Bab 08 Sistem Transkrispsi pada Prokaryot

Pokok Bahasan: • Mekanisme Dasar Sintesis R N A I Organisasi Gen pada Prokaryot I Struktur Gen Prokaryot I Struktur Promoter pada Prokaryot I Gen Struktural pada Prokaryot I Struktur Terminator pada Prokaryot I Struktur RNA Polimerase pada Prokaryot I Mekanisme Transkripsi pada Prokaryot Inisiasi Transkripsi • Proses Pemanjangan Transkrip • Pengakhiran (Terminasi) Transkripsi pada Prokaryot Pengakiiiran Transkripsi yang Tidak Tergantung pada Faktor Rho Pengakhiran Transkripsi yang Tergantung pada Faktor Rho Definisi Transkripsi adalah p r o s e s penyalinan k o d e - k o d e g e n e t i k yang ada pada u r u t a n transliripsi D N A menjadi molekul R N A . Transkripsi adalah proses yang mengawali ekspresi sifat-sifat genetik yang nantinya akan muncul sebagai fenotipe. U r u t a n\ Tiga m a c a m nukleotida pada salah satu untaian molekul D N A digunakan sebagai cetakan' mRNA {template) u n t u k s i n t e s i s m o l e k u l R N A y a n g k o m p l e m e n t e r . M o l e k u l R N A y a n g disintesis dalam proses transkripsi pada garls besarnya dapat dibedakan menjadi 3 (tiga) k e l o m p o k molekul R N A , yaitu: (1) mRNA (messenger RNA), (2) tRNA {transfer R N A ) , d a n ( 3 ) r R N A {ribosomal RNA). M o l e k u l m R N A a d a l a h R N A y a n g merupakan salinan kode-kode genetik pada D N A yang dalam proses selanjutnya (yaitu p r o s e s translasi) a k a n d i t e r j e m a h k a n m e n j a d i u r u t a n a s a m - a s a m a m i n o yang menyusun suatu polipeptida atau protein tertentu. Molekul t R N A adalah R N A yang berperanan m e m b a w a asam-asam amino spesifik yang akan digabungkan dalam proses sintesis protein (translasi). Molekul r R N A adalah R N Ayang di- gunakan u n t u k m e n y u s u n ribosom, yaitu suatu partikel d i dalam sel yang digunakan sebagai t e m p a t sintesis protein. M o l e k u l t R N A dan r R N A tidak pernah ditranslasl karena molekul yang digunakan adalah RNA-nya itu sendiri. Transkripsi Translasi Jalur biokimia >• m R N A — > Protein > Fenotipe DNA tRNA rRNA

1 3 4 Biologi Molekular Komponen Pemunculan suatu fenotipe ditentukan oleh ketiga macam molekul R N A tersebut. u t a m a proses Mutasi pada gen yang mengkode suatu kelas R N A tertentu dapat mengaklbatkan transkripsi perubahan pada fenotipe yang muncul.\ Definisi dan b a g i a n gen Dalam proses transkripsi, beberapa k o m p o n e n utama yang terlibat adalah: (1) urutan D N Ayang akan ditranskripsi (cetakan/temp/ote), (2)enzim R N A polimerase, (3) faktor-faktor transkripsi, dan (4)prekursor untuk sintesis R N A . Urutan D N A yang ditranskripsi adalah g e nyang diekspresikan. Secara garls b e s a r , g e n d a p a t d i b e r l b a t a s a n s e b a g a i suatu urutan DNA yang mengkode urutan lengkap asam amino suatu polipeptida atau molekul RNA tertentu. G e n y a n g l e n g k a p t e r d i r i a t a s t i g a b a g i a n u t a m a , y a i t u : ( 1 ) d a e r a h p e n g e n d a l i {regula- tory region) y a n g s e c a r a u m u m d i s e b u t p r o m o t e r , ( 2 ) b a g i a n s t r u k t u r a l , d a n ( 3 ) terminator. Promoter adalah bagian gen yang berperanan dalam mengendalikan p r o s e s t r a n s k r i p s i dan t e r l e t a k pada u j u n g 5'. Bagian struktural adalah bagian gen y a n g t e r l e t a k d i s e b e l a h h l l i r (downstream) d a r i p r o m o t e r . B a g i a n i n i l a h y a n g mengandung urutan D N A spesifik (kode-kode genetik) yang akan ditranskripsi. Terminator adalah bagian gen yang terletak disebelah hilir dari bagian struktural yang berperanan dalam pengakhiran (terminasi) proses transkripsi.Mekanisme Dasar Sintesis RNA Transkripsi (sintesis R N A ) dilakukan melalui beberapa tahapan yaitu: 1. Faktor-faktor yang mengendalikan transkripsi menempel pada bagian pro- moter. 2. Penempelan faktor-faktor pengendali transkripsi menyebabkan t e r b e n t u k n y a k o m p l e k s p r o m o t e r y a n g t e r b u k a {open promoter complex). 3 . R N A p o l i m e r a s e m e m b a c a c e t a k a n ( D N A template) d a n m u l a i m e l a k u k a n pengikatan nukleotida yang komplementer dengan cetakannya. 4. Setelah terjadi proses pemanjangan untaian R N Ahasil sintesis, selanjutnya diikuti dengan proses pengakhiran (terminasi) transkripsi yang ditandai dengan pelepasan R N Apolimerase dari D N A yang ditranskripsi.Perbedaan Hasil-hasil penelitian menunjukkan bahwa ada perbedaan fundamental dalamtranskripsi hal struktur gen, faktor-faktor pengendali, mekanisme, serta sistem regulasipada transkripsi antara jasad p r o k a r y o t dengan eukaryot. Perbedaan tersebut sangatp r o k a r y o t dan erat kaltannya dengan perbedaan struktural selprokaryot dengan seleukaryot.eukaryot Seperti diketahui, sel jasad p r o k a r y o t m e m p u n y a i s t r u k t u r yang lebih sederhana dibandingkan dengan sel eukaryot. Pada jasad p r o k a r y o t tidak a d a struktur subselular dengan fungsi spesifik seperti yang dapat diamati pada sel eukaryot. Sebagai c o n t o h , pada jasad p r o k a r y o t tidak ada s t r u k t u r inti sel (nukleus) sehingga ddak ada pemisahan ruang antara molekul bahan genetik dengan peralatan selular lainnya. H a lInimempunyai implikasi yang sangat penting dalam hal mekanisme transkripsi pada prokaryot. Pada jasad prokaryot, sebelum transkripsi selesai dilakukan, proses translasi juga sudah berlangsung. Sebaliknya, pada eukaryot

