EKSPRESI GEN DAN KODE GENETIK

1. EKSPRESI GEN DAN KODE GENETIK Bambang Irawan

2. KOMPETENSI • Dapat menjelaskan dan mengambar bagan alir ekspresi gen • Dapat menyebutkan peran ARN pada ekspresi gen • Dapat menjelaskan pengertian dogma sentral • Dapat memahami pengertian kode genetik dan memberikan contohnya • Dapat menterjemahkan urutan nukleotida menjadi urutan asam amino dengan menggunakan kode genetik

3. PENGANTAR • Berdasar berbagai laporan penelitian maka disimpulkan bahwa ADN adalah bahan genetik. • Berarti pada ADN terdapat banyak informsi biologi • Informasi tersebut supaya berfungsi harus diekpresikan • Ekspresi informasi tersebut ternyata memiliki beberapa tahap yang rumit. • Pada bab ini kita hanya akan membicarakan garis besar ekspresi, sedang pembahasan lebih rinci pada masing-masing tahap akan dibicarakan pada bab tersendiri.

4. TAHAPAN EKSPRESI GEN • Ekspresi informasi genetik merupakan suatu proses yang sangat kompleks, tetapi pada dasarnya dapat dibagi menjadi dua tahap utama yaitu transkripsi dan translasi. • Pada tahap transkripsi informasi yang dikandung oleh ADN “ditulis ulang” dalam bahasa ARN. • Di ribosom terjadi “penerjemahan” dari urutan nukleotida ke urutan asam amino, peristiwa ini juga dinamakan translasi (translation).

5. TRANSKRIPSI • Pembuatan salinan informasi dalam ADN ke ARN dilakukan dengan cara membentuk pita baru pasangan ADN yaitu pita ARN • Segmen ADN yang digunakan sebagai “cetakan” pita ARN disebut ADN templat (template DNA). • ARN hasil transkripsi akan dilepas dari pita ADN dan kemudian bermigrasi ke sitoplasma

6. SKEMA TRANSKRIPSI

7. RIWAYAT SELANJUTNYA • Setelah pita ARN lepas dari ADN maka ARN tersebut akan bermigrasi menembus membran inti menuju sitoplasma dan bergabung dengan ribosom. • ARNd menempel pada ribosom untuk dibaca pesan yang dibawanya • ARN t akan membawa asam amino yang sesuai dan masuk ke dalam ribosom bergantian sesuai dengan urutan nukleotida ARNd. • Di dalam ribosom asam amino yang dibawa ARNt akan digabung dengan asam amino yang dibawa ARNt berikutnya. • Dengan demikian di ribosom terjadi “penerjemahan” dari urutan nukleotida ke urutan asam amino • Penerjemahan dalam bahasa Inggris disebut translation, oleh karena itu peristiwa ini juga dinamakan translasi (translation).

8. SKEMA KERJA ARN

9. BAGAN ALIR EKSPRESI GEN

10. DOGMA SENTRAL BAGAN ALIR MENUNJUKKAN BAHWA: • Proses sintesis protein dimulai dari ADN. • ADN akan mensintesis ARN, dan selanjutnya ARN akan mensintesis protein. • Tidak ada gambaran bahwa proses tersebut akan terbalik: protein mensintesis ARN, dan ARN akan mensintesis ADN. • Proses inilah merupakan dasar bagi dogma sentral dalam genetika molekuler (central dogma of molecular genetics): ADN membuat ARN, dan ARN membuat protein.

11. DOGMA SENTRAL SEBAGAI DASAR BERPIKIR GENETIKA MOLEKULER • Ada virus yang bahan genetiknya hanya ARN, tetapi dogma sentral tetap digunakan sebagai dasar berpikir dalam bidang genetika molekuler. • Memang virus tersebut akan mensintesis ADN, tetapi selanjutnya tetap mengikuti dogma sentral.

12. KODE GENETIK • Pada akhir dasawarsa 1950an, ketika belum diketahui bahwa ARNd (mRNA) bertindak sebagai perantara perubahan informasi genetik ke protein, ADN dianggap berpartisipasi secara langsung dalam sintesis protein. • ADN bergabung dengan ribosom, dan selanjutnya informasi genetik dibaca selama proses sintesis. • Pertanyaan yang muncul adalah bagaimana kombinasi empat nukleotida dapat mengkode 20 jenis asam amino.

13. INFORMASI DISIMPAN DALAM BENTUK KODE GENETIK • Seandainya satu nukleotida hanya mengkode satu asam amino tentu akan kurang, kemungkinan lain adalah tumpang tindih. • Dugaan yang paling mungkin adalah bahwa setiap nukleotida merupakan bagian dari satu “kata” yang mengkode asam amino. • Tahun 1961 François Jacob dan Jacques Monod mempostulasikan keberadaan messenger RNA (mRNA atau ARNd). • Begitu ARNd ditemukan maka menjadi jelas bahwa sekalipun informasi genetik tersimpan dalam ADN, kode tersebut selanjutnya dipindahkan ke ARN dan kemudian ditranslasi (diterjemahkan) menjadi protein.

