ekspresi gen

TUGAS BIOMEDIK DASAR

EKSPRESI GEN

NAMA KELOMPOK:

1.      Liyana Putri Afifah(25010113120151)

2.      Zaedatul Farida (25010113120122)

3.      Yeny Anggrainy(25010113120157)

4.      Erlina Sari(25010113120129)

5.      Diah Fatmawati(25010113120132)

6.      Novi Isnasari(25010113120135)

7.      Dewi Fajar Kharisma(25010113120136)

8.      Ernawati(25010113120160)

                                                                  

FAKULTAS KESEHATAN MASYARAKAT

UNIVERSITAS DIPONEGORO

2013

1.EKSPRESI GEN

Gen merupakan satuan unit informasi genetika. Dalam makalah ini, kami memusatkan perhatian pada proses konversi informasi di dalam gen menjadi molekul-molekul yang menentukan sifat-sifat sel dan virus.  Hal ini dilakukan melalui sejumlah kejadian dimana informasi dalam sekuen DNA akan digandakan menjadi molekul RNA dan kemudian digunakan untuk menentukan sekuen asam amino dari suatu molekul protein.

Protein adalah molekul-molekul yang memiliki fungsi berikut:

1.      Bertanggungjawab untuk katalis dalam sebagian besar reaksi kimia (enzim)

2.      Pengaturan ekspresi gen (protein pengatur)

3.      Membentuk struktur sel, jaringan dan virus (protein struktur)

Protein tersusun atas satu atau beberapa asam amino yang tergabung secara kovalen. Rantai asam-asam amino ini disebut polipeptida, yang dapat disusun dalam berbagai macam urutan. Karena jumlah asam amino dalam polipeptida dapat mencapai ribuan, maka dapat dibentuk molekul protein yang beraneka macam.

Ekspresi gen merupakan proses bagaimana informasi yang ada di dalam DNA bisa di copy melalui proses traskripsi dalam organisme eukariot.  Hasil proses transkripsi adalah hn RNA (transkrip primer).  Di dalam organisme eukariot ada tahapan proses tertentu sebelum menghasilkan RNA, yaitu RNA processing.  Kemudian diikuti tahap translasi yang akhirnya menghasilkan polypeptida.  Jika dalam proses tersebut ada tahapan yang tidak terjadi, maka dalam hal ini tidak termasuk dalam kategori bahwa gen tersebut telah terekspresi atau dengan akta lain tidak terjadi ekspresi gen.

Langkah-langkah utama dalam ekspresi gen adalah sebagai berikut.

1.      Sintesis molekul RNA oleh RNA polymerase, yang menggunakan sekuen basa-basa dari satu utas DNA sebagai cetakan dalam reaksi polimerisasi, seperti pada replikasi DNA. Proses ini disebut transkripsi.

2.      Molekul-molekul protein kemudian disintesis melalui penggunaan sekuen basa dari molekul RNA untuk mengarahkan penggabungan asam-asam amino menurut urutan tertentu. Proses ini disebut translasi.

Secara umum, rantai informasi genetik atau DNA merupakan pusat pengendali jalannya metabolisme di dalam sel, yaitu dengan cara menyandikan protein.  Proses tersebut dilaksanakan melalui penentuan susunan nukleotida molekul RNA, yang selanjutnya susunan nukleotida tersebut diterjemahkan ke dalam susunan asam amino dari rantai polinukleotida protein.  Proses penyusunan polinukleotida RNA berdasarkan pola DNA disebut transkripsi.  Sedangkan proses penyusunan asam amino menurut pola molekul RNA disebut translasi.

A.TRANSKRIPSI

Tahapan pertama dalam ekspresi gen adalah sintesis penggandaan sebuah molekul RNA dari segmen DNA yang berisi gen.

Tahapan-tahapan transkripsi DNA adalah sebagai berikut:

1.      50 protein yang berbeda terikat pada tempat promoter, biasanya pada ujung 5’ dari gen yang akan ditranskripsi

2.      Enzim polimerase RNA mengikat pada kompleks faktor transkripsi. Dua langkah pertama ini membuka ikatan ulir DNA.  Tahap 1 dan 2 disebut inisiasi.

3.      Polimerase RNA bergerak menelusuri satu rantai dalam arah 3’ à 5’

4.      Dalam gerakan ini, terbentuklah ribonukleotida (sebagai trifosfat seperti ATP) dalam rantai baru RNA. Setiap ribonukleotida disisipkan ke dalam rantai DNA dengan mengikuti aturan pasangan basa sebagai berikut:

o   C G

o   G C

o   T A

o   A U (Uridine Trifosfat, UTP)

5.      Sintesis RNA berlangsung dalam arah 5’ à 3’

Gambar 5. Proses sintesis RNA.

6.         Saat transkripsi selesai, hasilnya dilepaskan dari polimerase dan kemudian polimerase dilepaskan dari DNA (Tahap terminasi). Tahapan 3-6 disebut elongasi.

Suatu gen tertentu dari tanaman dapat diatur gen ekspesinya, yaitu dengan mengatur proses translasinya atau mengatur proses tranksripsi.  Apabila yang diatur adalah proses translasinya, sedang proses lainnya bebas terjadi, maka disebut translation level control.  Apabila kondisi translation level control dalam keadaan permisif, maka proses translasi akan berjalan, tetapi apabila kondisinya tidak permisif maka proses translasi tidak terjadi.  Akibatnya, terjadi penumpukan (degradasi) mRNA, atau disebut RNA turn over, yaitu mRNA akan terdegradasi sebelum terjadi akumulasi yang berlebihan.    

I.      TIPE-TIPE RNA

1.      mRNA (Messenger RNA), adalah RNA yang akan ditranslasikan menjadi polipeptida.  Sebagian besar sel memproduksi sejumlah kecil dari beribu ribu molekul molekul mRNA yang berbeda dimana masing-masing ditranslasikan menjadi peptida yang diperlukan oleh sel. Kebanyakan mRNA berupa “housekeeping“ protein yang dibutuhkan oleh semua sel (misal enzim glikolisis). mRNA lain adalah berupa “ spesifik” protein hanya untuk tipe-tipe tertentu dari sel (misal hemoglobin pada sel darah merah).

Gambar 7.  mRNA processing.

2.      rRNA (Ribosomal RNA), yang akan digunakan untuk membangun ribosom sebagai mesin sintesis protein.

Ada 4 jenis rRNA pada organisme eukariot, yakni:

a.       18S rRNA, satu dari molekul molekul ini, bersama dengan 30 molekul protein yang berbeda digunakan untuk membuat subunit kecil dari ribosom.

b.      285, 5.8S, dan 5S rRNA, masing-masing molekul molekul bersama dengan 45 molekul protein yang berbeda digunakan untuk membuat subunit besar dari ribosom.

c.       28S, 18S, dan 5.8S molekul diproduksi dengan proses sebuah trankrip utama dari penggandaan sebuah gen.

3.      tRNA (Transfer RNA), adalah molekul yang membawa asam-asam amino menuju polipeptida yang sedang dirakit.

Ada 32 jenis tRNA yang berbeda pada organisme eukariot, dimana masing-masing produk adalah dari gen yang terpisah; kecil, berisi 79-93 nukleotida-nukleotida; basa-basa  berpasanagan satu dengan lainnya membentuk doubel helix; masing-masing dari tRNA membawa satu dari 20 asam amino (ujung 3’); pada loop 1 3 pasang basa yang tidak berpasangan dari antikodon; pasang basa antara antikodon dan komplementnya pada mRNA membawa asam-asam amino yang benar menuju rantai polipeptida.

Gambar 9.  tRNA processing.

4.      snRNA (Small Nuclear RNA), adalah mediator dalam langkah-langkah pemrosesan transkripsi gen-gen mRNA, rRNA dan tRNA.

5.      snoRNA (Small Nucleolar RNA).

6.      miRNA (Micro RNA), adalah RNA yang mengatur ekspresi molekul mRNA.

