From Gene to Protein Transkripsi Dan Tra

7/26/2019 From Gene to Protein Transkripsi Dan Tra

1/43


2/43

Preface

Biologi molekuler merupakan disiplin ilmu yang perkembangannya sangat

cepat. Hampir semua sisi kehidupan manusia kini bersinggungan dengan

biologi molekuler dari pangan, energi, sampai dunia pengobatan. Obat-obat

yang ada sekarang utamanya memiliki target tertentu yang bertangung

jawab pada perkembangan suatu penyakit. Target obat umumnya adalah

reseptor, juga enzim, kanal ion, dan transporter.

Mempelajari transkripsi dan translasi merupakan bagian dasar dari proses

pemahaman ekspresi gen. Bagaimana gen-gen yang ada tubuh kita

terekspresi, sistem regulasi yang superketat akan dipelajari di kuliah kali ini.Banyak obat yang bekerja pada reseptor tertentu seperti antibiotik, oncology

pipeline, dan masih banyak lagi. ehingga mahasiswa !armasi setelah

mengikuti kuliah ini bisa banyak bicara tentang mekanisme aksi obat sampai

le"el molekuler.

#ada bagian terakhir akan disinggung tentang perkembangan bioin!ormatika

yang ledakannya juga luar biasa. egala in!ormasi biologis setelah selesainya

Human $enome #roject memicu munculnya databased dan analyzer yang

jumlahnya kian banyak. %engan kemampuan konsep &!rom gene to protein'

diharapkan kita bisa menganalisis ekspresi

gen dengan meman!aatkan in!ormasi yang banyak tersedia di internet.

(ogyakarta, )* Maret )+

Sarmoko


3/43

Biologi Molekuler

FROM GENE TO PROTEIN: TRANSKRIPSI DAN TRANSLASI

Oleh: Sarmoko

OVERVIEW

Biologi molekuler merupakan suatu ilmu yang mempelajari fenomena biologis

pada aras molekuler. Sejak ditemukannya struktur DNA oleh Watson dan Crik

!"ambar #$% ilmu ini berkembang dengan sangat pesat. &al ini terjadi karena hampir

semua peristi'a fenomena biologis saat ini% dituntut untuk bisa dijelaskan sampai le(el

molekuler. )etika mendengar kata le(el molekuler berati sampai le(el DNA% *NA%

protein dan sebagainya. Sebagai ontoh% mekanisme kerja obat sekarang tidak ukup

jika hanya dijelaskan sampai le(el seluler namun sudah bisa dijelaskan sampai le(el

DNA. +ada masa kini% seorang apoteker dituntut untuk bisa menjelaskan mekanisme

obat sampai le(el molekuler. Bahkan% ilmu,ilmu yang ada sekarang makin menyempit

ke arah molekuler% misal -armakologi olekuler% /oksikologi olekuler% dan

-armakoepidemiologi olekuler. 0mpat ilmu di atas% memerlukan landasan ilmu

Biologi olekuler yang kuat.

Gambar 1. Struktur double helix DNA. Struktur DNA dikemukakan oleh Watson danCrik pada tahun #123% mereka menyatakan bah'a model struktur DNA adalah untaiganda% denganorientasiyangberla'anan !antiparalel$% rantai#membentukarah3454% berpasangan dengan rantai dengan arah 54 34. )edua rantai berikatan dengan

ikatan hidrogen antara basa A6/ !7 ikatan &$% dan "6C !5 ikatan &$. 89isionlearning%n.


4/43

Dogma Setra! "#o!og# Mo!eku!er

Salah satu hallmark !penanda;karakteristik$ dari suatu kehidupan yaitu

reproduksi. nformasi genetik dari suatu sel dengan segala keunikannya tentunya

harus dapat diturunkan ke anakannya. nformasi gentik !genom$ disimpan

menggunakan asam nukleat% yaitu DNA. Asam nukleat ini mampu menyimpan

sejumlah besar informasi seara stabil hanya melalui < maam yakni adenin !A$%

sitosin !C$% guanin !"$ dan timin !/$% yang tersusun menjadi rantai DNA. nformasi

yang disimpan DNA tersebut akan diduplikasikan saat terjadi pembelahan sel

!*0+=)AS$ dan akan disalin menjadi m*NA !/*ANS)*+S$% yang selanjutnya *NA

yang terjadi tersebut akan ditranslasikan menjadi urutan asam amino dari protein

!/*ANS=AS$. +roses tersebut dinyatakan sebagi Dogma Sentral dari biologi

molekuler !"ambar 7$.

Gambar $. Dogma %etra! b#o!og# mo!eku!er. !#$ DNA ditranskripsi oleh en>im *NApolymerase menjadi m*NA% !7$ m*NA yang terbentuk mengalami proses pasa,transkripsiberupa pembuangan intron sehingga menjadi *NA mature% !5$ m*NA ditranslasi menjadiurutan asam amino;protein yang terjadi di sitosol% !im DNA polymerase.


5/43

"en memberi perintah untuk membuat protein tertentu. /etapi gen tidak

membangun protein seara langsung. &embata atara DNA 'a %#te%#% (rote#

a'a!a) RNA. )ita ketahui bah'a *NA seara kimia'i serupa dengan DNA% keuali

*NA mengandung r#bo%a* buka 'eok%#r#bo%a %ebaga# gu!a+a. Sedangkan untuk

basa nitrogen pada *NA adalah urasil !?$% bukan timin !/$. Dengan demikian% setiap

nukleotida di sepanjang untai DNA memiliki deoksiribosa sebagai gulanya dan A% "% C%

/ sebagai basanya. Sedangkan pada *NA memiliki gula ribose dan A% "% C% ?

sebagai basanya.

