TRANSKRIPSI PADA PROKARIOT

TRANSKRIPSI PADA TRANSKRIPSI PADA PROKARIOTPROKARIOT

Bambang Heru BudiantoBambang Heru Budianto

Transkripsi merupakan salah satu dari 3 fungsi fenotipik Transkripsi merupakan salah satu dari 3 fungsi fenotipik Fungsi fenotipik transkripsi, translasi dan pengaturan ekspresi Fungsi fenotipik transkripsi, translasi dan pengaturan ekspresi

gen adalah gen adalah materi genetik harus mengarahkan pertumbuhan materi genetik harus mengarahkan pertumbuhan dan diferensiasi organisme mulai dari zigot hingga individu dan diferensiasi organisme mulai dari zigot hingga individu dewasadewasa

Transkripsi adalah proses penyalinan kode-kode genetik yang Transkripsi adalah proses penyalinan kode-kode genetik yang ada pada urutan DNA menjadi molekul RNAada pada urutan DNA menjadi molekul RNA

Molekul RNA yg disintesis dlm transkripsi adalah mRNA, Molekul RNA yg disintesis dlm transkripsi adalah mRNA, tRNA dan rRNAtRNA dan rRNA

mRNA adalah RNA yg merupakan salinan kode-kode genetik mRNA adalah RNA yg merupakan salinan kode-kode genetik pada DNA yg dlm proses selanjutnya (translasi) akan pada DNA yg dlm proses selanjutnya (translasi) akan diterjemahkan menjadi urutan asam-asam amino yg menyusun diterjemahkan menjadi urutan asam-asam amino yg menyusun polipeptida atau protein ttt.polipeptida atau protein ttt.

Molekul tRNA adalah RNA yg berperanan membawa asam-Molekul tRNA adalah RNA yg berperanan membawa asam-asam amino spesifik yg akan digabungkan dlm proses sintesis asam amino spesifik yg akan digabungkan dlm proses sintesis protein (translasi)protein (translasi)

Molekul rRNA adalah RNA yg digunakan untuk menyusun Molekul rRNA adalah RNA yg digunakan untuk menyusun ribosom. ribosom.

Molekul tRNA dan rRNA tidak pernah ditranslasi karena Molekul tRNA dan rRNA tidak pernah ditranslasi karena molekul yg digunakan adalah RNA-nya sendirimolekul yg digunakan adalah RNA-nya sendiri

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

1.1. adanya sumber basa nitrogen berupa adanya sumber basa nitrogen berupa nukleosida trifosfat nukleosida trifosfat (ribosa, (ribosa, ATP, GTP, CTP, dan UTP). Bedakan dg replikasi !!ATP, GTP, CTP, dan UTP). Bedakan dg replikasi !!

2.2. Adanya salah satu saja untai molekul DNA sebagai cetakanAdanya salah satu saja untai molekul DNA sebagai cetakan ((pita antisenspita antisens mempunyai urutan basa yg komplementer dg mempunyai urutan basa yg komplementer dg RNA hasil transkripsi, sementara pita sens mempunyai urutan RNA hasil transkripsi, sementara pita sens mempunyai urutan basa yang sama dg RNA hasil transkripsi)basa yang sama dg RNA hasil transkripsi)

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

4.4. Enzim yang bekerja adalah Enzim yang bekerja adalah RNA polimeraseRNA polimerase yang mampu yang mampu melakukan inisiasi sintesis RNA tanpa adanya molekul primermelakukan inisiasi sintesis RNA tanpa adanya molekul primer

Pada prokariot, gen terdiri atas 3 bagian utama : daerah Pada prokariot, gen terdiri atas 3 bagian utama : daerah pengendali (promoter); bagian struktural dan terminator pengendali (promoter); bagian struktural dan terminator

Promoter merupakan bagian gen yang berperanan dlm Promoter merupakan bagian gen yang berperanan dlm mengendalikan proses transkripsi dan terletak pada ujung 5’mengendalikan proses transkripsi dan terletak pada ujung 5’

