Biologi Molekulerku di Semester 4
Mendateline tugas lumayan lah, buat berbagi ilmu siapa tahu ada yang membutuhkan dan bermanfaat,Berikut resume materi biologi molekuler mengenai transkripsi dan translasi
Transkripsi
dan Translasi pada Prokaryot dan Eukaryot
Transkripsi adalah proses penyalinan kode-kode genetik
yang ada pada urutan DNA menjadi molekul RNA. Transkripsi adalah proses yang
mengawali ekspresi sifat-sifat genetik yang muncul sebagai fenotipe. Urutan
nukleotida pada salah satu untaian molekul DNA digunakan sebagai cetakan (template) untuk sintesis molekul RNA
yang komplementer. Molekul RNA yang disintesis dalam proses transkripsi pada
garis besarnya dapat dibedakan menjadi 3 (tiga) kelompok molekul RNA, yaitu (1)
mRNA (messenger RNA), (2) tRNA (transfer RNA), (3) rRNA (ribosomal RNA). Molekul mRNA adalah RNA
yang merupakan salinan kode-kode genetik pada DNA yang dalam proses selanjutnya
(yaitu proses translasi) akan diterjemahkan menjadi urutan asam-asam amino yang
menyusun suatu polipeptida atau protein tertentu. Molekul tRNA adalah RNA yang
berperanan membawa asam-asam amino spesifik yang akan digabungkan dalam proses
sintesis protein (translasi). Molekul rRNA adalah RNA yang digunakan untuk
menyusun ribosom yaitu suatu partikel didalam sel yang digunakan sebagai tempat
sintesis protein. Molekul tRNA dan rRNA tidak pernah ditranslasi karena molekul
yang digunakan adalah RNAnya itu sendiri.
Dalam proses transkripsi, beberapa komponen utama yang
terlibat adalah (1) urutan DNA yang akan ditranskripsikan (cetakan/template), (2) enzim RNA polimerase, (3)
faktor-faktor transkripsi dan (4) prekursor untuk sintesis RNA. Urutan DNA yang
ditranskripsikan adalah gen yang diekspresikan. Secara garis besar, gen dapat
diberi batasan sebagai suatu urutan DNA yang mengkode urutan lengkap asam amino
suatu polipeptida atau molekul RNA tertentu. Gen yang lengkap terdiri atas
bagian utama, yaitu : (1) daerah pengendali (regulatory
region,yang secara umum disebut promoter, (2) bagian struktural, dan (3)
terminator. Promoter adalah bagian gen yang berperanan dalam mengendalikan
proses transkripsi dan terletak pada ujung 5’. Bagian struktural adalah bagian
gen yang terletak di sebelah hilir (downstream)
dari promoter. Bagian inilah yang mengandung urutan DNA spesifik (kode-kode
genetik) yang akan ditranskripsi. Terminator bagian gen yang terletak di
sebelah hilir dari bagian struktural yang berperan dalam pengakhiran
(terminasi) proses transkripsi.
Transkripsi (sintesis RNA) dilakukan melalui beberapa
tahapan yaitu: (1) Faktor-faktor yang mengendalikan transkripsi menempel pada
bagian promoter, (2) Penempelan faktor-faktor pengendali transkripsi
menyebabkan terbentuknya kompleks promoter yang terbuka (open promoter complex), (3) RNA polimerase membaca cetakan (DNA template) dan mulai melakukan pengikatan
nukleotida yang komplementer dengan cetakannya, (4) Setelah terjadi proses
pemanjangan untaian RNA hasil sintesis, selanjutnya diikuti dengan proses
pengakhiran (terminasi) transkripsi yang ditandai dengan pelepasan RNA
polimerase dari DNA yang ditranskripsikan.
Perbedaan
fundamental antara jasad prokaryot dan eukaryot pada saat proses transkripsi
yaitu mengenai hal struktur gen, faktor-faktor pengendali, mekanisme, serta
regulasi transkripsi. Pada jasad prokaryot tidak ada struktur subseluler dengan
fungsi spesifik yang dapat diamati pada sel eukaryot. Pada jasad prokaryot sebelum
transkripsi selesai dilakukan, proses translasi juga sudah berlangsung.
