TRANSKRIPSI & TRANSLASI PADA PROKARIOT DAN EUKARIOT

Transkripsi merupakan tahapan penting dalam sintesis protein atau ekspresi

gen yangmana DNA diterjemahkan menjadi kode-kode dalam bentuk basa nitrogen

membentuk single strain RNA. Pada rantai RNA yang terbentuk, basa Timin

digantikan dengan basa Urasil. Sedangkan Translasi adalah proses proses

penerjemahan kodon menjadi asam amino dan menyambungkan setiap asam amino

yang sesuai kodon dengan ikatan peptida menjadi protein. Organel yang aktif

melakukan proses penerjemahan kodon adalah ribosom.

Perbedaan proses transkripsi dan translasi pada sel prokariot dan eukariot

Pembeda Prokariot Eukariot

waktu Translasi terjadi sebelum transkripsi selesai sempurna, terjadi hampir bersamaan.

Translasi terjadi setelah transkripsi selesai sehingga tidak terjadi secara bersamaan.

Tempat Terjadi di sitoplasma krn tdk ada membran inti

Transkripsi terjadi di nucleus, sedangkan translasi terjadi di sitoplasma

Ada/Tidak adanya Operon

Diorganisasikan dalam satu system operon, sehingga 1 Promoter mengendalikan seluruh gen struktural

Tidk ada system operon sehingga bersifat spesifik

Sifat ekspresi gen mRNA

Polisistronik: 1 transkripsi terkandung >1 rangkianm kodon (sistron) polipeptida yg berbeda

Monosistronik: 1 transkripsi yg dihasilkan hanya mengkode 1 macam produk ekspresi gen. 1 mRNA membawa 1 macam rangkaian kodon untuk 1 macam polipeptida

Proses Splicing Tidak terjadi splicing krn tdk terdapat intron dalam 1 strand mRNA

Terjadi splicing karena trdapat intron dan ekson yang berselang-seling dalam 1 strand mRNA

Proses capping dan poliadenilasi

Tidak terjadi proses capping dan poliadenilasi, krn hasil sintesis dari RNA Polimerase dapat langsung dilanjutkan ke proses translasi

Terjadi proses capping dan poliadenilasi, krn proses translasi di sitoplasma, sehingga perlu penambahan gugus methyl pada 5’ (capping) dan penambahan poly A pada 3’ (poliadenilasi)

Pembagian Gen yang terlibat

Promoter: bagian struktural dan terminator. Promoter merupakan bagian gen yang berperanan dlm mengendalikan proses transkripsi dan terletak pada ujung 5’ dan terdiri atas operator.

Bagian Struktural: bagian gen yang terletak disebelah hilir (downstream) dari promoter, mengandung urutan DNA spesifik yg akan ditranskripsi.

Terminator: bagian gen yg

Gen kelas I: gen-gen pengkode 18SrRNA, 28SrRNA dan 5,8SrRNA (ditranskripsi oleh RNA polimerase I); terdapat promoter antara (spacer promoter) dan promoter utama.

Gen kelas II : semua gen yg mengkode protein dan bbrp RNA berukuran kecil yg terdpt di dlm nukleus (ditranskripsi oleh RNA polimerase II); promoter gen kelas II terdiri atas 4 elemen yaitu sekuens

terletak disebelah hilir dari bagian struktural yg berperanan dlm pengakhiran (terminasi) proses transkripsi dengan cara memberikan sinyal pd enzim RNA polimerase agar menghentikan proses transkripsi. *Proses terminasi transkripsi pd prokariot dpt dikelompokkan menjadi 2 kelas, yaitu 1) terminasi yg ditentukan oleh urutan nukleotida tertentu (rho-independent) dan 2) diatur oleh suatu protein (faktor rho) atau disebut rho-dependent.

initiator yg terletak pd daerah inisiasi transkripsi, elemen downstream yg terletak disebelah hilir dari titik awal transkripsi, kotak TATA dan suatu elemen upstream.

Gen kelas III: gen-gen yg mengkode tRNA, 5S rRNA dan bbrp RNA kecil yg ada di dlm nukleus (ditranskripsi oleh RNA polimerase III); sebagian besar gen kelas III merupakan suatu cluster dan berulang.

