mengenai transkripsi, yang merupakan proses penyalinan runtunan basa DNA (gen) ke dalam runtunan basa molekul RNA.

  Perangkat Transkripsi

A. Utas DNA Sebagai Model untuk Sintesis RNA

  Terdapat dua perangkat penting dalam transkripsi yaitu pertama utasan model

cetakan , dan yang kedua enzim pengkatalisis polimerisasi RNA, yang disebut transkriptase.

Pengetahuan yang didapat dari proses replikasi semikonservatif DNA, mendorong ke arah

  106 Genetika

  pemikiran bahwa sintesis semua rantai polinukleotida, termasuk sintesis RNA, akan memerlukan keberadaan satu rantai polinukleotida lama sebagai model cetakannya. Dalam hal transkripsi pemikiran yang paling masuk akal ialah DNA yang ada pada kromosom menjadi model cetakan, dan hal ini terbukti benar.

  Pembuktian pertama mengenai hubungan DNA kromosom dengan RNA dilaporkan oleh Hall dan Speigelman pada tahun 1961. Melalui percobaan hibridisasi antara DNA dan RNA virus T2 terlihat adanya komplementasi antara molekul RNA dengan utasan DNA. Secara garis besar percobaan dimulai dengan membiakan virus pada bakteri E.coli. Kemudian DNA virus didenaturasi dengan suhu 100 C sehingga dihasilkan DNA utas tunggal. Selanjutnya ke dalam tabung DNA tersebut dimasukan RNA dan dihasilkan adanya perpasangan antara utasan DNA dengan utasan RNA. Dalam molekul hibrid DNA-RNA virus tersebut terlihat adanya perpasangan basa yang sempurna antara kedua rantai DNA dengan RNA tersebut. Hal ini dijadikan bukti bahwa RNA virus dibentuk oleh DNAnya.

  Dalam proses transkripsi dari dua utasan DNA pada suatu gen hanya satu yang digunakan untuk membentuk RNA; dan RNA akan mempunyai runtunan basa yang antiparalel terhadap runtunan basa DNA yang menjadi model cetakannya (Gambar 5.1). Pembuktian hal ini dilakukan melalui percobaan hibridisasi DNA-RNA virus SP8. Bila DNA virus utas ganda didenaturasi akan terbentuk DNA utas tunggal, dan bila kemudian direnaturasi secara pelahan utasan-utasan tersebut dapat kembali membentuk heliks ganda. Dalam percobaan, saat proses renaturasi ke dalam tabung dimasukan RNA yang diproduksi virus SP8, dan hasilnya terjadi perpasangan antara salah satu ruas DNA dengan RNA, sedangkan utasan lain tetap dalam utas tunggal. Hal ini menunjukkan bahwa hanya satu dari dua utasan DNA utas ganda yang digunakan sebagai model cetakan, menghasilkan RNA. sedangkan utasan yang lainnya merupakan utas pendamping (Gambar 5.1). Dengan sistem transkripsi seperti ini maka dari satu gen hanya ada satu RNA yang dihasilkan, dan berarti

  Utas pendamping

• AAG TCA TGT TCA CTA CGA TGC GTC DNA
• TTC AGT ACA AGT GAT GCT ACG CAG

  Utas cetakan RNA

• UUC AGU ACA AGU GAU GCU ACG CAG

Gambar 5.1 . RNA merupakan hasil transkripsi dari utas cetakan. RNA antiparalel

  terhadap utas cetakan

Bab 5 Transkripsi Informasi dari Gen ke RNA

  107

  selanjutnya hanya satu protein yang akan dihasilkan melalui translasi. Hal ini menunjukan kekhasan produk gen.

  Proses pemilihan utas model dan utas cetakan dilakukan oleh enzim transkriptase. Secara kimia sebenarnya kedua ruas tunggal DNA dapat digunakan sebagai model cetakan. Sintesis RNA secara in vitro, atau dalam tabung percobaan di luar sel inang, dengan menggunakan dua utasan DNA virus T2 yang telah dipisahkan melalui proses denaturasi, menunjukan bahwa kedua utasan DNA tersebut dapat menghasilkan RNA. Hal ini ditunjukan dengan dapat terbentuknya hibrid DNA-RNA antara kedua utasan DNA T2 tersebut dengan RNA T2 yang dihasilkan secara in vitro. Namun bila sintesis RNA T2 dilakukan secara in

  vivo (RNA dihasilkan dalam sel inang setelah DNA T2 diinfeksikan terlebih dahulu kedalam

  E. coli ), ternyata RNA in vivo tersebut dapat berpasangan hanya dengan salah satu utas DNA

  saja. Berarti dalam sintesis secara in vivo enzim transkriptase yang ada dalam sel mempunyai kemampuan membedakan kedua utasan DNA menjadi utas cetakan dan utas pendamping. Pembedaan utasan ini dilakukan oleh transkriptase dengan cara mengenali promotor, yaitu titik awal transkripsi.

