5 STRUKTUR DAN EKSPRESI GEN
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kehidupan ditandai oleh adanya proses metabolisme yang terjadi di dalam
sel. Metabolisme merupakan proses perubahan kimiawi dari satu bentuk ke
bentuk yang lainya, misalnya dari bentuk sederhana menjadi bentuk yang
lebih rumit, atau sebaliknya. Proses metabolisme melibatkan transformasi
materi dan energi.
Penampilan morfologi yang merupakan fenotip dari suatu organisme
adalah hasil proses metabolisme yang terjadi di dalam setiap sel penyusun
organisme tersebut. Keragaman morfologi di antara individu anggota suatu
populasi sangat tergantung dari keragaman proses dan hasil metabolisme yang
terjadi pada masing-masing individu.
Proses metabolisme di dalam sel merupakan reaksi biokimia yang dikatalis
oleh enzim tertentu, sehingga keragaman proses dan hasil metabolisme
ditentukan oleh enzim yang terlibat dalam reaksi tersebut. Keragaman enzim
(baik struktur maupun susunan asam aminonya) itu sendiri sangat ditentukan
oleh susunan cetakannya yaitu asam deoksiribonukleat (DNA). Ruas DNA
yang menjadi cetakan untuk mensintesis enzim (protein) yang disebut dengan
gen, sehingga gen merupakan pengendali proses metabolisme atau pengendali
kehidupan. Keragaman morfologi suatu organisme merupakan penampakan
gen-gennya. Suatu gen memiliki penyusun serta dapat melakukan ekspresi
gen.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah yang dapat disusun dalam materi struktur dan ekspresi gen
yaitu:
1. Apa sajakah bagian-bagian yang menyusun suatu gen ?
2. Bagaimana struktur gen pada mahluk hidup?
3. Bagaimana mekanisme ekpresi gen prokariotik dan eukariotik pada
mahluk hidup ?
1
1.3 Tujuan
Berdasarkan pada rumusan masalah, maka tujuan dari penyusunan majakah
yaitu:
1. Untuk mengetahui bagian-bagian yang menyusun suatu gen
2. Untuk mengetahui struktur gen pada mahluk hidup
3. Untuk mengetahui mekanisme ekpresi gen prokariotik dan eukariotik
2
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Struktur Gen
2.1.1 Letak Gen Pada Makhluk Hidup
Bagian utama sebuah sel adalah nukleus, di dalam nukleus terdapat benangbenang halus yang disebut kromatin. Pada saat sel akan mulai membelah
diri, benang-benang halus tersebut menebal, memendek dan mudah
menyerab warna membentuk kromosom.Kromosom mengandung DNA.
Total keseluruhan informasi genetik yang disimpan didalam kromosom
disebut genom. Genom DNA tersusun atas gen-gen. Satu gen mengandung
satu unit informasi mengenai suatu sifat yang dapat diamati. Gen juga
dianggap sebagai fragmen DNA didalam kromosom (Suryo,2008).
2.1.2 Strutur Gen
Gen adalah bagian dari kromosom atau salah satu kesatuan kimia (DNA)
dalam kromosom yaitu dalam lokus yang mengendalikan ciri-ciri genetis
dari suatu makhluk hidup. Menurut Fred (2005) bahwa struktur gen tersusun
dari:
1. Daerah pengkode yaitu ekson and intron yang mengkode RNA atau
protein. Intron(intervening sequences) merupakan sekuens yg tidak
mengkode asam amino sedangkan ekson merupakan merupakan bagian
yang akan dikode menjadi asam amino.
2. Promotor
Promotor adalah adalah urutan DNA spesifik yang berperan
dalammengendalaikan transkripsi gen struktural dan terletak di daerah
upstream (hulu) dari bagian struktural gen. Promotor berfungsi sebagai
tempat awal pelekatan enzim RNA polimerase yang nantinya
melakukan transkripsi pada bagian structural.
3. Operator
Operator merupakan urutan nukelotida yang terletak di antara promotor
dan bagian struktural dan merupakan tempat pelekatan protein represor
(penekan atau penghambat ekspresi gen). Jika ada represor yang
melekat di operator maka RNA polimerase g bisa jalan trus ekspresi gen
3
tidak
bisa
berlangsung.Selain
adanya
supresor
juga
terdapatenhancer.Supresor digunakan untuk menghambat sedangkan
enhancer digunakan untuk meningkatkan proses transkripsi dengan
meningkatkan jumlah RNA polimerase. Namun letaknya tidak pada
lokasi yang spesifik seperti operator, ada yg jauh di upstream atau
bahkan downstream dari titik awal transkripsi.
4. Terminator
Terminator dicirikan dengan struktur jepit rambut / hairpin dan
lengkungan yang kaya akan urutan GC yang terbentuk pada molekul
RNA hasil transkripsi
2.1.3 Perbedaan Struktur Gen Pada Prokariotik Dan Eukariotik
Pada umumnya struktur gen pada prokariotik dan eukariotik sama yaitu
tersusun dari bagian pengkode, promotor, operator, terminor. Perbedaannya
terletak pada bagian pengkode. Bagian pengkode pada prokariotik terdapat bagian
intron yang tidak dapat diekspresikan sehingga semuanya ekson, kecuali pada
Archaebacteria dan bakteriofag ada yang memiliki intron. Sedangkan bagian
pengkode pada eukariotik terdiri dari ekson dan intron (Fred,2005).
2.2 Ekpresi Gen
Ekspresi gen adalah proses penentuan sifat suatu organisme oleh gen.
