bagian yang disebut suppressor yang menekan intensitas, dan ada yang disebut enhancer yang memperkuatnya.

Transkripsi

1 TRANSKRIPSI Transkripsi (dari bahasa Inggris: transcription) dalam genetika adalah pembuatan RNA dengan menyalin sebagian berkas DNA. Transkripsi adalah bagian dari rangkaian ekspresi genetik. Pengertian asli "transkripsi" adalah alih aksara atau penyalinan. Di sini, yang dimaksud adalah mengubah "teks" DNA menjadi RNA. Sebenarnya, yang berubah hanyalah basa nitrogen timin di DNA yang pada RNA digantikan oleh urasil. Proses Transkripsi berlangsung di dalam inti sel (nukleus) atau di dalam matriks pada mitokondria dan plastida. Proses transkripsi adalah proses sintesa RNA dari template DNA, bedanya basa RNA adalah Urasil (U) sebagai gantinya timin (T). Jadi bila dalam untai DNA A maka hasil transkripsinya adalah U dan bila pada DNA T, maka pada RNA menjadi A, bila pada DNA C maka hasil transkripsi pada RNA adalah G dan sebaliknya. Contoh untai DNA AAACCGGCAAAA maka untai molekul RNA hasil transkripsi adalah RNA UUUGGCCGUUUURNA adalah untai tunggal, komplementernya DNA. RNA adalah pembawa pesan DNA urutan basa pada RNA dibaca tiga-tiga disebut kodon, mendiktekan jenis asam amino yang dikode pada tahap translasi.jadi informasi genetik ditulis sebagai kodon dan ditranslasikan ke dalam rangkaian (urutan) asam aminoenzim untuk mentranskripsi DNA menjadi RNA disebut RNA polymerase. Proses transkripsi dimulai ketika enzim RNA polimerase berkontak dengan protein pada DNA yang disebut promotor. Setelah tahap transkripsi dimulai dari proses yang disebut inisiasi, yaitu ketika enzim RNA polimerase bergabung dengan promotor.pada tiap gen, promotor hanya mengkode untuk mentranskripsi satu untai DNA sajabagian yang ditranskripsi berbeda antara satu gen dengan gen lainnya. Tahap transkripsi berikutnya adalah pemanjangan RNA, RNA terpisah atau menjauh dari DNA templatenya, sehingga kedua untai DNA dapat bergabung lagi, dilanjutkan dengan tahap ketiga.tahap ketiga transkripsi adalah terminasi, yaitu ketika RNA polimerase mencapai urutan basa tertentu yang disebut terminator.proses transkripsi menghasilkan tiga jenis RNA, yaitu yang pertama adalah RNA yang

