1

BISOSINTESIS RNA/ TRANSKRIPSI DNA->RNA

• Ada perbedaan penting antara replikasi DNA dan transkripsi DNA> RNA.

• Pada replikasi DNA, seluruh DNA direplikasikan menjadi 2 DNA anak

• Pada transkripsi DNA> RNA: bersifat selektif, tidak seluruh DNA ditranskripsikan menjadi RNA. Hanya gen/segmen DNA tertentu saja (yang akan berekspresi menjadi protein saja) yang ditranskripsikan menjadi RNA.

• Tujuan transkripsiDNA> RNA adalah dalam rangka mempersiapkan biosintesis protein atau translasi

• RNA dibedakan menjadi 3 macam: mRNA, tRNA, rRNA

2

TRANSKRIPSI DNA>RNA

• PADA SEL PROKARIOTIK TERJADI DI DALAM NUKLEOID, SEDANGKAN PADA SEL EUKARIOTIK TERJADI DI DALAM NUKLEUS.

• DNA TEMPLATE MENGANDUNG SIGNAL START & STOP

• PROMOTER: MERUPAKAN TEMPAT PERTAMA KALI RNA POLIMERASE BERIKATAN DENGAN DNA. LOKASINYA SEBELUM TITIK INISIASI

• RANTAI DNA YANG MEMBENTUK PASANGAN BARU (RNA) ADALAH NON-SENSE STRAND

• TERMINATOR PADA DNA BERUPA POLI-A, DAN PADA RNA BERUPA POLI-U

3

RNA• Sesuai dengan fungsinya, RNA dibedakan menjadi 3

macam yaitu:• 1. mRNA (messengerRNA) berfungsi sebagai kurir, atau

pembawa pesan. mRNA ini mengandung informasi genetik yang berupa urut-urutan nukleotida yang persis sama dengan gen yang akan diekspresikan menjadi protein. mRNA ini berbentuk rantai tunggal memanjang.

• 2. tRNA (transfer RNA): berfungsi untuk membawa asam-asam amino dari sitoplasma ke ribosom. tRNA mengandung anti-kodon (komplemen kodon) (Gambar)

3. rRNA (ribosomal RNA): rRNA bersama-sama dengan protein membentuk ribosom. Ribosom berfungsi sebagai tempat untuk biosintesis protein.

4

5

6

TRANSKRIPSI DNA>RNA/ BIOSINTESIS RNA

• Unsur yang diperlukan untuk transkripsi DNA>RNA:1. Segmen DNA: berfungsi sebagai template2. ATP, GTP, CTP, UTP.3. Enzim RNA polimerase4. Mg++ 5. Faktor transkripsi/regulator transkripsi. Faktor/Regulator

transkripsi berupa kompleks protein, yang terikat pada TATA box atau elemen respons gen. TATA box ini berupa sequence DNA sepanjang sekitar 8 bp.

7

TRANSKRIPSI mRNA

• Setiap gen aktif mempunyai mempunyai sequence promoter (TATA box) yang dapat berupa sequence TATA (TATA box), sequence CCAT (cat box), dan sequence ulangan GC (GC box) yang masing-masing terletak pada sekitar -25bp, -75bp, dan -90bp.

8

TAHAP TRANSKRIPSI RNA• 1.Inisiasi*Pengikatan faktor transkripsi pada TATA box/promoter;

selanjutnya RNA polimerase II berikatan dengan faktor transkripsi. F. Transkripsi mengarahkan RNA polimerase pada titik start yang tepat.

*RNA polimerase II menuju titik start transkripsi pada segmen dsDNA, dan segera segmen dsDNA mulai terbuka.

*Salah satu strand dari segmen dsDNA yang sudah terbuka (NONSENSE STRAND) merupakan template untuk rantai mRNA baru dengan titik inisiasi pada ujung 3’ .

