dasar dasar biologi molekuler doc

7/25/2019 Dasar Dasar Biologi Molekuler Doc

1/11

2008

Ruslan,S.KedMahasiswaKepaniteraan

KlinikUnhas

NFTBrotherhood

7/10/2008

Dasardasar Biologi Molekuler


2/11

Halaman|2

DASARDASARBIOLOGIMOLEKULER(MartinTompa.Basicsofmolecularbiology.DepartemenofGenomeScience:Washington;2003)

Diterjemahkanoleh:Ruslan,S.KedMahasiswaKepaniteraanKlinikUnhas

Kita mulai dari tinjauan mengenai molekul dasar yang bertanggungjawab terhadap fungsi semua sel

organisme.

Kebanyakan

dari

mater

yang

ada

di

sini

berasal

dari

pendahuluan

buku

ajar

yang

disusun

oleh

Drlica,Lewin,danWatsondll.RingkasandasardasarnyayangbaktelahditulisolehHunterdanBrazmadll.

Molekulsepertiapakahyangmelaksanakan fungsiyangdibutuhkanselsel organisme?Selselmemiliki

tegangandasaryangberperanandanmerekamembutuhkanmolekultersebutuntukmemenuhi:

1. Molekul itu harus dapat melakukan berbagai macam reaksi kimia yang diperlukan untuk kelangsungan

hidupsel.Untukmelaksanakanreaksireaksiini,selmembutuhkanstrukturtigadimensiyangberbedadari

molekulyangberinteraksi.

2. Molekul tersebut harus dapat menyampaikan instruksi untuk menciptakan komponen dasar untuk

turunannya.Untuktujuanini,mediumpenyimpananberdimensisatusederhanaakanbekerjalebihefektif.

Kita dapat melihat bahwa protein menyediakan struktur tiga dimensi berbeda yang dibutuhkan oleh

peranan pertama, dan DNA menyediakan media penyimpanan informasi berdimensi satu yang diperlukan

perankedua,RNA,merupakanbentukperalihanantaraDNAdanprotein,dandapatmenjalankanbeberapahal

darikeduaperantersebut.

1 Protein

Proteinmemilikiperananyangharusdijalankannya:

1.

Merekaadalah

enzim

yang

mengatur

ulang

ikatan

kimiawi.

2. Merekamembawasinyaldaridankeluarsel,sertadidalamsel

3. Merekamentranspormolekulmolekulkecil.

4. Merekanmembentukbanyakbagiandaristrukturseluler.

5. Mereka mengatur prosesproses sel, mengaktif dan menonaktifkannya, serta mengontrol

kecepatannya.

Variasi dari peran tersebut dipenuhi oleh berbagai macam protein, yang mana dapat diasumsikan secara

kolektifmemilikibentukdimensitiga.

Pada gilirannya, bentuk tiga dimensi protein, ditentukan oleh komposisi dimensi satu protein. Tiap

protein merupakan urutan linear yang dibuat dari molekul dasar disebut asam amino. Asam amino dasar

digabungkanoleh kerangkadasaryangterdiridaripengulanganteratururutan ikatannya. (lihat[7,Gambar

1.4].)Terdapatorientasiasimetrispadakerangkadasariniyangtergantungpadastrukturkimianya:ujungyang

satu disebutNterminus dan ujung yang lain disebut Cterminus. Orientasi ini akan memaksakan arah dari

urutanasamamino.


3/11

Halaman|3

Terdapat20tipeberbedaasamamino.Asumsumengenaibentuktigadimensiproteinditentukanoleh

urutan linear spesifik asam amino dari Nterminus sampai Cterminus. Perbedaan urutan asam amino akan

menghasilkanbentuktigadimensiyangberbeda.(sebagaicontoh,lihat[1,Gambar1.1].)

Besarnya protein diukur berdasarkanjumlah asam amino penyusunnya. Protein dapat tersusun mulai

dari paling sedikit 20 asam amino hingga lebih dari 5000 asam amino, walaupun ratarata protein tersusun

sekitar350asamamino.