7.      XIST RNA, yang melakukan deaktivasi satu dari dua kromosom X pada vertebrata betina.

II.   RNA POLIMERASE

RNA polimerase adalah subunit protein multi komplek. Ada 3 jenis RNA polimerase yang ditemukan pada organisme eukariote, diantaranya:

1.      RNA polimerase I, mencatat gen rRNA untuk pendahuluan pada molekul-molekul 28S, 18S, dan 5.8S

2.      RNA polimerase II, mencatat gen-gen pengkode protein menjadi mRNA

Gambar 10 .  RNA polimerase II yang mencatat gen-gen pengkode protein

    menjadi mRNA.

3.      RNA polimerase III, mencatat gen-gen 5S rRNA dan seluruh gen-gen tRNA.

III.   RNA PROCESSING

Tahapan-tahapan RNA prosesing adalah sebagai berikut.

1.      Sintesis cap, dimana guanine (G) ditempelkan pada ujung 5′. Cap berfungsi: melindungi RNA dari pencopotan oleh enzim yang mencopot RNA dari ujung 5’, bertindak sebagai titik perakitan bagi protein yang diperlukan untuk mengumpulkan subunit kecil ribosom untuk memulai translalsi.

2.      Tahap demi tahap menghilangkan introns pada pre-mRNA dan menyisipkan exons.

3.      Sintesis poly(A) tail. Ini adalah proses pembentangan nukleotida adenine(A). Saat satu site pada pre-mRNA yang menempel poly(A) muncul dari RNAP II, transkrip dipotong kemudian poli A tertempel pada ujung 5’. mRNA yang telah komplit siap keluar ke sitosol (sisa-sisa transkripsi dilepas dan RNA polimerase meninggalkan DNA).

Ada beberapa tanaman yang proses transkripsi berjalan terus, tetapi RNA processing hanya terjadi pada kondisi permisif tertentu.  Hasil dari transkripsi DNA yang tidak mengalami RNA processing ini dikenal dengan post transcription level control.  Pada kondisi yang tidak permisif, mRNA tidak akan berfungsi, sehingga selalu dalam bentuk hn dan tidak dapat di translasi.  Zhang et al. (2007) menyebutkan bahwa post transcriptional modificasion dapatmengurangi stabilitas protein Okt-4 dan kapasitas regenerasi pada sel ES pada tikus.

C.TRANSLASI

Translasi adalah proses penerjemahan RNA menjadi suatu barisan asam-asam amino yang menyusun protein.  Translasi RNA messenger menjadi protein. Adalah suatu proses dimana mRNA terikat dengan tRNA pasangannya untuk kemudian terikat dengan ribosom (RNA ribosom). Setelah pembentukan protein di ribosom selesai, maka protein tersebut kemudian dibebaskan dan keseluruhan proses tersebut dikenal dengan translasi.

Keberadaan suatu transgen pada tanaman belum menunjukkan bahwa gen tersebut dapat terekspresi. Untuk mengekspresikan dirinya, gen memerlukan seperangkat sistem untuk memulai proses ekspresi tersebut. Gen atau DNA di dalam nukleus harus dapat ditranskrip menjadi mRNA. Selanjut- nya mRNA ini harus dapat keluar dari nukleus ke sitoplasma yang kemudian mengadakan proses translasi untuk menghasilkan protein sesuai dengan template DNA-nya. Dalam proses ekspresi ini banyak hal yang dapat terjadi sehingga gen tidak dapat menghasilkan protein yang dimaksud. Hal ini dikenal dengan istilah gene silencing, suatu kasus di mana ditemukan keberadaan sekuen DNA transgen dalam tanaman transgenic tetapi gen tersebut tidak dapat membentuk protein yang diinginkan. Beberapa faktor yang diduga men-jadi penyebabnya adalah terjadinya metilasi DNA dan co-suppressing dari sekuen yang homolog (Meyer1995).

Bila molekul mRNA kontak dengan ribosom, maka akan dibentuklah molekul protein disepanjang ribosom. Proses pembentukan protein ini disebut translasi. Jadi pada ribosom terjadi proses kimia penyusunan asam amino untuk membentuk protein.

Translasi merupakan tahap akhir dari ekspresi gen, yaitu penterjemahan runtunan nukleiotida mRNA menjadi runtunan asam amoni polipeptida.  Translasi pada proses ekspresi gen diperlihatkan pada eukariotik yang dimulai dengan pembentukan mRNA atau transkripsi di dalam inti sel dan selanjutnya mRNA keluar dari inti untuk menjadi model cetakan dalam translasi didalam sitoplasma.

 

Terdapat 3 jenis RNA yang dibentuk oleh DNA dimana tiap jenis RNA mempunyai fungsi yang berbeda, yaitu :

1.  Messenger RNA (mRNA), berfungsi membawa kode genetik ke sitoplasma untuk mengatur sintesa protein. Fungsi ini dilaksanakan dengan cara mRNA menjadi cetakan dalam penyusunan rangkaian asam amino dalam translasi. Informasi genetik yang dibawa oleh mRNA terdapat pada runtunan basa yang dikandungnya. Dalam satu rantai mRNA hanya bagiantertentu yang menjadi pola cetakan dalam sintesis protein, yaitu ruas yang diapit oleh kodon awal dan kodon akhir. Dalam sandi genetic umum yang menjadi kodon awal ialah rangkaian tiga basa AUG, sedangkan sebagai kodon akhir terdapat tiga kombinasi basa yaitu UAA, UAG dan UGA. Dalam satu mRNA prokariotik dapat ditemukan lebih dari satu ruas penyandi, sedangkan pada mRNA eukariotik hanya terdapat satu ruas. Ruas penyandi protein inilah yang setara dengan satu gen, dalam kasus gen penyandi protein.

2. Transfer RNA (tRNA) untuk transport asam amino menuju ribosom untuk digunakan menyusun molekul protein. tRNA mempunyai fungsi sebagai pengangkut asam amino kedalam kompleks translasi serta membaca sandi-sandi (kodon-kodon) mRNA. Kesanggupan tRNA menjalankan tugas tersebut ialah berkat adanya simpul anti kodon dan kemampuan membentuk satu kompleks dengan asam amino, yang disebut aminoasil-tRNA.

                  Perpautan tRNA dengan asam amino terjadi berkat adanya enzim sintetase aminoasil- tRNA, yang dapat mengaitkan asam amino kepada ujung 3 tRNA. Dengan cara mengenali struktur tRNA atau untuk asam amino sintetase-aminoasil- tRNA mampu bekerja memasangkan satu jenis tRNA dengan satu jenis asam amino. Untuk 20 asam amino yang dikenali dalam sandi genetic sekurang-kurangnya ada 31 jenis tRNA.

3.  Ribosomal RNA (rRNA) untuk membentuk ribosom bersama dengan 75 protein lainnya. Ribosom merupakan tempat berlangsungnya translasi. Dengan komponen penyusunnya yang terdiri dari rRNA dan protein ribosom mampu mengenali mRNA dan sejumlah enzim yang protein yang berperanan dalam proses translasi.

Ribosom terdiri dari dua sub unit, yaitu sub unit kecil dan subunit besar. Sub unit kecil mengandung sekitar sepertiga masa ribosom dan sisanya terdapat pada sub unit besar. Dalam keadaan bebas kedua sub unit ribosm terpisah satu dari yang lain, dan mereka akan bersatu pada saat proses translasi akan dimulai. Ukuran ribosme Eukariotik adalah 80 S atau setara dengan 4.420.000 dalton lebih besar dibandingkan dengan ribosom pada prokariotik seperti bakteri 70 S atau setara dengan 2.520.000 dalton.

