KODE GENETIKGen dikendalikan oleh struktur polipeptida. Empat nukleotida yang berbeda dalam DNA bisa mengendalikan 20 sekuen asam amino pada protein. Dengan adanya mRNA, empat sekuen basa pada molekul mRNA bisa menentukan sekuen asam amino polipeptida.Sifat Utama Kode Genetik1. Kode genetik terdiri dari triplet nukleotida. Tiga nukleotida di mRNA menentukan satu asam amino dalam polipeptida; dengan demikian, masing-masing berisi tiga kodon nukleotida.2. Kode genetik tidak tumpang tindih (overlapping). Setiap nukleotida di mRNA hanya memiliki hanya satu kodon 3. Kode genetik terus berurutan. Selama penerjemahan, kodon dibaca secara berurutan4. Kode genetik mengalami degenerasi. Semua kecuali dua dari asam amino ditentukan oleh lebih dari satu kodon5. Kode genetik terurut. Beberapa kodon untuk asam amino tertentu dan kodon untuk asam amino dengan sifat kimia yang mirip biasanya dibedakan oleh nukleotida tunggal.6. Kode genetik mengandung kodon start dan kodon stop. Digunakan untuk memulai dan mengakhiri rantai polipeptida.7. Kode genetik bersifat hampir universal. Kodon memiliki arti yang sama pada semua organisme hidup, dari virus hingga manusia.Tiga Nukleotida per KodonDua puluh asam amino yang berbeda dimasukkan ke dalam polipeptida selama translasi. Dengan demikian, setidaknya 20 kodon yang berbeda harus dibentuk dengan empat basa yang tersedia di mRNA. Dua basa per kodon akan menghasilkan 16 kemungkinan kodon. Tiga basa per kodon menghasilkan 64 kemungkinan kodon.Pada tahun 1961, Francis Crick dan rekannya menerbitkan bukti kuat pertama dalam mendukungtriplet code(tiga nukleotida per kodon).Crick dan rekannya melakukan analisis genetik dari mutasi terinduksi pada lokusrII T4 bakteriofag oleh proflavin kimia.Proflavin adalah agen mutagenik yang menyebabkan penambahan pasangan basa tunggal dan delesi. Mutan fag T4rII tidak dapat tumbuh dalam selE.coligalur K12, tetapi tumbuh menyerupai fag wild-type dalam selE.coli galur B. T4 wild-type tumbuh sama baiknya di kedua galur.Crick dan rekannya mengisolasi proflavin terinduksi rII.Dan terjadi mutasi tambahan di lokasi terdekat.Mutasi yang mengembalikan fenotip wild-type dalam organisme mutan disebutmutasi supresorkarena mereka membatalkan, atau menekan, efek dari mutasi asli.Crick dan rekannya mengemukakan bahwa jika mutasi asli adalah penambahan atau penghapusan pasangan basa tunggal, maka mutasi supresor harus berupa penambahan atau penghapusan pasangan basa, yang terjadi di sebuah sisi dekat mutasi asli.Jika triplet nukleotida berurutan dalam mRNA menentukan asam amino, maka setiap sekuen nukleotida dapat dikenali atau dibaca selama translasi dalam tiga cara yang berbeda.Sebagai contoh, urutan AAAGGGCCCTTT dapat dibaca (1) AAA, GGG, CCC, TTT, (2) A, AAG, GGC, CCT, TT, atau (3) AA, AGG, GCC, CTT, T..Penambahan atau penghapusan pasangan basa tunggal akan mengubah kerangka pembacaan gen dan mRNA untuk bagian distal gen mutasi tersebut (Gambar 1).Mutasi supresor kemudian diisolasi sebagai mutan tunggal melalui skrining keturunan wild-type.Seperti mutasi asli, mutasi supresor ditemukan untuk menghasilkan fenotip mutanrII.Crick dan rekannya kemudian mengisolasi mutasi supresor proflavin terinduksi dari mutasi supresor asli.Crick dan rekannya kemudian mengklasifikasikan semua mutasi yang terisolasi menjadi dua kelompok, positif (+) dan negatif (-), berdasarkan penalaran bahwa mutasi (+) akan menekan mutasi (-) tetapi bukan mutasi (+) yang lain, dan sebaliknya (Gambar 1a).Kemudian, Crick dan rekannya mengkonstruksi rekombinan yang mengusung berbagai kombinasi dari mutasi (+) dan (-).Seperti mutan tunggal, rekombinan dengan dua mutasi (+) atau dua mutasi (-) selalu memiliki fenotip mutan.Hasil penting adalah bahwa rekombinan dengan tiga mutasi (+) (Gambar 2b) atau tiga mutasi (-) sering menunjukkan fenotip wild-type.Hal ini menunjukkan bahwa penambahan tiga pasangan basa atau penghapusan tiga pasangan basa meninggalkan bagian distal dari gen dengan pembacaan wild-type.Hal ini terjadi jika setiap kodon berisi tiga nukleotida.Studi translasi in vitromembuktikan bahwa: (1) Trinukleotida sudah cukup untuk merangsang pengikatan spesifik dari aminoasil-tRNA ke ribosom.Sebagai contoh, 5'-UUU-3'merangsang pengikatan phenylalanyl-tRNAPheke ribosom.(2) Secara kimiawi molekul mRNA yang disintesis mengandung pengulangan sekuen dinukleotida mengarahkan sintesis kopolimer (molekul seperti rantai besar yang terdiri dari dua subunit yang berbeda) dengan urutan asam amino bolak-balik. Misalnya, ketika poly (UG)ndigunakan sebagai mRNA buatan dalamsistem translasi in vitro, kopolimer berulang (CYS-val)mdisintesis.(subskripndan mmengacu pada jumlah nukleotida dan asam amino dalam polimer masing-masing.) (3) Sebaliknya, mRNA dengan pengulangan sekuen trinukleotida mengarahkan sintesis dari campuran tiga homopolimer (inisiasi acak pada mRNA dalam sistem in vitro).Misalnya, poly (UUG)nmengarahkan sintesis polyleucine, polycysteine, and polyvaline.Hasil ini konsisten dengan triplet code, dengan tiga frame pembacaan yang berbeda.Ketika poly (UUG)nditerjemahkan dalam frame 1, UUG, UUG, polyleucine diproduksi, sedangkan terjemahan dalam frame 2, UGU, UGU, menghasilkan polycysteine, dan terjemahan dalam frame 3, GUU, GUU, menghasilkan polyvaline.Pada akhirnya, sifat triplet kode itu ditunjukkan dengan membandingkan sekuen nukleotida dan mRNA dengan urutan asam amino polipeptida produk mereka.

Gambar 1. Bukti awal bahwa kode genetik merupakan triplet codeMengartikan KodeBeberapa pertanyaan terkait pengartian kode genetik.(1) Kodon mana yang menentukan masing-masing dari 20 asam amino?(2) Berapa banyak dari 64 kemungkinan kodon triplet yang digunakan?(3) Bagaimana kode diselingi?(4) Apakah kodon memiliki arti yang sama dalam virus, bakteri, tumbuhan, dan hewan?Jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini diperoleh terutama dari hasil dua jenis percobaan, yang keduanya dilakukan dengan sistem sel-bebas.Percobaan pertama melibatkan penerjemahan molekul in vitro mRNA buatandan menentukan mana dari 20 asam amino yang dimasukkan ke dalam protein.Pada percobaan kedua, ribosom yang diaktifkan dengan mini-mRNA panjangnya hanya tiga nukleotida.Kemudian, peneliti menentukan aminoasil-tRNA mana yang dirangsang untuk mengikat ribosom teraktivasi dengan masing-masing pesan trinucleotide (Gambar 2).

Gambar 2. Stimulasi aminoasil-tRNA mengikat ke ribosom oleh trinukleotida mini-mRNA sintetis.Hasil dari pengujian ikatan trinukleotida-ribosom teraktivasi membantu ilmuwan memecahkan kode genetikDengan menggabungkan hasilin vitropercobaan penerjemahan yang dilakukan dengan sintesis mRNA dan pengujian pengikatan trinukleotida, Marshall Nirenberg, Severo Ochoa, H. Ghobind Khorana, Philip Leder, dan rekan-rekan mereka menemukan makna dari semua 64 kodon triplet (Tabel 12.1).

Inisiasi dan Terminasi KodonKode genetik juga memberikan tanda informasi genetik pada translasi. Pada organisme prokariotik dan eukariotik, kodon AUG digunakan untuk memulai rantai polipeptida (Tabel 12.1).Pada kasus yang jarang, GUG digunakan sebagai kodon inisiasi.Dalam kedua kasus, kodon inisiasi dikenali oleh inisiator tRNA, tRNAfMetpada prokariotik dan tRNAiMetpada eukariotik.Dalam prokariotik, sebuah kodon AUG harus mengikuti sekuen nukleotida yang tepat, sekuen Shine-Delgarno pada segmen 5'yang tidak diterjemahkan dari molekul mRNA berperan sebagai kodon inisiasi translasi.Pada eukariotik, kodon harus berupa AUG yang dihadapi lebih dulu oleh ribosom selama dia memindai dari ujung 5' molekul mRNA.Pada posisi internal, AUG dikenali oleh tRNAMet, dan GUG dikenali oleh valin tRNA.Tiga kodon-UAG, UAA, UGA menentukan pemutusan rantai polipeptida (Tabel 12.1).Kodon ini dikenali oleh faktor protein bebas, bukan oleh tRNA.Prokariotik mengandung dua faktor, yaitu RF-1 dan RF-2.-RF 1 mengakhiri polipeptida sebagai tanggapan terhadap kodon UAA dan UAG, sedangkan RF-2 menyebabkan penghentian di kodon UAA dan UGA.Eukariotik mengandung faktor tunggal yang mengenali ketiga kodon terminasi.

1. Kode genetik bersifat universal. Bagaimana penjelasan dari pernyataan ini?Jawab: Kode genetik bersifat universal yaitu suatu kodon yang terdiri dari tiga kombinasi basa. Suatu tiga basa menyandi satu macam asam amino misalnya dapat dilihat pada UUU dan UUC menyandi sebuah asam amino berupa Fenilalanin, serta UAA dan UUG menyandi asam amino berupa leusin dan begitu seterusnya.2. Apakah maksud dari kode genetik tidak saling tumpang tindih (non-overlapping) ?Jawab: Tidak saling tumpang tindih atau non-overlapping artinya adalah bahwa tidak ada kombinasi dari tiga basa yang sama yang mongkode suatu asam amino. Satu macam asam amino dapat disandi oleh lebih dari satu triplet kodon, namun satu macam triplet kodon tidak bisa menyandi lebih dari satu macam asam amino yang berbeda, misalnya pada triplet kodon UUU akan menyandi Fenilalanin, tetapi triplet kodon ini tidak akan bisa menyandi macam asam amino lain.