Aliran informasi genetik mirip dengan urutan,urutan huruf tertentu yang

menyampaikan informasi dalam bahasa tulisan. +ada DNA atau *NA% monomernya

merupakan keempat jenis nukleotida yang berbeda dalam basa nitrogennya. "en

biasanya panjangnya menapai ratusan atau ribuan nukleotida% masing,masing

memiliki urutan basa yang spesifik. Setiap polipeptida dari suatu protein juga memiliki

monomer yang tersusun pada struktur primer% tetapi monomernya adalah ke,7@ asam

amino tersebut. Dengan demikian% asam nukleat dan protein berisi informasi yang

ditulis dalam dua bahasa kimia yang berbeda !"ambar 5$. ?ntuk beralih dari DNA%

yang ditulis dalam satu bahasa% ke protein% yang ditulis dalam bahasa lain%

membutuhkan dua tahapan utama yaitu transkripsi dan translasi.

Gambar ,. I!u%tra%# a!#ra #-orma%# geet#k +ag '#tu!#% 'a!am 'ua ba)a%a k#m#a +agberbe'a

Tra%kr#(%# merupakan sintesis *NA berdasarkan template DNA. )edua asam

nukleat menggunakan bahasa yang sama dan informasinya tinggal ditranskripsi

!disalin$ dari satu molekul ke molekul yang lain. +ersis sebagai mana saat proses

replikasi% untai DNA menyediakan suatu etakan !template$ untuk sintesis untaikomplemen terbaru% pada transkripsi juga disediakan template untuk menyusun *NA.


6/43

olekul *NA yang dihasilkan merupakan transkrip penuh dari perintah pembangun

protein dari gen tersebut. enis molekul *NA ini disebut *NA messenger !m*NA$.

Tra%!a%# merupakan sintesis polipeptida yang sesungguhnya% yang terjadi

berdasarkan arahan m*NA. Selama tahapan ini terjadi perubahan bahasa% sel

menerjemahkan !mentranslasi$ urutan basa molekul m*NA ke dalam urutan asam

amino polipeptida. /empat translasi adalah ribosom yang terletak di sitoplasma.

Walaupun mekanisme dasar transkripsi dan translasi serupa untuk prokariot

dan eukariot% namun terdapat perbedaan penting dalam aliran informasi genetik di

dalam sel. )arena bakteri tidak memiliki nukleus% DNA,nya tidaktersegregasi dari

ribosom dan perlengkapan pensintesis,protein lainnya. /ranskripsi dan translasi

dipasangkan dengan ribosom menempel pada ujung depan molekul m*NA se'aktu

transkripsi masih terusberlangsung. Sebaliknya% dalam sel eukariotik% selubung

nukleus memisahkan transkripsi dan translasi dalam ruang dan'aktu. /ranskripsi

terjadi di nukleus dan m*NA dikirim ke sitoplasma di mana terjadi translasi !"ambar


7/43

TRANSKRIPSI

/ranskripsi adalah proses penyalinan kode,kode genetik yang ada pada urutan DNA

menjadi molekul *NA.

Meka#%me 'a%ar %#te%#% RNA

/ranskripsi !sintesis *NA$ dilakukan melalui beberapa tahapan yaitu:

#. -aktor,faktor pengendali transkripsi menempel di bagian promoter% misalnya

*NA polimerase 0I#%#a%#.

7. +embentukan kompleks promotor terbuka !open promoter complex$. /idak

seperti replikasi di mana DNA benar,benar dibuka% pada transkripsi pilinan

DNA dibuka namun masih tetap di dalam *NA polimerase.

5. *NA polimerase membaa DNA etakan !template$ dan mulai melakukan

pengikatan nukleotida yang komplementer 0E!oga%#.


8/43

DNA template

Gambar 2. 6ruta uk!eot#'a RNA )a%#! %#te%#% '#tetuka o!e) uruta DNA tem(!ate.*NA polimerase bekerja dengan membaa template dengan arah 5 3% namun sintesism*NA adalah dari 3 54.

-aktor,faktor pengendali transkripsi% salah satunya adalah Faktor Tra%kr#(%#.

/erdapat lebih dari 3@ protein berbeda dari faktor transkripsi berikatan pada situs

promoter% umumnya pada sisi 34 dari gen yang akan ditranskrip. )emudian% en>im

RNA (o!#mera%e berikatan ke kompleks dari -aktor /ranskripsi% bekerja sama untuk

membuka DNA. *NA polimerase bekerja dengan membaa template dengan arah 5

7 3% namun sintesis m*NA adalah dari 3 7 54 . *NA polimerase berjalan sepanjang

template DNA% membangun ribonukleotida yang disuplai dari bentuk trifosfat dengan

prinsip pasangan basa. )etika bertemu "% maka pada *NA dimasukkan C% ",C% /,A%A,? !6% dari uridine triphosphate% ?/+$. /idak ada / pada *NA. )etika transkripsi

selesai% transkrip !m*NA$ dilepaskan dari polimerase dan polimerae lepas dari DNA.

Tra%kr#(%# (a'a Prokar#ot

Salah satu iri dari prokariot adalah adanya struktur o(ero. Operon adalah

organisasi dari beberapa gen yang ekspresinya dikendalikan oleh satu promotor. isal

operon lac, pada metabolisme laktosa pada bakteri E.coli. asing,masiang gen

strutural mempunyai kodon inisasi dan kodon terminasi% tetapi ekspresinya

dikendalikan oleh satu promoter yang sama !"ambar 2$. +ada 'aktu ditranskripsi%

operon lac akan menghasilkan satu m*NA yang memba'a kode genetik untuk 5

polipeptida berbeda% disebut dengan mRNA (o!#%#%tro#k. asing,masing polipeptida

akan ditranslasi seara independen dari satu untaian m*NA yang sama.