            Di dalam ribosom, terdapat satu situs untuk mRNA dan dua situs untuk tRNA dan satu situs untuk enzim transferase peptidil.  Transferase peptidil adalah enzim yang berperan dalam merangkaikan satu asam amino dengan asam amino yang lain. Situs mRNA terdapat pada sub unit kecil dan sedangkan situs tRNA, yaitu situs A dan P, terdapat pada sebagian kecil pada sub unit kecil dan bagian terbesar pada sub unit besar. Situs tranferase peptidil terdapat pada sub unit besar. Adanya rRNA pada ribosom memberikan kemampuan pada ribosom untuk mengenali tRNA dan mRNA.

            Sebagian besar ribosom terletak pada sitoplasma, dan dalam sel eukariotik sejumlah ribosom terdapat dalam organel intraseluler seperti mitokondria dan kloroplas. Ribosom-ribosom ini berfungsi untuk memsintesis protein yang khusus berfungsi di dalam organel-organel tersebut.

I.      TAHAPAN TRANSLASI

Translasi memilik tiga proses, yaitu inisiasi protein, perpanjangan rantai polipeptida, dan proses akhir translasi. 

A.   Inisiasi translasi

       Inisiasi protein memiliki 3 tahapan, yaitu :

1.      Penempelan mRNA pada subunit kecil ribosom dengan cara pengenalan situs Shine Dalgarno oleh rRNA 16S;

2.      Penempelan tRNA inisiator pada situs P subunit kecil ribosom

3.      Subunit besar ribosom dengan kompleks subunit kecil ribosom-tRNA-mRNA, membentuk ribosom sempurna yang siap membaca kodon-kodon mRNA.

Pada E. coli proses inisiasi dibantu oleh tiga faktor inisiasi. Ketiga protein tersebut diberi sandi IF1, IF2 dan IF3 (IF singkatan dari inisiasi factor). Sel eukariotik mengandung faktor inisiasi yang lebih kompleks dibandingkan dengan prokariotik. Terdapat dua faktor Eif2 yang mempunyai fungsi sama dengan gabungan IF1 dan IF2; dan IF3 mempunyai fungsi sama dengan IF3.

B.  Perpanjangan rantai polipeptida

Proses ini merupakan kejadian yang lain dari proses inisiasi dengan perangkat reaksi yang berbeda. Dalam proses perpanjangan akan terlibat sejumlah protein faktor perpanjangan EF (elongation factor), enzim transferase peptidil, serta GTP. Pada akhir proses insiasi dihasilkan satu ribosom sempurna yang berasosiasi dengan aminoasil-tRNA inisiator dan mRNA.

Pada bakteri masuknya aminoasil-tRNA kedua dan selanjutnya ke dalam situs A akan dibantu oleh protein faktor perpanjangan EF-Tu serta GTP yang membentuk kompleks EF-Tu-GTP-aminoasil-tRNA. Kompleks ini baru terbentuk jika, dan hanya jika, anti kodon dari aminoasil-tRNA dapat berinteraksi dengan kodon yang terdapat pada situs A.  Setelah dua aminoasil-tRNA berada pada ribosom transferase peptidil akan mengkatalisis reaksi pembentukan ikatan peptide antara dua asam amino.

C.  Akhir proses translasi

Bila ribosom menemui salah satu kodon akhir : UAA, UAG atau UGA, maka tidak akan ada aminoasil-tRNA yang dapat menempel pada situs A, karena tidak ada anti kodon yang cocok, sehingga proses perpanjangan rantai polipeptida akan berakhir. Ini menyebabkan ribosom tRNA, mRNA dan polipeptida dipisahkan satu dari yang lainnya. Proses pemisahan ini dibantu oleh protein RF yang merupakan faktor pembebas (RF=release factor). Pada E. coli dikenal tiga RF, yaitu :

1.      RF1 : tanggap terhadap kodon UAA dan UAG

2.      RF2 : tanggap terhadap kodon UAA dan UGA

3.      RF3 : tidak mempunyai kegiatan pembebasan itu sendiri tetapi merangsang reaksi yang dikatalisis oleh RF1 dan RF2.

Faktor-faktor pembebas dapat mengenali kodon-kodon akhir. Ini terbukti dengan menempelnya protein-protein tersebut pada kodon akhir walaupun dalam keadaan tanpa ribosom. Pada kodon akhir akan menempel salah satu dari RF1 atau RF2. faktor-faktor ini akan merubah aktivitas transferase peptidil (mekanisme masih belum diketahui), sehingga bukan mereaksikan polipeptida dengan aminoasil-tRNA melainkan dengan air (H₂O).

Tahapan-tahapan translasi dibagi menjadi 3 bagian utama, yaitu inisiasi, elongasi dan terminasi.  Tahapan tersebut adalah sebagai berikut.

a.    Inisiasi

1.            Sebuah subunit kecil dari ribosom terikat pada bagian awal pesan (di 5’)

2.      Subunit kemudian menelusuri alur menuju 3’ sampai mendapatkan codon

            AUG.

3.            Di sini subunit akan bergabung dengan subunit besar dan sebuah inisiator

tRNA.

4.            Inisiator tRNA mengikat pada P Site pada ribosom.

b.    Elongasi:

5.      Sebuah aminoacyl-tRNA (sebuah tRNA yang terikat kovalen pada asam aminonya) yang dapat berpasangan basa dengan codon selanjutnya pada mRNA tiba di A site

6.      Asam amino sebelumnya (Met di awal translasi) terhubung pada asam amino yang datang dengan ikatan peptida.

7.            Inisiator tRNA dilepaskan dari P site.

8.      Ribosom berpindah menuju codon selanjutnya. Pergeseran ini memindahkan tRNA yang baru tiba, bersama peptida yang dibawanya, menuju P site dan membuka A site untuk kedatangan aminoacyl-tRNA yang baru.

c.   Terminasi

9.      Akhir translasi terjadi saat ribosom mencapai satu atau lebih codon STOP (UAA, UAG, UGA).

II.     PENGATURAN TRANSLASI

Ekspresi sebagian besar gen dikendalikan pada transkripsi. Faktor-faktor transkripsi mengikat pada promotor yang akan menentukan gen-gen yang akan ditranskripsi. Namun, ekspresi gen juga dapat dikendalikan pada tingkat translasi.  Molekul mRNA yang rusak dapat dihasilkan dari mutasi pada gen dan kesalahan selama transkripsi dan translasi (meskipun sangat jarang).

Permesinan Degradasi RNA Umum adalah:

1.         Tubuh P

Cytosol dari eukariot mengandung kompleks protein yang bersaing dengan ribosom untuk akses pada mRNA. Sementara molekul-molekul ini meningkatkan aktivitasnya, hal ini mengurutkan mRNA dalam kumpulan besar yang disebut tubuh P (Processing Bodies).  Protein-protein penekan ini memecah mRNA dengan membuang ’kepala’, kemudian membuang ekor poly(A), dan menurunkan sisa pesan (dalam arah 5’à3’.

2.         Exosome

Adalah kompleks makromolekul dengan dua bukaan. Molekul ini mengambil molekul RNA takterlipat dan menurunkan pada arah 3’à5’

3.      Dengan MicroRNA (miRNA)

Adalah molekul RNA kecil yang mengikat pada bagian komplemen dari 3’-UTR dari mRNA dan mencegah translasi oleh ribosome serta mencegah kehancurannya.

4.      Dengan Riboswitch

Regulasi beberapa metabolisme dikendalikan oleh riboswitch. Suatu riboswitch adalah bagian dari molekul mRNA dengan situs ikatan spesifik untuk metabolit.

5.      Dengan Protein Spesifik Gen

Translasi satu mRNA pada manusia ditekan oleh sebuah protein : aminoacyl tRNA syntetase.

D.     KODE GENETIK

Kode genetik terdiri dari 64 riplet nukleotida. Triplet ini disebut codon. Dengan tiga pengecualian, setiap codon mengkodekan untuk satu dari 20 asam amino yang digunakan dalam sintesis protein. Ini menghasilkan beberapa redundansi dalam kode yang sebagian besar asam amino dikodekan oleh lebih dari satu codon.

