kontrol perkembangan oleh rna-libre

Upload: meilana-sapta-d

Post on 22-Feb-2018

238 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    1/33

    BIOLOGY DEVELOPMETAL

    KONTROL PERKEMBANGAN OLEH mRNA

    DOSEN PENGAMPU MATA KULIAH:

    Prof. Dr. Djohar

    DIBUAT OLEH:

    Erie Agusta 13708251069

    PROGRAM PASCASARJANA PENDIDIKAN SAINS

    UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

    2013/2014

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    2/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 1

    BAB I

    PENDAHULUAN

    Menurut Gilbert, hal terpenting dalam proses difrensiasi perkembangan

    adalah produk kompleks protein yang berbeda jenis di dalam sel. Pada bakteri,

    perbedaan ekspresi gen bisa disebabkan pada proses transkripsi, translasi, dan

    degradasi protein. Pada eukariotik proses difrensiasi ini juga terjadi di tingkat

    RNA sebagai pengontrol perkembangan mahluk hidup eukariotik. Senada dengan

    Gilbert, menurut Haryono (2007:4) dalam penelitiannya mengenai efek toksin T-2

    terhadap perkembangan embrio praimplantasi dan fetus mencit swiss webster,

    kontrol pembelahan di tingkat eukariotik dikendalikan oleh mRNA sejak maternal

    embrio (fase transisi) dan pada masa mRNA embrional, hal ini terlihat pada umur

    kebuntingan nol dan dua hari, ketika embrio masih berada pada tahap 1-8 sel,

    kontrol genom masih dilakukan oleh mRNA maternal. Menurut Christian et al

    dalamHaryono (2007:4) mengemukakan bahwa kegagalan pewarisan mRNA dari

    gen Heat shock faktor 1 (Hsf1) menyebabkan kegagalan pembelahan zigot.

    Dengan demikian, kehadiran toksin T-2 dapat mengganggu kontrol genom pada

    masa transisi, dan kontrol genom embrio yang dapat mengakibatkan kelambatan

    pembelahan sel yang dipengarhui oleh kinerja mRNA (Haryono, 2007:4). Jadi,

    dengan melihat hasil penelitian ini tampak jelas bahwa peran RNA sangat bersifat

    mendasar dalam membangun perkembangan mahluk hidup. Oleh karena itu,

    bagaimana proses sintesis ini berlangsung, berikut akan dijabarkan dalam

    pembahasan control perkembangan yang dilakukan oleh RNA.

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    3/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 2

    BAB II

    PEMBAHASAN

    A.

    RNA

    Asam ribonukleat (RNA) adalah satu dari tiga makromolekul utama

    (bersama dengan DNA dan protein) yang berperan penting dalam segala bentuk

    kehidupan. Asam ribonukleat berperan sebagai pembawa bahan genetik dan

    memainkan peran utama dalam ekspresi genetik. Dalam dogma pokok (central

    dogma) genetika molekular, asam ribonukleat (ribonucleic acid, RNA) adalah

    bahan genetik yang memainkan peran utama dalam ekspresi genetik. Dalam

    dogma pokok genetika molekular, RNA merupakan perantara informasi yang

    dibawa DNA dan ekspresi fenotipik yang diwujudkan dalam bentuk protein

    (Agustina, 2011:1).

    a. Struktur

    Menurut Suryo (1996:74), struktur dasar RNA berbentuk pita tunggal

    (single strand)dan lebih pendek dibandinkan dengan DNA. Perbedaan RNA

    dengan DNA juga terletak pada satu gugus hidroksil cincin gula pentosa,

    sehingga dinamakan ribosa, sedangkan gugus pentosa pada DNA

    disebut deoksiribosa. Basa nitrogen pada RNA sama dengan DNA,

    kecuali basa timina pada DNA diganti dengan urasil pada RNA. Lokasi

    DNA umumnya terdapat di dalam kromosom, sedangkan lokasi RNA

    tergantung dari jenis RNAnya. RNAddibuat di nukleus dan dikeuarkan ke

    sitoplasma. RNAd dibuat oleh DNA namun harus diingat bahwa basa A dari

    pita DNA akan berpasangan dengan basa U dari RNA. RNAt terdapat di

    dalam sitoplasma dan memiliki struktur seperti daun semanggi, sedangkan

    RNAr yang bersama protein membentuk ribosom, terdapat di dalam

    sitoplasma.

    b.

    Fungsi RNA

    Meurut Suryo (1996), padasekelompok virus (misalnya bakteriofag),

    RNA merupakan bahan genetik, ia berfungsi sebagai penyimpan informasi

    genetik, sebagaimana DNA pada organisme hidup lain. Ketika virus ini

    menyerang sel hidup, RNA yang dibawanya masuk ke sitoplasma sel korban,

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    4/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 3

    yang kemudian ditranslasi oleh sel inang untuk menghasilkan virus-virus

    baru. Namun demikian, peran penting RNA terletak pada fungsinya sebagai

    perantara antara DNA dan protein dalam proses ekspresi genetik karena ini

    berlaku untuk semua organisme hidup.

    Berdasarkan penelitian Effendi dkk (2010:6), menyatakan bahwa

    fungsi RNA juga berperan dalam proses regenerasi sel, hal ini dilihat dari

    pemberian suplemen makanan untuk melengkapi kebutuhan gizi guna

    memfasilitasi regenerasi sel yang optimal dalam jangka pendek dalam

    penelitian efektivitas pemberian CGF (Chlorella Growth Faktor) 40%

    dalam mempercepat peningkatan trombosit pada penderita demam berdarah

    dengue.

    Jika dilihat dari jenis-jenis RNA, masing-masing RNA ini memiliki

    fungsinya sendiri. RNAd mempunyai fungsi menerima informasi genetik

    dari DNA, RNAt mempunyai fungsi asam amino yang terdapat dalam

    sitoplasma, RNAr mempunyai fungsi menyediakan tempat untuk sintesa

    protein.

    c. Jenis

    RNA hadir di alam dalam berbagai macam/tipe. Sebagai bahan

    genetik, RNA berwujud sepasang pita (Inggris double-stranded). Genetika

    molekular klasik mengajarkan, pada eukariota terdapat tiga-tipe RNA yang

    terlibat dalam proses sintesis protein:

    a) Messenger-RNA, mRNA

    b) Ribosomal-RNA, rRNA

    c) Transfer-RNA, tRNA

    Dalam penelitian Agustina (2011:2) menyatakan bahwa, pada akhir

    abad ke-20 dan awal abad ke-21, diketahui RNA hadir dalam berbagai

    bentuk dan terlibat dalam proses pasca-translasi. Dalam pengaturan ekspresi

    genetik, kini dikenal RNA-mikro (miRNA), yang terlibat dalam "peredaman

    gen" atau gene silencing, dan siRNA, yang terlibat dalam proses pertahanan

    terhadap serangan virus. siRNA berperan menghapuskan mRNA target,

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    5/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 4

    sedangkan miRNA biasanya mengontrol tingkat transkripsi mRNA target

    dan, dengan demikian, menghalangi proses translasi protein.

    B.

    SINTESIS PROTEIN

    Sintesis protein merupakan tahapan terpenting dalam penyusunan asam

    nukleat di tingkat seluler. Ada dua tahapan dalam proses sintesis protein,

    yaitu: transkripsi dan translasi. Dua tahapan ini memiliki perbedaan yang

    mendasar jika dilihat dari prokariotik dan eukariotik. Perbedaaan ini terletak

    pada struktural gen, faktor-faktor pengendali, mekanisme, serta sistem regulasi

    transkripsi. Pada prokariotik sebelum transkripsi selesai dilakukan, proses

    translasi juga sudah berlangsung. Sebaliknya, pada eukariotik proses

    transkripsi terjadi pada nukleus dan translasi berada di sitoplasma. Selain itu

    pada sel-sel eukariotik, transkrip mRNA primer akan diproses sebelum

    dilepaskan dari nukleus sebagai molekul-molekul mRNA matang. Pada

    awalnya, kebanyakan transkrip primer eukariotik (pre-mRNA) adalah mosaic

    dari daerah-daerah pengkode (ekson) dan daerah-daerah antikode (intron).