Sebaliknya pada eukaryot terdapat struktur nukleus yang memisahkan bahan genetik
dari peralatan seluler lainnya. Oleh karena itu, pada jasad eukaryot, proses
transkripsi, terjadi di dalam nukleus sedangkan proses translasi terjadi di
sitoplasma. Dengan demikian translasi baru dapat dilakukan jika proses
transkripsi sudah selesai.
Secara
umum proses transkripsi pada prokaryot berjalan serupa dengan transkripsi pada
eukaryot, meskipun ada beberapa rincian proses yang berbeda antara kedua sistem
tersebut. Pada prokaryot, transkripsi dimulai dengan penempelan promoter
tersebut, subunit berperanan dalam menemukan bagian promoter
suatu gen sehingga RNA polimerase dapat menempel. Diduga, proses pengenalan
suatu promoter oleh RNA polimerase diawali dengan penempelan enzim tersebut
secara tidak spesifik pada molekul DNA. Selanjutnya, RNA polimerase akan
mencari bagian DNA yang mempunyai stuktur khas suatu promoter. Struktur khas
tersebut berupa suatu kelompok ikatan hidrogen antara kedua untaian DNA pada
posisi -35 dan -10. Setelah, RNA polimerase menempel pada promoter, subunit melepaskan diri dari struktur holoenzim.
Pelepasan subunit biasanya terjadi setelah terbentuk molekul RNA
sepanjang 8-9 nukleotida. RNA polimerase inti yang sudah menempel pada promoter
akan tetap terikat kuat pada DNA sehingga tidak lepas. Ikatan ini sangat
penting dalam prosess transkripsi, sebab jika ikatannya tidak kuat maka RNA polimerase akan lepas sebelum transkripsi
selesai.
Tahapan
inisiasi transkripsi ada 4 langkah yaitu, (1) Pembentukan kompleks promoter
tertutup, (2) pembentukan kompleks promoter terbuka , (3) penggabungan beberapa
nukleotida awal (sekitar 10 polipeptida), dan (4) perubahan konformasi RNA
polimerase karena subunit dilepaskan dari kompleks holoenzim. Subunit tersebut selanjutnya dapat digunakan lagi
dalam proses inisiasi tranksripsi selanjutnya.
RNA
polimerase akan berjalan membaca DNA cetakan untuk melakukan proses pemanjangan
(elongation) untaian RNA. Proses
pemanjangan transkripsi dapat dihambat oleh antibiotik streptolidigin. Dalam
proses pemanjangan ikatan fosfodiester antara nukleotida RNA yang satu dengan
nukleotida berikutnya. Pembentukan ikatan fosfodiester tersebut ditentukan oleh
keberadaan subunit pada RNA polimerase.
Transkripsi
berakhir pada saat RNA polimerase mencapai ujung gen yang disebut terminator.
Pada bakteri E. coli ada dua macam terminator yaitu (1) terminator yang tidak
tergantung pada protein rho (rho-dependent
terminator) dan (2) terminator yang tergantung pada protein rho (rho-independent terminator.
Transkripsi
pada eukaryot juga berlangsung dengan diawali proses inisiasi transkripsi,
kemudian dilanjutkan dengan pemanjangan transkrip dan berhenti pada saat DNA
polimerase mencapai daerah terminator. Pada jasad eukaryot terdapat tiga macam
RNA polimerase yang bertanggung jawab di dalam proses transkripsi tiga kelas
gen. Pada eukaryot dapat dibedakan
menjadi tiga kelas gen yaitu: (1) gen kelas I (ditranskripsi oleh RNA
polimerase I), meliputi gen-gen yang mengkode 18s rRNA dan 28s rRNA dan 5,8s
rRNA, (2) gen kelas II (ditranskripsi oleh RNA polimerase II), meliputi semua
gen yang mengkode protein dan beberapa RNA berukuran kecil yang terdapat di dalam
nukleus, dan (3) gen kelas III (ditranskripsi oleh RNA polimerase III),
meliputi gen-gen yang mengkode tRNA, 5s rRNA, dan beberapa RNA kecil yang ada
di dalam nukleus.
