Kode Genetik - Substansi Genetika

Kromosom tersusun atas rantai DNA. Rantai ini terbagi-bagi menjadi ribuan bagian yang lebih pendek, atau disebut gen. Jadi, gen merupakan bagian dari rantai DNA . Gen tertentu membawa informasi yang dibutuhkan untuk membuat protein. Informasi itulah yang disebut kode genetik. Dengan kata lain, kode genetik adalah cara pengkodean urutan nukleotida pada DNA atau RNA untuk menentukan urutan asam amino pada saat sintesis protein.

Di dalam setiap sel terdapat ribuan reaksi kimia dan enzim yang berfungsi mengatur jalannya semua reaksi. Karena DNA mengkode protein, maka akan menentukan enzim apa yang diproduksi dan akhirnya akan menentukan reaksi kimia yang terjadi di dalam sel.

Informasi pada kode genetik ditentukan oleh basa nitrogen pada rantai DNA yang akan menentukan susunan asam amino. Seperti yang telah kita ketahui, hanya ada empat basa yang terdapat pada DNA, sedangkan ada 20 macam asam amino. Jika tiap basa misalnya A, G, U, C dikode menjadi satu asam amino, hanya ada 4 macam asam amino yang dapat dikode dari total 20 asam amino yang sudah kita ketahui. Jika duplet atau susunan tiap dua basa, misalnya CG, AG, GA, UC, dan lainnya, dikode menjadi satu asam amino, kombinasi hanya akan menghasilkan 16 (42) macam asam amino. Jumlah kombinasi ini juga masih belum mencukupi jumlah 20 macam asam amino, yaitu ada 4 asam amino yang tidak dikode. Bila triplet atau susunan tiap tiga basa nukleotida, misalnya AGU, GAC, CGC, dan sebagainya, menjadi satu asam amino maka dari kombinasi basa-basa nukleotida tersebut akan menghasilkan 64 (43) macam asam amino. Jumlah asam amino ini melebihi jumlah 20 macam asam amino. Hal tersebut menyebabkan adanya suatu "kelimpahan" dalam kode genetika.

Terdapat lebih dari satu triplet mengkode suatu asam amino tertentu. Istilah yang diberikan oleh para ahli genetika pada kelimpahan semacam ini adalah degenerasi atau redundansi.

Kode Genetik

Pada gambar memperlihatkan "kamus" lengkap dari kode genetika. Perhatikan bahwa kode itu mengandung U dan bukan T dalam susunan suatu triplet. Ini disebabkan oleh fakta bahwa para ahli genetika memandang triplet- triplet yang dibawa oleh molekul-molekul RNAd sebagai komponen-komponen kode genetika, bukan yang dibawa DNA. Tiap triplet yang mewakili informasi bagi suatu asam amino tertentu dinyatakan sebagai kodon.

Kode genetik bersifat degeneratif dikarenakan 18 dari 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 seperti yang terlihat pada gambar. Kodon sinonimus memiliki perbedaan pada urutan basa ketiga. Pada kasus apapun, bila posisi basa ketiga adalah suatu pirimidin, maka kodon-kodon akan mengarah atau menunjukkan asam amino vang santa (sinonimus). Misalnya pada ktnie genetik UAU dan U AC (basa U dan C menipakan pirimidin) vang menunjukkan amino tirosin.

Bila posisi basa ketiga adalah suatu purin, kodnn-koUon juga akan sinonimus. Misilnya pada kode genetik C AA dan C AG (fiasa A dan G merupakan purin) menunjukkan asam amino glutamin, Jika posisi basa kedua adalah suatu pirimidin, secara umum kodon tersebut akan mengarah padi asam amino vang hidrotilik. Misalnya pada kode genetik CCC yang menunjukkan asam amino prolin yang hidrotilik, dan ACC yang menunjukkan asam amino treonin yang hidrofilik.

Sebaliknya, jika posisi basa kedua adalah suatu purin, secara umum kodon tersebut akan mengarah pada asam amino vang polar. Misalnya pada kode genetik G AU yang menunjukkan asam amino aspartat yang polar dan ACG yang menunjukkan asam amino arginin yang polar.

SINTESIS PROTEIN

Ada banyak tahapan antara ekspresi genotip ke fenotip. Gen-gen tidak dapat langsung begitu saja menghasilkan fenotip-fenotip tertentu misalnya warna mata hijau, bentuk biji yang lonjong, atau celah pada dagu. Fenotip suatu individu ditentukan oleh aktivitas enzim (protein fungsional). Enzim yang berbeda akan menimbulkan fenotip yang berbeda. Perbedaan satu enzim dengan enzim lainnya ditentukan oleh jumlah jenis dan susunan asam amino penyusun protein enzim. Pembentukan asam amino tersebut ditentukan oleh gen atau DNA.