    Sehingga, sebelum mRNA meninggalkan nukleus untuk menjadi mRNA

    sitoplasmik yang matang, daerah-daerah antikode (intron) harus disingkirkan

    secara tepat dan daerah-daerah pengkode (ekson) harus disambungkan.

    Berbeda pada tingkat prokariotik gen-gen bakteri tidak memiliki intron

    sehingga bakteri dapat memulai translasi mRNA menjadi protein walaupun

    mRNA belum selesai ditranskripsikan dari DNA (Elrod dan Standsfield,

    2007:61). Menurut Nirenberg dalam Derobertis (1975:410), kode genetik

    telah menjadi pondasi awal bakteri sama seperti pada saat bakteri pertama

    kali ada, ini sudah berlangusung dari tiga miliar tahun yang lalu dan sejak itu

    kode genetik sedikit yang telah mengalami perubahan evolusi di dalam

    organime.Walaupun kebanyakan pengetahuan kita mengenai genetika

    berasal dari eksperimen pada tingkat prokariotik, pada dasarnya

    mekanisme genetik yang terjadi memiliki kesamaan pada sistem genetik

    di tingkat eukariotik seperti ampibia, mamalia, dan jaringan tumbuhan

    (Derobertis, 1975:410). Berikut penjelasan mengenai mekanisme sintesis

    protein pada prokariotik dan eukariotik:

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    6/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 5

    1. Transkripsi pada Prokariotik

    Menurut, Suryo (1996:112) secara umum transkripsi

    merupakan proses pencetakan mRNA oleh DNA dengan

    menggunakan Enzim mRNA polimerase. Ada tiga tahapan transkripsi

    yaitu inisiasi, eloginasi, dan terminasi. Berikut ini penjabaran ketiga

    tahapan transkripsi tersebut:

    Gambar 1. Transkripsi

    (Sumber: Passarge, 2001:56)

    a)Inisiasi

    Tahapan proses inisiasi (initiation) transkripsi meliputi 4

    langkah yaitu: (1) pembentukan kompleks promoter tertutup; (2)

    pembentukan kompleks promoter terbuka; (3) penggabungan beberapa

    nukleotida awal (sekitar 10 nukleotida); dan (4) perubahan konformasi

    RNA polimerase karena subunit dilepaskan dari kompleks

    holoenzim (Yuwono, 2005:145). Subunit tersebut selanjutnya dapat

    digunakan lagi dalam proses inisiasi 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 RNA 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 menggunakan urutan

    DNA cetakan sebagai panduannya. Dalam proses transkripsi,

    nukleotida RNA digabungkan sehingga membentuk transkrip RNA.

    Nukleotida pertama yang digabungkan hampir selalu berupa molekul

    purin. Kajian pada 88 promoter menunjukkan bahwa 51 % molekul

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    7/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 6

    RNA diawali dengan basa A , 42% diawali dengan G, 5% diawali

    dengan C,dan 2% diawali dengan U. Pada awalnya, basa-basa RNA

    yang digabungkan membentuk ikatan hidrogen dengan basa DNA

    cetakan, sehingga jika urutan DNA cetakan adalah ATG, maka basa

    RNA yang digabungkan adalah UAC.

    Subunit mempunyai peranan dalam menstimulasi inisiasi

    transkripsi tetopi tidak mempercepat loju pertambahan untaion RNA.

    Proses inisiasi transkripsi merupakan proses yang menentukan laju

    transkripsi. Inisiasi transkripsi dapat dihambat oleh pemberian

    antibiotik rifampisin, tetapi antibiotik ini tidak menghambat proses

    pemanjangan transkrip. Penelitian yang dilakukan oleh Alfred Heil

    dan Walter Zilig pada tahun 1970 dalam Yuwono (2005:145),

    membuktikan bahwa subunit RNA polimerase yang menentukan

    kepekaan atau ketahanan terhadap antibiotik rifampisin adalah subunit

    .

    Setelah proses inisiasi transkripsi terjadi, selanjutnya subunit

    terlepas dari enzim inti dan dapat digunakan lagi oleh enzim inti RNA

    polimerase yang lain (Travers dan Burgess, 1969 dalam Yuwono,

    2005:145). Travers dan Burgess (1969) dalam Yuwono (2005:145),

    menunjukkan bahwa jika transkripsi berlangsung pada kekuatan ionik

    yang rendah, maka RNA polimerase inti tidak terlepas dari DNA

    cetakan pada ujung suatu gen. Hal ini menyebabkan inisiasi

    transkripsi berhenti.

    Jika ke dalam sistem tersebut dimasukkan RNA polimerase inti

    yang baru transkripsi kemudian berjalan kembali. Keadaan ini

    menunjukkan bahwa RNA polimerase inti yang baru tersebut

    kemudian bergabung dengan subunit sebelumnya telah dilepaskan

    dari enzim RNA polimerase, inti lainnya.

    b)

    Elongasi (pemanjangan)

    Menurut Yuwono (2005:146), pada bagian gelembung

    transkripsi, basa-basa molekul RNA membentuk hibrid dengan DNA

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    8/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 7

    cetakan sepanjang kurang lebih 12 nuldeotida. 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 RNA

    berkisar antara 30 sampai 60 nukleotida per detik, meskipun laju rata-

    ratanya dapat lebih rendah dari nilai ini. Secara umum, berdasarkan

    atas nilai laju semacam ini, suatu gen yang mengkode protein akan

    disalin menjadi RNA dalam waktu sekitar satu menit. Meskipun

    demikian, laju pemanjangan transkrip dapat menjadi sangat rendah

    (sekitar 0,1 nukleotida per detik) jika RNA polimerase melewati sisi

    jeda (pause site) yang biasanya mengandung banyak basa GC. Proses

    pemanjangan transkrip dapat dihambat oleh antibiotik

    streptolidigin. Kepekaan atau ketahanan terhadap streptolidigin juga

    ditentukan oleh subunit Q pada RNA polimerase.

    Dalam pemanjangan transkrip, nukleotida ditambahkan Secara

    kovalen pada ujung 3' molekul RNA yang barn terbentuk. Nukleotida

    RNA yang ditambahkan tersebut bersifat komplementer dengan

    nukleotida pada untaian DNA cetakan (Yuwono, 2005:148). Sebagai

    contoh, jika nukleotida pada DNA cetakan adalah A, maka nukleotida

    RNA yang ditambahkan adalah U.

    Menurut Yuwono (2005:147), dalam proses pemanjangan

    transkrip ada dua hipotesis yang diajukan mengenai perubahan

    topologi DNA. Hipotesis pertama menyatakan bahwa enzim RNA

    polimerase bergerak melingkari untaian DNA sepanjang

    perjalanannya. Dengan cara demikian maka dapat dihindari teriadinya

    pelintiran pada struktur DNA, tetapi untaian RNA hasil transkripsinya

    akan melintir sepanjang untaian DNA. Sebaliknya, hipotesis kedua

    menyatakan bahwa enzim RNA polimerase bergerak lurus sepanjang

    untaian DNA sehingga RNA yang terbentuk tidak mengalami

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    9/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 8

    pelintiran, tetapi untaian DNA yang ditranskripsi harus mengalami

    puntiran. Untaian DNA yang ada di depan RNA polimerase akan

    membuka sedangkan DNA yang berada di belakangnya akan memuntir

    kembali untuk menutup. Dalam proses pemanjangan transkrip RNA,

    demikian juga pada proses inisiasi sintesis RNA, terjadi Pembentukan

    ikatan fosfodiester antara nukleotida RNA yang satu dengan

    nukleotida berikutnya. Pembentukan ikatan fosfodiester tersebut

    ditentukan oleh keberadaan subunit R pada RNA polimerase.

    Transkripsi akan berakhir pada saat RNA polimerase mencapai ujung

    gen yang disebutterminator.

    c)

    Terminasi

    Pada bakteri E. coli ada dua macam terminator yaitu: (1) terminator

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

    dan (2) terminator yang tergantung pada protein rho (rho-

    independent terminator)(Yuwono, 2005:146).