9/43

Gambar 8. Orga#%a%# o(era lac (a'a E. coli. Operon lac punya 5 gen struktural yaitu lac Z!mengkode ,galaktosidase$% lac Y !mengkode permease$ dan lac A !mengkode trans,asetilase$. asing,masing dari gen mempunyai start odon dan stop odon sendiri,sendiri%namun ekspresinya dikendalikan oleh satu (romoter 0( yang sama. O(erator 0o adalahbagian dari promoter tempet penempelan protein repressor yang dikode oleh ge I. Cataboliteati(ator protein !CA+$. A?" adalah start kodon !materi ini akan dijelaskan lebih dalam setelahmid semester.

Struktur Ge Prokar#ot

"en prokariot seara tersusun atas promoter% gen struktural% dan terminator

!"ambar E$.

Gambar 9. Struktur ge (rokar#ot

Promoter adalah urutan DNA spesifik yang berperan dalam mengendalaikan

transkripsi gen struktural dan terletak di daerah upstream !hulu$ dari bagian strukturalgen. -ungsi promoter adalah sebagai tempat a'al pelekatan en>im RNA (o!#mera%e

yang nantinya melakukan transkripsi pada bagian gen struktural. Salah satu bagian

penting promoter disebut sebagai Pr#bo bo; pada urutan nukleotida ,#@ dan ,53.

Oleh karena urutan onsensus pada +ribno' boF adalah /A/AA/% maka seringkali

disebut juga TATA bo;. +ribno' boF berperanan dalam mengarahkan en>im *NA

polymerase sehingga arah transkripsinya adalah dari ujung 34 54. Selain itu% daerah

ini merupakan tempat pembukaan heliks DNA untuk membentuk kompleks promoter

yang yang terbuka.


10/43

O(erator% merupakan urutan nukelotida yang terletak di antara promoter dan

bagian struktural dan merupakan tempat pelekatan (rote# re(re%or !penekan atau

penghambat ekspresi gen$. ika ada represor yang melekat di operator maka *NA

polimerase tidak bisa jalan dan ekspresi gen tidak bisa berlangsung. Selain adanya

supresor ada juga e)aim yang mengkatalisis proses transkripsi.

Susunan lengkap adalah G74H disebut )o!oe=#m% jika H tidak ada dan hanya

ada G74 disebut im% 6 berfungsi dalam pengikatan nukleotida% 4 6

berfungsi dalam penempelan DNA% H 6 berfungsi untuk mengarahkan agar *NA

polimerase menempel pada promoter.


11/43

MEKANISME TRANSKRIPSI PADA PROKARIOT

/ahapan transkripsi terdiri dari inisiasi% elongasi% dan terminasi.

I#%#a%#. /ranskripsi dimulai dengan penempelan *NA polimerase holoen>im

pada bagian promoter. *NA polimerase menuju ke promoter atas bantuan faktor H

yang mampu menemukan bagian promoter suatu gen. Bisa diibaratkan *NA

polymerase adalah pesa'at% faktor sigma adalah antenanya% promoter adalah

bandaranya. +ada prokariot% *NA polymerase menempel seara langsung pada DNA

di daerah promoter tanpa melalui ikatan dengan protein lain !pada eukariot protein

pembantu dibutuhkan sangat banyak II$.

)emudian% bagian DNA yang berikatan dengan *NA polimerase membentuk

struktur gelembung transkripsi !transcription bubble$ yang stabil. Selanjutnya adalah

penggabungan beberapa nukleotida a'al sekitar #@ nukleotida. Basa,basa *NA yang

digabung membentuk ikatan hidrogen dengan basa DNA etakan. Selanjutnya adalah

pelepasan subunit H setelah terbentuk molekul *NA sepanjang J,1 nukleotida. /erjadi

perubahan konformasi holoen>im jadi core enzme !tanpa faktor H$. -aktor H

selanjutnya dapat digunakan lagi dalam proses inisiasi transkripsi selanjutnya !dapat

digunakan oleh en>im inti *NA polimerase lain$ !"ambar J$.

Gambar >. Pro%e% ##%#a%# tra%kr#(%# (a'a (rokar#ot. -aktor sigma membantu mengenalipromoter suatu gen.

+ada e!oga%#% nukleotida ditambahkan seara ko(alen pada ujung 5 molekul

*NA yang baru terbentuk dengan arah 3 5 pada ikatan fosfodiester !"ambar 1$.

Nukleotida *NA yg ditambahkan bersifat komplementer dengan nukleotida untai DNA

etakan.


12/43

Gambar ?. Pro%e% (embetuka #kata -o%-o'#e%ter. "ugus O& pada posisi 54 menyerangposphat pada posisi 34 melepas 7+ dan molekul &7O membentuk ikatan fosfodiester yangstabil.

+enghentian transkripsi !term#a%#$ ada 7 maam yaitu:

#. !ho"independent yaitu terminasi yang dilakukan tanpa harus melibatkan

protein khusus% namun ditentukan oleh adanya urutan nukleotida tertentu pada

bagian terminator. Ciri urutan adalah adanya struktur jepit rambut;hairpin yang

kaya akan basa "C. Akibat struktur itu% *NA polimerase berhenti dan

membuka bagian dari sambungan !hibrid$ DNA,*NA. Sisa hibrid merupakan

urutan oligo ? !r?$ yang tidak ukup stabil berpasangan dengan A !dA$

ikatan hidrogen hanya 7 buah% akibatnya ikatan lemah terlepas dan *NA hasil

transkripsi lepas.

7. !ho"dependent yaitu terminasi memerlukan protein rho. -aktor rho terikat pada

*NA transkrip kemudian mengikuti *NA polimerase sampai ke daerah

terminator. -aktor rho membentuk destabilisasi ikatan *NA,DNA hingga

akhirnya *NA terlepas.


