TRANSKRIPSI DNA: PROSES PADA EUKARIOTA DAN PROKARIOTA - BIOLOGI - 2025

The transkripsi DNA adalah proses dimana informasi yang terdapat dalam asam deoksiribonukleat disalin sebagai molekul yang sama, RNA, baik sebagai langkah untuk sintesis protein atau untuk pembentukan molekul RNA yang terlibat dalam beberapa proses seluler yang sangat penting (regulasi ekspresi gen, pensinyalan, dll.).

Meskipun tidak benar bahwa semua gen organisme mengkode protein, benar bahwa semua protein sel, baik eukariotik maupun prokariotik, dikodekan oleh satu atau lebih gen, di mana setiap asam amino diwakili oleh a set tiga basa DNA (kodon).

Pemrosesan gen eukariotik (Sumber: Leonid 2 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) melalui Wikimedia Commons)

Sintesis rantai polipeptida yang dimiliki oleh setiap protein seluler terjadi berkat dua proses mendasar: transkripsi dan translasi; keduanya sangat diatur, karena keduanya adalah proses yang sangat penting untuk berfungsinya organisme hidup mana pun.

Apa itu transkripsi DNA?

Transkripsi melibatkan pembentukan "template" untuk molekul RNA yang dikenal sebagai "messenger RNA" (mRNA) dari urutan "standar" yang dikodekan di wilayah DNA yang sesuai dengan gen yang akan ditranskripsi.

Proses ini dilakukan oleh enzim yang disebut RNA polimerase, yang mengenali tempat khusus dalam urutan DNA, mengikatnya, membuka untai DNA dan mensintesis molekul RNA menggunakan salah satu untai DNA pelengkap ini sebagai templat atau pola, bahkan ketika menemukan urutan berhenti khusus lainnya.

Terjemahan, di sisi lain, adalah proses yang melaluinya sintesis protein terjadi. Ini terdiri dari "pembacaan" informasi yang terkandung dalam mRNA yang ditranskripsikan dari gen, "terjemahan" kodon DNA menjadi asam amino dan pembentukan rantai polipeptida.

Terjemahan urutan nukleotida mRNA dilakukan oleh enzim yang dikenal sebagai sintetase aminoasil-tRNA, berkat partisipasi molekul RNA lain yang dikenal sebagai "transfer RNA" (tRNA), yang merupakan antikodon dari kodon yang terkandung dalam MRNA, yang merupakan salinan asli dari urutan DNA suatu gen.

Transkripsi di eukariota (proses)

Selama transkripsi pada eukariota, DNA digunakan sebagai templat untuk membuat untai RNA pembawa pesan dengan bantuan enzim RNA polimerase.

Pada sel eukariotik proses transkripsi terjadi di dalam nukleus yang merupakan organel intraseluler utama dimana DNA terdapat dalam bentuk kromosom. Ini dimulai dengan "salinan" wilayah pengkodean gen yang ditranskripsi menjadi molekul pita tunggal yang dikenal sebagai messenger RNA (mRNA).

Karena DNA terbatas pada organel tersebut, molekul mRNA berfungsi sebagai perantara atau transporter dalam transmisi pesan genetik dari nukleus ke sitosol, di mana terjadi terjemahan RNA dan seluruh mesin biosintetik untuk sintesis protein (the ribosom).

- Seperti apa gen eukariotik?

Gen terdiri dari urutan DNA yang karakteristiknya menentukan fungsinya, karena urutan nukleotida dalam urutan tersebut menentukan transkripsi dan terjemahan selanjutnya (dalam hal kode untuk protein).

Ketika gen ditranskripsi, yaitu ketika informasinya disalin dalam bentuk RNA, hasilnya bisa berupa RNA non-coding (cRNA), yang memiliki fungsi langsung dalam pengaturan ekspresi gen, dalam pensinyalan sel, dll. atau bisa menjadi messenger RNA (mRNA), yang kemudian akan diterjemahkan menjadi urutan asam amino dalam peptida.

Representasi struktur gen eukariotik (Sumber: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) melalui Wikimedia Commons)

Apakah suatu gen memiliki produk fungsional dalam bentuk RNA atau protein bergantung pada elemen atau wilayah tertentu yang ada dalam urutannya.