Suatu sifat yang dimiliki oleh organisme merupakan hasil metabolisme yang
terjadi di dalam sel. Proses metaboisme dapat berlangsung karena adanya enzim
yang berfungsi sebagai katalisator proses-proses biokimia. Enzim dan protein
lainnya diterjemahkan dari urutan nukleotida yang ada pada molekul mRNA, dan
molekul mRNA itu sendiri disintesis berdasarkan utas cetakan DNA. Gen tersusun
dari molekul DNA, sehingga gen menentukan sifat suatu organisme (Fred,2005).
2.2.1 Dogma Central
Mekanisme ekspresi genetik mengikuti Dogma Sentral Biologi Molekular
yaitu aliran (transfer) informasi genetik dari urutan nukleotida DNA manjadi
urutan asam amino protein (Subowo,2011).
2.2.2 Kode Genetika
4
Kode genetika merupakan suatu pengkodean urutan triplet basa nitrogen
DNA dan RNA pada proses sintesis protein. Suatu kode triplet basa nitrogen akan
menghasilkan suatu jenis asam amino. Urutan dan jenis asam amino di dalam sel
akan menetukan jenis dan fungsi protein yang dihasilkan.
Kodon merupakan susunan kombinasi dari tiga basa nitrogen yang terdapat
pada mRNA. Karena jumlah basa nitrogen ada 4 jenis, maka kemungkinan
jumlah kodon ada sebanyak 43 atau 64 macam, artinya kemungkinan asam
amino yang terbentuk ada sebnayak 64 jenis. Jumlah asam amino yang
demikian menjadi belebih mengingat jumlah asam amino di dalam sel
adalah 20 jenis. Hal demikian menunjukkan bahwa ada beberapa jenis asam
amino yang mempunyai lebih dari satu macam kodon. Contohnya asam
amino jenis leusin mempunyai kodon SUU, SUS , SUA, SUG. Artinya asam
amino leusin dapat digunakan dengan menggunakan keempat kodon
tersebut (Suryo,2008).
Gb.2.2.3 Kode genetika
2.2.3 Mekanisme Ekspresi Gen
5
A. Trankripsi
Transkripsi merupakan proses pembentukan molekul RNA dengan
menggunakan DNA sebagai cetakannya. Tidak semua bagian DNA akan
ditranskripsikan, tetapi hanya bagian tertentu saja. Bagian tertentu tersebut
disebut dengan gen. keseluruhan DNA baik gen maupun sekuensi DNA
bukan penyandi (non-coding) yang dikandung oleh suatu organism disebut
genom. Ruas DNA uang ditranskripsikandibatasi oleh prometer dan
terminator. Hanya satu dari dua utas DNA yang digunakan sebagai cetakan
sintesis RNA. Utas DNA yang digunakan sebagai cetakan bagi sintesis RNA
disebut dengan utas cetakan (template), sedangkan utas yang lain disebut
utas pendamping. Walaupun hanya satu utas yang berfungsi sebagai cetakan,
tetapi tidak selalu utas yang sama digunakan sebagai utas cetakan sepanjang
molekul DNA di dalam genom suatu organism. Jadi pada gen, utas yang
satu digunakan sebagai cetakan, tetapi pada gen lainnya kemungkinan utas
yang lain digunakan sebagai cetakan (Yuwono, 2005).
Proses transkripsi menghasilkan tiga jenis RNA yaitu: RNA duta
(mRNA= messenger RNA), RNA transfer (tRNA = transfer RNA) dan RNA
ribosomal (rRNA =ribosomal RNA). Ketiga jenis RNA ini berperan dalam
proses translasi. Hanya mRNA yang akan diterjemahakan ke dalam protein.
tRNA berperan sebagai molekul pembawa asam amino yang akan
dirangkaikan menjadi polipeptida yang sesuai dengan sandi yang terdapat
pada mRNA. rRNA berfungsi sebagai salah satu penyusun ribosom
(Yuwono, 2005).
Proses transkripsi dikatalis oleh enzim transcriptase atau RNA
polymerase. Pada organism prokariot seperti E. Coli, hanya terdapat satu
jenis RNA polymerase untuk mengkatalisis sintesis semua jenis RNA. Pada
organism eukariot, terdapat tiga jenis RNA polymerase, yaitu: (1) RNA
polymerase I yang berfungsi untuk mengkatalisis pembentukan RNA. (2)
RNA polymerase II yang berperan dalam sintesis tRNA dan beberapa
molekul rRNA, dan (3) RNA polymerase III yang bertugas mengkatalisis
proses sintesis mRNA (Yuwono, 2005).
6
Enzim RNA polymerase lengkap (disebut holoenzim) tersusun dari
enzim inti dan faktor transkripsi. Enzim inti terdiri dari dua subunit. Proses
transkripsi mempunyai beberapa karakteristik yaitu bahwa: proses sintesis
mempunyai arah dari 5’P ke 3’OH, berlangsung secara anti parallel bila
dibandingkan dengan utas cetakannya, dan mengikuti aturan Chargaff atau
basa-basanya berpasangan secara komplementer (A-T ; G-C). Proses
transkripsi dapat terbagi menjadi tiga tahap, yaitu inisiasi sintesis RNA,
pemanjangan (elongasi) RNA dan penyelesaian (terminasi ) sintesis
RNA.Transkripsi berlangsung dalam 3 tahap, yaitu inisiasi, elongasi, dan
teminasi. Masing-masing tahap akan dijelaskan secara singkat sebagai
berikut.
1. Inisiasi, setelah mengalami pengikatan oleh promoter, RNA
polimerase akan terikat pada suatu tempat di dekat promoter, yang
dinamakan tempat awal polimerisasi atau tapak inisiasi (initiation
site). Tempat ini sering dinyatakan sebagai posisi +1 untuk gen yang
akan ditranskripsi. Nukleosida trifosfat pertama akan diletakkan di
tapak inisiasi dan sintesis RNA pun segera dimulai.