Ekspresi gen merupakan proses dimana informasi yang dikode di dalam gen diterjemahkan menjadi urutan asam amino selama sintesis protein. Dogma sentral mengenai ekspresi gen, yaitu DNA yang membawa informasi genetik ditranskripsi menjadi RNA, dan RNA diterjemahkan menjadi polipeptida. Selama ekspresi gen, informasi genetik ditransfer secara akurat dengan DNA melalui RNA untuk menghasilkan polipeptida dengan urutan asam amino yang spesifik

Ekspresi gen merupakan sintesis protein yang terdtn dua tahap. Tahap pertama, urutan rantai nukleotida (cetakan) dari suatu DNA untai ganda disalin untuk menghasilkan satu rantai molekul RNA. Proses ini disebut transkripsi dan berlangsung dalam inti sel. Tahap kedua merupakan sintesis polipeptida dengan urutan spesifik berdasarkan rantai RNA yang dibuat pada tahapan pertama. Proses ini disebut translasi. Proses tersebut membutuhkan pengikatan dan pergerakan ribosom di sitoplasma pada sepanjang rantai RNA untuk menterjemahkan urutan nukleotida rantai RNA tersebut menjadi urutan asam amino untuk membentuk rantai polipeptida. Pada proses ini digunakan istilah penerjemahan karena bahasa pada nukleotida RNA diterjemahkan menjadi bahasa baru, yaitu bahasa asam amino suatu protein.

ekspresi gen melalui transkripsi dan translasi

TRANSKRIPSI

Transkripsi merupakan sintesis RNA dari salah satu rantai DNA, yaitu rantai cetakan atau sense, sedangkan rantai DNA komplemennya disebut rantai antisense. Rentangan DNA yang ditranskripsi menjadi molekul RNA disebut unit transkripsi. RNA dihasilkan dari aktivitas enzim RNA polimerase. Enzim RNA polimerase membuka pilinan kedua rantai DNA hingga terpisah dan merangkaikan nukleotida RNA. Enzim RNA polimerase merangkai nukleotida-nukleotida RNA dari arah 5' —» 3', saat terjadi perpasangan basa di sepanjang cetakan DNA. Urutan nukleotida spesifik di sepanjang DNA menandai di mana transkripsi suatu gen dimulai dan diakhiri.

Transkripsi terdiri dari tiga tahap, yaitu inisiasi (permulaan), elongasi (pemanjangan), dan terminasi (pengakhiran) rantai RNA. Transkripsi mensintesis baik RNAd, RNAt, maupun RNAr. Namun, hanya basa nitrogen yang terdapat pada RNAd saja yang nantinya diterjemahkan menjadi asam amino (protein).

Inisiasi

Daerah DNA dimana RNA polimerase melekat dan mengawali transkripsi disebut sebagai promoter. Suatu promoter mencakup titik awal (start point) transkripsi (nukleotida dimana sintesis RNA sebenarnya dimulai) dan biasanya membentang beberapa pasangan nukleotida di depan titik awal tersebut. Selain menentukan di mana transkripsi dimulai, promoter juga menentukan yang mana dari kedua untai heliks DNA yang digunakan sebagai cetakan

tahapan transkripsi

Elongasi

Pada saat RNA bergerak di sepanjang DNA, pilinan heliks ganda DNA tersebut terbuka secara berurutan kira- kira 10 hingga 20 basa DNA sekaligus. Enzim RNA polimerase menambahkan nukleotida ke ujung 3' dari molekul RNA yang sedang "tumbuh" di sepanjang heliks ganda DNA tersebut. Setelah sintesis RNA berlangsung,

DNA heliks ganda terbentuk kembali dan molekul RNA baru akan lepas dari cetakan DNA-nya. Transkripsi berlanjut pada laju kira-kira 60 nukleotida per detik pada sel eukariotik. 

Terminasi

Transkripsi berlangsung sampai RNA polimerase mentranskripsi urutan DNA yang disebut terminator. Terminator merupakan~iuahi urutan DNA yang berfungsi menghentikan proses transkripsi. Terdapat beberapa mekanisme yang berbeda untuk terminasi transkripsi yang perinciannya sebenarnya masih kurang jelas. pacja sel prokariotik, transkripsi biasanya berhenti tepat pada saat RNA polimerase mencapai titik terminasi. Sebaliknya, pada sel eukariotik, RNA polimerase terus melewati titik terminasi. Pada titik yang lebih jauh kira-kira 10 hingga 35 nukleotida, RNA yang telah terbentuk terlepas dari enzim tersebut.

TRANSLASI

Dalam proses translasi, sel menginterpretasikan suatu kode genetik menjadi protein yang sesuai. Kode genetik tersebut berupa serangkaian kodon di sepanjang molekul RNAd, interpreternya adalah RNAt. RNAt mentransfer asam amino-asam amino dari "kolam" asam amino di sitoplasma ke ribosom.