Penempelan RNA Polimerase saat Translasi

RNA polimerase menempel secara langsung pada DNA di daerah promoter tanpa melalui suatu ikatan dengan protein lain 

RNA menempel pada protein yang disebut transkripsi faktor

Subunit ribosomal

70S: 50S bagian besar dan 30S bagian kecil

80S: 60S bagian besar dan 40S bagian kecil

Inisiator translasi

IF1, IF2,IF3, GTP eIF4A, eIF4E, eIF4G

Factor release translasi

RF 1 (5’-UAA-3’ & 5’-AG-3’)RF 2 (5’-UAA-3’ & 5’-UGA-

3’)RF 3(merangsang pelepasan

RF 1)

eRF1eRF3 (mengenali stop codon)

1. Proses Transkripsi pada prokariot

Transkripsi pada prokariot berlangsung dalam tiga tahap, yaitu inisiasi,

elongasi, dan teminasi.

a. Inisiasi

Insisiasi meliputi empat langkah yaitu:1) pembentukan kompleks promoter

tertutup, 2) pembentukan kompleks promoter terbuka, 3) penggabungan beberapa

nukleotida awal, 4) perubahan konformasi RNA polimerase karena sub unit alfa

dilepaskan dari kompleks holoenzim. Sub unit alfa tersebut selajutnya digunakan lagi

dalam proses insisasi transkripsi selanjutnya. Bagian DNA yang terbuka setelah RNA

polimerase menempel biasanya terjadi pada daerah sekitar -9 sampai +3 sehingga

menjadi struktur untai tunggal. Bagian DNA yang berikatan dengan DNA polimerase

membentuk suatu struktur gelembung transkripsi (transcription bubble) sepanjang

kurang lebih 17 pasangan basa. Setelah struktur promoter terbuka secara stabil, maka

selanjutnya RNA polimerase melakukan proses inisiasi transkripsi dengan

mengunakan urutan DNA cetakan sebagai panduannya. Dalam proses transkripsi,

nukleotid RNA digabungkan sehingga membentuk transkrip RNA.

Sub unit alfa mempunyai peranan dalam menstimulasi inisiasi transkripsi

tetapi tidak mempercepat laju pertambahan untaian RNA. Proses inisiasi transkripsi

merupakan proses yang menentukan laju transkripsi. Setelah proses inisiasi

transkripsi terjadi, selanjutnya sub unit alfa terlepas dari enzim inti dan dapat

digunakan lagi oleh enzim inti RNA polimerase yang lain.

b. Elongasi

Pada bagian gelembung transkripsi, basa-basa molekul RNA membentuk

hibrid dengan DNA cetakan sepanjang lebih kurang 12 nukleotida. Hibrid RNA-

DNA ini bersifat sementara sebab setelah RNA polimerasenya berjalan, maka hibrid

tersebut akan terlepas dan bagian DNA yang terbuka tersebut akhirnya akan menutup

lagi. RNA polimerase akan berjalan membaca DNA cetakan untuk melakukan proses

pemanjangan/elongation untaian RNA. Laju pemanjangan maksimum molekul

transkrip antara 30 sampai 60 nukleotida per detik meskipun laju rata-ratanya lebih

rendah dari nilai ini. Dalam pemanjangan transkrip, nukleotida ditambahkan secara

kovalen pada ujung 3’ molekul RNA yang baru terbentuk.

Dalam proses pemanjangan transkrip RNA, terjadi pembentukan ikatan

fosfodisester antara nukleotida RNA yang satu dengan nukleotida berikutnya.

Pembentukan ikatan fosfodiester tersebut, ditentukan oleh keberadaan sub unit beta

pada RNA polimerase. Transkripsi akan berakhir pada saat RNA polimerase

mencapai ujung gen yang disebut terminator.

c. Pengakhiran /terminasi

Pada bakteri E. Coli ada dua macam terminator, yaitu: 1) terminator yang

tidak tergantung pada protein rho (rho dependent terminator), 2) terminator yang

tergantung pada protein rho (rho-independent terminator).

1. Pengakhiran transkripsi yang tidak tergantung pada fakto rho

Pengakhiran transkripsi yang tidak tergantung pada faktor rho dilakukan tanpa

harus melibatkan suatu protein khusus, melainkan ditentukan oleh adanya suatu

urutan nukleotida tertentu pada bagian terminator.

