Bab 13 Transkripsi Sintesis RNA

f 3 Transkripsi: Sintesis R N ASintesis RNA dari cetakan DNA disebut transkripsi. Transkripsi dikatalisis olehenzim yang dikenal sebagai RNA polimerase. Mekanisme kerja RNA dan DNA po-limerase sangat serupa, dengan satu perbedaan penting: RNA polimerase dapatmemulai sintesis untai baru. RNA polimerase menyalin cetakan DNA dalam arah 3' ke 5' dan mensintesis un-tai RNA dalam arah 5'ke S'. Karena RNA beruntai-tunggal, mekanisme transkripsitidak serumit mekanisme replikasi. Pada bakteri, sebuah RNA polimerase menghasilkan prekursor mRNA, rRNA,dan tRNA. Karena bakteri tidak memiliki inti, ribosom berikatan dengan mRNA se-waktu sedang ditranskripsikan dan sintesis protein berlangsung bersamaan denganproses transkripsi. RNA eukariotik mengalami transkripsi di inti oleh tiga RNA polimerase yangberbeda. Transkrip primer mengalami modifikasi dan pemangkasan untukmenghasilkan RNA matang yang kemudian berpindah ke sitoplasma untuk ikut ser-ta dalam proses translasi. Prekursor mRNA mengalami pemrosesan yang palingekstensif. Prekuror mRNA memiliki sebuah \"cap \"yang ditambahkan di ujung-5'dan sebuah \"ekor\" poli(A) di ujung-3'. Pada prekursor mRNA, ekson, daerah yangmembentuk mRNA matang, dipisahkan oleh intron, daerah yang tidak memilikifungsi mengkode dan dikeluarkan oleh reaksi penyambungan. Selama reaksipenyambungan, ekson-ekson saling dihubungkan untuk menghasilkan mRNAmatang. Pada eukariot, prekursor tRNA dan rRNA juga mengalami modifikasi danpemangkasan, walaupun tidak seluas seperti prekursor mRNA.1 ^ ^ ^ Ivy Sharer m e n g a l a m i b a t u k y a n g m e n g e l u a r k a n d a h a k k e a b u - a b u a n de-i ( i i ) ] ngan sedikit darah. Radiografi toraks memperlihatkan adanya infiltrat ber- kavitas d i kedua lapangan paru. Pewarnaan atas dahak memperlihatkanadanya basil tahan-asam, yang mengisyaratkan diagnosis tuberkulosis paru yang dise-b a b k a n o l e h Mycobacterium tuberculosis. Annie Myck a d a l a h s e o r a n g a n a k p e r e m p u a n b e r u s i a 4 t a h u n k e t u r u n a n Mediterania dengan tinggi badan dan berat badan kurang dari persentil ke-^ 20 untuk anak perempuan seusianya. I a tampak lesu, mudah lelah,d a nmengeluh tidak nafsu m a k a n serta lekas sesak apabila berolahraga. Terdapat nyeritumpul di kuadran atas kanan sejak 3 bulan terakhir. Kulitnya berwarna keabu-abuandan ia tampak pucat. Pemeriksaan laboratorium awal memperlihatkan anemia be-rat dengan hemoglobin 6,2 g/dL (rentang acuan 12-16 g/dL). Pemeriksaan hema-t o l o g i s l e b i h l a n j u t m e m p e r l i h a t k a n b a h w a A n n i e m e n d e r i t a t a l a s e m i a , t i p e interme-diate,_^O Yves Topaigne, y a n g t e l a h b e b a s d a r i g e j a l a g o u t ( p i r a i ) s e j a k m u l a i m e n - dapat inhibitor xantin oksidase alopurinol, m e m e t i k sejenis j a m u r dari daerah hutan dekat rumahnya. Beberapa j a m setelah makan suatu jamur ke-cil, ia merasakan m u a l ringan dan diare. Ia pergi ke unit gawat darurat rumah sakit, dim a n a s e o r a n g a h l i r a c u n m e n g e n a l i j a m u r t e r s e b u t s e b a g a i Amanita phalloidesC'death cap'').