Bab 8 Sistem Transkripsi pada Prokaryot 135terdapat struktur nukleus yang memisahkan bahan genetik dari peralatan selularlalnnya. O l e h karena Itu, pada jasad eukaryot, proses transkripsi terjadi di dalamnukleus sedangkan proses translasi terjadi disitoplasma. Dengan demikian translasibaru dapat dilakukan jika proses transkripsi sudah selesai. Meskipun ada perbedaan fundamental dalam hal mekanisme transkripsi antaraprokaryot dengan eukaryot, namun secara u m u m pola mekanisme sintesis R N A -nya serupa. Beberapa karakteristik kimiawi sintesis R N Apada prokaryot d a neukaryot dapat dijelaskan sebagai berikut:1. Prekursor untuk sintesis R N Aadalah empat macam ribonukleotida yaitu5 ' - t r i f o s f a t A T R G T P , G T P , d a n U T P ( p a d a R N A d d a k a d a thymine).2. R e a k s l p o l i m e r i s a s i R N A p a d a p r i n s i p n y a s a m a d e n g a n p o l i m e r i s a s i D N A ,yaitu dengan arah 5' - > 3'.3. U r u t a n nukleotida R N Ahasil sintesis ditentukan oleh cetakannya, yaituurutan D N A yang ditranskripsi. Nukleotida R N A yang digabungkan adalahnukleotida yang komplementer dengan cetakannya. Sebagai contoh, jika urutanD N A yang ditranskripsi adalah A T G , maka urutan nukleotida R N A yang d i -gabungkan adalah U A C .4. Molekul D N Ayang ditranskripsi adalah molekul untai-ganda, tetapi yangberperanan sebagai cetakan hanya salah satu untaiannya.5. Hasil transkripsi berupa m o l e k u l R N Auntai tunggal.Skema dasar transkripsi diperlihatkan pada Gambar 8.1.5' 5'-PO, 3'3' 5' 3'-OH A r a h sintesis R N AG a m b a r 8.1 I S k e m a dasar transkripsi. T r a n s k r i p s i (sintesis R N A ) berjalan dariarah 5'-PO^ k e3'-OH. Transkripsi dilakukan d e n g a n m e n g g u n a k a n salah satuu n t a i a n D N A s e b a g a i c e t a k a n {template).

^ 1 3 6 Biologi MolekularOrganisasi Gen pada ProkaryotDefinisi Pada umumnya, gen yang mengkode protein pada prokaryot berupa gen denganoperon k o p i t u n g g a l (single copy), s e d a n g k a n g e n y a n g m e n g k o d e t R N A d a n r R N A b e r u p amRNA g e n d e n g a n j u m l a h k o p i b a n y a k (multiple copies). G e n - g e n p a d a p r o k a r y o t y a n gpolisistronilf bertanggung jawab dalam jalur biokimia tertentu pada umumnya diorganisasikan d a l a m s t r u k t u r operon. S u a t u operon adalah organisasi b e b e r a p a gen s t r u k t u r a l yang ekspresinya dikendalikan oleh satu p r o m o t e r yang sama. Sebagai contoh a d a l a h o p e r o n lac, y a i t u o p e r o n y a n g m e n g e n d a l i k a n k e m a m p u a n m e t a b o l i s m e l a k t o s a p a d a b a k t e r i Escherichia coli. D a l a m o p e r o n lac t e r d a p a t t i g a m a c a m g e n struktural yang m e n g k o d e p r o t e i n yang berbeda, yaitu g e n Z ( m e n g k o d e (3- galaktosidase),gen Y (mengkode permease), dan gen A (mengkode trans-asetilase). Masing-masing gen struktural tersebut m e m p u n y a i k o d o n inisasi (awal) dan k o d o n terminasi, tetapi ekspresinya dikendalikan oleh satu p r o m o t e r yang sama. Pada w a k t u d i t r a n s k r i p s i , o p e r o n lac a k a n m e n g h a s i l k a n s a t u m R N A y a n g m e m b a w a kode-kode genetik untuk tiga macam polipeptida yang berbeda (oleh karena Itu d i s e b u t m R N A polisistronik). M a s i n g - m a s i n g p o l i p e p d d a a k a n ditranslasl s e c a r a independen dari satu untaian m R N A yang sama. |3-galaktosidase Trans-asetilase Gen represor Operator Permease Promoter G a m b a r 8 . 2 I O r g a n i s a s i o p e r o n lac p a d a Escherichia coli. D a l a m o p e r o n lac t e r d a p a t t i g a m a c a m g e n s t r u k t u r a l y a n g m e n g k o d e t i g a macam enzim, yaitu P-galaktosidase, permease, dan trans-asetilase. Ketiga g e n struktural tersebut diatur ekspresinya oleh satu promoter yang sama (p). O p e r a t o r adalah bagian dari p r o m o t e r tempat penempelan protein represor yang dikode oleh gen i. D a l a m s i s t e m o p e r o n lac s e m a c a m i n i , k e t i g a m a c a m g e n s t r u k t u r a l d i - transkripsi bersama-sama menjadi satu untaian m R N A . Proses transkripsid i - kendalikan oleh satu p r o m o t e r yang sama. Aktivitas p r o m o t e r diatur olehg e n

mRNA Bab 8 Sistem Transkripsi pada Prokaryot 137monosistronik represor yang mengkode protein represor. O p e r a t o r adalah bagian Integral dalam p r o m o t e r lac t e r s e b u t y a n g m e r u p a k a n t e m p a t p e l e k a t a n m o l e k u l p r o t e i n r e p r e s o r . S e l a n j u t n y a , m R N A lac y a n g p o l i s i s t r o n i k t e r s e b u t a k a n d i t r a n s l a s l m e n g h a s i l k a n tiga macam protein yang mempunyai struktur dan fungsi yang berbeda dalam proses metabolisme laktosa. O r g a n i s a s i o p e r o n s e p e r t i h a l n y a o p e r o n lac m e r u p a k a n o r g a n i s a s i g e n y a n g u m u m t e r d a p a t p a d a b a k t e r i £. coli d a n p r o k a r y o t y a n g l a i n . O r g a n i s a s i g e n semacam ini tidak diketemukan dalam sistem jasad eukaryot. Pada jasad eukaryot, satu gen struktural yang mengkode suatu protein dikendalikan ekspresinya oleh satu p r o m o t e r yang spesifik sehingga m R N A yang dihasilkan berupa m R N A yang m o n o s i s t r o n i k . M o l e k u l m R N A semacam Ini hanya m e m b a w a rangkaian k o d e genetik untuk satu macam protein.Contoh Soal 1. Sebutkan dan jelaskan secara singkat fungsi masing-masing kelompok molekul R N A hasil proses transkripsi suatu gen. Jawaban: Tiga kelompok R N A yaitu: (1) m R N A , yaitu molekul R N A yang urutannya akan diterjemahkan menjadi urutan asam amino suatu polipeptida, (2) rRNA, yaitu molekul yang menyusun ribosom, yang merupakan organel tempat sintesis protein, dan (3) t R N A , yaitu molekul R N A yang khusus membawa asam-asam amino yang akan dipollmerisasi dalam proses sintesis protein. 2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan operon. jawaban: Operon adalah organisasi beberapa gen struktural yang ekspresinya dikendalikan oleh satu p r o m o t e r y a n g s a m a . S e b a g a i c o n t o h a d a l a h o p e r o n lac, y a i t u o p e r o n y a n g m e n g e n d a l i k a n k e m a m p u a n m e t a b o l i s m e l a k t o s a p a d a b a k t e r i Escherichia coli. 3. Apa yang dimaksud dengan m R N A monosistronik? jawaban: m R N A monosistronik adalah suatu m R N A yang membawa rangkaian kode genetik hanya untuk satu macam protein.Struktur Gen Prokaryot Secara u m u m gen prokaryot tersusun atas beberapa bagian penting yaitu: pro- moter, bagian struktural, dan terminator Secara skematis, struktur g e n pada prokaryot secara u m u m dapat digambarkan seperti pada Gambar 8.3. Transkripsi diawali dari nukleotida yang terletak beberapa basa di sebelah hulu dari gen struktural. Ujung gen struktural berupa kodon S T O P (TAA, T A G , atau T G A ) , tetapi transkripsi dilakukan sampai beberapa beberapa basa di sebelah hilir dari k o d o n S T O P yaitu sampai pada daerah terminator.