Bagian struktural adalah bagian gen yang terletak disebelah hilir Bagian struktural adalah bagian gen yang terletak disebelah hilir ((downstreamdownstream) dari promoter. Bagian inilah yg mengandung ) dari promoter. Bagian inilah yg mengandung urutan DNA spesifik (kode-kode genetik) yg akan ditranskripsiurutan DNA spesifik (kode-kode genetik) yg akan ditranskripsi

Terminator adalah bagian gen yg terletak disebelah hilir dari Terminator adalah bagian gen yg terletak disebelah hilir dari bagian struktural yg berperanan dlm pengakhiran (terminasi) bagian struktural yg berperanan dlm pengakhiran (terminasi) proses transkripsiproses transkripsi

Hasil transkripsi berupa molekul RNA tunggal (bedakan dengan Hasil transkripsi berupa molekul RNA tunggal (bedakan dengan replikasi!!!)replikasi!!!)

Urutan nukleotida RNA hasil sintesis adalah urutan nukleotida Urutan nukleotida RNA hasil sintesis adalah urutan nukleotida komplementer dengan cetakannya. Misal : urutan ATG pada komplementer dengan cetakannya. Misal : urutan ATG pada DNA, maka hasil transkripsinya adalah UACDNA, maka hasil transkripsinya adalah UAC

Molekul DNA yg ditranskripsi adalah untai ganda, namun yang Molekul DNA yg ditranskripsi adalah untai ganda, namun yang berperanan sebagai cetakan, hanya salah satu untaiannyaberperanan sebagai cetakan, hanya salah satu untaiannya

Gen pada prokariot diorganisasikan dlm struktur operon. Gen pada prokariot diorganisasikan dlm struktur operon. Contoh : operon lac (operon yg mengendalikan kemampuan Contoh : operon lac (operon yg mengendalikan kemampuan metabolisme laktosa pada bakteri metabolisme laktosa pada bakteri Escherichia coliEscherichia coli).).

Organisasi operon lac pada Organisasi operon lac pada Escherichia coliEscherichia coli

Gen represor

Gen i Gen pGen o

Gen ZGen Y Gen A

Saat ditranskripsi, operon lac menghasilkan satu mRNA yg Saat ditranskripsi, operon lac menghasilkan satu mRNA yg membawa kode-kode genetik untuk 3 macam polipeptida yg membawa kode-kode genetik untuk 3 macam polipeptida yg berbeda : mRNA polisistronikberbeda : mRNA polisistronik

Dg dmk, masing-masing polipeptida akan ditranslasi secara Dg dmk, masing-masing polipeptida akan ditranslasi secara independen dari satu untaian mRNA yg sama.independen dari satu untaian mRNA yg sama.

Kerja gen struktural (gen Z, Y dan A) diatur ekspresinya oleh Kerja gen struktural (gen Z, Y dan A) diatur ekspresinya oleh satu promoter yg sama (p)satu promoter yg sama (p)

Operator adalah bagian dari promoter tempat penempelan Operator adalah bagian dari promoter tempat penempelan protein represor yg dikode oleh gen Iprotein represor yg dikode oleh gen I

Transkripsi diawali dari nukleotida yg terletak beberapa basa di Transkripsi diawali dari nukleotida yg terletak beberapa basa di sebelah hulu dari gen struktural.sebelah hulu dari gen struktural.

Ujung gen struktural berupa kodon STOP (TAA, TAG atau Ujung gen struktural berupa kodon STOP (TAA, TAG atau TGA)TGA)

Transkripsi dilakukan sampai beberapa basa di sebelah hilir Transkripsi dilakukan sampai beberapa basa di sebelah hilir dari kodon STOP yaitu sampai pada daerah terminatordari kodon STOP yaitu sampai pada daerah terminator

Salah satu bagian penting promoter disebut kotak Pribnow pd Salah satu bagian penting promoter disebut kotak Pribnow pd urutan nukleotida posisi -10 dan posisi -35 (letak nukleotida urutan nukleotida posisi -10 dan posisi -35 (letak nukleotida dari titik awal transkripsi + 1)dari titik awal transkripsi + 1)