13/43

TRANSKRIPSI PADA E6KARIOT

Struktur ge

"en,gen pada eukariot bersifat moo%#%tro#k% artinya satu transkrip yang

dihasilkan hanya mengkode satu maam produk ekspresi. +ada eukariot tidak dikenal

namanya operon karena satu gen strutural dikendalikan oleh satu promoter. Seara

umum hampir sama sama prokariot yaitu adanya promotor% bagian struktural dan

terminator. Bagian yang membedakan adalah pada bagian struktural gen. Bagian

struktural;coding region pada eukariot ada bagian intron dan ekson !"ambar #@$.

ntron !intervening sequences$ merupakan sekuens yang tidak mengkode asam

amino. Bagian ini akan dibuang saat *NA proessing. 0kson merupakan sekuen yang

dikode menjadi asam amino !"ambar #@$.

Gambar 1@. "ag#a %truktura! ge eukar#ot

Meka#%me Tra%kr#(%# Pa'a Eukar#ot

*NA polimerase pada eukariot bermaam,maam yaitu *NA polimerase

!mentranskrip gen kelas yaitu gen r*NA keuali 3S r*NA$% *NA +olimerase

!mensintesis m*NA dan small nulear *NA;sn*NA yang diperlukan pada saat *NA

spliing$ dan *NA polymerase !mentranskrip gen kelas yaitu t*NA% 3S r*NA$.

+ada bab ini hanya dijelaskan *NA polimerase karena terlibat pada transkripsi

semua gen.


14/43

Berbeda dengan prokariot% *NA polymerase eukariot tidak menempel seara

langsung pada DNA di daerah promoter namun melalui perantaraan protein,protein

lain disebut -aktor tra%kr#(%#tra%


15/43

memberikan efek yang berbeda. Berbagai jenis sel mengekspresikan kombinasi

karakteristik dari faktor transkripsi% dan ini menghasilkan mekanisme utama untuk

kekhususan tipe sel dalam regulasi ekspresi gen.

Gambar 11. Struktur bag#a u(%tream ge eukar#ot. Dihipotesiskan terdiri dari 7 ekson dan# intron. Diagaram menunjukkan adanya /A/A,boF dan CCAA/ boF basal element masing,masing pada posisi ,73 dan ,#@@. -/D terlihat berikatan dengan /A/A,boF binding protein%/B+. KC*0B 6 A+ response element binding proteinM KC;0B+ 6 CCAA/,boF;enhanerbinding proteinM. =ingkaran besar hijau menggambarkan *NA polymerase .Soure: http :;;th em edi alb io hem is tr yp age. or g;g ene,r egu lat ion. htm l

Tabe! 1. Eukar+ot#< (romoter e!emet%

)ebanyakan 'alau tidak semua% CAA/ dan "C,boF berlokasi antara ,7@@ dan ,E@. N 6 any !A%/% C% atau "$% +y !pirimidin 6 C atau /$. +enghilangan atau mutasi pada "C boF dapatmenghilangkan akti(itas promoter. Selain sekuen di atas% "C boF juga mempunyai sekuenCC"CCC.

Tab!e $. Da-tar "ebera(a Faktor Tra%kr#(%#

Faktortra%kr#(%#

SeBue


16/43

C*0B /"AC"C;

C;

";/ A A /erikat pada A+ response element

!C*0$P family minimal ada #@ fatortranskripsi hasil dari gen yang berbeda


17/43

atau alternati(e spliingP dapat membentukdimer dengan ?N

0*BAP also /*!thyroidhormone

reeptor$

"/"/CAAA""/CA +ertama diidentifikasi sebagai onkogenretro(irusP member of the steroid;thyroidhormone reeptor superfamilyP binds

thyroid hormone0/S

";

A; ""A

A; "

/;C C / C +ertama diidentifikasi sebagai onkogen

retro(irusP mendominasi pada sel B dan /"A/A

/; "A/AA -amily dari erythroid ell,speifi fators%

"A/A,# sampai ,2B

/; AAC

"; "C / +ertama diidentifikasi sebagai onkogen

retro(irusP hematopoieti ell,speififator

OD CAAC/"AC master kontrol diferensiasi sel otot

N-QB and *0= """AA

; /N/; CC

01C C kedua faktor diidentifikasi seara

independenP *0= pertama kalidiidentifikasi sebagai onkogen retro(irusPmendominasi dalam sel B,dan ,/

*A* !retinoiaid reeptor$

AC"/CA/"ACC/ mengikat pada elements disebut *A*0s!retinoi aid response elements$ jugamengikat situs ?N;-OS

S*- !serumresponsefator$

""A/"/CCA/A//A""ACA/C/ /erdapat banyak dalam gen yangdiinduksi oleh faktor,faktor pertumbuhanyang ada pada serum

Daftar ini hanya me'akili ribuan dari faktor transkripsi yang telah diidentifikasi. Nmenandakansegala maam basa dapat menduduki posisi ini.

+roses pemanjangan transkrip berlangsung sama seperti pada prokariot.

+roses ini akan berlangsung sampai *NA polymerase menapai daerah terminator.

/erminasi transkripsi dapat terjadi karena adanya akti(itas fosfatase yang spesifik

untuk C/D sehingga mengembalikan *NA polymerase menjadi bentuk yang tidak

terfosforilasi. +ada keadaan ini% *NA polymerase dapat digunakan seara berulang,

ulang.

Pro%e% (a%


18/43

tanda Rlekatkan di sini untuk ribosom.


19/43

+ada ujung 54 suatu en>im menambahkan ekor polia!A$ yang terdiri dari 5@,7@@

nukleotida adenin. 0kor poli!A$ berfungsi mempermudah ekspor m*NA dari nukleus.

Gambar 1$. 5a((#g 'a (ember#a ekor (a'a mRNA

+oliadenilasi merupakan proses penambahan poliA !rantai A+$ pada ujung 5

nukleotida m*NA. -ungsinya untuk meningkatkan stabilitas m*NA dan meningkatkan

efisiensi translasi.