1 3 8 Biologi Molekular Awal transkripsi STOP ATG II i L :M -35 - 1 0 Promoter Gen struktural Terminator G a m b a r 8.3 I S t r u k t u r g e n p r o k a r y o t .Struktur Promoter pada Prokaryot P r o m o t e r adalah urutan D N Aspesifik yang berperanan dalam mengendalikan t r a n s k r i p s i g e n s t r u k t u r a l d a n t e r l e t a k d i s e b e l a h h u l u (upstream) d a r i b a g i a n struktural suatu gen. Bagian p r o m o t e r adalah bagian gen tempat awal pelekatan enzim R N A polimerase yang melakukan transkripsi bagian struktural. P r o m o t e r pada prokaryot terdiri atas beberapa bagian penting yang sekuennya selalu ada (conserved) p a d a s e m u a a t a u s e b a g i a n b e s a r g e n . S a l a h s a t u b a g i a n p e n d n g p r o m o t e r d i s e b u t s e b a g a i k o t a k P r i b n o w (Pribnov/ box) p a d a u r u t a n n u k l e o t i d a posisi - 1 0d a nposisi - 3 5 . Angka minus menyatakan letak suatu nukleotida di sebelah hulu dari titik awal transkripsi (pada posisi + 1 ) dan tidak ditranskripsi. Analisis terhadap 100 gen menunjukkan bahwa pada posisi - 1 0 dan - 3 5 terdapat urutan nukleotida konsensus, sebagai b e r i k u t : posisi-10: Tg, Ag, A ^ 5 A . ^ J^Q^ posisi - 3 5: T g j T g j Gg, A , , C , , A^^Elemer) l a i n Angka yang mengikuti simbol nukleotida (misalnya T ) tersebut menyatakanpromoter frekuensi persentase adanya nukleotida tersebut pada posisi spesifik di pro- m o t e r Urutan nukleotida di antara - 3 5 dan - 1 0 , selain urutan yang tersebut di atas, tidak memiliki kekhasan tertentu. Pengubahan jarak antara kotak - 3 5 d a n - 1 0 tersebut akan mengaklbatkan perubahan aktivitas atau kekuatan promoter. Jarak o p t i m u m antara kedua kotak tersebut adalah 1 7nukleotida. Oleh karena urutan konsensus pada kotak Pribnow adalah T A T A A T , maka seringkali kotak P r i b n o w d i s e b u t j u g a kotak T A T A ( T A T A box). K o t a k - 1 0 d a n - 3 5 j u g a d i s e b u t s e b a g a i e l e m e n - e l e m e n p r o m o t e r inti ( c o r e promoter elements). Selain elemen p r o m o t e r inti, beberapa p r o m o t e r yang kuat juga mempunyai e l e m e n l a i n , m i s a l n y a elemen U P y a n g t e r a d a p a t p a d a p r o m o t e r g e n rrn p a d a £. coli. E l e m e n U P t e r l e t a k p a d a p o s i s i — 4 0 s a m p a i - 6 0 d a n m e r u p a k a n b a g i a n p r o m o t e r sesungguhnya karena bagian ini dikenali oleh R N A polimerase (enzim yang melakukan proses transkripsi). Pada gen rrnB P I ,elemen U P tersebut m a m p u meningkatkan transkripsi sampai 3 0 kali lipat dengan adanya R N A polimerase saja. P r o m o t e r g e n ini juga m e m p u n y a i kaitan dengan e l e m e n lain y a n g d i s e b u t sisi Fis (Fis site) p a d a p o s i s i - 6 0 s a m p a i - 1 5 0 . S i s i F i s m e r u p a k a n

