Sebagian besar gen mengandung informasi yang diperlukan untuk membuat molekul fungsional yang disebut protein. Beberapa gen memproduksi molekul lain yang membantu sel dalam merakit protein. Perjalanan dari gen ke protein adalah proses yang kompleks dan terkontrol dengan ketat di dalam setiap sel. Proses ini terdiri dari dua langkah besar: transkripsi dan translasi. Bersama-sama, transkripsi dan translasi dikenal sebagai ekspresi gen.
Pada proses transkripsi, informasi yang tersimpan dalam DNA suatu gen ditransfer ke molekul serupa yang disebut RNA (asam ribonukleat) di inti sel. Baik RNA maupun DNA terdiri dari rantai basa nukleotida, tetapi mereka memiliki sifat kimia yang sedikit berbeda. Jenis RNA yang mengandung informasi untuk membuat protein disebut mRNA (asam ribonukleat pesan) karena membawa informasi, atau pesan, dari DNA keluar dari inti sel ke sitoplasma.
Translasi, langkah kedua dalam perjalanan dari gen ke protein, terjadi di sitoplasma. mRNA berinteraksi dengan kompleks khusus yang disebut ribosom, yang “membaca” urutan basa mRNA. Setiap urutan tiga basa, disebut kodon, biasanya mengodekan satu asam amino tertentu. Ingatlah bahwa asam amino adalah bahan dasar protein. Jenis RNA yang disebut transfer RNA (tRNA) merakit protein, satu asam amino pada satu waktu. Perakitan protein berlanjut hingga ribosom menemui kodon “berhenti” (urutan tiga basa yang tidak mengodekan asam amino).
Setelah proses ini, informasi genetik yang tersimpan dalam DNA disalin ke molekul mRNA, yang kemudian digunakan untuk merakit asam-asam amino ke dalam urutan yang benar untuk membuat protein. Urutan asam amino menentukan bentuk protein (melalui empat tingkat struktur protein yang dijelaskan dalam bab Protein), dan bentuk protein menentukan fungsinya. Ini berarti bahwa urutan nukleotida dalam DNA menentukan bagaimana protein bekerja, yang menentukan sifat-sifat organisme.
TRANSKRIPSI
Baik prokariota maupun eukariota pada dasarnya melakukan proses transkripsi yang sama, namun dengan perbedaan penting pada inti sel yang terbungkus membran pada eukariota. Dengan gen terikat di dalam inti sel, transkripsi terjadi di inti sel dan transkrip mRNA harus diangkut ke sitoplasma. Prokariota, yang mencakup bakteri dan arkea, tidak memiliki inti sel yang terbungkus membran dan organel lainnya, sehingga transkripsi terjadi di sitoplasma sel.
Transkripsi memerlukan penguraian sebagian heliks ganda DNA pada wilayah sintesis mRNA. Sekuensi DNA tempat protein dan enzim yang terlibat dalam transkripsi melekat untuk memulai proses disebut sebagai promotor. Dalam kebanyakan kasus, promotor ada di hulu dari gen-gen yang mereka regulasi. Sekuensi spesifik dari promotor sangat penting karena menentukan apakah gen yang sesuai ditranskripsi sepanjang waktu, sebagian waktu, atau hampir tidak sama sekali.
Proses transkripsi menjadi sangat menarik karena perbedaan fundamental dalam organisasi sel prokariotik dan eukariotik. Pada sel eukariotik, transkripsi terjadi di dalam inti sel yang terproteksi oleh membran, sementara pada prokariotik, transkripsi terjadi di sitoplasma karena tidak adanya inti sel yang terpisah.
Promotor memiliki peran penting dalam mengatur transkripsi gen. Mereka bertanggung jawab dalam menginisiasi proses transkripsi dengan mengikat faktor-faktor transkripsi. Berbeda promotor bisa menyebabkan ekspresi gen yang berbeda pula, bisa aktif terus-menerus, terkadang, atau hampir tidak aktif sama sekali.
Memahami perbedaan dalam proses transkripsi antara prokariota dan eukariota membantu dalam memahami kompleksitas organisasi sel dan regulasi ekspresi gen. Studi ini memainkan peran kunci dalam pemahaman lebih lanjut tentang bagaimana mekanisme genetik ini berperan dalam kehidupan seluler.