7. Spliing

Saat proses transkripsi% *NA polimerase mentranskripsi intron maupun ekson dari

DNA. Spliing merupakan proses pembuangan intron dan penyambungan ekson.

ntron adalah bagian penyela% merupakan segmen asam nukleat bukan pengkode dan

terletak diantara daerah pengkode. Sedangkan ekson adalah daerah yang yang

diekspresikan atau ditranslasi menjadi asam amino. Dalam penyambungan *NA%

intron dikeluarkan dan ekson bergabung. +enyambungan *NA dikatalis oleh

ribonukleoprotein nuleus keil !sn*N+$% yang beroperasi de dalam susunan yang

lebih besar disebut %(!#o%om. Setelah dilakukan berbagai modifikasi di atas% jadilah

m*NA matang !mature m*NA$ !"ambar #5$.


20/43

Gambar 1,. Pro%e% %(!#


21/43

A!terat#- %(!#


22/43

/M022

Biologi Molekuler

TRANSLASI

/ranslasi adalah proses penerjemahan urutan nukleotida yang ada pada

molekul m*NA menjadi rangkaian asam amino yang menyusun suatu polipeptida atau

protein. *NA yang ditranslasi adalah m*NA% sedangkan t*NA dan r*NA tidak

ditranslasi. olekul r*NA adalah salah atau molekul penyusun ribosom yaitu organel

tempat berlangsungnya sintesisi protein% sedangkan t*NA adalah pemba'a asam,

asam amino yang akan disambungkan menjadi rantai polipeptida.

Beberapa tipe *NA yang disintesis di nukleus pada sel eukariot% yang menarik

sebagai berikut:

#. me%%eger RNA !mRNA$. m*NA kemudian bisa ditranslasi menjadi

polipeptida.

7. r#bo%oma! RNA !rRNA$. r*NA digunakan untuk membangun ribosom% yaitu

mesin untuk mensintesis protein pada saat translasi m*NA.

5. tra%-er RNA !tRNA$% yaitu molekul *NA yang memba'a asam amino selama

pembentukan polipeptida.

dan t*NA menghasilkan molekul prekursor dengan struktur yang besar disebut

(r#mar+ tra%


23/43

yang menga'ali struktur suatu polipeptida !protein$. +ada prokariot% asam amino a'al

tidak berupa metionin tetapi formil metionin !fet$. Dalam proses translasi% rangkaian

nukleotida pada m*NA akan dibaa tiap tiga nukleotida sebagai satu kodon untuk satu

asam amino% dan pembaaan dimulai dari urutan kodon metionin !"ambar #3$.

Gambar 12. I!u%tra%# tra%!a%# ko'o

/ranslasi berlangsung di dalam ribosom% ribosom disusun oleh molekul,molekul

r*NA dan beberapa maam protein. *ibosom tersusun atas dua subunit yaitu subunit

keil dan subunit besar. +ada eukariot% subunit keil mempunyai koefisien sedimentasi

sebasar 5@S !unit S(edberg$ dan subunit besar 3@S% pada eukariot yaitu 3@S dan E@S.

+ada prokariot% riosom tersebar di seluruh bagian sel% sedangkan pada eukariot

ribosom terletak di sitoplsma kususnya pada bagian permukaan membran retikulum

endoplasma.


24/43

Gambar 18. Peetua u#t %e'#meta%# (a'a kom(oe r#bo%om

+ada eukariot% translasi sudah dimulai sebelum proses transkripsi !sintesis

m*NA$ selesai dilakukan. Dengan demikian proses transkripsi dan translasi

berlangsung hampir serempak. Sebaliknya% pada eukariot proses translasi baru dapat

berlangsung jika proses transkripsi !sintesis m*NA yang matang$ sudah selesai

dilakukan. +roses transkripsi pada eukariot berlangsung di dalam inti sel% sedangkan

translasi berlangsung dalam ribosom yang ada di dalam sitoplasma. Setelah sintesis

m*NA selesai% selanjuttnya m*NA keluar dari inti sel menuju sitoplasma untuk

bergabung dengan ribosom.

Pro%e% Tra%!a%#

+roses translasi berlangsung melalaui 5 tahapan utama:

#. nisiasi !initiation$

7. +emanjangan !elongation$ poli,asam amino

5. +engakhiran !termination$.

+erangkat translasi yaitu molekul t*NA !am#oa%#! tRNA$ yang berfungsi

memba'a asam amino spesifik. /erdapat sekitar 7@ maam t*NA yang masing,

masing memba'a asam amino spesifik karena di alam ada sekitar 7@ asam amino

yang menyusun protein alami. 0n>im yang mengikatkan antar,asam amino adalah

am#oa%#! tRNA %#teta%e.


25/43

Gambar 19. Struktur tRNA am#oa%#!

I#%#a%#

Ada beberapa perbedaan dalam hal proses inisiasi translasi antara prokariot

dengan eukariot. +ada eukariot kodon inisiasi adalah metionin% sedangkan pada

prokariot adalah formil,metionin;fet. olekul t*NA inisiator disebut t*NAiet.

*ibosom bersama,sama dengan t*NAiet dapat menemukan kodon a'al dengan

ara berikatan dengan ujung 34 !tudung$ kemudian melakukan sanning transkrip ke

arah 54 !arah 34 54$ sampai menemukan start kodon !A?"$. selama sanning%

ribosom memulai translasi pada 'aktu menjumpai sekuen konsensus CC*CCCA?""

!* adalah purin: A;"$.

Gambar 1>. Perbe'aa tra%!a%# (a'a (rokar#ot 'a eukar#ot


26/43

E!oga%#

+roses elongasi terjadi dalam 5 tahapan:

#. +engikatan aminoasil,t*NA pada sisi A !aminoasil$ yang ada di ribosom

7. +emindahan rantai polipeptida yang tumbuh dari t*NA yang ada pada sisi +!peptidil$ ke arah sisi A dengan membentuk ikatan peptida

5. /ranslokasi ribosom sepanjang m*NA ke posisi kodon selanjutnya yang ada di

sisi A.

