BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Ilmu genetika mendefinisikan dan menganalisis keturunan atau konstansi dan

perubahan pengaturan dari berbagai fungsi fisiologis yang membentuk karakter

organisme. Unit keturunan disebut gen yang merupakan suatu segmen DNA yang

nukleotidanya membawa informasi karakter biokimia atau fisiologis tertentu.

Pendekatan tradisional pada genetika telah mengidentifikasikan gen sebagai dasar

kontribusi karakter fenotip atau karakter dari keseluruhan stuktural dan fisiologis dari

suatu sel atau organisme, karakter fenotif seperti warna mata pada manusia atau

resistensi terhadap antibiotik pada bakteri, pada umumnya di amati pada tingkat

organisme. Dasar kimia untuk variasi dalam fenotif atau perubahan urutan DNA

dalam suatu gen atau dalam organisasi gen.

Penelaahan tentang genetika pertama kali dilakukan oleh seorang ahli botani

bangsa Austria, Gregor Mendel  pada tanaman kacang polongnya. Pada tahun

1860-an ia menyilangkan galur-galur kacang polong dan mempelajari akibat-

akibatnya. Hasilnya antara lain terjadi perubahan-perubahan pada warna,bentuk,

ukuran, dan sifat-sifat lain dari kacang polong tersebut. Penelitian inilah ia

mengembangkan hukum-hukum dasar kebakaan. Hukum kebakaan berlaku umum

bagi semua bentuk kehidupan. Hukum-hukum mendel berlaku manusia dan juga

organisme percobaan dahulu amat populer dalam genetika, yakni lalat buah

Drosophila. Namun sekarang, percobaan-percobaan ilmu kebakaan dengan

menggunakan bakteri Escherichia coli. Bakteri ini dipilih karena paling mudah

dipelajari pada taraf molekuler sehingga merupakan organisme pilihan bagi banyak

ahli genetika. Hal ini membantu perkembangan bidang genetika mikroba. Jasad

renik yang di pelajari dalam bidang genetika mikroba meliputi bakteri, khamir,

kapang, dan virus.

1

Genetika mikroba tradisional terutama berdasarkan pada pengamatan atau

observasi perkembangan secara luas. Variasi fenotif telah diamati berdasar

kemampuan gen untuk tumbuh dibawah kondisi terseleksi, misalnya bakteri yang

mengandung satu gen yang resisten terhadap ampisilin dapat dibedakan dari bakteri

kekurangan gen selama pertumbuhannya dalam lingkungan yang mengandung

antibiotik sebagai suatu bahan penyeleksi. Catatan bahwa seleksi gen memerlukan

ekspresinya dibawah kondisi yang tepat dapat diamati pada tingkat fenotif. Genetika

bakteri mendasari perkembangan rekayasa genetika, suatu teknologi yang

bertanggung jawab terhadap perkembangan di bidang kedokteran.

I.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas maka dapat diambil rumusan masalah

sebagai berikut:

Apa pengertian transkripsi

Apa saja tahapan- tahapan dalam transkripsi DNA

I.3 Tujuan Penulisan

Penulisan ini betujuan untuk mengetahui pengertian dari genetika bakteri dan

komponen apa sajakah yang menyusun genetika bakteri. Genetika merupakan

bagian yang sangat penting dalam kehidupan bakteri. Tanpa adanya faktor genetika

ini, kelanjutan spesies bakteri yang bersangkutan tentu sangat dipertanyakan. Oleh

karena pentingnya masalah ini, kelompok kami mencoba untuk membahas dan

mempresentasikannya pada presentasi kali ini.

Adapun terdapat beberapa tujuan dari pengambilan materi genetika bakteri

ini, antara lain adalah:

untuk menambah wawasan dan pengetahuan penulis mengenai faktor

genetika bakteri.

Penulis mendapat banyak pengetahuan tentang bagaimana genetika bakteri

dapat berpindah dari satu sel ke sel lainnya.

2

Penulis dapat mengetahui lebih dalam bagaimana suatu sel bakteri dapat

mengalami proses mutasi dan menjadi mutagen dalam kesehariannya.

Semua tujuan-tujuan ini diharapkan dapat tercapai setelah terwujudnya

laporan makalah ini. Selain itu, pengetahuan-pengetahuan yang penulis dapat dari

pembahasan materi ini bisa menjadi wawasan awal yang dapat penulis ambil dan

kembangkan menjadi pengetahuan yang lebih tinggi lagi berikutnya.

I.4 Manfaat penulisan

Penulisan ini memberikan beberapa manfaat. Aspek akademis memberikan

informasi ilmiah kepada masyarakat tentang pengertian dari genetika bakteri serta

komponen apa sajakah yang menyusun genetika bakteri. Mengetahui genetika dari

mikroorganisme serta kompoen penyusunnya maka dapat membuat mikoorganisme

yang mempunyai kualitas yang sama yang digunakan dalam industri dengan

memanfaatkan genetika dari mikroorganisme yang mempunyai sifat unggul.

3

BAB II

PEMBAHASAN

Transkripsi

Transkripsi merupakan pembentukan/sintesis RNA dari salah satu rantai

DNA, sehingga terjadi proses pemindahan informasi genetik dari DNA ke RNA.

Fungsi ini disebut fungsi heterokatalis DNA karena DNA mampu mensintesis

senyawa lain yaitu RNA. Sebuah rantai DNA digunakan untuk mencetak rantai

tunggal mRNA dengan bantuan enzim polimerase. Enzim tersebut menempel pada

kodon permulaan, umumnya adalah kodon untuk asam amino metionin. Pertama-

tama, ikatan hidrogen di bagian DNA yang disalin terbuka. Akibatnya, dua utas DNA

berpisah. Salah satu polinukleotida berfungsi sebagai pencetak atau sense, yang

lain sebagai gen atau antisense. Misalnya pencetak memiliki urutan basa G-A-G-A-

C-T, dan yang berfungsi sebagai gen memiliki urutan basa komplemen C-T-C-T-G-

A. Karena pencetaknya G-A-G-A-C-T, maka RNA hasil cetakannya C-U-C-U-G-A.

Jadi, RNA C-U-C-U-G-A merupakan hasil kopian dari DNA C-T-C-T-G-A (gen), dan

merupakan komplemen dari pencetak. Transkripsi DNA akan menghasilkan mRNA

(messenger RNA). Pada organisme eukariot, mRNA yang dihasilkan itu tidak

langsung dapat berfungsi dalam sintesis polipeptida, sebab masih mengandung

segmen-segmen yang tidak berfungsi yang disebut intron. Sedangkan segmen-

segmen yang berfungsi untuk sintesis protein disebut ekson. Di dalam nukleus

terjadi pematangan/pemasakan mRNA yaitu dengan jalan melepaskan segmen-

segmen intron dan merangkaikan segmen-segmen ekson. Gabungan segmen-

segmen ekson membentuk satu rantai/utas mRNA yang mengandung sejumlah

kodon untuk penyusunan polipeptida. Rantai mRNA ini dikenal sebagai sistron.

DNA harus mampu mengatur pertumbuhan dan diferensiasi individu organisme

sehingga dihasilkan suatu fenotipe tertentu. Fungsi ini dilaksanakan melalui

ekspresi gen, yang tahap pertamanya adalah proses transkripsi, yaitu perubahan

urutan basa molekul DNA menjadi urutan basa molekul RNA. Dengan perkataan

4

lain, transkripsi merupakan proses sintesis RNA menggunakan salah satu untai

molekul DNA sebagai cetakan (templat)nya.

Secara garis besar transkripsi berlangsung dalam empat tahap, yaitu pengenalan

promoter, inisiasi, elongasi, dan teminasi. Masing-masing tahap akan dijelaskan

secara singkat sebagai berikut.