2. Elongasi merupakan pengikatan enzim RNA polimerase beserta
kofaktor-kofaktornya pada untai DNA cetakan membentuk kompleks
transkripsi. Selama sintesis RNA berlangsung kompleks transkripsi
akan bergeser di sepanjang molekul DNA cetakan sehingga nukleotida
demi nukleotida akan ditambahkan kepada untai RNA yang sedang
diperpanjang pada ujung 3’ nya. Jadi, elongasi atau polimerisasi RNA
berlangsung dari arah 5’ ke 3’, sementara RNA polimerasenya sendiri
bergerak dari arah 3’ ke 5’ di sepanjang untai DNA cetakan.
3. Terminasi yaitu berakhirnya polimerisasi RNA ditandai oleh disosiasi
kompleks transkripsi atau terlepasnya enzim RNA polimerase beserta
kofaktor-kofaktornya dari untai DNA cetakan. Begitu pula halnya
dengan molekul RNA hasil sintesis. Hal ini terjadi ketika RNA
polimerase mencapai urutan basa tertentu yang disebut dengan
terminator.Terminasi transkripsi dapat terjadi oleh dua macam sebab,
yaitu terminasi yang hanya bergantung kepada urutan basa cetakan
7
(disebut terminasi diri) dan terminasi yang memerlukan kehadiran
suatu protein khusus (protein rho). Di antara keduanya terminasi diri
lebih umum dijumpai. Terminasi diri terjadi pada urutan basa
palindrom yang diikuti oleh beberapa adenin (A). Urutan palindrom
adalah urutan yang sama jika dibaca dari dua arah yang berlawanan.
Oleh karena urutan palindom ini biasanya diselingi oleh beberapa basa
tertentu, maka molekul RNA yang dihasilkan akan mempunyai ujung
terminasi berbentuk batang dan kala (loop) (Yuwono, 2005).
B. Translasi
Translasi adalah tahap penerus dari transkripsi, dalam tahap ini
terjadi proses penerjemahan urutan kodon pada mRNA oleh tRNA
menjadi urutan asam amino. Proses ini terjadi di sitoplasma oleh
ribosom. Ribosom terdiri atas 2 unit yaitu unit besar dan unit kecil.
Penerjemahan satu kodon mengahsilkan satu asam amino. Dalam proses
translasi terjadi 3 tahap yaitu inisiasi, elongasi, terminasi (Yuwono,
2005).
1. Inisiasi dimulai dengan pengenalan rangkaian AUG, kemudian
mengenal dan berikatan dengan molekul tRNA pada antikodon untuk
asam amino yang khusus, seperti ACC untuk tryptophan, dengan cara
ini activating enzymes mengikatkan molecules tRNA ke asam amino
tertentu, setelah itu baru fase pemanjangan dengan cara pembacaan
yang sama.
2. Elongasi yaitu proses penyusunan polipeptida yang dibawa oleh
RNAt.
Proses tersebut terjadi pada saat RNAt
masuk kedalam
ribosom pada posisi A kemudian bergeser ke posisi P untuk
melepaskan asam amino yang dibawanya . kemudian RNAt bergeser
lagi ke posisi E untuk keluar dari ribosom. Setelah satu RNAt keluar
dari ribosom maka ribosom bergeser satu rantai kodon ke arah ujung
3’ pada mRNA sehingga RNAt lainnya akan menduduki posisi Apada
ribosom yang telah kosong. Proses tersebut akan berlangsung terus
sampai pada kodon stop yaitu UGA atau UAA atau UAG. Kodon stop
8
itu sendiri adalah triplet yang menandai berakhirnya proses
penyusunan rantai polipeptida.
3. Terminasi merupakan tahap akhir dari proses translasi dan merupakan
tahap pelepasan rantai polipeptida dari ribosom. Dalam pelepasan
rantai polipeptida ada satu protein yang disebut sebagai faktor
pelepasan yang akan mengikatkan diri pada kodon stop di site A dan
menambahkan air pada rantai polipepida. Reaksi ini akan memutuskan
( menghidrolisis ) ikatan antara polipeptida yang sudah selesai tRNA
disitus P, sehingga polipeptida akan terlepas.
2.2.4 Perbedaan mekanisme ekspresi gen pada prokariotik dan eukariotik
Ekspresi gen pada organisme prokariotik dan eukariotik memiliki perbedaan
yang sangat signifikan. secara umum, ekspresi gen pada prokariotik sangat
bersifat efisien, dimana ketika sumber makanan berlimpah di lingkungam
prokariotik tidak akan membuat sesuatu yang terlalu berlebihan.
A. Transkripsi
Transkripsi merupakan proses sintesis molekul RNA pada DNA
template. Proses ini terjadi pada inti sel / nukleus (Pada organisme
eukariotik, sedangkan pada organisme prokariotik berada di sitoplasma
karena tidak memiliki inti sel) tepatnya pada kromosom.
Transkripsi Prokariotik pada dasarnya adalah proses penyalinan
urutan nukleotida yang terdapat pada molekul DNA. Dalam proses
transkripsi, hanya salah satu untaian DNA yang disalin menjadi urutan
nukleotida RNA (transkrip RNA). Urutan nukleotida pada transkrip RNA
bersifat komplementer dengan urutan DNA cetakan/template, tetapi identik
dengan urutan nukleotida DNA pada untaian pengkode/coding DNA
strand/nontempate strand). Salah satu ciri dari prokariot adalah adanya
struktur operon. Operon adalah organisasi dari beberapa gen yang
ekspresinya dikendalikan oleh satu promotor. Misalnya operon lac, pada
metabolisme laktosa pada bakteri E.coli. Pada waktu ditranskripsi operon
lac akan menghasilkan satu mRNA yang membawa kode-kode genetik
untuk polipeptida berbeda yang disebut dengan mRNA polisistronik. pada
operon lac mempunya 3 gen struktural yaitu lac Z, lac Y dan lac A.