Gambar 1?. Pro%e% e!oga%# tra%!a%#

+roses pemanjangan polipeptida berlangsung sangat epat. +ada E. coli

sintesis polipeptida yang terdiri dari atas 5@@ asam amino hanya memelrukan 'aktu

selama #3 detik. *ibosom membaa kodon,kodon pada m*NA dari ujung 34 54.

&asil proses translasi adlah molekul poliptida yang mempunyai ujung amino dan ujung

karboksil. ?jung amino adalaah ujung uang pertama kali disntesis dan merupakan

hasil penerjemahan kodon yang terletak pada ujung 34 pada m*NA% sedangkan ujung

yang terakhir disitesis adlah gugus karboksil% hasil terjemahan kodn yang terletak pada

ujung 54 pada m*NA.

Term#a%#

/ranslasi akan berakhir pada 'aktu salah satu dari ketiga kodon terminasi

!?AA% ?"A% ?A"$ yang ada pada m*NA menapai posisi A pada ribosom. Dalam

keadaan normal% tidak ada aminoasil,t*NA yang memba'a asam amino sesuai


27/43

dengan ketiga kodon tersebut. Oleh karena itu% jika ribosom menapai salah satu dari

ketiga kodon terminasi tersebut% maka proses translasi berakhir.

Pro%e% Pa%


28/43

menyebabkan puromisin dapat membunuh bakteri dan sel lainnya. Antibiotik

lain yang dapat menghambat translasi dengan ara berikatan pada ribosom

adlaah strptomisin% kloramfenikol% tetrasiklin% eritromisin% dan sikloheksimid.

7. Streptomisin.

Ko'e Geet#k

OPEN READING FRAME

/idak semua bagian DNA merupakan kode genetik% pada manusia sejumlah

1JU adalah junk DNA% hanya 7U yang berupa gen yang mengkodekan protein.

Namun% dari persentase yang sedikit tersebut bagaimana membentuk protein yang

jumlahnya ribuanV

A/"/A//C//AC""AA/CCC/"A/

Sel membaa kalimat di atas sebagai kata,kata 5 huruf:

A/" /A/ /C/ /AC ""A A/C CC/ "A/ !DNA$

S " + D !Asam amino$

Rea'#g Frame


29/43

Bisa juga kita melakukan alternatif pembaaan berikut:

A /"/ A// C// AC" "AA /CC C/" A/

Atau seperti ini:

A/ "/A //C //A C"" AA/ CCC /"A /

Dan kalau diterjemahkan hasilnya pun akan berbeda:

A /"/ A// C// AC" "AA /CC C/" A/

C = / 0 S =

A/ "/A //C //A C"" AA/ CCC /"A /

9 - = * N +

adi ada 5 alternatif pembaaan dari satu untai DNA% dan karena DNA itu adalah

pasangan 7 untai yang saling berkomplemen% berarti kalimat inipun bisa dibaa pada

untai pasangannya% artinya total ada 2 ara pembaaan DNA% atau disebut *eading

-rame. Dari 2 reading $rame% biasanya hanya salah satu frame saja yang merupakan

kalimat bermakna alias disebut gen.

Contoh pembahasan O*- di bagian bioinformatika berikut.


30/43

PEMANFAATAN "IOINFORMATIKA 6NT6K ANALISIS EKSPRESI GEN

Sarmoko

#erkembangan bioin!ormatika berkembang sangat pesat. #enggunaan

internet dan komputer untuk melakukan analisis semakin sering

digunakan, dan kita pun dituntut untuk dapat menguasainya. eiring

dengan itu, telah banyak diciptakan so!tware maupun database yang

menunjang dan mempermudah kita untuk

dapat melakukan analisis tentang berbagai disiplin ilmu.

%emikian halnya dengan biologi molekular yang mempelajari

makhluk hidup dalam tingkat molekuler, seperti gen, %2, ataupun /2

yang berperan dalam proses sintesis berbagai jenis asam amino dan

protein. aat ini telah ada banyak situs database tentang gen 4gen

bank5 yang dapat diakses secara mudah melalui internet yang

memungkinkan kita untuk melakukan analisis seputar gen. $en bank

ini disediakan antara lain oleh situs 26B0

http788www.ncb i.nlm.nih.go "8.

Melalui situs tersebut kita bisa melakukan analisis serta mencari

in!ormasi biologi dan re!erensi selengkap-lengkapnya terhadap gen tertentuyang kita inginkan, misalnya dari makhluk hidup jenis gen tersebut

berasal, letak domain, gen se- homologi, asam amino yang dihasilkan,

open reading !rame, struktur 9 dimensi dari protein yang mungkin

dihasilkan, transuksi signal, dan lain-lain.

TO1/ B3$02

Masuklah ke situs7 H$26

4h t t p 788ww w . g en e n a m e s .o r g5. Misal kita inginmenganalisis tumor supressor gene p:9.

%ari halaman T#:9 diperoleh link yang lengkap, dan bisa membawa kita

ke 26B0. Berikut hasil analisis yang dilakukan7

h t t p 7 88www.nc b i.nlm.nih . go"8 n ucle otide8 9 : ) 9;

Tetag (2,
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/http://www.genenames.org/http://www.genenames.org/http://www.ncbi.nlm.nih.gov/nucleotide/35213http://www.ncbi.nlm.nih.gov/nucleotide/35213http://www.ncbi.nlm.nih.gov/nucleotide/35213http://www.ncbi.nlm.nih.gov/http://www.genenames.org/http://www.ncbi.nlm.nih.gov/nucleotide/35213


31/43

p35 plays a major role in pre(enting tumour de(elopment. t responds to a range of potentially

onogeni stresses by ati(ating proteti(e mehanisms% most notably ell yle arrest and

apoptosis. ts importane as a tumour suppressor is refleted by its high rate of mutation in

human aner% 'ith X3@U of adult human tumours bearing inati(ating mutations or deletions

in the %&'( gene. n many aners 'here p35 is 'ild,type% the p35 path'ay may be altered

by other onogeni e(ents. /his means that the p35 response is probably defeti(e inmost aners.