Gen, eukariotik atau prokariotik, memiliki dua untai DNA, yang satu dikenal sebagai untai "sense" dan yang lainnya "antisense". Enzim yang bertanggung jawab untuk transkripsi urutan ini "membaca" hanya satu dari dua untai, biasanya untai "sense" atau "coding", yang memiliki "arah" 5'-3 '.

Setiap gen memiliki urutan pengaturan di ujungnya:

- jika urutannya berada sebelum wilayah pengkodean (yang akan ditranskripsikan) mereka dikenal sebagai "promotor"

- jika dipisahkan oleh banyak kilobasa, dapat "membungkam" atau "meningkatkan"

- urutan yang paling dekat dengan wilayah gen 3 'biasanya adalah urutan terminator, yang memberi tahu polimerase bahwa ia harus menghentikan dan mengakhiri transkripsi (atau replikasi, seperti yang mungkin terjadi)

Wilayah promotor dibagi menjadi distal dan proksimal, menurut kedekatannya dengan wilayah pengkodean. Ini berada di ujung 5 'gen dan merupakan situs yang dikenali oleh enzim RNA polimerase dan protein lain untuk memulai transkripsi dari DNA ke RNA.

Di bagian proksimal daerah promotor, faktor transkripsi dapat mengikat, yang memiliki kemampuan untuk mengubah afinitas enzim ke urutan yang akan ditranskripsi, sehingga mereka bertanggung jawab untuk mengatur transkripsi gen secara positif atau negatif.

Daerah penambah dan pembungkaman juga bertanggung jawab untuk mengatur transkripsi gen dengan memodifikasi "aktivitas" daerah promotor dengan pengikatannya dengan penggerak atau elemen penekan "hulu" dari urutan pengkodean gen.

Dikatakan bahwa gen eukariotik selalu "dimatikan" atau "ditekan" secara default, sehingga mereka membutuhkan aktivasi oleh unsur promotor agar dapat diekspresikan (ditranskripsi).

- Siapa yang bertanggung jawab atas transkripsi?

Apapun organisme, transkripsi dilakukan oleh sekelompok enzim yang disebut RNA polimerase, yang mirip dengan enzim yang bertanggung jawab atas replikasi DNA ketika sel akan membelah, mengkhususkan diri dalam sintesis rantai RNA. dari salah satu untai DNA gen yang ditranskripsikan.

RNA polimerase adalah kompleks enzim besar yang terdiri dari banyak subunit. Ada berbagai jenis:

- RNA polimerase I (Pol I): yang mentranskripsi gen yang menyandikan subunit ribosom "besar".

- RNA polimerase II (Pol II): yang mentranskripsikan gen yang mengkode protein dan menghasilkan RNA mikro.

- RNA polimerase III (Pol III): yang menghasilkan RNA transfer yang digunakan selama translasi dan juga RNA yang sesuai dengan subunit kecil ribosom.

- RNA polimerase IV dan V (Pol IV dan Pol V): ini khas tumbuhan dan bertanggung jawab untuk transkripsi RNA kecil yang mengganggu.

- Bagaimana prosesnya?

Transkripsi gen eukariotik (Sumber: Erinp.5000 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) melalui Wikimedia Commons)

Transkripsi genetik adalah proses yang dapat dipelajari yang dibagi menjadi tiga fase: inisiasi, perpanjangan, dan penghentian.

Inisiasi

Selama inisiasi daerah promotor daerah promotor fungsi gen sebagai tempat pengenalan RNA polimerase. Di sinilah sebagian besar ekspresi genetik dikendalikan

RNA polimerase (katakanlah RNA polimerase II) mengikat urutan daerah promotor, yang terdiri dari 6 sampai 10 pasangan basa di ujung 5 'gen, biasanya sekitar 35 pasangan basa dari situs awal transkripsi.

Penyatuan RNA polimerase mengarah pada "pembukaan" heliks ganda DNA, memisahkan untaian komplementer. Sintesis RNA dimulai di tempat yang dikenal sebagai "situs inisiasi" dan terjadi dalam arah 5'-3 ', yaitu "hilir" atau dari kiri ke kanan (menurut kesepakatan).