Pengenalan promoter

Agar molekul DNA dapat digunakan sebagai cetakan dalam sintesis RNA, kedua

untainya harus dipisahkan satu sama lain di tempat-tempat terjadinya penambahan

basa pada RNA. Selanjutnya, begitu penambahan basa selesai dilakukan, kedua

untai DNA segera menyatu kembali. Pemisahan kedua untai DNA pertama kali

terjadi di suatu tempat tertentu, yang merupakan tempat pengikatan enzim RNA

polimerase di sisi 5’ (upstream) dari urutan basa penyandi (gen) yang akan

ditranskripsi. Tempat ini dinamakan promoter.

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.

Elongasi

5

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.

Terminasi

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 (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) seperti pada

Gambar 5.1.

6

Inisiasi transkripsi tidak harus menunggu selesainya transkripsi sebelumnya. Hal ini

karena begitu RNA polimerase telah melakukan pemanjangan 50 hingga 60

nukleotida, promoter dapat mengikat RNA polimerase yang lain. Pada gen-gen yang

ditranskripsi dengan cepat reinisiasi transkripsi dapat terjadi berulang-ulang

sehingga gen tersebut akan terselubungi oleh sejumlah molekul RNA dengan tingkat

penyelesaian yang berbeda-beda.

Transkripsi pada Prokariot

Telah dikatakan di atas bahwa transkripsi merupakan proses sintesis RNA yang

dikatalisis oleh enzim RNA polimerase. Berikut ini akan diuraikan sekilas enzim RNA

polimerase pada prokariot, khususnya pada bakteri E.coli, promoter s70, serta

proses transkripsi pada organisme tersebut.

Gambar 5.1 Terminasi sintesis RNA menghasilkan ujung berbentuk batang dan kala

RNA polimerase E. coli

Enzim RNA polimerase pada E. coli sekurang-kurangnya terdiri atas lima subunit,

yaitu alfa (a), beta (b), beta prima (b’), omega (w), dan sigma (s). Pada bentuk

lengkapnya, atau disebut sebagai holoenzim, terdapat dua subunit a dan satu

subunit untuk masing-masing subunit lainnya sehingga sering dituliskan dengan

a2bb’ws. Holoenzim RNA polimerase diperlukan untuk inisiasi transkripsi. Namun,

7

untuk elongasi transkripsi tidak diperlukan faktor s sehingga subunit ini dilepaskan

dari kompleks transkripsi begitu inisiasi selesai. Sisanya, yakni a2bb’w, merupakan

enzim inti (core enzyme) yang akan melanjutkan proses transkripsi.

Laju sintesis RNA oleh RNA polimerase E. coli dapat mencapai sekitar 40 nukleotida

per detik pada suhu 37°C. Untuk aktivitasnya enzim ini memerlukan kofaktor Mg2+.

Setiap berikatan dengan molekul DNA enzim RNA polimerase E. coli dapat

mencakup daerah sepanjang lebih kurang 60pb.

Meskipun kebanyakan RNA polimerase seperti halnya yang terdapat pada E. coli

mempunyai struktur multisubunit, hal itu bukanlah persyaratan yang mutlak. RNA

polimerase pada bakteriofag T3 dan T7, misalnya, merupakan rantai polipeptida

tunggal yang ukurannya jauh lebih kecil daripada RNA polimerase bakteri. Enzim

tersebut dapat menyintesis RNA dengan cepat, yaitu sebanyak 200 nukleotida per

detik pada suhu 37°C.

Subunit a

Dua subunit a yang identik terdapat pada RNA polimerase inti. Kedua-duanya

disandi oleh gen rpoA. Ketika bakteriofag T4 menginfeksi E.coli, subunit a akan

dimodifikasi melalui ribosilasi ADP suatu arginin. Hal ini berkaitan dengan

berkurangnya afinitas pengikatan promoter sehingga subunit a diduga kuat

memegang peranan dalam pengenalan promoter.

Subunit b

8

Seperti halnya subunit a, subunit b juga terdapat pada RNA polimerase inti. Subunit

ini diduga sebagai pusat katalitik RNA polimerase, yang dibuktikan melalui hasil

penelitian mengenai penghambatan transkripsi menggunakan antibiotik. Antibiotik

rifampisin merupakan inhibitor potensial bagi RNA polimerase yang menghalangi

inisiasi tetapi tidak mempengaruhi elongasi. Kelompok antibiotik ini tidak

menghambat polimerase eukariot sehingga sering digunakan untuk mengatasi

infeksi bakteri Gram positif dan tuberkulosis. Rifampisin telah dibuktikan berikatan

dengan subunit b, dan mutasi-mutasi yang menyebabkan resistensi terhadap

rifampisin telah dipetakan pada gen rpoB, yaitu gen yang menyandi subunit b.

Selanjutnya, kelompok antibiotik yang lain, yakni streptolidigin, ternyata

menghambat elongasi transkripsi, dan mutasi-mutasi yang menyebabkan resistesi

terhadap antibiotik ini juga dipetakan pada gen rpoB. Kedua hasil penelitian tersebut

mendukung pendapat bahwa subunit b diduga mempunyai dua domain yang

bertanggung jawab terhadap inisiasi dan elongasi transkripsi.

Subunit b’

Subunit b’ juga terdapat pada RNA polimerase inti. Subunit yang disandi oleh gen

rpoC ini mengikat dua ion Zn2+ yang diduga berpartisipasi dalam fungsi katalitik

polimerase. Suatu polianion, yakni heparin, terbukti mengikat subunit b’. Heparin

menghambat transkripsi secara in vitro dan juga berkompetisi dengan DNA dalam

pengikatan RNA polimerase. Hal ini mendukung pendapat bahwa subunit b’ diduga

bertanggung jawab terhadap pengikatan DNA cetakan.

Faktor s

9

Faktor s yang paling umum dijumpai pada E. coli adalah s70 (disebut demikian

karena mempunyai berat molekul 70 kDa). Pengikatan faktor s pada RNA

polimerase inti akan mengubah enzim tersebut menjadi holoenzim. Faktor s

memegang peranan yang penting dalam pengenalan promoter tetapi tidak

diperlukan untuk elongasi transkripsi. Kontribusi faktor s dalam pengenalan promoter

adalah melalui penurunan afinitas enzim inti terhadap tempat-tempat nonspesifik

pada molekul DNA hingga 104, disertai dengan peningkatan afinitas terhadap

promoter.

Banyak organisme prokariot, termasuk E. coli, mempunyai beberapa faktor s.

Semuanya terlibat dalam pengenalan kelompok-kelompok promoter tertentu. Faktor

s dilepaskan dari RNA polimerase inti ketika sintesis RNA mencapai panjang 8

hingga 9 nukleotida. Enzim inti tersebut kemudian akan bergerak di sepanjang

molekul DNA sambil menyintesis untai RNA. Sementara itu, faktor s dapat segera

bergabung dengan RNA polimerase inti lainnya dan melakukan inisiasi transkripsi

kembali. Jumlah faktor s di dalam sel lebih kurang hanya 30% dari jumlah RNA

polimerase inti sehingga hanya sepertiga di antara kompleks RNA polimerase yang

akan dijumpai dalam bentuk holoenzim pada suatu waktu tertentu.

Promoter s70 pada E. coli

Seperti telah dikatakan di atas, promoter merupakan tempat tertentu pada molekul

DNA yang mempunyai urutan basa spesifik untuk pengikatan RNA polimerase dan

inisiasi transkripsi. Promoter yang berbeda akan dikenali oleh faktor s RNA

polimerase yang berbeda pula. Meskipun demikian, faktor s yang paling umum

dijumpai pada E. coli adalah s70.

10

Promoter pertama kali dikarakterisasi melalui percobaan mutasi yang meningkatkan

atau menurunkan laju transkripsi gen-gen seperti halnya gen-gen struktural pada

operon lac. Mutagenesis promoter-promoter pada E. coli menunjukkan bahwa urutan

basa yang menentukan fungsi promoter tersebut hanyalah suatu urutan yang sangat

pendek.