Tiap protein yang dapat dihasilkan organisme disandi oleh satu potong DNA yang disebut gene (lihat

bagian6).Untukmemberikanpemahamanmengenaiberbagaimacamproteinyangdihasilkansatuorganisme,

contohnya bakteri berselsatu E. coli memiliki sekitar 4300 gen yang berbeda. Manusia diyakini memiliki

sekitar 50.000 gen berbeda (jumlah pastinya masih belumjelas), sehingga seorang manusia hanya memiliki

gen sekitar 10 kali lebih banyak daripada E. coli. Namun,jumlah protein yang dapat dihasilkan manusia

melebihijumlahgennya,karenafraksidasargenmanusiamasingmasingdapatmenghasilkanproteinberbeda

melaluisuatuprosesyangdisebutpenyambungalternatif.

1.1KlasifikasiAsamAmino

Tiapasamaminoterdiridariduabagian:

1. Bagian yang identik dengan seluruh 20 asam amino; bagian ini digunakan untuk mengikat asam amino

denganyanglainnyauntukmembentukkerangkadasarprotein.

2. Sebuahsisirantaikhas(ataugugusR)yangmenentukanperbedaansifatfisikdankimiaasamamino.

Walaupuntiap20asamaminoberbedamemilikisifatyangkhas,merekadapatdiklasifikasikanmenjadi

empat kategori berdasarkan sifat kimia utamanya. Di bawah ini adalah namanama asam amino, 3 huruf

singkatannya,dansatuhurufsimboldasarnya.

1.Asamaminobermuatanpositif(dengandemikianbersifatbasa)(3).

Arginin Arg R

Histidin His H

Lysin Lys K

2.Asamaminobermuatannegatif(dengandemikianbersifatasam)(2).

Asamaspartat Asp D

Asamglutamat Glu E

3.Asam amino polar (7). Meskipun seluruhnya tidak bermuatan, asam amino ini memiliki distribusi

muatan yang ganjil. Karena distribusi muatannya yang ganjil tersebut, asam amino ini dapat

membentuk katanhydrogendengan air. Akibatnya,asamaminopolarbiasanyaditemukandibagian

permukaanterluarlipatanprotein,yangberhubungandenganlingkungancairdisekitarsel,yangmana

dalamhalinidisebuthidrofilik.

Asparagin Asn N


4/11

Halaman|4

Sistein Cys C

Glutamine Gln Q

Serine Ser S

Treonin Thr T

Triptofan Trp W

Tirosin Tyr Y

4.Asam amino non polar (8). Asam amino ini tidak bermuatan dan memiliki distribusi muatan yang

seragam. Karena hal ini, mereka tidak membentuk ikatan hydrogen dengan air, dan cenderung

ditemukanpadabagianpermukaandalamlipatanprotein,yangmanadalamhalinidisebuthidrofobik.

Alanin Ala A

Isoleusin Ile I

Glisin Gly G

Leusin Leu L

Metionin Met M

Fenilalanin Phe F

Prolin Pro P

Valin Val V

Klasifikasisifatfisiokimiaasamaminoyangdiperlihatkandisinisangatsederhana.Gambaranyanglebih

akurat mengenai sifatnya diberikan dalam bentuk diagram Venn dari Livingstone and Barton pada situs

http://www.russell.emblheidelberg.de/aas/aas.html.

Walaupun

tiap

asam

amino

berbeda

dan

memiliki

sifat

yang

khas,

beberapa

pasang

tertentu

memilki

sifatyangmiripdengan lainnya.Contohnya,duaasamaminononpolar leusindan isoleusin,jauh lebihmirip

satu sama lain dalam sifat fisik dan kimianya daripada dengan asam glutamat yangjuga bermuatan. Dalam

algoritmauntukmembandingkanprotein,pertanyaanmengenaikemiripanasamaminoakanmenjadipenting.