2 mengkode urutan asam amino, disebut RNA pembawa atau mesenger disingkat mrna, dan dua jenis RNA, yaitu transfer RNA disingkat trna sebagai molekul penerjemah dan ribosom disingkat rrna yang menyediakan diri sebagai tempat atau pabrik pembuat protein, semuanya berperanan dalam proses translasi.mrna yang dihasilkan bukan hanya untai dari informasi genetik dari DNA, tetapi masing-masing ujungnya diperpanjang dengan untai selain berita genetik pada proses transkripsi yang diperlukan untuk proses translasi nantinya.berita genetik ditranslasi dalam sitoplasma. Pada prokariot semua transkripsi dan translasi terjadi dalam sitoplasma. Transkripsi dapat dipicu oleh rangsangan dari luar maupun tanpa rangsangan. Pada proses tanpa rangsangan, transkripsi berlangsung terus-menerus (gen-gennya disebut gen konstitutif atau "gen pengurus rumah", house-keeping genes). Sementara itu, gen yang memerlukan rangsangan biasanya gen yang hanya diproduksi sewaktu-waktu; gennya disebut gen regulatorik karena biasanya mengatur mekanisme khusus. Rangsangan akan mengaktifkan bagian promoter. Promoter ini terletak di bagian hulu bagian yang akan disalin (disebut transcription unit). Proses transkripsi diawali oleh mobilisasi sejumlah protein, beberapa di antaranya enzim. Selanjutnya, proteinprotein non-enzim, disebut faktor transkripsi, menempati posisi-posisi DNA tertentu (karena memiliki "tanda pengenal") yang pada gilirannya membuat DNA siap melakukan transkripsi. Bagian ini dikenal sebagai TATA-box, terletak sekitar pasangan basa di bagian hulu (upstream) dari kodon mulai (AUG). Adanya faktor transkripsi ini akan menarik enzim RNA polimerase mendekat ke DNA dan kemudian menempatkan diri pada tempat yang sesuai dengan kodon mulai (TAC pada berkas DNA). Berkas DNA yang ditempel oleh RNA polimerase disebut sebagai berkas templat, sementara berkas pasangannya disebut sebagai berkas kode (karena memiliki urutan basa yang sama dengan RNA yang dibuat). Sejumlah ATP diperlukan untuk membuat RNA polimerase mulai bergerak dari ujung 3' (ujung karboksil) berkas templat ke arah ujung 5' (ujung amino). RNA yang terbentuk dengan demikian berarah 5' 3'. Pergerakan RNA polimerase akan berhenti apabila ia menemui urutan basa yang sesuai dengan kodon berhenti. Setelah proses selesai, RNA polimerase akan lepas dari DNA. Tergantung intensitasnya, dalam satu berkas transcription unit sejumlah RNA polimerase dapat bekerja secara simultan. Intensitas transkripsi ditentukan oleh keadaan di sejumlah bagian tertentu pada DNA. Ada

3 bagian yang disebut suppressor yang menekan intensitas, dan ada yang disebut enhancer yang memperkuatnya. Hasil Hasil transkripsi adalah berkas RNA yang masih "mentah". Di dalamnya terdapat fragmen berkas untuk protein yang mengatur dan membantu sintesis protein (translasi) selain fragmen untuk dilanjutkan dalam translasi sendiri, ditambah dengan bagian yang nantinya akan dipotong (intron). Berkas RNA ini selanjutnya akan mengalami proses yang disebut sebagai proses pascatranskripsi (post-transcriptional process). BIOLOGI MOLEKULER GEN Moleku1. DNA adalah material genetik Penemuan atau penelitian menggunakan virus dan bakteri membuktikan bahwa instruksi untuk menghasilkan sifat yang diwariskan adalah DNA. Dengan kata lain penelitian membuktikan bahwa DNA adalah material genetik. Contoh, eksperimen Hershey-Chase menggunakan virus T4 yang memiliki DNA saja bahwa hanya DNAnya yang menerobos membran sel bakteri tidak protein hasil fungsi DNAnya. Proteinnya pada larutan (supernatan), DNAnya pada pelet. 2. DNA dan RNA adalah polimer nukleotida Struktur nukleotida terdiri atas: o (1) gula beratom karbon lima (ribosa, dan kandungan satu atom oksigen, disebut deoksiribosa untuk DNA; o (2) gugus fosfat dan o (3) salah satu dari basa-basa nitrogen purin adenin atau guanin atau pirimidin timin atau sitosin (Cytosine).

4 Ketiga komponen nukleotida tersebut adalah monomernya DNA dan untuk RNA monomer nukleotidanya berbeda dari DNA adalah komponen gula dan basa pirimidin urasil, bukan timin. Struktur DNA dobel heliks (lihat Gambar pada bab sel). Struktur dobel heliks DNA ditemukan Watson dan Crick pada tahun 1953, baru diberi Nobel pada tahun Struktur DNA dalam kromosom: pada satu komponen, ada satu untai molekul DNA, Apabila untai molekul DNA dari semua kromosom disambung dari ujung ke ujung, bisa panjang sekali. Kenyataan bahwa DNA menjadi suatu massa yang padat pada kromosom karena ada protein. Jadi pada kromosom selain DNA ada protein. Protein pada eukariotik kromosom autosom adalah histon. Karena adanya protein (histon) itu DNA terikat secara kuat membentuk apa yang disebut nukleosom. FUNGSI DNA 1. Replikasi dan Reparasi DNA Replikasi DNA tergantung pada pasangan basa khususnya Basa Adenin selalu berpasangan dengan basa timin (A_T). Basa Guanin selalu berpasangan dengan sitosin (G-C). Proses replikasi DNA, terjadi sebelum fase pembelahan sel Proses replikasi dimulai pada bagian khusus dari struktur dobel heliks yang disebut asal replikasi, yaitu di mana protein pemulai replikasi menempel pada untai DNA. Kemudian dobel heliks DNA membentuk apa yang disebut gelembung, yaitu untai dobel berpisah, mengembang. Untai DNA parental membuka, namun tetap bersatu, yang untuk memudahkan digambarkan sebagai garpu. Kemudian enzim polimerase memulai replikasi dengan menempelkan nukleotida pasangannya

5 Pasa satu sisi untai DNA polimerase bekerja menyambungkan nukleotida ke arah titik garpu dan sisi garpu lainnya DNA polimerase bekerja keluar titik garpu. Arah replikasi selalu tetap yaitu dari ujung atom karbon nomor 5 ke arah ujung 3, karena arah enzim DNA polimerase yang menyebabkan proses replikasi hanya menambahkan nukleotida dari ujung 3 dari untai DNA. Setelah polimerase bekerja, enzim DNA ligase menggandengkan dua untai pendek-pendek menjadi untai panjangada enzim lagi yang memberikan koreksi, mengontrol apakah pasangan basa tepat atau tidak. Proses pengontrolan dan atau perbaikan disebut reparasi DNA yang melibatkan DNA polimerase, dan DNA ligase. Tempat mulainya replikasi pada kromosom eukariotik dapat beberapa tempat dan dapat secara serentak replikasi berjalan, sehingga memperpendek total waktu replikasi. 2. Ekspresi Gen Genotip DNA diekspresikan sebagai protein yang menjadi molekul dasar untuk fenotip sifat yang diturunkandna untuk menjadi protein harus ditranskripsikan menjadi RNA atau untai tunggal DNA. Jadi DNA menentukan sifat protein yang dihasilkan, secara tidak langsung yaitu melalui pemindahan informasinya ke bentuk RNA, yang kemudian memprogram sintesa protein atau translasi RNA ke protein Jadi pada proses ekspresi gen ada dua tahap penting yaitu transkripsi, suatu proses pemindahan informasi genetis ke molekul RNA dan translasi, proses transfer dari informasi RNA ke protein. Proses transkripsi adalah proses sintesa RNA dari template DNA, bedanya basa RNA adalah Urasil (U) sebagai gantinya timin (T). Jadi bila dalam untai DNA A maka hasil transkripsinya adalah U dan bila pada DNA T, maka pada RNA menjadi A, bila pada DNA C maka hasil transkripsi pada RNA adalah G dan sebaliknya. Contoh untai DNA AAACCGGCAAAA maka untai molekul RNA hasil transkripsi adalah RNA UUUGGCCGUUUURNA adalah untai tunggal, komplementernya DNA.

6 RNA adalah pembawa pesan DNA urutan basa pada RNA dibaca tiga-tiga disebut kodon, mendiktekan jenis asam amino yang dikode pada tahap translasi.jadi informasi genetik ditulis sebagai kodon dan ditranslasikan ke dalam rangkaian (urutan) asam amino Enzim untuk mentranskripsi DNA menjadi RNA disebut RNA polymerase. Proses transkripsi dimulai ketika enzim RNA polimerase berkontak dengan protein pada DNA yang disebut promotor. Setelah tahap transkripsi dimulai dari proses yang disebut inisiasi, yaitu ketika enzim RNA polimerase bergabung dengan promotor.pada tiap gen, promotor hanya mengkode untuk mentranskripsi satu untai DNA saja Bagian yang ditranskripsi berbeda antara satu gen dengan gen lainnya. Tahap transkripsi berikutnya adalah pemanjangan RNA, RNA terpisah atau menjauh dari DNA templatenya, sehingga kedua untai DNA dapat bergabung lagi, dilanjutkan dengan tahap ketiga. Tahap ketiga transkripsi adalah terminasi, yaitu ketika RNA polimerase mencapai urutan basa tertentu yang disebut terminator. Proses transkripsi menghasilkan tiga jenis RNA, yaitu yang pertama adalah RNA yang mengkode urutan asam amino, disebut RNA pembawa atau mesenger disingkat mrna, dan dua jenis RNA, yaitu transfer RNA disingkat trna sebagai molekul penerjemah dan ribosom disingkat rrna yang menyediakan diri sebagai tempat atau pabrik pembuat protein, semuanya berperanan dalam proses translasi.mrna yang dihasilkan bukan hanya untai dari informasi genetik dari DNA, tetapi masing-masing ujungnya diperpanjang dengan untai selain berita genetik pada proses transkripsi yang diperlukan untuk proses translasi nantinya. Berita genetik ditranslasi dalam sitoplasma. Pada prokariot semua transkripsi dan translasi terjadi dalam sitoplasma. Jadi RNA hasil transkripsi dalam nukleus ditransport keluar inti ke dalam sitoplasma.proses translasi berita genetik yang dibawa mrna ke bahasa urutan asam amino memerlukan penerjemah yang dilakukan oleh trna.trna menerjemahkan berita genetik dari tiga huruf kata (kodon) ke satu huruf kata asam amino protein. Enzim diperlukan untuk menempelkan asam amino sesuai kodon yang dibaca trna ke trna bersangkutan.

7 Sama seperti transkripsi, translasi juga dibedakan menjadi tiga tahap: inisiasi, pemanjangan, dan terminasi Proses inisiasi meliputi penggabungan bersama-sama mrna, asam amino pertama yang menempel pada trna dan dua subunit ribosom Tahapan inisiasi translasi adalah molekul mrna melekat ke arah subunit kecil ribosom. trna initiator berlokasi dan melekat pada kodon khusus permulaan translasi pada mrna, disebut kodon pemulai, yaitu kodon AUG di mana trna membawa asam amino Met. Kemudian subunit ribosom besar bergabung dengan subunit kecilnya, menghasilkan ribosom fungsional untuk sintesa protein berlangsung, di mana trna inisiator tepat menempati posisinya. Kemudian tahap pemanjangan rantai polipeptida berlangsung hingga tercapai kodon terminasi translasikodon termainasi adalah UAA atau UAG atau UGA yang tidak mengkode asam amino, dan itu menandai terminasi translasi. Selama dan sesudah translasi, rantai polipeptida bergelung atau melipat membentuk struktur tiga dimensi, struktur tersiernya. Ada beberapa polipeptida yang bergabung bersama membentuk struktur kwartener proteinnya. Jadi aliran informasi genetik berjalan dari DNA ke RNA dan kemudian ke protein Mutasi adalah perubahan apa saja yang terjadi pada urutan nukleotida DNA Mutasi dapat meliputi sejumlah untai yang panjang atau besar dari kromosom atau hanya satu pasang basa saja, seperti contohnya penyakit sickell cell. Jadi mutasi pada hanya satu atau beberapa pasang basa dalam DNA dapat berpengaruh terhadap translasi gen atau sintesis protein. Ada dua jenis mutasi yaitu penggantian basa dan penghilangan atau penyisipan basa Sumber penyebab terjadinya mutasi disebut mutagen. Proses pembentukan mutasi disebut mutagenesis. Penyebab mutasi bisa akibat dari kesalahan selama replikasi atau rekombinasi yang disebut mutasi spontan, yang lainnya tidak diketahui penyebabnya. Mutagen yang umum terdapat di alam adalah sinar X dan sinar UV

8 Baik mutasi terjadi di alam atau disengaja (hasil eksperimen) mutasi menciptakan alel berbeda yang diperlukan untuk mempelajari gen.dna virus dapat menjadi bagian dari DNA sel hostnya. Beberapa virus menjadi penyebab penyakit pada hewan, tanaman, manusia. Virus AIDS membuat DNA dari template RNAnya. Penelitian dengan virus sangat berkaitan erat dengan genetika molekuler. PERBEDAAN TRANSKRIPSI PADA PROKARIOT DAN TRANSKRIPSI PADA EUKARIOT Transkripsi Pada Prokariot 1. Pada prokariot, gen terdiri atas 3 bagian utama : daerah pengendali (promoter); bagian struktural dan terminator. Promoter merupakan bagian gen yang berperanan dlm mengendalikan proses transkripsi dan terletak pada ujung 5. Promoter pd prokariot juga terdiri atas operator. Bagian Struktural adalah bagian gen yang terletak disebelah hilir (downstream) dari promoter. Bagian inilah yg mengandung urutan DNA spesifik (kode-kode genetik) yg akan ditranskripsi. Terminator adalah bagian gen yg terletak disebelah hilir dari bagian struktural yg berperanan dlm pengakhiran (terminasi) proses transkripsi. Fungsi terminator adalah memberikan sinyal pd enzim RNA polimerase agar menghentikan proses

9 transkripsi. Proses terminasi transkripsi pd prokariot dpt dikelompokkan menjadi 2 kelas, yaitu 1) terminasi yg ditentukan oleh urutan nukleotida tertentu (rhoindependent) dan 2) diatur oleh suatu protein (faktor rho) atau disebut rhodependent. 2. Gen pada prokariot diorganisasikan dalam struktur operon. Contoh : operon lac (operon yg mengendalikan kemampuan metabolisme laktosa pada bakteri Escherichia coli). Adanya sistim operon karena satu promotor mengendalikan seluruh gen struktural. 3. Saat ditranskripsi, operon lac menghasilkan satu mrna yg membawa kode-kode genetik untuk 3 macam polipeptida yg berbeda : mrna polisistronik, artinya dalam satu transkrip dapat terkandung lebih dari satu rangkaian kodon (sistron) untuk polipeptida yang berbeda. Dengan demikian, masing-masing polipeptida akan ditranslasi secara independen dari satu untaian mrna yg sama. 4. Ciri utama gen struktural pd prokariot adalah mulai dari sekuens inisiasi translasi (ATG) sampai kodon terakhir sebelum titik akhir translasi (kodon STOP yaitu TAA/TAG/TGA) akan diterjemahkan menjadi rangkaian asam amino. Jadi, jika gen struktural terdiri atas 900 nukleotida maka gen tersebut akan mengkode 300 asam amino karena satu asam amino dikode oleh tiga sekuens nukleotida yang berurutan. Jadi, pada prokariot tidak ada intron (sekuens penyisip) kecuali pada beberapa archaea tertentu. 5. Pada prokariot, RNA polimerase menempel secara langsung pada DNA di daerah promoter tanpa melalui suatu ikatan dengan protein lain (yang membedakan dengan eukariot) 6. Pada prokariot, proses transkripsi dan translasi berlangsung hampir secara serentak, artinya sebelum transkripsi selesai dilakukan, translasi sudah dpt dimulai. 7. Urutan nukleotida RNA hasil sintesis adalah urutan nukleotida komplementer dengan cetakannya. Misal : urutan ATG pada DNA, maka hasil transkripsinya adalah UAC. Molekul DNA yg ditranskripsi adalah untai ganda, namun yang berperanan sebagai cetakan, hanya salah satu untaiannya

10 8. Tahapan transkripsi pada prokariot meliputi: 1) inisiasi transkripsi (terbentuk gelembung transkripsi), 2) pemanjangan 3) terminasi (tergantung faktor rho dan tidak tergantung faktor rho) Transkripsi pada eukariot 1. Gen eukariot dibedakan 3 kelas yaitu: Gen kelas I meliputi gen-gen yg mengkode 18SrRNA, 28SrRNA dan 5,8SrRNA (ditranskripsi oleh RNA polimerase I); Pada gen kelas I terdapat dua macam promoter yaitu promoter antara (spacer promoter) dan promoter utama. Gen kelas II : meliputi semua gen yg mengkode protein dan bbrp RNA berukuran kecil yg terdpt di dlm nukleus (ditranskripsi oleh RNA polimerase II); Promoter gen kelas II terdiri atas 4 elemen yaitu sekuens pemulai (initiator) yg terletak pd daerah inisiasi transkripsi, elemen hilir (downstream) yg terletak disebelah hilir dari titik awal transkripsi, kotak TATA dan suatu elemen hulu (upstream) Gen kelas III : meliputi gen-gen yg mengkode trna, 5S rrna dan bbrp RNA kecil yg ada di dlm nukleus (ditranskripsi oleh RNA polimerase III). Sebagian besar gen kelas III merupakan suatu cluster dan berulang 2. Tidak dikenal adanya sistim operon karena satu promotor mengendalikan seluruh gen struktural. 3. Gen pada eukariot bersifat monosistronik artinya satu transkrip yg dihasilkan hanya mengkode satu macam produk ekspresi (satu mrna hanya membawa satu macam rangkaian kodon untuk satu macam polipeptida). 4. Pada gen struktural eukariot, keberadaan intron merupakan hal yang sering dijumpai meskipun tidak semua gen eukariot mengandung intron. 5. Mekanisme transkripsi pada eukariot pada dasarnya menyerupai mekanisme pada prokariot. Proses transkripsi diawali (diinisiasi) oleh proses penempelan faktor-

11 faktor transkripsi dan kompleks enzim RNA polimerase pd daerah promoter. RNA polimerase eukariot tidak menempel secara langsung pada DNA di daerah promoter, melainkan melalui perantaraan protein-protein lain, yg disebut faktor transkripsi (transcription factor = TF). TF dibedakan 2, yaitu : (1) TF umum dan (2) TF yg khusus untuk suatu gen. TF umum dalam mengarahkan RNA polimerase II ke promoter adalah TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH, TFIIJ. 6. Pada eukariot, proses transkripsi dan translasi tidak berlangsung secara serentak. Transkripsi berlangsung di dalam nukleus, sedangkan translasi berlangsung di dlm sitoplasma (ribosom). Dengan demikian, ada jeda waktu antara transkripsi dengan translasi, yg disebut sebagai fase pasca-transkripsi. Pada fase ini, terjadi proses : 1). Pemotongan dan penyambungan RNA (RNA-splicing); 2). Poliadenilasi (penambahan gugus poli-a pada ujung 3 mrna); 3). Penambahan tudung (cap) pada ujung 5 mrna dan 4). Penyuntingan mrna 7. Gen eukariot mempunyai struktur berselang-seling antara sekuens yang mengkode suatu urutan spesifik (ekson) dan sekuens yg tidak mengkode urutan spesifik (intron)

12

13

14

15

16

17 Translation maps RNA to proteins through a 3 to 1 letters code

18

19 CONTROL OF GENE TRANSCRIPTION IN PROKARYOTES: THE E. COLI LAC OPERON

20 CONTROL OF GENE TRANSCRIPTION IN EUKARYOTES