9
Masing-masing dari gen itu punya start codon dan stop codon sendirisendiri namun ekspresinya tetep dikendalikan dengan operon yang sama.
Pada waktu ditranskripsi hasilnya 1 mRNA yang membawa kodon untuk 3
macam polipeptida yang beda (Yuwono, 2005)
Mekanisme transkripsi pada eukariotik pada dasarnya menyerupai
mekanisme pada prokariot. Namun, begitu banyaknya polipeptida yang
berkaitan
dengan
mesin
transkripsi
pada
eukariotik
menjadikan
mekanisme tersebut jauh lebih kompleks daripada mekanisme pada
prokariotik. Secara umum mekanisme transkripsi dimulai dari inisiasi,
elongasi dan terminasi. Tetapi pada eukariotik terdapat tiga gen kelas yang
berperan dalam proses transkripsi, karena itu transkripsi harus dilakukan
pada
masing-masing
gen
kelas
tersebut.
Pada
eukariotik
RNA
polimerasenya beda-beda ada RNA polimerase I, II dan III sehingga
penggunaannya dalam sintesis molekul berbeda. Sebelum RNA polimerase
menempel pada promotor, ada faktor-faktor transkripsi yang membantu
RNA polimerase. Jika RNA polimerase I dibantu SL1 dan UBF, RNA
polimerase II dibantu dengan TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH
dan TFIIJ. RNA polimerase III dipandu ama TFIIIA, TFIIIB, TFIIIC ama
protein TBP. faktor TBP merupakan protein yg diperlukan jika gen-gen
tidak mempunyai TATA box. setelah RNA polimerase dibantu dengan
faktor transkripsi (TF) menuju ke TATA box kemudian terjadi proses
elongasi dan berhenti sampai bertemu terminator (Yuwono, 2005).
Tabel 2.2.4 Perbedaan Proses Transkripsi Pada Prokariotik Dan
Eukariotik
Kriteria
Faktor transkripsi
Lokasi
Waktu terjadinya
Prokariotik
Tidak ada, RNA
Eukariotik
memiliki satu set
mengenali promoter
promotore yang utama
dengan membentuk RNA
merupakan kotak TATA
polimerase holoenzim
Sitoplasma
Bersamaan
Nukleus
Tidak bersamaan
transkripsi dan
translasi
10
Hasil
Modifikasi RNA
RNA matang
Tidak ada
Pre-mRNA
Penambahan tudung 5’
splicing
Penambahan poli A
diujung 3’
Modifikasi mRNA pasca
Jumlah mRNA yang
Pasti 1
splicing
Bisa lebih dari 1
dihasilkan
Jumlah protein yang
Bisa lebih dari 1
Hanya 1
dikode mRNA
Tahapan terminasi
Ketika ada terminator
Beberapa nukleotida
maka langsung diakhiri
setelah terminator sampai
sekitar 100 nukleotida
(ada protein yang
melepaskan RNA
RNA polimerasi yang
polimerase dari DNA)
Hanya 3
Hanya 1
berperan
B. Translasi
Translasi pada prokariotik terjadi sebelum transkripsi sepenuhnya di
selesaikan. Hal ini dimungkinkan karena pada prokariotik molekul mRNA di
translasikan berdasarkan arah dari ujung 5` ke ujung 3`. Selain dari itu, pada
prokariotik tidak terdapat membran inti, sehingga tidak ada yang memisahkan
transkripsi dan translasi (sebagaimana yang terjadi pada eukariot) sehingga
translasi dapat segera dilakukan (Yuwono, 2005)
Translasi pada eukariotik terjadi tidak bersamaan dengan translasi. Dengan
adanya membran inti, pada eukariot dapat dibedakan tempat terjadinya transkripsi
dan translasi, transkripsi terjadi di dalam inti sedang translasi terjadi di
sitoplasma. Waktunya pun tidak dapat terjadi secara bersamaan, sebab sebelum
dapat melakukan translasi, harus merampungkan terlebih dahulu proses
transkripsi. Proses transkripsi dan translasi pada eukariotpun lebih kompleks
daripada prokariot (Yuwono, 2005).
11
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
12
Gen adalah bagian dari kromosom atau salah satu kesatuan kimia (DNA)
dalam kromosom yaitu dalam lokus yang mengendalikan ciri-ciri genetis
dari suatu makhluk hidup.Gen tersusun dari bagian pengkode (intron,
ekson), promotor, operator dan terminator. Ekspresi gen adalah proses
penentuan sifat suatu organisme oleh gen. Ekspresi gen melalui proses
transkripsi dan translasi.
3.2 Saran
Dengan makalah ini diharapkan dapat menambah wawasan pembaca
mengenai struktur dan ekspresi gen. apabila terdapat materi yang kurang
sesuai diharapkan mencari referensi yang lain.
