ESSAY “EKSPRESI GEN”
Disusun untuk memenuhi tugas Kehidupan Tingkat Sel
Oleh
:
Mayang
Indrawati (13030654051)
Pendidikan
IPA B 2013
UNIVERSITAS
NEGERI SURABAYA
FAKULTAS
MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
2015
EKSPRESI
GEN PADA SEL PROKARIOTIK DAN EUKARIOTIK
A.
Pengertian
Ekspresi Gen
Konsep satu gen satu polipeptida merupakan hipotesis yang
menjelaskan tentang ekspresi gen. Hipotes ini menjelaskan bahwa setiap gen akan
mengkode untuk menghasilkan satu rantai
polipeptida. Polipetida atau protein ini turut berperasn dalam suatu reaksi
biokimia yang kemudian pada akhirnya menghasilkan fenotip yang sama.
Di dalam gen, urutan
nukleotida sepanjang untaian DNA menentukan protein, yang akan dihasilkan oleh
organism disebut ekspresi gen. Langkah pertama dalam ekspresi gen adalah
transkripsi DNA menjadi RNA. Molekul RNA sama dengan DNA, kecuali pada :
1. Gugusan gula adalah ribosa. Basa Urasil (U) menggantikan
Timin (T) dan U berpasangan dengan A.
2. RNA biasanya tidak berantai ganda walaupun dapat melipat
dirinya sendiri jika terjadi komplementaritas dan beberapa virus RNA berantai
ganda.
Tiga kelas RNA utama merupakan RNA messenger (mRNA,
RNA transfer (tRNA), RNA ribosomal (rRNA). mRNA diterjemahkan menjadi protein.
tRNA terlibat dalam transfer asam amino ke dalam protein, rRNA termuat dalam
ribosom yang terlibat dalam sintesis protein.
Inisiasi transkripsi merupakan regulasi penting
baik untuk ekspresi gen prokariot dan eukariot. Meskipun beberapa
mekanisme pengaturan yang sama digunakan dalam kedua sistem, ada perbedaan
mendasar dalam regulasi transkripsi pada eukariot dan bakteri.
Eukariotik adalah
organisme kompleks yang mempunyai kromosom lebih dari satu dan memiliki
organel-organe yang lengkap. Eukariot mempunyai membran inti sehingga ada batas
antara inti sel dan sitoplasmanya.
Prokariotik adalah
organisme sederhana yang mempunyai kromosom tunggal dan tidak memiliki organel.
Prokariot tidak mempunyai membrane inti, sehingga tidak ada batas tergas antara
insti sel dan sitoplasma.
B.
Ekspresi Gen pada Sel Prokariotik
1. Tahap
Transkripsi
Transkripsi pada
dasarnya adalah proses penyalinan urutan nukleotida yang terdapat pada molekul
DNA. Dalam proses transkripsi, hanya salah satu untaian DNA yang disalin
menjadi urutan nukleotida RNA (transkip RNA). Urutan nukleotida pada transkrip
RNA bersifat komplemeter. Hal ini dapat digambarkan dengan skema sederhana
berikut ini: 5’-ATG GTC CTT TAC TTG TCT GTA TTT -3’ Untaian DNA pengkode
3’-TAC CAG GAA ATG AAC AGA CAT AAA -5’ Untaian DNA
cetakan
Perlu diingat bahwa pada struktur
RNA tidak ada nukleotida T (thymine), karena struktur T digantikan oleh U
(uracil). Seperti proses transkripsi pada umumnya, transkripsi pada
prokariot berlangsung dalam tiga tahap, yaitu pengikatan inisiasi, elongasi,
dan teminasi.
a. Inisiasi
Berbeda dengan sintesis
DNA, sintesis RNA dapat berlangsung tanpa adanya molekul primer. Oleh karena
hampir semua inisiasi transkripsi berupa basa G atau A, maka nukleotida
trifosfat pertama yang digunakan untuk sintesis RNA adalah GTP atau ATP.
