EKSPRESI GEN

DNA merupakan bahan genetik yang dapat mewariskan sifat-sifat organisme induk. Sedangkan Genomadalah sepotong DNA atau segmen DNA yang memberi sandi protein ini mengandung semua informasi genetik yang dimilikinya. Mekanisme molekuler dari pewarisan melibatkan proses yang dikenal sebagai replikasi, dimana rantai DNA induk berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis salinan DNA. ^(1).

Ekspresi gen di dalam suatu sel memerlukan dua proses yakni transkripsi dan translasi. Proses transkripsi, dimana DNA berfungsi sebagai “template” dan ditranskripsikan menjadi mRNA. Proses translasi, dimana informasi pada RNA akan diterjemahkan menghasilkan protein. Pengaturan ekspresi gen pada sel eukariotik hanya memungkinkan ekspresi sebagian kecil genom dalam suatu waktu, sehingga sel dapat menjalani perkembangan dan differensiasi. Sedangkan pada sel prokariotik, bisa mengekspresikan banyak genom dalam suatu waktu. Dalam suatu gen, urutan nukleotida sepanjang untaian DNA menentukan protein, yang akan dihasilkan oleh organisme disebut sebagai ekspresi gen.^(2). Langkah pertama dalam ekspresi gen adalah transkripsi DNA menjadi RNA. Molekul RNA sama dengan DNA kecuali pada, ⁽¹⁾

1.      Gugusan gula adalah ribosa. Basa Urasil (U) menggantikan Timin (T) dan U berpasangan degan A.

2.      RNA biasanya tidak berantai ganda walaupun dapat melipat dirinya sendiri jika terjadi komplementaritas dan beberapa virus RNA berantai ganda.

Tiga kelas RNA utama yakni RNA messenger (mRNA), RNA transfer (tRNA), RNA ribosomal (rRNA). mRNA diterjemahkan menjadi proten. tRNA terlibat dalam transfer asam amino ke dalam protein, rRNA termuat dalam ribosom yang terlibat dalam sintesis protein.

Produk gen regulator ada dua macam yaitu aktivator dan represor. Aktivator berperan dalam pengendalian secara positif, dan represor berperan dalam pengendalian secara negatif. Produk gen regulator bekerja dengan cara menempel pada sisi pengikatan protein regulator pada daerah promotor gen yang diaturnya. Pengukatan aktivator atau reseptor pada promotor ditentukan oleh keberadaan molekul efektor yang biasanya berupa molekul kecil seperti asam amino, gula, dan metabolit serupa lainnya. Molekul efektor yang mengaktifkan ekspresi gen disebut Inducer. Sedangkan yang bersifat menekan ekspresi gen disebut represor. Pengendalian positif dan negatif dapat dibedakan menjadi dua sistem yaitu sistem yang dapat diinduksi dan sistem yang dapat ditekan.

Pengendalian secara negatif pada operon artinya operon dinonaktifkan oleh produk gen regulator (represor), sehingga bila represor ini menempel pada operator akan dapat menghambat transkripsi. Operon dapat diaktifkan dengan cara diinduksi. Induksi operon terjadi apabila ada molekul efektor dalam sel. Molekul efektor merupakan molekul yang mengikat protein dan dapat merubah aktivitas protein. Molekul efektor yang dapat meningkatkan aktivitas protein disebut dengan inducer. Inducer ini akan berikatan dengan represor, kemudian mengubah struktur dari represor. Hal ini mengakibatkan represor tidak dapat lagi berikatan dengan operator. Dengan demikian, transkripsi dapat berjalan. Secara skematis sistem pengendalian negatif dapat digambarkan sebagai berikut :

Bahwa pada pengendalian negatif dilakukan oleh protein represor yang dihasilkan oleh gen regulator. Pada gambar satu, represor tersebut menempel pada operator. Penempelan menyebabkan RNA polimerase tidak dapat melakukan ranskripsi gen-gen struktural, sehigga operon mengalami represi (penekanan). Proses ini akan terjadi secara terus menerus selama tidak ada inducer di dalam sel. Pada gambar 2 menjelaskanjika ada induceraka inducer tersebut melekat pada bagian represor dan mengubah struktur dari represor, sehingga mengubah allosterik konformasi molekul represor. Hal ini mengakibatkan represor tidak dapat menempel lagi pada operator dan represor tidak mampu menghamabat transripsi, sehingga RNA polimerase akan terus berjalan. Pada gambar ketiga, represor ang dihasilkan pada gen regulator tida berikatan dengan ko-represor akan menjadi tidak aktif dan transkripsi pun akan tetap berjalan. Dan pada gambar keempat, represor yang berikata dengan ko-represor pada sisi allosteriknya akan menghambat transkripsi.

