Ekspresi Gen

Mekanisme (cara) gen mewujudkan fenotip baik pada tingkat sel maupun organisme.

  • Setiap gen berekspresi secara spesifik → berbeda antara gen yang satu dengan gen yang lain.
  • Semua gen dari organisme yang sama terdapat pada tempat/lokus yang sama dan akan berekspresi pada sel yang sama.
  • Pada tingkat sel/molekul, ekspresi gen adalah alur informasi dari DNA – RNA – Protein.

Dogma genetik

  • Konsep dasar menurunnya sifat secara molekuler adalah merupakan aliran informasi dari DNA ke RNA ke urutan asam amino.
  • Dogma genetik ini bersifat universal yang berlaku baik bagi prokariot maupun eukariot.
  1. Replikasi  DNA

Replikasi DNA terjadi secara semikonservatif. Hal ini menyebabkan DNA baru membawa informasi yang persis sama dengan DNA induk/cetakan.

  • Replikasi DNA pada cetakan 3’ – 5’ terjadi seutas demi seutas dengan arah 5’ – 3’. Replikasi berjalan meninggalkan replication fork.
  • Utas-utas pendek tersebut dihubungkan oleh enzim ligase DNA.
  • Terdapat utas DNA yang disintesis secara kontinu disebut utas utama atau leading strand
  • Sedangkan utas DNA baru yang disintesis pendek-pendek seutas-demi seutas disebut utas lambat atau lagging strand.

Replikasi DNA melibatkan:

  1. Polimerase DNA: enzim yang berfungsi mempolimerisasi nukleotida-nukleotida.
  2. Ligase DNA: enzim yang berperan menyambung DNA utas lagging.
  3. Primase DNA: enzim yang digunakan untuk memulai polimerisasi DNA pada lagging strand.
  4. Helikase DNA: enzim yang berfungsi membuka jalinan DNA double heliks.
  5. Single strand DNA-binding protein: menstabilkan DNA induk yang terbuka.

Garpu replikasi/Growing Fork

  • Leading strand: sintesis DNA terjadi secara kontinu.
  • Lagging strand: sintesis DNA terjadi melalui pembentukan utas-utas pendek.
  • Origin menginisiasi replikasi DNA pada waktu yang berbeda
  • Replikasi dimulai dari tempat-tempat spesifik, yang menyebabkan kedua utas DNA induk berpisah dan membentuk gelembung replikasi.
  • Pada eukariota, terdapat ratusan atau bahkan ribuan origin of replication di sepanjang molekul DNA. 
  • Gelembung replikasi terentang secara lateral dan replikasi terjadi ke dua arah.
  • Selanjutnya gelembung replikasi akan bertemu, dan sintesis DNA anak selesai.
  1. Transkripsi

Proses pengkopian/penyalinan molekul DNA menjadi utas RNA yang komplementer.

Melibatkan RNA Polymerase.

Tahap Transkripsi

  1. Inisiasi:
  • Enzim RNA polymerase menyalin gen.
  • Pengikatan RNA polymerase terjadi pada tempat tertentu yaitu tepat didepan gen yang akan ditranskripsi.
  • Tempat pertemuan antara gen (DNA) dengan RNA polymerase disebut promoter. 
  • Kemudian RNA polymerase membuka double heliks DNA. 
  • Salah satu utas DNA berfungsi sebagai cetakan.
  • Nukleotida promoter pada eukariot adalah 5’-GNNCAATCT-3’ dan 5’- TATAAAT-3’. Simbol N menunjukkan nukleotida (bisa berupa A, T, G, C). 
  • Pada prokariot, urutan promoternya adalah 5’-TTGACA-3’ dan 5’-TATAAT-3’.
  1. Elongasi :

Enzim RNA polymerase bergerak sepanjang molekul DNA, membuka double heliks dan merangkai ribonukleotida ke ujung 3’ dari RNA yang sedang tumbuh. 

  1. Terminasi :

Terjadi pada tempat tertentu.  Proses terminasi transkripsi ditandai dengan terdisosiasinya enzim RNA polymerase dari DNA dan RNA dilepaskan. 

  1. Translasi / Sintesis Protein

Proses penerjemahan kodon-kodon pada mRNA menjadi polipeptida.

Kode genetik merupakan aturan yang penting.

Urutan nukleotida mRNA dibawa dalam gugus tiga–tiga.  Setiap gugus tiga disebut kodon.  

Dalam translasi, kodon dikenali oleh lengan antikodon yang terdapat pada tRNA.

20 Jenis Asam Amino

Ala: Alanine 

Cys: Cysteine 

Asp: Aspartic acid 

Glu: Glutamic acid

Phe: Phenylalanine 

Gly: Glycine

His: Histidine 

Ile: Isoleucine 

Lys: Lysine

Leu: Leucine 

Met: Methionine

Asn: Asparagine

Pro: Proline

Gln: Glutamine

Arg: Arginine

Ser: Serine

Thr: Threonine

Val: Valine

Trp: Tryptophane

Tyr: Tyrosine

Tahap Translasi

  1. Inisiasi

Proses ini dimulai dari menempelnya ribosom sub unit kecil ke mRNA.  Penempelan terjadi pada tempat tertentu yaitu pada 5’-AGGAGGU-3’, sedang pada eukariot terjadi pada struktur tudung.

Ribosom bergeser ke arah 3’ sampai bertemu dengan kodon AUG.  Kodon ini menjadi kodon awal.  Asam amino yang dibawa oleh tRNA awal adalah metionin.

  1. Elongation

Tahap selanjutnya adalah penempelan sub unit besar pada sub unit kecil menghasilkan dua tempat yang terpisah.  Tempat pertama adalah tempat P (peptidil) yang ditempati oleh tRNA yang membawa metionin.

Tempat kedua adalah tempat A (aminoasil) yang terletak pada kodon ke dua dan kosong.

  • Proses elongasi terjadi saat tRNA dengan antikodon dan asam amino yang tepat masuk ke tempat A.  Akibatnya, kedua tempat di ribosom terisi, lalu terjadi ikatan peptida antara kedua asam amino.
  • Ikatan tRNA dengan metionin lalu lepas, sehingga kedua asam amino yang berangkai berada pada tempat A. 
  • Ribosom kemudian bergeser sehingga asam amino-asam amino-tRNA berada pada tempat P dan tempat A menjadi kosong. 
  • Selanjutnya tRNA dengan antikodon yang tepat dengan kodon ketiga akan masuk ke tempat A, dan proses berlanjut seperti sebelumnya.
  1. Terminasi

Proses translasi akan berhenti bila tempat A bertemu kodon akhir yaitu UAA, UAG, UGA.  

Kodon-kodon ini tidak memiliki tRNA yang membawa antikodon yang sesuai. 

Selanjutnya masuklah release factor (RF) ke tempat A dan melepaskan rantai polipeptida yang terbentuk dari tRNA yang terakhir.  Kemudian ribosom pecah menjadi sub unit kecil dan besar.