  Wilayah DNA yang digunakan sebagai model cetakan dalam transkripsi RNA ialah ruas yang dibatasi oleh promotor sebagai titik awal transkripsi dan terminator sebagai titik akhir transkripsi. Ruas yang terdapat antara promotor dan terminator disebut ruas penyandi, dan gen terletak pada ruas penyandi ini (Gambar 5.2). Promotor merupakan rangkaian nukleotida yang tersusun sedemikian rupa sehingga dapat menjadi isyarat bagi faktor sigma (satu komponen transkriptase) untuk membawa holoenzim transkriptase ke titk awal gen 1 gen 3

  DNA P P T T 5’P

  3’OH 3’OH 5’P

  T P T P

  gen 2 gen 4

  5’P 3’OH 3’OH 5’P RNA

  3’OH 5’P

3’OH 5’P

Gambar 5.2 . Ruas penyandi transkripsi dibatasi oleh promotor (arah 3’OH) dan terminator

  (arah 5’P). Kedua utas DNA dapat menjadi utas cetakan atau utas pendamping tergantung posisi promotor dan terminator. Dua gen mungkin bertumpuk pada wilayah yang sama tetapi beda utasan DNA

  108 Genetika

  tanskripsi untuk mulai bekerja mensintesis RNA. Terminator juga merupakan rangkaian basa dengan susunan tertentu, yang berfungsi memberi tanda pada transkriptase untuk menghentikan sintesis RNA.

  Promotor dan terminator akan mempunyai makna seperti di atas seandainya dibaca dari arah tertentu, dan tidak bermakna bila dibaca dari arah sebaliknya. Sebagai contoh pada promotor E. coli terdapat tiga wilayah penting, yaitu kotak –35, kotak –10 dan titik awal (lihat Gambar 5.5, dan penjelasannya). Wilayah tersebut bermakna seandainya dibaca dari arah ujung 3’OH. Berdasarkan arah pembacaan promotor dan terminator maka transkriptase akan dapat menentukan utasan mana dari dua utasan DNA yang akan dijadikan sebagai model cetakan, yaitu dengan urutan promotor akan lebih dekat ke ujung 3 dan terminator dekat ke ujung 5'. Hal ini merupakan konsekueansi pertumbuhan 5'

  →3' pada sintesis polinukleotida sehingga utasan model harus dibaca dari 3' ke arah 5'. Dengan demikian kedua utasan DNA dapat menjadi utas cetakan atau utas pendamping, pada gen-gen yang berbeda, tergantung arah promotor dan terminatornya (Gambar 5.2).

B. Enzim Transkriptase

  Perangkat yang kedua ialah enzim transkriptase yaitu suatu enzim yang berperan dalam polimerisasi RNA, atau perangkaian nukleotida-nukleotida menjadi suatu rantai RNA. Ditemukan pertama kali oleh Grunberg-Manago dan Ochoa pada 1955, dan terbukti bahwa enzim ini memerlukan utasan DNA sebagai model dalam pembentukan RNA.

  Terdapat berbagai struktur transkriptase, yang berbeda-beda antara bakteri dan eukariot, yang juga berbeda dalam proses kerjanya. Yang paling rinci dipelajari adalah transkriptase E. coli.. Pada bakteri E. coli ada subunit-subunit protein yang menyusun holoenzim dan faktor-faktor yang tidak termasuk pada holoenzim. Holoenzim terbagi atas

Tabel 5.1. Protein dan subunit penusun transkriptase

  Subunit Fungsi

  Faktor sigma Pengenalan promotor Holoenzim :

  ω Penempelan pada DNA

  β Situs katalisis polimerisasi RNA

  β’ α

Gambar 5.3. Skema holoenzim

  Faktror lain :

  transkriptase, yang tersusun atas

  nus-A Pengenalan terminator

  enzim inti dan faktor sigma

  faktor Mengakhiri transkripsi ρ (rho)

Bab 5 Transkripsi Informasi dari Gen ke RNA

  109

  enzim inti dan faktor sigma. Enzim inti disusun oleh 5 subunit yaitu (ω, β, β',2α). Antara subunit-subunit tersebut tidak terdapat ikatan kovalen, mereka dihubungkan oleh ikatan sekunder (Tabel 5.1 dan Gambar 5.3). Satu subunit lain, yaitu faktor sigma (

  σ), akan bergabung dengan enzim inti membentuk holoenzim, yang mempunyai bobot total sekitar 450000 dalton. Garis tengah holoenzim berukuran sekitar 100 A dengan panjang sekitar 30 pasang-basa dupleks DNA; tetapi pada kenyataannya sanggup melingkupi sekitar 60 nukleotida.