*RNA polimerase II mulai membentuk pasangan nukleotida RNA baru dengan ujung 5’, diaktifkan oleh Mg++

9

TAHAP TRANSKRIPSI RNA

• 2. Elongasi:* RNA polimerase mengkatalisis polimerisasi

nukleotida RNA baru dengan cara menambahkan nukleotida yang berkomplementer dengan nukleotida template satu demi satu, sementara itu pasangan nukleotida dsDNA didepannya terbuka.

* Arah elongasi transkripsi: 5’ > 3’.* Sementara itu dua strand dari segmen DNA

yang ditinggalkan oleh nukleotida baru akan segera bertaut kembali dan membentuk pilin ganda (rewind).

10

TAHAP TRANSKRIPSI RNA

3.Terminasi: Pada saat RNA polimerase berjumpa dengan signal STOP dalam DNA template, yang berupa sejumlah nukleotida dengan basa nitrogen AAAAAAAA, maka transkripsi RNA berakhir dengan membentuk rangkaian poli-U (UUUUUUUU), dengan bantuan faktor rho.

* Karena yang menjadi cetakan RNA adalah NONSENSE STRAND DNA, maka untaian nukleotida pasangannya yang terbentuk, yang tidak lain adalah RNA baru, mempunyai sequence nukleotida yang persis sama dengan sequence SENSE STRAND ( sequence nukleotida gen yang akan berekspresi). Jadi RNA baru ini membawa informasi genetik yang persis sama dengan informasi genetik segmen DNA (gen ybs).

11

mRNA

• mRNA yang sudah selesai ditranskripsikan oleh gen aktif (segmen dsDNA) mengandung informasi genetik yang sama dengan gen tersebut. mRNA ini mengemban fungsi sebagai pembawa pesan dari gen yang mentranskripsikan, untuk kemudian dibawa ke tempat sintesis protein, yaitu ribosom.

• Informasi genetik yang berupa polinukleotida pada rantai mRNA, per tiga nukleotida (kodon) pada ribosom, ditranslasikan oleh tRNA sebagai asam amino tertentu. Selanjutnya tRNA mencari dan membawa asam amino yang tepat ke ribosom. Translasi berlangsung kodon demi kodon sampai akhirnya berjumpa dengan kodon STOP. Gambar

12

REGULASI EKSPRESI GEN/ TRANSKRIPSI mRNA

• Gen mentranskripsikan RNA adalah dalam rangka mengekspresikan diri menjadi protein. Protein tersebut bila bekerja akan dapat mengekspresikan suatu fenotip pada sel atau jaringan, atau organ pada organisme yang bersangkutan.

• Agar transkripsi RNA dapat berlangsung dengan benar, sehingga dapat dihasilkan RNA yang mengandung informasi genetik persis sama dengan gen yang mentraskripsikannya, sehingga protein yang dihasilkan juga benar, maka transkripsi RNA perlu diregulasi.

• Regulasi transkripsi RNA dapat berlangsung melalui beberapa cara.

13

FAKTOR REGULASI TRANSKRIPSI

• Melalui faktor transkripsi yang berupa kompleks protein (sudah dijelaskan)

• Melalui sequence enhancer yan terletak beratus sampai beribu dari +1bp.

• Melalui signal ekstraseluler, misalnya dengan adanya peningkatan suhu atau hormon.

Contoh: hormon dibebaskan ke dalam sirkulasi darah, kemudian ditangkap oleh reseptor yang cocok dari sel tertentu. Signal diteruskan ke dalam sel, sehingga dapat mengaktifkan protein seluler. Protein seluler mengalami perubahan konfigurasi, sehingga mampu masuk ke dalam nukleus. Protein kemudian berikatan dengan elemen respons gen, dan menginisiasi transkripsi gen target.

14

FAKTOR REGULASI TRANSKRIPSI

• Beberapa protein berikatan dengan elemen respons dan mencegah transkripsi.

• Contoh: Setiap anggota dari kelompok 30 gen sel saraf (neuron),mempunyai elemen respons, neuronal restrictive silencer elemen (NRSE).

• Pada sel nonneuronal terdapat gen protein neuronal restrictive silencer factor (NRSF), yang aktif diekspresikan. Protein tersebut berikatan dengan NRSE, sehingga mencegah transkripsi.

