BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Kehidupan ditandai oleh adanya proses metabolisme yang terjadi di dalam sel. Metabolisme merupakan proses perubahan kimiawi dari satu bentuk ke bentuk yang lainya, misalnya dari bentuk sederhana menjadi bentuk yang lebih rumit, atau sebaliknya. Proses metabolisme melibatkan transformasi materi dan energi.
Penampilan morfologi yang merupakan fenotip dari suatu organisme adalah hasil proses metabolisme yang terjadi di dalam setiap sel penyusun organisme tersebut. Keragaman morfologi di antara individu anggota suatu populasi sangat tergantung dari keragaman proses dan hasil metabolisme yang terjadi pada masing-masing individu.
Proses metabolisme di dalam sel merupakan reaksi biokimia yang dikatalis oleh enzim tertentu, sehingga keragaman proses dan hasil metabolisme ditentukan oleh enzim yang terlibat dalam reaksi tersebut. Keragaman enzim (baik struktur maupun susunan asam aminonya) itu sendiri sangat ditentukan oleh susunan cetakannya yaitu asam deoksiribonukleat (DNA). Ruas DNA yang menjadi cetakan untuk mensintesis enzim (protein) yang disebut dengan gen, sehingga gen merupakan pengendali proses metabolisme atau pengendali kehidupan. Keragaman morfologi suatu organisme merupakan penampakan gen-gennya. Suatu gen memiliki penyusun serta dapat melakukan ekspresi gen.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah yang dapat disusun dalam materi struktur dan ekspresi gen yaitu:
1. Apa sajakah bagian-bagian yang menyusun suatu gen ? 2. Bagaimana struktur gen pada mahluk hidup?
1.3 Tujuan
Berdasarkan pada rumusan masalah, maka tujuan dari penyusunan majakah yaitu:
1. Untuk mengetahui bagian-bagian yang menyusun suatu gen 2. Untuk mengetahui struktur gen pada mahluk hidup
BAB II PEMBAHASAN 2.1 Struktur Gen
2.1.1 Letak Gen Pada Makhluk Hidup
Bagian utama sebuah sel adalah nukleus, di dalam nukleus terdapat benang-benang halus yang disebut kromatin. Pada saat sel akan mulai membelah diri, benang-benang halus tersebut menebal, memendek dan mudah menyerab warna membentuk kromosom.Kromosom mengandung DNA. Total keseluruhan informasi genetik yang disimpan didalam kromosom disebut genom. Genom DNA tersusun atas gen-gen. Satu gen mengandung satu unit informasi mengenai suatu sifat yang dapat diamati. Gen juga dianggap sebagai fragmen DNA didalam kromosom (Suryo,2008).
2.1.2 Strutur Gen
Gen adalah bagian dari kromosom atau salah satu kesatuan kimia (DNA) dalam kromosom yaitu dalam lokus yang mengendalikan ciri-ciri genetis dari suatu makhluk hidup. Menurut Fred (2005) bahwa struktur gen tersusun dari:
1. Daerah pengkode yaitu ekson and intron yang mengkode RNA atau protein. Intron(intervening sequences) merupakan sekuens yg tidak mengkode asam amino sedangkan ekson merupakan merupakan bagian yang akan dikode menjadi asam amino.
2. Promotor
Promotor adalah adalah urutan DNA spesifik yang berperan dalammengendalaikan transkripsi gen struktural dan terletak di daerah upstream (hulu) dari bagian struktural gen. Promotor berfungsi sebagai tempat awal pelekatan enzim RNA polimerase yang nantinya melakukan transkripsi pada bagian structural.
3. Operator
tidak bisa berlangsung.Selain adanya supresor juga terdapatenhancer.Supresor digunakan untuk menghambat sedangkan enhancer digunakan untuk meningkatkan proses transkripsi dengan meningkatkan jumlah RNA polimerase. Namun letaknya tidak pada lokasi yang spesifik seperti operator, ada yg jauh di upstream atau bahkan downstream dari titik awal transkripsi.