Sebuah kodon (AUG) memberi dua fungsi yang berkaitan:

1.      Memberi sinyal dimulainya translasi

2.      Mengkodekan dimasukkannya asam amino methionine (Met) ke dalam rantai polipeptida yang sedang dirakit.

Struktur tRNA alanin di atas mempunyai molekul yang terdiri atas satu jalur tunggal 77 ribonukleotida. Rantai ini melipat pada dirinya sendiri, dan sebagian besar basa penyusunnya berpasangan saling berpasangan untuk membentuk empat wilayah heliks.  Paling sedikit terdapat satu jenis tRNA untuk setiap 20 asam amino dalam sintesis protein. Setiap jenis tRNA memiliki suatu barisan tiga nukleotida takberpasangan (anticodon) yang dapat terikat mengikut aturan pasangan basa pada triplet komplementer pada nukleotida (codon) pada mRNA.

Anticodon       :           3’ CGA 5’

Codon             :           5’ GCU 3’

Tabel 2. Kode genetik DNA

TTT	Phe		TCT	Ser		TAT	Tyr		TGT	Cys
TTC	Phe		TCC	Ser		TAC	Tyr		TGC	Cys
TTA	Leu		TCA	Ser		TAA	STOP		TGA	STOP
TTG	Leu		TCG	Ser		TAG	STOP		TGG	Trp
CTT	Leu		CCT	Pro		CAT	His		CGT	Arg
CTC	Leu		CCC	Pro		CAC	His		CGC	Arg
CTA	Leu		CCA	Pro		CAA	Gln		CGA	Arg
CTG	Leu		CCG	Pro		CAG	Gln		CGG	Arg
ATT	Ile		ACT	Thr		AAT	Asn		AGT	Ser
ATC	Ile		ACC	Thr		AAC	Asn		AGC	Ser
ATA	Ile		ACA	Thr		AAA	Lys		AGA	Arg
ATG	Met*		ACG	Thr		AAG	Lys		AGG	Arg
GTT	Val		GCT	Ala		GAT	Asp		GGT	Gly
GTC	Val		GCC	Ala		GAC	Asp		GGC	Gly
GTA	Val		GCA	Ala		GAA	Glu		GGA	Gly
GTG	Val		GCG	Ala		GAG	Glu		GGG	Gly

Tabel 1.  Kode Genetik (codon) RNA

	U	C	A	G
U	UUU Phenilalanine (Phe)	UCU Serine (Ser)	UAU Tyrosine (Tyr)	UGU Cysteine (Cys)	U
	UUC Phe	UCC Ser	UAC Tyr	UGC Cys	C
	UUA Leucine (Leu)	UCA Ser	UAA Stop	UGA Stop	A
	UUG Leu	UCG Ser	UAG Stop	UGG Tryptophan (Trp)	G
C	CUU Leucine (Leu)	CCU Proline (Pro)	CAU Histidine (His)	CGU Arginine (Arg)	U
	CUC Leu	CCC Pro	CAC	CGC Arg	C
	CUA Leu	CCA Pro	CAA	CGA Arg	A
	CUG Leu	CCG Pro	CAG	CGG Arg	G
A	AUU Isoleucine (Ile)	ACU Threonine (Thr)	AAU Asparagine (ِِAsn)	AGU Serine (Ser)	U
	AUC Ile	ACC Thr	AAC Asn	AGC Ser	C
	AUA Ile	ACA Thr	AAA Lysine (Lys)	AGA Arginine (Arg)	A
	AUG Methione (Met) atau Start	ACG Thr	AAG Lys	AGG Arg	G
G	GUU Valine (Val)	GCU Alanine (Ala)	GAU Aspartic Acid (Asp)	GGU Glycine (Gly)	U
	GUC Val	GCC Ala	GAC Asp	GGC Gly	C
	GUA Val	GCA Ala	GAA Glutamic Acid (Glu)	GGA Gly	A
	GUG Val	GCG Ala	GAG Glu	GGG Gly	G

DAFTAR PUSTAKA

Detke. 2007. Post-Transcriptional Modifications (a.k.a RNA processing).www.no15RNAprocessing/pressentation.html. [21 Nov 2007].

http://taniyoook.blogspot.com/2012/05/ekspresi-gen.html

Jusuf, M. 2001. Genetika 1 Struktur dan Ekspresi Gen. Sagung Seto. Jakarta.

Maki R et al. 2007. Gene Expression. Proc. Natl. Acad. Sci. USA77:2138. www.GeneExpression.html. [29 Nov 2007].

Kimball John W. 2006. Kimbal’s Biology Pages. www.BiologyPages.info. [16 Nov 2007].

Zhang Z, Liao B, Xu Ming, Jin Y. 2007. Post-Translation modification of POU Domain Transcription Factor Okt-4 by SUMO-1. The Faseb Journal vol 21. www.fasebj.org. [21 Nov 2007].

2.EKSPRESI GEN

Ekspresi gen adalah proses dimana informasi dari gen yang digunakan dalam sintesis produk gen fungsional. Produk-produk ini seringkali protein, tetapi dalam non-protein coding gen seperti gen rRNA atau gen tRNA, produk adalah RNA fungsional. Proses ekspresi gen digunakan oleh semua kehidupan yang dikenal - eukariota (termasuk organisme multisel), prokariota (bakteri dan archaea) dan virus - untuk menghasilkan mesin makromolekul untuk hidup.

Proses Ekspresi Gen dalam Organisme

Dalam tubuh manusia terdapat banyak gen (unit dasar hereditas dalam kehidupan organisme) yang nantinya akan terekspresi menjadi fenotip (sifat yang tampak), misalnya rambut hitam, kulit sawo matang, hidung mancung, dan sebagainya. Bagaimana suatu gen yang ukurannya sangat kecil dapat menjadikan rambut kita berwarna hitam?

Dalam istilah biologi molekuler kita kenal dengan istilah Dogma Sentral Biologi Molekuler. Apakah itu? Dogma di sini adalah suatu kerangka kerja untuk dapat memahami urutan transfer informasi antara biopolymer (DNA, RNA, protein) dengan cara yang paling umum dalam organisme hidup. Sehingga secara garis besar, dogma sentral maksudnya adalah semua informasi terdapat pada DNA, kemudian akan digunakan untuk menghasilkan molekul RNA melalui transkripsi, dan sebagian informasi pada RNA tersebut akan digunakan untuk menghasilkan protein melalui proses yang disebut translasi.

TRANSKRIPSI

Ini merupakan tahapan awal dalam proses sintesis protein yang nantinya proses tersebut akan berlanjut pada ekspresi sifat-sifat genetik yang muncul sebagai fenotip. Dan untuk mempelajari biologi molekuler tahap dasar yang harus kita ketahui adalah bagaimana mekanisme sintesis protein sehingga dapat terekspresi sebagai fenotip.

Transkripsi merupakan proses sintesis molekul RNA pada DNA templat. 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.

Komponen yang terlibat dalam proses transkripsi yaitu :

• DNA templat (cetakan) yang terdiri atas basa nukleotida Adenin (A), Guanin (G), Timin (T), Sitosin (S)
• enzim RNA polimerase
• faktor-faktor transkripsi
• prekursor (bahan yang ditambahkan sebagai penginduksi).

Hasil dari proses sintesis tersebut adalah tiga macam RNA, yaitu :

• mRNA (messeger RNA)
• tRNA (transfer RNA)
• rRNA (ribosomal RNA)

Sebelum itu saya akan memaparkan terlebih dahulu bagian utama dari suatu gen. Gen terdiri atas : promoter, bagian struktural (terdiri dari gen yang mengkode suatu sifat yang akan diekspresikan), dan terminator.

Sedangkan struktur RNA polimerase terdiri atas : beta, beta-prime, alpha, sigma. Pada struktur beta dan beta-prime bertindak sebagai katalisator dalam transkripsi. Struktur sigma untuk mengarahkan agar RNA polimerase holoenzim hanya menempel pada promoter. Bagian yang disebut core enzim terdiri atas alpha, beta, dan beta-prime.

