TUGAS BIOLOGI MOLEKULER · PDF file · 2014-11-25Unit fisik terkecil dari organisme...

of 16 /16
1 TUGAS BIOLOGI MOLEKULER Dosen Pengampu : Dr. Siswa Setyahadi, Msc, PhD Disusun oleh : EKO MUGIYANTO SSI., APT NIM 5414220021 Angkatan XXIII KONSENTRASI OBAT BAHAN ALAM PROGRAM MAGISTER ILMU KEFARMASIAN FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS PANCASILA JAKARTA 2014

Transcript of TUGAS BIOLOGI MOLEKULER · PDF file · 2014-11-25Unit fisik terkecil dari organisme...

Page 1: TUGAS BIOLOGI MOLEKULER · PDF file · 2014-11-25Unit fisik terkecil dari organisme hidup adalah sel. Komposisi material sel pada semua ... sel prokariotik dan sel eukariotik. Prokariota

1

TUGAS BIOLOGI MOLEKULER

Dosen Pengampu : Dr. Siswa Setyahadi, Msc, PhD

Disusun oleh :

EKO MUGIYANTO SSI., APT

NIM 5414220021

Angkatan XXIII

KONSENTRASI OBAT BAHAN ALAM

PROGRAM MAGISTER ILMU KEFARMASIAN

FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS PANCASILA

JAKARTA

2014

Page 2: TUGAS BIOLOGI MOLEKULER · PDF file · 2014-11-25Unit fisik terkecil dari organisme hidup adalah sel. Komposisi material sel pada semua ... sel prokariotik dan sel eukariotik. Prokariota

2

RNA : Struktur, Fungsi dan Sintesis

RNA (ribonucleic acid) Unit fisik terkecil dari organisme hidup adalah sel. Komposisi material sel pada semua

organisme adalah sama yaitu: DNA (deoxyribonucleic acid), RNA (ribonucleic acid), protein,

lemak dan fosfolipid, yang merupakan komponen dasar semua jenis sel. Ada dua tipe sel yaitu:

sel prokariotik dan sel eukariotik. Prokariota (jasad prokariotik/ primitif), yaitu jasad yang

perkembangan selnya belum sempurna. Eukariota (jasad eukariotik), yaitu jasad yang

perkembangan selnya telah sempurna.

Sebagian besar gen pada akhirnya diekspresikan menjadi protein. Proses yang

menjalankan hal ini disebut ekspresi gen. Dalam proses ini, urutan deoksinukleotida dalam DNA

(yang menggambarkan gen tersebut) pertama-tama ditranskripsi menjadi urutan ribonukleotida

dalam RNA (mRNA). Kemudian urutan ini ditranslasi menjadi urutan asam amino untuk

membentuk suatu polipeptida dengan panjang tertentu. Urutan asam amino ini menentukan cara

molekul tersebut melipat untuk menghasilkan protein biologis aktif.

Rna berbeda dengan DNA baik dalam hal struktur maupun fungsinya. Rna mempunyai

dua perbedaan struktur utama : masing-masing cincin ribose mengandung sebuah 2-hydoksil dan

Rna menggunakan Urasil di tempat Timin. Molekul Rna mempunya pasangan basa, tetapi

umumnya tidak akan dapat membentuk RNA-RNA dobel helix. RNA dapat

bertindak sebagai materi genetik (meskipun peran ini, setidaknya untuk organisme saat ini, tampaknya

masih terbatas pada virus).

DNA membawa informasi genetik dan bagian DNA yang membawa ciri khas yang

diturunkan disebut gen. Konsep dasar menurunnya sifat secara molekuler adalah merupakan

aliran informasi dari DNA ke RNA ke urutan asam amino. Konsep dasar ini disebut sebagai

dogma genetik. Pada dogma genetik juga tercermin cara mempertahankan ciri khas supaya tetap

sama melalui proses replikasi. Dogma genetik ini bersifat universal yang berlaku baik bagi

prokariot maupun eukariot. Transkripsi adalah proses untuk menciptakan sebuah komplementer

RNA copy dari urutan DNA. Proses transkripsi menghasilkan mRNA, rRNA dan tRNA.