Mula-mula RNA polymerase menggabungkan
dua nukleotida pertama dan membentuk ikatan fosfodiester. Selanjutnya, sembilan
basa pertama ditambahkan tanpa disertai pergeseran RNA polimerase di sepanjang
molekul DNA. 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 pada tahap
berikutnya.
b. Elongasi
Jika
inisiasi berhasil, RNA polimerase melepaskan faktor s, dan bersama-sama
dengan DNA dan RNA yang baru disintesis, akan membentuk kompleks yang terdiri
atas tiga komponen. Dengan adanya kompleks ini, RNA polimerase dapat berjalan
di sepanjang molekul DNA.
Bagian
DNA yang mengalami pembukaan heliks, atau disebut dengan gelembung transkripsi, 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 tidak mencapai satu putaran heliks.
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.
c. Terminasi
RNA
polimerase tetap terikat pada DNA dan melangsungkan transkripsi hingga
mencapai urutan terminator (kodon stop).
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.
2. Tahap
Translasi
a. Inisiasi
(initiation)
Tahap pertama pada inisiasi ini dimulai dengan
adanya pemisahan ribosom 70S menjadi subunit besar
(50S) dan subunit kecil (30S) dengan menggunakan faktor IF-1, kemudian pada
tahapan inisiasi ini subunit ribosom 30S terbebas dari ikatan dengan subunit
50S melalui interaksinya dengan protein IF-3, kemudian terjadinya penggabungan
mRNA, subunit 30S, dan tRNAf membentuk kompleks inisiasi 30S. Setelah kompleks
inisiasi 30S terbentuk selanjutnya subunit 50S (ribosom besar) bergabung dan
membentuk kompleks inisiasi 70S dengan menggunakan energi hasil hidrolisis GTP
yang terjadi pada waktu IF-1, IF-2 dan IF-3 terlepas dari kompleks. Kompleks
inisiasi 70S inilah yang siap melakukan proses pemanjangan polipeptida.
b.
Pemanjangan (elongation)
Proses pemanjangan polipeptida
secara umum mempunyai mekanisme 3 tahapan:
1.
Pengikatan aminoasil –tRNA pada sisi A
yang ada di ribosom,
2.
Pemindahan rantai polipeptida yang
tumbuh dari tRNA yang ada pada sisi P ke arah sisi A dengan membentuk ikatan
peptide,
3.
Translokasi ribosom sepanjang mRNA ke
posisi kodon selanjutnya yang ada di sisi A.
Di dalam kompleks ribosom,
tRNAf sisi P (peptidil), sisi yang lain pada ribosom, yaitu sisi A
(aminoasil), masih kosong pada saat awal sintesis protein. Berpasangannya
triplet kodon inisiasi (AUG/GUG) pada mRNA dengan antikodon pada sisi P
menentukan urutan triplet kodon yang akan masuk ke sisi A. Pembentukan ikatan
peptida antara gugus karboksil pada metionil-tRNAfMet di sisi P dan gugus
amino pada alanil-tRNAala di sisi A dikatalisis oleh enzim peptidil
transferase, suatu enzim yang terikat pada subunit ribosom 50S. Reaksi ini
menghasilkan dipeptida yang terdiri atas f-metionin dan alanin. Langkah
berikutnya adalah translokasi. Dalam contoh ini triplet kodon yang bergeser
dari sisi A ke P tersebut adalah triplet kodon untuk alanin. Triplet kodon
berikutnya akan masuk ke sisi A dan proses seperti di atas hingga translokasi
akan terulang kembali. Translokasi memerlukan aktivitas faktor elongasi berupa
enzim EF-G. Pemanjangan atau elongasi rantai polipeptida akan terus berlangsung
hingga suatu triplet kodon yang memasuki sisi A yang kemudian berlanjut pada
proses terminasi.
 |
 |
c. Pengakhiran
(termination)
Translasi akan berakhir pada waktu salah satu dari
ketiga kodon terminasi (UAA,UGA,UAG) yang ada pada mRNA mencapai posisi A pada
ribosom. Dimana RF-1 yang mengenali kodon UAA atau UAG sehingga rantai
kodon tersebut akan terlepas, kemudian RF-2 akan mengenali kodon UAA atau
UGA sehingga rantai kodon tersebut terlepas. Proses terminasi ditandai oleh
terlepasnya mRNA, tRNA di sisi P, dan rantai polipeptida dari ribosom. Selain
itu kedua subunit ribosompun memisah, pada terminasi diperlukan aktivitas dua
protein yang berperan sebagai faktor pelepas atau releasing factors, yaitu
RF-1 dan RF-2 yang bekerja sama dengan RF-3.
