Tgs 2_tahap Transkripsi Dan Translasi.doc

TUGAS MATA KULIAH GENETIKA LANJUT

TAHAP-TAHAP MEKANISME TRANSKRIPSI DAN TRANSLASI

Disusun Oleh : Nama : Lia Auliandari NIM : 05308144039 Prodi : Biologi-NR

JURUSAN PENDIDIKAN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2008

TAHAP-TAHAP MEKANISME TRANSKRIPSI DAN TRANSLASI

A. SINTESIS DAN PEMROSESAN RNA a. Transkripsi adalah sintesis RNA yang diarahkan oleh DNA RNA mesenjer (mRNA), pembawa informasi dari DNA ke peralatan pensintesis protein sel, ditranskripsi dari unit cetakan suatu gen. Enzim yang disebut RNA polimerase membuka pilinan kedua untai DNA sehingga terpisah dan mengaitkannya bersama-sama nukleotida RNA pada saat nukleotidanukleotida ini membentuk pasangan basa di sepanjang cetakan DNA. Seperti DNA polimerase yang berfungsi dalam replikasi DNA, RNA polimerase dapat menambahkan nukleotida hanya ke ujung 3’ dari polimer yang sedang tumbuh. Dengan demikian, molekul RNA memanjang dalam arah 5’→ 3’. Urutan nukleotida spesifik di sepanjang DNA menandai transkripsi suatu gen dmulai dan diakhiri. Rentang DNA yang ditranskripsi menjadi molekul RNA disebut unit transkripsi. Transkripsi terdiri dari tiga tahapan, yaitu inisiasi (permulaan), elongasi (pemanjangan) dan terminasi (pengakhiran) rantai RNA. 1. Pengikatan RNA polimerase dan inisiasi transkripsi Daerah DNA di mana RNA polimerase melekat dan mengawali transkripsi disebut sebagai promoter. Suatu promoter mencakup titik awal (startponit) transkripsi (nukleotida di mana sintesis RNA sebenarnya dimulai) dan biasanya membentang beberapa lusin pasangan nukleotida ”upstream” (ke depan) dari titik awal. Di samping menentukan di mana transkripsi dimulai, promoter ini juga yang menentukan yang mana dari kedua untai heliks DNA yang digunakan sebagai cetakan. Bagian-bagian tertentu suatu promoter sangat penting untuk pengikatan RNA polimerase. Dalam prokariota, RNA polimerase itu sendiri secara khusus mengenali dan mengikatkan dirinya dengan promoternya. Sebaliknya, dalam eukariota, suatu kumpulan protein yang disebut faktor

transkripsi menjadi perantara antara pengikatan polmerasa RNA dan inisiasi transkripsi. Hanya setelah faktor transkripsi tertentu diikat pada promoter barulah RNA polimerase mengikatkan diri pada promoter tersebut. Susunan yang lengkap antara faktor transkripsi dan RNA polimerase yang mengikatkan diri pada promoter disebut kompleks inisiasi transkripsi. 2. Elongasi untai RNA Pada saat RNA bergerak di sepanjang DNA, RNA ini terus membuka pilinan heliks ganda tersebut, memperlihatkan kira-kira 10-20 basa DNA sekaligus untuk berpasangan dengan nukleotida RNA. Enzim RNA polimerase menambahkan nukleotida ke ujung 3’ dari molekul RNA yang sedang tumbuh begitu enzim itu berlanjut di sepanjang heliks-ganda tersebut. Pada saat RNA berlangsung, heliks-ganda DNA terbentuk kembali dan molekul RNA baru akan lepas dari cetakan DNA-nya. Transkripsi berlanjut pada laju kira-kira 60 nukleotida perdetik pada eukariota. Satu gen tunggal dapat ditranskripsi secara simultan oleh beberapa molekul RNA polimerase yang saling mengikuti seperti barisan truk suatu konvoi. Untai RNA yang sedang tumbuh memeperlihatkan jejak dari setiap polimerase, dengan panjang setiap untai baru yang mencerminkan sejauh mana enzim itu berjalan dari titik awalnya di sepanjang cetakan tersebut.

Banyaknya

molekul

polimerase

yang

secara

simultan

mentranskripsi gen tunggal akan meningkatkan molekul mRNA dan membantu suatu sel membuat protein dalam jumlah yang lebih besar. 3. Terminasi transkripsi Transkripsi berlangsung sampai RNA polimerase mentranskripsi urutan DNA yang disebut terminator. Terminator yang ditranskripsi–yakni, suatu urtan RNA–berfungsi sebagai sinyal terminasi yang sesungguhnya. Terdapat beberapa mekanisme yang berbeda untuk terminasi transkripsi, yang perinciannya sebenarnya masih kurang jelas. Pada sel prokariotik, transkripsi biasanya berhenti tepat pada akhir sinyal terminasi; ketika

