TRANSKRIPSI GENETIK DAN FRAGMEN-FRAGMEN OKAZAKI

Dalam mempelajari sebuah kehidupan di bumi ini sudah barang tentu akan mempelajari berbagai bidang ilmu terutama bidang ilmu yang sangat penting kaitannya dengan makhluk hidup yaitu manusia, hewan, dan tumbuhan yaitu Biologi. Di dalam cakupan ilmu Biologi tersebut terdapat pula sub bab ilmu yang mempelajari sel yaitu sitologi atau yang juga bisa disebut biologi sel. Dan di dalam sel tersebut terdapat pula organela-organela penting dalam makhluk hidup yang juga penting untuk dipelajari. Salah satunya adalah nukleus (inti sel). Di dalam nukleus (inti sel) tersebut terdapat suatu proses genetik dan pembentukan DNA yang salah satunya akan dibahas lebih lanjut dalam materi di bawah ini.
Replikasi DNA
Replikasi DNA adalah proses penggandaan rantai ganda. Sebelum sel membelah, DNA harus direplikasi dalam fase S dari siklus sel. Proses replikasi melibatkan enzim polymerase. Proses ini melibatkan pembukaan utas ganda DNA, sehingga memungkinkan terjadinya basa yang berpasangan untuk membentuk suatu utas baru. Pembentukan utas komplementer terjadi melalui perpasangan basa antara A dengan T dan G dengan C. Dalam replikasi DNA, setiap utas DNA lama berperan sebagai cetakan untuk membentuk DNA baru.Model DNA Watson dan Crick menyatakan bahwa saat double heliks bereplikasi, masing-masing dari kedua molekul anak akan mempunyai satu untai lama yang berasal dari satu molekul induk dan satu untai yang baru. Model replikasi ini disebut model semikonservatif. Model lainnya adalah model konservatif dimana molekul induk tetap dan molekul baru disintesis sejak awal. Model ketiga disebut model dispersif yaitu bahwa keempat untai DNA, setelah replikasi double heliks, mempunyai campuran antara DNA baru dan DNA lama. Dalam replikasi daerah penggandaan bergerak sepanjang DNA induk membentuk replication fork. Pada daerah ini, kedua utas DNA yang baru, disintesis dengan bantuan sekelompok enzim, salah satunya adalah DNA polimerase. Sintesis DNA tidaklah berjalan secara kontinu pada kedua utas cetakan. Hal ini karena kedua utas DNA tersusun sejajar berlawanan arah atau antiparalel. Maka utas DNA baru akan tumbuh dari 5′ - 3′ sedang yang lainnya dari 3′ - 5′ pada cetakan. Sintesis dari 3′ - 5′ tidak mungkin dilakukan karena tidak ada DNA polymerase untuk arah 3′ - 5′. Replikasi DNA pada cetakan 3′ - 5′ terjadi seutas demi seutas dengan arah 5′ - 3′ yang berarti replikasi berjalan meninggalkan replication fork. Utas-utas pendek tersebut kemudian dihubungkan oleh enzim ligase DNA. Dalam replikasi DNA terdapat utas DNA yang disintesis secara kontinu yang terjadi pada cetakan 5′ - 3′. Utas DNA yang disintesis secara kontinu ini disebut utas utama atau leading strand. Sedangkan utas DNA baru yang disintesis pendek-pendek seutas-demi seutas disebut utas lambat atau lagging strand. Utas-utas pendek atau fragmen-fragmen pendek yang terbentuk disebut fragmen Okazaki. Sintesis pada leading strand memerlukan molekul primer pada permulaan replikasi Setelah replication fork terbentuk, polymerase akan bekerja secara kontinu sampai utas DNA baru selesai direplikasi. Pada sintesis lagging strand, diperlukan enzim lain primase DNA. Setelah utas DNA terbuka untuk melakukan replikasi, dan setelah terbuka pada lagging strand, utas harus dijaga agar tetap terbuka. Jadi dalam proses replikasi DNA melibatkan beberapa protein baik berupa enzim maupun non-enzim yaitu :
1.Topoisomerase
 bertanggung jawab dalam proses dimulainya pembukaan double heliks DNA. Tegangan ikat pada struktur gulungan double heliks DNA dapat dipatahkan dengan penorehan (nicking) salah satu untai DNA tunggal (topoisomerase I). Topisomerase II menoreh untai DNA dua-duanya. Topoisomerases I dan II tetap berikatan dengan DNA setelah nicking.

