Transkripsi merupakan langkah pertama dalam gen expression untuk mentransfer informasi genetik yang tersimpan dalam DNA (gen) menjadi molekul RNA messenger yang membawa informasi ke ribosom. Ini adalah situs sintesis protein dalam sitoplasma
TRANSKRIPSI PROKARYOT
Fitur dasar transkripsi pada prokariota dan eukariota sama, tapi banyak dari rincian yang berbeda seperti urutan promotor. RNA polimerase E.coli telah dipelajari secara detail dan akan dibahas di sini. Ini mengkatalisis semua sintesis RNA pada spesies ini. Polimerase RNA dari archaea memiliki struktur yang sangat berbeda, hal tersebut tidak akan dibahas di sini. Segmen DNA yang ditranskripsi untuk menghasilkan satu molekul RNA disebut unit transkripsi. Unit transkripsi mungkin setara dengan gen individual, atau mereka mungkin termasuk beberapa gen yang berdekatan. Transkrip besar membawa urutan code dari beberapa gen yang umum pada bakteri. Proses transkripsi dapat dibagi menjadi tiga tahap:
1. Inisiasi rantai RNA baru 2. Pemanjangan rantai
3. Terminasi transkripsi dan pelepasan molekul RNA baru lahir
Ketika mendiskusikan transkripsi, ahli biologi sering menggunakan istilah hulu dan hilir untuk menyebut daerah yang terletak ke arah ujung 5 dan 3 akhir, masing-masing dari transkrip beberapa molekul mRNA. Hal ini didasarkan pada fakta bahwa RNA sintesis selalu terjadi pada arah 5-3. Daerah hulu dan hilir gen adalah urutan DNA yang menentukan segmen 5 dan 3 dari transkrip relatifnya terhadap titik acuan tertentu.
RNA POLIMERASE: ENZIM COMPLEX
RNA polimerase yang mengkatalisis transkripsi sangatlah kompleks, protein ini merupakan protein multimerik atau protein yang meiliki beberapa rantai polipeptida. RNA E.coli polimerase memiliki berat molekul sekitar 480.000 dan terdiri dari lima polipeptida. Dua di antaranya adalah identik, dengan demikian enzim berisi empat polipeptida yang berbeda. Molekul RNA polimerase lengkap, holoenzyme. Subunit terlibat dalam perakitan inti tetrameric (2) dari RNA polimerase. Subunit mengandung trifosfat untuk pengikatan ribonukleosida, dan subunit template mengikat DNA wilayah. Salah satu subunit, yang terlibat hanya dalam inisiasi transkripsi; memainkan peran dalam perpanjangan rantai. Setelah inisiasi rantai RNA telah terjadi, faktor sigma, dan rantai perpanjangan. Fungsi sigma adalah untuk mengenali dan mengikat RNA polimerase saat inisiasi atau promotor situs transkripsi DNA.
Enzim inti akan mengkatalisasi sintesis RNA dari template DNA in vitro, kemudian akan memulai rantai RNA acak pada kedua untai DNA. Sebaliknya, holoenzyme memulai rantai RNA in vitro yang digunakan pada in vivo.
INISIASI RANTAI RNA
Inisiasi rantai RNA melibatkan tiga langkah:
1. Pengikatan RNA polimerase holoenzyme ke daerah promotor dalam DNA
2. Membuka dari dua untai DNA oleh RNA polimerase, menyediakan template untai untuk pasangan basa dengan ribonucleotida yang masuk
3. Pembentukan ikatan fosfodiester dari beberapa ribonucleotida pertama dalam rantai RNA yang baru.
Holoenzyme tetap terikat pada daerah promotor selama sintesis pertama delapan atau sembilan obligasi, maka faktor sigma dilepaskan dan enzim inti memulai tahap pemanjangan sintesis RNA. Selama inisiasi, rantai pendek dari dua sampai sembilan ribonucleotides disintesis dan dilepaskan. Sintesis yang tidak sempuRNA dihentikan setelah rantai 10 atau lebih ribonucleotides telah disintesis dan RNA polimerase telah mulai bergerak dari hilir promotor. Dengan konvensi, pasangan nukleotida atau nukleotida dalam dan bersebelahan dengan unit transkripsi diberi nomor relatif terhadap situs inisiasi transkrip (ditunjuk 1) -yang pasangan nukleotida yang sesuai dengan yang pertama (5) nukleotida dari transkrip RNA. Pasangan basa sebelumnya situs inisiasi diberikan minus (-) prefiks; mereka yang mengikuti (relatif terhadap arah transkripsi) situs inisiasi diberikan plus (+) prefiks. Urutan nukleotida sebelumnya pada tahap inisiasi disebut sebagai urutan hulu; mereka mengikuti situs inisiasi disebut urutan hilir. Seperti disebutkan sebelumnya, subunit sigma dari RNA polymerase menengahi yang mengikat promotor dalam DNA. Ratusan E.coli promotor telah diurutkan dan ditemukan memiliki sangat sedikit kesamaan. Dua urutan pendek dalam promotor ini cukup dilestarikan untuk diakui, tapi bahkan ini jarang identik dalam dua promotor yang berbeda. Titik tengah dari dua urutan lestari terjadi pada sekitar 10 dan 35 nukleotida pasangan, masing-masing, sebelum transkripsi tahap inisiasi.