Molekul-molekul RNAt tidak semuanya identik. Molekul RNAt membawa asam amino spesifik pada salah satu .ujungnya yang sesuai dengan triplet nukleotida pada ujung RNAt lainnya yang disebut antikodon. Misalnya, perhatikan, kodon RNAd UUU yang ditranslasi sebagai asam amino fenilalanin. RNAt pembawa fenilalanin memiliki antikodon AAA yang komplemen terhadap UUU agar terjadi reaksi penambahan (transfer) fenilalanin pada rantai polipeptida sebelumnya 

Mekanisme Dasar Translasi

Asosiasi kodon dan antikodon sebenarnya merupakan bagian kedua dari dua tahap pengenalan yang dibutuhkan untuk translasi suatu pesan genetik yang akurat. Asosiasi ini harus didahului oleh pelekatan yang benar antara RNAt dengan asam amino. RNAt yang mengikatkan diri pada kodon RNAd harus membawa hanya asam amino yang tepat ke ribosom. Tiap asam amino digabungkan dengan RNAt yang sesuai oleh suatu enzim spesifik yang disebut aminoasil-RNAt sintetase (aminoacyl-tRNA synthetase).

Enzi eminosil-RNAt sintase menggabungkan asam amino spesifik pada RNAt

Ribosom memudahkan pelekatan yang spesifik antara antikodon RNAt dengan kodon RNAd selama sintesis protein. Sebuah ribosom dapat dilihat melalui mikroskop elektron, tersusun dari dua subunit, yaitu subunit besar dan subunit kecil. Subunit ribosom dibangun oleh protein-protein dan molekul-molekul RNAr.

Anatomi Ribos : (a) ribosom fungsional dengan sub unit besar dan sub unit kecil (b) tempat pengikatan untuk RNAd dan RNAt dan (C) pasangan benar antara antikodon pada RNAt dengan kodon pada RNAd

Kita dapat membagi translasi menjadi tiga tahap (sama seperti pada transkripsi) yaitu inisiasi, elongasi, dan termini Semua tahapan ini memerlukan faktor-faktor protein yang membantu RNAd, RNAt, dan ribosom selama proses translasi. Inisiasi dan elongasi rantai polipeptida juga membutuhkan sejumlah energi. Energi ini disediakan oleh GTP (guanosin tripho$phat), suatu molekul yang mirip dengan ATP.

Inisiasi

Tahap inisiasi dari translasi terjadi dengan adanya RNAd, sebuah RNAt yang memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua subunit ribosom. Pertama, subunit ribosom kecil mengikatkan diri pada RNAd dan RNAt inisiator. Subunit ribosom kecil melekat pada tempat tertentu di ujung 5' dari RNAd. Di dekat tempat pelekatan ribosom subunit kecil pada RNAd terdapat kodon inisasi AUG, yang memberikan sinyal dimulainya proses translasi. RNAt inisiatoc yang membawa asam amino metionin, melekat pada kodon inisiasi AUG.

Inisiasi pada proses translasi

Oleh karenanya, persyaratan inisiasi adalah kodon RNAd harus mengandung triplet AUG dan terdapat RNAt inisiator berisi antikodon UAC yang membawa metionin. Jadi pada setiap proses translasi, metionin selalu menjadi asam amino awal yang diingat. Triplet AUG dikatakan sebagai start codon karena berfungsi sebagai kodon awal translasi.

Elongasi

Pada tahap elongasi dari translasi, asam amino-asam amino berikutnya ditambahkan satu per satu pada asam amino pertama (metionin). Kodon RNAd  pada ribosom membentuk ikatan hidrogen dengan antikodon. molekul RNAt yang komplemen dengannya. Molekul dari subunit ribosom besar berfungsi sebagai enzim, yaitu mengkatalisis pembentukan ikatan peptida yang menggabungkan polipeptida yang memanjang ke asam amino yang baru tiba. Pada tahap ini, polipeptida memisahkan diri dari RNAt tempat perlekatannya semula dan asam amino pada ujung karboksilnya berikatan dengan asam amino yang dibawa oleh RNAt yang baru masuk.

Elongasi pada proses translasi

Saat RNAd berpindah tempat, antikodonnya tetap berikatan dengan kodon RNAt. RNAd bergerak bersama- sama dengan antikodon ini dan bergeser ke kodon berikutnya yang akan ditranslasi. Sementara itu, RNAt sekarang tanpa asam amino karena telah diikatkan pada polipeptida yang sedang memanjang. Selanjutnya RNAt keluar dari ribosom. Langkah ini membutuhkan energi yang disediakan oleh hidrolisis GTP.

RNAd bergerak melalui ribosom ke satu arah saja, mulai dari ujung 5'. Hal ini sama dengan ribosom yang bergerak bersama-sama pada RNAd. Hal yang penting di sini adalah ribosom dan RNAd bergerak relatif satu sama lain, dengan arah yang sama, kodon demi kodon. Siklus elongasi menghabiskan waktu kurang dari detik dan terus berlangsung hingga rantai polipeptidanya lengkap.

Terminasi 

Tahap akhir translasi adalah terminasi. Elongasi berlanjut hingga ribosom mencapai kodon stop. Triplet basa kodon stop adalah UAA, U AG, atau UGA. Kodon stop tidak mengkode suatu asam amino melainkan bertindak sebagai sinyal untuk menghentikan translasi.

terminasi pada proses translasi