    1) Pengakhiran Transkripsi yang Tidak Tergantung pada

    Faktor Rho

    Pengakhiran terminasi yang tidak tergantung pada rho

    dilakukan tanpa harus melibatkan suatu protein khusus,

    melainkan ditentukan oleh adanya suatu urutan nukleotida

    tertentu pada bagian terminator. Sinyal yang akan mengakhiri

    transkripsi dengan mekanisme semacam ini ditentukan oleh

    daerah yang mengandung banyak urutan GC yang dapat

    membentuk struktur batang dan lengkung (stem-andloop) pada

    RNA dengan panjang sekitar 20 basa di sebelah hulu dari ujung

    3'-OH dan diikuti oleh rangkaian 4-8 residu uridin berurutan.

    struktur batang lengkung tersebut menyebabkan RNA

    polimerase berhenti dan merusak bagian S' dari hibrid RNA-

    DNA. Bagian sisa hibrid RNA-DNA tersebut berupa urutan

    oligo (rU) yang tidak cukup stabil berpasangan dengan dA.

    Akibatnya ujung 3' hibrid tersebut akan terlepas sehingga

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    10/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 9

    transkripsi berakhir. Eksperimen yang dilakukan oleh Peggy

    Farnham dan Terry Platt dalam Yuwono (2005:148),

    menunjukkan bahwa pengakhiran transkripsi tanpa

    melibatkan faktor rho mempunyai dua ciri utama, yaitu: (1)

    adanya rangkaian basa berulang-balik (inverted repeat) yang

    dapat membentuk lengkungan, dan (2) adanya rangkaian basa T

    pada untaian DNA bukan cetakan (nontemplate strand)

    sehingga terbentuk pasangan basa yang lemah antara rUdA

    yang menahan transkrip RNA pada untaian DNA cetakan. Pada

    waktu lengkungan RNA terbentuk, maka RNA polimerase

    berhenti dan ikatan basa yang lemah menyebabkan RNA yang

    baru terbentuk akan terlepas.

    2) Pengakhiran Transkripsi yang Tergantung pada Faktor

    Rho.

    Mekanisme pengakhiran transkripsi semacam ini

    memerlukan protein p (rho). Pengakhiran transkripsi yang

    memerlukan faktor rho hanya terjadi pada daerah jeda yang

    terletak pada jarak tertentu dari promoter. Dengan demikian,

    jika ada daerah yang terletak di dekat promoter, maka daerah

    itu tidak dapat berfungsi sebagai daerah pengakhiran

    transkripsi. Terminator yang tergantung pada rho terdiri atas

    suatu urutan berulang-balik yang dapat membentuk

    lengkungan, tetapi tidak ada rangkaian basa T seperti pada

    daerah terminator yang tidak melibatkan faktor rho. Faktor rho

    diduga ikut terikat pada transkripsi dan mengikuti pergerakan

    RNA polymerase sampai akhirnya RNA polymerase berhenti

    pada daerah terminator yaitu sesaat setelah menyintesis

    lengkungan RNA. Selanjutnya, faktor rho menyebabkan

    destabilisasi ikatan RNA-DNA sehingga transkripsi RNA

    terlepas dari DNA cetakan.

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    11/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 10

    2.

    Transkripsi pada Eukariotik

    Menurut, Yuwono (2005:180), secara umum, mekanisme transkripsi

    pada eukariotik serupa dengan yang terjadi pada prokariotik. Proses

    transkripsi diawali (diinisiasi) oleh proses penempelan faktor-faktor

    transkripsi dan kompleks enzim RNA polymerase pada daerah promoter.

    Berbeda halnya dengan yang terjadi pada prokariotik, RNA polymerase

    eukariotik tidak menempel secara langsung pada DNA di daerah

    promoter, melainkan melalui perantara protein-protein lain yang disebut

    sebagai faktor transkripsi (transcription faktor, TF). Faktor-faktor

    transkripsi dibedakan menjadi dua kelompok, yaitu: (1) faktor transkripsi

    umum, dan (2) faktor transkripsi khusus untuk suatu gen. Faktor transkripsi

    umum mengarahkan RNA polymerase ke promoter/promotor. Penempelan

    RNA polymerase pada promoter oleh faktor transkripsi umu hanya

    menghasilkan transkripsi pada aras dasar (basal level). Pengaturan transkripsi

    yang lebih spesifik lagi dilakukan oleh faktor transkripsi yang khususuntuk

    suatu gen. Meskipun demikian, proses penempelan tersebut sangat vital bagi

    kelangsungan proses transkripsi. Setelah faktor-faktor transkripsi umum dan

    RNA polimerase menempel pada promoter, selanjutnya akan terjadi

    pembentukan kompleks promoter terbuka (open promoter complex).

    Transkripsi dimulai pada titik awal transkripsi (RNA initiation site, RIS) 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 dikatalis oleh RNA polymerase dan

    faktor transkripsi yang berbeda. RNA polymerase I,II, dan II masing-masing

    memiliki berat molekul sebesar 630 kDa, 567 kDa, dan 697 kDa. Ketiga

    macam enzim ini mempunyai banyak sub unit yang masing-masing ukurannya

    bervariasi. Berikut table perbedaan sifat antara RNA polymerase I, II, dan III.

    Tabel. 1. Perbedaan Sifat antara RNA Polimerase I, II, dan III

    Aspek

    Perbedaan

    RNA

    Polimerase I

    RNA

    Polimerase II

    RNA

    Polimerase III

    PerananTranskripsi gen

    kelasi I

    menghasilkan

    Transkripsi genkelas II

    menghasilkan

    Transkripsi genkelas II

    menghasilkan

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    12/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 11

    18S rRNA, 58SrRNA, dan 28S

    rRNA

    mRNA dansnRNA

    tRNA, 5SrRNA, snRNA

    U6, RNA 7SL,

    RNA 7SK,

    RNA VA, danRNA EBER2

    Berat molekul 680 kDa 567 kDa 697 kDa

    Jumlah subunit 13 12 14

    Aktivitas

    Aktif pada

    kekuatan ionic

    rendah,distimulasi oleh

    Mn2+maupun

    Mg2+

    Aktif pada

    kekuatan ionic

    tinggi, lebihaktif dengan

    adanya Mn2+

    maupun Mg2+

    Aktif pada

    kisaran ioniccukup lebar,

    lebih aktif

    dengan Mn2+

    Lokasi dalam sel Nukleus Nukleoplasma Nukleoplasma

    Sumber: Yuwono, 2005:178

    Transkripsi Gen Kelas I

    Transkripsi gen kelas I dilakukan oleh RNA polimerase I. Proses

    transkripsi gen kelas I juga dimulai dengan pembentukan kompleks pra-

    inisiasi yang dilakukan oleh RNA polimerase I dan dua faktor transkripsi,

    yaitu SL1 dan UBF (upstream-binding factor). SLI pertama kali diisolasi

    dari sel HeLa dan mampu mengatur terjadinya inisiasi transkripsi pada gen

    manusia secara akurat. SLI merupakan faktor transkripsi yang mempunyai

    spesifisitas untuk suatu spesies, artinya dapat membeclakan antara promoter

    gen pada manusia dan promoter pada gen mencit. Faktor SLI diketahui

    berperanan dalam penyusunan kompleks pra-inisiasi RNA polimerase I.

    spesifisitas SLI terhadap suatu promoter dibantu oleh elemen promoter utama

    (core promoter element). Robert Tjian dan kawan-kawan dalam Yuwono

    (2005184), menunjukkan bahwa promoter rRNA hibrid yang tersusun atas

    elemen promoter utama yang berasal dari manusia dan daerah pengendali hulu

    yang berasal dari mencit dapat mendorong terjadinya transkripsi oleh RNA

    polimerase I dan faktor transkripsi SLI yang berasal dari manusia. Sebaliknya,

    jika elemen promoter utama berasal dari mencit dan daerah pengendali huluberasal dari manusia, maka tidak terjadi transkripsi meskipun ada RNA

    polimerase I dan faktor transkripsi SL1 yang berasal dari manusia. Hal ini

    menunjukkan bahwa elemen promoter utama mempunyai peranan yang sangat

    penting dalam interaksinya dengan faktor transkripsi SL1. Faktor SL1

    merupakan suatu kompleks protein yang tersusun atas TBP (TATA-box

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    13/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 12

    bindingprotein) dan tiga molekul TAF (TATA-box associatedprotein). SL

    I secara sendirian mampu menstimulasi transkripsi pada aras dasar

    (basal level).