1.      Ekspresi Gen pada Prokaryot

Ekspresi gen pada sel prokariotik, sekali transkripsi akan dapat mengkspresikan banyak genom yang disebut “polycistronic”. (Dalam hal ini, saya pribadi belum menemukan referensi yang berkaitan dengan ekspresi gen ada prokaryot)

2.      Ekspresi Gen pada Eukaryot

Ekspresi gen pada sel eukariotik, berlangsung di sejumlah tahapan yang berbeda yaitu : transkripsi, pascatranskripsi, translasi, pascatranslasi.

Kontrol utama dari ekspresi gen teradi pada tingkat awal transkripsi. Transkripsi diawali pada unsur promotor proksimal yang membentuk sekitar 30 nukleotida di hulu dari tempat start transkripsi. Daerah tersebut mengandung yang disebut sebagai books TATA dengan rangkaian TATA atau rangkaian yang serupa. Struktur ini mengikat suatu kompleks protein yang dikenal sebagai faktor books TATA, dalam hal ini termasuk protein-protein pengikatan books TATA (TBP dan TFIID). Faktor lain seperti TFII, TFIII, dan polimerase RNA. Sedangkan promotor yang tidak mengandung kotak TATA, mengawali transkripsi melalui faktor-faktor yang sama. Secara umum, faktor-faktor tersebut disebut faktor piranti umum dan basal.

Potein lain dapat berikatan dengan faktor basal pada regio promotor dan enhancer DNA untuk bertindak bersama dengan RNA polimerase untuk dapat mengatur awal transkripsi. Protein ini disebut sebagai faktor transkripsi.

Pengaktifan Gen Spesifik

Pada tingkat transkripsi gen spesifik, elemen di dalam urutan DNA (disebut elemen sis) berikatan dengan faktor lain yang dikenal sebagai elemen trans (protein) yang mendorong atau menghambat pengikatan RNA polimerase ke gen.misalnya, hormon steroid yang berfungsi sebagai inducer, merangang pengikatan elemen trans ke elemen sis DNA. Inducer biasanya masuk ke dalam sel dan berikatan dengan protein reseptor. Apabila kompleks inducer-reseptor berikatan dengan DNA, gen mungkin menjadi aktif, dapat pula pada beberapa kasus menjadi tidak aktif.

Sedangkan pengaturan di tingkat pascatranskripsi, RNA mengalami beberapa perubahan setelah transkripsi. Yakni mRNA yang ditranskripsikan dari gen tersebut berbeda. Pada sel eukariotik ini mRNA harus berpindah dari inti melalui pori-pori inti ke sitoplasma agar dapat ditranslasikan. Kemudian, nukelus menguraikan mRNA, mencegah pembentukan protein yang dikode oleh mRNA.

Selanjutnya, pengaturan tingkat translasi yaitu pengaturan pada pembentukan protein. Faktor inisiasi untuk translasi, terutama faktor inisiasi eukariotik 2 (eIF2) yang merupakan pusat mekanisme pengatur ini. Kerja eIF2 dapat dihambat oleh fosforilasi. mRNA lain memiliki lengkung tajam yang menghambat inisiasi translasi. ^(1).

Pengaturan di tingkat pascatranslasi, pengaturan setelah terbentuknya protein. Setelah proses sintesis, lama hidup protein diatur oleh degradasi proteolitik. Namun, ada sebagian protein mengalami degradasi oleh enzim lisosom. Dan protein lain didegradasi oleh protease di dalam sitoplasma.

Dengan demikian, gen pada eukariotik untuk sebuah rantai polipeptida dikontrol oleh promotornya sendiri. Operon tidak terdapat pada sel eukariotik. Ekspresi gen pada sel eukariotik berlangsung di sejumlah tahapan yan berbeda yakni transkripsi, pascatranskripsi, translasi, dan pascatranslasi. Pengaturan pada tahap transkripsi merupakan pengaturan utama pada ekspresi gen. Sedangkan pengaturan pada tingkat translasi merupakan mekanisme tambahan yang berlangsung di dalam sitoplasma. Untuk suatu gen spesifik, pengaturan dapat terjadi secara bersamaan untuk merangsang atau menghambat ekspresi suatu gen.

Daftar Pustaka

Indah Sari, Mutiara. 2007. Pengaturan Espresi Gen. http://repository.usu.ac.id/pengaturan-ekspresi-gen.html, 28 November 2015.

Transcription (genetic) diakses tanggal 29 November 2015 dari http://en.wikipedia.org/wiki/Transcription_(genetics)/

Maheru, Wijaya. 2014. Regulasi Transkripsi. (online) www.academia.edu diakses pada tanggal 29 November 2015