2. Pengakhiran transkripsi yang tergantung pada faktor Rho

Terminator yang tergantung pada rho terdiri atas suatu urutan berulang balik

yang dapat membentuk lengkungan loop tetapi tidak ada rangkaian basa T seperti

pada daerah terminator yang tidak melibatkan faktor rho. Faktor rho diduga ikut

terikat pada proses transkrip dan mengikuti pergerakan RNA polimerase sampai

akhirnya RNA polimerase berhenti pada daerah terminator yaitu sesaat setelah

menyintesis lengkungan RNA. Selanjutnya faktor rho menyebabkan destabilisasi

ikatan RNA-DNA sehingga transkrip RNA terlepas dari cetakan.

2. Proses Transkripsi pada eukariot

Secara umum mekanisme transkripsi dimulai dari inisiasi, elongasi dan

terminasi. Tetapi pada eukariot terdapat tiga gen kelas yang berperan dalam proses

transkripsi, karena itu transkripsi harus dilakukan pada masing-masing gen kelas

tersebut.

a. Inisiasi Transkripsi

Transkripsi gen kelas II dilakukan oleh RNA polymerase II yang dibantu oleh

beberapa faktor transkripsi umum: membentuk kompleks pra-inisiasi yang akan

segera mengawali trasnkripsi jika ada nukleotida dan pembentukan kompleks

prainisiasi yaitu penyusunan kompleks transkripsi umum (TFIIA, TFIIB, TFIID,

TFIIE, TFIIF, TFIIH, dan TFIIJI) dan RNA polymerase II pada daerah promoter.

Faktor transkripsi umum akan menempel secara bertahap hingga terbentuklah

kompleks prainisiasi yakni kompleks DABPoIFEH. Dengan demikian, RNA

polymerase II pada eukaryotic tidak menempel secara langsung pada DNA,

melainkan melalui perantaraan faktor transkripsi.

TBP, TFIIB, TFIIF dan RNA polymerase II, membentuk kompleks inisiasi

sehingga terjadi pembukaan DNA secara local dan pembentukan ikatan fosfodiester

pertama. Kemudian TFIIE dan TFIIH melakukan proses pelepasan dari promoter

dengan katalisis oleh DNA helikase sehingga DNA pada daerah promoter terbuka. Di

mana DNA dipuntir pada daerah hilir dari bagian yang berikatan dengan faktor

transkripsi yang lain dan membentuk gelembung transkripsi. Transkripsi dimulai dan

bergerak ke arah hilir sepanjang 10-12 nukleotida. Fosforilasi RNA polymerase II

oleh faktor TFIIH menjadi bentuk IIO, menyebabkan ikatan antara CTD dengan TBP

menjadi lemah, sehingga terjadi perubahan konformasi kompleks inisiasi menjadi

bentuk yang siap melakukan pemanjangan transkrip.

b. Elongasi Transkripsi

Proses pemanjangan transkripsi pada eukaryot dilakukan oleh RNA polymerase

dengan distimulasi oleh faktor TFIIS dan TFIIF. Selanjutnya Aktivitas RNA

polymerase dalam proses transkripsi tidak selalu dalam keadaan tetap , kadang-

kadang terjadi jeda pada suatu daerah yang disebut sisi jeda (pausing site). TFIIS

berperan dalam mengurangi waktu jeda proses transkripsi pada sisi DNA yang cukup

panjang, sedangkan TFIIF mengurangi waktu jeda pada daerah DNA yang acak.

Proses pemanjangan transkrip akan berjalan sampai RNA polymerase II mencapai

daerah terminator.

c. Terminasi Transkripsi

Terminasi transkripsi dapat terjadi karena adanya aktivitas fosfatase yang

spesifik untuk CTD sehingga mengembalikan RNA polymerase II menjadi bentuk

yang tidak dapat mengalami fosforilasi. Dalam keadaan tidak mengalami fosforilasi,

RNA polymerase II dapat digunakan lagi dalam proses transkripsi berikutnya (RNA

polymerase cycling). Dalam hal ini berbeda pada prokaryotic karena pada eukaryotik

tidak ada struktur stem loop pada proses terminasi.