Transkripsi merupakan tahapan penting dalam sintesis protein atau ekspresi gen. Proses

transkripsi terjadi pada nukleus (prokaryotik: nukleoid) di mana DNA diterjemahkan menjadi

kode-kode dalam bentuk basa nitrogen membentuk rantai RNA yang bersifat single strain.

Namun, pada rantai RNA yang terbentuk basa Timin digantikan dengan basa Urasil. Pada

Page 3: TUGAS BIOLOGI MOLEKULER · PDF file · 2014-11-25Unit fisik terkecil dari organisme hidup adalah sel. Komposisi material sel pada semua ... sel prokariotik dan sel eukariotik. Prokariota

3

prokaryotik, rantai RNA langsung ditranslasikan sebelum transkripsi selesai. Sedangkan pada

eukaryotik, rantai di bawa menuju sitoplasma (ribosom) untuk ditranslasi menjadi produk gen.

Tidak seperti DNA, RNA dapat membentuk struktur tiga dimensi yang kompleks. Akibatnya,

RNA juga dapat menampilkan aktivitas katalitik. Kombinasi kemampuan untuk menyimpan

informasi genetik dengan kemampuan untuk mengkatalisis reaksi telah menghasilkan usulan

untuk asal usul kehidupan: "Dunia RNA". Sebagian besar fungsi RNA berkaitan dengan sintesis protein

dan juga RNA merupakan bahan genetik dan memainkan peran utama dalam ekspresi genetik.

Jenis utama RNA:

RNA ribosom (rRNA)

Molekul RNA ribosom terdiri dari 65 sampai 70% dari massa ribosom (yang bertanggung

jawab untuk sintesis protein). Ribosom merupakan organel yang sangat besar; ribosom

prokariotik memiliki berat molekul sekitar 2,5 juta, sedangkan eukariotik ribosom memiliki berat

molekul sekitar 4 juta. Sebagai catatan penelitian asli pada ribosom digunakan relatif teknik

mentah yang tidak dapat mengukur ukuran dalam hal berat molekul. Sebaliknya ukuran partikel

ribosom dan komponen mereka diukur dengan tingkat mereka sedimentasi (gerakan didorong

oleh percepatan gravitasi atau percepatan sentrifugal). Sedimentasi merupakan fungsi dari

ukuran, bentuk, dan kepadatan, dengan objek yang lebih besar cenderung sedimen lebih cepat

daripada yang lebih kecil. Ukuran objek yang diukur dalam satuan Svedberg. Ribosom

prokariotik 70 partikel S, dengan masing-masing terdiri dari besar (50 S) dan kecil (30 S)

subunit. Ribosom eukariotik 80 S partikel, terdiri dari besar (60 S) dan kecil (40 S) subunit. Unit

Svedberg adalah tidak aditif untuk partikel ukuran; hal ini disebabkan efek dari bentuk pada

sedimentasi.

Ribosom eukariotik 40S berisi 1 rRNA (18 S rRNA = 1.900 basis) dan sekitar 35 protein

yang berbeda. ribosom 60S berisi 3 rRNA (5 S = 120 basis, 5,8 S = 160 basa, dan 28 S = 4700

basis), dan sekitar 50 protein. rRNA 5 S memiliki sendiri gen; yang lainnya disintesis sebagai

transkrip tunggal yang kemudian dibelah untuk melepaskan molekul RNA matang yang menjadi

bagian dari ribosom.

Sampai relatif baru-baru ini, diasumsikan bahwa RNA ribosom melakukan fungsi

sebagian besar struktural. Namun, data yang lebih baru sangat menunjukkan bahwa rRNA

bertindak sebagai enzim, protein yang bertindak sebagai perancah struktural. Data ini mencakup

Page 4: TUGAS BIOLOGI MOLEKULER · PDF file · 2014-11-25Unit fisik terkecil dari organisme hidup adalah sel. Komposisi material sel pada semua ... sel prokariotik dan sel eukariotik. Prokariota

4

hasil dari resolusi tinggi baru-baru ini (2,4 Å) difraksi sinar-X struktur subunit besar dan resolusi

rendah (5 Å) struktur lengkap ribosom dari bakteri Haloarcula marismortui.