4. Terminator
Terminator dicirikan dengan struktur jepit rambut / hairpin dan lengkungan yang kaya akan urutan GC yang terbentuk pada molekul RNA hasil transkripsi
2.1.3 Perbedaan Struktur Gen Pada Prokariotik Dan Eukariotik
Pada umumnya struktur gen pada prokariotik dan eukariotik sama yaitu tersusun dari bagian pengkode, promotor, operator, terminor. Perbedaannya terletak pada bagian pengkode. Bagian pengkode pada prokariotik terdapat bagian intron yang tidak dapat diekspresikan sehingga semuanya ekson, kecuali pada Archaebacteria dan bakteriofag ada yang memiliki intron. Sedangkan bagian pengkode pada eukariotik terdiri dari ekson dan intron (Fred,2005).
2.2 Ekpresi Gen
Ekspresi gen adalah proses penentuan sifat suatu organisme oleh gen. Suatu sifat yang dimiliki oleh organisme merupakan hasil metabolisme yang terjadi di dalam sel. Proses metaboisme dapat berlangsung karena adanya enzim yang berfungsi sebagai katalisator proses-proses biokimia. Enzim dan protein lainnya diterjemahkan dari urutan nukleotida yang ada pada molekul mRNA, dan molekul mRNA itu sendiri disintesis berdasarkan utas cetakan DNA. Gen tersusun dari molekul DNA, sehingga gen menentukan sifat suatu organisme (Fred,2005). 2.2.1 Dogma Central
Mekanisme ekspresi genetik mengikuti Dogma Sentral Biologi Molekular yaitu aliran (transfer) informasi genetik dari urutan nukleotida DNA manjadi urutan asam amino protein (Subowo,2011).
Kode genetika merupakan suatu pengkodean urutan triplet basa nitrogen DNA dan RNA pada proses sintesis protein. Suatu kode triplet basa nitrogen akan menghasilkan suatu jenis asam amino. Urutan dan jenis asam amino di dalam sel akan menetukan jenis dan fungsi protein yang dihasilkan.
Kodon merupakan susunan kombinasi dari tiga basa nitrogen yang terdapat pada mRNA. Karena jumlah basa nitrogen ada 4 jenis, maka kemungkinan jumlah kodon ada sebanyak 43 atau 64 macam, artinya kemungkinan asam amino yang terbentuk ada sebnayak 64 jenis. Jumlah asam amino yang demikian menjadi belebih mengingat jumlah asam amino di dalam sel adalah 20 jenis. Hal demikian menunjukkan bahwa ada beberapa jenis asam amino yang mempunyai lebih dari satu macam kodon. Contohnya asam amino jenis leusin mempunyai kodon SUU, SUS , SUA, SUG. Artinya asam amino leusin dapat digunakan dengan menggunakan keempat kodon tersebut (Suryo,2008).
Gb.2.2.3 Kode genetika
A. Trankripsi
Transkripsi merupakan proses pembentukan molekul RNA dengan menggunakan DNA sebagai cetakannya. Tidak semua bagian DNA akan ditranskripsikan, tetapi hanya bagian tertentu saja. Bagian tertentu tersebut disebut dengan gen. keseluruhan DNA baik gen maupun sekuensi DNA bukan penyandi (non-coding) yang dikandung oleh suatu organism disebut genom. Ruas DNA uang ditranskripsikandibatasi oleh prometer dan terminator. Hanya satu dari dua utas DNA yang digunakan sebagai cetakan sintesis RNA. Utas DNA yang digunakan sebagai cetakan bagi sintesis RNA disebut dengan utas cetakan (template), sedangkan utas yang lain disebut utas pendamping. Walaupun hanya satu utas yang berfungsi sebagai cetakan, tetapi tidak selalu utas yang sama digunakan sebagai utas cetakan sepanjang molekul DNA di dalam genom suatu organism. Jadi pada gen, utas yang satu digunakan sebagai cetakan, tetapi pada gen lainnya kemungkinan utas yang lain digunakan sebagai cetakan (Yuwono, 2005).
Proses transkripsi menghasilkan tiga jenis RNA yaitu: RNA duta (mRNA= messenger RNA), RNA transfer (tRNA = transfer RNA) dan RNA ribosomal (rRNA =ribosomal RNA). Ketiga jenis RNA ini berperan dalam proses translasi. Hanya mRNA yang akan diterjemahakan ke dalam protein. tRNA berperan sebagai molekul pembawa asam amino yang akan dirangkaikan menjadi polipeptida yang sesuai dengan sandi yang terdapat pada mRNA. rRNA berfungsi sebagai salah satu penyusun ribosom (Yuwono, 2005).