Bab 8 Sistem Transkripsi pada Prokaryot 139 t e m p a t pelekatan f a k t o r transkripsi yang disebut p r o t e i n Fis. SIsI Fissendlrl tidak berikatan dengan R N Apolimerase sehingga tidak dianggap sebagai bagian pro- moter. Kotak Pribnow merupakan daerah pada p r o m o t e r yang berperanan dalam mengarahkan enzim R N A polimerase sehingga arah transkripsinya adalah dari ujung 5' k e ujung 3' seperti yang terjadi pada replikasi. Selain itu, daerah ini merupakan tempat pembukaan heliks D N Auntuk m e m b e n t u k kompleks pro- moter yang terbuka. Mutasi pada kotak Pribnow pada beberapa gen yang pernah dianalisis diketahui menyebabkan penghambatan transkripsi. Meskipun kedua kotak sekuens tersebut terdapat pada banyak gen prokaryot, n a m u n a d a p e r k e c u a l i a n , m i s a l n y a p r o m o t e r g e n nif ( g e n y a n g m e n g e n d a l i k a n k e m a m p u a n p e n a m b a t a n n i t r o g e n ) p a d a b a k t e r i Klebsiella pneunioniae. G e n - g e n nif t e r s e b u t t i d a k m e m p u n y a i s e k u e n s k o n s e n s u s p a d a p o s i s i - 3 5 d a n - 1 0 s e p e r t i p a d a £. coli, t e t a p i m e m p u n y a i k o t a k k o n s e n s u s p a d a p o s i s i s e k i t a r - 2 4 d a n - 1 2 . Selain itu, a d a sekuens lain yang terletak jauh di sebelah hulu (dengan sekuens k o n s e n s u s T G T N N N N N N N N N N A C A , N = nukleotida apa saja) yang ditemukan p a d a g e n - g e n nif t e r t e n t u y a i t u nifH, nifU, d a n n / f B . Selain kotak P r i b n o w d a n kotak - 3 5 , p r o m o t e r pada p r o k a r y o t jugaDefinisi m e n g a n d u n g e l e m e n khusus yaitu operator. O p e r a t o r adalah u r u t a n n u k l e o t i d aoperatorDefinisi yang terletak di antara p r o m o t e r dan bagian struktural dan merupakan tempatattenuator pelekatan protein represor ( p e n e k a n atau p e n g h a m b a t proses ekspresi genetik).Peranenhancer Jika ada protein represor melekat pada daerah Ini, maka R N A polimerase yang melekat pada daerah p r o m o t e r tidak dapat berjalan untuk melakukan transkripsi. E l e m e n p e n g e n d a l i e k s p r e s i g e n e t i k y a n g l a i n a d a l a h a t t e n u a t o r . Attenuator a d a l a h u r u t a n n u k l e o t i d a y a n g t e r d a p a t p a d a s u a t u k e l o m p o k a n g e n ( g e n e clus- ter) y a n g u m u m n y a t e r l i b a t d a l a m b i o s i n t e s i s a s a m a m i n o . Attenuator t e r l e t a k pada daerah diantara bagian p r o m o t e r - o p e r a t o r dengan titik awal bagian struktural y a n g p e r t a m a d a r i s u a t u k e l o m p o k a n g e n . D a e r a h attenuator s e m a c a m i n i b i a s a n y a d i s e b u t leader sequences, yaitu suatu unit urutan nukleotida sepanjang kurang l e b i h 1 6 2 n u k l e o t i d a . Attenuator b e r f u n g s i u n t u k m e n g e n d a l i k a n a r a s b i o s i n t e s i s asam a m i n o sesuai dengan ketersediaan asam amino di dalam sel. Jika konsentrasi a s a m a m i n o s u d a h c u k u p tinggi, m a k a p r o s e s t r a n s k r i p s i g e n - g e n u n t u k b i o s i n t e s i s a s a m a m i n o a k a n d i h a m b a t . P e n g e n d a l i a n t r a n s k r i p s i o l e h attenuator dapat m e n c a p a i 1 0 k a l i l i p a t . P r o s e s p e l e m a h a n a t a u a t e n u a s i (attenuation) tidak t e r g a n t u n g p a d a proses represi karena kedua fenomena tersebut merupakan dua sistem pengendalian yang terpisah. Atenuasi berakibat pada penghentian transkripsi gen struktural secara prematur Ekspresi beberapa gen tertentu juga dikendalikan oleh elemen spesifik yang d i k e n a l s e b a g a i enhancer. Eniiancer b e r p e r a n a n d a l a m p e n i n g k a t a n a r a s t r a n s k r i p s i dengan cara meningkatkan jumlah R N A polimerase yang melakukan proses t r a n s k r i p s i . Enhancer tidak t e r l e t a k p a d a l o k a s i y a n g s p e s i f i k k a r e n a b e b e r a p a enhancer t e r l e t a k j a u h d i s e b e l a h h u l u ( u p s t r e a m ) a t a u s e b e l a h h i l i r (down- strean)) d a r i titik a w a l t r a n s k r i p s i . E l e m e n i n i p e r t a m a k a l i d i k e t e m u k a n p a d a D N A virus SV40 yaitu didaerah dekat titik awal replikasi (ori). Penelitian selanjutnya

140 Biologi Molekular m e n u n j u k k a n b a h w a e l e m e n i n i j u g a t e r d a p a t p a d a g e n e u k a r y o t . Enhancer b e r i k a t a n d e n g a n s u a t u p r o t e i n k h u s u s . S a l a h s a t u c o n t o h s e k u e n s enhancer p a d a E. coli a d a l a h s i s i F i s . S e c a r a u m u m s t r u k t u r p r o m o t e r p a d a p r o k a r y o t diskemakan seperti pada Gambar 8.4. Elemen hulu 11 Kotak TATA/ Awal Kotak -35 Pribnow Transkripsi 1^ TATAAT +1 Kotak -10 Elemen promoter inti Kotak -10 Kotak -35 TTGACA G a m b a r 8.4 • S t r u k t u r p r o m o t e r p r o k a r y o t . E l e m e n p r o m o t e r i n t i ( c o r e promoter element) t e r d i r i a t a s k o t a k - 3 5 sampai dengan kotak - 1 0 (kotak T A T A atau kotak Pribnow) dengan urutan s e k u e n s l e s t a r i (conserved s e q u e n c e s ) s e p e r t i d a p a t d i l i h a t p a d a g a m b a r d i a t a s . Selain elemen p r o m o t e r inti, pada beberapa gen seringkali juga dijumpai elemen hulu yang dapat terdiri atas beberapa elemen. Titik awal transkripsi diberl notasi +1, sedangkan satu nukleotida yang terletak tepat di sebelah hulu nukleotida + 1 diberl notasi - 1 (tidak ada dtik nol). Simbol (+) menyatakan bagian yang d i - transkripsi sedangkan simbol minus menyatakan bahwa bagian tersebut tidak ditranskripsi. Tidk awal transkripsi biasanya berupa nukleotida A atau G . Gambar sebelah bawah menunjukkan daerah p r o m o t e r yang terbuka pada waktu terjadi s t r u k t u r k o m p l e k s p r o m o t e r t e r b u k a (open promoter complex) y a n g m e r u p a k a n awal proses transkripsi.Gen Struktural pada Prokaryot\ Definisi gen ' M e s k i p u n p e n g e r t i a n g e n s e c a r a u m u m m e l i p u t i d a e r a h p e n g a t u r (regulatory''''^ j region), y a i t u p r o m o t e r , b a g i a n ( g e n ) s t r u k t u r a l , s e r t a t e r m i n a t o r , n a m u n d a l a m k bagian inisecara lebih spesifik akan dibicarakan mengenai g e nstruktural, yaitu bagian yang mengkode urutan asam amino suatu polipeptida atau urutan nukleotida RNA. Pada tahun 1941 George W . Beadle and Edward L.Tatum mengemukakan konsep yang dikenal sebagai t e o r i s a t u g e n - s a t u e n z i m . Penelitian-penelitian selanjutnya menunjukkan bahwa adabanyak protein atau enzim yang molekul semua polipeptidanya dapat dikode oleh lebih dari satu gen struktural. Sebagai