Transfer RNA (tRNA)

tRNA adalah tempat molekul ~ 75 yang mengusung asam amino. tRNA diperkirakan

memiliki struktur tersier umum (struktur berdasarkan analisis difraksi sinar-X ditampilkan di

bawah). Analisis urutan tRNA menunjukkan struktur sekunder daun semanggi yang dibentuk

oleh daerah basis pairing antara bagian untai RNA, dengan daun semanggi ini melipat ke dalam

struktur tiga dimensi.

Messenger RNA (mRNA)

Molekul mRNA mengandung urutan coding untuk protein. Molekul-molekul mRNA

dapat bervariasi dalam ukuran, dengan transkrip eukariotik termasuk terbesar asam ribonukleat

yang dikenal. Hal ini paling jelas sebelum splicing intron, karena banyak transkrip melebihi 100

kb panjangnya.

Page 5: TUGAS BIOLOGI MOLEKULER · PDF file · 2014-11-25Unit fisik terkecil dari organisme hidup adalah sel. Komposisi material sel pada semua ... sel prokariotik dan sel eukariotik. Prokariota

5

Basis RNA

Dasar yang digunakan untuk RNA yang melekat pada ribosa. Namun, banyak yang secara

signifikan dimodifikasi dari khas empat basa biasanya dianggap sebagai bagian dari RNA. ini

adalah terutama berlaku untuk tRNA. Basis yang dimodifikasi meliputi pseudouracil dan versi

alkohol dari sitosin dan adenin.

Perbedaan antara RNA dan DNA adalah transkripsi yang mirip dengan replikasi DNA,

hususnya dalam penggunaan substrat trifosfat nukleosida dan template diarahkan pertumbuhan

rantai asam nukleat dalam 5 '→ 3' arah. Dua perbedaan utama adalah sebagai berikut: (1)

Dengan pengecualian tahu sedikit, hanya satu untai DNA template yang ditranskripsi, dan (2)

hanya sebagian kecil dari potensi genetik seluruh organisme diwujudkan dalam satu sel.

(Mathews van Holde, hal:956)

Ekspresi informasi genetik normalnya melibatkan produksi molekul RNA yang

ditranskripsi dari templat DNA. Rantai DNA dan RNA mungkin kelihatan sama, perbedaan

hanya terletak pada posisi 2’ pentosa dan penggantian Tymin menjadi Urasil. RNA merupakan

satu-satunya makromulekul yang berfungsi untuk menyimpan, mentransmisikan informasi

genetik, dan sebagai katalis. Penemuan katalis RNA atau ribozim telah merubah defenisi dari

enzim.

Proses sintesis molekul RNA menggunakan DNA sebagai templat disebut transkripsi.

Molekul RNA yang disintesis mempunyai urutan basa yang kompelemen dengan salah satu

rantai DNA. Proses transkripsi menghasilkan tiga jenis molekul RNA, yaitu : mRNA, tRNA dan

rRNA. Messenger RNA (mRNA) merupakan blue print yang mengkode urutan asam amino dari

satu atau lebih polipeptida yang terdapat dalam satu gen atau sekumpulan gen. Transfer RNA

(tRNA) berfungsi membaca informasi yang dikode oleh mRNA dan mentransfer asam amino

tertentu ke rantai polipeptida yang sedang tumbuh selama proses sintesis protein. Molekul

ribosomal RNA (rRNA) merupakan komponen ribosom, yang berfungsi sebagai cetakan tempat

sintesis protein terjadi.