2.Helicase
 menyempurnakan proses membukanya double heliks, setelah gulungan supercoil dihilangkan oleh topoisomerase. Dua untai DNA ini secara alami ingin berikatan satu sama lain karena adanya afinitas ikatan hidrogen, dengan demikian, aktivitas helikase memerlukan energi dalam bentuk ATP untuk memisahkan menjadi dua untai DNA.
3.DNA polymerase:
 mengkatalisis pembentukan ikatan hidrogen antara nukleotida baru yang akan membentuk untai baru dengan nukleotida pada untai DNA lama yang berfungsi sebagai pencetak (template strand).
 mengkatalisis reaksi antara 5' phosphate pada nukleotida baru dan 3' OH bebas pada polinukleotida yang sedang dibentuk (ikatan phosphodiester). Sebagai hasilnya, untai baru DNA hanya dapat bertambah panjang pada arah dari 5' ke 3‘. Perlu diketahui bahwa ikatan phosphodiester dibentuk antara gugus 3' OH pada gula dengan gugus 5' phosphate dari nukleotida yang baru.
 Terdapat beberapa bentuk polymerase DNA, DNA polymerase III bertanggungjawab dalam proses sintesis untai DNA baru.
4.Primase
Primase adalah bagian dari agregat protein yang disebut primeosome yang berfungsi menempelkan primer RNA pendek ke untai tunggal / single-stranded DNA untuk bertindak sebagai pengganti 3'OH bagi DNA polymerase sebagai tempat darimana memulai sintesis. Primer RNA ini pada akhirnya akan dibuang oleh RNase, dan gap / tempat kosong ini akan diisi oleh kerja DNA polymerase I.
5.Ligase
Berfungsi mengkatalisis pembentukan ikatan phosphodiester antara 3'OH dan 5'phosphate yang berdekatan. Enzim ini dapat menyambung gap yang tidak tersambung ketika RNA primer dibuang dan kemudian digantikan.
6.Single-stranded binding proteins
Berperan sangat penting untuk menjaga stabilitas dari replication fork. Single-stranded DNA adalah sangat labil atau tidak stabil, oleh karena itu protein ini akan berikatan dengan single-stranded DNA tersebut ketika masih dalam keadaan untai tunggal (single stranded) dan menjaganya agar tidak terdegradasi.
Fragmen Okazaki
Karena untai DNA asli terdiri dari dua untai tunggal yang komplemen dan antiparalel, maka hanya satu untai DNA baru yang dapat mulai pada ujung 3' dari DNA template dan dapat bertambah panjang (tumbuh) secara kontinu ketika titik replikasi (the replication fork) bergerak di sepanjang DNA template. Untai DNA yang lain harus tumbuh pada arah yang berlawanan, dan hasil dari replikasi secara diskontinu ini adalah berupa urutan fragmen-fragmen pendek DNA baru yang disebut fragmen Okazaki. Untuk menjadikan segmen-segmen pendek DNA baru ini dibuat dalam untai yang kontinu, segmen-segmen ini digabungkan oleh kerja enzim DNA ligase yang merekatkan potongan-potongan ini menjadi satu untaian dengan pembentukan ikatan phosphodiester.



Tahap terakhir adalah membuang RNA primer oleh kerja enzim, dan kemudian mengisi kekosongan ini dengan deoksinukleotida sehingga menjadi untai DNA yang utuh.