DAFTAR PUSTAKA
Fried, GH dan Hademenis, GJ.2005.Bioloi edisi dua.Jakarta:Erlangga
13
Subowo.2011.Biologi Sel.Jakarta:Sagung Seto
Suryo.2008.Genetika Manusia.Yogyakarta:Gadjah Mada University Press
Yuwono,T.2005.Biologi Molekuler.Jakarta:Erlangga
14
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kehidupan ditandai oleh adanya proses metabolisme yang terjadi di dalam
sel. Metabolisme merupakan proses perubahan kimiawi dari satu bentuk ke
bentuk yang lainya, misalnya dari bentuk sederhana menjadi bentuk yang
lebih rumit, atau sebaliknya. Proses metabolisme melibatkan transformasi
materi dan energi.
Penampilan morfologi yang merupakan fenotip dari suatu organisme
adalah hasil proses metabolisme yang terjadi di dalam setiap sel penyusun
organisme tersebut. Keragaman morfologi di antara individu anggota suatu
populasi sangat tergantung dari keragaman proses dan hasil metabolisme yang
terjadi pada masing-masing individu.
Proses metabolisme di dalam sel merupakan reaksi biokimia yang dikatalis
oleh enzim tertentu, sehingga keragaman proses dan hasil metabolisme
ditentukan oleh enzim yang terlibat dalam reaksi tersebut. Keragaman enzim
(baik struktur maupun susunan asam aminonya) itu sendiri sangat ditentukan
oleh susunan cetakannya yaitu asam deoksiribonukleat (DNA). Ruas DNA
yang menjadi cetakan untuk mensintesis enzim (protein) yang disebut dengan
gen, sehingga gen merupakan pengendali proses metabolisme atau pengendali
kehidupan. Keragaman morfologi suatu organisme merupakan penampakan
gen-gennya. Suatu gen memiliki penyusun serta dapat melakukan ekspresi
gen.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah yang dapat disusun dalam materi struktur dan ekspresi gen
yaitu:
1. Apa sajakah bagian-bagian yang menyusun suatu gen ?
2. Bagaimana struktur gen pada mahluk hidup?
3. Bagaimana mekanisme ekpresi gen prokariotik dan eukariotik pada
mahluk hidup ?
1
1.3 Tujuan
Berdasarkan pada rumusan masalah, maka tujuan dari penyusunan majakah
yaitu:
1. Untuk mengetahui bagian-bagian yang menyusun suatu gen
2. Untuk mengetahui struktur gen pada mahluk hidup
3. Untuk mengetahui mekanisme ekpresi gen prokariotik dan eukariotik
2
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Struktur Gen
2.1.1 Letak Gen Pada Makhluk Hidup
Bagian utama sebuah sel adalah nukleus, di dalam nukleus terdapat benangbenang halus yang disebut kromatin. Pada saat sel akan mulai membelah
diri, benang-benang halus tersebut menebal, memendek dan mudah
menyerab warna membentuk kromosom.Kromosom mengandung DNA.
Total keseluruhan informasi genetik yang disimpan didalam kromosom
disebut genom. Genom DNA tersusun atas gen-gen. Satu gen mengandung
satu unit informasi mengenai suatu sifat yang dapat diamati. Gen juga
dianggap sebagai fragmen DNA didalam kromosom (Suryo,2008).
2.1.2 Strutur Gen
Gen adalah bagian dari kromosom atau salah satu kesatuan kimia (DNA)
dalam kromosom yaitu dalam lokus yang mengendalikan ciri-ciri genetis
dari suatu makhluk hidup. Menurut Fred (2005) bahwa struktur gen tersusun
dari:
1. Daerah pengkode yaitu ekson and intron yang mengkode RNA atau
protein. Intron(intervening sequences) merupakan sekuens yg tidak
mengkode asam amino sedangkan ekson merupakan merupakan bagian
yang akan dikode menjadi asam amino.
2. Promotor
Promotor adalah adalah urutan DNA spesifik yang berperan
dalammengendalaikan transkripsi gen struktural dan terletak di daerah
upstream (hulu) dari bagian struktural gen. Promotor berfungsi sebagai
tempat awal pelekatan enzim RNA polimerase yang nantinya
melakukan transkripsi pada bagian structural.
3. Operator
Operator merupakan urutan nukelotida yang terletak di antara promotor
dan bagian struktural dan merupakan tempat pelekatan protein represor
(penekan atau penghambat ekspresi gen). Jika ada represor yang
melekat di operator maka RNA polimerase g bisa jalan trus ekspresi gen
3
tidak
bisa
berlangsung.Selain
adanya
supresor
juga
terdapatenhancer.Supresor digunakan untuk menghambat sedangkan
enhancer digunakan untuk meningkatkan proses transkripsi dengan
meningkatkan jumlah RNA polimerase. Namun letaknya tidak pada
lokasi yang spesifik seperti operator, ada yg jauh di upstream atau
bahkan downstream dari titik awal transkripsi.
4. Terminator
Terminator dicirikan dengan struktur jepit rambut / hairpin dan
lengkungan yang kaya akan urutan GC yang terbentuk pada molekul
RNA hasil transkripsi
2.1.3 Perbedaan Struktur Gen Pada Prokariotik Dan Eukariotik
Pada umumnya struktur gen pada prokariotik dan eukariotik sama yaitu
tersusun dari bagian pengkode, promotor, operator, terminor. Perbedaannya
terletak pada bagian pengkode. Bagian pengkode pada prokariotik terdapat bagian
intron yang tidak dapat diekspresikan sehingga semuanya ekson, kecuali pada
Archaebacteria dan bakteriofag ada yang memiliki intron. Sedangkan bagian
pengkode pada eukariotik terdiri dari ekson dan intron (Fred,2005).
2.2 Ekpresi Gen
Ekspresi gen adalah proses penentuan sifat suatu organisme oleh gen.