t B A B 13 / TRANSKRIPSI: SINTESIS RNA 1 7 7• p \" - ^ Sellie D'Souder, s e o r a n g p e m r o g r a m k o m p u t e r b e r u s i a 2 8 t a h u n , m e n y a -|{^»|^] dari b a h w a dirinya semakin m u d a h lelah, adanya nyeri dada pleuritik, d a n• ^ • ^ batuk nonproduktif. Selain itu,iamengeluh nyeri sendi, terutama sendi ta-ngan. Terdapat ruam eritematosa makulopapular pada kedua pipi danbatang hidung( \" r u a m k u p u - k u p u \" a t a u \"butterfly rasK\") s e j a k 6 b u l a n t e r a k h i r . P e m e r i k s a a n l a b o r a -torium awal memperlihatkan hitung seldarah putih yang subnormal, penurunan rf-ngan hemoglobin, danproteinuria dengan sedikit peningkatan kreatinin serum. KERJA RNA POLIMERASEKerja R N A polimerase sangat mirip dengan kerja D N A polimerase, kecuali bahwaR N A polimerase dapat m e m u l a i sintesis rantai baru (Gbr. 13.1). Sebuah untai D N Aberfungsi sebagai cetakan, yang disalin dalam arah 3' k e 5'. Sintesis berlangsung da-lam arah 5' k e 3'.Ribonukleosida trifosfat A T P , G T P , C T P , d a n U T P berfungsi seba-gai prekursor, yang membentuk pasangan basa dengan nukleotida komplementerpada cetakan D N A . Fosfat yang melekat k e gugus 5'-hidroksilpada prekursor m e m -bentuk ikatan ester dengan gugus 3'-hidroksild iujung rantai R N A yang sedang tum-buh. Pelepasan pirofosfat dan pemutusannya oleh pirofosfatase untuk membentukdua fosfat inorganik menghasilkan energi yang membantu menjalankan reaksi poli-merisasi.

1 7 8 BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEINEnhancer Promotor Regio Karena R N A memiliki untai-tunggal, mekanisme transkripsi R N A tidak serumit5' pengkode seperti pada replikasi D N A . N a m u n , cetakan D N A memiliki duauntai. Akibatnya, -pada gen- untuk setiap gen, R N A polimerase harus m a m p u menentukan untai mana yang akan ditranskripsi. Urutan pada D N A menentukan d imana R N A polimerase akan berikat- Startpoint an, seberapa sering dan seberapa kuat ia berikatan, dan di mana transkripsi gen dimu- untuk transkripsi l a i ( G b r . 1 3 . 2 ) . U r u t a n i n i , y a n g d i k e n a l s e b a g a i p r o m o t o r (promoter), b i a s a n y a t e r l e - t a k d e k a t d e n g a n t i t i k d i m a n a t r a n s k r i p s i d i m u l a i t i t i k m u l a i (startpoint). U r u t a n l a i n ,Gbr. 13.2. Bagian gen yang mengatur trans- y a n g d i k e n a l s e b a g a i enhancer, j u g a m e m p e n g a r u h i f r e k u e n s i t r a n s k r i p s i , t e t a p ikripsi. Regio pengkode pada gen mengandung mungkin terletak cukup jauh, kadang-kadang berjarak ribuan nukleotida, dari titikinformasi untuk urutan asam amino pada pro- mulai (startpoint).tein. Subunit JENIS RNA POLIMERASE Enzim inti Sel bakteri memiliki satu R N A polimerase yang mentranskripsikan semua jenis R N A . R N A p o l i m e r a s e Escherichia coli m e r j i i l i k i e m p a t s u b u n i t ( a 2 p P ' ) , y a n g m e m b e n t u kG b r . 1 3 . 