Translasi
adalah proses penerjemahan urutan nukleotida yang ada pada molekul mRNA menjadi
rangkaian asam-asam amino yang menyusun suatu polipetida atau protein. Proses
translasi berlangsung melalui tiga tahap utama yaitu (1) inisiasi (inisiation), (2) Pemanjangan (elongation) poli-asam amino, dan (3)
pengakhiran (termination) translasi. Sebelum
inisiasi translasi dilakukan, diperlukan, molekul tRNA (aminoasil tRNA) yang
berfungsi membawa asam amino spesifik. Oleh karena itu, ada sekitar 20 macam
tRNA yang menyusun protein alami. Masing-masing asam amino diikatkan pada tRNA
yang spesifik melalui proses yang disebut sebagai tRNA charging (penambahan
muatan berupa asam amino). Selain pengikatan asam amino pada tRNA, tahapan
pra-inisiasi lainnya adalah disosiasi ribosom menjadi dua subunit yaitu subunit
besar dan subunit kecil, karena pembentukan kompleks inisiasi berlangsung pada
subunit kecil.
Tahap
pertama dalam proses translasi pada prokrayot adalah penggabungan mRNA, subunit
30s, dan formilmetionil-tRNAf (fMet-tRNAf) membentuk
kompleks inisiasi 30s. Pembentukan kompleks ini memerlukan GTP (guanosin trifosfat) dan beberapa protein
yang disebut faktor inisiasi (inisiation
factor, IF). Setelah kompleks inisiasi 30s terbentuk, selanjutnya subunit
50s bergabung dan membentuk kompleks inisiasi 70s. Pada pembentukan kompleks
ini, IF-1 dan IF-3 terlepas dari kompleks. Pembentukan kompleks ini dilakukan
dengan menggunakan energi hasil hidrolisis GTP yang terjadi pada waktu IF-2
terlepas dari kompleks. Hidrolisis GTP tersebut tidak mendorong pengikatan
ribosom subunit 50s, melainkan mendorong pelepasan IF-2 yang dapat menghambat
pembentukan kompleks inisiasi 30s yang lain. Setelah tahapan ini terbentuk
kompleks inisiasi 70s yang siap melakukan proses pemanjangan (elongation) polipeptida.
Secara
garis besar, tahapan inisiasi translasi prokaryot adalah sebagai berikut, (1)
Disosiasi ribosom 70s menjadi subunit 50s dan 30s dengan menggunakan faktor
IF-1, (2) Pengikatan IF-3 pada subunit 30s, (3) Pengikatan IF-1, IF-2 dan GTP
bersama-sama dengan IF-3, (4) Pengikatan mRNA dan fMet-tRNAfMet
untuk membentuk kompleks inisiasi 30s, (5) Pengikatan subunit 50s, IF-1 dan
IF-3 terlepas, (6) IF-2 terlepas dari kompleks bersamaan dengan hidrolisis GTP
sehingga terbentuk kompleks inisiasi 70s yang siap melakukan proses pemanjangan
polipetida.
Ada
beberapa perbedaan dalam hal proses inisiasi translasi antara prokaryot dengan
eukaryot. Pada eukaryot, kodon inisiasi adalah metionin (bukan formilmetionin
seperti prokaryot ) tetapi tRNA yang melakukan inisiasi berbeda dari tRNA yang
menambahkan metionin pada bagian dalam polipeptida. Molekul tRNA inisator
disebut sebagai tRNAiMet. Selain itu, pada eukaryot tidak
ada sekuens Shine-Dlagarno seperti yang ada pada prokaryot.
