Dasar Dasar Biologi Molekuler Doc

11 

Loading....

Loading....

Loading....

Loading....

Loading....

Teks penuh

(1)

2008

2008

Ruslan,

Ruslan, S.S. KedKed – – MahasiswaMahasiswa KepaniteraanKepaniteraan Klinik

Klinik UnhasUnhas NFT

NFT BrotherhoodBrotherhood 7/10/2008

7/10/2008

Dasar‐dasar Biologi Molekuler

Dasar‐dasar Biologi Molekuler

(2)

DASAR

DASAR BIOLOGI MOLEKULER

(Martin Tompa. Basics of molecular biology. Departemen of Genome Science: Washington; 2003) Diterjemahkan oleh: Ruslan, S. Ked – Mahasiswa Kepaniteraan Klinik Unhas

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, dan Watson dll. Ringkasan dasar

dasarnya yang bak telah ditulis oleh Hunter dan Brazma dll.

Molekul seperti apakah yang melaksanakan fungsi yang dibutuhkan sel

sel organisme? Sel

sel memiliki tegangan dasar yang berperanan dan mereka membutuhkan molekul tersebut untuk memenuhi:

1. Molekul itu harus dapat melakukan berbagai macam reaksi kimia yang diperlukan untuk kelangsungan hidup sel. Untuk melaksanakan reaksi

reaksi ini, sel membutuhkan struktur tiga dimensi yang berbeda dari molekul yang berinteraksi.

2. Molekul tersebut harus dapat menyampaikan instruksi untuk menciptakan komponen dasar untuk turunannya. Untuk tujuan ini, medium penyimpanan berdimensi satu sederhana akan bekerja lebih efektif. 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 peran kedua, RNA, merupakan bentuk peralihan antara DNA dan protein, dan dapat menjalankan beberapa hal dari kedua peran tersebut.

1

Protein

Protein memiliki peranan yang harus dijalankannya:

1. Mereka adalah enzim yang mengatur ulang ikatan kimiawi. 2. Mereka membawa sinyal dari dan keluar sel, serta di dalam sel 3. Mereka mentranspor molekul

molekul kecil.

4. Merekan membentuk banyak bagian dari struktur seluler.

5. Mereka mengatur proses

proses sel, mengaktif  dan menonaktifkannya, serta mengontrol kecepatannya.

Variasi dari peran tersebut dipenuhi oleh berbagai macam protein, yang mana dapat diasumsikan secara kolektif memiliki bentuk dimensi

tiga.

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 digabungkan oleh ‘kerangka dasar’ yang terdiri dari pengulangan teratur urutan ikatannya. (lihat [7, Gambar 1.4].) Terdapat orientasi asimetris pada kerangka dasar ini yang tergantung pada struktur kimianya: ujung yang satu disebut N

terminus dan ujung yang lain disebut C 

terminus. Orientasi ini akan memaksakan arah dari urutan asam amino.

(3)

Terdapat 20 tipe berbeda asam amino. Asumsu mengenai bentuk tiga dimensi protein ditentukan oleh urutan linear spesifik asam amino dari N

terminus sampai C

terminus. Perbedaan urutan asam amino akan menghasilkan bentuk tiga dimensi yang berbeda. (sebagai contoh, lihat [1, Gambar 1.1].)

Besarnya protein diukur berdasarkan  jumlah asam amino penyusunnya. Protein dapat tersusun mulai dari paling sedikit 20 asam amino hingga lebih dari 5000 asam amino, walaupun rata

rata protein tersusun sekitar 350 asam amino.

Tiap protein yang dapat dihasilkan organisme disandi oleh satu potong DNA yang disebut gene (lihat bagian 6). Untuk memberikan pemahaman mengenai berbagai macam protein yang dihasilkan satu organisme, contohnya bakteri bersel

satu E. coli memiliki sekitar 4300 gen yang berbeda. Manusia diyakini memiliki sekitar 50.000 gen berbeda (jumlah pastinya masih belum  jelas), sehingga seorang manusia hanya memiliki gen sekitar 10 kali lebih banyak daripada E. coli . Namun,  jumlah protein yang dapat dihasilkan manusia melebihi jumlah gennya, karena fraksi dasar gen manusia masing

masing dapat menghasilkan protein berbeda melalui suatu proses yang disebut ‘penyambung alternatif’.

1.1 Klasifikasi Asam Amino

Tiap asam amino terdiri dari dua bagian:

1. Bagian yang identik dengan seluruh 20 asam amino; bagian ini digunakan untuk mengikat asam amino dengan yang lainnya untuk membentuk kerangka dasar protein.