Transkripsi selalu berlangsung dari salah satu dari dua untai DNA, yang disebut sebagai untai cetakan. Produk mRNA bersifat komplementer terhadap untai cetakan dan hampir identik dengan untai DNA lainnya yang disebut sebagai untai non-cetakan, kecuali bahwa RNA mengandung urasil (U) menggantikan timin (T) yang terdapat dalam DNA. Enzim yang disebut RNA polimerase bergerak sepanjang cetakan DNA menambahkan nukleotida dengan berpasangan dengan cetakan DNA dalam cara yang mirip dengan replikasi DNA. Setelah gen ditranskripsi, RNA polimerase perlu diarahkan untuk berdissosiasi dari cetakan DNA dan membebaskan mRNA yang baru dibuat.
Pada sel prokariotik, pada saat transkripsi berakhir, transkrip tersebut sudah digunakan untuk memulai membuat salinan protein yang dienkod karena proses transkripsi dan translasi dapat terjadi secara bersamaan karena keduanya terjadi di sitoplasma. Sebaliknya, transkripsi dan translasi tidak dapat terjadi secara simultan pada sel eukariotik karena transkripsi terjadi di dalam inti sel dan translasi terjadi di luar, di sitoplasma.
Pemahaman tentang perbedaan proses transkripsi dan translasi antara sel prokariotik dan eukariotik sangatlah penting. Pada prokariota, baik transkripsi maupun translasi dapat terjadi secara simultan dalam sitoplasma karena tidak adanya inti sel yang membatasi. Namun, pada eukariota, inti sel membatasi transkripsi terjadi di dalamnya dan translasi terjadi di sitoplasma, sehingga proses-proses ini tidak dapat terjadi bersamaan secara langsung.
TRANSLASI
Sintesis protein adalah salah satu proses metabolisme sel yang paling membutuhkan energi. Sebagai hasilnya, protein menyumbang lebih banyak massa daripada komponen lain dalam organisme hidup (kecuali air), dan protein menjalankan beragam fungsi dalam sel. Proses translasi, atau sintesis protein, melibatkan dekode pesan mRNA menjadi produk polipeptida. Asam amino dihubungkan bersama oleh ikatan kovalen dalam panjang mulai dari sekitar 50 asam amino hingga lebih dari 1.000.
Mekanisme Sintesis Protein
Selain cetakan mRNA, banyak molekul lain yang berkontribusi pada proses translasi. Namun, struktur dan fungsi umum dari mesin sintesis protein adalah serupa dari bakteri hingga sel manusia. Translasi membutuhkan cetakan mRNA, ribosom, tRNA, dan berbagai faktor enzimatik. Ribosom adalah bagian sel yang membaca informasi dalam molekul mRNA dan menggabungkan asam amino dalam urutan yang benar. Pada E. coli, terdapat 200.000 ribosom di setiap sel pada setiap waktu tertentu. Ribosom adalah molekul makrokompleks yang sangat besar dan kompleks. Ribosom berlokasi di sitoplasma pada prokariota dan di sitoplasma serta retikulum endoplasma pada eukariota. Ribosom terdiri dari dua subunit yang berkumpul untuk translasi, mirip dengan roti hamburger yang menyelimuti daging (mRNA). Subunit kecil bertanggung jawab untuk mengikat cetakan mRNA, sedangkan subunit besar secara berurutan mengikat tRNA, jenis molekul RNA yang membawa asam amino ke rantai polipeptida yang tumbuh. Setiap molekul mRNA dapat diterjemahkan secara simultan oleh banyak ribosom, semuanya mensintesis protein dalam arah yang sama.
Bergantung pada spesies, terdapat 40 hingga 60 jenis tRNA di sitoplasma. Berperan sebagai adaptor, tRNA tertentu mengikat ke urutan pada cetakan mRNA dan menambahkan asam amino yang sesuai ke rantai polipeptida. Oleh karena itu, tRNA adalah molekul yang sebenarnya “menerjemahkan” bahasa RNA menjadi bahasa protein. Untuk setiap tRNA agar berfungsi, ia harus memiliki ikatan asam amino spesifiknya. Dalam proses “pengisian” tRNA, setiap molekul tRNA diikatkan ke asam amino yang benar.