Posisi -10 dan -35 mempunyai urutan nukleotida konsensus Posisi -10 dan -35 mempunyai urutan nukleotida konsensus yaitu :yaitu :

Posisi -10 : TATAAT; Posisi -35 : TTGACAPosisi -10 : TATAAT; Posisi -35 : TTGACA Disebut juga elemen-elemen promoter intiDisebut juga elemen-elemen promoter inti

-35 -10

Awal transkripsi

Gen struktural

ATG STOP

Terminator

• Kotak Pribnow merupakan daerah pd promoter yg berperanan dlm mengarahkan enzim RNA polimerase sehingga arah transkripsinya 5’ ke 3’ sebagaimana pada replikasi

• Selain itu, daerah ini merupakan tempat pembukaan heliks DNA untuk membentuk kompleks promoter yg terbuka.

Promoter pd prokariot juga terdiri atas operatorPromoter pd prokariot juga terdiri atas operator Operator adalah urutan nukleotida yg terletak di antara promoter Operator adalah urutan nukleotida yg terletak di antara promoter

dan bagian struktural dan merupakan tempat pelekatan protein dan bagian struktural dan merupakan tempat pelekatan protein represor (penekan atau penghambat proses ekspresi genetik)represor (penekan atau penghambat proses ekspresi genetik)

Jika ada protein represor, maka RNA polimerase yg melekat pd Jika ada protein represor, maka RNA polimerase yg melekat pd promoter, tidak dpt berjalan untuk melakukan transkripsipromoter, tidak dpt berjalan untuk melakukan transkripsi

Elemen pengendali ekspresi genetik yg lain adalah attenuatorElemen pengendali ekspresi genetik yg lain adalah attenuator Attenuator adalah urutan nukleotida yg terdpt pd suatu Attenuator adalah urutan nukleotida yg terdpt pd suatu

kelompokan gen (gene cluster) yg umumnya terlibat dlm kelompokan gen (gene cluster) yg umumnya terlibat dlm biosintesis asam amino.biosintesis asam amino.

Terletak pd daerah di antara bagian promoter-operator dengan titik Terletak pd daerah di antara bagian promoter-operator dengan titik awal bagian struktural awal bagian struktural

Daerah attenuator semacam ini biasanya disebut leader sequences.Daerah attenuator semacam ini biasanya disebut leader sequences. Fungsi attenuator adalah mengendalikan level biosintesis asam Fungsi attenuator adalah mengendalikan level biosintesis asam

amino sesuai dengan ketersediaan asam amino di dlm sel.amino sesuai dengan ketersediaan asam amino di dlm sel. Pengendalian transkripsi oleh attenuator dapat mencapai 100 kali Pengendalian transkripsi oleh attenuator dapat mencapai 100 kali

lipat dibandingkan represor karena proses pelemahannya lipat dibandingkan represor karena proses pelemahannya (attenuasi) tidak bergantung pada proses represi. Dua sistim (attenuasi) tidak bergantung pada proses represi. Dua sistim pengendalian yg terpisahpengendalian yg terpisah

Attenuasi berakibat pd penghentian transkripsi gen struktural Attenuasi berakibat pd penghentian transkripsi gen struktural secara prematursecara prematur

Ekspresi gen ttt juga dikendalikan oleh elemen yg disebut Ekspresi gen ttt juga dikendalikan oleh elemen yg disebut enhancer.enhancer.