32/43

/his gene enodes tumor protein p35% 'hih responds to di(erse ellular stresses to regulate

target genes that indue ell yle arrest% apoptosis% senesene% DNA repair% or hanges in

metabolism. p35 protein is eFpressed at lo' le(el in normal ells and at a high le(el in a (ariety

of transformed ell lines% 'here itLs belie(ed to ontribute to transformation and malignany.

p35 is a DNA,binding protein ontaining transription ati(ation% DNA,binding% and

oligomeri>ation domains. t is postulated to bind to a p35,binding site and ati(ate eFpression

of do'nstream genes that inhibit gro'th and;or in(asion% and thus funtion as a tumor

suppressor. utants of p35 that freYuently our in a number of different human aners fail

to bind the onsensus DNA binding site% and hene ause the loss of tumor suppressor

ati(ity. Alterations of this gene our not only as somati mutations in human

malignanies% but also as germline mutations in some aner,prone families 'ith =i,

-raumeni syndrome. ultiple p35 (ariants due to alternati(e promoters and multiple

alternati(e spliing ha(e been found. /hese (ariants enode distint isoforms% 'hih anregulate p35 transriptional ati(ity. Kpro(ided by *efSeYM

DNA SeBue


33/43

eFons # and 7 !jarak nukleotida sangat panjang bukanV Dari 13@,##2JJ$. 0Fon # is non,

oding


34/43

in the human p35 and it has been demonstrated that this region ould form a stable stem,loop

struture 'hih binds tightly to 'ild type p35 but not to mutantp35.

)ote* %he exon are numbered in the diagram above. %he pink region denotes the +%!, the

blue region denotes the coding region and the gre region denotes the internal exons

within the introns.

)ita bisa melihat persebaran ## eFon dan panjangnya dari informasi berikut:

prim_t ranscript 843..19876/gene=p53

e !on 843..949/gene=p53/n"m#er=1

i ntron 950..11688/gene=p53/n"m#er=1

r epeat_region 2581..2587/gene=p53/note=5$%&' *an+ing

epeat region #an-a+ se+a*i i sini

r epeat_region 11374..11378/gene=p53/note=3$ &'%*an+ing

e !on 11689..11790/gene=p53

join(11717..11790,11906..11927,12021..12299,13055..13238,


35/43

13320..13432,14000..14109,14452..14588,14681..14754,17572..17678,18599..18680)


36/43

/gene=p53/coon_start=1/pro"ct=protein p53/protein_i=&&38095 .1/#_!re=35214/#_!re=120445

/#_!re=&04637/#_!re=11998/#_!re=nterro 002117/#_!re=nterro 008967/#_!re=nterro 010991/#_!re=nterro 011615/#_!re=nterro 012346/#_!re=nterro 013872/#_!re=nterro 015551/#_!re=1&1/#_!re=1&:/#_!re=126

;oe p j"ga #an-a+ i sini. &rtin-a aa*a< s"a< #an-a+str"+t"r ;rista* protein -ang s"a< iientii+asi. ;*i+ tiap

a+an mem#aa +ita +e protein ata #an+ an iapat inormasitentang +omp*e+s protein.

/#_!re=3'>1/#_!re=3&;/#_!re=nirot;/iss%rot0 4637

Hasil translasi adalah7

/trans*ation=?::@A:'@:BC'>;'':A''@&?'?

':@>CB::&?:&&A&&&&B&&&&>'A@;B

D@DC'C'B&;ABBD&';?C@'&;BA@'>ABBA&?

&D;@@?B:AA:'&@'A:'A:D'BCAAA

D::ABBDD???'BB':''C:AA&

B:::';;::'B;&'B@;;;':DCB'@

:C:?C:':&':';&@&;:&';;;@B;;'?C;B:

i ntron 11791..11905/gene=p53/n"m#er=2

Analisis promoter

aa +eterangan i atas, i+ata+an #a


37/43

61 cttggcgaga agcgcctacg ctccccctac cgagtcccgc ggtaattcttaaagcacctg

121 caccgccccc ccgccgcctg cagagggcgc agcaggtctt gcacctcttctgcatctcat

181 tctccaggct tcagacctgt ctccctcatt caaaaaatat ttattatcgagctcttactt

241 gctacccagc actgatatag gcactcagga atacaacaat gaataagatagtagaaaaat301 tctatatcct cataaggctt acgtttccat gtactgaaag caatgaacaa

ataaatctta361 tcagagtgat aagggttgtg aaggagatta aataagatgg

tgtgatataa agtatctggg421 agaaaacgtt agggtgtgga tattacggaa agccttccta

aaaaatgaca tttaactgat481 gagaagaaag gatccagctg agagcaaacg caaaagcttt cttccttcca

cccttcatat541 ttgacacaat gcaggattcc tccaaaatga tttccaccaa ttctgccctc

acagctctgg601 cttgcagaat tttccacccc aaaatgttag tatctacggc accaggtcgg

cgagaatcct661 gactctgcac cctcctcccc aactccattt cctttgcttc ctccggcagg

cggattactt721 gcccttactt gtcatggcga ctgtccagct ttgtgccagg agcctcgcag

gggttgatgg781 gattggggtt ttcccctccc atgtgctcaa gactggcgct

aaaagttttg agcttctcaa841 aagtctagag ccaccgtcca gggagcaggt agctgctggg ctccggggac

actttgcgtt901 cgggctggga gcgtgctttc cacgacggtg acacgcttcc ctggattggg

taagctcctg

st GG

e+"en #eri+"tn-a aa*a< intron -ang tern-ata #er"pa repeat se+"en

-ang sangat panjang sampai +etem" e!on +e"a -ait" paa se+"en

11689..11790

Dst sampai exon 12.