Sehingga mereka disebut urutan 10 dan urutan 35. Meskipun urutan ini sedikit berbeda dari gen ke gen, beberapa nukleotida sangat dilestarikan. Urutan nukleotida yang hadir dalam elemen genetik dilestarikan seperti paling sering disebut dalam urutan konsensus. Urutan 10 konsensus dalam untai nontemplate adalah TATAAT; urutan 35 konsensus TTGACA. Sigma subunit awalnya mengakui dan mengikat 35 urutan; dengan demikian, urutan ini kadang-kadang disebut urutan pengakuan. 10 urutan memfasilitasi proses unwinding lokal dari DNA,
yang merupakan prasyarat penting untuk sintesis rantai RNA yang baru. Jarak antara 35 dan 10 urutan sangat kekal di E.coli promotor, tidak pernah menjadi kurang dari 15 atau lebih dari 20 pasang nukleotida panjang. Selain itu, yang pertama atau 5 basis di E.coli RNA biasanya (90 persen) purin a.
PEMANJANGAN RANTAI RNA (ELONGASI)
Pemanjangan rantai RNA dikatalisis oleh enzim inti RNA polimerase, setelah rilis subunit. Perpanjangan kovalen rantai RNA berlangsung dalam gelembung transkripsi, segmen lokal dibatalkan DNA. Molekul RNA polimerase mengandung kedua DNA kegiatan unwinding dan DNA rewinding. RNA polimerase terus terurai DNA helix ganda menjelang situs polimerisasi dan menggulung untaian DNA komplementer balik situs polimerisasi ketika bergerak sepanjang helix ganda (gambar 11.9).
Pada E.coli, panjang rata-rata gelembung transkripsi adalah 18 pasang nukleotida, dan sekitar 40 ribonucleotides dimasukkan ke dalam rantai RNA tumbuh per detik. Rantai RNA yang baru lahir dipindahkan dari untai DNA template sebagai bergerak RNA polymerase sepanjang molekul DNA. Wilayah transient dasar-pasangan antara rantai tumbuh dan template untai DNA sangat singkat, mungkin hanya tiga pasangan basa panjangnya. Stabilitas kompleks transkripsi dipertahankan terutama oleh pengikatan DNA dan rantai RNA tumbuh RNA polymerase, bukan oleh basepairing antara untai cetakan DNA dan RNA yang baru.
PENGHENTIAN RANTAI RNA
Pemutusan rantai RNA terjadi ketika RNA polimerase bertemu sinyal terminasi. Ketika hal itu terjadi, kompleks transkripsi memisahkan, melepaskan molekul RNA yang baru lahir. Ada dua jenis terminator transkripsi dalam E.coli. Salah satu jenis hasil penghentian hanya di hadapan protein yang disebut rho, oleh karena itu, urutan penghentian tersebut disebut terminator rhodependent. Hasil jenis lain di terminasi transkripsi tanpa keterlibatan rho; urutan seperti disebut terminator rho-independent.
Terminator rho-independen mengandung daerah kaya gc diikuti oleh enam atau lebih pasangan basa at, dengan hadir a pada untai template (gambar 11.10, atas). Urutan nukleotida daerah kaya gc mengandung terbalik mengulangi-urutan nukleotida dalam setiap untai DNA yang terbalik dan saling melengkapi. Ketika ditranskrip, daerah-daerah yang berulang terbalik menghasilkan RNA urutan untai tunggal yang dapat mendasarkan-pair dan struktur bentuk jepit rambut (gambar 11.10, bawah). Struktur RNA hairpin membentuk segera setelah sintesis daerah yang berpartisipasi dari rantai RNA dan menghambat pergerakan molekul RNA polimerase di sepanjang DNA, menyebabkan jeda dalam ekstensi rantai. Sejak au dasar-pasangan lemah, membutuhkan lebih sedikit energi untuk memisahkan basis dari salah satu pasangan basa standar lainnya, menjalankan u setelah wilayah hairpin memfasilitasi pelepasan rantai RNA yang baru disintesis dari template DNA ketika penyebab struktur hairpin RNA polimerase untuk berhenti sejenak di situs ini. Mekanisme yang terminasi rho-dependent transkripsi terjadi mirip dengan penghentian rho-independen dalam bahwa kedua melibatkan pembentukan struktur hairpin berikatan hidrogen hulu dari situs penghentian. Dalam kedua kasus, jepit rambut ini menghambat pergerakan RNA polimerase, menyebabkan ia berhenti. Namun, terminator rho-dependent berisi dua urutan tambahan: urutan 50-90 nukleotida-pasangan hulu dari urutan berulang terbalik yang menghasilkan untai RNA dengan banyak c tetapi beberapa g, yang oleh karena itu merupakan ada jepit rambut atau struktur sekunder lainnya, dan urutan menentukan protein rho situs pengikatan disebut liang (untuk pemanfaatan rho) dekat 3 akhir transkrip. Rho protein mengikat urutan kebiasaan dalam transkrip dan bergerak 5-3 berikut RNA polimerase. Ketika polymerase pertemuan hairpin, itu berhenti, memungkinkan rho untuk mengejar ketinggalan, melewati hairpin, dan menggunakan aktivitas helikase untuk bersantai DNA / RNA dasar-pasangan di ujung dan melepaskan transkrip RNA.
Pertanyaan dan Jawaban
1. Apa perbedaan prokariot dan eukaryote pada saat terminasi?
Pada prokariotik, transkripsi berhenti pada saat RNA polimerase mencapai titik terminasi. Pada eukariotik, RNA polimerase terus melewati titik terminasi, 10-35 nukleotida, RNA yang telah terbentuk terlepas dari enzim tersebut.
2. Kapan kerja RNA polymerase prokariot dimulai?
Mekanisme kerja RNA polymerase prokariot pada transkripsi yaitu dimulai ketika penempelan RNA polymerase holoenzim pada bagian promotor suatu gen.