2 DNA

DNA berisi perintahperintah yang dibutuhkan sel untuk menjalankan fungsinya. DNA terdiri dari dua pita

panjangyangsalingterjalinyangmembentukikatandoublehelix.(lihat[4,Gambar3.3].)Tiappitadibangun

dari

sejumlah

kecil

molekul

dasar

yang

disebut

nukleotida.

2.1StrukturNukleotida

Sebuah nukleotida terdiri dari tiga bagian (gambar 3.2). Dua bagian pertama digunakan untuk membentuk

kerangkadasarpenyusunpitaDNA,danidentikpadasemuanukleotida.Duabagianiniadalah(1)gugusfosfat

dan (2) gula yang disebut deoksiribosa (yang menjadi asal nama DNA, DeoxyriboNucleic Acid/Asam


5/11

Halaman|5

deoksiribonukleat). Bagian ketiga dari nukleotida adalah basa. Terdapat 4 basa yang berbeda, yang

menentukanempatnukleotidayangberbeda:timin(T),sitosin(C),adenine(A),danguanine(G).

Jangan lupa bahwa pada lima atom karbon molekul gula diberi nomorC1,C2,C3,C4,C5. Basa terikat

padaatomkarbon1.Duagugusfosfatyangberdekatanterikatpadaatomkarbon5dan3.Sepertihalnyadi

dalamkerangkaprotein(bagian1),bentukasimetrismolekulgulaakanmemaksaorientasipadakerangkanya,

satuujungnyadisebutujung5danyanglainnyadisebutujung3.(lihatgambar34[a]).

2.2Komplementerpasangbasa

MengapaDNAberbentukpitadouble?Initerjadiakibatkomplementerpasangbasanya.Jikabasaspesifikdari

satu pita sejajar dengan basa spesifik pada pita lain, basa yang sejajar dapat berikatan melalui ikatan

hydrogen, karena kekuatan tarikan yang lemah antara hydrogen dan nitrogen lain atau oksigen. Pasangan

komplementerspesifiktersebutadalah

AdenganT

Gdengan

C

Dua ikatan hydrogen terbentuk antara A dan T, sedangkan tiga ikatan terbentuk antara C dan G (lihat [4,

Gambar35].)HalinimembuatikatanCGlebihkuatdaripadaikatanAT

JikaduapitaDNAyangterdiridaribasakomplementer,padakeadaankondisiselnormalmerekaakan

berikatan dan membentuk pita doublehelix yang stabil. Namun, dua pita hanya akan dapat berikatanjika

keduanyadalamkonfigurasiantiparalel.Iniartinyabahwaurutandarisatupita,kalaudibacadariujung5ke

ujung3,pastisalingmelengkapi,basadenganbasa,denganurutanpitalainyangdibacadari3ke5.(lihat[4,

Gambar34[b]dan33].)

2.3UkuranmolekulDNA

Bakteri E. coli mengandung satu sirkuler, molekul DNA pitaganda yang terdiri sekitar 5juta nukleotida.

Biasanya panjang DNA pitaganda ditulis dalam unit basepairs/pasangbasa (bp), kilobasepairs (kb) atau

megabasepairs(Mb),sehinggaukuraninidapatditulissebagai5x106bp,5000kb,atau5Mb.

Tiapselmanusiamengandung23pasangkromosom,yangmanatiapkromosomnyaterdiridariDNApita

gandayangpanjang.Secarakeseluruhan,46kromosomyangberadadidalamsatuselmanusiaterdirisekitar3

x 109 bp DNA. Ingat bahwa manusia memiliki DNA sekitar 1000 kali lebih banyak daripadaE.coli, sekalipun

begitu

hanya

sekitar

10

kali

lebih

banyak

daripadajumlah

gen.

(lihat

bagian

1).

Alasan

untuk

hal

ini

akan

dijelaskansecarasingkat.

3 RNA

Secarakimia,RNAsangatmiripdenganDNA.Adaduaperbedaanutamanya:

1. RNAmenggunakangularibosasebagaipenggantideoksiribosapadakerangkanya(yangmenjadiasal

namaRNA,RiboNucleicAcid/Asamribonukleat).