Selama proses replikasi keseluruhan kromosom di-copy, namun transkripsi bersifat lebih

selektif. Hanya gen tertentu atau sekumpulan gen tertentu yang ditranskripsi pada suatu waktu

tertentu, dan beberapa bagian DNA genom tidak pernah ditranskripsi. Sel membatasi ekspresi

informasi genetik untuk membentuk produk gen yang dibutuhkan pada waktu tertentu. Terdapat

urutan regulator spesifik yaitu promotor pada awal gen dan terminator pada akhir gen, yang

Page 6: TUGAS BIOLOGI MOLEKULER · PDF file · 2014-11-25Unit fisik terkecil dari organisme hidup adalah sel. Komposisi material sel pada semua ... sel prokariotik dan sel eukariotik. Prokariota

6

menandakan bagian DNA mana yang akan digunakan sebagai templat. Promotor merupakan

urutan pada awal gen yang dikenali oleh RNA polimerase untuk memulai transkripsi, dan

terminator merupakan urutan yang memberikan sinyal penghentian transkripsi.

Rantai DNA yang berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis RNA disebut rantai templat.

Rantai DNA yang komplemen dengan tempat disebut rantai non-templat atau rantai pengkode.

Rantai pengkode atau coding strand identik dengan rantai RNA yang ditranskripsi, kecuali basa

T diganti dengan basa U.

(Shabarni Gaffar.hal:31-33)

Secara ringkas berikut ini hal yang membedakan antara DNA dan RNA

Tabel . Perbedaan DNA dan RNA

DNA (Deoxyribo Nukleat

Acid)

RNA (Ribo Nukleat

Acid)

- Letak Dalam inti sel,

mitokondria, kloroplas,

senriol.

Dalam inti sel,

sitoplasma dan ribosom.

- Bentuk Polinukleotida ganda yang

terpilin panjang

Polinukleotida tunggal

dan pendekl

- Gula Deoxyribosa Ribosa

- Basanya Golongan purin : adenine

dan guanine

Golongan pirimidin :

cytosine dan timin

Golongan purin :

adenine dan guanine

Golongan pirimidin :

cytosine dan urasil

- Fungsi - mengontrol sifat

yang menurun

- sintesis protein

- sintesis RNA

- sintesis protein

-

Kadarnya

Tidak dipengaruhi sintesis

protein.

Letak basa nitrogen dari

kedua pita ADN saling

berhadapan dengan

pasangan yang tetap yaitu

Adenin selalu berpasangan

dengan Timin, Cytosin

dengan Guanin. Kedua

pita itu diikatkan oleh

ikatan hidrogen.

Dipengaruhi sintesis

protein.

Macam RNA :

RNA duta

RNA ribosom

RNA transfer

Page 7: TUGAS BIOLOGI MOLEKULER · PDF file · 2014-11-25Unit fisik terkecil dari organisme hidup adalah sel. Komposisi material sel pada semua ... sel prokariotik dan sel eukariotik. Prokariota

7

Prinsip Dasar Transkripsi

Fungsi dasar kedua yang harus dijalankan oleh DNA sebagai materi genetik adalah fungsi

fenotipik. Artinya, 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 lain, transkripsi merupakan proses

sintesis RNA menggunakan salah satu untai molekul DNA sebagai cetakan (templat)nya.

Transkripsi mempunyai ciri-ciri kimiawi yang serupa dengan sintesis/replikasi DNA, yaitu;

Adanya sumber basa nitrogen berupa nukleosida trifosfat. Bedanya dengan sumber basa

untuk sintesis DNA hanyalah pada molekul gula pentosanya yang tidak berupa deoksiribosa

tetapi ribosa dan tidak adanya basa timin tetapi digantikan oleh urasil. Jadi, keempat

nukleosida trifosfat yang diperlukan adalah adenosin trifosfat (ATP), guanosin trifosfat

(GTP), sitidin trifosfat (CTP), dan uridin trifosfat (UTP).