C. Ekspresi Gen pada Sel Eukariotik
Sel-sel
eukariot mengandungn sejumlah molekul RNA dengan panjang 300 nukleotida.
Sebagian besar molekul-molekul ini disintesis oleh polymerase RNA III diluar
nucleolus. Molekul rRNA 5S dalam semua sel dari berbagai spesies adalah sama,
bahkan juga sama dengan rRNA yang terdapat dalam mitokondria dan kloroplas.
Pada sel eukariotik, gen untuk rRNA 5
tidak terdapat pada kromosom yang sama
seperti rRNA jenis lain. Ekspresi gen pada sel eukariot berlangsung di sejumlah
tahapan yang berbeda yaitu : transkripsi, pascatranskripsi, translasi dan pasca
translasi.
1.
Tahap transkripsi
Kontrol utama
dari ekspresi gen terjadi pada tingkat awal transkripsi. Transkripsi diawali
oleh unsure promoter proksimal yang membentuk sekitar 30 nukleotida yang
berawal dari tempat start transkripsi. Daerah ini mengandung book TATA dengan
rangkaian TATA atau rangkaian yang serupa. Struktur ini mengikat suatu kompleks
protein yang dikenal sebagai factor books TATA, dalam hal ini termasuk
protein-protein pengikatan book TATA.
Beberapa
promoter tiidak mengandung kotak TATA dan mengewali transkripsi melalu factor-faktor
yang sama. Secara umum factor-faktor ini disebut factor piranti umum dan basal.
Protein lain
dapat berikatan dengan factor basal pada region promotor dan enhacher DNA untuk
bertindak bersama dengan RNA polymerase untuk dapat mengatur awal transkripsi.
Protein ini disebut factor transkripsi.
Ekspresi gen
terjadi pada tingkat awal transkripsi. Transkripsi diawali pleh unsure promoter
proksimal yang membentuk sekitar 30 nukleotida pada start transkripsi.
Secara
umum mekanisme pada eukariotik serupa dengan yang terjadi pada prokariotik.
Proses transkripsi diawali (diinisiasi) oleh proses penempelan faktor-faktor
transkripsi dan kompleks enzim RNA polimerase pada daerah promoter. Faktor
transkripsi dibedakan menjadi dua kelompok, yaitu faktor transkripsi umum dan faktor
transkripsi yang khusus suatu gen. Penempelan RNA polimerase pada promoter oleh
faktor transkkripsi umum hanya menghasilkan transkripsi pada dasar (basal
level). Pengaturan transkripsi yang lebih spesifik dilakukan oleh faktor
transkripsi yang khusus untuk suatu gen. Meskipun demikian, proses penempelan
tersebut sangat vital bagi keberlangsungan proses transkripsi. Setelah
faktor-faktor transkripsi yang umum dan polimerase menempel pada promoter,
selanjutnya akan terjadi pembentukan kompleks promoter terbuka. Transkripsi
dimulai pada titik awal transkripsi yang terletak beberapa nukleotida sebelum
urutan kodon awal ATG.
Pada eukariotik
terdapat tiga kelas gen, yaitu gen kelas I, gen kelas II, dan gen kelas III
yang masing-masing dikatalisis oleh RNA polimerase dan faktor transkripsi yang
berbeda.
2.