6/11

Halaman|6

2. RNA menggunakan basa urasil (U)sebagai pengganti timin (T). Secara kimia U mirip dengan T, dan

secarakhususberpasangandenganA.

RNA memiliki dua sifat penting untuk tujuan kita. Pertama, cenderung untuk membentuk pita tunggal

pada keadaan sel normal. Kedua, karena RNA (seperti DNA) yang mempunyai kemampuan membentuk

pasangbasa, iajuga membentuk ikatan hydrogen intramolekuler, secara parsial berikatan dengan dirinya

sendiri. Oleh karena alasan ini, RNA, sebagaimana protein, dapat terlipat ke dalam bentuk kompleks

berdimensitiga. (contohnya dapat dilihat pada situs

http://www.ibc.wustl.edu/~zuker/rna/hammerhead.html.)

RNA memiliki beberapa kedua sifat DNA dan protein. Ia juga memiliki kemampuan penyimpanan

informasisepertiDNAakibatadanyaurutannukleotidatersebut.Namunkemampuannyauntukmembentuk

struktur tigadimensi memungkinkan RNA memiliki kemampuan enzimatik seperti protein. Oleh karena dual

fungsi RNA ini,didugabahwakehidupandapatberasalhanyadariRNAsaja,DNAdanproteindapatmuncul

kemudian.

4 Residu

Istilahresidumenunjukpadaunsurebasatunggaldariurutannukleotida,atauunsureasamaminotunggaldari

protein.Inimerupakanistilahyangbergunaketikaseseoranginginmembicarakanduatipeurutanbiologisini

secarakolektif.

5 ReplikasiDNA

Apa tujuan pitaganda DNA? Satujawaban yang ada bahwa kelimpahan informasi adalah kunci bagaimana

perintahberdimensi

satu

dari

sel

diberikan

pada

sel

keturunannya.

Selama

siklus

sel,

pita

ganda

DNA

terbelah

menjadi dua pita terpisah. Selama pembelahannya, tiap pita digunakan sebagai contoh untuk sintesis pita

komplementer,yangakanberikatandengannya.(lihat[4,Gambar52dan51].)Hasilnyaadalahduasalinan

yangtepatsamadariDNApitagandaasli.

Detailnya, sebuah protein enzimatik yang disebut DNA polymerase membelah pita ganda DNA dan

mensintesispitakomplementerDNA.Enzimituakanmensistesispitakomplementerinidenganpenambahan

nukleotidabebasyangtersediadidalamselpadaujung3daripitabaruyangsedangdisintesis[gambar53].

DNApolymerasehanyaakanmenambahkannukleotidajikapasangankomplementernyaberlawanandengan

basapadapitatemplate.KarenaDNApolymerasehanyadapatmenambahkannukleotidabarupadaujung3

dari pita DNA (yakni hanya dapat mensintesis DNA dalam arah 5ke3), mekanisme sebenarnya dari

penyalinankeduapitatersebutlebihrumit.Satupitadandisintesissecaraterusmenerusdalamarah5hingga

3.Proteinenzimatiklain,DNAligase,merekatkanfragmenyangdisintesisinibersamasamakedalammolekul

DNApanjangtunggal.


7/11

Halaman|7

6 SintesisProteindanRNA

Penyimpanan DNA berdimensisatu yang mengandung informasi genetik dibutuhkan oleh sel untuk

menghasilkan semua protein dan RNAnya. Pada bagian ini, kita menggambarkan bagaimana informasi

tersebutdisandi,danbagaimanamolekulinidisintesis.

Proteindisintesisdalamduatahapproses.Pertama,sebuahsalinanRNAdaribagianDNAyangdisintesis

dalamprosesyangdinamakantranskripsi,yangdijelaskanpadabagian6.1.Kedua,urutanRNAinidibacadan

diinterpretasikan untuk mensintesis protein dalam sebuah proses yang disebut translasi, dijelaskan pada

bagian6.2.Bersamasamakedualangkahinidisebutekspresigen.