Adanya untai molekul DNA sebagai cetakan. Dalam hal ini hanya salah satu di antara

kedua untai DNA yang akan berfungsi sebagai cetakan bagi sintesis molekul RNA. Untai

DNA ini mempunyai urutan basa yang komplementer dengan urutan basa RNA hasil

transkripsinya, dan disebut sebagai pita antisens. Sementara itu, untai DNA pasangannya,

yang mempunyai urutan basa sama dengan urutan basa RNA, disebut sebagai pita sens.

Meskipun demikian, sebenarnya transkripsi pada umumnya tidak terjadi pada urutan basa di

sepanjang salah satu untai DNA. Jadi, bisa saja urutan basa yang ditranskripsi terdapat

berselang-seling di antara kedua untai DNA.

Sintesis berlangsung dengan arah 5’→ 3’ seperti halnya arah sintesis DNA.

Gugus 3’- OH pada suatu nukleotida bereaksi dengan gugus 5’- trifosfat pada nukleotida

berikutnya menghasilkan ikatan fosofodiester dengan membebaskan dua atom pirofosfat

anorganik (PPi). Reaksi ini jelas sama dengan reaksi polimerisasi DNA. Hanya saja enzim

yang bekerja bukannya DNA polimerase, melainkan RNA polimerase. Perbedaan yang

sangat nyata di antara kedua enzim ini terletak pada kemampuan enzim RNA polimerase

untuk melakukan inisiasi sintesis RNA tanpa adanya molekul primer.

Page 8: TUGAS BIOLOGI MOLEKULER · PDF file · 2014-11-25Unit fisik terkecil dari organisme hidup adalah sel. Komposisi material sel pada semua ... sel prokariotik dan sel eukariotik. Prokariota

8

5’ 5’-PO4 3’

3’ 5’

3’-OH

Arah sintesis RNA

Skema dasar transkripsi

Pada umumnya, gen yang mengkode protein pada prokaryot berupa gen dengan kopi

tunggal (single copy), sedangkan gen yang mengkode tRNA dan rRNA berupa gen dengan

jumlah kopi banyak (multiple copies). Gen-gen pada prokaryot yang bertanggung jawab dalam

jalur biokimia tertentupada umumnya diorganisasikan dalam struktur operon. Suatu operon

adalah organisasi beberapa gen stuktural yang ekspresinya dikendalikan oleh suatu promoter

yang sama. Sebagai contoh adalah operon lac, yaitu operon yang mengendalikan kemampuan

metabolisme laktosa pada bakteri Escherichia coli. Dalam operon lac terdapat tiga macam gen

struktural yang mengkode protein yang berbeda, yaitu gen Z (mengkode β-galaktosidase), gen γ

(mengkode permease) dan gen A(mengkode trans-asetilase). Masing –masing gen struktural

tersebut mempunyai kodon inisiasi (awal) dan kodon terminasi, tetapi ekspresinya dikendalikan

oleh satu promoter yang sama. Pada waktu ditranskripsi, operon lac akan menghasilkan satu

mRNA yang membawa kode-kode genetik untuk tiga macam polipeptida yang berbeda (oleh

karena itu disebut mRNA polisistronik). Masing-masing polipeptida akan ditranslasi secara

independen dari satu untaian mRNA yang sama.

Β-galaktosidase Trans-asetilase

I p o z y a

Gen represor Operator Permease

Promoter

Page 9: TUGAS BIOLOGI MOLEKULER · PDF file · 2014-11-25Unit fisik terkecil dari organisme hidup adalah sel. Komposisi material sel pada semua ... sel prokariotik dan sel eukariotik. Prokariota

9

Organisasi operon lac pada Escherichia coli (Triwibowo Yuwono: 135-136)

Proses Transkripsi

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

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

Page 10: TUGAS BIOLOGI MOLEKULER · PDF file · 2014-11-25Unit fisik terkecil dari organisme hidup adalah sel. Komposisi material sel pada semua ... sel prokariotik dan sel eukariotik. Prokariota

10

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).