Promoter s70 terdiri atas urutan basa sepanjang 40 hingga 60 pb. Daerah antara –

55 dan +20 telah diketahui merupakan daerah pengikatan RNA polimerase,

sedangkan daerah antara –20 dan +20 diketahui sangat terlindung dari aktivitas

nuklease oleh DNase I.. Hal ini menunjukkan bahwa daerah tersebut sangat

berkaitan dengan polimerase yang menghalangi akses nuklease menuju DNA.

Mutagenesis promoter memperlihatkan bahwa urutan hingga lebih kurang –40

mempunyai peranan yang penting bagi fungsi promoter. Selain itu, dua urutan

sepanjang 6 pb pada posisi sekitar –10 dan –35 terbukti sangat penting bagi fungsi

promoter pada E. coli.

Urutan –10

Urutan yang paling lestari (konservatif) pada promoter s70, atau sering dikatakan

sebagai urutan konsensus, adalah urutan sepanjang 6 pb yang dijumpai pada

promoter-promoter berbagai macam gen pada E. coli. Urutan ini terpusat di sekitar

posisi –10 jika dilihat dari tapak inisiasi transkripsi (Gambar 5.2), dan dinamakan

kotak Pribnow karena ditemukan oleh Pribnow pada tahun 1975. Urutan konsensus

pada kotak Pribnow adalah TATAAT. Kedua basa pertama (TA) dan T yang terakhir

merupakan basa-basa yang paling konservatif. Urutan heksamer ini dipisahkan

sejauh 5 hingga 8 pb dari tapak inisiasi, dan urutan penyela yang memisahkan

urutan -10 dengan tapak inisiasi tersebut tidaklah konservatif. Urutan –10

nampaknya merupakan urutan tempat terjadinya inisiasi pembukaan heliks oleh

RNA polimerase.

11

Gambar 5.2. Urutan konsensus pada promoter-promoter E. coli

Urutan -35

Pada Gambar 5.2 terlihat bahwa selain urutan -10, terdapat pula urutan heksamer

lain yang konservatif, yaitu urutan di sekitar posisi -35, yang terdiri atas TTGACA.

Urutan ini akan lebih konservatif lagi pada promoter-promoter yang efisien. Tiga

basa pertama (TTG) merupakan posisi yang paling konservatif. Pada kebanyakan

promoter urutan -35 dipisahkan sejauh 16 hingga 18 pb dari kotak Pribnow, dan

urutan penyelanya bukanlah urutan yang penting.

Tapak inisiasi transkripsi

Pada 90% di antara semua gen, tapak inisiasi transkripsi (posisi +1) berupa basa

purin, dan dalam hal ini G lebih umum dijumpai daripada A. Di samping itu, basa C

dan basa T sering kali mengapit tapak inisiasi sehingga terdapat urutan CGT atau

CAT (Gambar 5.2).

Efisiensi promoter

12

Urutan-urutan konsensus tersebut di atas khas dijumpai pada promoter-promoter

yang kuat. Akan tetapi, di antara promoter yang berbeda sebenarnya terdapat

variasi urutan yang cukup nyata, yang dapat mengakibatkan perbedaan efisiensi

transkripsi hingga 1.000 kali. Secara garis besar, fungsi daerah-daerah pada

promoter dapat dijelaskan sebagai berikut. Urutan -35 merupakan urutan

pengenalan yang akan meningkatkan pengenalan dan interaksi dengan faktor s

RNA polimerase, urutan -10 penting untuk inisiasi pembukaan heliks, dan urutan di

sekitar tapak inisiasi mempengaruhi inisiasi transkripsi.

Sementara itu, urutan 30 basa pertama yang akan ditranskripsi juga mempengaruhi

transkripsi. Urutan ini mengatur laju pelepasan promoter dari RNA polimerase, yang

memungkinkan reinisiasi transkripsi dapat dilakukan oleh kompleks polimerase

lainnya. Pada akhirnya hal ini akan berpengaruh terhadap laju transkripsi dan

kekuatan promoter.

Pentingnya pemisahan untai DNA pada reaksi inisiasi diperlihatkan oleh pengaruh

superkoiling negatif DNA cetakan yang pada umumnya akan memacu laju

transkripsi. Hal ini diduga karena struktur superkoil tersebut hanya memerlukan

sedikit energi untuk membuka heliks.

Beberapa urutan promoter tidak cukup mirip dengan urutan konsensus yang akan

ditranskripsi dengan kuat pada kondisi normal. Sebagai contoh, promoter lac (Plac),

yang memerlukan faktor aktivasi tambahan berupa protein reseptor cAMP atau

cAMP protein receptor (CPR) untuk mengikat suatu tempat pada DNA yang letaknya

berdekatan dengan urutan promoter tersebut agar pengikatan RNA polimerase dan

inisiasi transkripsi dapat ditingkatkan. Sejumlah promoter lainnya, misalnya untuk

gen-gen yang berhubungan dengan kejut panas, mempunyai urutan konsensus

tertentu yang hanya dapat dikenali oleh RNA polimerase dengan faktor s selain s70.

13

Tahapan transkripsi pada prokariot

Seperti proses transkripsi pada umumnya, transkripsi pada prokariot berlangsung

dalam empat tahap, yaitu pengikatan promoter, inisiasi, elongasi, dan teminasi. Di

bawah ini akan dijelaskan pula sekilas tentang pembukaan heliks, yang terjadi

antara tahap pengikatan promoter dan insiasi transkripsi.

Pengikatan promoter

Pada awalnya, RNA polimerase inti (a2bb’w) mempunyai afinitas nonspesifik

terhadap DNA. Keadaan ini dikenal sebagai pengikatan longgar, dan sifatnya cukup

stabil. Namun, begitu faktor s bergabung dengan enzim inti tersebut hingga

terbentuk holoenzim, terjadilah pengurangan afinitas nonspesifik terhadap DNA

hingga 20.000 kali. Sejalan dengan hal itu, faktor s juga meningkatkan pengikatan

holoenzim pada tempat pengikatan promoter yang tepat hingga 100 kali. Dengan

demikian, akan terjadi peningkatan spesifisitas holoenzim yang tajam dalam

mengenali promoter.

Pada genom E. coli holoenzim dapat mencari dan mengikat promoter dengan sangat

cepat. Bahkan, karena begitu cepatnya, maka proses ini tidak mungkin terjadi

melalui pengikatan dan pelepasan holoenzim dari DNA secara berulang-ulang.

Kemungkinan yang masuk akal hanyalah melalui pergeseran holoenzim di

sepanjang molekul DNA hingga mencapai urutan promoter. Pada promoter,

holoenzim mengenali urutan -35 dan -10. Kompleks awal antara holoenzim dan

promoter dikenal sebagai kompleks tertutup (closed complex).

14

Pembukaan heliks

Agar pita antisens dapat diakses untuk perpasangan basa antara DNA dan RNA

yang disintesis, untai ganda (heliks) DNA harus dibuka terlebih dahulu oleh enzim

RNA polimerase. Pada kebanyakan gen pembukaan heliks oleh RNA polimerase

akan dimudahkan oleh struktur superkoiling negatif DNA sehingga transkripsi dapat

ditingkatkan. Namun, tidak semua promoter dapat diaktivasi oleh superkoiling negatif

sehingga terisyaratkan bahwa perbedaan topologi DNA dapat mempengaruhi

transkripsi. Hal ini mungkin karena adanya perbedaan hubungan sterik pada urutan -

35 dan -10 di dalam heliks. Sebagai contoh, promoter untuk subunit enzim DNA

girase justru dihambat oleh superkoiling negatif. Seperti kita ketahui, DNA girase

adalah enzim yang bertanggung jawab untuk superkoiling negatif pada genom E.

coli (Bab IV) sehingga superkoiling negatif ini dapat bertindak sebagai umpan balik

yang menghambat ekspresi DNA girase.