  Sintesis polimerisasi RNA dilakukan oleh enzim inti, sedangkan faktor sigma berfungsi mengenali promotor. Polimerisasi RNA dapat dilakukan oleh enzim inti tanpa faktor sigma. Namun enzim inti ini tidak mampu mengenali dengan tepat promotor, dan untuk mengenalinya diperlukan faktor sigma. Percobaan sintesis RNA secara in vitro menunjukkan bahwa bila enzim yang digunakan untuk sintesis adalah enzim inti tanpa sigma maka RNA yang dihasilkan tidak selalu sama ukurannya, dan bila enzim yang digunakan adalah holoenzim ternyata RNA yang dihasilkan mempunyai ukuran sama. Hal ini menun jukan bahwa tanpa faktor sigma, enzim inti dapat melakukan penyalinan basa DNA menjadi RNAsintesis RNA, tetapi tidak dapat memulai penyalinan tersebut pada situs yang tepat, karena faktor sigma yang dapat mengenali dengan tepat situs tersebut.

  Terdapat dua subunit lain yaitu faktor rho dan nusA, yang ikut dalam proses transkripsi tetapi bukan penyusun holoenzim transkriptase. Protein nusA akan menempel pada enzim inti menggantikan faktor sigma, dan kemungkinan berfungsi dalam sintesis perpanjangan rantai RNA. Faktor rho akan menempel pada enzim inti untuk menghentikan sintesis RNA, dan membebaskan transkriptase dari DNA dan RNA yang dihasilkan. Tetapi tidak semua proses sintesis RNA memerlukan faktor rho, hal ini akan dijelaskan kemudian.

  Proses Transkripsi

  Transkripsi merupakan proses sintesis pembentukan rantai RNA, melalui proses pembacaan runtunan basa DNA model, dan menyalinnya menjadi runtunan basa RNA. Terdapat tiga peristiwa penting dalam proses transkripsi yaitu inisiasi, sintesis perpanjangan RNA, dan proses akhir transkripsi (Gambar 5.4).

A. Inisiasi Transkripsi pada Promotor

  Proses inisiasi akan menentukan apakah suatu gen akan dapat ditranskripsikan atau tidak, dan juga menentukan benar atau tidaknya hasil transkripsi. Pada bakteri inisiasi diawali

  110 Genetika

  Gen Terminator Promotor

  DNA Inisiasi : Transkriptase menempel pada promotor Enzim inti

  σ

  Ribonukleotida nusA Ribonukleotida

  Akhir transkripsi pada RNA terminator RNA

Gambar 5.4 . Skema Proses translasi, dimulai dengan insiasi translasi (faktor

  σ membawa enzim inti ke promotor, dan diakhiri dengan lepasnya enzim transkriptase pada teminaotor dengan bantuan nusA dan faktor

  ρ dengan pengenalan promotor oleh faktor sigma, dilanjutkan dengan penempelan enzim inti pada promotor, dan pengudaran pilinan heliks ganda untuk memulai sintesis RNA (Gambar 5.4 dan 5.5). Terdapat hubungan khusus antara satu jenis faktor sigma dengan satu jenis promotor, interaksi ini akan menentukan kemampuan faktor sigma mengenali promotor.

  Promotor E. coli merupakan promotor yang paling banyak dipelajari, dan menjadi model promotor bakteri. Promotor ini mempunyai ukuran sekitar 40 pasang basa, dengan tiga titik penting yaitu kotak -35, kotak -10 dan titik awal transkripsi (Gambar 5.5). Kotak –35 mempunyai makna bahwa pada sebagian besar organisme titik tengah kotak tersebut terdapat pada basa yang berjarak 35 pasang basa ke arah hulu dari titik awal transkripsi, hal yang sama berlaku untuk kotak -10. Antara kotak -35 dengan kotak Pribnow dipisahkan (dalam 90% kasus) oleh 16 sampai 18 pasang nukleotida.

  Kotak -35 dan kotak -10 terdiri dari beberapa pasang basa, dan runtunannya hampir sama untuk berbagai individu, atau disebut runtunan konsensus, sedangkan bagian lainnya mempunyai runtunan basa yang bervariasi. Kotak –35, dengan rangkaian konsensus

Bab 5 Transkripsi Informasi dari Gen ke RNA

  111 3’---TTGACA--------TATAAT----CAT---------5’ DNA

  

Kotak -35 Kotak -10 Titik awal

DNA

  Transkriptase DNA DNA

RNA

Gambar 5.5. Inisiasi transkripsi pada promotor E.coli . Transkriptase menempel pada

  kotak-35, membuka pilinan DNA pada kotak –10, dan memulai sintesis RNA pada titik awal

  5'TGTTGACA3', mempunyai fungsi sebagai isyarat penempelan buat transkriptase pada DNA. Isyarat ini dapat dikenali oleh faktor sigma, salah satu subunit dari transkriptase, yang akan menggiring enzim ini agar dapat menempel pada tempat yang tepat

  Kotak -10, yang juga disebut kotak Pribnow dengan rangkaian konsensus 5'TATAAT3', merupakan tempat awal transkriptase mengudar pilinan heliks ganda DNA menjadi dua utas tunggal. Kotak –10 yang disusun oleh rangkaian pasangan basa AT, pasangan dengan ikatan hidrogen paling lemah, menjadikan wilayah ini utas-gandanya paling mudah dipisahkan. Terbentuknya utas tunggal merupakan syarat untuk dapat dilakukannya proses transkripsi.