14. KODE GENETIK ADALAH TRIPLET • Pada awal tahun 1960an, Sidney Brenner mengajukan pendapat bahwa kode genetik harus triplet • Bila tersusun dari kombinasi dua nukleotida hanya menghasilkan 16 macam kode. • Bila triplet akan ada 64 kode, jumlah yang melebihi dari 20 kode yang diperlukan • Bila menggunakan kombinasi empat nukleotida akan ada 256 macam kode, sangat berlebihan.

15. DAFTAR KODE GENETIK

16. INFORMASI TAMBAHAN • Hanya 61 yang merupakan kode bagi asam amino • Tiga kode lainnya berfungsi untuk memberi tanda akhir kode, bukan kode spesifik untuk asam amino. • Kode genetik ditulis linear dengan menggunakan basa yang menyusun ARNd: A, C, G, dan U. • Dengan diketahuinya kode genetik maka sekarang dapat menentukan protein yang dibentuk bila urutan nukleotida pada ADN template diketahui • Sebaliknya bila urutan asam amino pada protein tersebut diketahi maka dapat mencari gennya.

17. Aliran informasi genetik dari ADN sehingga menjadi protein

18. Kode genetik tidak tumpang tindih dan tanpa koma • Penelitian para ahli lmenghasilkan kesimpulan bahwa kode genetik tidak dapat tumpang tindih. • Antara tahun 1958 – 1960 informasi yang berhubungan dengan kode genetik terus terkumpul. • Crick mengajukan hipotesis bahwa kode genetik tidak mengenal tanda koma.

19. TIGA ALASAN MENGAPA TIDAK TUMPANG TINDIH • Bila kode tumpang tindih maka secara teoritis hanya akan ada 16 kombinasi kode yang di tengah(24). Kenyataannya asam amino yang di tengah lebih dari 16 jenis • Bila kode tersusun tumpang tindih, maka bila ada mutasi satu nukleotida pasti akan mengubah seluruh nukleotida. Kenyataannya hanya satu asam amino saja yang berubah. • Ditinjau dari segi kemungkinan terjadinya ikatan kimia antara kecocokan urutan nukleotida dengan asam amino. • Konsep bahwa susunan kode genetik tidak tumpang tindih tanpa kecuali tidak mendapat penolakan, semua bukti dan argumen mendukungnya.

20. Degenerasi kode dan Wobble hypothesis • Dari kamus kode genetik tampak bahwa satu asam amino dapat memiliki lebih dari satu kode, kecuali metionin dan triptofan. • Perhatikan lebih teliti lagi: Hampir semua kode genetik yang mengkode asam amino sama memiliki urutan dua nukleotida pertama yang sama. • Berarti yang menentukan sebagai kode adalah nukleotida pertama dan kedua dari tiga nukleotida. • Berdasar hal di atas Crick mengajukan postulat yang dikenal dengan Wobble hypothesis.

21. HIPOTESIS CRICK • Hipotesis Crick ini menduga bahwa dua ribonukleotida pertama dari kode triplet lebih penting dalam menarik ARNt yang tepat dibandingkan dengan ribonukleotida ke tiga. • Dia berpendapat bahwa ikatan hidrogen pada ribonulrotida ketiga antara kodon (bagian pada ARNd) dan antikodon (bagian dari ARNt) tidak begitu erat, karena itu disebut wobble (arti harfiahnya berayun). • Dengan demikian antikodon dari ARNt dapat berpasangan dengan lebih dari satu jenis triplet pada ARNd. Dengan demikian U pada posisi pertama (ujung 5’) dari triplet antikodon dapat berpasangan dengan G atau A pada posisi ke tiga (ujung 3’) dari triplet pada ARNd.

22. Kode Genetik tidak bersifat Umum (tidak universal) • Antara tahun 1960 sampai tahun 1978 diasumsikan bahwa kode genetik bersifat umum. • Pada tahun 1979 ditemukan bahwa ADN mitokondria (mtDNA) dari ragi dan manusia memiliki bahasa yang berbeda. • Sejak itu diteliti kemungkinan kode yang berbeda pada berbagai jenis organisme. • Perhatikan bahwa pada umumnya pola alternatif itu melibatkan posisi nukleotida ke tiga (posisi wobble), misalnya AUA merupakan kode untuk isoleusin pada sitoplasma, tetapi menjadi kode untuk metionin pada mitokondria.

23. Pengecualian arti kode universal