Tahap pasca transkripsi
Tahap ini merupakan pengaturan setelah
terbentuknya mRNA dan selama transport RNA dari inti ke sitoplasma. Pada tahap
ini, RNA mengalami beberapa perubahan setelah transkripsi. Namun mRNA yang
ditranskripsikan dari gen tersebut berbeda. Pada sel eukariotik, mRNA harus
berpindah dari inti melalui pori-pori inti ke sitoplasma agar dapat
ditranslasikan. Nucleus menguraikan mRNA, mencegah pembentukan protein yang
dikode oleh mRNA. Selama transportasi ini, mRNA terikat pada protein yang
membantu penguraiannya.
3.
Tahap translasi
Pada
translasi terdapat t-RNA yang berfungsi mentransfer
asam-asam amino ke ribosom. Molekul t-RNA tidak semuanya identik. Setiap tipe
molekul t-RNA menghubungkan kodon m-RNA tertentu dengan asam amino tertentu. Ketika
tiba di ribosom, molekul t-RNA membawa asam amino pada salah satu ujung. Pada
ujung lainya terdapat triplet nukletioda yang disebut anti kodon yang
berdasarkan aturan pemasangan basa,mengikatkan diri pada kodon komplementer di
m-RNA
Translasi
terjadi pada ribosom, tersusun dari subunit kecil dan subunit besar. Subunit
tersebut dibangun oleh protein-protein dan molekul RNA yang disebut RNA
ribosom. Ribosom memudahkan pemasangan antara anti kodon t-RNA dengan kodon
m-RNA selama sintesis protein.
Terdapat
tiga tahapan pada yaitu inisiasi, elongasi dan terminasi,berikut ialah tahapan-tahapan
tersebut.
a.
Inisiasi
Tahap inisiasi terjadi karena adanya tiga komponen
yaitu mRNA. mRNA yang keluar dari nukleus menuju sitoplasma dijemput oleh
ribosom, kemudian mRNA masuk ke dalam “celah” ribosom. Ketika mRNA masuk ke ribosom,
ribosom membaca kodon yang masuk. Dengan demikian, proses pembacaan kodon dapat
berlangsung secara berurutan. Ketika kodon I terbaca ribosom (misal kodonnya
AUG), tRNA yang membawa antikodon UAC dan asam amino metionin datang. kemudian
tRNA masuk ke celah ribosom.
Ribosom di sini berfungsi untuk memudahkan
perlekatan yang spesifik antara antikodon tRNA dengan kodon mRNA selama
sintesis protein. Sub unit ribosom dibangun oleh protein-protein dan
molekul-molekul RNA ribosomal.
b. Elongasi
Pada tahap
elongasi dari translasi, asam amino-asam amino ditambahkan satu per satu pada
asam amino pertama. Ribosom terus bergeser agar mRNA lebih masuk, agar dapat
membaca kodon II. (Misalnya kodon II UCA, yang segera diterjemahkan oleh tRNA
berarti kodon AGU sambil membawa asam amino serine). Di dalam ribosom, metionin
yang pertama kali masuk dirangkaikan dengan serine membentuk dipeptida.
Ribosom terus
bergeser, membaca kodon III. (Misalkan kodon III GAG, segera diterjemahkan oleh
antikodon CUC sambil membawa asam amino glisin). tRNA tersebut masuk ke
ribosom. Asam amino glisin dirangkaikan dengan dipeptida yang telah terbentuk
sehingga membentuk tripeptida. Demikian seterusnya proses pembacaan kode
genetika itu berlangsung di dalam ribobom.
Kodon mRNA pada
ribosom membentuk ikatan hidrogen dengan antikodon molekul tRNA yang baru masuk
yang membawa asam amino. Molekul mRNA yang telah melepaskan asam amino akan
kembali ke sitoplasma untuk mengulangi kembali pengangkutan asam amino. Molekul
rRNA dari sub unit ribosom besar berfungsi sebagai enzim yang mengkatalisis
pembentukan ikatan peptida yang menggabungkan polipeptida yang memanjang ke
asam amino yang baru tiba.
c.
Terminasi
Tahap
akhir translasi adalah terminasi. Elongasi berlanjut hingga kodon stop mencapai
ribosom. Triplet basa kodon stop adalah UAA, UAG, dan UGA. Kodon stop tidak
mengkode asam amino melainkan bertindak untuk menghentikan translasi.