GenmerupakansebuahurutanDNAyangmengkodesebuahmolekulproteinatauRNA.Strukturgendan

prosesekspresitepatnyamasihbelumdiketahuipastitergantungpadaorganisme.Prokariotik,yangmenyusun

bakteri dan archaea, merupakan organisme berseltunggal yang tidak memiliki inti sel. Karena prokariotik

memilikistrukturgendanprosesekspresigenyangsederhana,kitaakanmemulainyadari duahaltersebut.

Eukariotik,yangmanatermasuktanamandanhewan,memilikilebihbanyakstrukturgenkompleksyangakan

kitadiskusikankemudian.

6.1TranskripsipadaProkariotik

Bagaimana organisme prokariotik mensintesis RNA dari DNA? Proses ini, yang disebut transkripsi, mirip

dengancaraDNAbereplikasi(bagian5).SebuahenzimyangdisebutRNApolymerase,menyalinsatupitagen

DNA ke dalam sebuahmessenger RNA/ARN duta (mRNA/ARNd), kadangkala disebut juga transkrip. RNA

polymerase secara temporer membelah pitaganda DNA, dan menggunakan satu pita sebagai contoh untuk

membuat pita komplementer RNA. (lihat [4, gambar 41]). Proses ini akan mempersatukan U berpasangan

denganA,AberpasangandenganT,GberpasangandenganC,danCberpasangandenganG.RNApolymerase

memulai transkripsi ini dengan bentuk DNA pendek yang dikenali dengan sebutanbagianawal transkripsi.

Saat polymerase sampai pada urutan DNA lain yang disebutbagianakhir transkripsi, mengirim sinyal akhir

padagen,prosestranskripsiberhenti.

6.2Translasi

BagaimanaproteindisintesisdarimRNA?Prosesini,disebuttranslasi,tidaksesederhanatranskripsi,karenahal

iniberlangsungdari4urutanhurufalfabethingga20hurufalfabetdarikodeprotein.Karenatidakterdapat

hubungan

satudemi

satu

antara

dua

alfabet,

asam

amino

disandi

oleh

urutan

3

nukleotida,

yang

disebut

kodon. (Dengan mengambil 2 nukleotida pada satu waktu akan memberikan hanya 42 = 16 kemungkinan

permutasi,sedangkandenganmengambil3nukleotidamenghasilkan43=64,lebihdaricukupuntukmenyandi

20asamaminoberbeda).TabelpenyandiandiberikandalamTabel1,dandisebutsebagaikodegenetik.Yang

sangatmencengangkanbahwakodeyangsamainidigunakanhampirsecarauniversalolehsemuaorganisme.


8/11

Halaman|8

Inilah perlunya ketersediaan kode yang melimpah, karena terdapat 64 kemungkinan kodon dan hanya

ada20asamamino.Denganbegitutiapasamamino(denganpengecualianMetdanTrp)disandiolehkodon

yangsinonim,yangdapatsalingbertukardalamhalmenghasilkanasamaminoyangsama.Hanya61sampai64

kodon yang digunakan untuk menyandi asam amino. Bagian 3 yang tersisa, yang disebut kodon stop, yang

menandakanakhirdariprotein.

Ribosom merupakan struktur molekuler yang membaca mRNA dan menghasilkan sandi protein

berdasarkankodegenetiknya.Ribosommerupakankompleksberukuranbesaryangmengandungproteindan

satutipeRNAyangdisebutribosomalRNA/ARNribosom(rRNA/ARNr).

Proses yang mana ribosom mentranslasi mRNA menjadi protein perlu menggunakan tipe RNA ketiga

yang disebut transfer RNA/ARN pemindah (tRNA/ARNp). Ada 61 macam transfer RNA yang berbeda, satu

untuktiapkodonnonterminasi.TiaplipatantRNA(lihatbagian3)untukmembentukstrukturberbentukdaun

semanggi. Struktur ini menghasilkan sebuah saku yang berkompleks secara khas dengan asam amino yang

disandi oleh kodon terkait tRNA, berdasarkan tabel1. Bentuk yang unik ini dianalogkan dengan mekanisme

kuncidanpasangannya.Padakeadaan laintRNAadalahantikodon,tigabasaberturutturutyangmerupakan

komplementer dan antiparalel dengankodon yangsesuai, dan ditambahkan untukdigunakan oleh ribosom.