Replikasi semikonservatif
Karena masing-masing untai DNA baru adalah komplemen terhadap untai templatenya, maka kopi DNA baru yang identik dengan template double heliks dihasilkan selama replikasi. Pada masing-masing heliks baru, satu untai adalah template DNA lama, dan untai lainnya adalah untai DNA baru yang baru saja disintesis, inilah yang disebut dengan replikasi secara semi-conservative. Dengan demikian dihasilkan dua kopi DNA yang identik. Jika terdapat kesalahan dalam proses replikasi DNA maka akan dilakukan proses perbaikan. Maka dapat dikatakan bahwa
 Dalam kaitannya dengan terjadinya kesalahan, makhluk hidup memiliki mekanisme DNA proofreading dan perbaikan yang dapat mengenali terjadinya kesalahan pasangan-basa dan kerusakan DNA dan memperbaikinya.
 Terdapat dua jalur perbaikan:
 base excision, memperbaiki basa yang tertukar dengan cara membuangnya oleh kerja DNA glycosylase yang diikuti dengan membuang gula fosfat yang terbentuk.
 nucleotide excision, nukleotida disekitar daerah yang rusak dibuang sebagai oligonucleotida.
 Kekosongan yang terjadi dari dua proses tersebut kemudian diisi oleh kerja secara berurutan dari DNA polymerase dan DNA ligase.

Transkripsi DNa
Transkripsi DNA merupakan proses pembentukan RNA dari DNA sebagai cetakan. Proses transkripsi menghasilkan mRNA, rRNA dan tRNA. Pembentukan RNA dilakukan oleh enzim RNA polymerase. Proses transkripsi terdiri dari 3 tahap yaitu :
1. Inisiasi : enzim RNA polymerase menyalin gen, sehingga pengikatan RNA polymerase terjadi pada tempat tertentu yaitu tepat didepan gen yang akan di transkripsi. Tempat pertemuan antara gen (DNA) dengan RNA polymerase disebut promoter. Kemudian RNA polymerase membuka double heliks DNA. Salah satu utas DNA berfungsi sebagai cetakan.
2. Elongasi : Enzim RNA polymerase bergerak sepanjang molekul DNA, membuka double heliks dan merangkai ribonukleotida ke ujung 3′ dari RNA yang sedang tumbuh.
3. Terminasi : proses terminasi transkripsi ditandai dengan terdisosiasinya enzim RNA polymerase dari DNA dan RNA dilepaskan.
Dalam proses transkripsi RNA yang dihasilkan selalu single-stranded sebab hanya satu untai DNA saja yang bertindak sebagai cetakan dalam proses transkripsi. Sintesis RNA dalam proses transkripsi bergerak dari orientasi 5’-3’. Komponen yang diperlukan dalam proses ini antara lain DNA template, enzim RNA polimerase, elemen promoter, urutan DNA, dan aktivator transkripsi. Proses transkripsi sendiri terjadi pada organisme prokariotik dan eukariotik. Pada organisme prokariotik contohnya adalah bakteri E. Coli terdapat satu tipe enzim RNA polimerase yang disebut holoenzyme. Holoenzyme ini lah yang memisahkan double-stranded DNA yang menyebabkan terbukanya promoter kompleks sehingga double-stranded DNA dapat menjadi single-stranded RNA. Sedangkan RNA pada eukariota yang dihasilkan dalam proses transkripsi mengalami modifikasi terlebih dahulu sebelum ditranslasi. Faktor yang sangat mempengaruhi proses transkripsi adalah adanya protein. Protein-protein tersebut terdiri dari 2 bagian yaitu yang berikatan debgab DNA (DNA binding protein) dan yang tidak berikatan dengan DNA ( non DNA binding protein). Dna binding protein sebagai protein transkripsi memiliki 2 domain penting yaitu domain untuk berikatan dengan DNA dan domain untuk aktivator transkripsi. Domain tersebut membantu RNA polimerase berikatan bagi promoter atau dapat juga mempengaruhi laju reaksi dalam proses inisiasi yang dikatalis oleh RNA polimerase. Kemudian dari semua uraian di atas muncul suatu pertanyaan yaitu transkripsi merupakan larutan dari proses replikasi yang dibentuk oleh fragmen-fragmen Okazaki, adakah informasi yang hilang sehingga menghasilkan transkripsi yang tidak sempurna?
Jawabannya adalah sebagai berikut
Berdasarkan pernyataan yang telah diberikan bahwa proses transkripsi merupakan lanjutan dari proses replikasi, akan tetapi hal tersebut tidak selalu demikian, karena pada dasarnya transkripsi dan replikasi adalah dua buah proses yang berbeda. Hanya saja, karena hasil dari proses replikasi tersebut dapat ditranskripsi menjadi sebuah ekspresi gen, maka proses replikasi dan transkripsi dapat dikaitkan menajdi suatu proses yang berkelanjutan. Sehingga secara normal tidak ada informasi yang hilang karena pada proses replikasi terdapat enzim bersifat profreading yang memastikan bahwa tidak akan terjadi suatu kesalahan yang mengakibatkan proses transkripsi menjadi tidak sempurna.
Translasi
Pada prokariota yang terdiri dari satu ruang, proses transkripsi dan translasi terjadi bersama-sama. Translasi merupakan proses penerjemahan kodon-kodon pada mRNA menjadi polipeptida. Dalam proses translasi, kode genetic merupakan aturan yang penting. Dalam kode genetic, urutan nukleotida mRNA dibawa dalam gugus tiga - tiga. Setiap gugus tiga disebut kodon. Dalam translasi, kodon dikenali oleh lengan antikodon yang terdapat pada tRNA.
Mekanisme translasi adalah:
1. Inisiasi. Proses ini dimulai dari menempelnya ribosom sub unit kecil ke mRNA. Penempelan terjadi pada tempat tertentu yaitu pada 5′-AGGAGGU-3′, sedang pada eukariot terjadi pada struktur tudung (7mGpppNpN). Selanjutnya ribosom bergeser ke arah 3′ sampai bertemu dengan kodon AUG. Kodon ini menjadi kodon awal. Asam amino yang dibawa oleh tRNA awal adalah metionin. Metionin adalah asam amino yang disandi oleh AUG. pada bakteri, metionin diubah menjadi Nformil metionin. Struktur gabungan antara mRNA, ribosom sub unit kecil dan tRNA-Nformil metionin disebut kompleks inisiasi. Pada eukariot, kompleks inisiasi terbentuk dengan cara yang lebih rumit yang melibatkan banyak protein initiation factor.
2. Elongation. Tahap selanjutnya adalah penempelan sub unit besar pada sub unit kecil menghasilkan dua tempat yang terpisah . Tempat pertama adalah tempat P (peptidil) yang ditempati oleh tRNA-Nformil metionin. Tempat kedua adalah tempat A (aminoasil) yang terletak pada kodon ke dua dan kosong. Proses elongasi terjadi saat tRNA dengan antikodon dan asam amino yang tepat masuk ke tempat A. Akibatnya kedua tempat di ribosom terisi, lalu terjadi ikatan peptide antara kedua asam amino. Ikatan tRNA dengan Nformil metionin lalu lepas, sehingga kedua asam amino yang berangkai berada pada tempat A. Ribosom kemudian bergeser sehingga asam amino-asam amino-tRNA berada pada tempat P dan tempat A menjadi kosong. Selanjutnya tRNA dengan antikodon yang tepat dengan kodon ketiga akan masuk ke tempat A, dan proses berlanjut seperti sebelumnya.
3. Terminasi. Proses translasi akan berhenti bila tempat A bertemu kodon akhir yaitu UAA, UAG, UGA. Kodon-kodon ini tidak memiliki tRNA yang membawa antikodon yang sesuai. Selanjutnya masuklah release factor (RF) ke tempat A dan melepaska rantai polipeptida yang terbentuk dari tRNA yang terakhir. Kemudian ribosom berubah menjadi sub unit kecil dan besar.