3 . R N A p o l i m e r a s e E. coli. E n z i m i n t i enzim inti. E n z i m aktif (holoenzim) memiliki inti ini dan subunit kelima yang disebutmengandung dua subunit-a, satu subunit-P, f a k t o r CT ( s i g m a ) ( G b r . 1 3 . 3 ) . F a k t o r a d i p e r l u k a n u n t u k p e n g i k a t a n p o l i m e r a s e k e r e -dan satu subunit-(3'. Faktor-a adalah sebuah g i o p r o m o t o r s p e s i f i k p a d a c e t a k a n D N A . E. coli m e m i l i k i s e j u m l a h f a k t o r a ( s i g m a )subunit yang berhubungan dengan enzim inti, yang mengenali regio promotor pada kelompok gen yang berbeda. Faktor a primermemungkinkannya berikatan dengan regio adalah a^^, suatu p e n a n d a a n y a n g berkaitan d e n g a n berat m o l e k u l n y a 70.000.promotor pada gen spesifik. Berlainan dengan prokariot, sel eukariotik memiliki tiga R N A polimerase (Tabel 13.1). Polimerase I menghasilkan sebagian besar r R N A , polimerase I I menghasilkan m R N A , dan polimerase III menghasilkan R N A kecil, misalnya t R N A dan r R N A 5S. Semua R N A polimerase memiliki mekanisme kerja yang sama. Namun, R N A p o - limerase mengenali jenis promotor yang berbeda. tURUTAN GEN P a s i e n acquired immunodefi- Berdasarkan perjanjian, urutan nukleotida pada suatu gen diwakili oleh huruf-huruf basa nitrogen pada untai pengkode dupleks D N A . Urutan tersebut tertulis dari kiri k e ciency syndrome ( A I D S ) s e r i n g kanan dalam arah 5'k e3'(Gbr. 13.4). Untai lain pada heliks D N A berfungsi sebagai untai cetakan yang sebenarnya digunakan oleh R N A polimerase selama proses trans- menderita tuberkulosis. Setelah kripsi. Untai cetakan D N A bersifat komplementer dan antiparalel baik terhadap untai pengkode (bukan cetakan) D N A maupun terhadap transkrip R N A yang dihasilkanp e w a r n a a n d a h a k Ivy S h a r e r m e n g i s y a - dari cetakan. Dengan demikian, untai pengkode pada D N A identik dalam urutan basa dan arah transkrip dengan R N A kecuali, tentu saja, b a h w a setiap kali untai D N A i n iratkan bahwa ia menderita tuberkulosis, mengandung sebuah T , transkrip R N A mengandung U (Gbr. 13.4).rejimen obat antituberkulosis multipel, Selama translasi, m R N A dibaca dari 5' k e 3' dalam satuan yang terdiri dari tiga basa (disebut kodon) yang menentukan urutan asam amino pada protein. Dengan de-yang mencakup sebuah antibiotik dari mikian, urutan basa untai pengkode pada D N A dapat secara langsung digunakan un- tuk menentukan urutan asam amino pada protein.golongan rifamisin (rifampin), segera dibe- B a s a d a l a m u n t a i p e n g k o d e p a d a g e n y a n g b e r f u n g s i s e b a g a i t i t i k m u l a i (start-rikan. Dilakukan pembiakan dahak untuk point) u n t u k t r a n s k r i p s i d i b e r i n o m o r + 1 ( G b r . 1 3 . 5 ) . N u k l e o t i d a i n i c o c o k d e n g a n nukleotida pertama yang dimasukkan k edalam R N A d iujung-5' transkrip. Nukleo-memastikan diagnosis. tida selanjutnya di dalam bagian gen yang mengalami transkripsi diberi nomor +2, +3, dan seterusnya menuju ujung-3' gen. Urutan yang tidak ditranskripsi di sebelah kiri ti-Rifampin menghambat R N A polime-rase bakteri dan secara selektif mematikanbakteri penyebab Infeksi. R N A polimeraseinti p a d a sel eukariotik tidak terpengaruh.Walaupun rifampin dapat menghambatsintesis R N A mitokondria, dosis yang di-perlukan jauh lebih besar daripada dosisyang digunakan untuk pengobatan tu-berkulosis. Tabel 1 3 . 1 . RNA Polimerase Eukariotik Enzim RNA yang Dihasilkan RNA polimerase 1 rRNA RNA polimerase II mRNA RNA polimerase III tRNA dan RNA kecil lainnya