Pada eukaryot, faktor inisiasi translasi yang diperlukan
adalah eIF-1, -2, -3, -5, -6 (huruf e adalah singkatan dari eukaryot). Faktor
eIF-3 mengubah subunit kecil ribosom eukaryote (40s) menjadi suatu bentuk yang
siap untuk menerima aminoasil-tRNA pertama. Selain amino-asil tRNA yang pertama
melekat, dengan bantuan eIF-2, terbentuklah kompleks 43s. Selanjutnya dengan
bantuan elF-4, mRNA melekat membentuk 48s. Akhirnya, faktor elF-5 membantu
subunit besar (60s) untuk melekat pada kompleks 48s sehingga dihasilkan
kompleks 80s yang siap untuk melakukan trnaslasi mRNA. Faktor elF-6 adalah faktor
anti-asosiasi yang mencegah subunit 60s untuk berasosiasi 4F adalah suatu
faktor yang melekat pada sturktur tudung pada ujung 5’. Faktor elF-4F adalah
faktor yang melekat pada struktur tudung pada ujung 5’. Faktor ini terdiri atas
3 bagian yaitu elF-4E, elF-4A dan elF-4G. Bersama-sama dengan elF-4E, elF-3 dan
poly(A)-binding protein, faktor
elF-4G menarik subunit 40s ke mRNA sehingga menstimulasi inisiasi translasi.
Proses pemanjangan polipetida disebut sebagai proses
elongation yang secara umum mempunyai mekanisme yang serupa pada prokaryot dan eukaryot.
Proses pemanjangan terjadi dalam tiga tahapan, yaitu: (1) pengikatan
aminoasil-tRNA pada sisi A yang ada ribosom, (2) pemindahan rantai polipeptida
yang tumbuh dari tRNA yang ada pada sisi P kearah sisi A dengan membentuk
ikatan polipetida, dan (3) translokasi ribosom sepanjang mRNA ke posisi kodon
selanjutnya yang ada di sisi A.
Didalam kompleks ribosom, molekul fMet-tRNAfMet
menempati sisi P (peptidil). Sisi yang lain ribosom, yaitu sisi A (aminoasil),
masih kosong pada saat awal sintesis protein. Molekul tRNA pertama tersebut
(fMet-tRNAfMet) berikatan dengan kodon AUG (GUG) pada
mRNA melalui antikodonnya. Tahap selanjutnya penyisipan aminoasil-tRNA pada
sisi A. Macam tRNA (serta asam amino yang dibawa) yang masuk pada sisi A
tersebut tergantung pada kodon yang terletak pada sisi A. Penyisipan
aminoasil-tRNA yang masuk ke dalam posisi A tersebut dilakukan oleh suatu
protein yang disebut faktor pemanjangan Tu (elongation
factor Tu, EF Tu). Penyisipan ini dibantu dengan proses hidrolisis GTP dan
GTD. Setealh sisi P danA terisi, maka tahap selanjutnya adalah pembentukan
ikatan peptidil yang dikatalis oleh enzim peptidil transferase. Molekul
fMet-tRNAfMe yang ada di sisi P dipindahkan ke sisi A
sehingga terbentuk dipeptidil-tRNA. Setelah tahap ini sisi P hanya berisi tRNA
yang kosong. Sedangkan sisi A berisi dipeptidil-tRNA. Selanjutnya terjadi
proses translokasi yaitu pemindahan dipeptidil-tRNA dari sisi A ke sisi P.,
sedangkan molekul tRNA kosong yang tadinya menempati sisi Pdi trnaslokasi ke
sisi E (exit).
Translasi akan berakhir pada waktu salah satu dari ketiga
kodon terminasi (UAA,UGA, UAG) yang ada pada mRNA mencapai posisi A pada
ribosom. Dalam keadaan normal tidak ada aminoasil-tRNA yang membawa asam amino
sesuai tahap tersebut. Oleh karena itu, jika ribosom mencapai salah satu dari
ketiga kodon terminasi tersebut, maka proses translasi berakhir.
Diambil dari resume buku biologi molekuler triwibowo,
Yuwono, Triwibowo. Year, : 2009. Biologi Molekuler. Publisher, : Jakarta: Erlangga.