  Yang terakhir yaitu titik awal transkripsi, yang merupakan basa pertama yang ditranskripsikan menjadi RNA (Gambar 5.5). Sebagian besar dari gen menunjukkan bahwa titik awal itu merupakan basa purin pertama yang mempunyai jarak sekitar tujuh basa dari kotak Pribnow. Cukup sering ditemukan bahwa titik awal merupakan titik tengah rangkaian tiga basa CAT.

B. Proses Sintesis Perpanjangan RNA

  Setelah transkriptase mengenali isyarat awal dan beberapa ribonukleotida dirangkaikan, maka selanjutnya akan berlangsung proses perpanjangan RNA. Dalam proses

  112 Genetika

  pemanjangan ini faktor sigma tidak diperlukan lagi dan akan terlepas dari enzim inti, dan kemungkinan diganti oleh protein lain yaitu nusA (Gambar 5.4). Setelah lepas dari faktor sigma, yang cara kerjanya sangat teliti dalam memeriksa runtunan basa, enzim inti transkriptase akan berjalan lebih cepat.

  Situs DNA utas Situs pemulihan pendamping Situs pengudaran pilinan heliks ganda pilinan heliks ganda 10 pb

  DNA arah pergerakan transkriptase

  Transkriptase Situs DNA utas model Situs hibrid

  RNA DNA-RNA Situs polimerisasi RNA

Gambar 5.6 . Transkriptase dengan situs aktifnya dalam proses sintesis

  polimerisasi RNA Terdapat tiga pekerjaan yang dilakukan oleh inti transkriptase, yaitu membuka pilinan heliks DNA, melakukan sintesis RNA, dan memulihkan kembali pilinan heliks DNA

  (Gambar 5.6). Ketiga kegiatan ini dilakukan berkat adanya tiga situs aktif pada enzim tersebut. Situs penguraian heliks DNA terletak setara dengan 12pb ruas DNA dari ujung muka transkriptase, sedangkan situs pemulihan pilinan terletak sekitar 17pb ke hilir dari situs pengurai heliks. Pada selang antara kedua situs ini akan terbentuk DNA utas tunggal setempat, dan pada salah satu utas, yaitu ruas DNA cetakan akan terjadi proses polimerisasi RNA, setiap basa A, T, C, dan G pada DNA akan disalin menjadi U, A, G, dan C pada RNA. Proses sintesis ini akan berjalan mulai dari titik awal transkripsi pada promotor, sampai pada terminator (Gambar 5.4). Protein nusA, diketahui akan bergabung setelah faktor sigma memisahkan diri dari enzim inti. Kemungkinan selain dalam proses; perpanjangan rantai RNA nusA berperanan dalarn mengenali isyarat akhir transkripsi atau terminator.

C. Terminator dan Proses Akhir Transkripsi

  Terminator merupakan rangkaian nukleotida DNA yang merupakan isyarat bagi transkriptase untuk mengakhiri proses transkripsi. Terdapat dua jenis terminator, yaitu terminator yang memerlukan faktor rho dan terminator tanpa faktor rho. Pada terminator jenis

Bab 5 Transkripsi Informasi dari Gen ke RNA

  113

  pertama transkriptase akan berhenti bekerja dan tetap berada pada DNA sampai datang faktor rho yang akan memisahkan DNA dari transkriptase serta RNA yang baru dibentuknya. Sedangkan pada terminator tanpa faktor rho setelah transkriptase mencapai terminator dan proses transkripsi berhenti, maka kemudian RNA dan enzim transkriptase akan terlepas dari DNA.

  Semua terminator yang dipelajari pada prokariot mengandung dua rangkaian ulang balik, yaitu rangkaian pasangan nukleotida yang runtunannya merupakan kebalikan dari runtunan rangkaian yang lain. Dalam satu utasan DNA, satu rangkaian akan merupakan pasangan antiparalel dari rangkaian yang lain seandainya dibaca dari arah yang berlawanan. Akibatnya kedua rangkaian tersebut dapat berpasangan satu sama lain. Kedua ruas ulang balik ini dipisahkan oleh sejumlah basa, misal pada terminator yang terdapat pada ruas pengawal operon triptofan (trpL) masing-masing ruas ulang baliknya disusun oleh tujuh pasang basa, dan kedua ruas tersebut dipisahkan oleh 7 pasang basa. (Gambar 5.7).