RibosommembawabersamatiapkodonmRNAdenganantikodonyangberpasanganpadabeberapatRNA,dan

begitulahasamaminodisandikan.(lihat[4,Gambar44]).

Pada prokariotik, yang mana tidak memiliki inti sel, translasi dimulai saat transkripsi sedang berjalan,

bagianujung5daritranskripditranslasisebelumRNApolymerasemencatatujung3.(lihatDrlica[4,Gambar

44]).Padaeukariotik,DNAberadadidalamintisel,sedangkanribosomberadadidalamsitoplasmadiluarinti

sel.

Dengan

demikian,

transkripsi

terjadi

di

dalam

nukleus,

transkrip

yang

telah

lengkap

dikeluarkan

dari

nukleus,dankemudiantranslasitejadididalamsitoplasma.

Ribosommembentukkompleksdekatdenganujung5darimRNA,berikatandisekitarkodonstart,juga

disebutbagianawaltranslasi.Kodongstartyangpalingseringadalah5AUG3,danpasanganantikodonnya

adalah 5CAU3. (Kodong start yang jarang ditemukan adalah 5GUG3 atau 5UUG3). Kini ribosom

membawabersamasamakodonstart inipadamRNAdanantikodontRNA,yangakansalingberikatan.(lihat

[4, Gambar 44].) tRNA membawanya hasil translasi dengan asam amino yang disandi; pada kasus dimana

kodonstartnya5AUG3,iniadalahmetionin.


9/11

Halaman|9

U C A G

U

UUU Phe [F]

UUC Phe [F]

UUA Leu [L]

UUG Leu [L]

UCU Ser [S]

UCC Ser [S]

UCA Ser [S]

UCG Ser [S]

UAU Tyr [Y]

UAC Tyr [Y]

UAA STOP

UAG STOP

UGU Cys [C]

UGC Cys [C]

UGA STOP

UGG Trp [W]

U

C

A

G

C

CUU Leu [L]

CUC Leu [L]

CUA

Leu

[L]

CUG Leu [L]

CCU Pro [P]

CCC Pro [P]

CCA

Pro

[P]

CCG Pro [P]

CAU His [H]

CAC His [H]

CAA

Gln

[Q]

CAG Gln [Q]

CGU Arg [R]

CGC Arg [R]

CGA

Arg

[R]

CGG Arg [R]

U

C

AG

A

AUU Ile [I]

AUC Ile [I]

AUA Ile [I]

AUG Met [M]

ACU Thr [T]

ACC Thr [T]

ACA Thr [T]

ACG Thr [T]

AAU Asn [N]

AAC Asn [N]

AAA Lys [K]

AAG Lys [K]

AGU Ser [S]

AGC Ser [S]

AGA Arg [R]

AGG Arg [R]

U

C

A

G

G

GUU Val [V]

GUC Val [V]

GUA Val [V]

GUG Val [V]

GCU Ala [A]

GCC Ala [A]

GCA Ala [A]

GCG Ala [A]

GAU Asp [D]

GAC Asp [D]

GAA Glu [E]

GAG Glu [E]

GGU Gly [G]

GGC Gly [G]

GGA Gly [G]

GGG Gly [G]

U

C

A

G

Tabel1.KodeGenetik

Setelah menyatukan asam amino pertama dari protein yang disintesis, ribosom mendorong tiga basa

mRNA kepada kodon selanjutnya. Kompleks tRNA kedua dengan asam amino spesifiknya berikatan dengan

kodonkeduamelaluiantikodonnya,danribosommengikatkan asamamino kedua inidenganyangpertama.

Pada titik ini, ribosom melepas tRNA pertama, bergerak ke kodon ketiga, dan begitu seterusnya. (lihat [4,

Gambar 45].) Proses ini berlanjut sampai ribosom mendeteksi adanya kodon stop, pada titik dimana ia

melepaskanmRNAdanproteinlengkap.