2. Sebuahsisi rantai khas (atau gugus R) yang menentukan perbedaan sifat fisik dan kimia asam amino.

Walaupun tiap 20 asam amino berbeda memiliki sifat yang khas, mereka dapat diklasifikasikan menjadi empat kategori berdasarkan sifat kimia utamanya. Di bawah ini adalah nama

nama asam amino, 3 huruf  singkatannya, dan satu huruf simbol dasarnya.

1. Asam amino bermuatan positif (dengan demikian bersifat basa) (3).

Arginin Arg R

Histidin His H

Lysin Lys K

2. Asam amino bermuatan negatif (dengan demikian bersifat asam) (2).

Asam aspartat Asp D

Asam glutamat 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 katan hydrogen dengan air. Akibatnya, asam amino polar biasanya ditemukan di bagian permukaan terluar lipatan protein, yang berhubungan dengan lingkungan cair di sekitar sel, yang mana dalam hal ini disebut hidrofilik.

(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 ditemukan pada bagian permukaan dalam lipatan protein, yang mana dalam hal ini disebut hidrofobik.

Alanin Ala A Isoleusin Ile I Glisin Gly G Leusin Leu L Metionin Met M Fenilalanin Phe F Prolin Pro P Valin Val V

Klasifikasi sifat fisio

kimia asam amino yang diperlihatkan di sini sangat sederhana. Gambaran yang lebih akurat mengenai sifatnya diberikan dalam bentuk diagram Venn dari Livingstone and Barton pada situs http://www.russell.embl

heidelberg.de/aas/aas.html.

Walaupun tiap asam amino berbeda dan memiliki sifat yang khas, beberapa pasang tertentu memilki sifat yang mirip dengan lainnya. Contohnya, dua asam amino non polar leusin dan isoleusin, jauh lebih mirip satu sama lain dalam sifat fisik dan kimianya daripada dengan asam glutamat yang  juga bermuatan. Dalam algoritma untuk membandingkan protein, pertanyaan mengenai kemiripan asam amino akan menjadi penting.

2

DNA

DNA berisi perintah

perintah yang dibutuhkan sel untuk menjalankan fungsinya. DNA terdiri dari dua pita panjang yang saling terjalin yang membentuk ikatan ‘double helix’. (lihat [4, Gambar 3.3].) Tiap pita dibangun dari sejumlah kecil molekul dasar yang disebut nukleotida.

2.1 Struktur Nukleotida

Sebuah nukleotida terdiri dari tiga bagian (gambar 3.2). Dua bagian pertama digunakan untuk membentuk kerangka dasar penyusun pita DNA, dan identik pada semua nukleotida. Dua bagian ini adalah (1) gugus fosfat dan (2) gula yang disebut deoksiribosa (yang menjadi asal nama DNA, DeoxyriboNucleic Acid/Asam

(5)

deoksiribonukleat). Bagian ketiga dari nukleotida adalah basa. Terdapat 4 basa yang berbeda, yang menentukan empat nukleotida yang berbeda: timin (T), sitosin (C), adenine (A), dan guanine (G).

Jangan lupa bahwa pada lima atom karbon molekul gula diberi nomor C 1’  , C 2’  , C 3’  , C 4’  , C 5’ . Basa terikat pada atom karbon 1’. Dua gugus fosfat yang berdekatan terikat pada atom karbon 5’ dan 3’. Seperti halnya di dalam kerangka protein (bagian 1), bentuk asimetris molekul gula akan memaksa orientasi pada kerangkanya, satu ujungnya disebutujung 5’ dan yang lainnya disebutujung 3’ . (lihat gambar 3

4[a]).

2.2 Komplementer pasang basa

Mengapa DNA berbentuk pita

double? Ini terjadi akibatkomplementer  pasang basa

nya. Jika basa spesifik dari 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 komplementer spesifik tersebut adalah

• A dengan T • G dengan C

Dua ikatan hydrogen terbentuk antara A dan T, sedangkan tiga ikatan terbentuk antara C dan G (lihat [4, Gambar 3

5].) Hal ini membuat ikatan C

G lebih kuat daripada ikatan A

T

Jika dua pita DNA yang terdiri dari basa komplementer, pada keadaan kondisi sel ‘normal’ mereka akan berikatan dan membentuk pita double

helix yang stabil. Namun, dua pita hanya akan dapat berikatan  jika keduanya dalam ‘konfigurasi antiparalel’. Ini artinya bahwa urutan dari satu pita, kalau dibaca dari ujung 5’ ke ujung 3’, pasti saling melengkapi, basa dengan basa, dengan urutan pita lain yang dibaca dari 3’ ke 5’. (lihat [4, Gambar 3

4 [b] dan 3

3].)