Pembukaan awal heliks DNA akan menyebabkan pembentukan kompleks terbuka

(open complex) dengan RNA polimerase. Proses ini dikenal sebagai pengikatan

ketat.

Inisiasi

Berbeda dengan sintesis DNA (Bab IV), sintesis RNA dapat berlangsung tanpa

adanya molekul primer. Oleh karena hampir semua tapak inisiasi transkripsi berupa

basa G atau A, maka nukleosida trifosfat pertama yang digunakan untuk sintesis

RNA adalah GTP atau ATP.

15

Mula-mula RNA polimerase akan menggabungkan dua nukleotida pertama dan

membentuk ikatan fosfodiester di antara kedua nukleotida tersebut. Selanjutnya,

sembilan basa pertama ditambahkan tanpa disertai pergeseran RNA polimerase di

sepanjang molekul DNA. Pada akhir penambahan masing-masing basa ini akan

terdapat peluang yang nyata terjadinya aborsi untai RNA yang baru terbentuk itu.

Proses inisiasi abortif mempengaruhi laju transkripsi secara keseluruhan karena

proses tersebut memegang peranan utama dalam menentukan waktu yang

dibutuhkan oleh RNA polimerase untuk meninggalkan promoter dan memungkinkan

RNA polimerase lainnya menginisiasi putaran transkripsi berikutnya. Waktu

minimum untuk pengosongan promoter ini adalah 1 hingga 2 detik, suatu waktu

yang relatif lama bila dibandingkan dengan waktu untuk tahap-tahap transkripsi

lainnya.

Elongasi

Jika inisiasi berhasil, RNA polimerase melepaskan faktor s, dan bersama-sama

dengan DNA dan RNA nasen (RNA yang baru disintesis), akan membentuk

kompleks terner atau kompleks yang terdiri atas tiga komponen. Dengan adanya

kompleks terner ini RNA polimerase dapat berjalan di sepanjang molekul DNA.

Artinya, promoter akan ditinggalkannya untuk kemudian ditempati oleh holoenzim

RNA polimerase berikutnya sehingga terjadi reinisiasi transkripsi.

Bagian DNA yang mengalami pembukaan heliks, atau disebut dengan gelembung

transkripsi (transcription bubble), akan terlihat bergeser di sepanjang molekul DNA

sejalan dengan gerakan RNA polimerase. Panjang bagian DNA yang mengalami

pembukaan heliks tersebut relatif konstan, yakni sekitar 17 pb (Gambar 5.3),

sedangkan ujung 5’ molekul RNA yang disintesis akan membentuk heliks hibrid

16

dengan pita antisens DNA sepanjang lebih kurang 12 pb. Ukuran ini ternyata tidak

mencapai satu putaran heliks.

RNA polimerase E. coli bergerak dengan kecepatan rata-rata 40 nukleotida per

detik. Akan tetapi, angka ini dapat bervariasi sesuai dengan urutan lokal DNA

(urutan DNA yang telah dicapai oleh RNA polimerase). Tetap dipertahankannya

bagian DNA yang mengalami pembukaan heliks menunjukkan bahwa RNA

polimerase membuka heliks DNA di depan gelembung transkripsi dan menutup

heliks DNA di belakangnya. Dengan demikian, heliks hibrid RNA-DNA harus

berputar setiap kali terjadi penambahan nukleotida pada RNA nasen.

Terminasi

RNA polimerase tetap terikat pada DNA dan melangsungkan transkripsi hingga

mencapai urutan terminator (sinyal stop), yang pada umumnya berupa struktur

seperti tusuk konde (hairpin). Struktur yang terdiri atas batang dan kala (loop) ini

terjadi karena RNA hasil transkripsi mengalami komplementasi diri. Biasanya,

bagian batang sangat kaya dengan GC sehingga sangat stabil (GC mempunyai

ikatan rangkap tiga). Di sebelah downstream (3’) dari struktur tusuk kode sering kali

terdapat urutan yang terdiri atas empat U atau lebh seperti pada Gambar 5.1.

Nampaknya RNA polimerase akan segera berhenti begitu struktur tusuk konde RNA

disintesis. Bagian ujung RNA yang mengandung banyak U tersebut mempunyai

ikatan yang lemah dengan basa-basa A pada DNA cetakan sehingga molekul RNA

hasil sintesis akan dengan mudah terlepas dari kompleks transkripsi. Selanjutnya,

pita DNA cetakan yang sudah tidak berikatan atau membentuk hibrid dengan RNA

17

segera menempel kembali pada pita DNA komplemennya. RNA polimerase inti pun

akhirnya terlepas dari DNA.

Terminasi menggunakan protein rho

Telah disinggung di muka bahwa selain karena adanya struktur tusuk konde,

terminasi transkripsi dapat juga terjadi dengan bantuan suatu protein khusus yang

dinamakan protein rho (ρ). Rho merupakan protein heksamer yang akan

menghidrolisis ATP dengan adanya RNA untai tunggal. Protein ini nampak terikat

pada urutan sepanjang 72 basa pada RNA, yang diduga lebih disebabkan oleh

pengenalan suatu struktur spesifik daripada karena adanya urutan konsensus. Rho

bergerak di sepanjang RNA nasen menuju kompleks transkripsi. Pada kompleks

transkripsi ini rho memungkinkan RNA polimerase untuk berhenti pada sinyal

terminator tertentu. Sinyal-sinyal terminator ini, seperti halnya sinyal terminator yang

tidak bergantung kepada rho, lebih dikenali oleh RNA daripada oleh DNA

cetakannya. Adakalanya terminator tersebut juga berupa struktur tusuk konde tetapi

tidak dikuti oleh urutan poli U.

Gambar 5.3. Struktur skematik gelembung transkripsi selama elongasi

Transkripsi pada Eukariot

18

Mekanisme transkripsi pada eukariot pada dasarnya menyerupai mekanisme pada

prokariot. Namun, begitu banyaknya polipeptida yang berkaitan dengan mesin

transkripsi pada eukariot menjadikan mekanisme tersebut jauh lebih kompleks

daripada mekanisme pada prokariot.

Ada tiga macam kompleks RNA polimerase, yang masing-masing diperlukan untuk

transkripsi tipe-tipe gen eukariot yang berbeda. Perbedaan ketiga macam RNA

polimerase tersebut dapat diketahui melalui pemurnian menggunakan teknik

kromatografi dan elusi pada konsentrasi garam yang berbeda. Masing-masing RNA

polimerase mempunyai sensitivitas yang berbeda terhadap toksin jamur α-amanitin,

dan hal ini dapat digunakan untuk membedakan aktivitasnya satu sama lain.

RNA polimerase I (RNA Pol I) mentranskripsi sebagian besar gen rRNA. Enzim ini

terdapat di dalam nukleoli dan tidak sensitif terhadap α-amanitin.

RNA polimerase II (RNA Pol II) mentranskripsi semua gen penyandi protein dan

beberapa gen RNA nuklear kecil (snRNA). Enzim ini terdapat di dalam nukleoplasma

dan sangat sensitif terhadap α-amanitin.

RNA polimerase III (RNA Pol III) mentranskripsi gen-gen tRNA, 5S rRNA, U6 snRNA

dan beberapa RNA kecil lainnya. Enzim ini terdapat di dalam nukleoplasma dan

agak sensitif terhadap α-amanitin.

19

Di samping enzim-enzim nuklear tersebut, sel eukariot juga mempunyai RNA

polimerase lainnya di dalam mitokondria dan kloroplas.