B a b 8 S i s t e m T r a n s k r i p s i p a d a P r o k a r y o t 141Ciri u t a m a contoh, molekul hemoglobin yang lengkap dikode oleh dua gen. Oleh karena Itugen strulctural s e k a r a n g d i k e n a l t e o r i satu gen-satu polipeptida.prol<aryotTiga l<elompol< Gen struktural pada prokaryot diawali dengan urutan A T G yang mengkodegen berdasar- asam amino metionin. Meskipun demikian perlu diketahui bahwa proses transkripsikan yang tidak dimulai dari urutan A T Gtersebut tetapi pada beberapa nukleotida didikodenya sebelah hulu dari A T G . Ciri utama gen struktural pada jasad prokaryot, khususnya gen struktural yang mengkode suatu polipeptida, adalah bahwa semua sekuens y a n g a d a p a d a bagian i n i , m u l a i d a r i sekuens inisiasi translasi ( A T G ) s a m p a i k o d o n t e r a k h i r s e b e l u m titik akhir translasi (kodon STOP, y a i t u T A A /TAG / TGA), akan diterjemahkan (ditranslasl) menjadi rangkaian asam-asam amino. D e n g a n k a t a l a i n , t i d a k a d a s e k u e n s y a n g t i d a k m e n g k o d e a s a m a m i n o {noncod'mg sequence). Jika gen struktural tersebut terdiri atas 900 nukleotida, maka g e n struktural tersebut mengkode 300 asam amino karena satu asam amino dikode oleh tiga sekuens nukleotida yang berurutan. Dengan demikian pada jasad pro- k a r y o t , t i d a k a d a s e k u e n s p e n y i s i p {mterveri'mg sequences a t a u intron). H a l i n i berbeda dari apa yang ada pada jasad eukaryot, karena pada eukaryot ada banyak gen yang tidak semua sekuens nukleoddanya mengkode suatu asam amino. Sekuens y a n g d d a k m e n g k o d e a s a m a m i n o t e r s e b u t d i n a m a k a n sebagai intron, sedangkan u r u t a n n u k l e o t i d a yang m e n g k o d e a s a m a m i n o disebut sebagai ekson. T i d a k adanya intron merupakan ciri khas gen struktural jasad prokaryot, meskipun ada perkecualian, misalnya pada suatu archaebacteria dan suatu bakteriofag tertentu y a n g m e n y e r a n g £. coli. P a d a g e n o m k e d u a j a s a d t e r s e b u t d i k e t a h u i j u g a t e r d a p a t intron. Perlu dipahami bahwa tidak semua gen mengkode urutan asam amino yang menyusun suatu polipeptida atau protein. Oleh karena itu, secara garis besar, g e n dibagi m e n j a d i 3 (tiga) k e l o m p o k , yaitu: ( 1 ) gen yang mengkode protein (protein<oding genes), ( 2 ) gen yang m e n g k o d e R N A r i b o s o m ( r R N A ) , d a n ( 3 ) gen yang m e n g k o d e t R N A {transfer R N A ) . U r u t a n n u k l e o t i d a D N A g e n y a n g mengkode protein akan ditranskripsi (disalin) menjadi m R N A , dan selanjutnya urutan nukleodda m R N A ditranslasl (diterjemahkan) menjadi urutan asam amino. Sebaliknya, gen yang mengkode r R N A dan t R N A masing-masing hanya akan ditranskripsi menjadi urutan nukleodda r R N A dan t R N A . Gen yang mengkode r R N A dan t R N A tidak pernah ditranslasl karena yang diperlukan dalam proses ekspresi genetik adalah molekul RNA-nya. Molekul r R N A digunakan untuk menyusun ribosom (tempat biosintesis protein), sedangkan molekul t R N A berfungsi untuk m e m b a w a molekul asam amino spesifik yang akan dirangkaikan menjadi polipeptida dalam proses biosintesis protein (translasi).Struktur Terminator pada Prokaryotterminator T e r m i n a t o r adalah bagian gen yang terletak di sebelah hilir dari gen struktural. ^ T e r m i n a t o r berfungsi u n t u k m e m b e r i k a n sinyal pada enzim R N A polimerase agar m e n g h e n t i k a n p r o s e s t r a n s k r i p s i . P a d a b a k t e r i £. coli, s i n y a l p e n g h e n d a n ( t e r m i n a s i )

1 4 2 Biologi IVIolekularProses t r a n s k r i p s i b i a s a n y a d i c i r i k a n o l e h s t r u k t u r j e p i t r a m b u t (hairpin) d a n l e n g k u n g a nterminasi (hop) y a n g k a y a a k a n u r u t a n G C y a n g t e r b e n t u k p a d a m o l e k u l R N A h a s i ltranslcripsi transkripsi. Proses terminasi transkripsi pada prokaryot dapat dikelompokkanprolcaryot menjadi d u a kelas, yaitu: (1) terminasi yang ditentukan oleh urutan nukleotida tertentu (rho-independent), dan(2)terminasi yang diatur oleh suatu protein ( f a k t o r r h o ) atau disebut rho-dependent. Kelas pertama dicirikan oleh struktur jepit r a m b u t dan lengkung seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Bagian ter- minator tersebut mempunyai urutan nukleotida konsensus pada daerah dekat ujung 3' gen yang bersangkutan. Urutan nukleotida konsensus tersebut akan m e n g h a s i l k a n s t r u k t u r b a t a n g d a n l e n g k u n g (stem-and-hop) s e p a n j a n g 7 - 1 0 nukleotida yang terletak sekitar 1 6 - 2 0 nukleodda dari bagian paling ujung 3' gen yang bersangkutan. Selain itu juga ada urutan nukleotida A sepanjang 4 - 8 residu tepat pada bagian hulu dari titik terminasi.Terminator yang tidak tergantung pada faktor rho, tidak mempunyai residu A , tetapi biasanya mempunyai bagian yang dapat m e m b e n t u k struktur batang-lengkung yang stabil. Struktur jepit rambut d a n l e n g k u n g p a d a u j u n g 3 ' t r a n s k r i p £ coli d i p e r k i r a k a n j u g a b e r f u n g s i u n t u k menstabilkan m R N A dari aktivitas degradatif eksonuklease 3 ' ^ 5'. G a m b a r 8.5 m e n u n j u k k a n s t r u k t u r R N A hasll transkripsi gen pada daerah terminator Pada transkrip yang mewakili daerah terminator yang ddak tergantung pada faktor rho, terdapat struktur jepit rambut yang kaya akan G C , sedangkan daerah terminator yang tergantung pada faktor r h o terdapat struktur jepit rambut yang kaya akan A U . AU uA Gc AU CG UA Struktur batang Struktur batang C G yang kaya akan G C G C UA UA AU GC AU Gc -v_uuu AAUC Sekuens terminator yang tidak Sekuens terminator yang tergantung pada rho tergantung pada rho G a m b a r 8.5• S t r u k t u r t e r m i n a t o r p a d a prokaryot.Struktur RNA Polimerase pada Prokaryot'\ Definisi RNA ''^\ p o l i m e r a s e (DNA-directed RNA polymerase) a d a l a h e n z i m y a n g m e n g -poiimerase j katallsis proses transkripsi. Pada jasad p r o k a r y o t diketahui hanya ada s a t u m a c a m

B a b 8 S i s t e m T r a n s k r i p s i p a d a P r o k a r y o t 143Subunit- enzim R N A polimerase. M e s k i p u n d e m i k i a n , d i d a l a m s a t u s e l b a k t e r i £. colisubunit RNApolimerase terdapat sekitar 7.000 molekul R N A polimerase. R N A polimerase tersebut ber-E. coli peranan dalam melakukan transkripsi genyang mengkode protein, gen r R N A , Fungsi maupun gen t R N A . R N A polimerase akan melakukan aktivitas transkripsi dengan subunit a menggunakan D N A sebagai cetakan. Transkripsi pada dasarnya adalah polimerisasi nukleotida (dalam bentuk trifosfat) menjadi molekul RNA. Nukleotida yang di- rangkaikan ditentukan oleh D N A cetakannya. Polimerisasi nukleotida R N A berjalan dengan orientasi 5'—>3' d a n bersifat k o m p l e m e n t e r dengan salah satu untaian D N A cetakan, yaitu yang mempunyai orientasi berlav/anan dengan R N A transkrip. R N A p o l i m e r a s e p a d a b a k t e r i £. coli t e r s u s u n a t a s d u a s u b u n i t p r o t e i n b e r u k u r a n b e s a r , y a i t u s u b u n i t P (beta) d a n P (beta-prime) y a n g m a s i n g - m a s i n g berukuran 1 50.000 dalton (1 50 kDa) dan 1 60.000 dalton (kDa). D isamping itu m a s i h a d a s u b u n i t y a n g l a i n y a i t u a (sigma) d e n g a n u k u r a n 7 0 k D a d a n s u b u n i t a (alpha) d e n g a n u k u r a n 4 0 k D a . K e s e l u r u h a n u n i t R N A p o l i m e r a s e ( d i s e b u t R N A p o l i m e r a s e holoenzim) t e r d i r i a t a s s u b u n i t P , p, a , a^, a r t i n y a a d a d u a molekul a dan satu molekul subunit lainnya. Hanya R N A polimerase holoenzim yang dapat melakukan inisiasi transkripsi pada bagian D N A yang benar. Susunan s u b u n i t P , p, d a n a2 ( t a n p a s u b u n i t a ) d i s e b u t enzim inti ( c o r e enzyme). E n z i m inti tidak dapat melakukan reaksl polimerisasi R N A dengan menggunakan D N A T 4 yang utuh sebagai cetakan, tetapi masih dapat melakukan aktivitas polimerisasi d a s a r d e n g a n m e n g g u n a k a n D N A c e t a k a n y a n g m e m p u n y a i b a n y a k t a k i k (nick). Perlu dipahami bahwa transkripsi D N A yang mempunyai takik semacam itu tidak m e m p u n y a i a r t i b i o l o g i s . R N A p o l i m e r a s e p a d a £. coli m e m p u n y a i k e m i r i p a n dengan enzim serupa pada hampir semua eubakteria, tetapi strukturnya berbeda d e n g a n y a n g d i t e m u k a n p a d a s l a n o b a k t e r i (cyanobacteria) d a n a r k a e b a k t e r i (archaebacteria). P e n e l i t i a n m e n u n j u k k a n b a h w a u r u t a n p e n y u s u n a n R N A p o l i - m e r a s e h o l o e n z i m p a d a £. coli a d a l a h s e b a g a i b e r i k u t : 2 e & 2 ~^ ~^ (tidak aktif) a^P ( a k d f ) Fungsi subunit o (sigma) adalah untuk mengarahkan agar R N A polimerase holoenzim hanya m e n e m p e l pada p r o m o t e r , tidak pada bagian yang lain. Enzim inti mempunyai afinitas terhadap molekul D N A tetapi tidak dapat membedakan antara p r o m o t e r dengan bagian D N A yang lain. Dengan adanya faktor sigma maka afinitas enzim inti terhadap D N A dikurangi sehingga ikatan antara R N A polimerase holoenzim menjadi spesifik pada p r o m o t e r . Selain itu, faktor sigma juga m a m p u mengenali sisi pengikatan yang spesifik. F a k t o r sigma hanya berikatan secara sementara dengan subunit lainnya dalam R N Apolimerase holoenzim. Ikatan R N A polimerase holoenzim pada p r o m o t e r sangat kuat dengan konstanta asosiasi yang besarannya 1.000 kali lebih kuat dibanding dengan enzim inti (tanpa subunit sigma). S u b u n i t a p a d a R N A p o l i m e r a s e £. coli d i k o d e o l e h g e n r p o A d a n d i d u g a b e r f u n g s i d a l a m p e n y u s u n a n e n z i m . S u b u n i t P d i k o d e o l e h g e n rpoB d a n b e r f u n g s i d a l a m p e n g i k a t a n n u k l e o d d a , s e m e n t a r a s u b u n i t P d i k o d e o l e h g e n rpoC d a n berfungsi dalam penempelen D N A cetakan sedangkan subunit a dikode oleh gen

144 Biologi IVIolel<ular rpoD. E k s p r e s i g e n rpoB d a n rpoC d i k e n d a l i k a n o l e h s a t u p r o m o t e r y a n g s a m a dan ditranskripsi dalam m R N A polisistronik (penjelasan lebih rinci mengenai pengertian inidiberikan dalam bagian lebih lanjut). Subunit (i juga merupakan subunit yang mengikat senyawa penghambat transkripsi, yaitu andbiotik rifampisin dan streptolldigin.Mekanisme Transkripsi pada Prokaryot Transkripsi pada dasarnya adalah proses penyalinan urutan nukleotida yang ter-\ Definisi ^ dapat pada molekul D N A . Dalam proses transkripsi, hanya salah satu untaian' translfripsi D N A yang disalin menjadi urutan nukleotida R N A (transkrip R N A ) . Urutan nukleodda pada transkrip R N Abersifat komplementer dengan urutan D N A c e t a k a n (DNA template), t e t a p i identik d e n g a n u r u t a n n u k l e o d d a D N A p a d a u n t a i a n p e n g k o d e (coding DNA strand/nontemplate strand). H a l i n i d a p a t d i - gambarkan dengan skema sederhana berikut ini: 5'- A T G G T CG T T T A G T T G T C T G T A T T T -3' Untaian D N A pengkode 3'- T A G G A G G A A A T G A A C A G A C A T A A A -5' Untaian D N A cetakan Transkripsi Proses 5'- A U G G U C C U U U A C U U G U C U G U A U U U -3' R N Ahasil transkripsi\ translcripsi P e r l u d i i n g a t b a h w a p a d a s t r u k t u r R N A t i d a k a d a n u k l e o t i d a T (tiiymine), pada k a r e n a s t r u k t u r T d i g a n t i k a n o l e h U (uracil). N u k l e o t i d a T d a n U m e m p u n y a i prokaryot cincin yang serupa yaitu cincin pirimidin, tetapi pada basa T adagugus medl (CH3) p a d a a t o m C n o m o r 5 , s e d a n g k a n p a d a b a s a U t i d a k a d a g u g u s m e t i l . Secara u m u m proses transkripsi pada prokaryot berjalan serupa dengan transkripsi pada eukaryot, meskipun ada beberapa rincian proses yang berbeda antara kedua sistem tersebut. Pada prokaryot, transkripsi dimulai dengan penempelan R N A polimerase holoenzim pada bagian p r o m o t e r suatu gen. Pada awal penempelan, R N A polimerase masih belum terikat secara kuat dan struktur p r o m o t e r m a s i h d a l a m k e a d a a n t e r t u t u p (closed promoter complex). S e l a n j u t n y a , R N A polimerase akan terikat secara kuat dan ikatan hidrogen molekul D N A p a d a b a g i a n p r o m o t e r m u l a i t e r b u k a ( m e m b e n t u k s t r u k t u r open promoter com- plex). P a d a p r o k a r y o t , R N A polimerase menempel secara langsung pada DNA di daerah promoter t a n p a m e l a l u i s u a t u i k a t a n d e n g a n p r o t e i n l a i n . D a l a m p r o s e s penempelan p r o m o t e r tersebut, subunit o berperanan dalam m e n e m u k a n bagian p r o m o t e r suatu gen sehingga R N A polimerase dapat menempel. Diduga, proses pengenalan suatu promoter oleh R N Apolimerase diawali dengan penempelan enzim tersebut secara tidak spesifik pada molekul D N A . Selanjutnya, R N A poli- merase akan mencari bagian D N A yang mempunyai struktur khas suatu pro- m o t e r Struktur khas tersebut berupa suatu kelompok ikatan hidrogen antara