2.3 Ukuran molekul DNA

Bakteri E. coli mengandung satu sirkuler, molekul DNA pita

ganda yang terdiri sekitar 5  juta nukleotida. Biasanya panjang DNA pita

ganda ditulis dalam unit basepairs/pasang

basa (bp), kilobasepairs (kb) atau megabasepairs (Mb), sehingga ukuran ini dapat ditulis sebagai 5 x 106bp, 5000 kb, atau 5 Mb.

Tiap sel manusia mengandung 23 pasang kromosom, yang mana tiap kromosomnya terdiri dari DNA pita

ganda yang panjang. Secara keseluruhan, 46 kromosom yang berada di dalam satu sel manusia terdiri sekitar 3 x 109 bp DNA. Ingat bahwa manusia memiliki DNA sekitar 1000 kali lebih banyak daripada E.coli , sekalipun begitu hanya sekitar 10 kali lebih banyak daripada  jumlah gen. (lihat bagian 1). Alasan untuk hal ini akan dijelaskan secara singkat.

3

RNA

Secara kimia, RNA sangat mirip dengan DNA. Ada dua perbedaan utamanya:

1. RNA menggunakan gula ribosa sebagai pengganti deoksiribosa pada kerangkanya (yang menjadi asal nama RNA, RiboNucleic Acid/Asam ribonukleat).

(6)

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

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 pasang

basa, ia  juga membentuk ikatan hydrogen intramolekuler, secara parsial berikatan dengan dirinya sendiri. Oleh karena alasan ini, RNA, sebagaimana protein, dapat terlipat ke dalam bentuk kompleks

berdimensi

tiga. (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 informasi seperti DNA akibat adanya urutan nukleotida tersebut. Namun kemampuannya untuk membentuk struktur tiga

dimensi memungkinkan RNA memiliki kemampuan enzimatik seperti protein. Oleh karena dual fungsi RNA ini, diduga bahwa kehidupan dapat berasal hanya dari RNA saja, DNA dan protein dapat muncul kemudian.

4

Residu

Istilahresidumenunjuk pada unsure basa tunggal dari urutan nukleotida, atau unsure asam amino tunggal dari protein. Ini merupakan istilah yang berguna ketika seseorang ingin membicarakan dua tipe urutan biologis ini secara kolektif.

5

Replikasi DNA

Apa tujuan pita

ganda DNA? Satu  jawaban yang ada bahwa kelimpahan informasi adalah kunci bagaimana perintah berdimensi

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, yang akan berikatan dengannya. (lihat [4, Gambar 5

2 dan 5

1].) Hasilnya adalah dua salinan yang tepat sama dari DNA pita

ganda asli.

Detailnya, sebuah protein enzimatik yang disebut DNA polymerase membelah pita ganda DNA dan mensintesis pita komplementer DNA. Enzim itu akan mensistesis pita komplementer ini dengan penambahan nukleotida bebasyang tersedia di dalam sel pada ujung 3’ dari pita baru yang sedang disintesis [gambar 5

3]. DNA polymerase hanya akan menambahkan nukleotida  jika pasangan komplementernya berlawanan dengan basa pada pita template. Karena DNA polymerase hanya dapat menambahkan nukleotida baru pada ujung 3’ dari pita DNA (yakni hanya dapat mensintesis DNA dalam arah 5’

ke

3’), mekanisme sebenarnya dari penyalinan kedua pita tersebut lebih rumit. Satu pita dan disintesis secara terus

menerus dalam arah 5’ hingga 3’. Protein enzimatik lain, DNA ligase, merekatkan fragmen yang disintesis ini bersama

sama ke dalam molekul DNA panjang tunggal.

(7)

6

Sintesis Protein dan RNA

Penyimpanan DNA berdimensi

satu yang mengandung informasi genetik dibutuhkan oleh sel untuk menghasilkan semua protein dan RNA

nya. Pada bagian ini, kita menggambarkan bagaimana informasi tersebut disandi, dan bagaimana molekul ini disintesis.