Subunit-subunit RNA polimerase pada eukariot

Ketiga RNA polimerase pada eukariot merupakan enzim berukuran besar yang

terdiri atas 12 subunit atau lebih. Gen-gen yang menyandi dua subunit terbesar

mempunyai homologi satu sama lain. Sementara itu, ketiga RNA polimerase

eukariot membawa subunit-subunit yang mempunyai homologi dengan subunit-

subunit RNA polimerase inti pada E. coli (α2ββ’). Subunit terbesar RNA polimerase

eukariot menyerupai subunit β’, sedangkan subunit terbesar kedua menyerupai

subunit β, yang merupakan pusat katalitik RNA polimerase E.coli. Homologi struktur

ini ternyata berkaitan dengan homologi fungsional karena subunit terbesar kedua

pada RNA polimerase eukariot juga mengandung tapak aktif.

Dua subunit yang sama antara RNA Pol I dan RNA Pol III, serta satu subunit lainnya

yang khas pada RNA Pol II, memperlihatkan homologi dengan subunit α RNA

polimerase E. coli. Sekurang-kurangnya ada lima subunit lainnya yang lebih kecil,

yang memperlihatkan kesamaan di antara ketiga RNA polimerase eukariot. Masing-

masing RNA polimerase ini juga membawa empat hingga tujuh subunit tambahan

yang hanya dijumpai pada salah satu di antara ketiganya.

Aktivitas RNA polimerase eukariot

20

Seperti halnya RNA polimerase bakteri, masing-masing RNA polimerase eukariot

mengatalisis transkripsi dengan arah 5’ ke 3’ dan menyintesis RNA yang

komplementer dengan urutan DNA cetakan. Reaksi tersebut memerlukan prekursor

berupa ATP, GTP, CTP, UTP, dan tidak memerlukan primer untuk inisiasi

transkripsi. Namun tidak seperti pada bakteri, RNA polimerase eukariot yang

dimurnikan memerlukan adanya protein inisiasi tambahan sebelum enzim ini dapat

berikatan dengan promoter dan melakukan inisiasi transkripsi.

Gen-gen yang ditranskripsi oleh RNA Pol I

RNA Pol I bertanggung jawab dalam sintesis rRNA secara terus-menerus selama

interfase. Sel manusia mengandung lima rumpun (cluster) gen penyandi rRNA yang

terdiri atas sekitar 40 salinan dan terletak pada kromosom-kromosom yang berbeda.

Masing-masing gen rRNA menghasilkan transkrip 45S rRNA yang panjangnya lebih

kurang 13.000 nukleotida (nt). Transkrip ini akan terbagi menjadi sebuah 28S (5.000

nt), 18S (2.000 nt), dan 5,8S (160 nt) rRNA. Transkripsi salinan gen-gen rRNA

secara berkesinambungan diperlukan untuk mencukupi produksi rRNA yang

selanjutnya akan dikemas ke dalam ribosom.

Masing-masing rumpun gen rRNA dikenal sebagai daerah pengatur nukleolar

(nucleolar organizer region) karena nukleolus mengandung kala (loop) DNA

berukuran besar yang sesuai dengan rumpun-rumpun gen tersebut. Setelah sebuah

sel dihasilkan dari mitosis, sintesis rRNA akan dimulai kembali dan nukleoli yang

kecil akan muncul pada lokasi kromosomal yang ditempati oleh gen-gen rRNA.

Selama sintesis rRNA berlangsung aktif, transkrip pra-rRNA dikemas di sepanjang

gen-gen rRNA dan jika divisualisasikan menggunakan mikroskop elektron akan

nampak sebagai ’struktur pohon natal’. Di dalam struktur ini transkrip-transkrip RNA

dikemas dengan rapat di sepanjang molekul DNA dan masing-masing muncul tegak

lurus dari DNA. Transkrip yang pendek dapat dilihat pada bagian awal gen tersebut.

21

Transkrip akan makin bertambah panjang pada bagian-bagian berikutnya untuk

kemudian menghilang ketika mencapai ujung unit transkripsi.

Promoter-promoter gen pra-rRNA pada mamalia mempunyai suatu daerah kontrol

transkripsi bipartit, yang terdiri atas elemen inti atau core element dan elemen

kontrol hulu atau upstream control element (UCE), yang secara skema dapat dilihat

pada Gambar 5.5. Elemen inti meliputi tapak awal transkripsi dan terbentang dari

posisi -31 hingga +6, yang merupakan urutan esensial untuk transkripsi. Sementara

itu, UCE mempunyai panjang sekitar 50 hingga 80 pb yang dimulai dari posisi -100.

UCE bertanggung jawab untuk peningkatan transkripsi sekitar 10 hingga 100 kali

bila dibandingkan dengan laju transkripsi oleh elemen inti saja.

Gambar 5.5. Struktur promoter gen pra-rRNA pada mamalia

UCE akan berikatan dengan suatu protein spesifik pengikat DNA, yang disebut

dengan faktor pengikatan hulu atau upstream binding factor (UBF). Selain dengan

UCE, UBF juga berikatan dengan suatu urutan di sebelah hulu elemen inti. Kedua

urutan yang berikatan dengan UBF tersebut tidak mempunyai kesamaan yang

nyata. Sebuah molekul UBF diduga mengikat UCE, sedangkan sebuah molekul UBF

lainnya mengikat urutan yang kedua. Selanjutnya, kedua molekul UBF akan saling

berikatan melalui interaksi protein-protein sehingga terbentuk struktur kala (loop)

pada segmen DNA di antara kedua tempat pengikatan tersebut (Gambar 5.6).

22

Gambar 5.6. Model skematik inisiasi transkripsi rRNA

Selain UBF, terdapat faktor lain yang esensial untuk transkripsi RNA Pol I. Faktor ini

adalah faktor selektivitas atau selectivity factor (SL1), yang akan berikatan dengan

kompleks UBF-DNA dan kemudian menstabilkannya. SL1 berinteraksi dengan

bagian hilir elemen inti yang bebas. Pengikatan kompleks UBF-DNA oleh SL1

memungkinkan RNA Pol I untuk memasuki kompleks tersebut dan melakukan

inisiasi transkripsi.

Saat ini SL1 telah diketahui mengandung beberapa subunit, antara lain berupa suatu

protein yang dinamakan protein pengikat TATA atau TATA-binding protein (TBP).

TBP diperlukan untuk inisiasi ketiga RNA polimerase eukariot, dan nampaknya

merupakan faktor penting dalam transkripsi eukariot. Ketiga subunit SL1 lainnya

dikenal sebagai faktor-faktor yang berasosiasi dengan TBP atau TBP-associated

factors (TAFs), dan di antara subunit tersebut yang diperlukan untuk transkripsi RNA

Pol I dinamakan TAF1s.

Pada Acanthamoeba, suatu eukariot sederhana, terdapat elemen kontrol tunggal di

daerah promoter gen rRNA yang terletak sekitar 12 hingga 72 pb ke arah hulu dari

titik awal transkripsi. Tempat ini akan diikat oleh faktor TIF-1, yang homolog dengan

SL1. Dengan pengikatan ini RNA Pol I akan dapat melakukan inisiasi transkripsi.

Pada waktu RNA Pol I bergerak di sepanjang molekul DNA, faktor TIF-1 tetap terikat

pada tempat semula sehingga memungkinkan terjadinya inisiasi transkripsi oleh

RNA Pol I yang lain, dan beberapa putaran transkripsi dapat berlangsung. Oleh

karena itu, mekanisme ini dapat dilihat sebagai sistem kontrol transkripsi yang

sangat sederhana. Di sisi lain, untuk vertebrata nampaknya terdapat suatu UBF

23

tambahan yang bertanggung jawab atas pengikatan promoter oleh SL1 secara

spesifik.