Suatu sifat yang dimiliki oleh organisme merupakan hasil metabolisme yang
terjadi di dalam sel. Proses metaboisme dapat berlangsung karena adanya enzim
yang berfungsi sebagai katalisator proses-proses biokimia. Enzim dan protein
lainnya diterjemahkan dari urutan nukleotida yang ada pada molekul mRNA, dan
molekul mRNA itu sendiri disintesis berdasarkan utas cetakan DNA. Gen tersusun
dari molekul DNA, sehingga gen menentukan sifat suatu organisme (Fred,2005).
2.2.1 Dogma Central
Mekanisme ekspresi genetik mengikuti Dogma Sentral Biologi Molekular
yaitu aliran (transfer) informasi genetik dari urutan nukleotida DNA manjadi
urutan asam amino protein (Subowo,2011).
2.2.2 Kode Genetika
4
Kode genetika merupakan suatu pengkodean urutan triplet basa nitrogen
DNA dan RNA pada proses sintesis protein. Suatu kode triplet basa nitrogen akan
menghasilkan suatu jenis asam amino. Urutan dan jenis asam amino di dalam sel
akan menetukan jenis dan fungsi protein yang dihasilkan.
Kodon merupakan susunan kombinasi dari tiga basa nitrogen yang terdapat
pada mRNA. Karena jumlah basa nitrogen ada 4 jenis, maka kemungkinan
jumlah kodon ada sebanyak 43 atau 64 macam, artinya kemungkinan asam
amino yang terbentuk ada sebnayak 64 jenis. Jumlah asam amino yang
demikian menjadi belebih mengingat jumlah asam amino di dalam sel
adalah 20 jenis. Hal demikian menunjukkan bahwa ada beberapa jenis asam
amino yang mempunyai lebih dari satu macam kodon. Contohnya asam
amino jenis leusin mempunyai kodon SUU, SUS , SUA, SUG. Artinya asam
amino leusin dapat digunakan dengan menggunakan keempat kodon
tersebut (Suryo,2008).
Gb.2.2.3 Kode genetika
2.2.3 Mekanisme Ekspresi Gen
5
A. Trankripsi
Transkripsi merupakan proses pembentukan molekul RNA dengan
menggunakan DNA sebagai cetakannya. Tidak semua bagian DNA akan
ditranskripsikan, tetapi hanya bagian tertentu saja. Bagian tertentu tersebut
disebut dengan gen. keseluruhan DNA baik gen maupun sekuensi DNA
bukan penyandi (non-coding) yang dikandung oleh suatu organism disebut
genom. Ruas DNA uang ditranskripsikandibatasi oleh prometer dan
terminator. Hanya satu dari dua utas DNA yang digunakan sebagai cetakan
sintesis RNA. Utas DNA yang digunakan sebagai cetakan bagi sintesis RNA
disebut dengan utas cetakan (template), sedangkan utas yang lain disebut
utas pendamping. Walaupun hanya satu utas yang berfungsi sebagai cetakan,
tetapi tidak selalu utas yang sama digunakan sebagai utas cetakan sepanjang
molekul DNA di dalam genom suatu organism. Jadi pada gen, utas yang
satu digunakan sebagai cetakan, tetapi pada gen lainnya kemungkinan utas
yang lain digunakan sebagai cetakan (Yuwono, 2005).
Proses transkripsi menghasilkan tiga jenis RNA yaitu: RNA duta
(mRNA= messenger RNA), RNA transfer (tRNA = transfer RNA) dan RNA
ribosomal (rRNA =ribosomal RNA). Ketiga jenis RNA ini berperan dalam
proses translasi. Hanya mRNA yang akan diterjemahakan ke dalam protein.
tRNA berperan sebagai molekul pembawa asam amino yang akan
dirangkaikan menjadi polipeptida yang sesuai dengan sandi yang terdapat
pada mRNA. rRNA berfungsi sebagai salah satu penyusun ribosom
(Yuwono, 2005).
Proses transkripsi dikatalis oleh enzim transcriptase atau RNA
polymerase. Pada organism prokariot seperti E. Coli, hanya terdapat satu
jenis RNA polymerase untuk mengkatalisis sintesis semua jenis RNA. Pada
organism eukariot, terdapat tiga jenis RNA polymerase, yaitu: (1) RNA
polymerase I yang berfungsi untuk mengkatalisis pembentukan RNA. (2)
RNA polymerase II yang berperan dalam sintesis tRNA dan beberapa
molekul rRNA, dan (3) RNA polymerase III yang bertugas mengkatalisis
proses sintesis mRNA (Yuwono, 2005).
6
Enzim RNA polymerase lengkap (disebut holoenzim) tersusun dari
enzim inti dan faktor transkripsi. Enzim inti terdiri dari dua subunit. Proses
transkripsi mempunyai beberapa karakteristik yaitu bahwa: proses sintesis
mempunyai arah dari 5’P ke 3’OH, berlangsung secara anti parallel bila
dibandingkan dengan utas cetakannya, dan mengikuti aturan Chargaff atau
basa-basanya berpasangan secara komplementer (A-T ; G-C). Proses
transkripsi dapat terbagi menjadi tiga tahap, yaitu inisiasi sintesis RNA,
pemanjangan (elongasi) RNA dan penyelesaian (terminasi ) sintesis
RNA.Transkripsi berlangsung dalam 3 tahap, yaitu inisiasi, elongasi, dan
teminasi. Masing-masing tahap akan dijelaskan secara singkat sebagai
berikut.
1. Inisiasi, setelah mengalami pengikatan oleh promoter, RNA
polimerase akan terikat pada suatu tempat di dekat promoter, yang
dinamakan tempat awal polimerisasi atau tapak inisiasi (initiation
site). Tempat ini sering dinyatakan sebagai posisi +1 untuk gen yang
akan ditranskripsi. Nukleosida trifosfat pertama akan diletakkan di
tapak inisiasi dan sintesis RNA pun segera dimulai.