Enzim RNA polymerase lengkap (disebut holoenzim) tersusun dari enzim inti dan faktor transkripsi. Enzim inti terdiri dari dua subunit. Proses transkripsi mempunyai beberapa karakteristik yaitu bahwa: proses sintesis mempunyai arah dari 5’P ke 3’OH, berlangsung secara anti parallel bila dibandingkan dengan utas cetakannya, dan mengikuti aturan Chargaff atau basa-basanya berpasangan secara komplementer (A-T ; G-C). Proses transkripsi dapat terbagi menjadi tiga tahap, yaitu inisiasi sintesis RNA, pemanjangan (elongasi) RNA dan penyelesaian (terminasi ) sintesis RNA.Transkripsi berlangsung dalam 3 tahap, yaitu inisiasi, elongasi, dan teminasi. Masing-masing tahap akan dijelaskan secara singkat sebagai berikut.
1. Inisiasi, setelah mengalami pengikatan oleh promoter, RNA polimerase akan terikat pada suatu tempat di dekat promoter, yang dinamakan tempat awal polimerisasi atau tapak inisiasi (initiation site). Tempat ini sering dinyatakan sebagai posisi +1 untuk gen yang akan ditranskripsi. Nukleosida trifosfat pertama akan diletakkan di tapak inisiasi dan sintesis RNA pun segera dimulai.
2. Elongasi merupakan pengikatan enzim RNA polimerase beserta kofaktor-kofaktornya pada untai DNA cetakan membentuk kompleks transkripsi. Selama sintesis RNA berlangsung kompleks transkripsi akan bergeser di sepanjang molekul DNA cetakan sehingga nukleotida demi nukleotida akan ditambahkan kepada untai RNA yang sedang diperpanjang pada ujung 3’ nya. Jadi, elongasi atau polimerisasi RNA berlangsung dari arah 5’ ke 3’, sementara RNA polimerasenya sendiri bergerak dari arah 3’ ke 5’ di sepanjang untai DNA cetakan.
(disebut terminasi diri) dan terminasi yang memerlukan kehadiran suatu protein khusus (protein rho). Di antara keduanya terminasi diri lebih umum dijumpai. Terminasi diri terjadi pada urutan basa palindrom yang diikuti oleh beberapa adenin (A). Urutan palindrom adalah urutan yang sama jika dibaca dari dua arah yang berlawanan. Oleh karena urutan palindom ini biasanya diselingi oleh beberapa basa tertentu, maka molekul RNA yang dihasilkan akan mempunyai ujung terminasi berbentuk batang dan kala (loop) (Yuwono, 2005).
B. Translasi
Translasi adalah tahap penerus dari transkripsi, dalam tahap ini terjadi proses penerjemahan urutan kodon pada mRNA oleh tRNA menjadi urutan asam amino. Proses ini terjadi di sitoplasma oleh ribosom. Ribosom terdiri atas 2 unit yaitu unit besar dan unit kecil. Penerjemahan satu kodon mengahsilkan satu asam amino. Dalam proses translasi terjadi 3 tahap yaitu inisiasi, elongasi, terminasi (Yuwono, 2005).
1. Inisiasi dimulai dengan pengenalan rangkaian AUG, kemudian mengenal dan berikatan dengan molekul tRNA pada antikodon untuk asam amino yang khusus, seperti ACC untuk tryptophan, dengan cara ini activating enzymes mengikatkan molecules tRNA ke asam amino tertentu, setelah itu baru fase pemanjangan dengan cara pembacaan yang sama.
itu sendiri adalah triplet yang menandai berakhirnya proses penyusunan rantai polipeptida.
3. Terminasi merupakan tahap akhir dari proses translasi dan merupakan tahap pelepasan rantai polipeptida dari ribosom. Dalam pelepasan rantai polipeptida ada satu protein yang disebut sebagai faktor pelepasan yang akan mengikatkan diri pada kodon stop di site A dan menambahkan air pada rantai polipepida. Reaksi ini akan memutuskan ( menghidrolisis ) ikatan antara polipeptida yang sudah selesai tRNA disitus P, sehingga polipeptida akan terlepas.