  Basa-basa terminator akan ditranskripsikan ke dalam RNA. Karena adanya dua rangkaian ulang balik yang dipisahkan oleh sejumiah nukleotida maka pada RNA akan terdapat dua ruas yang berpasangan, dan bila hal ini terjadi maka akan ditemukan adanya struktur seperti jepit rambut, yaitu dua batang yang berpasangan yang dihubungkan oleh satu simpul. Struktur jepit rambut ini memberi isyarat kepada transkriptase untuk mengakhiri pekerjaannya dalam sintesis RNA. Isyarat tersebut mungkin dapat berupa memperlambat atau menghentikan pergerakan transkriptase sepanjang utasan DNA.

  Pada terminator tanpa faktor rho disamping adanya ruas ulang balik juga terdapat Ruas ulang balik

  DNA RNA

  Struktur jepit rambut

Gambar 5.7. Struktur terminator, yang mengandung ruas ulang balik,

  sehingga dihasulkan struktur jepit rambut pada RNA

  114 Genetika

  rangkain pasangan basa poliAT, yang letaknya tepat dihilir ruas ulang balik yang terakhir (Gambar 5.7). Rangkaian basa A terdapat pada ruas cetakan DNA, sehingga akan ditranskripsikan menjadi poli-U pada RNA tepat setelah struktur jepit rambut. Jadi setelah mentranskripsikan poli-AT maka pada situs hibrid DNA-RNA pada transkriptase akan terdapat pasangan hibrid poliAU. Seperti diketahui bahwa pasangan poliAU merupakan pasangan yang paling lemah, maka hibrid DNA-RNA ini akan mudah lepas. Jadi dengan mekanisme ini proses pemisahan antara DNA, RNA, dan transkriptase terjadi pada saat akhir proses transkripsi.

  Terminator dengan faktor rho tidak mengandung ruas poliAT sebagai penutupnya; jadi pada akhir transkripsi tidak akan ada pasangan poliAU pada pasangan hibrid DNA-RNA. Setelah terbentuk struktur jepit rambut transkriptase akan mengakhiri proses transkripsi, tetapi kompleks DNA-RNA- transkriptase belum dapat terpisah. Diperlukan jasa faktor rho, yaitu suatu protein yang merupakan subunit transkriptase, yang akan berperan memisahkan DNA, RNA, dan transkriptase dari kompleks yang terbentuk selama transkripsi.

  Jenis RNA Hasil Transkripsi

  Terdapat empat jenis RNA yang dihasilkan melalui transkripsi, yaitu mRNA, tRNA, rRNA dan snRNA. Tiga RNA pertama merupakan RNA yang berperanan dalam proses translasi, sedangkan snRNA terdapat hanya pada inti eukariot dan berperan pada regulasi.

A. RNA duta (mRNA)

  RNA duta atau mRNA (messenger RNA) adalah RNA yang menjadi model cetakan dalam proses penyusunan asam-amino menjadi rantai protein pada saat translasi. Dinamakan RNA duta karena molekul ini merupakan penghubung DNA dengan protein; seolah-olah membawa pesan berupa informasi genetik dari DNA kepada protein. Dalam proses transkripsi rangkaian basa utas DNA menjadi cetakan dalam menyusun basa-basa mRNA, selanjutnya dalam proses translasi sintesis protein rangkaian basa-basa mRNA ini diterjemahkan menjadi rangkaian asam-amino rantai polipeptida.

Tabel 5.2. Perbandingan kandungan 3 jenis RNA di dalam sel serta gen penyandinya

  Jenisi RNA Persentase Persentase gen penyandinya dalam sel Bakteri Eukariot mRNA 2 % 90 % 60 % tRNA 10 % 10 % 40 % rRNA 88 %

Bab 5 Transkripsi Informasi dari Gen ke RNA

  115

  Rantai mRNA disandikan oleh gen ruas khas, yang merupakan gen paling dominan dalam genom organisme, sekitar 90% pada bakteri dan 60% dalam eukariot (Tabel 5.2). Tetapi walaupun gen yang membentuknya terdapat dominan di dalam genom, kuantitas mRNA merupakan yang paling sedikit di dalam sel, yaitu sekitar 2%. Hal ini terjadi karena mRNA tidak dibutuhkan untuk berada secara permanen didalam sel. Satu jenis mRNA diperlukan selama protein yang disandikannya harus diproduksi, dan bila kuantitas protein tersebut sudah mencukupi maka mRNA tersebut harus diuraikan menjadi nukleotida- nukleotida bebas. Bentuk mRNA yang linear menjadikannya peka terhadap enzim ribonuklease dan mRNA akan diuraikan ke dalam mononukleotida.