7 StrukturGenProkariotik

Mengingat dari bagian 6 bahwa gen merupakan urutan DNA yang relatif pendek yang mengkode molekul

proteinatauRNA.Dalambagianinikitamembatasiperhatiankitaterhadapgenyangmengkodeproteinpada

prokariotik.

Bagiandarigenmengandungkodonyangakanditranslasidengansegeramenjadiproteinyangdisebut

bagian penyandi, atauopen readingframe/kerangka pembaca terbuka. Bagianyang memulaitranslasi (lihat

Bagian6.1)adalahupstream/hulu dari kodon start,dimanaupstream berarti arah pada5.Dengan cara

yang sama, bagian yang menghentikan transkripsi adalah downstream/muara dari kodon stop, dimana

downstreamberartiarahpada3.Dengandemikian,transkripmRNAmengandungurutankeduaakhirannya

yang telah dibaca, namun tidak ditranslasi. Urutan antara transkripsi bagian start dan kodon start disebut

bagian5yangtidakditranslasi.Urutanantarakodongstopdanbagianstoptranskripsidisebutbagian3yang

tidakditranslasi.

Huludari bagian transkripsimerupakan urutan DNA relatif pendekyang disebutbagianpengatur atau

bagianpromoter. Yang mengandung elemenpengatur, yang mana merupakan bagian DNA spesifik dimana

protein pengatur tertentu mengikat dan mengatur ekspresi dari gen. Protein ini disebut faktorfaktor


10/11

Halaman|10

transkripsi, karena mereka mengatur proses transkripsi. Sebuah cara umum yang mana faktorfaktor

transkripsimengaturekspresiadalahdenganberikatanpadaDNApadapromoterdandarisitumempengaruhi

kemampuanRNApolymerase(baiksecarapositifmaupunnegatif)untukmelakukantugastranskripsinya.(Ada

juga analog mengenai kemungkinanpengaturan translasi, dimana faktorfaktor pengatur berikatan dengan

mRNAdanmempengaruhikemampuanribosomuntukmelaksanakankemampuantranslasinya.)

8 PengaturanGenomProkariotik

GenomsuatuorganismeadalahkeseluruhankomplemenDNAdalamselapasaja.Padaprokariotik,genome

biasanyaterdiridarisatukromosomDNApitagandasederhana,danbiasanyaberbentuksirkuler(ikatanujung

5 dengan ujung 3nya) daripada membentuk linear. Ukuran genome prokariotik mengandung jutaan

pasanganbasa.

Biasanya90%genomeprokariotikterdiridaribagianpenyandi.Sebagaicontoh,genomeE.coliberukuran

sekitar5Mbdanmengandungsekitar4300bagianpenyandi,tiaprataratapanjangnyasekitar1000bp.Gene

nyarelatif

rapat

dan

seragam

yang

terdistribusi

pada

seluruh

genome.

9 StrukturGenEukariotik

Perbedaanpentingantaragenprokariotikdaneukariotikadalahbahwaeukariotikmengandungintron.Lebih

detailnya,urutanpembacaangeneukariotikumumadalahpertukaranantaraurutanDNAyangdisebutexon

danintron,dimanaintronadalahurutanyangakantersambungdenganmRNAsebelummeninggalkannukleus.

Transkripsi di dalam nukleus menghasilkan sebuah molekul RNA yang disebut premRNA, yang dihasilkan

seperti dijelaskan pada Bagian 6.1, yang mengandung exon dan intron. Intron akan tersambung pada pre

mRNAdengan

struktur

yang

disebut

spliceosome

untuk

menghasilkan

mRNA

matur

yang

akan

dibawa

keluar

dari nukleus untuk proses translasi. Gen eukariotik dapat mengandung sejumlah intron, dan tiap intron

berukuranbeberapakilobase.Sataukenyataanyangberhubungandenganprediksipenghitungangenadalah

keberadaan intron membuatnya lebih sulit untuk mengidentifikasi lokasi gen dengan komputer, yang akan

memberikanurutandarigenome.