Tahapan dalam proses transkripsi pada dasarnya terdiri dari 3 tahap, yaitu :

1. Inisiasi (pengawalan)

Transkripsi tidak dimulai di sembarang tempat pada DNA, tapi di bagian hulu (upstream) dari gen yaitu promoter. Salah satu bagian terpenting dari promoter adalah kotak Pribnow (TATA box). Inisiasi dimulai ketika holoenzim RNA polimerase menempel pada promoter. Tahapannya dimulai dari pembentukan kompleks promoter tertutup, pembentukan kompleks promoter terbuka, penggabungan beberapa nukleotida awal, dan perubahan konformasi RNA polimerase karena struktur sigma dilepas dari kompleks holoenzim.

2. Elongasi  (pemanjangan )

Proses selanjutnya adalah elongasi. Pemanjangan di sini adalah pemanjangan nukleotida. Setelah RNA polimerase menempel pada promoter maka enzim tersebut akan terus bergerak sepanjang molekul DNA, mengurai dan meluruskan heliks. Dalam pemanjangan, nukleotida ditambahkan secara kovalen pada ujung 3’ molekul RNA yang baru terbentuk. Misalnya nukleotida DNA cetakan A, maka nukleotida RNA yang ditambahkan adalah U, dan seterusnya. Laju pemanjangan maksimum molekul transkrip RNA berrkisar antara 30 – 60 nukleotida per detik. Kecepatan elongasi tidak konstan.

3. Terminasi (pengakhiran)

Terminasi juga tidak terjadi di sembarang tempat. Transkripsi berakhir ketika menemui nukleotida tertentu berupa STOP kodon. Selanjutnya RNA terlepas dari DNA templat menuju ribosom.
Untuk proses selanjutnya (proses pembentukan protein) akan dijelaskan pada artikel selanjutnya.

TRANSLASI

           Tahap selanjutnya setelah transkripsi adalah terjemahan.Penerjemahan adalah suatu proses penerjemahan urutan nukleotida molekul mRNA yang ada dalam rangkaian asam amino yang menyusun suatu polipeptida atau protein. Apa yang dibutuhkan dalam proses penerjemahan adalah: mRNA, ribosom, tRNA, dan asam amino.

                                           Sebelumnya, saya pertama akan menjelaskan tentang struktur ribosom. Ribosom terdiri atas subunit besar dan kecil. Ketika dua subunit digabungkan untuk membentuk sebuah monosom. subunit kecil berisi peptidil (P), dan Aminoasil (A). Sedangkan subunit besar mengandung Exit (E), P, dan A. Kedua subunit mengandung satu atau lebih molekul rRNA. rRNA sangat penting untuk mengidentifikasi bakteri pada tingkat biologi molekuler, pada prokariotik dan eukariotik 16 S 18 S.

Seperti transkripsi, terjemahan ini juga dibagi menjadi tiga tahap:

1. Inisiasi
Pertama tRNA mengikat asam amino, dan ini menyebabkan acara diaktifkan atau tRNA disebut asilasi-amino. Amino-asilasi proses dikatalisis oleh enzim tRNA sintetase. Kemudian ribosom mengalami pemisahan menjadi subunit besar dan kecil.Selanjutnya molekul mRNA subunit kecil menempel pada tongkat dengan kodon awal: 5 ‘- AGGAGG – 3′. Situs order dimana subunit kecil disebut urutan Shine-Dalgarno. Subunit kecil dapat menempel pada mRNA bila IF-3. IF-3/mRNA-fMet IF-2/tRNA-fMet pembentukan kompleks dan asam amino yang disebut N-formylmethionine dan memerlukan banyak GTP sebagai sumber energi. tRNA-fMet, melekat pada kodon pembuka P subunit kecil.Selanjutnya, subunit besar menempel pada subunit kecil. Dalam proses ini IF-1 dan IF-2 dilepas dan GTP dihidrolisis terhadap GDP, dan siap untuk perpanjangan.

2. Pemanjangan
Perbedaan dalam proses transkripsi, terjemahan dari asam amino diperpanjang. Langkah-langkah yang diambil dalam proses perpanjangan, yang pertama adalah pengikatan tRNA ke sisi A pada ribosom. Transportasi akan membentuk ikatan peptida.

3. Penghentian
Terjemahan akan berakhir pada satu waktu dari tiga kodon terminasi (UAA, UGA, UAG) yang berada dalam posisi A pada mRNA mencapai ribosom. Pada E. coli ketiga sinyal penghentian proses translasi diakui oleh protein yang disebut faktor rilis (RF).Anil RF pada kodon terminasi mengaktifkan enzim transferase peptidil yang menghidrolisis ikatan antara polipeptida dng tRNA pada P dan menyebabkan tRNA kosong translokasi ke sisi memiliki E (exit).

Itulah mekanisme transkripsi dan proses penerjemahan. Proses selanjutnya adalah protein tersebut akan diekspresikan oleh tubuh kita dalam bentuk fenotipe.

DOGMA CENTRAL GENETIKA MOLEKULER

Yang dimaksud disini adalah Dogma central semua informasi yang terkandung dalam DNA, kemudian akan digunakan untuk menghasilkan molekul RNA melalui transkripsi, dan beberapa informasi pada RNA tersebut akan digunakan untuk menghasilkan protein melalui proses yang disebut translasi.

Berikut adalah mekanisme prosesnya:

Sebenarnya dalam proses dogma central, ada beberapa referensi yang mencakup replikasi DNA, dan ada yang tidak. Karena ada yang mengartikan dogma central adalah proses ekspresi gen dari DNA –> RNA –> protein. Ada pula yang menyebutkan sebelum ekspresi gen berlangsung, DNA harus dilipat gandakan  dulu

■  Replikasi

Proses replikasi DNA adalah proses pengandaan DNA dimana proses ini diperlukan dalam pembelahan sel. Sebelum proses ekspresi gen, biasanya DNA dilipatgandakan menjadi lebih banyak. Proses replikasi DNA pada dasarnya adalah 1 double stranded DNA dicopy menjadi 2 buah, dari 2 buah akan dicopy menjadi 4 buah. Jadi berawal dari denaturasi DNA yang akan membuka pilinan dari double stranded menjadi single stranded. Kemudian dengan bantuan sebuah enzim yang disebut DNA polimerase, DNA akan terikat DNA polimerase kemudian copy DNA terjadi. Melalui prinsip replikasi DNA ini lah PCR (Polymerase Chain Reaction) dilakukan.

■ Transkripsi

Ini merupakan tahap awal dalam proses sintesis protein yang pada akhirnya proses ini akan mengekspresi sifat-sifat genetik yang muncul sebagai fenotip. Dan untuk mempelajari biologi molekuler tahap dasar yang perlu kita ketahui adalah bagaimana mekanisme sintesis protein dapat dinyatakan sebagai sehingge fenotipe.

Transkripsi adalah sintesis molekul RNA dalam template DNA.Proses ini terjadi dalam inti sel (nukleus) tepatnya pada kromosom. Komponen yang terlibat dalam proses transkripsi yaitu: DNA template yang terdiri dari basa nukleotida Adenin (A), Guanin (G), Timin (T), Sitosin (S); enzim polimerase RNA, faktor transkripsi, prekursor (bahan yang ditambahkan sebagai diinduksi).

 Hasil dari proses sintesis tiga jenis RNA, yaitu mRNA messeger RNA), tRNA (transfer RNA), rRNA (RNA ribosomal).Sebelum itu saya akan menjelaskan terlebih dahulu bagian utama dari gen. Gen terdiri atas: promoter, bagian struktural (terdiri dari gen yang mengkode sifat yang akan diekspresikan), dan terminator

Sedangkan struktur RNA polimerase terdiri atas: beta, beta-prime, alpha, sigma. Pada struktur beta dan beta-prime bertindak sebagai katalisator dalam transkripsi. struktur Sigma untuk polimerase RNA holoenzim berlangsung hanya menempel promotor.Bagian yang disebut enzim inti terdiri dari alfa, beta, dan beta-prime.