Bab 8 Sistem Transl<ripsi pada Prol<aryot 145kedua untaian D N A pada posisi - 3 5 dan - 1 0 . Kecepatan suatu polimerase dalamm e n e m u k a n p r o m o t e r diperkirakan mencapai 1.000 pasangan basa per detik. Setelah R N A polimerase menempel pada promoter, subunit o melepaskandiri dari struktur holoenzim. Pelepasan subunit o biasanya terjadi setelah terbentukmolekul R N A sepanjang 8 - 9 nukleotida. R N A polimerase inti yang sudahmenempel pada p r o m o t e r akan tetap terikat kuat pada D N Asehingga tidaklepas. Ikatan inisangat penting dalam proses transkripsi, sebab jika Ikatannyatidak kuat maka R N Apolimerase akan lepas sebelum transkripsi selesai.Inisiasi TranskripsiT a h a p a n p r o s e s i n i s i a s i (initiation) t r a n s k r i p s i d a p a t d i l i h a t p a d a G a m b a r 8 . 6 .Tahapan inisiasi transkripsi melipud 4 langkah yaitu: (1) pembentukan komplekspromoter tertutup, (2) pembentukan kompleks p r o m o t e r terbuka, (3) peng-gabungan beberapa nukleotida awal (sekitar 1 0nukleodda), dan (4) perubahankonformasi R N A polimerase karena subunit a dilepaskan dari kompleksh o l o e n z i m . Subunit o t e r s e b u t selanjutnya dapat digunakan lagi dalam prosesinisiasi transkripsi selanjutnya. Bagian D N A yang t e r b u k a setelah R N A polimerasemenempel biasanya terjadi pada daerah sekitar - 9 sampai + 3 sehingga menjadistruktur untai tunggal. Bagian D N Ayang berikatan dengan R N A polimerasem e m b e n t u k s u a t u s t r u k t u r g e l e m b u n g t r a n s k r i p s i (transcription bubble) s e p a n j a n gkurang lebih 1 7 pasangan basa. Setelah s t r u k t u r p r o m o t e r terbuka secara stabil,maka selanjutnya R N A polimerase melakukan proses inisiasi transkripsi denganmenggunakan urutan D N A cetakan sebagai panduannya. Dalam proses transkripsi,nukleodda R N A digabungkan sehingga membentuk transkrip R N A . Nukleotidapertama yang digabungkan hampir selalu berupa molekul purin. Kajlan pada 8 8p r o m o t e r menunjukkan bahwa 5 1 % molekul R N A diawali dengan basa A , 4 2 %diawali dengan G ,5 %diawali dengan C, dan 2 %diawali dengan U .Pada awalnya,basa-basa R N A yang digabungkan m e m b e n t u k ikatan hidrogen dengan basa D N Acetakan, sehingga jika urutan D N A cetakan adalah A T G , maka basa R N A yangdigabungkan adalah U A C . S u b u n i t a m e m p u n y a i p e r a n a n d a l a m menstimulasi inisiasi transkripsi tetapitidak mempercepat laju pertambaiian untaian RNA. P r o s e s i n i s i a s i t r a n s k r i p s im e r u p a k a n proses yang m e n e n t u k a n laju transkripsi. Inisiasi transkripsi dapatdihambat oleh pemberian antibiotik rifampisin, tetapi antlblotik ini tidakmenghambat proses pemanjangan transkrip. Penelitian yang dilakukan oleh AlfredHeil dan W a l t e r Zilig pada tahun 1970 membukdkan bahwa subunit R N Apolimerase yang menentukan kepekaan atau ketahanan terhadap antibiotikrifampisin adalah subunit p. Setelah proses inisiasi transkripsi terjadi, selanjutnya subunit o terlepas darie n z i m inti dan dapat digunakan lagi o l e h e n z i m inti R N Ap o l i m e r a s e yang lain.Siklus subunit a tersebut pertama kali diungkapkan oleh Travers dan Burgesspada tahun 1969. Mereka menunjukkan bahwa jika transkripsi berlangsung padakekuatan ionik yang rendah, maka R N A polimerase inti tidak terlepas dari D N Acetakan pada ujung suatu gen. Hal ini menyebabkan inisiasi transkripsi berhenti.

146 Biologi IVlolel<ular Pembentukan kompleks promoter terbuka Penggabungan nukleotida pertama 1^ ^ J F a k t o r r h o Pelepasan faktor rho G a m b a r 8.6 I T a h a p a n proses inisiasi transkripsi p a d a p r o k a r y o t .Jika k e dalam sistem tersebut dimasukkan R N A polimerase inti yang baru, makatranskripsi kemudian berjalan kembali. Keadaan inimenunjukkan bahwa R N Apolimerase ind yang baru tersebut kemudian bergabung dengan subunit a yangsebelumnya telah dilepaskan dari enzim R N Apolimerase i n d lainnya.Proses Pemanjangan TranskripPada bagian gelembung transkripsi, basa-basa molekul R N Am e m b e n t u k hibriddengan D N A cetakan sepanjang kurang lebih 1 2 nukleotida. Hibrid R N A - D N Aini bersifat sementara sebab setelah R N Apolimerasenya berjalan, maka hibridtersebut akan terlepas danbagian D N Ayang terbuka tersebut akhirnya akanm e n u t u p lagi. R N A polimerase akan berjalan m e m b a c a D N A cetakan u n t u km e l a k u k a n p r o s e s p e m a n j a n g a n (elongation) u n t a i a n R N A . L a j u p e m a n j a n g a n