    Transkripsi gen kelas I dimulai dari daerah promoter antara dan

    berakhir pada sisi sebelah hulu promoter utama. Hal ini dimaksudkan untuk

    mengantarkan molekul RNA polimerase I dalam jumlah besar ke sisi inisiasi.

    Secara rinci, mekanisme inisiasi transkripsi gen kelas I sampai saat ini belum

    diketahui secara jelas (Yuwono, 2005:184).

    Selain faktor SL 1, inisiasi transkripsi gen kelas I juga memerlukan

    faktor transkripsi UBF. Faktor UBF inilah yang menempel pada daerah

    promoter gen rRNA secara langsung dan bukannya RNA polimerase I. Robert

    Tjian dan kawankawan dalam Yuwono (2005:184), menemukan bahwa faktor

    UBF juga dapat menstimulasi transkripsi gen rRNA secara in vitro. UBF dan

    SL1 diketahui berinteraksi dalam menstimulasi aktivitas promoter gen rRNA

    melalui daerah pengendali sebelah hulu. Penelitian lebih lanjut menunjukkan

    bahwa faktor SL 1 yang berasal dari manusia tidak berikatan langsung pada

    DNA, sedangkan SL 1 yang berasal dari mencit dapat menempel pada

    promoter gen rRNA mencit. Selain itu juga diketahui bahwa faktor transkripsi

    SL1 yang berasal dari manusia hanya aktif terhadap promoter manusia,

    sedangkan SL1 mencit juga hanya aktif terhadap promoter mencit.

    Sebaliknya, faktor transkripsi UBF yang berasal dari manusia dapat

    menggantikan fungsi UBF dari mencit, dan Sebaliknya (Yuwono,

    2005:185).

    Transkripsi Gen Kelas II

    Transkripsi gen kelas II dilakukan oleh RNA polimerase II yang

    dibantu oleh beberapa faktor transkripsi umum. Penyusunan kompleks faktor

    transkripsi umum dan RNA polimerase II pada daerah promoter membentuk

    kompleks pra-inisiasi yang akan segera mengawali transkripsi jika ada

    nukleotida. Ikatan semacam ini membuat daerah promoter menjadi terbuka

    sehingga RNA polimerase II dapat membaca urutan DNA pada cetakan.

    Faktor transkripsi umum yang berperan dalam mengarahkan RNA

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    14/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 13

    polimerase II ke promoter adalah TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF,

    TFIIH, dan TFIID. Faktor-faktor transkripsi tersebut akan menempel ke

    daerah promoter secara bertahap sebelum akhirnya terbentuk kompleks pra-

    inisiasi. Penempelan faktor transkripsi tersebut terjadi dengan urutan: (1)

    pertama-tama TFIID menempel pada bagian kotak TATA pada promoter,

    yang dibantu oleh faktor TFIIA sehingga membentuk kompleks DA, (2)

    kemudian diikuti oleh penempelan TFIIB, (3) TFIIF selanjutnya menempel

    diikuti oleh penempelan RNA polimerase II, (4) akhirnya faktor TFIIE akan

    menempel diikuti oleh TFIIH dan TFIID (Yuwono, 2005:181). Kompleks

    pra-inisiasi yang terbentuk disebut sebagai kompleks DABPoIFEH.

    Dengan demikian dapat dipahami bahwa RNA polimerase II pada

    eukaryot tidak menempel secara langsung pada DNA di daerah promoter

    melainkan melalui perantaran faktor transkripsi. TFIID adalah faktor

    transkripsi pertama yang secara langsung berikatan dengan kotak TATA

    sehingga penempelan faktor transkripsi ini akan mengarahkan faktor-faktor

    transkripsi yang lain dan RNA polimerase II untuk mengenali daerah

    promoter. Percobaan secara in vitro menunjukkan bahwa jika TFIID tidak ada,

    maka tidak akan terbentuk kompleks pra-inisiasi, meskipun faktor-faktor

    transkripsi yang lain ditambahkan. Secara in vitro juga telah dibuktikan bahwa

    TFIID dapat menempel pada kotak TATA secara independen tanpa dibantu

    oleh TFIIA, sehingga disimpulkan bahwa peranan TFIIA adalah

    meningkatkan daya ikat (affinity) TFIID terhadap kotak TATA. Pada waktu

    kompleks pra-inisiasi sudah terbentuk, RNA polimerase bersama-sama dengan

    TFIIH menutupi daerah promoter mulai dari posisi -34 sampai +17.

    Faktor transkripsi TFIID sebenarnya merupakan kompleks protein

    yang terdiri atas beberapa macam protein, yaitu protein pengikat kotak TATA

    (TATAbox binding protein, TBP), dan 8-10 TAF (TBP-associated factors,

    faktor transkripsi yang terkait dengan TBP). Pada gen kelas II, protein-protein

    TAF disebut sebagai TAFH karena pada gen kelas I dan gen kelas III terdapat

    kelompok protein TAF yang lain yaitu TAF1 (kelas 1) dan TAF2 (kelas II).

    Protein yang melekat langsung pada kotak TATA sebenarnya hanya protein

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    15/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 14

    TBP, sedangkan protein yang lain dalam kompleks TFIID berikatan melalui

    ikatan protein dengan protein. TBP juga terlibat dalam proses pembentukan

    kompleks pra-inisiasi dalam ekspresi gen kelas I dan gen kelas III.

    Setelah terbentuk kompleks pra-inisiasi, RNA polimerase II siap untuk

    melakukan proses transkripsi jika ada nukleotida. Faktor transkripsi yang

    penting untuk mengawali (inisiasi) proses transkripsi adalah TBP, TFIIB,

    TFIIF, dan RNA polimerase II. Tanpa adanya TFIIE dan TFIIH, sebenarnya

    sudah dapat terjadi transkripsi namun tidak sempurna (abortif). Pembentukan

    transkrip yang tidak sempurna tersebut menandakan telah terbentuknya

    kompleks inisiasi termasuk terjadinya pembukaan DNA secara lokal dan

    pembentukan ikatan fosfodiester pertama. Dalam hal ini faktor TFIIF dan

    TFIIH tidak diperlukan dalam proses inisiasi melainkan diperlukan dalam

    proses pelepasan dari promoter (promoter clearance) yang menandai

    dimulainya transkripsi (pemanjangan transkrip) secara aktif. Pelepasan dari

    promoter tersebut dikatalisis oleh aktivitas DNA helikase yang dimiliki oleh

    TFIIH sehingga menyebabkan terbukanya DNA pada daerah promoter. Hal ini

    diduga dilakukan dengan cara memuntir DNA di daerah hilir dari bagian yang

    berikatan dengan faktor transkripsi yang lain sehingga terbentuk gelembung

    transkripsi. Pembentukan gelembung transkripsi memungkinkan RNA

    polimerase untuk memulai transkripsi dan bergerak ke arah hilir sepanjang 10-

    12 nukleotida. Pergerakan RNA polimerase tersebut dibantu oleh aktivitas

    TFIIH yang menyebabkan pemanjangan gelembung transkripsi.

    Faktor TFIIH mempunyai banyak peranan, salah satunya adalah dalam

    proses fosforilasi RNA polimerase II menjadi bentuk IIO. TFIIH diketahui

    mempunyai aktivitas kinase CTD. Bentuk RNA polimerase IIO inilah yang

    selanjutnya melakukan proses pemanjangan transkrip. Fosforilasi terjadi pada

    asam-asam amino pada bagian CTD yang ada pada subunit RNA polimerase II

    yang paling besar. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa proses fosforilasi

    RNA polimerase II inilah yang memicu perubahan status RNA polimerase II

    dari keadaan pra-inisiasi menjadi inisiasi dan selanjutnya terjadi pemanjangan

    transkrip. Fosforilasi pada RNA polimerase II menyebabkan terjadinya

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    16/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 15

    perubahan konformasi kompleks inisiasi menjadi adi bentuk yang siap untuk

    melakukan pemanjangan transkrip. Pemanjangan transkrip tersebut dapat

    terjadi karena fosforilasi RNA polimerase II menyebabkan ikatan antara CTD

    dengan TBP menjadi lemah. Dengan adanya nukleotida maka kompleks

    pemanjangan (elongation complex) dapat meneruskan proses pemanjangan

    transkrip (RNA).