Tahapan dalam proses transkripsi pada dasarnya terdiri dari 3 tahap:

1.Inisiasi (pengawalan)

Transkripsi tidak dimulai di mana saja pada DNA, tapi di hulu (upstream) dari gen promotor. Salah satu bagian terpenting dari promoter adalah kotak Pribnow (TATA box). Inisiasi dimulai ketika holoenzim RNA polimerase menempel pada promotor. Tahapan dimulai dari pembentukan kompleks promoter tertutup, pembentukan kompleks promoter terbuka, penggabungan beberapa nukleotida awal, dan perubahan konformasi RNA polimerase karena struktur sigma holoenzim kompleks dihapus.

2. Elongasi (pemanjangan)

Proses selanjutnya adalah perpanjangan. Berikut ini adalah pemanjangan nukleotida perpanjangan. Setelah promotor RNA polimerase melekat pada enzim tersebut akan terus bergerak sepanjang molekul DNA, mengurai dan meluruskan heliks tersebut. Dalam pemanjangan, nukleotida ditambahkan secara kovalen pada ujung 3 ‘molekul RNA yang baru dibentuk. Misalnya, DNA template nukleotida A, maka nukleotida RNA yang ditambahkan adalah U, dan seterusnya. Pemanjangan maksimum tingkat molekul transkrip RNA berrkisar antara 30-60 nukleotida per detik. Pemanjangan kecepatan tidak konstan.

3.Penghentian (terminasi)

Penghentian juga tidak terjadi di sembarang tempat. Transkripsi berakhir ketika sebuah nukleotida spesifik melihat kodon STOP.Selain itu, terlepas dari template DNA RNA ribosom.

REPLIKASI DNA

      Proses replikasi DNA :

       

Pertama adanya replication origin, kemudian pembukaan local DNA helix dan adanya RNA primer synthesis. Replikasi:> ORC menempel pada ACS (ORI) :> sehingga pilinan membuka dengan bantuan helikase. Perlu DNA primase untuk membuat RNA primer sintesis, karena DNA polymerase tidak bisa mensintesis tanpa ada primer.

Kemudian terjadi proses replikasi. Karena arah DNA anti parallel maka perlu Leading-strand  dan lagging strand. Dari ORI didapatkan 2 replication fork.

Ada ORI dan helikase yang membuka pilinan terus sampai terbentuk replication bubble.
Untuk replikasi perlu:

1.      ORI

2. Helikase

3. Replication bubble

Selanjutnya perlu primase untuk membuka primary. Merah RNA, Biru DNA. Bubble semakin besar, replikasi berlanjut dan 1 ORI akan membentuk 2 replication fork
Replication fork pada plasmid. Terdapat 2 parental strand (run occusite direction) yang bersifat antiparalel: 5’-3’ dan 3’-5’. DNA polymerase hanya mensintesis/mempolimerasi dari arah 5’-3’. Satu strain bisa secara kontinyu disintesis yaitu yang 5’-3 (leading strain). Sementara yang 3’-5’ tidak bisa dibentuk, tetapi tetap harus dibentuk dengan 5’-3’, sehingga perlu satu strain yang terbentuk dari small discontinue peaces yang disebut sebagai lagging strain. Small peaces disebut okazaki fragmen.

Pada leading strand karena arahnya sudah dari 5’-3’ maka tinggal menambah saja. Sedangkan pasangannya (lagging strain) karena arahnya 3’-5’ maka hanya diam, tetapi pada titik tertentu akan ditambahkan primase lagi dan akan mensintesis lagi dari arah 5’-3’ (okazaki fragmen: fragmen2 potongan kecil yang terjadi pada saat replikasi pada lagging strain)-> Pada lagging strand arahnya dari 3’-5’

Okazaki fragment: fragment potongan kecil pada saat replikasi yang terjadi pada lagging strand template. Yang terjadi pd Okazaki fragment (OF): kita punya RNA primer sehingga di OF ada RNA-DNA hybrid. Tetapi RNA harus dibuang oleh RNase H. Setelah itu untuk menggantikan RNA dibutuhkan polymerase delta (delta) yang bisa bersifat exonuclease tetapi juga bisa bersifat endonuclease, yaitu mereplace atau menempatkan dNTP. Pada saat RNA dibuang maka akan digantikan dengan DNA polymerase delta yang baru sampai hilang sama sekali. Tetapi masih belum lengkap karena masih ada celah sehingga perlu DNA ligase untuk menempelkan. Akhirnya diperoleh 2 strain yang sama persis.
Protein yang dibutuhkan dalam replication fork yaitu:

- Helicase: fungsinya untuk membuka (unwinding) parental DNA
- Single-stranded DNA-binding protein: untuk menstabilisasi unwinding, untuk mencegah DNA yang single-stranded agar tetap stabil (tidak double straded lagi).
- Topoisomerase: untuk memotong (breakage) pada tempat-tempat tertentu.

DNA Polimerase yang memiliki DNA single-strand binding protein monomer yang bertugas untuk mencegah supaya DNA tidak hanya menempel dengan lawannya tetapi juga bisa membentuk hairpins.

Karena sudah terbuka sehingga ada basa-basa tertentu yang saling berpasangan sehingga terbentuk hairpins. Supaya tidak terbentuk hairpins maka didatangkan single strand binding protein supaya tetap lurus dan tidak berbelok-belok.

Topoisomerase, cirinya memotong DNA pada tempat tertentu sehingga mudah untuk memutar karena sudah dipotong. Tugasnya adalah memasangkan kembali DNA yang terpotong.

Protein aksesori:

Brace protein, : Replication factor C (RFC), supaya DNA polimerasenya menempelnya stabil (tidak mudah terlepas dari DNA template).

Sliding-clamps protein, supaya kedudukannya stabil dan tidak goyang2.

Proses pada leading dan lagging strand berlangsung secara bersamaan, tetapi proses pada lagging bertahap. Ada DNA polimerase dan sliding clamps. Sintesis terjadi pada leading strand terlebih dahulu. Pada tahap tertentu DNA primase akan ditambahkan sehingga clamps-nya datang lagi. Setelah proses replikasi selesai maka RNA akan segera dibuang digantikan dengan DNA yang baru.

Perangkat untuk replikasi: DNA polimerasi, brace, clamp, DNA helicase, single-strand binding protein, primase, topoisomerase

.           Setelah direplikasi ujung DNA harus ada telomere (ujung DNA). Bila tidak ada telomere maka kromosom akan saling menempel sehingga kromosom tidak 46 tetapi dalam bentuk gandeng2 (tidak diketahui).

Chromosome end:

Pada lagging strand, di akhir replikasi ujungnya akan dihilangkan, RNA juga akan dihilangkan, sehingga hasil replikasi menjadi lebih pendek. Hal ini terjadi karena menggunakan primer RNA untuk proses replikasi, dan RNA primer setelah replikasi harus dibuang dan tidak bisa digantikan. Untuk mengatasinya maka diadakan telomerase yang dibuat berkali-kali. (slide 76: TTGGGGTTGGGTTGGGG). Telomer dibuat oleh enzim telomerase. Telomer: ujung yang merupakan non coding DNA sehingga kalau memendek tidak akan menjadi masalah karena tidak mengkode apapun. Telomer diadakan untuk mengantisipasi pada saat replikasi karena DNA akan memendek. EXTENDS 3’ PRIMARY GENE --> TELOMERE, dan enzim yang membuatnya : telomerase. Semua sel selain stem sel tidak punya telomere. Pada saat sel replikasi maka akan selalu memendek. Sampai pada suatu titik tertentu yang merupakan signal bagi sel untuk berhenti membelah. Karena kemampuan sel untuk membelah dibatasi oleh panjangnya telomerase. Pada saat telomere memendek sampai batas tertentu maka akan memberikan sinyal bagi sel untuk berhenti membelah. Sedangkan pada stem sel yang memiliki telomerase, maka kemampuan membelahnya tidak terbatas karena pada saat telomere habis maka telomerase akan membentuk telomere baru. Hal ini yang dimanfaatkan oleh sel kanker karena sel kanker memiliki telomerase sehingga sel kanker dapat terus membelah. Manusia memiliki kemampuan replikasi sel yang terbatas karena keterbatasan telomere, shg bila telomere habis sel akan berhenti membelah.