Stop kodon berhenti pada urutan setelah exon terakhir.

e!on 18599..19876/gene=p53/n"m#er=11

r epeat_region 19424..19431/gene=p53/note=3$ &'%*an+ing

Berarti pada #1JJE,#1JJ1 yaitu:

19861 taaaactttg ctgccacctg tgtgtctgag gggtgaacgc cagtgcaggctactggggtc


38/43

OPEN READING FRAME

Dari hasil 2 pembaaan diperoleh hasil:

Masih banyak lagi yang bisa ditelusur dari gen, bisa diklik di sebelah kanan

sbb7


39/43

Hasil translasi adalah7

/trans*ation=?::@A:'@:BC'>;'':A''@&?'?

':@>CB::&?:&&A&&&&B&&&&>'A@;B

D@DC'C'B&;ABBD&';?C@'&;BA@'>ABBA&?

&D;@@?B:AA:'&@'A:'A:D'BCAAA

D::ABBDD???'BB':''C:AA&

B:::';;::'B;&'B@;;;':DCB'@

/3/3M/3ation of t'o p35 dimers to form a tetramer.

3. /hree putati(e nulear loali>ation signals !N=S$ ha(e been identified in the C,

terminus% through seYuene similarity and mutagenesis. /he most N,terminal N=S

!N=S$% 'hih onsists of 5 onseuti(e =ysine residues to a basi ore% is the

most ati(e and onser(ed domain.

2. /'o putati(e nulear eFport signals !N0S$ ha(e been identified. /he leuine,rih C,

terminal N0S% found 'ithin the oligomeri>ation domain% is highly onser(ed and it has

been suggested that oligomeri>ation an result in masking of the N0S% resulting in

p35 nulear retention.


40/43

Mutat#o%

nati(ation of the p35 gene is essentially due to small mutations !missense and nonsense

mutations or insertions;deletions of se(eral nuleotides$% 'hih lead to either eFpression of a

mutant protein !1@U of ases$ or absene of a protein !#@U of ases. utations of p35 ha(e

been found in nearly all tumor types and are estimated to ontribute to around 3@U of all

aners.

Po!+mor()#%me

/he role of natural p35 (ariants !polymorphisms$ or (ariants in the p35 signalling path'ay is an

area that is less 'ell eFplored. Se(eral polymorphisms ha(e been identified in the p35 gene. A

'ell kno'n SN+ ours on Codon E7 !Arg;+ro$.

Tra%


41/43

Prote# Iteraforeign host. Currently% the p35 kno'ledgebase ontains more than 3@ distint antibodies

reogni>ing the different domains of p35. ost of the antibodies reogni>e epitopes loali>ed

in the N,terminal of p35. Some of the antibodies are able to bind to p35 in its nati(e

onformation% 'hile other antibodies% like pAb7


42/43

/M042

Da-tar I%t#!a)

I%t#!a) De-##%#

&ipotesis one gene,onepolypeptide

Beadle and /atumLs idea that genes do not al'ays form anen>yme or protein% they instead form one polypeptide

transkripsi synthesis of *NA under the diretion of DNA

messenger *NA% m*NAthe *NA moleule that arries the geneti message from thenuleus to the ribosomes

translasi synthesis of a polypeptide

ribosompartiles that failitate the linking of amino aids in the polypeptidehain

*NA proessing pre,m*NA undergoes this in order to ahei(e the finished *NA

primary transript the initial *NA transript that is not translated into protein

triplet odegeneti instrutions for a polypeptide hain are 'ritten in the DNA

as a series of three,nuleotide 'ords

template strand the strand of DNA that is transribed !the other strand 'ill bedupliated% in a sense% on the m*NA$

kodon triplet dari basa m*NA

reading frameCara pembaaan spesifik dari gugusan kata !uua


43/43

domainsdisrete funtional and strutural regions of proteins that make upthe modular arhiteture

transfer *NAbrings amino aids to the ribosome for making the polypeptidehainP lo(er shaped 'ith antiodon end and reie(ing end

antiodona nuleotide triplet that 'ill base pair 'ith the omplimentary odonon the m*NA

aminoayl,t*NAsynthetase

en>yme that joins the orret amino aid to t*NA

'obblerelaFation of base,pairing rulesP allo's for the third base to bedifferent and still yield the same amino aid

ribosomal *NA omposes the t'o ribosomal subunits

+ site Zpeptidyl,t*NA

siteZholds the t*NA arrying the gro'ing polypeptide hain

A site Zaminoayl,t*NAsiteZ

holds the t*NA arrying the neFt amino aid to be added to thehain

0 site ZeFit siteZ disharged t*NAs lea(e the ribosome from here

polyribosomes orpolysomes

multiple ribosomes an synthesi>e polypeptides from the samem*NA strand at the same time

signal peptidemarks the polypeptides that are destined for the endomembranesystem or seretion

signal,reognition partile

!S*+$

this partil is that adapter that brings the ribosome to a reeptorprotein in the 0* so polypeptide synthesis an ontinue and be onits 'ay to the endomembrane system; seretion

Da-tar Pu%taka

Alberts% B.% ohnson% A.% =e'is% .% *aff.% .% *oberts% ).% Walter% +.% 7@@J% olecular

#iolog o$ %he -ell, 'th Edition% "arland Siene% /aylor[-ranis "roup

Campbell% N.A.% *eee% .B.% dan ithell% =.".% 7@@7% #iologi, Edisi ', ilid % 0rlangga%

akarta

=odish% &.% 7@@5% olecular -ell #iolog, 'th

Ed.% -reeman

u'ono% /.% 7@@3% Biologi olekular% 0rlangga% akarta

From Gene to Protein Transkripsi Dan Tra

Documents

Transcript of From Gene to Protein Transkripsi Dan Tra