Pada eukariot proses transkripsi terpisah dari tempatnya dari translasi,

transkripsi berlangsung disalam inti, sedangkan translasi berjalan dalam sitoplasma

sehingga membutuhkan perlakuan khusus. Dalam proses pascatranskripsi mRNA

akan mengalami tiga tahap yaitu 

a. Capping

Capping dilaksanakan segera setelah transkripsi dimulai, dilakukan oleh enzim

gunili- transferase, dengan menambahkan guanosin pada ujung 5 triposfat dengan

posisi 5’ – 5’ yang dilanjutkan dengan penambahan gugus metal pada N7 dari

guanine nukleotida yang ditambahkan tersebut.

b. Penambahan ekor Poliadenil (Poli A )

Sebagian besar mRNA eukariot mempunyai ruas poli (A) pada ujung 3. Sekitar

200 nukleotida basa adenine ditambahkan pada ujung 3-OH hasil transkripsi primer

oleh polymerase-poli(A) untuk menjaga kestabilan molekul RNA didalam sitoplasma.

c. Splicing intron

Proses splicing intron berlangsung meleui pembentukan lariat, yaitu suatu

percabangan berbentuk cincin berekor  Secara umum intron mRNA yang

mengandung tiga unsur kondensus yaitu GU pada ujung 5’, AG pada ujung 3 dan

runtunan basa PyPyPuAPy dekat ujung 3. Pemenggalan intron akan menghasilakan

ujung G5’ pada intron dan pada ujung -3 ekson (ujung donor) . Ujung G tersebut

kemudian akan membentuk ikatan 5-2 fosfodiester dengan salah satu adenosin pada

kotak TACAAC, sehingga terbentuk struktur cincin berekor yang disebut lariat.

Terakhir akan dilakukan pemengglan pada ujung-3 intron dan menghasilkan ujung 5

ekson yang terdapat dihilir intron tersebut, yang disebut ujung penerima. Kemudian

dua ujung ekson yang telah terbentuk ujung donor dan ujung penerima disambungkan

hingga terbentuk mRNA matang. 

3. Proses Translasi

Proses translasi pada sel prokariot dan eukariot hamper sama,yang

membedakan hanyalah pada unit ribosom, factor inisiasi dan faktor release nya.

Secara umum proses translasi dibagi menjadi tiga tahap (sama seperti pada

transkripsi) yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi. Semua tahapan ini memerlukan

faktor-faktor protein yang membantu mRNA, tRNA, dan ribosom selama proses

translasi. Inisiasi dan elongasi rantai polipeptida juga membutuhkan sejumlah energi.

Energi ini disediakan oleh GTP (guanosin triphosphat), suatu molekul yang mirip

dengan ATP.

a. Inisiasi

Pada prokariot maupun eukariot, proses translasi selalu dimulai pada kode

genetika AUG, oleh karena itu kode tersebut disebut sebagai kode genetika inisiasi.

Dalam hubungan ini protein yang baru terbentuk pertama kali pada eukariot maupun

prokariot selalu diawali dengan methionin. Tahap inisiasi terjadi karena adanya tiga

komponen yaitu mRNA, sebuah tRNA yang memuat asam amino pertama dari

polipeptida, dan dua sub unit ribosom. Dalam kompleks inisisasi, ribosom

“membaca” kodon pada mRNA. Pembacaan dilakukan untuk setiap 3 urutan basa

hingga selesai seluruhnya. Ketika kodon I terbaca ribosom (misal kodonnya AUG),

tRNA yang membawa antikodon UAC dan asam amino metionin datang. tRNA

masuk ke celah. Ribosom di sini berfungsi untuk memudahkan perlekatan yang

spesifik antara antikodon tRNA dengan kodon mRNA selama sintesis protein.

b. Elongasi

Pada tahap elongasi dari translasi, asam amino-asam amino ditambahkan satu

per satu diawali dari asam amino pertama (metionin). Ribosom akan terus bergerak

dan membaca kodon-kodon di sepanjang mRNA. Masing-masing kodon akan

diterjemahkan oleh tRNA yang membawa asam amino yang dikode oleh pasangan

komplemen antikodon tRNA tersebut. Di dalam ribosom, metionin yang pertama kali

masuk dirangkaikan dengan asam amino yang di sampingnya membentuk dipeptida.

Ribosom terus bergeser, membaca kodon berikutnya. Asam amino berikutnya

dirangkaikan dengan dipeptida yang telah terbentuk sehingga membentuk tripeptida.

Demikian seterusnya proses pembacaan kode genetika itu berlangsung di dalam

ribosom, yang diterjemahkan ke dalam bentuk asam amino guna dirangkai menjadi

polipeptida. .

c. Terminasi

Tahap akhir translasi adalah terminasi. Elongasi berlanjut hingga ribosom

mencapai kodon stop. Triplet basa kodon stop adalah UAA, UAG, dan UGA. Kodon

stop tidak mengkode suatu asam amino melainkan bertindak sebagai sinyal untuk

menghentikan translasi. Polipeptida yang dibentuk kemudian “diproses” menjadi

protein.