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

Transkripsi gen oleh RNA polimerase E. coli berlangsung dalam tiga tahap: inisiasi,

elongasi dan terminasi. Selama inisiasi, RNA polimerase mengakui situs tertentu pada DNA,

hulu dari gen yang akan ditranskripsi, disebut situs promotor dan kemudian unwinds DNA secara

lokal. Selama perpanjangan polimerase RNA menggunakan antisense untai DNA sebagai

template dan mensintesis molekul RNA komplementer menggunakan trifosfat ribonucleoside 5

'sebagai prekursor. RNA dihasilkan memiliki urutan yang sama seperti untai non-template, yang

disebut rasa strand (strand atau coding) kecuali bahwa RNA mengandung U bukan T. Pada

lokasi yang berbeda pada kromosom bakteri, kadang-kadang satu untai digunakan sebagai

template, kadang-kadang yang lain, tergantung pada strand adalah untai coding untuk gen yang

bersangkutan. Untai yang tepat untuk digunakan sebagai template diidentifikasi untuk

polimerase RNA dengan kehadiran situs promotor. Akhirnya, polimerase RNA bertemu sinyal

terminasi transkripsi dan berhenti, melepaskan transkrip RNA dan memisahkan dari DNA.

(B.D.Hames & N.M.Hooper, Hal: 170)

Telah dikatakan di atas bahwa transkripsi merupakan proses sintesis RNA yang

dikatalisis oleh enzim RNA polimerase. Berikut ini akan diuraikan sekilas enzim RNA 50

Page 11: TUGAS BIOLOGI MOLEKULER · PDF file · 2014-11-25Unit fisik terkecil dari organisme hidup adalah sel. Komposisi material sel pada semua ... sel prokariotik dan sel eukariotik. Prokariota

11

polimerase pada prokariot, khususnya pada bakteri E.coli, promoter σ70, serta proses transkripsi

pada organisme tersebut.

RNA polimerase E. coli

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

alfa (α), beta (β), beta prima (β’), omega (ɷ, dan sigma (σ). Pada bentuk lengkapnya, atau disebut

sebagai holoenzim, terdapat dua subunit α dan satu subunit untuk masing-masing subunit lainnya

sehingga sering dituliskan dengan α2ββ’ɷσ. Holoenzim RNA polimerase diperlukan untuk

inisiasi transkripsi. Namun, untuk elongasi transkripsi tidak diperlukan faktor σ sehingga subunit

ini dilepaskan dari kompleks transkripsi begitu inisiasi selesai. Sisanya, yakni α2ββ’ɷ, merupakan

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

Kebanyakan urutan DNA yang ditranskrifsikan memunculkan mRNA, yang segera

ditranslasikan menjadi protein. Namun, jenis RNA yang paling berlimpah adalah ribosomal

RNA (rRNA) dan transfer RNA (tRNA), yang tidak mengode protein melainkan berfungsi dalam

proses translasi.

Reaksi kimia keseluruhan yang dikatalis oleh RNA polimerase adalah

nNTP Mg2+

(NMP)n + nPPi

Reaksi ini menggunakan empat ribonukleosida trifosfat (ATP, GTP, UTP, dan CTP)

untuk menyusun suatu rantai RNA, urutannya ditentukan oleh untai templat DNA. Penambahan

nukleotida berlangsung berurutan, ikatan fosfodieter terbentuk melalui mekanisme yang sama

seperti dijelaskan untuk DNA polimerase.

Page 12: TUGAS BIOLOGI MOLEKULER · PDF file · 2014-11-25Unit fisik terkecil dari organisme hidup adalah sel. Komposisi material sel pada semua ... sel prokariotik dan sel eukariotik. Prokariota

12

(Yohanis Ngili.hal:479)

Tahapan transkripsi pada prokariot

Di bawah ini akan dijelaskan sekilas tentang pembukaan heliks, yang terjadi antara tahap

pengikatan promoter dan insiasi transkripsi.