Protein disintesis dalam dua tahap proses. Pertama, sebuah salinan RNA dari bagian DNA yang disintesis dalam proses yang dinamakantranskripsi , yang dijelaskan pada bagian 6.1. Kedua, urutan RNA ini dibaca dan diinterpretasikan untuk mensintesis protein dalam sebuah proses yang disebut translasi , dijelaskan pada bagian 6.2. Bersama

sama kedua langkah ini disebut ekspresi gen.

Gen merupakan sebuah urutan DNA yang mengkode sebuah molekul protein atau RNA. Struktur gen dan proses ekspresi tepatnya masih belum diketahui pasti tergantung pada organisme. Prokariotik, yang menyusun bakteri dan archaea, merupakan organisme bersel

tunggal yang tidak memiliki inti sel. Karena prokariotik memiliki struktur gen dan proses ekspresi gen yang sederhana, kita akan memulainya dari dua hal tersebut. Eukariotik, yang mana termasuk tanaman dan hewan, memiliki lebih banyak struktur gen kompleks yang akan kita diskusikan kemudian.

6.1 Transkripsi pada Prokariotik

Bagaimana organisme prokariotik mensintesis RNA dari DNA? Proses ini, yang disebut transkripsi, mirip dengan cara DNA bereplikasi (bagian 5). Sebuah enzim yang disebut RNA polymerase, menyalin satu pita gen DNA ke dalam sebuah messenger RNA/ARN duta (mRNA/ARNd ), kadangkala disebut  juga transkrip. RNA polymerase secara temporer membelah pita

ganda DNA, dan menggunakan satu pita sebagai contoh untuk membuat pita komplementer RNA. (lihat [4, gambar 4

1]). Proses ini akan mempersatukan U berpasangan dengan A, A berpasangan dengan T, G berpasangan dengan C, dan C berpasangan dengan G. RNA polymerase memulai transkripsi ini dengan bentuk DNA pendek yang dikenali dengan sebutan bagian awal  transkripsi . Saat polymerase sampai pada urutan DNA lain yang disebut bagian akhir  transkripsi , mengirim sinyal akhir pada gen, proses transkripsi berhenti.

6.2 Translasi

Bagaimana protein disintesis dari mRNA? Proses ini, disebut translasi, tidak sesederhana transkripsi, karena hal ini berlangsung dari 4 urutan huruf  alfabet hingga 20 huruf  alfabet dari kode protein. Karena tidak terdapat hubungan satu

demi

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, sedangkan dengan mengambil 3 nukleotida menghasilkan 43= 64, lebih dari cukup untuk menyandi 20 asam amino berbeda). Tabel penyandian diberikan dalam Tabel 1, dan disebut sebagaikode genetik . Yang sangat mencengangkan bahwa kode yang sama ini digunakan hampir secara universal oleh semua organisme.

(8)

Inilah perlunya ketersediaan kode yang melimpah, karena terdapat 64 kemungkinan kodon dan hanya ada 20 asam amino. Dengan begitu tiap asam amino (dengan pengecualian Met dan Trp) disandi oleh kodon yang sinonim, yang dapat saling bertukar dalam hal menghasilkan asam amino yang sama. Hanya 61 sampai 64 kodon yang digunakan untuk menyandi asam amino. Bagian 3 yang tersisa, yang disebut kodon stop, yang menandakan akhir dari protein.

Ribosom merupakan struktur molekuler yang membaca mRNA dan menghasilkan sandi protein berdasarkan kode genetiknya. Ribosom merupakan kompleks berukuran besar yang mengandung protein dan satu tipe RNA yang disebutribosomal RNA/ARN ribosom (r RNA/ARNr).

Proses yang mana ribosom mentranslasi mRNA menjadi protein perlu menggunakan tipe RNA ketiga yang disebut transfer RNA/ARN pemindah (t RNA/ARNp). Ada 61 macam transfer RNA yang berbeda, satu untuk tiap kodon nonterminasi. Tiap lipatan tRNA (lihat bagian 3) untuk membentuk struktur berbentuk

daun semanggi. Struktur ini menghasilkan sebuah saku yang berkompleks secara khas dengan asam amino yang disandi oleh kodon terkait tRNA, berdasarkan tabel 1. Bentuk yang unik ini dianalogkan dengan mekanisme kunci dan pasangannya. Pada keadaan lain tRNA adalah antikodon, tiga basa berturut

turut yang merupakan komplementer dan antiparalel dengan kodon yang sesuai, dan ditambahkan untuk digunakan oleh ribosom. Ribosom membawa bersama tiap kodon mRNA dengan antikodon yang berpasangan pada beberapa tRNA, dan begitulah asam amino disandikan. (lihat [4, Gambar 4

4]).