Bab a Sistem Transkripsi pada Prokaryot I J . ^ m a k s i m u m molekul transkrip R N A berkisar antara 30 sampai 6 0nukleotida per detik, meskipun laju rata-ratanya dapat lebih rendah dari nilai ini. Secara u m u m , berdasarkan atas nilai laju semacam ini, suatu gen yang mengkode protein akan disalin menjadi R N A dalam w a k t u sekitar satu menit. Meskipun demikian, laju pemanjangan transkrip dapat menjadi sangat rendah (sekitar 0,1 nukleotida per d e t i k ) j i k a R N A p o l i m e r a s e m e l e w a t i s i s i j e d a ( p o u s e site) y a n g b i a s a n y a mengandung banyak basa G C . Proses pemanjangan transkrip dapat dihambat oleh antibiotik streptolidigin. Kepekaan atau ketahanan terhadap streptolldigin juga ditentukan oleh subunit (i pada R N A polimerase. Dalam pemanjangan transkrip, nukleodda ditambahkan secara kovalen pada ujung 3'molekul R N A yang baru terbentuk. Nukleotida R N A yang ditambahkan tersebut bersifat komplementer dengan nukleotida pada untaian D N A cetakan. Sebagai contoh, jika nukleotida pada D N A cetakan adalah A , maka nukleodda R N A yang ditambahkan adalah U . Secara skematis, struktur kompleks D N A dengan R N A polimerase pada saat terjadi pemanjangan dapat dilihat pada Gambar 8.7. G a m b a r 8.7 I S k e m a struktur k o m p l e k s D N A d a n R N A polimerase pada saat terjadi pemanjangan transkripsi.Hipotesis Dalam proses pemanjangan transkrip adad u ahipotesis yang diajukanmengenai mengenai perubahan topologi D N A . Hipotesis pertama menyatakan bahwa enzimperubahan R N A polimerase bergerak melingkari untaian D N A sepanjang perjalanannya.topoiogi DNA Dengan cara demikian maka dapat dihindari terjadinya pelindran pada struktur D N A , tetapi untaian R N A hasil transkripsinya akan melintir sepanjang untaian D N A . Sebaliknya, hipotesis kedua menyatakan bahwa enzim R N A polimerase bergerak lurus sepanjang untaian D N A sehingga R N A yang terbentuk ddak mengalami pelindran, tetapi untaian D N A yang ditranskripsi harus mengalami

148 jPiologi Molekular puntiran. Untaian D N A yang ada di depan R N A polimerase akan membuka sedangkan D N A yang berada di belakangnya akan memuntir kembali untuk menutup. D a l a m proses pemanjangan transkrip R N A , demikian juga pada proses inisiasi sintesis R N A , terjadi pembentukan ikatan fosfodiester antara nukleotida R N A yang satu dengan nukleodda berikutnya. Pembentukan ikatan fosfodiester tersebut ditentukan oleh keberadaan subunit p pada R N A polimerase. Transkripsi akan berakhir pada saat R N Apolimerase mencapai ujung gen yangPengakhiran (Terminasi) Transkripsi pada ProkaryotTerminator d i s e b u t t e r m i n a t o r . P a d a b a k t e r i £. coli a d a d u a m a c a m t e r m i n a t o r y a i t u :p a d a E. coli ( 1 ) t e r m i n a t o r y a n g tidak t e r g a n t u n g p a d a p r o t e i n r h o [rho-dependent terminator), d a n ( 2 ) t e r m i n a t o r y a n g t e r g a n t u n g p a d a p r o t e i n r h o {rho- independent terminator). Pengakhiran Transkripsi yang Tidak T e r g a n t u n g p a d a F a k t o r RhoI Ciri u t a m a Pengakhiran terminasi yang tidak tergantung pada r h odilakukan tanpa harus\ pengal(hiran melibatkan suatu protein khusus, melainkan ditentukan oleh adanya suatu urutan nukleotida tertentu pada bagian terminator. Sinyal yang akan mengakhiri transkripsi transltripsi dengan mekanisme semacam ini ditentukan oleh daerah yang mengandung banyak t a n p a falftor u r u t a n G C y a n g d a p a t m e m b e n t u k s t r u k t u r b a t a n g d a n l e n g k u n g {stem-and- rho loop) p a d a R N A d e n g a n p a n j a n g s e k i t a r 2 0 b a s a d i s e b e l a h h u l u d a r i u j u n g 3'-OH dan diikud oleh rangkaian 4 - 8residu uridin berurutan. Struktur batang- lengkung tersebut menyebabkan R N Apolimerase berhenti dan merusak bagian 5' dari hibrid R N A - D N A . Bagian sisa hibrid R N A - D N A tersebut berupa u r u t a n oligo (rU) yang ddak cukup stabil berpasangan dengan d A .Akibatnya ujung 3' hibrid tersebut akan terlepas sehingga transkripsi berakhir. Eksperimen yang dilakukan oleh Peggy Farnham dan T e r r y Piatt menunjukkan bahwa pengakhiran transkripsi tanpa melibatkan faktor r h omempunyai d u aciri utama, yaitu: ( 1 ) a d a n y a r a n g k a i a n b a s a b e r u l a n g - b a l l k {inverted repeat) y a n g d a p a t m e m b e n t u k lengkungan, dan (2)adanya rangkaian basa T pada untaian D N Abukan cetakan {nontemplate strand) s e h i n g g a t e r b e n t u k p a s a n g a n b a s a y a n g l e m a h a n t a r a r U - dA yang menahan transkrip R N A pada untaian D N A cetakan. Pada waktu lengkungan R N A terbentuk, maka R N A polimerase berhenti dan ikatan basa yang lemah menyebabkan R N A yang baru terbentuk akan terlepas. Skema pengakhiran transkripsi tanpa menggunakan faktor rho dapat dilihat pada Gambar 8.8. Pengakhiran Transkripsi yang T e r g a n t u n g p a d a Faktor Rho M e k a n i s m e p e n g a k h i r a n t r a n s k r i p s i s e m a c a m i n i m e m e r l u k a n p r o t e i n p (rho). Pengakhiran transkripsi yang memerlukan faktor rho hanya terjadi pada daerah

Bab 8 Sistem Transl<ripsi pada ProJoryot 149 R N A Polimerase Struktur sekunder mulai terbentukG a m b a r 8.8 I Skema pengakhiran transkripsi tanpa m e n g g u n a k a n faktor rho.jeda yang terletak pada jarak tertentu dari promoter. Dengan demikian, jika adadaerah jeda yang terletak di dekat promoter, maka daerah itu tidak dapat ber-fungsi sebagai daerah pengakhiran transkripsi.Terminator yang tergantung padarho terdiri atas suatu urutan berulang-balik yang dapat m e m b e n t u k lengkungan

:^,*, 150 Biologi Molekular (loop), t e t a p i t i d a k a d a r a n g k a i a n b a s a T s e p e r d p a d a d a e r a h t e r m i n a t o r y a n g tidak melibatkan faktor rho. Faktor rho diduga ikut terikat pada transkrip dan mengikud pergerakan R N A polimerase sampai akhirnya R N A polimerase berhend pada daerah terminator yaitu sesaat setelah menyintesis lengkungan R N A . Selanjut- nya, faktor r h o menyebabkan destabilisasi ikatan R N A - D N A sehingga transkrip R N A terlepas dari D N A cetakan. Skema pengakhiran transkripsi yang tergantung pada faktor r h o dapat dilihat pada Gambar 8.9. R N A polimerase G a m b a r 8.9 k S k e m a p e n g a k h i r a r \ t r a n s k r i p s i y a n g t e r g a n t u n g p a d a f a k t o r r h o .