Gen-gen yang ditranskripsi oleh RNA Pol III

RNA Pol III terdapat di dalam nukleoplasma dan sekurang-kurangnya terdiri atas 16

subunit yang berbeda. Enzim ini menyintesis prekursor tRNA, 5S rRNA, serta

berbagai snRNA dan RNA sitosolik.

Transkrip pertama yang dihasilkan dari gen-gen tRNA merupakan molekul prekursor

yang akan diproses menjadi RNA matang. Daerah kontrol transkripsi gen-gen tRNA

terletak di sebelah hilir tapak inisiasi transkripsi. Ada dua urutan yang sangat

konservatif di dalam gen tRNA, yaitu kotak A (5’- TGGCNNAGTGG – 3’) dan kotak B

(5’- GGTTCGANNCC – 3’). Kedua urutan ini juga menyandi urutan penting di dalam

tRNA sendiri, yang disebut dengan kala D (D-loop) dan kala TΨC. Hal ini berarti

bahwa urutan yang sangat konservatif di dalam tRNA juga merupakan urutan

promoter yang sangat konservatif.

Dua faktor pengikatan DNA yang kompleks telah diketahui memegang peranan

penting dalam inisiasi transkripsi tRNA oleh RNA Pol III (Gambar 5.7). TFIIIC

mengikat baik kotak A maupun kotak B di dalam promoter tRNA. Sementara itu,

TFIIIB mengikat daerah sejauh 50 pb ke arah hulu dari kotak A. TFIIIB terdiri atas

tiga subunit, yang salah satu di antaranya adalah TBP, suatu faktor inisiasi umum

yang diperlukan oleh ketiga RNA polimerase. Subunit yang kedua dan ketiga

24

masing-masing dinamakan BRF dan B’’. Faktor TFIIIB tidak memiliki spesifisitas

urutan sehingga tempat pengikatannya bergantung kepada posisi pengikatan TFIIIC

pada DNA. TFIIIB memungkinkan RNA Pol III untuk melakukan inisiasi transkripsi.

Begitu TFIIIB terikat, TFIIIC dapat dikeluarkan tanpa mempengaruhi transkripsi. Oleh

karena itu, TFIIIC dapat dilihat sebagai faktor perakitan untuk penempatan faktor

inisiasi TFIIIB.

Gambar 5.7. Inisiasi transkripsi pada promoter tRNA eukariot

RNA Pol III mentranskripsi gen 5S rRNA, yang merupakan satu-satunya subunit

rRNA yang ditranskripsi secara terpisah. Seperti halnya gen-gen rRNA lainnya yang

ditranskripsi oleh RNA Pol I, gen-gen 5S rRNA tersusun secara tandem (berurutan)

di dalam suatu rumpun gen. Pada manusia terdapat suatu rumpun yang berisi

sekitar 2.000 gen. Promoter gen 5S rRNA mengandung daerah kontrol internal yang

dinamakan kotak C. Letaknya sekitar 81 hingga 99 pb ke arah hilir dari tapak inisiasi

transkripsi. Selain itu, terdapat juga kotak A yang berada pada posisi sekitar +50

hingga +65.

Kotak C pada promoter 5S rRNA berperan sebagai tempat pengikatan protein

spesifik, yaitu TFIIIA (Gambar 5.8). TFIIIA bekerja sebagai faktor perakitan yang

memungkinkan TFIIIC berinteraksi dengan promoter 5S rRNA. Sementara itu, kotak

A akan menstabilkan pengikatan TFIIIC sehingga faktor ini berikatan dengan DNA

pada posisi yang relatif sama dengan posisi pengikatan pada promoter tRNA. Begitu

TFIIIC terikat pada DNA, TFIIIB dapat berinteraksi dengan kompleks pengikatan

tersebut dan memungkinkan RNA Pol III untuk melakukan inisiasi transkripsi.

25

Gambar 5.8. Inisiasi transkripsi pada promoter 5S rRNA eukariot

Banyak gen yang ditranskripsi oleh RNA Pol III bergantung kepada urutan hulu

untuk regulasi transkripsinya. Beberapa promoter seperti U6 snRNA dan gen-gen

RNA kecil dari virus Epstein-Barr hanya menggunakan urutan regulator yang

letaknya di sebelah hulu dari tapak inisiasi transkripsinya. Daerah penyandi U6

snRNA mempunyai sebuah kotak A yang khas. Akan tetapi, urutan ini tidak

diperlukan untuk transkripsi. Daerah hulu pada U6 snRNA mengandung urutan khas

promoter RNA Pol II, yang meliputi kotak TATA pada posisi -30 hingga -23.

Promoter ini juga memiliki beberapa urutan di daerah hulu sebagai tempat

pengikatan faktor transkripsi lainnya seperti pada kebanyakan gen U RNA yang

ditranskripsi oleh RNA Pol II. Hal ini mendukung pendapat bahwa faktor-faktor

transkripsi umum dapat mengatur gen-gen yang ditranskripsi baik oleh RNA Pol II

maupun oleh RNA Pol III.

Terminasi transkripsi oleh RNA Pol III nampaknya hanya memerlukan pengenalan

polimerase berupa urutan nukleotida sederhana. Urutan ini terdiri atas sekelompok

residu dA yang efisiensi terminasinya dipengaruhi oleh urutan di sekitarnya. Urutan

5’- GCAAAAGC – 3’ merupakan sinyal terminasi yang efisien untuk gen 5S rRNA

pada Xenopus borealis.

26

Gen-gen yang ditranskripsi oleh RNA Pol II

RNA Pol II terdapat di dalam nukleoplasma dan bertanggung jawab untuk transkripsi

semua gen penyandi protein dan beberapa gen snRNA. Pra-mRNA (transkrip

primer) yang baru disintesis harus mengalami prosesing melalui pembentukan

pelindung (cap) pada ujung 5’ RNA dan penambahan poli A pada ujung 3’ di

samping pembuangan intron dan penyatuan (splicing) ekson.

Banyak promoter eukariot mengandung suatu urutan konservatif yang dinamakan

kotak TATA. Letaknya sekitar 25 hingga 35 pb dari tapak inisiasi transkripsi, berisi

urutan konsensus sepanjang 7 pb, yaitu 5’- TATA(A/T)A(A/T) – 3’. Meskipun

demikian, saat ini diketahui bahwa protein yang mengikat kotak TATA, yakni TBP,

ternyata berikatan dengan urutan sepanjang 8 pb. Tambahan sepasang basa ini

letaknya di sebelah hilir dari kotak TATA dan identitasnya tidaklah penting. Kotak

TATA bekerja dengan cara yang sama dengan urutan -10 pada promoter E. coli

dalam menempatkan RNA Pol II agar diperoleh inisiasi transkripsi yang benar.

Meskipun urutan di antara kotak TATA dan tapak inisiasi transkripsi bukan

merupakan urutan yang penting, jarak antara kedua tempat tersebut ternyata

penting. Hampir 50% tapak inisiasi transkripsi berupa residu A.

Beberapa gen eukariot tidak mempunyai kotak TATA tetapi memiliki suatu elemen

insiator, yang terletak di sekitar tapak inisiasi transkripsi. Namun, beberapa promoter

tidak memiliki baik kotak TATA maupun elemen inisiator. Gen-gen semacam ini

biasanya ditranskripsi dengan lambat, dan inisiasi transkripsi dapat terjadi di tempat-

tempat yang berbeda sepanjang 200 pb. Gen-gen ini sering kali mengandung

daerah yang kaya GC sepanjang 20 hingga 50 pb pada posisi 100 hingga 200 pb

arah hulu dari tapak inisiasi transkripsi.

27

Aktivitas promoter basal yang rendah akan sangat ditingkatkan oleh adanya elemen-

elemen lain di sebelah hulu promoter. Elemen-elemen ini dijumpai pada kebanyakan

gen dengan tingkat ekspresi yang sangat bervariasi di antara jaringan yang berbeda.