Perbedaan penting lainnya antara prokariotik dan gen eukariotik yang lebih tinggi adalah, bahwa

eukariotik,adanyabagianpengaturmultipelyangdapatberadasangatjauhdaribagianpenyandi,dapatpula

menjadihuluataumuaradarinya,danbahkandapatmenjadiintron.

10PengaturanGenEukariotik

Tidaksepertigenprokariotik,kebanyakangeneukariotikterdiridarikromosomlinearmultipelsebagailawan

dari kromosom sirkuler tunggal. Tergantung pada seberapa sederhanya euakriotik itu, akan sangat sedikit

genome yang akan dibuatkan urutan penyandinya. Pada manusia, kurang dari 3% genome diyakini menjadi

urutanpenyandian,dangentersebutdidistribusisecaratidakmeratapadagenome.


11/11

Halaman|11

11StatusdanTujuanProyekGenome

Biologimolekulermemilikiduatujuanutamaberikutini:

1. Mengidentifikasi semua molekul kunci yang terdapat pada manusia, khususnya protein, karena

merekabertanggungjawabuntukreaksikimiapadasel.

2. Mengidentifikasiinteraksisemuakuncitersebutdiantaramolekul.

Dulunya,biologimolekulertelahmengejarkanduatujuaninisecarasimultandalamsistemkecilterpilih

pada model organisme yang dipilih. Proyek genome saat ini berbeda dengan terfokus secara khusus pada

tujuanpertama,namunpadasemuasistemyangterdapatpadamodelorganisme.Merekamelakukanhal ini

dengan membuat urutan genome, yang mana berarti dengan cara menentukan urutan seluruh DNA

organisme.Merekakemudianmelakukananalisiskomputerisasipadaurutangenomeuntukmengidentifikasi

(sebagian besar) gen. Setelah melakukan semua ini, (kebanyakan dari) protein pada organisme akan segera

diketahui.

Denganperkembanganterbarudariteknologipembuatanurutangenome,proyekiniberkembangsangat

cepatselama lebihdari5tahun.Organismehiduppertamayangtelahberhasildibuaturutannyasecarautuh

adalahH.influenza,denganukurangenome1,8Mb.Padasaattulisaninidibuat,sekitar96bakteri,16archae,

dan 17 genome eukariotik telah dibuatkan urutan gennya. (lihat pada situs

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PMGifs/Genomes/org.htmluntukdaftarterbarugenomeyangtelahdiurutkan.)

12AnalisisUrutan

Sekaligenometelahdiurutkansecarautuh,jenisanalisisapayangdilakukanpadanya?Beberapatujuandari

analisisurutanadalahsebagaiberikut:

1. Mengidentifikasigen

2. Menentukanfungsitiapgen.Salahsatucarauntukmembuathipotesaadalahdenganmenemukangen

lain (mungkin berasal dari organisme lain) yang fungsi diketahui dan yang mana gen baru tersebut

memiliki kemiripan urutan. Ini mengasumsikan bahwa kemiripan urutan DNA berarti memiliki

kemiripanfungsi,yangmungkinsajabenarataumungkinjugasalah.

3. Mengidentifikasiproteinyangterlibatdalampengaturanekspresigen.

4. Mengidentifikasipengulanganurutan.

5. Mengidentifikasibagianfungsionallain,contohnyaasaldarireplicas(bagiandimanaDNApolymerase

berikatan dan memulai replikasi; lihat Bagian 5),pseudogen (urutan yang tampaknya seperti gen

namun tidak diekspresikan), urutan yang menyebabka lipatan pada DNA, dan urutan yang

bertanggungjawabpengumpulanDNAdinukleus.

Banyak dari tugastugas iniditemukan secara alami. Dengan memberikan tingkat yang luarbiasa pada

dataurutan yangdihasilkan, integrasidari ilmukomputer,matematika,danbiologiakanmenunjang analisis

dariurutantersebut.

dasar dasar biologi molekuler doc

Documents