Pada prokariotik, yang mana tidak memiliki inti sel, translasi dimulai saat transkripsi sedang berjalan, bagian ujung 5’ dari transkrip ditranslasi sebelum RNA polymerase mencatat ujung 3’. (lihat Drlica [4, Gambar 4

4]). Pada eukariotik, DNA berada di dalam inti sel, sedangkan ribosom berada di dalam sitoplasma di luar inti sel. Dengan demikian, transkripsi terjadi di dalam nukleus, transkrip yang telah lengkap dikeluarkan dari nukleus, dan kemudian translasi tejadi di dalam sitoplasma.

Ribosom membentuk kompleks dekat dengan ujung 5’ dari mRNA, berikatan di sekitarkodon start ,  juga disebutbagian awal  translasi . Kodong start yang paling sering adalah 5’

AUG

3’, dan pasangan antikodonnya adalah 5’

CAU

3’. (Kodong start yang  jarang ditemukan adalah 5’

GUG

3’ atau 5’

UUG

3’). Kini ribosom membawa bersama

sama kodon start ini pada mRNA dan antikodon tRNA, yang akan saling berikatan. (lihat [4, Gambar 4

4].) tRNA membawanya hasil translasi dengan asam amino yang disandi; pada kasus dimana kodon startnya 5’

AUG

3’, ini adalah metionin.

(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 A G 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 Tabel 1. Kode Genetik

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 kodon kedua melalui antikodonnya, dan ribosom mengikatkan asam amino kedua ini dengan yang pertama. Pada titik ini, ribosom melepas tRNA pertama, bergerak ke kodon ketiga, dan begitu seterusnya. (lihat [4, Gambar 4

5].) Proses ini berlanjut sampai ribosom mendeteksi adanya kodon stop, pada titik dimana ia melepaskan mRNA dan protein lengkap.

7

Struktur Gen Prokariotik

Mengingat dari bagian 6 bahwa gen merupakan urutan DNA yang relatif  pendek yang mengkode molekul protein atau RNA. Dalam bagian ini kita membatasi perhatian kita terhadap gen yang mengkode protein pada prokariotik.

Bagian dari gen mengandung kodon yang akan ditranslasi dengan segera menjadi protein yang disebut bagian penyandi, atau open reading  frame/kerangka pembaca terbuka. Bagian yang memulai translasi (lihat Bagian 6.1) adalah upstream/hulu dari kodon start, dimana “upstream” berarti “arah pada 5’”. Dengan cara yang sama, bagian yang menghentikan transkripsi adalah downstream/muara dari kodon stop, dimana “downstream” berarti arah pada 3’”. Dengan demikian, transkrip mRNA mengandung urutan kedua akhirannya yang telah dibaca, namun tidak ditranslasi. Urutan antara transkripsi bagian start dan kodon start disebut bagian 5’ yang tidak ditranslasi . Urutan antara kodong stop dan bagian stop transkripsi disebut bagian 3’ yang tidak ditranslasi.

Hulu dari bagian transkripsi merupakan urutan DNA relatif  pendek yang disebut bagian  pengatur atau bagian  promoter . Yang mengandung elemen  pengatur , yang mana merupakan bagian DNA spesifik dimana protein pengatur tertentu mengikat dan mengatur ekspresi dari gen. Protein ini disebut  faktor 

 faktor 

(10)

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

faktor transkripsi mengatur ekspresi adalah dengan berikatan pada DNA pada promoter dan dari situ mempengaruhi kemampuan RNA polymerase (baik secara positif maupun negatif) untuk melakukan tugas transkripsinya. (Ada  juga analog mengenai kemungkinan pengaturan translasi , dimana faktor

faktor pengatur berikatan dengan

mRNA dan mempengaruhi kemampuan ribosom untuk melaksanakan kemampuan translasinya.)

8

Pengaturan Genom Prokariotik

Genom suatu organisme adalah keseluruhan komplemen DNA dalam sel apa saja. Pada prokariotik, genome biasanya terdiri dari satu kromosom DNA pita

ganda sederhana, dan biasanya berbentuk sirkuler (ikatan ujung 5’ dengan ujung 3’

nya) daripada membentuk linear. Ukuran genome prokariotik mengandung  jutaan pasangan basa.