    Proses pemanjangan transkrip distimulasi oleh suatu faktor yang

    disebut TFIIS. Faktor ini pertama kali diketemukan oleh Reinberg dan Roeder

    pada tahun 1987 dalam sel HeLa (Yuwono, 2005:183). Faktor TFIIS ini

    diketahui merupakan homolog faktor serupa yaitu SII yang terdapat di dalam

    sel tumor ascite yang diketemukan oleh Naori (Yuwono, 2005:183). Faktor

    TFIIS diketahui dapat memengaruhi proses pemanjangan transkrip tetapi tidak

    berperan dalam proses inisiasi transkripsi. Faktor TFIIS dapat menstimulasi

    pemanjangan transkrip dengan cara membatasi jeda dalam proses polimerase

    RNA oleh RNA polimerase. Diketahui bahwa aktivitas RNA polimerase

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

    terjadi jeda dalam proses transkripsi pada suatu daerah yang disebut sisi jeda

    (pausing site). TFIIS diketahui mengurangi waktu jeda semacam ini sehingga

    dapat meningkatkan pemanjangan transkrip. Ada hal yang menarik bahwa

    salah satu faktor inisiasi, yaitu TFIIF, juga dapat memengaruhi proses

    pemanjangan transkrip meskipun dengan cara yang berbeda dari TFIIS. Faktor

    TFIIS diketahui dapat memengaruhi 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 polimerase

    II mencapai daerah terminator. Pada dasarnya proses pemanjangan transkrip

    berlangsung seperti proses yang terjadi pada sistem prokaryot seperti telah

    dijelaskan pada bagian sebelumnya. Terminasi transkripsi dapat terjadi karena

    adanya aktivitas fosfatase yang spesifik untuk CTD sehingga mengembalikan

    RNA polimerase II menjacli bentuk yang tidak mengalami fosforilasi. Dalam

    keadaan tidak mengalami fosforilasi, RNA polimerase II dapat digunakan lagi

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    17/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 16

    dalam proses transkripsi berikutnya. Dengan demikian RNA polimerase II

    dapat digunakan secara berulang-ulang dalam proses transkripsi gen kelas II.

    Hal ini disebut sebagai RNApolymerase cycling.

    Transkripsi Gen Kelas III

    Transkripsi gen kelas III (gen tRNA dan 5S rRNA) dilakukan oleh

    RNA polimerase III dibantu oleh sekelompok protein yang dikenal

    sebagai faktor transkripsi TFIII yang meliputi TFIIIA, TFIIIB, dan

    TFIIIC Berta protein TBP. Penelitian menunjukkan bahwa sintesis tRNA

    dapat dilakukan tanpa menggunakan TFIIIA, melainkan cukup dengan TFIIIB

    dan TFIIIC (Yuwono, 2005:185). Sebaliknya, sintesis 5S rRNA memerlukan

    TFIIIA, TFIIIB, dan TFIIIC. Dalam sintesis 5S rRNA, TFIIIA merupakan

    faktor pertama yang mengenali dan melekat pada promoter gen 5S rRNA.

    Sejauh ini proses rinci transkripsi gen kelas III masih merupakan hipotesis

    yang rangkaiannya kurang lebih sebagai berikut (Yuwono, 2005: 185).

    Pertama-tama, faktor TFIIIC menempel pada kotak A dan kotak B yang ada

    pada promoter internal (pada gen 5S rRNA, TFIIIC akan menempel

    bersamaan dengan TFIIIA). Penempelan TFIIIC tersebut mendorong

    penempelan TFIIIB dan TBP pada daerah sebelah hulu dari titik awal

    transkripsi. Selanjutnya, RNA polimerase III menempel pada daerah awal

    transkripsi dan siap memulai proses transkripsi. Pada saat transkripsi dimulai,

    RNA polimerase III diduga menyebabkan TFIIIC terlepas dari ikatannya

    dengan kotak A dan kotak B pada daerah promoter internal, sementara TFIIIB

    tetap berada di tempatnya untuk memulai rangkaian proses transkripsi

    berikutnya. Secara in vitro, kompleks ikatan TFIIIA, TFIIIB, TFIII C, dan

    RNA polimerase III tersebut dapat mendukung proses transkripsi sampai

    kurang lebih 40 kali. Selama rangkaian proses tersebut, RNA polimerase III

    akan berdisosiasi dan berasosiasi kembali ke dalam kompleks protein setiap

    kali terjadi proses transkripsi. Sejauh ini diketahui bahwa terminasi transkripsi

    gen kelas III pada Xenopus terjadi pada suatu daerah tertentu dan tidak

    melibatkan protein khusus.

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    18/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 17

    TFIIIA adalah suatu protein yang melekat pada DNA dan mempunyai

    struktur yang disebut sebagai zinc-finger. Protein zinc-finger dicirikan oleh

    suatu inti atom zinc yang mengikat dua asam amino sistein dan dua asam

    amino histidin, meskipun beberapa protein zinc-finger yang lain ada yang

    hanya mengikat empat asam sistein dan tidak ada histidin. Faktor TFIIIA

    tersusun atas Sembilan struktur zinc-fingerdalam satu baris dan struktur ini

    diduga menyisip ke dalam struktur major groove pada DNA daerah promoter

    internal gen 5S rRNA.

    3. Translasi pada Prokariotik

    Menurut Suryo (1996:119), translasi merupakan proses penerjemahan

    mRNA menjadi protein. Mekanisme translasi lebih komplek dibandingkan

    dengan transkripsi. Ada dua substansi yang mengambil peranan penting

    dalam translasi, dua substansi itu ialah ribsom dan t-RNA (transfer RNA)

    (Derobertis, 1975; Suryo, 1996).

    a)

    Ribosom

    Ribosom merupakan tempat penterjemahan mRNA menjadi

    protein yang terdapat pada sitoplasma. Ribosom terdiri dari dua sub-unit,

    yaitu 30S dan 50S, di dalam sub-unit ribosom terdapat ribosom-RNA (r-

    RNA). Ukuran 30S dan 50S adalah koefesien sedimentasi, yang diperoleh

    dari sedimentasi ultrasentrifuge. Ribosom yang lengkap dan fungsional

    mempunyai ukuran 70S. Tiap ribosom mempnyai dua sisi untuk

    berhubungan dengan tRNA, satu sisi dinamakan sisi peptidil (sisi P),

    sedang sisi yang lain dinamakan sisi aminosil (sisi A).

    Gambar 3. Jenis Ribosom(Sumber: Suryo, 1995)

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    19/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 18

    Gambar 4. Sisi Peptidil dan Sisi Aminosil

    (Sumber: Suryo, 1995)

    b) Transfer RNA (t-RNA), yang merupakan molekul adaptor

    tRNA dinamakan molekul adaptor dalam proses translasi karena

    tRNA dapat mengenal asam amino maupun mRNA. Semua molekul tRNA

    adalah molekul-molekul kecil, panjangnya kira-kira 80 nukleotida, dan

    mempunyai struktur sekunder maupun terseier hampir sama walaupun

    terdapat perbedaan dalam struktur primernya, yaitu urutan nukleotida.

    Gambar 5. t-RNA daun Semanggi

    (Sumber: Passarge, 2001:56)

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    20/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 19

    Jika asam amino terikat pada ujung 3 dari tRNA, dikatakan bahwa tRNA

    itu telah bermuatan. Proses ini berlangsung dalam dua tingkat yang kedua-

    duanya dikatalisis oleh enzim aminosil-tRNA sintetase. Dua tingkat itu

    adalah:

    a) Asam amino diaktifkan dengan menggunakan energi dari ATP. Hasil

    dari reaksi ini adalah aminosil-AMP dan hasil tambahan berupa

    piropospat, dua ujung kelompok pospat dari ATP, yang dilepaskan

    pada waktu pembentukan AMP.