2.2.4 Perbedaan mekanisme ekspresi gen pada prokariotik dan eukariotik Ekspresi gen pada organisme prokariotik dan eukariotik memiliki perbedaan yang sangat signifikan. secara umum, ekspresi gen pada prokariotik sangat bersifat efisien, dimana ketika sumber makanan berlimpah di lingkungam prokariotik tidak akan membuat sesuatu yang terlalu berlebihan.
A. Transkripsi
Transkripsi merupakan proses sintesis molekul RNA pada DNA template. Proses ini terjadi pada inti sel / nukleus (Pada organisme eukariotik, sedangkan pada organisme prokariotik berada di sitoplasma karena tidak memiliki inti sel) tepatnya pada kromosom.
Masing-masing dari gen itu punya start codon dan stop codon sendiri-sendiri namun ekspresinya tetep dikendalikan dengan operon yang sama. Pada waktu ditranskripsi hasilnya 1 mRNA yang membawa kodon untuk 3 macam polipeptida yang beda (Yuwono, 2005)
Mekanisme transkripsi pada eukariotik pada dasarnya menyerupai mekanisme pada prokariot. Namun, begitu banyaknya polipeptida yang berkaitan dengan mesin transkripsi pada eukariotik menjadikan mekanisme tersebut jauh lebih kompleks daripada mekanisme pada prokariotik. Secara umum mekanisme transkripsi dimulai dari inisiasi, elongasi dan terminasi. Tetapi pada eukariotik terdapat tiga gen kelas yang berperan dalam proses transkripsi, karena itu transkripsi harus dilakukan pada masing-masing gen kelas tersebut. Pada eukariotik RNA polimerasenya beda-beda ada RNA polimerase I, II dan III sehingga penggunaannya dalam sintesis molekul berbeda. Sebelum RNA polimerase menempel pada promotor, ada faktor-faktor transkripsi yang membantu RNA polimerase. Jika RNA polimerase I dibantu SL1 dan UBF, RNA polimerase II dibantu dengan TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH dan TFIIJ. RNA polimerase III dipandu ama TFIIIA, TFIIIB, TFIIIC ama protein TBP. faktor TBP merupakan protein yg diperlukan jika gen-gen tidak mempunyai TATA box. setelah RNA polimerase dibantu dengan faktor transkripsi (TF) menuju ke TATA box kemudian terjadi proses elongasi dan berhenti sampai bertemu terminator (Yuwono, 2005).
Tabel 2.2.4 Perbedaan Proses Transkripsi Pada Prokariotik Dan Eukariotik
Kriteria Prokariotik Eukariotik
Hasil RNA matang Pre-mRNA
Modifikasi RNA Tidak ada Penambahan tudung 5’
splicing
Pasti 1 Bisa lebih dari 1
Jumlah protein yang dikode mRNA
Bisa lebih dari 1 Hanya 1
Tahapan terminasi Ketika ada terminator maka langsung diakhiri translasikan berdasarkan arah dari ujung 5` ke ujung 3`. Selain dari itu, pada prokariotik tidak terdapat membran inti, sehingga tidak ada yang memisahkan transkripsi dan translasi (sebagaimana yang terjadi pada eukariot) sehingga translasi dapat segera dilakukan (Yuwono, 2005)
Gen adalah bagian dari kromosom atau salah satu kesatuan kimia (DNA) dalam kromosom yaitu dalam lokus yang mengendalikan ciri-ciri genetis dari suatu makhluk hidup.Gen tersusun dari bagian pengkode (intron, ekson), promotor, operator dan terminator. Ekspresi gen adalah proses penentuan sifat suatu organisme oleh gen. Ekspresi gen melalui proses transkripsi dan translasi.
3.2 Saran
Dengan makalah ini diharapkan dapat menambah wawasan pembaca mengenai struktur dan ekspresi gen. apabila terdapat materi yang kurang sesuai diharapkan mencari referensi yang lain.
DAFTAR PUSTAKA
Subowo.2011.Biologi Sel.Jakarta:Sagung Seto
Suryo.2008.Genetika Manusia.Yogyakarta:Gadjah Mada University Press