KODE GENETIK ( KODON )

            Gen tertentu membawa informasi yang dibutuhkan untuk membuat protein dan informasi itulah yang disebut sebagai kode genetik. Dengan kata lain, kode genetik adalah cara pengkodean urutan nukleotida pada DNA atau RNA utnuk menentukan urutan asam amino pada saat sintesis protein. Informasi pada kode genetik ditentukan oleh basa nitrogen pada rantai DNA yang akan menentukan susunan asam amino.

Dalam tahun 1968 nirenberg, khorana dan Holley menerima hadiah nobel untuk penelitian mereka yang sukses menciptakan kode-kode genetik yang hingga sekarang kita kenal. Seperti kita ketahui asam amino dikenal ada 20 macam. Yang menjadi masalah bagaimana 4 basa nitrogen ini dapat mengkode 20 macam asam amino yang diperlukan untuk mengontrol semua aktifitas sel?

Para peneliti melakukan penelitian pada bakteri E. Coli mula mula digunakan basa nitrogen singlet maka diper oleh 4 asam amino saja yang dapat diterjemahkan padahal ke 20 asam amino ini harus diterjemahkan semua agar protein yang dihasilkan dapat digunakan, kemudian para ilmuwan mencobalagi dengan kodon duplet dan baru dapat untuk menterjemahlkan 16 asam amino ini pun belum cukup juga. Kemudian dicoba dengan triplet dan dapat menterjemahkan 64 asam amino hal ini tidak mengapa sekalipun melebihi 20 asam amino toh dari 64 asam amino yang diterjemahkan ada yang memilii simbul/fungsi yang sama diantaranya (kodon asam assparat(GAU dan GAS) sama dengan asam
asam tirosin(UAU,UAS) sama juga dengan triptopan(UGG) bahkan ini sangat menguntungkan pada proses pembentukkan protein karena dapat menggantikan asam amino yang kemungkinan rusan selain itu dari 20 asam amino diantaranya ada yang berfungsi sebagai agen pemotong gen atau tidak dapat bersambung lagi dengan doubel helix asam amino yang berfungsi sebagai agen pemotong gen diantaranya (UAA,UAG,UGA)
beberapa sifat dari kode triplet diantaranya :

1.      kode genetik ini mempunyai banyak sinonim sehingga hampir setiap asam amino dinyatakan oleh lebih dari sebuah kodon. Contoh semua kodon yang diawali dengan SS memperinci prolin,(SSU,SSS,SSA dan SSG) semua kodon yang diawali dengan AS memperinci treosin(ASU,ASS,ASA,ASG).

2.       tidak tumpang tindih,artinya tiada satu basa tungggalpun yang dapat mengambil bagian dalam pembentukan lebih dari satu kodon,sehingga 64 itu berbeda-beda nukleotidanya.

3.      kode genetik dapat mempunyai dua arti yaitu kodon yang sama dapat memperinci lebih dari satu asam amino.

4.       kode genetik itu ternyata universal

Tiap triplet yang mewakili informasi bagi suatu asam amino tertentu dinyatakan sebagai kodon.Kode genetika bersifat degeneratif dikarenakan 18 dan 20 macam asam amino ditentukan oleh lebih dari satu kodon, yang disebut kodon sinonimus.Hanya metionin dan triptofan yang memiliki kodon tunggal.Kodon sinonimus tidak ditempatkan secara acak, tetapi dikelompokkan.Kodon sinnonimus memiliki perbedaan pada urutan basa ketiga.

DAFTAR PUSTAKA

1. Pearson H (2006). "Genetics: what is a gene?". Nature441 (7092): 398–401.                               doi:10.1038/441398a. PMID16724031.

2. Elizabeth Pennisi (2007). "DNA Study Forces Rethink of What It Means to Be a Gene".           Science316 (5831): 1556–1557. doi:10.1126/science.316.5831.1556. PMID17569836.

3. Anthony JF Griffiths, Jeffrey H Miller, David T Suzuki, Richard C Lewontin, and William       M Gelbart (2000). An Introduction to Genetic Analysis (edisi ke-7).

4. W. H. Freeman. hlm. Genes as determinants of the inherent properties of species. ISBN0-         7167-3520-2. Diakses pada 16 Agustus 2010.

5. Anthony JF Griffiths, Jeffrey H Miller, David T Suzuki, Richard C Lewontin, and William       M Gelbart (2000). An Introduction to Genetic Analysis (edisi ke-7). W. H. Freeman.     hlm. Figure 1-9. Generalized structure of a eukaryotic gene.. ISBN0-7167-3520-2. Diakses pada 16 Agustus 2010.

6. Anthony JF Griffiths, Jeffrey H Miller, David T Suzuki, Richard C Lewontin, and William       M Gelbart (2000). An Introduction to Genetic Analysis (edisi ke-7). W. H. Freeman.     hlm. Figure 11-25. The promoter region in higher eukaryotes.. ISBN0-7167-3520-2. Diakses pada 19 Agustus 2010.

http://wwwnparluhutanunsyiahgmailcom.blogspot.com/2012/02/ekspresi-gen.html

3.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.

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.