Enhancer berperanan dlm peningkatan level transkripsi dengan Enhancer berperanan dlm peningkatan level transkripsi dengan cara meningkatkan jumlah RNA polimerasecara meningkatkan jumlah RNA polimerase

Letak enhancer dapat jauh di sebelah hulu (upstream) atau hilir Letak enhancer dapat jauh di sebelah hulu (upstream) atau hilir (downstream) dari titik awal transkripsi(downstream) dari titik awal transkripsi

Ciri utama gen struktural pd prokariot adalah mulai dari sekuens Ciri utama gen struktural pd prokariot adalah mulai dari sekuens inisiasi translasi (ATG) sampai kodon terakhir sebelum titik inisiasi translasi (ATG) sampai kodon terakhir sebelum titik akhir translasi (kodon STOP yaitu TAA/TAG/TGA) akan akhir translasi (kodon STOP yaitu TAA/TAG/TGA) akan diterjemahkan menjadi rangkaian asam amino.diterjemahkan menjadi rangkaian asam amino.

Jadi, jika gen struktural terdiri atas 900 nukleotida maka gen Jadi, jika gen struktural terdiri atas 900 nukleotida maka gen tersebut akan mengkode 300 asam amino karena satu asam tersebut akan mengkode 300 asam amino karena satu asam amino dikode oleh tiga sekuens nukleotida yang berurutanamino dikode oleh tiga sekuens nukleotida yang berurutan

Jadi, pada prokariot tidak ada intron (sekuens penyisip)Jadi, pada prokariot tidak ada intron (sekuens penyisip) Terminator adalah bagian gen yg terletak disebelah hilir dari gen Terminator adalah bagian gen yg terletak disebelah hilir dari gen

struktural.struktural. Fungsi terminator adalah memberikan sinyal pd enzim RNA Fungsi terminator adalah memberikan sinyal pd enzim RNA

polimerase agar menghentikan proses transkripsipolimerase agar menghentikan proses transkripsi

Proses terminasi transkripsi pd prokariot dpt dikelompokkan Proses terminasi transkripsi pd prokariot dpt dikelompokkan menjadi 2 kelas, yaitu 1) terminasi yg ditentukan oleh urutan menjadi 2 kelas, yaitu 1) terminasi yg ditentukan oleh urutan nukleotida tertentu (rho-independent) dan 2) diatur oleh suatu nukleotida tertentu (rho-independent) dan 2) diatur oleh suatu protein (faktor rho) atau disebut rho-dependentprotein (faktor rho) atau disebut rho-dependent

Struktur pertama dicirikan oleh struktur jepit rambut dan Struktur pertama dicirikan oleh struktur jepit rambut dan lengkung, kaya akan GClengkung, kaya akan GC

Struktur kedua berupa jepit rambut yg kaya akan AUStruktur kedua berupa jepit rambut yg kaya akan AU Bagian terminator mempunyai urutan nukleotida konsensus Bagian terminator mempunyai urutan nukleotida konsensus Enzim RNA polimerase pada Enzim RNA polimerase pada E. coliE. coli sekurang-kurangnya sekurang-kurangnya

terdiri atas lima subunit, yaitu alfa (terdiri atas lima subunit, yaitu alfa (), beta (), beta (), beta prima ), beta prima ((’), omega (’), omega (), dan sigma (), dan sigma (). ).

Pada bentuk lengkapnya, atau disebut sebagai Pada bentuk lengkapnya, atau disebut sebagai holoenzimholoenzim, , terdapat dua subunit terdapat dua subunit dan satu subunit untuk masing-masing dan satu subunit untuk masing-masing subunit lainnya sehingga sering dituliskan dengan subunit lainnya sehingga sering dituliskan dengan 22’’. .

Holoenzim RNA polimerase diperlukan untuk inisiasi Holoenzim RNA polimerase diperlukan untuk inisiasi transkripsitranskripsi

Untuk elongasi transkripsi tidak diperlukan faktor Untuk elongasi transkripsi tidak diperlukan faktor sehingga sehingga subunit ini dilepaskan dari kompleks transkripsi begitu inisiasi subunit ini dilepaskan dari kompleks transkripsi begitu inisiasi selesaiselesai

Sisanya, yakni Sisanya, yakni 22’’, merupakan , merupakan enzim inti enzim inti (core enzyme)(core enzyme) yang akan melanjutkan proses transkripsi.yang akan melanjutkan proses transkripsi.