2. Elongasi merupakan pengikatan enzim RNA polimerase beserta
kofaktor-kofaktornya pada untai DNA cetakan membentuk kompleks
transkripsi. Selama sintesis RNA berlangsung kompleks transkripsi
akan bergeser di sepanjang molekul DNA cetakan sehingga nukleotida
demi nukleotida akan ditambahkan kepada untai RNA yang sedang
diperpanjang pada ujung 3’ nya. Jadi, elongasi atau polimerisasi RNA
berlangsung dari arah 5’ ke 3’, sementara RNA polimerasenya sendiri
bergerak dari arah 3’ ke 5’ di sepanjang untai DNA cetakan.
3. Terminasi yaitu berakhirnya polimerisasi RNA ditandai oleh disosiasi
kompleks transkripsi atau terlepasnya enzim RNA polimerase beserta
kofaktor-kofaktornya dari untai DNA cetakan. Begitu pula halnya
dengan molekul RNA hasil sintesis. Hal ini terjadi ketika RNA
polimerase mencapai urutan basa tertentu yang disebut dengan
terminator.Terminasi transkripsi dapat terjadi oleh dua macam sebab,
yaitu terminasi yang hanya bergantung kepada urutan basa cetakan
7
(disebut terminasi diri) dan terminasi yang memerlukan kehadiran
suatu protein khusus (protein rho). Di antara keduanya terminasi diri
lebih umum dijumpai. Terminasi diri terjadi pada urutan basa
palindrom yang diikuti oleh beberapa adenin (A). Urutan palindrom
adalah urutan yang sama jika dibaca dari dua arah yang berlawanan.
Oleh karena urutan palindom ini biasanya diselingi oleh beberapa basa
tertentu, maka molekul RNA yang dihasilkan akan mempunyai ujung
terminasi berbentuk batang dan kala (loop) (Yuwono, 2005).
B. Translasi
Translasi adalah tahap penerus dari transkripsi, dalam tahap ini
terjadi proses penerjemahan urutan kodon pada mRNA oleh tRNA
menjadi urutan asam amino. Proses ini terjadi di sitoplasma oleh
ribosom. Ribosom terdiri atas 2 unit yaitu unit besar dan unit kecil.
Penerjemahan satu kodon mengahsilkan satu asam amino. Dalam proses
translasi terjadi 3 tahap yaitu inisiasi, elongasi, terminasi (Yuwono,
2005).
1. Inisiasi dimulai dengan pengenalan rangkaian AUG, kemudian
mengenal dan berikatan dengan molekul tRNA pada antikodon untuk
asam amino yang khusus, seperti ACC untuk tryptophan, dengan cara
ini activating enzymes mengikatkan molecules tRNA ke asam amino
tertentu, setelah itu baru fase pemanjangan dengan cara pembacaan
yang sama.
2. Elongasi yaitu proses penyusunan polipeptida yang dibawa oleh
RNAt.
Proses tersebut terjadi pada saat RNAt
masuk kedalam
ribosom pada posisi A kemudian bergeser ke posisi P untuk
melepaskan asam amino yang dibawanya . kemudian RNAt bergeser
lagi ke posisi E untuk keluar dari ribosom. Setelah satu RNAt keluar
dari ribosom maka ribosom bergeser satu rantai kodon ke arah ujung
3’ pada mRNA sehingga RNAt lainnya akan menduduki posisi Apada
ribosom yang telah kosong. Proses tersebut akan berlangsung terus
sampai pada kodon stop yaitu UGA atau UAA atau UAG. Kodon stop
8
itu sendiri adalah triplet yang menandai berakhirnya proses
penyusunan rantai polipeptida.
3. Terminasi merupakan tahap akhir dari proses translasi dan merupakan
tahap pelepasan rantai polipeptida dari ribosom. Dalam pelepasan
rantai polipeptida ada satu protein yang disebut sebagai faktor
pelepasan yang akan mengikatkan diri pada kodon stop di site A dan
menambahkan air pada rantai polipepida. Reaksi ini akan memutuskan
( menghidrolisis ) ikatan antara polipeptida yang sudah selesai tRNA
disitus P, sehingga polipeptida akan terlepas.
2.2.4 Perbedaan mekanisme ekspresi gen pada prokariotik dan eukariotik
Ekspresi gen pada organisme prokariotik dan eukariotik memiliki perbedaan
yang sangat signifikan. secara umum, ekspresi gen pada prokariotik sangat
bersifat efisien, dimana ketika sumber makanan berlimpah di lingkungam
prokariotik tidak akan membuat sesuatu yang terlalu berlebihan.
A. Transkripsi
Transkripsi merupakan proses sintesis molekul RNA pada DNA
template. Proses ini terjadi pada inti sel / nukleus (Pada organisme
eukariotik, sedangkan pada organisme prokariotik berada di sitoplasma
karena tidak memiliki inti sel) tepatnya pada kromosom.
Transkripsi Prokariotik pada dasarnya adalah proses penyalinan
urutan nukleotida yang terdapat pada molekul DNA. Dalam proses
transkripsi, hanya salah satu untaian DNA yang disalin menjadi urutan
nukleotida RNA (transkrip RNA). Urutan nukleotida pada transkrip RNA
bersifat komplementer dengan urutan DNA cetakan/template, tetapi identik
dengan urutan nukleotida DNA pada untaian pengkode/coding DNA
strand/nontempate strand). Salah satu ciri dari prokariot adalah adanya
struktur operon. Operon adalah organisasi dari beberapa gen yang
ekspresinya dikendalikan oleh satu promotor. Misalnya operon lac, pada
metabolisme laktosa pada bakteri E.coli. Pada waktu ditranskripsi operon
lac akan menghasilkan satu mRNA yang membawa kode-kode genetik
untuk polipeptida berbeda yang disebut dengan mRNA polisistronik. pada
operon lac mempunya 3 gen struktural yaitu lac Z, lac Y dan lac A.