Polipeptida yang dibentuk kemudian “diproses” menjadi protein.
Pada
pembentukan protein, factor inisiasi untuk translasi terutama inisiasi
eukariotik 2 merupakan pusat mekanisme pengatur ini. mRNA lain memiliki
lengkung tajam yang menghambat inisiasi translasi.
4.
Tahap pasca translasi
Tahap
ini merupakan tahap terbentuknya protein. Setelah disintesis, lama hidup
protein diatur oleh degradasi proteolitik. Protein memiliki waktu paruh yang
berbeda-beda. Sebagian hanya bertahan beberapa jam atau hari. Sebagian besar protein mengalami degadrasi oleh enzim
lisosom. Protein lain didegadrasi oleh protease di dalam sitoplasma.
D.
Perbedaan antara sel prokariot dan eukariot
1.
Pada
Prokariot
Ø Translasi
terjadi sebelum transkripsi selesai sempurna, terlaksana hampir serempak
Ø Proses
transkripsi dan translasi dari sel prokariotik terjadi di sitoplasma, karena
tidak mempunyai membrane inti
Ø Gen
prokariot terdiri dari :
-
Promotor
Mengendalikan transkripsi pada
ujung 5’
-
Struktural
Terletak di hilir promoter,
menganduung urutan DNA yang akan ditranskripsi
-
Terminator
Member sinyal pada RNA Polimerase
untuk menghentikan transkripsi
Ø Gen
prokariotdiorganisasikan dalam satu sistem operon 1 promoter untuk
mengendalikan seluruh gen strukrural.
Ø Sifatekspresi
gen mRNA – polisistronik : dalam satu transkrip terkandung .> 1 rangkaian
kodon (sistron) polipetida yang berbeda.
Ø Tidak
terjadi Splicing karena tidak terdapat intron dalam satu strand mRNA hasil
transkripsi.
Ø Hasil
sistesis dari RNA polymerase dapat langsung melanjutkan proses transkripsi
2.
Pada
Eukariot
Ø Translasi
terjadi setelah proses transkripsi selesai, tidak dapat terlaksana secara
bersamaan.
Ø Proses
transkripsi terjadi di dalam inti sel, translasi terjadi sitoplasma karena
terdapat membrane yang membatasi keduanya
Ø Gen
eukariotik :
- Gen
kelas 1(ditranskripsikan oleh RNA polymerase 1)
- Gen
kelas 2 (ditranskripsi oleh RNA polymerase 2) , mengkode protein dan beberapa
RNA berukuran kecil di dalam nucleus. Terdiri dari mRNA, snRNA
- Gen
kelas 3 (mengkode tRNA 5 srRNA)\
Ø Tidak
ada sistem operon, bersifat spesifik
Ø Sifat
ekspresi gen mRNA - monosistronik : 1 transkrip yang dihasilkan hanya mengkode
satu macam produk ekspresi gen. 1 mRNA membawa 1 macam rangkaian codon untuk 1
macam polipeptida
Ø Terjadi
splicing karena dalam satu strand mRNA hasil transkripsi yang akan
diterjemahkan, terdapat intron dan ekson berselang-seling
Ø Transkripsi
terjadi di nucleus, maka adanya penambahan gugus Methyl pada ujung 5’ (capping)
dan gugus Poly-A tail pada ujung 3’ (Poliadenilasi), sebelum berlanjut pada
proses translasi di sitoplasma.
Ø Terdapat
transkripsi factor, berupa protein sebagai tempat menempelnya RNA polymerase.
Ø Sub
unit Ribosomal 80S dengan 60S bagian besar dan 40S bagian kecil.
DAFTAR PUSTAKA
Diandryka, Imvi. 2012. Transkripsi (online) diakses dari https://imvidiandryka.wordpress.com/2012/08/02/transkripsi/
Susanto, Agus Hery. BAB V
Transkripsi. (online) diakses dari https://biomol.wordpress.com/bahan-ajar/transkripsi/
Henuhili,
Victoria dan Suratsih. 2003. Common
Textbook Genetika.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar