Proses Transkripsi

TRANSKRIPSI

A. Pengertian Transkripsi

Transkripsi merupakan pembentukan/sintesis RNA dari salah satu rantai DNA, sehingga terjadi proses pemindahan informasi genetik dari DNA ke RNA. Fungsi ini disebut fungsi heterokatalis DNA karena DNA mampu mensintesis senyawa lain yaitu RNA. Sebuah rantai DNA digunakan untuk mencetak rantai tunggal mRNA dengan bantuan enzim polimerase. Enzim tersebut menempel pada kodon permulaan, umumnya adalah kodon untuk asam amino metionin. Pertama-tama, ikatan hidrogen di bagian DNA yang disalin terbuka. Akibatnya, dua utas DNA berpisah. Salah satu polinukleotida berfungsi sebagai pencetak atau sense, yang lain sebagai gen atau antisense. Misalnya pencetak memiliki urutan basa G-A-G-A-C-T, dan yang  berfungsi sebagai gen memiliki urutan basa komplemen C-T-C-T-G-A. Karena pencetaknya G-A-G-A-C-T, maka RNA hasil cetakannya C-U-C-U-G-A. Jadi, RNA C-U-C-U-G-A merupakan hasil kopian dari DNA C-T-C-T-G-A (gen), dan merupakan komplemen dari pencetak.

Transkripsi DNA akan menghasilkan mRNA (messenger RNA). Pada organisme eukariot, mRNA yang dihasilkan itu tidak langsung dapat berfungsi dalam sintesis polipeptida, sebab masih mengandung segmen-segmen yang tidak berfungsi yang disebut intron. Sedangkan segmen-segmen yang berfungsi untuk sintesis protein disebut ekson. Di dalam nukleus terjadi  pematangan/pemasakan mRNA yaitu dengan jalan melepaskan segmen-segmen intron dan merangkaikan segmen-segmen ekson. Gabungan segmen-segmen ekson membentuk satu rantai/utas mRNA yang mengandung sejumlah kodon untuk penyusunan polipeptida. Rantai mRNA ini dikenal sebagai sistron.

Transkripsi

Pada tahapan ini, DNA akan membentuk RNA dengan cara menerjemahkan kode-kode genetik dari DNA. Proses pembentukan RNA ini disebut transkripsi, yang menghasilkan 3 macam RNA seperti yang telah kalian ketahui sebelumnya, yaitu mRNA, tRNA, dan rRNA. Transkripsi terjadi di dalam sitoplasma dan diawali dengan membukanya rantai ganda DNA melalui kerja enzim RNA polimerase. Sebuah rantai tunggal berfungsi sebagai rantai cetakan atau rantai sense, rantai yang lain dari pasangan DNA ini disebut rantai anti sense. Tidak seperti halnya pada replikasi yang terjadi pada semua DNA, transkripsi ini hanya terjadi pada segmen DNA yang mengandung kelompok gen tertentu saja. Oleh karena itu, nukleotida nukleotida pada rantai sense yang akan ditranskripsi menjadi molekul RNA dikenal sebagai unit transkripsi.

Transkripsi meliputi 3 tahapan, yaitu tahapan inisiasi, elongasi, dan terminasi.

1) Inisiasi (Permulaan)

Jika pada proses replikasi dikenal daerah pangkal replikasi, pada transkripsi ini dikenal promoter, yaitu daerah DNA sebagai tempat melekatnya RNA polimerase untuk memulai transkripsi. RNA polimerase melekat atau berikatan dengan promoter, setelah promoter berikatan dengan kumpulan protein yang disebut faktor transkripsi. Nah, kumpulan antara promoter, RNA polimerase, dan faktor transkripsi ini disebut kompleks inisiasi transkripsi. Selanjutnya, RNA polimerase membuka rantai ganda DNA.

2) Elongasi (Pemanjangan)

Setelah membuka pilinan rantai ganda DNA, RNA polimerase ini kemudian menyusun untaian nukleotida-nukleotida RNA dengan arah 5´ ke 3´. Pada tahap elongasi ini, RNA mengalami pertumbuhan memanjang seiring dengan pembentukan pasangan basa nitrogen DNA. Pembentukan RNA analog dengan pembentukan pasangan basa nitrogen pada replikasi. Pada RNA tidak terdapat basa pirimidin timin (T), melainkan urasil (U). Oleh karena itu, RNA akan membentuk pasangan basa urasil dengan adenin pada rantai DNA. Tiga macam basa yang lain, yaitu adenin, guanin, dan sitosin dari DNA akan berpasangan dengan basa komplemennya masing-masing sesuai dengan pengaturan pemasangan basa. Adenin berpasangan dengan urasil dan guanin dengan sitosin (Gambar 2).

Gambar 2. Tahap elongasi transkripsi

3) Terminasi (Pengakhiran)

Penyusunan untaian nukleotida RNA yang telah dimulai dari daerah promoter berakhir di daerah terminator. Setelah transkripsi selesai, rantai DNA menyatu kembali seperti semula dan RNA polimerase segera terlepas dari DNA. Akhirnya, RNA terlepas dan terbentuklah RNA m yang baru.

Pada sel prokariotik, RNA hasil transkripsi dari DNA, langsung berperan sebagai RNA m. Sementara itu, RNA hasil transkripsi gen pengkode protein pada sel eukariotik, akan menjadi RNA m yang fungsional (aktif) setelah malalui proses tertentu terlebih dahulu. Dengan demikian, pada rantai tunggal RNA m terdapat beberapa urut-urutan basa nitrogen yang merupakan komplemen (pasangan) dari pesan genetik (urutan basa nitrogen) DNA. Setiap tiga macam urutan basa nitrogen pada nukleotida RNA m hasil transkripsi ini disebut sebagai triplet atau kodon.

 Translasi

Setelah replikasi DNA dan transkripsi mRNA di dalam nukleus, mRNA dari nukleus dipindahkan ke sitoplasma sel. Langkah selanjutnya adalah proses translasi RNA m untuk membentuk protein. Translasi merupakan proses penerjemahan beberapa triplet atau kodon dari RNA m menjadi asam amino-asam amino yang akhirnya membentuk protein. Urutan basa nitrogen yang berbeda pada setiap triplet, akan diterjemahkan menjadi asam amino yang berbeda. Misalnya, asam amino fenilalanin diterjemahkan dari triplet UUU (terdiri dari 3 basa urasil), asam amino triptofan (UGG), asam amino glisin (GGC), dan asam amino serin UCA.

Sebanyak 20 macam asam amino yang diperlukan untuk pembentukan protein merupakan hasil terjemahan triplet dari mRNA. Selanjutnya, dari beberapa asam amino (puluhan, ratusan, atau ribuan) tersebut dihasilkan rantai polipeptida spesifik dan akan membentuk protein spesifik pula.

Gambar 3. Tahapan transkripsi RNA.

Lalu, bagaimana mekanisme translasi tersebut? Langkah-langkah pada proses translasi adalah sebagai berikut:

1) Inisiasi Translasi

Ribosom sub unit kecil mengikatkan diri pada mRNA yang telah membawa sandi bagi asam amino yang akan dibuat, serta mengikat pada bagian inisiator tRNA. Selanjutnya, molekul besar ribosom juga ikut terikat bersama ketiga molekul tersebut membentuk kompleks inisiasi. Molekul-molekul tRNA mengikat dan memindahkan asam amino dari sitoplasma menuju ribosom dengan menggunakan energi GTP dan enzim. Bagian ujung tRNA yang satu membawa antikodon, berupa triplet basa nitrogen. Sementara, ujung yang lain membawa satu jenis asam amino dari sitoplasma. Kemudian, asam amino tertentu tersebut diaktifkan oleh tRNA tertentu pula dengan menghubungkan antikodon dan kodon (pengkode asam amino) pada mRNA.

Gambar 4. Tahap inisiasi translasi

Kodon pemula pada proses translasi adalah AUG, yang akan mengkode pembentukan asam amino metionin. Oleh karena itu, antikodon tRNA yang akan berpasangan dengan kodon pemula adalah UAC. tRNA tersebut membawa asam amino metionin pada sisi pembawa asam aminonya.

2) Elongasi

Tahap pengaktifan asam amino terjadi kodon demi kodon sehingga dihasilkan asam amino satu demi satu. Asam-asam amino yang telah diaktifkan oleh kerja tRNA sebelumnya, dihubungkan melalui ikatan peptida membentuk polipeptida pada ujung tRNA pembawa asam amino. Misalnya, tRNA membawa asam amino fenilalanin, maka antikodon berupa AAA kemudian berhubungan dengan kodon mRNA UUU. Fenilalanin tersebut dihubungkan dengan metionin membentuk peptida. Nah, melalui proses elongasi, rantai polipeptida yang sedang tumbuh tersebut semakin panjang akibat penambahan asam amino.

Gambar 5. Tahap elongasi translasi

Keterangan :

a. tRNA membawa antikodon AAA & asam amino (fenilalanin)
b. antikodon AAA berpasangan dengan kodon mRNA
c. pembentukan ikatan peptida
d. pemanjangan rantai polipeptida & ribosom siap menerima tRNA selanjutnya.

3) Terminasi

Proses translasi berhenti setelah antikodon yang dibawa tRNA bertemu dengan kodon UAA, UAG, atau UGA. Dengan demikian, rantai polipeptida yang telah terbentuk akan dilepaskan dari ribosom dan diolah membentuk protein fungsional.

Gambar 6. Terminasi translasi.

Pembelahan Sel : Amitosis, Mitosis, dan Meiosis Serta Perbedaannya

Amitosis adalah reproduksi sel di mana sel membelah diri secara langsung tanpa melalui tahap-tahap pembelahan sel. Pembelahan cara ini banyak dijumpai pada sel-sel yang bersifat prokariotik, misalnya pada bakteri, ganggang biru.

Mitosis adalah cara reproduksi sel dimana sel membelah melalui tahap-tahap yang teratur, yaitu Profase Metafase-Anafase-Telofase. Antara tahap telofase ke tahap profase berikutnya terdapat masa istirahat sel yang dinarnakan Interfase (tahap ini tidak termasuk tahap pembelahan sel). Pada tahap interfase inti sel melakukan sintesis bahan-bahan inti.

Meiosis (Pembelahan Reduksi) adalah reproduksi sel melalui tahap-tahap pembelahan seperti pada mitosis, tetapi dalam prosesnya terjadi pengurangan (reduksi) jumlah kromosom.

  1. Mitosis

Pembelahan sel secara mitosis terjadi secara eksklusif dalam inti sel pada kromosom. Sama seperti tahap-tahap yang berbeda dalam proses meiosis, pembelahan sel secara mitosis meliputi tahap berturut-turut. Setiap tahap memiliki serangkaian proses yang dialami oleh sel. pembelahan sel secara mitosis disertai dengan sitokinesis. Mitosis dan sitokinesis merupakan fase penting (M) dari siklus sel pada organisme eukariotik.

Dalam pembelahan sel jenis ini, ada dua sel anak yang keluar dari sel induk, dimana keduanya berisi rincian genetik, dari inti induk mereka. Reproduksi aseksual terjadi dengan jenis pembelahan sel, yang membantu dalam dua proses yaitu, 'pengganti sel' dan 'pertumbuhan regenerasi'. Pada organisme multi seluler ini terjadi ketika sel-sel eukariotik kromosom terpisah dalam nukleus, organel, sitoplasma dan membran sel. Sel anak tersebut, terbentuk kemudian mengambil karakteristik sel induk yang identik.

Pembelahan mitosis menghasilkan sel anakan yang jumlah kromosomnya sama dengan jumlah kromosom sel induknya, pembelahan mitosis terjadi pada sel somatik (sel penyusun tubuh).

Sel-sel tersebut juga memiliki kemampuan yang berbeda dalam melakukan pembelahannya, ada sel-sel yang mampu melakukan pembelahan secara cepat, ada yang lambat dan ada juga yang tidak mengalami pembelahan sama sekali setelah melewati masa pertumbuhan tertentu, misalnya sel-sel germinatikum kulit mampu melakukan pembelahan yang sangat cepat untuk menggantikan sel-sel kulit yang rusak atau mati. Akan tetapi sel-sel yang ada pada organ hati melakukan pembelahan dalam waktu tahunan, atau sel-sel saraf pada jaringan saraf yang sama sekali tidak tidak mampu melakukan pembelahan setelah usia tertentu. Sementara itu beberapa jenis bakteri mampu melakukan pembelahan hanya dalam hitungan jam, sehingga hanya dalam waktu beberapa jam saja dapat dihasilkan ribuan, bahkan jutaan sel bakteri. Sama dnegan bakteri, protozoa bersel tunggal mampu melakukan pembelahan hanya dalam waktu singkat, misalkan amoeba, paramecium, didinium, dan euglena.

Pada sel-sel organisme multiseluler, proses pembelahan sel memiliki tahap-tahap tertentu yang disebut siklus sel. Sel-sel tubuh yang aktif melakukan pembelahan memiliki siklus sel yang lengkap. Siklus sel tersebut dibedakan menjadi dua fase(tahap ) utama, yaitu interfase dan mitosis. Interfase terdiri atas 3 fase yaitu fase G, (growth atau gap), fase S (synthesis), fase G2 (growth atau Gap2).