DAFTAR PUSTAKA

http://suharbara.wordpress.com/2012/04/25/ekspresi-gen/

4.EKSPRESI GEN

Makhluk hidup terbagi menjadi 2 macam yaitu jasad hidup prokariot dan eukariot. Perbedaan mendasar pada kedua jasad tersebut adalah terletak pada membran inti yaitu pada prokariot belum ada pembagian yang jelas antara sitosol dan inti karena tidak ada membran inti, sedangkan pada eukariot terdapat membran inti sehingga dapat dibedakan secara jelas antara sitosol dan inti. Manusia dan hewan merupakan salah satu contoh dari jasad eukaryot, sedangkan bakteri termasuk ke dalam jasad prokariot. Di dalam suatu bakteri terdapat suatu struktur yang bernama operon, operon ini merupakan salah satu ciri khas dari prokariot sehingga di eukariot tidak dikenal namanya operon. Operon adalah organisasi dari beberapa gen yang ekspresinya dikendalikan oleh satu promotor, hal tersebut bersifat polisistronik sedangkan pada eukariot satu gen strukturalnya dikendalikan oleh satu promoter dan hal tersebut bersifat monosistronik karena satu transkrip yang dihasilkan hanya mengkode satu macam produk ekspresi.
Proses ekspresi gen, melibatkan 2 proses penting yaitu transkripsi dan translasi. Transkripsi adalah proses penyalinan kode-kode genetik yang ada pada urutan DNA menjadi RNA. Transkripsi dan translasi pada prokariot terjadi di sitosol sedangkan pada eukariot proses transkripsi dan translasi terjadi pada kompartemen yang terpisah, transkripsi di inti sel sedangkan translasi di ribosom yang terletak di sitoplasma. Proses transkripsi ini merupakan pembentukan mRNA yang dilakukan oleh enzim RNA Polimerase, enzim RNA polimerasi ini terbagi dalam dua bentuk yaitu holoenzim yang memiliki susunan lengkap α₂ββ’σ, dan yang kedua adalah core-enzime yang tidak memiliki faktor sigma dengan susunan  α₂ββ’ . Faktor sigma (σ) ini berfungsi untuk mengarahkan agar RNA polimerase menempel pada promoter. Promoter adalah urutan DNA spesifik yang berperan dalam mengendalikan transkrisi gen struktural dan terletak di daerah upstream (hulu) dari bagian struktural sel. Di prokariot RNA polimerase akan langsung menempel pada DNA sedangkan di eukariot RNA polimerase tidak menempel secara langsung pada DNA namun dibantu oleh suatu perantaraan protein yang disebut faktor transkripsi/transcription factor (TF). TF ada 2 macam yaitu TF umum dan TF khusus, TF umum meliputi TFIIA, B, D, E, F, H dan J.Sedangkan untuk TF khusus meliputi MYC and MAC, FOS and JUN, CREB , ETS, GATA , MYB , pada kondisi tertentu pada sel perlu penempelan TF tersebut untuk menghasilkan protein tertentu yang diinginkan. Berkaitan dengan TF ada istilah ekspresi protein yang bersifat konstitutif dan inducible, konstitutif artinya ekspresi protein dilakukan secara terus menerus oleh sel , sedangkan  inducible, terekspresi jika ada rangsangan tertentu. kaitannya dengan TF khusus, inducibel memerlukan TF khusus.
Setelah proses transkripsi selesai adanya proses pasca transkripsi yang meliputi :
1. Pemberian topi (capping) dan ekor (poliadenilasi), pemberian topi ini memiliki beberapa fungsi yaitu ujung ini melindungi mRNA dari degradasi enzim hidrolisis, enzim hidrolisis ini akan menggangu perjalanan mRNA dari inti ke sitoplasma dalam proses translasi sehingga mRNA dilengkapi dengan capping dan talling. Serta setelah mRNA sampai di sitoplasma , ujung 5’ berfungsi sebagai bagian dari tanda “letakan di sini” untuk ribosom.
2. Splicing (proses pemotongan intron dan penyambungan ekson), intron merupakan sekuen yang tidak mengkode asam amino, intron berfungsi sebagai stabilitas genomik ,genom itu merupakan total informasi genetik pada suatu organisme. Sedangkan ekson merupakan sekuen yang dapat mengkode asam amino. Dalam jasad prokariot terdapat ekson dan pada umumnya tidak terdapat intron tetapi ada beberapa organisme prokariot tertentu yang memiliki intron. Sedangkan pada eukariot terdapat ekson dan intron.
Translasi adalah proses penerjemahan urutan nukleotida yang ada pada molekul mRNA menjadi rangkaian asam amino yang menyusun suatu polipeptida atau protein. Proses translasi pada eukariot terjadi di ribosom yang ada di sitoplasma. Translasi itu intinya adalah membuat protein, protein itu merupakan suatu polipetida yang terdiri dari susunan asam amino. Protein adalah rangkaian dari asam amino, asam amino yang paling sederhana yaitu glisin, asam amino berjumlah 20. Gugus pada asam amino yang penting ada dua yaitu COOH dan NH2. Setiap asam amino memiliki gugus tersebut. Tiap asam amino berikatan karena gugus tersebut sehingga terjadilah ikatan C=O – NH ikatan ini dinamakan ikatan peptida. Setelah asam amino terbentuk maka rangkaian asam amino tersebut akan melipat yang dianamakan proses folding, asam amino tersebut melipat karena setiap asam amino mempunyai sifat polaritas yg berbeda beda ada yang polar, ada yang nonpolar, ada yang bermuatan negatif, ada yang bermuatan positif sehingga berdasarkan kepolarannya otomatis mereka akan folding, proses folding ini biasanya dibantu oleh chaperon.
Streptomisin adalah obat antibiotik yang akan menggangu proses translasi. Dalam setiap proses sintesis protein, unit ribosom yang large dan small akan bersatu untuk bisa bekerja dalam proses translasi  dari mRNA menjadi protein. Proses tersebut dihambat  oleh streptomisin yg ternyata obat ini berikatan dengan subuit 30S (sub unit kecil). Alhasil sintesis protein tidak terbentuk padahal protein itu sangat dibutuhkan oleh bakteri untuk kelangsungan hidupnya sehingga menyebabkan  bakteri bisa mati oleh obat ini. Namun pada konsentrasi rendah Streptomisin hanya menghambat pertumbuhan bakteri dengan menginduksi ribosom prokariotik untuk salah membaca mRNA.

DAFTAR PUSTAKA

http://sarmoko.blog.unsoed.ac.id/2011/05/26/ekspresi-gen-resume/

5.EKSPRESI GEN

RNA adalah asam nukleat. Struktur kimianya sama dengan DNA kecuali perbedaan-perbedaan berikut: (1) Kalau DNA adalah rantai ganda asam nukleat yang terdiri dari nukleotida-nukleotida yang digabung oleh ikatan fosfodiester 3' -> 5', maka RNA adalah rantai tunggal, (2) Kalau gula penyusun serat rantai DNA adalah deoxiribose (atom hidrogen mengganti gugus hidroksil pada posisi atom karbon nomor 2) maka gula dalam rantai tunggal RNA ditempati oleh gula ribosa, (3) Semua basa nitrogen thimin dalam DNA diganti oleh basa nitrogen urasil dalam RNA. Dengan demikian, basa-basa nukleotida penyusun RNA adalah A, U,G,T.

Dalam proses transkripsi, RNA disintesis menggunakan DNA sebagai cetakan. Karena RNA bukan sebagai molekul pekerja utama sistem sel, maka penyalinan DNA ke RNA belum mampu menerangkan bahwa informasi genetik dalam bentuk DNA telah diekspresikan. Jauh sebelum DNA diidentifikasi sebagai pembawa informasi genetik, telah diketahui bahwa protein dalam bentuk enzim merupakan mesin-mesin sel yang terlibat dalam berbagai reaksi biokemis. Setelah penelitian Jacob dan Monod (1961) mengidentifikasi peranan molekul antara yang labil keberadaannya maka terbangun suatu hubungan konsepsional penterjemahan informasi dari urutan basa DNA ke dalam urutan asam amino protein, atau struktur primer protein.

Molekul perantara ini ternyata adalah RNA dengan klas yang berlainan dari yang telah diketahui saat itu. Molekul perantara itu disebut RNA duta (atau messenger RNA; mRNA) karena ia mengandung perintah bagaimana protein harus dibuat. mRNA merupakan salinan dari urutan basa DNA dalam suatu gen, dan mRNA kemudian berfungsi sebagai cetakan dalam sintesis protein. Dalam proses ini, sandi genetik di dalam urutan basa nitrogen mRNA diterjemahkan ke dalam struktur protein. Setiap gen atau kelompok gen memproduksi mRNA dan kemudian diekspresikan ke dalam bentuk protein. Sebagai konsekuensi, mRNA adalah senyawa dengan klas yang sangat heterogen. Pada E. coli, misalnya, rata-rata panjang mRNA adalah 1.2 kb.

Kelas RNA yang lain adalah RNA transfer (tRNA) dan RNA ribosomal (rRNA), namun keterlibatan mereka adalah bagian dari mesin sintesis protein. RNA transfer (tRNA) membawa asam amino dalam bentuk yang diaktifkan ke dalam ribosom untuk pembentukan ikatan peptida, dalam suatu urutan yang ditentukan oleh mRNA sebagai cetakan. Terdapat paling tidak satu jenis tRNA untuk setiap keduapuluh empat asam amino yang ada. tRNA terdiri dari sekitar 75 nukleotida dan merupakan molekul RNA terkecil.

RNA ribosomal (rRNA) merupakan salah satu komponen utama ribosom. Peranannya dalam biosintesis protein masih dalam taraf pencarian. Ditemukannya RNA yang berfungsi sebagai enzim (Ribosim) memunculkan tanda tanya yang menggelitik. Pada E. coli, menurut perilaku pengendapan selama setrifugasi, terdapat tiga jenis rRNA yaitu 23S, 16S, dan 5S. Setiap molekul-molekul tersebut terdapat satu dalam setiap mesin ribosom.

Di dalam sel, rRNA ditemukan paling banyak dibandingkan RNA lain. Organisme tingkat tinggi juga memiliki beberapa RNA lain, misalnya small nuclear RNA (snRNA) yang berpartisipasi dalam penggutingan exon RNA (RNA splicing).

DAFTAR PUSTAKA

http://wrghar.blogspot.com/2009/11/ekspresi-gen.html