Permulaan transkripsi yang dimediasi oleh RNA polimerase bergantung pada keberadaan faktor transkripsi protein yang dikenal sebagai faktor transkripsi umum, yang berkontribusi pada "lokasi" enzim di wilayah promotor.

Setelah enzim mulai berpolimerisasi, enzim tersebut "dilepaskan" dari urutan promotor dan faktor transkripsi umum.

Pemanjangan

Selama pemanjangan, RNA polimerase meluncur ke bawah rantai yang berfungsi sebagai templat

Ini terjadi ketika RNA polimerase "bergerak" sepanjang urutan DNA dan menambahkan ribonukleotida yang melengkapi untai DNA yang berfungsi sebagai "cetakan" untuk RNA yang sedang tumbuh. Saat RNA polimerase "melewati" untai DNA, ia bergabung kembali dengan untai antisense.

Polimerisasi yang dilakukan oleh RNA polimerase terdiri dari serangan nukleofilik oksigen di posisi 3 'dari rantai RNA yang sedang tumbuh ke fosfat "alfa" dari prekursor nukleotida berikutnya yang akan ditambahkan, dengan akibat pembentukan ikatan fosfodiester dan pelepasan a molekul pirofosfat (PPi).

Himpunan terdiri dari untai DNA, RNA polimerase dan untai RNA yang baru lahir dikenal sebagai gelembung transkripsi atau kompleks.

Penghentian

Ketika RNA polimerase mencapai daerah terminal gen, RNA pembawa pesan transkripsi selesai. Kemudian RNA polimerase, untai DNA, dan utusan transkripsi RNA berdisosiasi

Penghentian terjadi ketika polimerase mencapai urutan terminasi, yang secara logis terletak "hilir" dari situs inisiasi transkripsi. Ketika ini terjadi, baik enzim maupun RNA yang disintesis menjadi "terlepas" dari urutan DNA yang sedang ditranskripsi.

Wilayah terminasi biasanya terdiri dari urutan DNA yang mampu "melipat" pada dirinya sendiri, membentuk struktur jenis "lingkaran jepit rambut".

Setelah penghentian, untai RNA yang disintesis dikenal sebagai transkrip primer, yang dilepaskan dari kompleks transkripsi, setelah itu mungkin atau mungkin tidak diproses secara pasca-transkripsi (sebelum terjemahannya menjadi protein, jika berlaku) melalui a proses yang disebut "pemotongan dan penyambungan".

Transkripsi dalam prokariota (proses)

Karena sel prokariotik tidak memiliki inti yang tertutup membran, transkripsi terjadi di sitosol, khususnya di wilayah "inti", tempat DNA kromosom terkonsentrasi (bakteri memiliki kromosom melingkar).

Dengan cara ini, peningkatan konsentrasi sitosol dari protein tertentu secara substansial lebih cepat pada prokariota daripada pada eukariota, karena proses transkripsi dan translasi terjadi di kompartemen yang sama.

- Seperti apa gen prokariotik?

Organisme prokariotik memiliki gen yang sangat mirip dengan eukariota: yang pertama juga menggunakan promotor dan daerah pengaturan untuk transkripsi mereka, meskipun perbedaan penting berkaitan dengan fakta bahwa daerah promotor sering cukup untuk mencapai ekspresi "kuat" dari gen.

Dalam pengertian ini, penting untuk disebutkan bahwa, secara umum, gen prokariotik selalu "aktif" secara default.

Wilayah promotor dikaitkan dengan wilayah lain, biasanya "hulu", yang diatur oleh molekul penekan dan dikenal sebagai "wilayah operator".

Representasi struktur gen prokariotik (Sumber: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) melalui Wikimedia Commons)

Perbedaan dalam transkripsi antara prokariota dan eukariota adalah bahwa biasanya RNA kurir eukariota bersifat monocistronik, yaitu, masing-masing berisi informasi untuk mensintesis protein tunggal, sedangkan pada prokariota dapat berupa monocistronic atau polycistronic, di mana hanya satu MRNA dapat berisi informasi untuk dua atau lebih protein.