    + +

    b) Ikatan antara kelompok pospat dalam ATP (dan tripospat nukleotida

    lainya) adalah ikatan berenergi tinggi. Energi diterima oleh aminosil-

    AMP, dan karena itu asam amino telah diaktifkan.

    Energi dalam aminosil-AMP digunakan untuk memindahkan asam

    amino ke tRNA, membentu aminosil-tRNA.

    +

    Enzim aminosil-tRNA sintase mempunyai dua peranan, yaitu

    mengkatalis reaksi pembentukan aminosil-tRNA dan menentukan

    kekhasan dari reaski ini.

    Gambar 6. Struktur Amiosil-tRNA

    (Sumber: Suryo, 2005)

    Menurut Suryo (1996:124), translasi dimulai bila ujung 5 dari molekul

    mRNA berhubungan dengan partikel kecil ribosom 30S dan dengan

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    21/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 20

    inisiator tRNA, yang membawa asam amino pertama untuk pertumbuhan

    rantai polipeptida. Proses ini membutuhkan sumber energi (GTP) dan

    beberapa faktor inisiasi protein. Inisiator tRNA yang ikut mengambil

    bagian dalam proses ini diberi muatan dengan asam amino metionin.

    Metionin dalam inisiator tRNA ini berupa Formilmetionil-tRNA

    (fmet-tRNA). Ada tiga tahapan dalam translasi, ketiga ini adalah inisiasi,

    eloginasi, dan terminasi, berikut ini penjabaran ketiga tahapan tersebut

    (Suryo 1996:124):

    Gambar 7. Translasi(Sumber: Passarge, 2001:56)

    a.

    Inisiasi Prokariotik

    Tahap inisiai:

    1) Terikatnya ujung 5 dari mRNA pada ribosom subunit 30S yang

    diissosiasi dari ribosom 70S, dengan IF-1, IF-2, dan IF3 (jenis-

    jenis faktor inisiasi protein), ini merupakan syarat essensial untuk

    tahapan inisiasi.

    2) Bersatunya inisiator tRNA kepada komplek 30S dengan bantuan

    GTP dan IF-2 membentuk ikatan hidrogen antara antikodon dari

    inisiator t-RNA (UAC) dan kodon komplementer dari mRNA

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    22/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 21

    (AUG), karena AUG merupakan kodon mRNA pertama dikenal

    selama translasi, maka dinamakan kodon inisiator.

    3) Ribosom subunit 50S bersatu dengan 30S. Ini membutuhkan

    teruarainya GTP yang melepaskan faktor-faktor inisiasi.

    Bersatunya dua subunit ini disebut komplek inisiasi 70S dengan

    inisiator tRNA bermuatan terikat pada sisi P, komplek ribosom ini

    siap untuk melakukan sintesa protein.

    Tabel 1. Fungsi IF-1, IF-2, dan IF-3

    IF-1 IF-2 IF-3

    Memisahkan ribosom

    menjadi sub-unitnya

    Menambatkan tRNA

    pada komplek permulaan

    Ribosom yang terpisah

    mengikat/menambat pada

    mRNA membentukkompleks permulaan

    Sumber: Modul Ajar Biokimia UNY

    Gambar 8. Siklus Inisiasi

    (Sumber: Suryo, 1995)

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    23/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 22

    b. Eloginasi Prokariotik

    Perpajangan rantai polipeptida beralangsung menurut suatu siklus

    berupa terulangnya tiga tigkatan, tiga tingkatan tersebut adalah:

    1) Terikatnya aminosil-tRNA. Aminosil-tRNA bersatu dengan sisi A

    yang kosong dari ribosom. Proses ini tidak langsung, tetapi dimulai

    oleh berpasangnya kodon dan anti-kodon yang berlangsung dengan

    terurainya GTP dan dengan adanya faktor-faktor perpanjangan (EF-TU

    dan EF-Ts).

    2) Sintesa ikatan peptida. Setelah tRNA bermuatan masuk ke sisi A,

    ikatan peptide terbentuk dengan katalis enzim yang disebut enzim

    peptidil transferase.

    3) Translokasi. Pada tingkatan ini peptidil-tRNA yang menempati sisi A

    pindah ke sisi P, sehingga member tempat untuk ikatan aminosil-tRNA

    selanjutnya. Selama proses ini, tRNA yang semula terikat pada sisi P

    akan diselenggarakan untuk digunakan lagi.

    Tabel 2. Fungsi EF-TU, EF-Ts, dan EF-G

    EF-TU EF-Ts EF-G

    Menambatkan

    aminosil tRNA pada

    sisi A

    Mengaktifkan TU Translokasi

    Sumber: Modul Ajar Biokimia UNY

    Gambar 9.Elongasi

    (Sumber: Suryo, 1995)

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    24/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 23

    c. Terminasi

    Siklus perpanjangan dari sintesa protein berlangsung samapai

    semua asam amino ikut mengambil bagian dalam rantai polipeptida.

    Terminasi memerlukan faktor-faktor terminasi (atau pelepasan) tertentu,

    yang dapat mengenal kodon-kodon terminasi UAA, UAG dan UGA dalam

    mRNA. Faktor-faktor terminasi ini ialah (RF-1) untuk mengenal UAA dan

    UAG, (RF-2) mengenal UGA dan UAA, dan (RF-3) menyebabkan rantai

    polipeptida yang lengkap lepas dari tRNA. Ribosom kemudian

    melepaskan mRNA dan tRNA yang tidak bermuatan lagi, yang kini

    menjadi bebas untuk mulai lagi dengan putaran sintesisi protein yang lain.

    Tabel 3. Fungsi EF-TU, EF-Ts, dan EF-G

    RF-1 RF-2 RF-3

    Pembebasan rantai

    kodon UAA

    Pembebasan rantai

    kodon UGA

    Melepaskan rantai

    polipepetida dari tRNA

    Sumber: Modul Ajar Biokimia UNY

    Gambar 10. Terminasi

    (Sumber: Suryo, 1995)

    4. Translasi pada Eukariotik

    a.

    Inisiasi Translasi pada Eukaryot

    Menurut Yuwono (2005:212), ada beberapa perbedaan dalam hal

    proses inisiasi translasi antara prokaryot dengan eukaryot. Pada eukaryot,

    kodon inisiasi adalah metionin (bukan formil metionin seperti pada

    prokaryot) tetapi tRNA yang melakukan inisiasi berbeda dari tRNA

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    25/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 24

    yang menambahkan metionin pada bagian dalam polipeptida.

    Molekul tRNA inisiator disebut sebagai tRNAMet

    . Selain itu, pada

    eukaryot tidak ada sekuens Shine-Dalgarno seperti yang ada pada

    prokaryot. Fungsi sekuens ini, yang akan menuntun ribosom untuk

    menemukan kodon inisiasi, dilakukan oleh struktur tudung (cap)berupa

    7metil guanosin.

    Menurut Yuwono (2005:215) ribosom bersama-sama dengan

    tRNA1Met

    dapat menemukan kodon awal dengan cara berikatan dengan

    ujung 5' (tudung), kemudian melakukan pelarikan (scanning) transkrip ke

    arah hilir (dengan arah 5'3') sampai menemukan kodon awal (AUG).

    Menurut model scanning tersebut, ribosom memulai translasi pada waktu

    menjumpai sekuens AUG yang pertama kali. Meskipun demikian,

    penelitian pada 699 mRNA eukaryot menunjukkan bahwa sekitar 5-10%

    AUG yang pertama bukanlah kodon inisiasi (Yuwono, 2005:215). Pada

    kasus semacam ini, ribosom akan melewati satu atau dua AUG sebelum

    melakukan inisiasi translasi. Sekuens AUG yang dikenali sebagai kodon

    inisiasi adalah sekuens yang terletak pada sekuens konsensus

    CCRCCAUGG (R adalah purin: A atau G). Pengenalan sekuens AUG

    sebagai kodon inisiasi banyak ditentukan oleh tRNA1Met. Perubahan

    antikodon pada tRNA1Met

    menyebabkan dikenalinya kodon lain sebagai

    kodon inisiasi (Yuwono, 2005: 215).