polimerase mencapai titik tersebut polimerase melepas RNA dan DNA. Sebaliknya, pada sel eukariotik polimerase ini terus melewati sinyal terminasi, suatu urutan AAUAAA di dalam pra-mRNA. Pada titik yang lebih jauh kira-kira 10-35 nukleotida, pra-mRNA ini dipotong hingga terlepas dari enzim tersebut. Tempat pemotongan pada RNA juga merupakan tempat unruk penamabahan ekor poli(A)–salah satu langkah pemrosesan RNA. b. Sel eukariotik memodifikasi RNA setelah transkripsi Enzim-enzim dalam nukleus eukariotik memodifikasi pra-mRNA dalam berbagai cara sebelum pesan genetinya disampaikan ke sitoplasma. Selama pemrosesan RNA ini, kedua ujung transkrip primer biasanya diganti. Dalam banyak kasus bagian-bagian interior tertentu dari olekul tersebut kemudian dipotong, dan bagian sisanya disambung manjadi satu kembali.  Penggantian ujung-ujung mRNA Setiap ujung pra-mRNa dimodifikasi dengan cara tertentu. Ujung 5’, yang pertama dibuat selama transkripsi, segera ditutup dengan bentuk nukleotida guanin (G) yang termodifikasi. Ujung 5’ ini memiliki sedikitnya dua fungsi penting. Pertama, ujung ini melindungi mRNA dari perombakan (degradasi) oleh enzim hidrolitik. Kedua, setelah mRNA mencapai sitoplasma, ujung 5’ ini berfungsi sebagai bagian dari tanda ”lekatkan di sini” untuk ribosom. Ujung lain molekul mRNA, ujung 3’, juga dimodifikasi sebelu pesannya meninggalkan nukleus. Pada ujung 3’ ini enzim poliadenin polmerase menambahkan ekor poli(A) yang terdiri atas 30 hingga 20 nukleotida adenin. Seperti tutup 5’, ekor poli(A) ini menghambat (menginhibisi) degradasi RNA dan membantu ribosom melekat padanya. Ekor poli(A) ini tampaknya juga mempermudah ekspor mRNA dari nukleus. Suatu molekul mRNA eukariotik mempunyai tutup dan ekor. Segmen leader dan tailer, non-tranlasi dari RNA, tempat di mana tutup dan ekor ini melekat.

 Pemisahan gen dan penyambungan RNA Tahap yang paling mengagumkan dari pemrosesan RNA di dalam nukleus eukariotik adalah pemindahan sebagian besar molekul RNA yang mulamula disintesis–pekerjaan potong dan tempel yang disebut penyambungan RNA (RNA splicing). Urutan nukleotida DNA yang mengkode polipeptida eukariotik bersifat tidak kontinyu, yang terdiri atas segmen bukan pengkode dan segmen pengkode. Segmen-segmen asam nukleat bukan pengkode yang terletak di antara daerah pengkode disebut urutan penyela, atau disingkat intron. Daerah lainnya disebut ekson, karena daerah ini akhirnya diekspresikan– artinya ditranlasi menjadi urutan asam amino. (Kecuali pada bagian leader dan tailer ekson pada kedua ujung RNA). RNA polimerase mentranskripsi intron maupun ekson dari DNA, menciptakan molekul RNA yang terlalu besar. Tetapi pra-mRNA ini tidak pernah meninggalkan nukleus; molekul mRNA yang memasuki sitoplasma merupakan versi ringkas dari transkrip primernya. Intron dipotong dari molekul dan ekson digabung menjadi satu untuk membentuk suatu molekul mRNA dengan urutan pengkode yang kontinyu. Para peneliti telah mempelajari bahwa bahwa sinyal-sinyal untuk penyabungan RNA merupakan urutan nukleotida pendek pada ujung-ujung intron. Partikel yang disebut ribonukleoprotein nukleus kecil, atau snRNP(small

nuclear

ribonucleoprotein),

mengenali

tempat-tempat

penyambungan ini. Seperti yang disiratkan namanya, snRNP ini ditempatkan dalam nukleus sel dan tersusun atas molekul RNA dan protein. RNA dalam partikel snRNP disebut RNA nukleus kecil (snRNAsmall nuclear RNA). Beberapa snRNP yang berbeda bergabung dengan protein tambahan untuk membentuk susunan yang bahkan lebih besar yang disebut spliosom, yang hampir sebesar ribosom. Spliosom ini berinteraksi dengan tempat-tempat penyambungan pada ujung-ujung intron. Spliosom ini terpotong pada titik-titik spesifik untuk melepas

intronnya, kemudian segera bergabung bersama kedua ekson yang mengapit kedua intron tersebut.  Pengeditan mRNA Pengeditan mRNA adalah pengubahan rangkaian nukleotida dengan memasukkan nukleotida yang baru, atau penghilangan nukleotida, ataupun dengan pergantian dengan nukleotida lainnya. Pengeditan mRNA telah ditemukan pada tahun 1986 selama studi gen mitokondria pada Trypanosoma brucei. Pengeditan mRNA Trypanosoma brucei tersebut dengan memasukkan urasil di nomor posisi yang berbeda pada mRNA.

B. SINTESIS PROTEIN  Translasi adalah sintesis polipeptida yang diarahkan oleh RNA Dalam proses translasi (translation = penerjemahan), suatu sel menginterprestasi suatu pesan genetik dan membentuk protein yang sesuai. Pesan tersebut berupa serangkaian kodon di sepanjang mlekul mRNA, interprenernya adalah RNA transfer (tRNA). Fungsi tRNA adalah mentransfer asam-asam amino dari kolam asam amino sitoplasmanya ke ribosom. Kita dapat membagi translasi, sintesis polipentida, menjadi tiga tahap (sama seperti pada transkripsi): inisiasi, elongasi dan terminasi. Semua tahapan ini memerlukan ”faktor-faktor” protein yang membantu mRNA, tRNA dan ribosom selama proses translasi. Untuk inisiasi dan elongasi rantai dibutuhkan sejumlah energi. Energi ini disediakan oleh GTP (guanosin triphosphate), suatu molekul yang mirip dengan ATP. 1. Inisiasi Tahap inisiasi dari translasi membawa bersama mRNA, sebuah tRNA yang memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua subunit ribosom. Pertama, subunit kecil mengikatkan diri pada mRNA dan tRNA inisiator khusus. Subunit kecil melekat pada sgmen leader pada ujung 5’ (upstream) dari mRNA. Pada eukariota, ujung 5’ pertama kali memerintahkan subunit kecil melekat pada ujung 5’ dari mRNA. Pada arah downstream dari mRNA

terdapat kodon inisiasi, AUG, yang memberi sinyal dimulainya proses translasi, tRNA inisiator, yang membawa asam amino metionin, melekat pada kodon inisial. Penyatuan mRNA, tRNA inisiator dan subunit ribosom kecil diikuti oleh pelekatan subunit ribosom besar, menyempurnakan kompleks inisiasi translasi. Protein yang disbut faktor inisiasi dibutuhkan untuk membawa semua komponen tersebut bersama-sama. Sel juga mengeluarkan energi dalam bentuk molekul GTP untuk membentuk kompleks inisiasi. Saat penyelesaian proses inisiasi, tRNA inisiator berada pada tempat P dari ribosom, dan tempat A yang kosong siap untuk tRNA-aminoasil berikutnya. Sintesis polipeptida dimulai pada ujung aminonya. 2. Elongasi Pada tahap elongasi dari translasi, asam-asam amino ditambahkan satu per satu pada asam amino pertama. Tiap penambahan melibatkan partisipasi beberapa protein yang disebut faktor elongasi dan terjadi dalam siklus tiga tahap, yaitu : 1.) Pengenalan kodon Kodon pada tempat A dari ribosom membentuk ikatan hydrogen dengan antikodon molekul tRNA yang baru masuk membawa asam amino yang tepat. Faktor elongasi membawa tRNA ke tempat A. langkah ini membutuhkan GTP. 2.) Pembentukan ikatan peptida Molekul rRN dari subunit ribosom besar berfungsi sebagai ribozim mengkatalis

pembentukan

ikatan

peptide

yang

menggabungkan

polopeptida yang memanjang dari tempat P ke asam amino yang bari tiba di tempat A. Polipeptida memisahkan diri dari dari tempat perlekatannya semula, dan asam amino pada ujung karboksilnya berikatan dengan asam amino yang dibawa oleh tRNA di tempat A. 3.) Translokasi tRNA di tempat A sekarang terikat pada polipeptida yang sedang tumbuh ditranslokasikan ke tempat P. Pada saat RNA berpindah tempat, anti kodon

tetap berikatan dngan hydrogen pada kodon mRNA, mRNA, bergerak bersama-sama dengan antikodon ini dan membawa kodon berikutnyauntuk ditranslasi pada tempat A. 3. Terminasi Tahap akhir translasi adalah terminasi. Elongasi berlanjut hingga kodon stop mencapai tempat A di ribosom. Triplet basa yang istimewa ini–UAA, UAG< dan UGA–tidak mengkode suatu asam amino melainkan bertindak sebagai sinyal untuk menghentikan translasi. Suatu protein yang disebut sebagai faktor pelepas (release factor) langsung mengikatkan diri pada kodon stop di tempat A. Faktor pelepas ini menyebabkan penambahan molekul air, buan asam amino, pada rantai polipeptida. Reaksi ini menghidrolisis polipeptida yang sudah selesai ini dari tRNA yang berada di tempat P, melepaskan polipeptida dari ribosom. Sisa-sisa penyusunan translasi kemudian terpisahpisah..

DAFTAR PUSTAKA

Brown, T.A. 1998. Genetics a Molecular Approach. Third edition. London: Stanley Thornes (Publishers) Ltd. Campbell, N. A., J.B. Reece & L.G. Mitchell. 2002. Biologi Jilid 1. Edisi ke-5. (Terjemahan dari Biology. 5th. Ed. oleh Lestari, R). Jakarta: Erlangga.