Dengan demikian, telah diketahui dengan baik bahwa gen prokariotik yang mengkode protein dengan fungsi metabolik yang serupa, misalnya, ditemukan dalam kelompok yang dikenal sebagai operon, yang secara bersamaan ditranskripsi menjadi bentuk molekul tunggal RNA pembawa pesan.

Gen prokariotik padat, tanpa banyak daerah non-pengkode di antara mereka, jadi setelah ditranskripsi menjadi molekul RNA messenger linier, mereka dapat segera diterjemahkan menjadi protein (mRNA eukariotik seringkali membutuhkan pemrosesan lebih lanjut).

- Bagaimana RNA polimerase prokariotik?

Organisme prokariotik seperti bakteri, misalnya, menggunakan enzim RNA polimerase yang sama untuk mentranskripsi semua gennya, yaitu yang mengkode subunit ribosom dan yang mengkode untuk protein seluler yang berbeda.

Pada bakteri E. coli, RNA polimerase terdiri dari 5 subunit polipeptida, dua di antaranya identik. Subunit α, α, β, β 'terdiri dari bagian tengah enzim dan berkumpul dan dibongkar selama setiap peristiwa transkripsi.

Subunit α adalah subunit yang memungkinkan penyatuan antara DNA dan enzim; subunit β berikatan dengan ribonukleotida trifosfat yang akan dipolimerisasi sesuai dengan cetakan DNA dalam molekul mRNA yang baru lahir dan subunit β 'berikatan dengan untai DNA cetakan tersebut.

Subunit kelima, yang dikenal sebagai σ berpartisipasi dalam inisiasi transkripsi dan merupakan salah satu yang memberikan spesifisitas pada polimerase.

- Bagaimana prosesnya?

Transkripsi pada prokariota sangat mirip dengan eukariota (juga dibagi menjadi inisiasi, elongasi dan terminasi), dengan beberapa perbedaan dalam hal identitas daerah promotor dan faktor transkripsi yang diperlukan untuk RNA polimerase menjalankan fungsinya.

Meskipun wilayah promotor dapat bervariasi di antara spesies prokariotik yang berbeda, ada dua urutan "konsensus" yang dilestarikan yang dapat dengan mudah diidentifikasi di wilayah -10 (TATAAT) dan di wilayah -35 (TTGACA) di hulu urutan pengkodean.

Inisiasi

Itu tergantung pada subunit σ dari RNA polimerase, karena ia memediasi interaksi antara DNA dan enzim, membuatnya mampu mengenali urutan promotor. Inisiasi berakhir ketika beberapa transkrip yang gagal dari sekitar 10 nukleotida diproduksi yang dilepaskan.

Pemanjangan

Ketika subunit σ terlepas dari enzim, fase perpanjangan dimulai, yang terdiri dari sintesis molekul mRNA dalam arah 5'-3 '(sekitar 40 nukleotida per detik).

Penghentian

Penghentian pada prokariota bergantung pada dua jenis sinyal yang berbeda, dapat bergantung pada Rho dan tidak bergantung pada Rho.

Protein yang bergantung pada Rho dikendalikan oleh protein yang "mengikuti" polimerase saat maju dalam sintesis RNA sampai yang terakhir mencapai urutan yang kaya akan guanin (G), berhenti dan bersentuhan dengan protein Rho. memisahkan dari DNA dan mRNA.

Pengakhiran Rho-independent dikendalikan oleh urutan gen tertentu, biasanya kaya akan pengulangan guanine-cytosine (GC).

Referensi

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2007). Biologi molekuler sel. Ilmu Garland. New York, 1392.
2. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Pengantar analisis genetik. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Biologi sel molekuler. Macmillan.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.
5. Rosenberg, LE, & Rosenberg, DD (2012). Gen dan Genom Manusia: Sains. Kesehatan, Masyarakat, 317-338.
6. Shafee, T., & Lowe, R. (2017). Struktur gen eukariotik dan prokariotik. Jurnal Kedokteran Wiki, 4 (1), 2.
7. McGraw-Hill Animations, youtube.com. Transkripsi dan terjemahan DNA.