Pembelahan mitosis dibedakan atas dua fase, yaitu kariokinesis dan sitokinesis, kariokinesis adalah proses pembagian materi inti yang terdiri dari beberapa fase, yaitu Profase, Metafase, dan Telofase. Sedangkan sitokinesis adalah proses pembagian sitoplasma kepada dua sel anak hasil pembelahan.

Kariokinesis selama mitosis menunjukkan ciri yang berbeda-beda pada tiap fasenya. Beberapa aspek yang dapat dipelajari selama proses pembagian materi inti berlangsung adalah berubah-ubah pada struktur kromosom, membran inti, mikrotubulus dan sentriol. Ciri dari tiap fase pada kariokinesis adalah:

a.         Profase

           Benang-benang kromatin berubah menjadi kromosom. Kemudian setiap kromosom membelah menjadi kromatid dengan satu sentromer. Dinding inti (nucleus) dan anak inti (nucleolus) menghilang

    Pasangan sentriol yang terdapat dalam sentrosom berpisah dan bergerak menuju kutub yang berlawanan. Serat-serat gelendong atau benang-benang spindle terbentuk diantara kedua kutub pembelahan.

b.         Metafase

Setiap kromosom yang terdiri dari sepasang kromatida menuju ketengah sel dan berkumpul pada bidang pembelahan (bidang ekuator), dan menggantung pada serat gelendong melalui sentromer atau kinetokor.

c.         Anaphase

Sentromer dari setiap kromosom membelah menjadi dua dengan masing-masing satu kromatida. Kemudian setiap kromatida berpisah dengan pasangannya dan menuju kekutub yang berlawanan. Pada akhir nanfase, semua kroatida sampai pada kutub masing-masing.

d.         Telofase

Pada telofase terjadi peristiwa berikut:

           -Kromatida yang berada pada kutub berubah menjadi benang-benang kromatin kembali.

           -Terbentuk kembali dinding inti dan nucleolus membentuk dua inti baru.

           -Serat-serat gelendong menghilang.

         -Terjadi pembelahan sitoplasma (sitokenesis) menjadi dua bagian, dan terbentuk membrane sel pemisah ditengah bidang pembelahan. Akhirnya, terbentuk dua sel anak yang mempunyai jumlah kromosom yang sama dengan kromosom induknya.

Hasil mitosis:

1)         Satu Sel induk yang diploid (2n) menjadi 2 sel anakan yang masing-masing diploid.

2)         Jumlah kromosom sel anak sama dengan jumlah kromosom sel induknya.

2.         Sitokinesis

Selama sitokinesis berlangsung, sitoplasma sel hewan dibagi menjadi dua melalui terbentuknya cincin kontraktil yang terbentuk oleh aktin dan miosin pada bagian tengah sel. Cincin kontraktil ini menyebabkan terbentuknya alur pembelahan yang akhirnya akan menghasilkan dua sel anak. Masing-masing sel anak yang terbentuk ini mengandung inti sel, beserta organel-organel selnya. Pada tumbuhan, sitokinesis ditandai dengan terbentuknya dinding pemisah ditengah-tengah sel. Tahap sitokinesis ini biasanya dimasukkan dalam tahap telofase.

  2. Meiosis

Pembelahan meiosis merupakan pembelahan sel yang menghasilkan sel anak dengan jumlah kromosom setengah dari jumlah kromosom sel induknya. Meiosis terjadi pada alat reproduksi, yaitu pada gametosit (sel kelamin jantan dan sel kelamin betina). Pembelahan kromosom berlangsung dua kali berurutan tanpa diselingi interfase, yaitu meiosis I dan meiosis II.

Meiosis I

Profase I

Pada profase I terjadi beberapa tahapan, yaitu sebagai berikut.

           Leptonema (leptoten), kromatin membentuk kromosom.

           Zigonema (zigoten), terbentuk pasangan kromosom homolog.

           Pakinema (pakiten), kromosom mengganda menjadi 2 kromatid.

           Diplonema (diploten), kromatid menebal, membesar, rapat, dan bergandengan.

           Diaknesis, terjadi pindah silang rekombinasi gen, dan sentriol berpisah.

Metafase I

           Pasangan kromosom homolog mengatur diri dan saling berhadapan di daerah ekuator. Setengah dari pasangan kromosom homolog mengarah ke kutub yang satu dan setengah pasangan kromosom homolog lainnya mengarah ke kutub yang lain.

Anafase I

           Kromosom homolog berpisah dan menuju kutub yang berlawanan.

           Kromatid belum berpisah karena sentromer masih satu untuk satu kromosom.

Telofase I

           Kromosom yang masih terdiri dari dua kromatid berada di kutub. Selanjutnya terbentuk membran nukleus yang diikuti oleh proses sitokinesis. Akhir telofase I terbentuk dua sel anak. Setiap sel anak mengandung n kromosom sehingga pada akhir meiosis I terbentuk dua sel anak yang haploid.

 Meiosis II

Profase II

           Benang-benang kromatin kembali menebal menjadi kromosom.

           Kromosom yang terdiri dari 2 kromatid tidak mengalami duplikasi lagi.

           Nukleus dan dinding inti melebur.

           Sepasang sentriol bergerak menuju ke kutub yang berlawanan, kemudian mulai terbentuk benang-benang spindel.

Metafase II

           Kromosom yang telah membelah menjadi dua kromatid berjajar pada bidang pembelahan. Selanjutnya sentromer menempatkan diri di tengah sel.

Anafase II

           Sentromer membelah menjadi dua. Masing-masing kromatid berpisah dan bergerak ke kutub yang berlawanan.

           Kromatid tersebut merupakan kromosom baru.

Telofase II

           Kromatid sampai di kutub dan berubah menjadi benang kromatin.

           Terbentuk kembali membran inti dan anak inti.

           Terjadi sitokinesis dan terbentuk 4 sel anakan yang memiliki kromosom setengah dari induknya.

Meiosis terbagi menjadi dua tahap besar yaitu Meiosis I dan Meiosis II Baik meiosis I maupun meiosis II terbagi lagi menjadi tahap-tahap seperti pada mitosis. Secara lengkap pembagian tahap pada pembelahan reduksi adalah sebagai berikut:

Berbeda dengan pembelahan mitosis, pada pembelahan meiosis antara telofase I dengan profase II tidak terdapat fase istirahat (interface). Setelah selesai telofase II dan akan dilanjutkan ke profase I barulah terdapat fase istirahat atau interface.

3. Perbedaan Mitosis dan Meiosis

Aspek yang dibedakan	Mitosis	Meiosis
Tujuan	Untuk pertumbuhan	Sifat mempertahankan diploid
Hasil pembelahan	2 sel anak	4 sel anak
Sifat sel anak	diploid (2n)	haploid (n)
Tempat terjadinya	sel somatis	sel gonad

Pada hewan dikenal adanya peristiwa meiosis dalam pembentukan gamet, yaitu Oogenesis dan Speatogenesis. Sedangkan pada tumbahan dikenal Makrosporogenesis (Megasporogenesis) dan Mikrosporogenesis.

  4. Pembelahan pada Prokariot

Sel merupakan unit dasar kehidupan. Berdasarkan atas pengorganisasiannya, sel dapat dibedakan atas prokariot dan eukariot. Bahan genetika prokariot berupa satu molekul DNA yang terdapat didalam sitoplasma. Sedangkan sel eukariot bahan genetikanya terbungkus oleh suatu membran nukleus. Proses pewarisan sifat yang berhubungan dengan siklus sel pada prokariot berbeda dengan eukariot. Pada sel prokariot tidak mengalami mitosis maupun meiosis, melainkan melalui proses yang disebut pembelahan biner.

Pembelahan biner bakteri dimulai dengan menempelnya bahan genetik pada salah satu sisi membran dari sel dewasa, kemudian diikuti dengan proses sintesis DNA dan replikasi. Setelah proses replikasi selesai maka salah satu sisi dari membran akan membuat lekukan dan akhirnya diikuti dengan proses pemanjangan sel dan pembelahan sel menjadi dua bagian yang memiliki bahan genetika yang sama.

Selain pada bakteri, pembelahan biner juga dijumpai pada organisme eukariot, yaitu pada Protozoa. Pada beberapa protozoa, benang-benang spindle terdapat di dalam inti, tidak dijumpai adanya sentriol (Harris 1996). Pembelahan biner dijumpai pada Protozoa, seperti Euglena sp. (Flagellata), Paramaecium sp. (Ciliata), dan Arcella sp.(Sarcodina). Paramaecium sp. memiliki dua macam inti, yaitu makronukleus dan mikronukleus. Makronukleus berhubungan dengan metabolisme, perkembangan, dan karakter fisik sel. Sedangkan mikronukleus berperan dalam transmisi informasi genetik selama pembelahan. Seiring dengan penggentingan sel yang akan membelah, makronukleus memanjang dan mengalami penggentingan sedangkan mikronukleus membelah melalui mitosis. Pada akhirnya, terjadi pembelahan sitoplasma dan terbentuklah dua individu.