    Pada eukaryot, faktor inisiasi translasi yang diperlukan adalah

    eIF-1, -2, -3, -5, dan -6 (huruf e adalah singkatan dari eukaryot) .

    Faktor elF-3 mengubah subunit kecil ribosom eukaryot (40S) menjadi

    suatu bentuk yang siap untuk menerima amioasil-tRNA pertama. Setelah

    amino-asil tRNA yang pertama melekat, dengan bantuan elF-2

    terbentuklah kompleks 43S. Selanjutnya, dengan bantuan elF-4, mRNA

    melekat ke kompleks 43S membentuk kompleks 48S. Akhirnya, faktor

    elF-5 membantu subunit besar (60S) untuk melekat pada kompleks 48S

    sehingga dihasilkan kompleks 80S yang siap untuk melakukan translasi

    mRNA. Faktor elF-6 adalah suatu faktor anti-asosiasi yang mencegah

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    26/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 25

    subunit 60S untuk berasosiasi dengan subunit 40S sebelum terbentuk

    kompleks inisiasi. Faktor elF-4F adalah suatu faktor yang melekat pada

    struktur tudung pada jung 5. Faktor ini terdiri atas 3 bagian, yaitu elF-4E,

    elF-4A, dan elF-4G. Bersama-sama dengan elF-4E, elF-3, dan poly[A]-

    biding protein, faktor elF-4G menarik subunit 40S ke mRNA mRNA

    sehingga menstimulasi inisiasi translasi.

    b.

    Pemanjangan (Elongation)Polipeptida pada Eukariotik

    Proses pemanjangan polipeptida disebut sebagai proses elongation

    yang secara umum mempunyai mekanisme yang serupa pada prokaryot

    dan eukaryot. Proses pemanjangan terjadi dalam tiga tahapan, yaitu: (1)

    pengikatan aminoasil-tRNA pada sisi A yang ada di ribosom; (2)

    pemindahan rantai polipeptida yang tumbuh dari tRNA yang ada pada sisi

    P arah sisi A dengan membentuk ikatan peptide; dan (3) translokasi

    ribosom sepanjang mRNA ke posisi kodon selanjutnya yang ada di sisi A.

    Di dalam kompleks ribosom, molekul fMet-tRNAfMet

    menempati

    sisi P (peptidil). Sisi yang lain pada ribosom, yaitu sisi A (aminoasil),

    masih kosong pada saat awal sintesis protein. Molekul tRNA pertama

    tersebut (Net-tRNAfMet

    ) berikatan dengan kodon AUG (atau GUG) pada

    mRNA melalui antikodon-nya. Tahap selanjutnya adalah penyisipan

    aminoasil-tRNA pada sisi A. Macam tRNA (serta asam amino yang

    dibawa) yang masuk pada sisi A tersebut tergantung pada kodon yang

    terletak pada sisi A. Penyisipan aminoasil-tRNA-yang masuk ke posisi

    A tersebut dilakukan oleh suatu protein yang disebut faktor

    pemanjangan Tu (elongation factor Tu, EF-Tu). Penyisipan ini dibantu

    dengan proses hidrolisis GTP menjadi GDP.

    Setelah sisi P dan A terisi, maka tahap selanjutnya adalah

    pembentukan ikatan peptidil yang dikatalisis oleh enzim peptidil

    transferase. Molekul Net-Met-tRNAfMet

    yang ada pada sisi P dipindahkan

    ke sisi A sehingga terbentuk dipeptidil- tRNA. Setelah tahap ini sisi P

    hanya berisi tRNA yang kosong, sedangkan sisi A berisi dipeptidil-tRNA.

    Selanjutnya, terjadi proses translokasi yaitu pemindahan dipeptidil-tRNA

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    27/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 26

    dari sisi A ke sisi P, sedangkan molekul tRNA kosong yang tadinya

    menempati sisi P ditranslokasi ke sisi E (exit). Pada proses translokasi ini

    mRNA bergerak sepanjang tiga nukleotida sehingga kodon berikutnya

    terletak pada posisi A untuk menunggu masuknya aminoasil-tRNA

    berikutnya. Proses translokasi memerlukan GTP dan faktor pemanjanganG

    (elongation factor G,EF-G).

    Proses pemanjangan polipeptida berlangsung sangat cepat. Pada E.

    coli, ketiga tahapan proses untuk menambahkan satu asam amino ke

    polipeptida yang sedang tumbuh memerlukan waktu sekitar 0,05 detik

    (Yuwono, 2005:216). Dengan demikian sintesis polipeptida yang terdiri

    atas 300 asam amino hanya memerlukan waktu selama 15 detik. Ribosom

    membaca kodon-kodon pada mRNA dari ujung 5'3'. Hasil proses

    translasi adalah molekul polipeptida yang mempunyai ujung amino dan

    ujung karboksil. Ujung amino adalah ujung yang pertama kali disintesis

    dan merupakan hasil penerjemahan kodon yang terletak pada ujung S'

    pada mRNA, sedangkan ujung yang terakhir disintesis adalah gugus

    karboksil. Ujung karboksil merupakan hasil penerjemahan kodon yang

    terletak pada ujung 3' pada mRNA. Oleh karena itu, sintesis protein

    berlangsung dari ujung amino ke ujung karboksil.

    c.

    Terminasi pada Eukariotik

    Tranlasi akan berakhir pada waktu salah satu dari ketiga kodon

    terminasi (UAA, UGA, UAG) yang ada pad a mRNA mencapai posisi A

    pada ribosom. Dalam keadaan normal tidak ada aminoasil-tRNA yang

    membawa asam amino sesuai dengan ketiga kodon tersebut. Oleh karena

    itu, jika ribosom mencapai salah satu dari ketiga kodon terminasi tersebut,

    maka proses translasi berakhir. Pada E. coli, ketiga sinyal penghentian

    proses translasi tersebut dikenali oleh suatu protein, yang disebut

    release factors (RF), misalnya RF1 yang mengenali kodon UAA tau

    UAG, atau RF2 yang mengenali kodon UAA atau UGA. Sebaliknya,

    pada eukaryot hanya ada satu release factor, yaitu eRF, yang

    mengenali ketiga kodon terminasi tersebut. Penempelan protein RF

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    28/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 27

    pada kodon terminasi tersebut mengaktifkan enzim peptidil transferase

    yang menghidrolisis ikatan antara polipeptida dengan tRNA pada sisi P

    dan menyebabkan tRNA yang kosong mengalami translokasi ke sisi E.

    Polipeptida yang sudah dipotong dari tRNA tersebut selanjutnya lepas dari

    ribosom. Setelah itu, subunit 30S dan subunit 50S akan terdisosiasi

    sehingga dapat digunakan untuk proses sintesis protein berikutnya. Secara

    umum proses translasi pada jasad eukaryot berlangsung dengan

    mekanisme serupa dengan yang terjadi pada jasad prokaryot.

    Proses pemanjangan polipeptida dapat dihambat oleh suatu

    antibiotik yang disebut puromisin. Antibiotik ini mempunyai struktur

    yang mirip dengan suatu aminoasil-tRNA sehingga dapat melekat pada

    sisi A ribosom. Jika puromisin melekat pada sisi A, maka selanjutnya

    antibiotik itu dapat membentuk ikatan peptida dengan peptida yang ada

    pada sisi P clan menghasilkan peptidil puromisin. Peptidil puromisin tidak

    dapat melekat kuat pada ribosom sehingga akhirnya terlepas. Hal itu

    menyebabkan terjadinya terminasi translasi secara prematur. Mekanisme

    inilah yang menyebabkan puromisin dapat membunuh bakteri dan sel

    lainnya. Antibiotik lainnya yang dapat menghambat translasi dengan

    cara berikatan pada ribosom adalah streptomisin, kloramfenikol,

    tetrasiklin, eritromisin, clan cycloheximide.