  Informasi genetik yang dibawa oleh mRNA terdapat pada runtunan basa yang dikandungnya. Setiap jenis kombinasi tiga basa yang berdampingan mengandung sandi genetik tertentu (disebut kodon), yang dapat diterjemahkan menjadi satu jenis asam-amino tertentu dalam proses translasi. Oleh karena itu rantai mRNA dapat dipandang sebagai rangkaian kodon yang dapat diterjemahkan menjadi runtunan asam-amino. Penterjemahan mRNA menjadi protein dimulai pada kodon awal (AUG) dan diakhiri pada kodon akhir (UAA, UAG atau UGA). Ruas antara kodon awal dan kodon akhir ini disebut ruas penyandi protein, dan ruas inilah yang sebenarnya setara dengan gen. Penjelasan lebih rinci mengenai kodon dan sandi genetik akan ditemukan pada pokok Bahasan berikutnya

  Keragaman panjang rantai mRNA berhubungan dengan banyaknya ruas penyandi polipeptida yang terkandung pada mRNA tersebut serta panjang polipeptida yang akan dibentuk. mRNA eukariot umumnya hanya mengandung satu ruas penyandi (mRNA monogen) sedangkan pada mRNA prokariot sering ditemukan lebih dari satu ruas penyandi (mRNA poligen).

B. RNA transfer (tRNA)

  Berbeda dari mRNA yang linear, tRNA mempunyai struktur tiga dimensi (Gambar 5.7), sehingga tRNA lebih stabil dan berumur cukup panjang di dalam sel. Dalam translasi tRNA mempunyai dua fungsi yaitu pertama menterjemahkan kodon yang terdapat pada mRNA menjadi satu jenis asam-amino, dan yang kedua sebagai pengangkut asam-amino dari sitoplasma ke dalam kompleks translasi. Yang dimaksud dengan kompleks translasi ialah asosiasi mRNA tRNA dan ribosom pada saat berlangsungnya translasi. Struktur tRNA mendukung kedua fungsi tersebut. Kemampuan menterjemahkan ini dipunyai oleh tRNA berkat adanya antikodon yang merupakan komplemen dari kodon mRNA, serta berkat kemampuannya membentuk kompleks amnioasil-tRNA dengan asam-amino

  116 Genetika

  Struktur primer tRNA merupakan rantai polinukleotida linear dengan ukuran panjang setara dengan 73 sampai 93 nukleotida (dengan berat molekul total antara 25 sampai 30 kdal). Pada molekul tRNA dikandung nukleotida dengan basa-basa yang tidak umum, atau termodifikasi pada proses pascatranskripsi. Pada rantai nukleotida tRNA terdapat ruas-ruas dengan runtunan basa yang antiparalel satu dengan lainnya, sehingga dapat berpasangan membentuk struktur sekunder.

  Tangkai asam amino Simpul D Simpul T ψC

  Simpul variasi Simpul antikodon

Gambar 5.8 . Struktur trNA (a) struktur sekunder (a) dan (b) struktur tersier

  Semua jenis tRNA, walaupun mempunyai kandungan basa yang berbeda, tetap mempunyai model struktur sekunder yang sama, yaitu struktur daun semanggi (Gambar 5.8). Struktur sekunder tersebut mempunyai satu batang dengan tiga cabang berutas ganda, yang dibentuk oleh perpasangan basa antar ruas. Pada ujung ketiga cabang terdapat simpul yang dibentuk oleh rangkaian nukleotida yang bebas tidak berpasangan dengan jumlah basa dalam simpul antara tujuh sampai dua belas. Sesuai dengan basa yang dikandungnya ketiga simpul tersebut diberi nama sebagai simpul T

  ψC terdiri dari 7 basa, simpul antikodon mengandung 7 basa, dan simpul D mengandung 8 sampai 12 basa. T ψC mengandung rangkaian basa

  5'T ψCG3' yang berfungsi dalam penempelan tRNA pada ribosom. Pada simpul antikodon terdapat rangkaian tiga basa antikodon yang berfungsi untuk membaca kodon pada mRNA.

  Pada bagian tangkai semua basa berpasangan kecuali empat nukleotida yang terdapat pada ujung 3’. Rangkaian basa keempat nukleotida itu selalu sama untuk berbagai tRNA yaitu 3’ACCPy5', yang berfungsi sebagai tangkai penerima asam-amino. Pada bagian ujung 3'ACCPy5' akan menempel asam-amino, yang akan dibawa tRNA menempel pada ribosom.