Fungsi Fungsi subunit subunit : mengarahkan agar RNA polimerase : mengarahkan agar RNA polimerase holoenzim hanya menempel pd promoter, tidak pd bagian lain.holoenzim hanya menempel pd promoter, tidak pd bagian lain.

Subunit Subunit berfungsi dlm penyusunan enzimberfungsi dlm penyusunan enzim Subunit Subunit berfungsi dlm pengikatan nukleotida, sementara berfungsi dlm pengikatan nukleotida, sementara

Subunit Subunit ’’ berfungsi dlm penempelan DNA cetakan berfungsi dlm penempelan DNA cetakan 5‘-ATG GTC CTT TAC TTG TCT GTA TTT -3‘ untaian DNA pengkode5‘-ATG GTC CTT TAC TTG TCT GTA TTT -3‘ untaian DNA pengkode 3‘-TAC CAG GAA ATG AAC AGA CAT AAA -5‘ untaian DNA cetakan3‘-TAC CAG GAA ATG AAC AGA CAT AAA -5‘ untaian DNA cetakan

5‘-AUC GUC CUU UAC UUG UCU GUA UUU -3‘ RNA hasil transkripsi5‘-AUC GUC CUU UAC UUG UCU GUA UUU -3‘ RNA hasil transkripsi Urutan nukleotida RNA hasil transkripsi komplementer dengan Urutan nukleotida RNA hasil transkripsi komplementer dengan

urutan DNA cetakan tetapi identik dengan urutan nukleotida urutan DNA cetakan tetapi identik dengan urutan nukleotida DNA pengkodeDNA pengkode

Pada prokariot, RNA polimerase menempel secara langsung Pada prokariot, RNA polimerase menempel secara langsung pada DNA di daerah promoter tanpa melalui suatu ikatan pada DNA di daerah promoter tanpa melalui suatu ikatan dengan protein lain (yang membedakan dengan eukariot)dengan protein lain (yang membedakan dengan eukariot)

Transkripsi

Tahapan transkripsi pada prokariot meliputi inisiasi Tahapan transkripsi pada prokariot meliputi inisiasi transkripsi (terbentuk gelembung transkripsi), transkripsi (terbentuk gelembung transkripsi), pemanjangan dan terminasi (tergantung faktor rho dan pemanjangan dan terminasi (tergantung faktor rho dan tidak tergantung faktor rho)tidak tergantung faktor rho)

Tahapan inisiasi meliputi 4 langkah : 1) pembentukan Tahapan inisiasi meliputi 4 langkah : 1) pembentukan kompleks promoter tertutup; 2) pembentukan kompleks kompleks promoter tertutup; 2) pembentukan kompleks terbuka; 3) penggabungan beberapa nukleotida awal (10 terbuka; 3) penggabungan beberapa nukleotida awal (10 nukleotida) dan 4) perubahan konformasi RNA nukleotida) dan 4) perubahan konformasi RNA polimerase karena pelepasan subunit sigma (polimerase karena pelepasan subunit sigma ().).

Laju pemanjangan maksimum berkisar 30 sampai 60 Laju pemanjangan maksimum berkisar 30 sampai 60 nukleotida per detiknukleotida per detik

Dlm pemanjangan transkrip, nukleotida ditambahkan Dlm pemanjangan transkrip, nukleotida ditambahkan secara kovalen pada ujung 3‘ molekul RNA yg baru secara kovalen pada ujung 3‘ molekul RNA yg baru terbentuk.terbentuk.

Nukleotida RNA yg ditambahkan bersifat Nukleotida RNA yg ditambahkan bersifat komplementer dengan nukleotida pd untaian DNA komplementer dengan nukleotida pd untaian DNA cetakancetakan

Tahapan proses inisiasi pada

prokariot

Struktur kompleks DNA dan RNA polimerase pd saat pemanjangan transkripsi

Skema pengakhiran transkripsi tanpa menggunakan faktor rho

Skema pengakhiran transkripsi bergantung faktor rho