    Seperti halnya pada replikasi DNA, mekanisme translasi juga

    mempunyai sistem untuk melakukan koreksi jika ada kesalahan dalam

    penggabungan aminoasil-tRNA pada ribosom. Sistem koreksi tersebut

    dikenal sebagai proofreading. Akurasi sistem translasi ditentukan

    terutama oleh dua hal, yaitu pada saat penambahan muatan pada

    tRNA (tRNA charging) dan pada saat aminoasil-tRNA melekat pada

    sisi A ribosom. Jika terjadi kesalahan pengikatan aminoasil-tRNA, maka

    tRNA tersebut akan dikeluarkan dari ribosom. Meskipun demikian,

    akurasi sistem translasi tidak berbanding lurus dengan laju translasi,

    karena semakin tinggi akurasinya maka semakin rendah laju

    translasinya, demikian pula sebaliknya. Oleh karena itu, ada

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    29/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 28

    perimbangan antara akurasi sistem translasi dengan laju translasi. Pada E.

    coli laju kesalahan dalam translasi per asam amino yang ditambahkan

    mencapai sekitar 0,01 %. Antibiotik streptomisin dapat menyebabkan

    peningkatan kesalahan translasi karena memengaruhi sistemproofreading.

    Dalam keadaan normal, ribosom hampir selalu mengikat fenilalanin jika

    ada poli(U) sintetik. Di lain pihak, streptomisin menstimulasi pengikatan

    isoleusin jika ada poli (U) pada mRNA sehingga menyebabkan

    peningkatan kesalahan translasi. Mutasi pada gen yang mengkode protein

    ribosom tertentu, misalnya ram, menyebabkan terjadinya peningkatan laju

    pembentukan ikatan peptida pada waktu pemanjangan polipeptida sedang

    berlangsung. Hal ini menyebabkan kurangnya waktu untuk melakukan

    perbaikan jika terjadi kesalahan penggabungan aminoasil-tRNA sehingga

    aminoasil-tRNA yang keliru tidak sempat dikeluarkan dari ribosom.

    Akibatnya, akurasi translasi menjadi berkurang. Sebaliknya, pada mutan

    yang resisters terhadap streptomisin, pembentukan ikatan peptida terjadi

    dalam waktu lebih lambat (separuh dari laju normal). Dengan demikian,

    ada cukup waktu untuk melakukan perbaikan (pengeluaran aminoasil-

    tRNA yang keliru) jika ada kesalahan sehingga translasi pada mutan

    semacam ini menjadi sangat akurat.

    5. Splicing

    Menurut Subowo (2010:182) menyatakan bahwa jumlah asam amino

    yang menyusun polipeptida yang harus disintesis di ribosom tidak sama

    dengan jumla kodon yang ditranskrisikan, ini berarti telah terjadi pengurangan

    panjang mRNA yag akan dibawa ke sitoplasma. Pengurangan jumlah

    nukleotida tersebut mengikuti suatu mekanisme yang disebut sebagai

    splicing. Tidak semua nukleotid diterjemahkan menjadi polipeptida. Baik

    panggal molekul DNA maupun transkripsinya yang berbentuk mRNA, terdiri

    atas penggal-penggal yang berbeda fungsinya dalam sintesis protein. Dalam

    satu gena, terdapat penggal rangkaian nukleotida yang menentukan pola

    susunan asam amino, sedang penggal lain merupakan rangkaian nukleotida

    yang tidak menentukan susunan asam amino yang akan dirangkaikan. Jenis

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    30/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 29

    penggal DNA pertama disebut ekson dan jenis pengal DNA kedua dinamakan

    intron. Dalam satu penggal gena jumlah ekson yang dipisahkan oleh penggal

    intron tidak sama. Dalam satu gena dapat memiliki 4 atau lebih ekson yang

    dipisahkan oleh intron.

    Sebelum mRNA dibawa keluar dari inti, dilakukan pemotongan

    penggal-penggal yang dimaksud di atas. Setelah masing-masing penggal

    dipotong segera penggal-penggal ekson disambung kembali membentuk

    mRNA baru yang dinamakan mRNA fungsional. mRNA fungsional inilah

    yang dapat dibawa keluar inti menuju ribosom untuk translasi. Inilah yang

    disebut tahap splicingdalam sintesis protein. Tahap splicing termasuk dalam

    pengaturan ekpresi gena, karena penggali intron tidak diekpresikan sebagai

    protein.

    Spilicing yang mencakup pemotongan intron dan penyambungan

    ekson dilakukan oleh sliceosom yang menghasilkan mRNA fungsional.

    Spliceosom adalah kumpulan SNUPRP dari jenis U1, U2, U5, dan U4/U5

    yang bekerja pada ujung-ujung intron. SNURP (snRNP) = small nuclear

    ribonucleoprotein adalah kompleks protein dengan RNA pendek (

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    31/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 30

    Pada saat gastrulasi sel-sel mengalami migrasi yang berlangsung dalam

    interaksi sel. Interaksi sel sendiri, sangat dipengaruhi oleh hormon dan protein

    reseptor. Seperti contoh, pergantian kulit pada serangga yang disebabkan oleh

    hormon ekdison (ecdyson), hormon ekdison disini berperan sebagai substansi

    pengatur karena hormon ini memacu aktivitas gen dalam sel-sel sasaran, disaat

    yang sama protein-protein reseptor pada permukaan sel (membran seluler)

    mengikat molekul-molekul hormon sehingga hormon dapat mengatur

    metabolisme dan aktivitas gen ahluk hidup (Apandi, 1992: 158).

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    32/33

    Biology Developm en t al | Kont r ol Per kem bangan oleh m RNA 31

    DAFTAR PUSTAKA

    Agustina, Dwi dkk. (2011). Peranan RNA interference pada Embryonic Stem

    Cell. CDK, 186,38, No 5.

    Effendi. (2010). Effectiveness of CGF 40% in Hastening the Increasing ofThrombocyte in Dengue Fever Patient. Journal of Nutrition and Food, 5,

    130-138

    DeRobertis. 1975. Cell Biology-six edition. Philadelphia: Saunders Company

    Haryono dkk. (2007). The Effects of T-2 Toxin on Preimplantion Embryos and

    Fetuses of Swiss Webster Mice.HAYATI Journal of Biosciences, 14, 23-27

    Apandi, Anna C. 1992.Dasar-dasar Genetika. Jakarta: Erlangga

    Passarge, Eberhard M.D. 2001. Color Atlas of Genetics 2nd edition. Thieme

    Stuttgart: New York 2001

    Suboyo. 2010.Bioogi Sel. Bandung: Sagung Seto.

    Suryo. 1996. Genetika. Jakarta: Departemen Pendidikan dan Kebudayaan

    Derektorat Perguruan Tinggi Proyek Pendidikan Tenaga Guru.

    Yuwono, Tribowo. 2005.Biologi Molukuler. Jakarta: Erlangga.

  • 7/24/2019 Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre

    33/33

    Lampiran

    Pertanyaan:

    Nunung Susanti (13702509004)

    Pada eukariot, kodon inisiasi adalah metionin (bukan formil metionin seperti pada

    prokariot), mengapa hal ini bisa terjadi?.

    Jawab:

    Hal ini disebabkan oleh perbedaan struktur fisik dan kimiawi antara prokariotik

    dan eukariotik sehingga membuat susunan kodon inisiasi (metionin dan formal

    metionin) yang terdapat pada prokariotik dan eukariotik ini sedikit berbeda.

    Pertanyaan:

    Sudaryanti (13702509005)

    Pada E. coli, ketiga sinyal penghentian proses translasi tersebut dikenali oleh

    suatu protein, yang disebut release factors (RF), misalnya RF1 yang mengenali

    kodon UAA tau UAG, atau RF2 yang mengenali kodon UAA atau UGA.

    Sebaliknya, pada eukaryot hanya ada satu release factor, yaitu eRF, yang

    mengenali ketiga kodon terminasi tersebut, megapa hal ini isa terjadi?

    Jawab:

    Perbedaan kemampuan struktur protein ini disebabkan oleh perbedaan strukturkomplek eukariotik yang sudah lengkap sehingga realease factoryang dibentuk

    hanya satu dan dapat mengenali secara langsung kodon-kodon terminasi secaralangsung.