Bab 5 Transkripsi Informasi dari Gen ke RNA

  117

  Selain batang dan tiga cabang terdapat satu simpul berukuran kecil yang terletak pada sudut antara tangkai T ψC dengan tangkai antikodon, biasa disebut simpul variasi. Banyaknya basa yang terletak pada simpul tersebut beragam dari satu jenis tRNA dengan jenis tRNA yang lain, sehingga memberikan keragaman bentuk akhir tRNA. Struktur tersier tRNA terbentuk akibat terjadinya perpasangan pada simpul T ψC dengan basa pada simpul D. Struktur tersier tRNA mempunyai bentuk yang menyerupat huruf

  Γ, dengan sudut huruf Γ ditempati oleh simpul T ψC, dan pada kedua ujung bebas ditempati simpul antikodon dan tangkai penerima asam-amino (Gambar 5.8).

C. RNA Ribosom (rRNA)

  RNA yang ketiga yang ikut terlibat dalam proses sintesis protein yaitu RNA ribosom (rRNA). RNA ini merupakan RNA terbanyak, sekitar 83%, dari RNA yang dikandung suatu sel. Besarnya jumlah rRNA dalam sel karena molekul rRNA bersifat stabil, berukuran besar, dan jumlah ribosom di dalam sel sangat banyak. Ribosom merupakan organel selular yang sangat penting, terdapat dalam semua sel mahluk hidup, berperan dalam sintesis rantai protein, yaitu sebagai tempat pertemuan mRNA dengan tRNA pembawa asam-amino.

  Ribosom disusun oleh dua subunit yaitu ribosom kecil dan ribosom besar, yang kedua-duanya disusun oleh protein dan rRNA. Kedua subunit tersebut dicirikan oleh ukurannya yang besarannya ditentukan dengan kecepatan pengendapan. kecepatan Subunit

  Ribosom Ribosom bakteri eukariot

  70 S

  80 S

  60 S

  40 S

  50 S

  30 S

  rRNA5S rRNA5.8S rRNA18S rRNA16S rRNA5S rRNA23S rRNA28S

Gambar 5.9 Ribosom bakteri dan eukariot beserta komponen-komponen

  penyusunnya

  118 Genetika

  kecil ribosom prokariot berukuran 30 S, dan subunit besar berukuran 50 S, sedangkan keseluruhannya berukuran sama dengan 70S. Ribosom eukariot mempunyai ukuran lebih besar, ukuran totalnya 80S dengan subunitnya 60S dan 40S (Gambar 5.9)

  Pada E. coli terdapat tiga jenis rRNA, yaitu rRNA16S pada subunit 30S, dengan panjang rantai setara dengan 1542 nukleotida, kemudian pada subunit 50S diperoleh rRNA23S yang mengandung 2904 nukleotida, dan rRNA5S dengan 120 nukleotida. Ribosom eukariot mengandung rRNA yang lebih besar dibandingkan dengan yang dikandung oleh prokariot. Pada keseluruhan ribosomnya terdapat empat jenis rRNA, satu molekul, yaitu rRNA 18S (17S pada khamir), terdapat pada subunit ribosom 40S, dan tiga molekul lainnya, yakni rRNA28S (25S pada khamir), serta dua molekul kecil rRNA 5,8S dan 5S terdapat pada subunit 60S. Pada ribosom mitokondria terdapat hanya dua molekul rRNA.

  Sampai saat ini belum diketahui dengan pasti mengenai fungsi rRNA, mengapa begitu besar masa rRNA dalarn ribosom. Tetapi kita percaya bahwa banyaknya basa yang tidak berpasangan pada rRNA berhubungan dengan proses penempelan molekul RNA yang lain pada ribosom. Beberapa basa dekat ujung 3' pada rRNA 16S dapat membentuk pasangan basa temporer dengan situs Shine-Dalgarno molekul mRNA; yang merupakan situs pengenalan mRNA oleh ribosom. Begitu pula ruas rRNA dapat berinteraksi dengan semua tRNA tanpa kecuali selama penempelan tRNA pada ribosom. Juga basa-basa rRNA mungkin membentuk pasangan yang berhubungan dengan terbentuknya kompleks RNA- protein yang terlibat dalam menuntun proses sintesis protein baru didalarn sel.

  Rangkuman

  Gen diekspresikan melalui peranan dalam pengendalian sifat-sifat organisme. Peran ini dijalankan melalui pengendalian proses pembentukan protein dan enzim-enzim yang mengkatalisis reaksi kimia pada berbagai tahapan metabolisme. Gen diekspresikan melalui dua tahapan yaitu transkripsi dan translasi. Transkripsi adalah penyalinan informasi dari gen kedalam molekul RNA, yang dalam pelaksanaannya adalah berupa penyusunan basa-basa pada rantai RNA dengan menggunankan runtunan basa DNA gen sebagai modelnya. Translasi adalah penterjemahan informasi berupa runtunan basa RNA menjadi rangkaian asam-amino pada protein.