Biasanya 90% genome prokariotik terdiri dari bagian penyandi. Sebagai contoh, genomeE. coli berukuran sekitar 5 Mb dan mengandung sekitar4300 bagian penyandi, tiap rata

rata panjangnya sekitar 1000 bp. Gene

nya relatif rapat dan seragam yang terdistribusi pada seluruh genome.

9

Struktur Gen Eukariotik

Perbedaan penting antara gen prokariotik dan eukariotik adalah bahwa eukariotik mengandung “intron”. Lebih detailnya, urutan pembacaan gen eukariotik umum adalah pertukaran antara urutan DNA yang disebutexon

danintron, dimana intron adalah urutan yang akan tersambung dengan mRNA sebelum meninggalkan nukleus. Transkripsi di dalam nukleus menghasilkan sebuah molekul RNA yang disebut pre

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

mRNA dengan struktur yang disebutspliceosome untuk menghasilkan mRNA matur yang akan dibawa keluar dari nukleus untuk proses translasi. Gen eukariotik dapat mengandung sejumlah intron, dan tiap intron berukuran beberapa kilobase. Satau kenyataan yang berhubungan dengan prediksi penghitungan gen adalah keberadaan intron membuatnya lebih sulit untuk mengidentifikasi lokasi gen dengan komputer, yang akan memberikan urutan dari genome.

Perbedaan penting lainnya antara prokariotik dan gen eukariotik yang lebih tinggi adalah, bahwa eukariotik, adanya bagian pengatur multipel yang dapat berada sangat jauh dari bagian penyandi, dapat pula menjadi hulu atau muara darinya, dan bahkan dapat menjadi intron.

10

Pengaturan Gen Eukariotik

Tidak seperti gen prokariotik, kebanyakan gen eukariotik terdiri dari kromosom linear multipel sebagai lawan 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 urutan penyandian, dan gen tersebut didistribusi secara tidak merata pada genome.

(11)

11

Status dan Tujuan Proyek Genome

Biologi molekuler memiliki dua tujuan utama berikut ini:

1. Mengidentifikasi semua molekul kunci yang terdapat pada manusia, khususnya protein, karena mereka bertanggung jawab untuk reaksi kimia pada sel.

2. Mengidentifikasi interaksi semua kunci tersebut di antara molekul.

Dulunya, biologi molekuler telah mengejarkan dua tujuan ini secara simultan dalam sistem kecil terpilih pada model organisme yang dipilih. Proyek genome saat ini berbeda dengan terfokus secara khusus pada tujuan pertama, namun pada semua sistem yang terdapat pada model organisme. Mereka melakukan hal ini dengan membuat urutan genome, yang mana berarti dengan cara menentukan urutan seluruh DNA organisme. Mereka kemudian melakukan analisis komputerisasi pada urutan genome untuk mengidentifikasi (sebagian besar) gen. Setelah melakukan semua ini, (kebanyakan dari) protein pada organisme akan segera diketahui.

Dengan perkembangan terbaru dari teknologi pembuatan urutan genome, proyek ini berkembang sangat cepat selama lebih dari 5 tahun. Organisme hidup pertama yang telah berhasil dibuat urutannya secara utuh adalahH. influenza, dengan ukuran genome 1,8 Mb. Pada saat tulisan ini dibuat, sekitar 96 bakteri, 16 archae, dan 17 genome eukariotik telah dibuatkan urutan gen

nya. (lihat pada situs http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PMGifs/Genomes/org.htmluntuk daftar terbaru genome yang telah diurutkan.)

12

Analisis Urutan

Sekali genome telah diurutkan secara utuh,  jenis analisis apa yang dilakukan padanya? Beberapa tujuan dari analisis urutanadalah sebagai berikut:

1. Mengidentifikasi gen

2. Menentukan fungsi tiap gen. Salah satu cara untuk membuat hipotesa adalah dengan menemukan gen 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 kemiripan fungsi, yang mungkin saja benar atau mungkin juga salah.

3. Mengidentifikasi protein yang terlibat dalam pengaturan ekspresi gen. 4. Mengidentifikasi pengulangan urutan.

5. Mengidentifikasi bagian fungsional lain, contohnya asal dari replicas (bagian dimana DNA polymerase 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 bertanggung jawab pengumpulan DNA di nukleus.

Banyak dari tugas

tugas ini ditemukan secara alami. Dengan memberikan tingkat yang luar biasa pada data urutan yang dihasilkan, integrasi dari ilmu komputer, matematika, dan biologi akan menunjang analisis dari urutan tersebut.

Figur

Memperbarui...

Referensi

Memperbarui...

Related subjects :