9
Masing-masing dari gen itu punya start codon dan stop codon sendirisendiri namun ekspresinya tetep dikendalikan dengan operon yang sama.
Pada waktu ditranskripsi hasilnya 1 mRNA yang membawa kodon untuk 3
macam polipeptida yang beda (Yuwono, 2005)
Mekanisme transkripsi pada eukariotik pada dasarnya menyerupai
mekanisme pada prokariot. Namun, begitu banyaknya polipeptida yang
berkaitan
dengan
mesin
transkripsi
pada
eukariotik
menjadikan
mekanisme tersebut jauh lebih kompleks daripada mekanisme pada
prokariotik. Secara umum mekanisme transkripsi dimulai dari inisiasi,
elongasi dan terminasi. Tetapi pada eukariotik terdapat tiga gen kelas yang
berperan dalam proses transkripsi, karena itu transkripsi harus dilakukan
pada
masing-masing
gen
kelas
tersebut.
Pada
eukariotik
RNA
polimerasenya beda-beda ada RNA polimerase I, II dan III sehingga
penggunaannya dalam sintesis molekul berbeda. Sebelum RNA polimerase
menempel pada promotor, ada faktor-faktor transkripsi yang membantu
RNA polimerase. Jika RNA polimerase I dibantu SL1 dan UBF, RNA
polimerase II dibantu dengan TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH
dan TFIIJ. RNA polimerase III dipandu ama TFIIIA, TFIIIB, TFIIIC ama
protein TBP. faktor TBP merupakan protein yg diperlukan jika gen-gen
tidak mempunyai TATA box. setelah RNA polimerase dibantu dengan
faktor transkripsi (TF) menuju ke TATA box kemudian terjadi proses
elongasi dan berhenti sampai bertemu terminator (Yuwono, 2005).
Tabel 2.2.4 Perbedaan Proses Transkripsi Pada Prokariotik Dan
Eukariotik
Kriteria
Faktor transkripsi
Lokasi
Waktu terjadinya
Prokariotik
Tidak ada, RNA
Eukariotik
memiliki satu set
mengenali promoter
promotore yang utama
dengan membentuk RNA
merupakan kotak TATA
polimerase holoenzim
Sitoplasma
Bersamaan
Nukleus
Tidak bersamaan
transkripsi dan
translasi
10
Hasil
Modifikasi RNA
RNA matang
Tidak ada
Pre-mRNA
Penambahan tudung 5’
splicing
Penambahan poli A
diujung 3’
Modifikasi mRNA pasca
Jumlah mRNA yang
Pasti 1
splicing
Bisa lebih dari 1
dihasilkan
Jumlah protein yang
Bisa lebih dari 1
Hanya 1
dikode mRNA
Tahapan terminasi
Ketika ada terminator
Beberapa nukleotida
maka langsung diakhiri
setelah terminator sampai
sekitar 100 nukleotida
(ada protein yang
melepaskan RNA
RNA polimerasi yang
polimerase dari DNA)
Hanya 3
Hanya 1
berperan
B. Translasi
Translasi pada prokariotik terjadi sebelum transkripsi sepenuhnya di
selesaikan. Hal ini dimungkinkan karena pada prokariotik molekul mRNA di
translasikan berdasarkan arah dari ujung 5` ke ujung 3`. Selain dari itu, pada
prokariotik tidak terdapat membran inti, sehingga tidak ada yang memisahkan
transkripsi dan translasi (sebagaimana yang terjadi pada eukariot) sehingga
translasi dapat segera dilakukan (Yuwono, 2005)
Translasi pada eukariotik terjadi tidak bersamaan dengan translasi. Dengan
adanya membran inti, pada eukariot dapat dibedakan tempat terjadinya transkripsi
dan translasi, transkripsi terjadi di dalam inti sedang translasi terjadi di
sitoplasma. Waktunya pun tidak dapat terjadi secara bersamaan, sebab sebelum
dapat melakukan translasi, harus merampungkan terlebih dahulu proses
transkripsi. Proses transkripsi dan translasi pada eukariotpun lebih kompleks
daripada prokariot (Yuwono, 2005).
11
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
12
Gen adalah bagian dari kromosom atau salah satu kesatuan kimia (DNA)
dalam kromosom yaitu dalam lokus yang mengendalikan ciri-ciri genetis
dari suatu makhluk hidup.Gen tersusun dari bagian pengkode (intron,
ekson), promotor, operator dan terminator. Ekspresi gen adalah proses
penentuan sifat suatu organisme oleh gen. Ekspresi gen melalui proses
transkripsi dan translasi.
3.2 Saran
Dengan makalah ini diharapkan dapat menambah wawasan pembaca
mengenai struktur dan ekspresi gen. apabila terdapat materi yang kurang
sesuai diharapkan mencari referensi yang lain.
DAFTAR PUSTAKA
Fried, GH dan Hademenis, GJ.2005.Bioloi edisi dua.Jakarta:Erlangga
13
Subowo.2011.Biologi Sel.Jakarta:Sagung Seto
Suryo.2008.Genetika Manusia.Yogyakarta:Gadjah Mada University Press
Yuwono,T.2005.Biologi Molekuler.Jakarta:Erlangga
14