Dua contoh yang umum adalah kotak SP1, yang terletak di sebelah hulu dari banyak

gen baik yang mempunyai maupun yang tidak mempunyai kotak TATA, dan kotak

CCAAT. Promoter dapat memiliki salah satu, keduanya, atau bahkan banyak salinan

urutan/kotak tersebut. Urutan yang pada umumnya terletak 100 hingga 200 pb arah

hulu dari promoter ini dinamakan elemen regulator hulu atau upstream regulatory

elements (UREs). UREs memegang peranan penting dalam menjamin

berlangsungnya transkripsi yang efisien.

Transkripsi kebanyakan promoter eukariot dapat dipacu oleh elemen kontrol yang

letaknya beribu-ribu pasang basa dari tapak inisiasi transkripsi. Hal ini pertama kali

ditemukan pada genom virus SV40. Suatu urutan sepanjang kira-kira 100 pb pada

DNA virus ini dapat dengan nyata meningkatkan transkripsi dari promoter basal.

Urutan pemacu (enhancer) ini mempunyai panjang 100 hingga 200 pb dan

mengandung banyak elemen yang menghasilkan aktivitas totalnya. Pemacu dapat

dijumpai pada sembarang sel atau hanya pada tipe sel tertentu.

Dengan makin banyaknya pemacu dan promoter yang ditemukan, terlihat bahwa

motif kedua elemen tersebut ternyata tumpang tindih, baik secara fisik maupun

fungsional. Dengan demikian, terdapat spektrum elemen regulator yang sinambung,

mulai dari elemen-elemen pemacu yang sangat panjang rentangnya hingga elemen-

elemen promoter yang pendek rentangnya.

Serangkaian faktor transkripsi basal yang kompleks telah diketahui berikatan dengan

promoter RNA Pol II dan bersama-sama melakukan inisiasi transkripsi. Urutan

pembentukan kompleks inisiasi transkripsi RNA Pol II dapat dilihat pada Gambar

5.9.

28

Gambar 5.9. Diagram pembentukan kompleks inisiasi transkripsi RNA Pol II

Pada promoter yang mengandung kotak TATA, TFIID merupakan faktor pertama

yang akan mengikat promoter tersebut. Faktor ini terdiri atas banyak molekul protein,

tetapi hanya salah satu di antaranya, yakni protein pengikat TATA atau TATA-

binding protein (TBP), yang akan berikatan dengan kotak TATA. Seperti pada RNA

Pol I, pada TFIID juga terdapat faktor-faktor yang berasosiasi dengan TBP atau

TBP-associated factors (TAFIIS). Pada sel-sel mamalia TBP nampaknya akan

berikatan dengan kotak TATA dan kemudian bergabung dengan sekurang-

kurangnya delapan TAFIIS untuk membentuk TFIID.

TBP dijumpai pada ketiga kompleks transkripsi eukariot (dalam SL1, TFIIIB, dan

TFIID), dan dapat dipastikan memegang peranan penting dalam inisiasi transkripsi.

TBP merupakan protein monomerik. Semua TBP eukariot mempunyai domain yang

terdiri atas 180 residu asam amino pada ujung C yang sangat konservatif, dan dapat

berfungsi sebagai molekul protein seutuhnya pada transkripsi in vivo. Oleh karena

itu, fungsi domain pada ujung N yang kurang konservatif belum sepenuhnya

diketahui. TBP mempunyai struktur fisik seperti pelana, yang akan mengikat lekukan

kecil molekul DNA pada kotak TATA dan menghasilkan sudut 45° di antara kedua

pasang basa pertama dan kedua pasang basa terakhir dari 8pb elemen TATA.

Mutasi TBP pada domain pengikatannya dengan kotak TATA tetap

mempertahankan fungsinya sebagai faktor transkripsi untuk RNA Pol I dan RNA Pol

III, tetapi menghalangi inisiasi transkripsi oleh RNA Pol II. Hal ini menunjukkan

bahwa RNA Pol I dan RNA Pol III menggunakan TBP untuk inisiasi transkripsi, tetapi

29

peranan TBP itu sendiri yang sesungguhnya pada kompleks transkripsi tersebut

masih belum jelas.

Faktor transkripsi berikutnya, TFIIA, akan mengikat TFIID dan meningkatkan

stabilitas pengikatan TFIID pada kotak TATA. TFIIA sekurang-kurangnya tersusun

dari tiga subunit. Pada studi transkripsi in vitro, yang dilakukan dengan memurnikan

TFIID, TFIIA ternyata menjadi tidak dibutuhkan lagi. Namun, pada sel-sel yang utuh

TFIIA nampaknya akan menghilangkan pengaruh faktor-faktor penghambat yang

berasosiasi dengan TFIID. Jadi, pengikatan TFIIA pada TFIID rupanya akan

mencegah masuknya faktor-faktor penghambat tersebut sehingga proses transkripsi

dapat berlanjut.

Begitu TFIID terikat dengan stabil pada DNA, faktor transkripsi lainnya, yakni TFIIB,

akan berikatan dengan TFIID. Faktor ini akan berperan sebagai perantara yang

memungkinkan masuknya RNA Pol II ke dalam kompleks inisiasi transkripsi

bersama dengan masuknya faktor berikutnya, TFIIF.

Setelah RNA Pol II terikat pada kompleks inisiasi transkripsi, tiga faktor lainnya,

masing-masing TFIIE, TFIIH, dan TFIIJ, segera berasosiasi dengan kompleks

tersebut. Ketiga faktor ini diperlukan untuk transkripsi in vitro dan penggabungannya

dengan kompleks tersebut terjadi melalui urutan tertentu. Di antara ketiga faktor

tersebut, TFIIH merupakan molekul protein terbesar yang sekurang-kurangnya terdiri

atas lima subunit. TFIIH mempunyai aktivitas kinase dan helikase. Aktivasi oleh

TFIIH akan menyebabkan fosforilasi domain ujung C atau carboxyl-terminal domain

(CTD) pada RNA Pol II sehingga terbentuk kompleks RNA Pol II yang siap untuk

diproses dan meninggalkan daerah promoter. Dengan demikian, TFIIH nampaknya

mempunyai fungsi yang sangat penting dalam kontrol elongasi transkripsi.

Komponen-komponen TFIIH juga penting dalam mekanisme perbaikan DNA dan

dalam fosforilasi kompleks kinase yang mengatur daur sel.

30

Pada kebanyakan promoter RNA Pol II yang tidak memiliki kotak TATA terdapat

suatu elemen inisiator yang letaknya tumpang tindih dengan tapak inisiasi

transkripsi. Rupanya pada promoter semacam ini TBP dimasukkan ke promoter oleh

suatu protein pengikat DNA yang terikat pada elemen inisiator. TBP kemudian

memasukkan faktor-faktor transkripsi lainnya beserta RNA Pol II dengan cara seperti

pada promoter yang mempunyai kotak TATA.

Struktur faktor transkripsi pada eukariot

Faktor-faktor transkripsi pada eukariot mempunyai dua aktivitas yang berbeda, yaitu

pengikatan spesifik pada DNA dan aktivasi transkripsi. Masing-masing aktivitas ini

dilaksanakan oleh domain-domain protein yang terpisah, yaitu domain pengikatan

DNA dan domain aktivasi. Selain itu, banyak faktor transkripsi berupa homodimer

atau heterodimer, yang bersama-sama disatukan melalui domain dimerisasi.

Beberapa faktor transkripsi mempunyai domain pengikatan ligan yang

memungkinkan aktivitas faktor regulasi transkripsi melalui pengikatan suatu molekul

tambahan yang berukuran kecil. Reseptor hormon steroid merupakan salah satu

contoh protein yang mempunyai keempat macam domain tersebut.