  Dalam transkripsi terdapat dua perangkat yaitu ruas DNA yang menjadi model, dan enzim transkriptase yang mengkatalisis proses sintesis RNA. Ruas DNA yang dijadikan model atu juga disebut ruas penyandi ialah ruas yang dibatasi oleh promotor dan terminator. Promotor ialah segmen DNA yang berfungsi sebagai tanda bagi enzim transkriptase untuk mengawali proses transkripsi atau penyalinan basa DNA menjadi basa RNA. Terminator ialah segmen DNA yang menjadi tanda untuk berakhirnya proses transkripsi. Panjang ruas antara promotor dan terminator (ruas penyandi) akan sama dengan panjang RNA yang dihasilkan.

Bab 5 Transkripsi Informasi dari Gen ke RNA

  1. mRNA 2. tRNA 3. rRNA

  Soal Latihan

  A, B, C, D

  1. kerangka ribosom 2. pengenal mRNA saat translasi 3. pengenal tRNA saat translasi

  A, B, C, D 7. rRNA berperan sebagai

  1. model untuk merangkaikan asam amino 2. penterjemah kodon-kodon yang ada pada mRNA 3. pengangkut asam-amino saat translasi

  A, B, C, D 6. tRNA berperan sebagai

  1. mempunyai struktur linear 2. berperan sebagai model dalam pembentukan protein 3. dalam sel dibentuk saat diperlukan untuk translasi

  A, B, C, D 5. mRNA mempunyai sifat dan peran berikut

  4. RNA yang keberadaannya permanen di dalam sel ialah 1. mRNA 2. tRNA 3. rRNA

  A, B, C, D

  119

  Terdapat empat jenis RNA hasil transkripsi yaitu mRNA, tRNA, rRNA, dan snRNA. Tiga RNA selain snRNA berperanan dalam proses translasi atau sintesis protein. mRNA berperan sebagai model untuk menyusun runtunan asam-amino rantai polipeptida atau protein. tRNA berperan sebagai pengangkut asam-amino dan penterjemah rangkaian kodon- kodon yang terdapat pada mRNA menjadi rangkaian asam-amino. rRNA berfungsi sebagai rangka ribosom dan mengenali tRNA dan mRNA.

  Translasi

  2. Transkripsi 3.

  Replikasi

  2. Gen diekspresikan melalui proses 1.

  A, B, C, D

  3. Pengendalian pembentukan RNA

  2. Pengendalian pembentukan enzim

  1. Pengendalian proses metabolisme

  1. Ekspresi gen merupakan proses molekular pengendalian suatu sifat oleh suatu gen. Hal ini dilakukan melalui

  Pilih jawaban A, B, C, atau D yang benar, atau pilih A bila 1&2 benar, B bila 1&3 benar, C bila 2&3 benar, dan D bila 1&2&5 benar

  A, B, C, D 3. Yang dibentuk pada proses transkripsi dan berperanan dalam proses translasi adalah

  120 Genetika

  8. Enzim yang berperan dalam proses ekspresi gen adalah

  A. Polimerase DNA I

  B. Polimerase DNA III

  C. Transkriptase

  D. Ligase

  9. Pada proses transkripsi akan dilakukan penyalinan basa-basa DNA manjadi basa RNA, yang akan dimulai pada A. titik ori

  B. promotor

  C. kodon awal

  D. terminator Daftar Pustaka

  Albert B, Bray D, Lewis J, Raff M., Robert K, and Watson J. 1994. Molecular Biology of the Cell. Fourth Edition. Garland Publishing Inc. New York and London. Ayala FJ, Keger JA. 1984. Modern Genetics. Second Edition. The Benjamin/Cummings Co.

  Inc. Menlo Park, CA Beadle GW and Tatum EL. 1941. Genetic control of biochemical reactions in Neurospora.

  Science 27: 499-506.

  Crick FHC, 1966. Codon-anticodon pairing: the wobble hypothesis. J.Mol.Biol. 19: 548-550 Jusuf M. 2001. Genetika I, Struktur dan Ekspresi Gen, Sagung Seto. Jakarta. Lewin B. 1990. Genes IV. Oxford University Press. Oxford Niremberg MW and Leader P. 1964. The effect of trinucleotides upon the binding of sRNA to ribosomes. Sciences 145: 1399-1407 Russel PJ. 1996. Genetics. Fourth Edition. Harper Collins College Publisher. New York. Stryer L. 1995. Biochemistry. WH Freeman and Company. New York. Watson JD, Hopkins NH, Robert JW, Steiz JA, Weiner AM. 1987. Molecular Biology of the Gene. Fourth Edition.Benjamin/Cummung Co. Inc., Menlo Park CA. Zubay G. 1987. Genetics. The Benjamin Cummings Publishing Company Inc. Menlo Park,

  California Zubay G and Marmur (Eds) 1973. Papers in Biochemical Genetics. Secod Edition. Holt, Rinehart and Winston. New York.