Download - Kontrol Perkembangan Oleh RNA-libre
-
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.