Dari percobaan-percobaan yang dikenal sebagai percobaan pertukaran domain atau

domain swap experiments, diketahui bahwa domain pengikatan DNA dan domain

aktivasi faktor transkripsi Gal4 dan Gcn4 pada khamir terletak pada bagian protein

yang berbeda. Domain aktivasi akan bergabung dengan represor LexA pada bakteri,

menghasilkan protein hibrid yang mengaktivasi transkripsi dari promoter dengan

urutan operator lexA. Hal ini menunjukkan bahwa fungsi aktivasi transkripsi pada

protein khamir terpisah dari aktivitas pengikatan DNAnya.

31

Ada tiga macam domain pengikatan DNA, yaitu domain helix turn helix, domain zinc

finger, dan domain basic. Domain helix turn helix mempunyai sebuah heliks

pengenalan yang akan berinteraksi dengan DNA (Gambar 5.10.a). Domain zinc

finger mempunyai dua buah kala. Pada domain zinc finger C2H2 masing-masing

kala berupa enam asam amino yang berujung pada dua residu sistein dan dua

residu histidin. Keempat residu asam amino ini berkoordinat pada suatu ion zinkum

(Gambar 5.10.b). Domain basic biasanya berasosiasi dengan salah satu dari dua

domain dimerisasi, yaitu leucine zipper atau helix-loop-helix (HLH), sehingga

masing-masing dikenal sebagai protein basic leucine zipper (bZIP) dan basic HLH.

Dimerisasi protein-protein ini akan membawa kedua domain basic, yang kemudian

dapat berinteraksi dengan DNA.

Domain dimerisasi, seperti telah disinggung di atas, dapat berupa protein leucine

zipper atau HLH. Leucine zipper mengandung sebuah residu leusin hidrofobik pada

setiap posisi ketujuh yang akan berikatan dengan ujung C domain basic. Leusin-

leusin pada domain leucine zipper tersusun dalam struktur α-heliks (Gambar 5.11).

Domain HLH mempunyai struktur yang menyerupai domain leucine zipper, kecuali

dalam hal adanya suatu kala rantai polipeptida yang memisahkan kedua α-heliks

protein monomeriknya. Seperti halnya leucine zipper, motif HLH sering kali dijumpai

berdekatan dengan domain basic yang memerlukan dimerisasi dalam pengikatan

DNA.

Domain aktivasi transkripsi dapat berupa domain aktivasi asam, domain kaya

glutamin, atau domain kaya prolin. Domain aktivasi asam mengandung banyak

sekali residu asam amino yang bersifat asam sehingga sering disebut juga dengan

’gumpalan asam’ atau ’gumpalan negatif’. Masih belum diketahui dengan pasti

gambaran struktur lainya yang diperlukan oleh domain ini agar dapat berfungsi

sebagai domain aktivasi transkripsi yang efisien. Domain kaya glutamin pertama kali

32

ditemukan pada faktor transkripsi SP1. Pada domain ini banyak sekali ditemukan

residu glutamin. Begitu juga, pada domain kaya prolin banyak sekali ditemukan

residu prolin.

Regulasi transkripsi dapat terjadi melalui interaksi tidak langsung dengan fungsi

suatu faktor transkripsi, antara lain dengan blokade tempat pengikatan faktor

transkripsi pada DNA (seperti pada kebanyakan represor prokariot), pembentukan

kompleks pengikatan non-DNA (misalnya protein inhibitor Id yang tidak mempunyai

domain pengikatan DNA akan menggangu interaksi protein HLH dengan DNA), dan

blokade domain aktivasi faktor transkripsi meskipun pengikatannya pada DNA tetap

berlangsung (misalnya Gal80 akan menutupi domain aktivasi faktor transkrispi Gal4

pada khamir). Di samping itu, penghambatan transkripsi dapat juga terjadi secara

langsung karena adanya domain tertentu pada represor. Sebagai contoh, suatu

domain reseptor hormon tiroid pada mamalia akan menekan transkripsi apabila tidak

ada hormon tiroid dan akan mengaktifkannya apabila terikat pada hormon tersebut.

Begitu pula, produk gen tumor Wilms berupa protein WT1 yang akan menekan

tumor, mempunyai domain represor spesifik yang banyak mengandung prolin.

33

BAB III

PENUTUP

III. 1 Kesimpulan

DNA adalah sebuah molekul panjang yang menyerupai tali, biasanya terdiri

dari dua utas, saling membelit membentuk heliks ganda (double helix). Setiap utas

terdiri dari nukleotida-nukleotida yang tergabung membentuk rantai polinukleotida.

Untuk memperbanyak dirinya, DNA melakukan suatu proses yang disebut

replikasi. Replikasi dapat dikatakan merupakan reaksi kimia yang memungkinkan

senyawa kimia dapat membentuk dirinya untuk menghasilkan senyawa baru yang

mirip dengan dirinya. Replikasi DNA mengikuti pola semi konservatif yang

sintesisnya dimulai dari titik ori dan arah pertumbuhannya ialah 5’ 3’

34

Perpindahan gen yang dilakuakan bakteri melalui tiga cara, yaitu : konjugasi,

transformasi, dan transduksi. Konjugasi merupakan proses perpindahan gen bakteri

melalui kontak antar selnya. Transformasi merupakan proses perpindahan gen

bakteri melalui sel bebas. Transduksi merupakan proses perpindahan gen dari suatu

bakteri ke bakteri lain dengan bantuan bakteriofage.

Mutagenesis merupakan suatu teknik untuk menciptakan mutasi yang

meliputi lima tahap/proses. Mutagen adalah bahan yang menyebabkan terjadinya

mutasi. Mutagen terbagi menjadi tiga : mutagen bahan kimia, mutagen bahan fisika,

dan mutagen bahan biologi.

DNA rekombinan adalah DNA yang telah mengalami proses rekombinasi atau

penyusunan kembali. Proses ini diawali oleh terpotongnya struktur DNA oleh enzim

restriksi endonuklease kemudian potongan DNA tersebut disisipkan pada DNA

resipien dan digabungkan kembali oleh enzim ligase. Struktur DNA yang baru ini

akan ikut bereplikasi apabila organism pembawanya berkembangbiak. Meskipun

banyak kontroversi teknologi baru ini, teknologi ini cukup mendatangkan manfaat

bagi kehidupan umat manusia.

DAFTAR PUSTAKA

Pelczar J. Michael, Jr. Dasar-dasar mikrobiologi. 1986. Jakarta: Penerbit Universitas

Indonesia.

Staff Pengajar Fakultas Kedokteran Universitas Indonesia. Mikrobiologi Kedokteran.

1993. Jakarta : Binarupa Aksara.

Anonim. http//:wikipedia.com/genetika bakteri/. 12 Maret 2010. Pk. 15.00.

Anonim. http//:google.com/genetika bakteri dan virus/. 12 Maret 2010. Pk. 16.30.

35

Genetika mikrobia telah mengungkapkan bahwa gen terdiri dari DNA, suatu

pengamatan yang melekat dasar bagi biologi molekuler. Penemuan selanjutnya dari

bakteri telah mengungkapkan adanya restriction enzymes (enzim restriksi) yang

memotong DNA pada tempat spesifik, menghasilkan fragmen potongan DNA.

Plasmida diidentifikasikan sebagai elemen genetika kecil yang mampu melakukan

replikasi diri pada bakteri dan ragi. Pengenalan dari sebuah fragmen potongan DNA

kedalam suatu plasmid memungkinkan fragmen di perbanyak (teramplifikasi).

Amplifikasi regio DNA spesifik dapat di capai oleh enzim bakteri menggunakan

polymerase chain reaction (PCR) atau metode amplifikasi nukleotida berdasar enzim

yang lain (misalnya amplifikasi berdasar transkripsi). DNA yang di masukkan

kedalam plasmid dapat di kontrol oleh promoter ekspresi pada bakteri yang

mengamati protein, di ekspresi pada tingkat tinggi.

36