Pengikatan promoter

Pada awalnya, RNA polimerase inti (α2ββ’ɷ) mempunyai afinitas nonspesifik terhadap

DNA. Keadaan ini dikenal sebagai pengikatan longgar, dan sifatnya cukup stabil. Namun, begitu

faktor σ bergabung dengan enzim inti tersebut hingga terbentuk holoenzim, terjadilah

pengurangan afinitas nonspesifik terhadap DNA hingga 20.000 kali. Sejalan dengan hal itu,

faktor σjuga 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).

Pembukaan heliks

Page 13: TUGAS BIOLOGI MOLEKULER · PDF file · 2014-11-25Unit fisik terkecil dari organisme hidup adalah sel. Komposisi material sel pada semua ... sel prokariotik dan sel eukariotik. Prokariota

13

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

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, 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.

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 σ, 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

Page 14: TUGAS BIOLOGI MOLEKULER · PDF file · 2014-11-25Unit fisik terkecil dari organisme hidup adalah sel. Komposisi material sel pada semua ... sel prokariotik dan sel eukariotik. Prokariota

14

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, sedangkan ujung 5’ molekul RNA yang disintesis akan membentuk

heliks hibrid 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 lebih.

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 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

Page 15: TUGAS BIOLOGI MOLEKULER · PDF file · 2014-11-25Unit fisik terkecil dari organisme hidup adalah sel. Komposisi material sel pada semua ... sel prokariotik dan sel eukariotik. Prokariota

15

(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.

Sinyalsinyal 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.

Pada E. Coli, terdapat dua mekanisme terminasi yaitu: adanya protein ρ (rho) yang membantu

melepaskan RNA atau terminasi tanpa bantuan protein ρ (rho-independen) dimana pada daerah

terminator membentuk seperti loop.

(Shabarni Gaffar.hal:34)

Struktur RNA

Molekul RNA mempunyai bentuk yang berbeda dengan DNA. RNA memiliki bentuk

pita tunggal dan tidak berpilin. Tiap pita RNA merupakan polinukleotida yang tersusun atas

banyak ribonukleotida. Tiap ribonukleotida tersusun atas gula ribosa, basa nitrogen, dan asam

fosfat.

Basa nitrogen RNA juga dibedakan menjadi basa purin dan basa pirimidin. Basa

purinnya sama dengan DNA tersusun atas adenin (A) dan guanin (G), sedangkan basa

pirimidinnya berbeda dengan DNA yaitu tersusun atas sitosin (C) dan urasil (U).

Tulang punggung RNA tersusun atas deretan ribosa dan fosfat. Ribonukleotida RNA terdapat

secara bebas dalam nukleoplasma dalam bentuk nukleosida trifosfat, seperti adenosin trifosfat

(ATP), guanosin trifosfat (GTP), sistidin trifosfat (CTP), dan uridin trifosfat (UTP). RNA

disintesis oleh DNA di dalam inti sel dengan menggunakan DNA sebagai cetakannya.

Susunan RNA terdiri atas:

a. gugus fosfat

b. gula pentosa (gula ribosa),

c. basa nitrogen.

Basa nitrogen dibedakan menjadi dua jenis.

1) Basa purin yang tersusun dari Adenin (A) dan Guanin (G).

2) Basa pirimidin yang tersusun dari Sitosin (S) dan Urasil (U).

Page 16: TUGAS BIOLOGI MOLEKULER · PDF file · 2014-11-25Unit fisik terkecil dari organisme hidup adalah sel. Komposisi material sel pada semua ... sel prokariotik dan sel eukariotik. Prokariota

16

Proses transkripsi menghasilkan tiga jenis molekul RNA, yaitu : mRNA, tRNA dan rRNA.

Messenger RNA (mRNA) merupakan blue print yang mengkode urutan asam amino dari satu

atau lebih polipeptida yang terdapat dalam satu gen atau sekumpulan gen. Transfer RNA (tRNA)

berfungsi membaca informasi yang dikode oleh mRNA dan mentransfer asam amino tertentu ke

rantai polipeptida yang sedang tumbuh selama proses sintesis protein. Molekul ribosomal RNA

(rRNA) merupakan komponen ribosom, yang berfungsi sebagai cetakan tempat sintesis protein

terjadi.