• Sebaliknya, protein NRSF tidak diproduksi oleh sel saraf, sehingga gen dari kelompok 30 dapat ditranskripsikan untuk menghasilkan neurotransmitter.

15

KELAINAN REGULASI TRANSKRIPSI

• Bila faktor transkripsi berupa protein yang mengalami kelainan, maka kedua rantai nukleotida dapat ditranskrpsikan. Selanjutnya kedua rantai dapat berkomplementer, sehingga mencegah terjadinya transkripsi

• Mikro RNA (mRNA) bergabung dengan protein lain yang mengikat mRNA spesifik, berpengaruh mencegah translasi.

16

REPARASI DNA

Kromosom bukanlah struktur stabil, kaku, yang mengandung informasi genetik dalam kotak mati. Kromosom dapat mengalami perubahan secara eksidental, dan dapat direparasi.

17

REPARASI DNA• Replikasi DNA bukanlah proses yang sempurna.

Walaupun sangat jarang, kesalahan replikasi dapat terjadi.

• Selain itu agen eksternal seperti senyawa kimia, sinar UV, radiasi, senyawa radioaktif, dapat mengubah nukleotida DNA secara permanen bila tidak direparasi. Perubahan materi genetik tersebut dikenal dengan istilah mutasi.

• Mutasi spontan dapat juga terjadi secara alamiah. Mutasi dapat terjadi di sepanjang rantai polinukleotida DNA.

• Pada manusia 95% DNA tidak menyandi protein apapun sehingga mutasi pada daerah itu tidak berefek pada fenotip, karena dapat mengubah fungsi seluler.

18

REPARASI DNA

• Contoh: selama replikasi, strand DNA dapat putus ketika mengalami pemudaran pilin dan pemisahan strand. Bagian yang putus ini dapat direparasi oleh aktivitas DNA polimerase I dan enzim ligase.

• Kesalahan pemasukan basa nukleotida baru dalam pembentukan pasangan basa pada replikasi juga dapat terjadi. Kesalahan ini dapat diperbaiki oleh DNA polimerase dengan cara emotong dan menggantikannya denga basa yang benar.

• DNA juga dapat mengalami perubahan karena agen lingkungan, radiasi, senyawa kimia, racun. Jika perubahan tersebut tidak diperbaiki, akan mengakibatkan mutasi permanen.

19

REPARASI DNA• Radiasi yang kaya akan energi apat menyebabkan

perubahan kimia pada DNA. Radiasi UV dan radiasi ionisasi dapat merusak 10% DNA. Untung kerusakan ini dapat cepat direparasi oleh sel, dengan mekanisme enzimatik spesifik.

• Kerusakan karena sinar UV dapat dieksisi dan direparasi. Sinar UV dapat mengubah purin DNA menjadi pirimidin, menjadi dua residu timin yang berdekatan dan membentuk dimer timin dengan ikatan kovalen, yang mencegah kerja DNA polimerase.

• Cara: UV-endonuklease memutuskan dimer timin pada sisi 5’. 2. DNA polimerase I menambahkan nukleotida yang benar pada ujung 3’ yang terbuka; endonuklease memindahkan dimer timin, dan ligase menyambung potongan nukleotida. Gambar

20

DEAMINASI SPONTAN DARI C>U KARENA

INSTABILITAS SENYAWA KIMIA DAPAT DIREPARASI • Reparasi dengan urasil-DNA glikosidase, akan

memindahkan urasil. DNA polimerase I menyisipkan basa yang benar dan disambung dengan ligase.

• Urasil-DNA glikosidase adalah sangat spesifik sehingga tidak merusak urasil RNA, juga tidak memindahkan timin.

• Kerusakan DNA oleh agen kimia eksternal seperti agen deaminasi,agen alkilasi, dan basa analog dapat direparasi dengan cara yang sama seperti yang lain, yaitu dengan cara memotong, menambal/menggantikan, dan menyambung. Gambar.

21

22

23

24

25

26

27

28

29