BAB 13 / TRANSKRIPSI: SINTESIS RNA 1 7 9 Untai pengkode DNA 5 ' - A T G C C A G T A G G C C A C T T G T C A - 3 ' Untai cetakan DNA 3 ' - T A C G G T G A T C C G G T G A A C A G T - 5 ' Protein S ' - A O G C C A G U A G G C C A C U U G U C A - S ' ^ - - H ' T-^M ^ 4-^ S - mRNA N - M e t ~ P r o - V a l - G l y H i s L e u S e r - CGbr. 13.4. Hubungan antara untai pengkode D N A , untai cetakan D N A ,transkrip m R N A , danprotein yang dihasilkan dari gen. Basa pada m R N A digunakan dalam kumpulan yang terdiridari tiga basa (disebut kodon) untuk menentukan urutan asam amino yang disisipkan ke dalamrantai polipeptida yang sedang tumbuh selama proses translasi. regio sisi 5' • - Regio yang ditranskripsi Promotor - j—Intron Tempat Tempat Sinyal peng- peng- Sinyal Sinyal loiKpnt henti tambahan Boks CAAT. Boks Tempat mulai gabungan gabungan protein poliadenilasi boks GC TATA cap poli (A;Enhancer protein kiri kananDNA- • - { ~ ~ | - ^ ^ [ - - [ T A T A T A A [rfPyAPy H H ^ ^ ^ \" ^ H^^^^gil\" TGA ^ AATAAA -110 -40 -30 - 2 0 + 1 hnRNA c a p Intron . poli A 5' AUG ^ N / X > ^ > ^ UGA' \ DIga- / \bung / mRNA c a p AUG' UGA' 5' ProteinGbr. 13.5. Stniktur sebuah gen eukariotik dan produk. Py = pirimidin.tik mulai, yang dikenal sebagai daerah sisi-5' gen, diberi nomor -1,-2, -3, dan se-terusnya, dimulai dengan nukleotida (-1) yang terletak tepat di sebelah kiri titik mulaidan dihitung dari kanan ke kiri. Apabila urutan gen diibaratkan suatu sungai, urutan disebelah kiri titik mulai dikatakan bergerak ke hulu dari titik mulai sedangkan yang ter-letak di sebelah kanan dikatakan bergerak ke hilir.Pengenalan Gen oleh RNA PolimeraseAgar gen dapat diekspresikan, R N A polimerase harus mengetahui titik yang tepat un-tuk memulai transkripsi dan untai D N A yang akan ditranskripsi (untai cetakan). R N Apolimerase juga harus mengenal gen mana yang harus ditranskripsi karena gen yangditranskripsi tersebut hanyalah sebagian kecil dari gen total dan gen yang ditrans-kripsi berbeda dari satu jenis sel ke jenis lain dan berubah-ubah pada keadaan fisiolo-gis. Sinyal pada D N A y a n g d i k e n a l i o l e h R N A polimerase disebut sebagai p r o m o t o r .Promotor adalah urutan pada D N A (sering disebut boks atau elemen) yang menentu-k a n t i t i k m u l a i (startpoint) d a n f r e k u e n s i t r a n s k r i p s i . K a r e n a t e r l e t a k p a d a m o l e k u lD N A yang sama dan dekat dengan gen yang promotor atur, promotor tersebut dika-t a k a n b e r s i f a t cis-acting ( b e r t i n d a k s e b a g a i cis). P r o t e i n y a n g b e r i k a t a n d e n g a n u r u t a nD N A ini dan mempermudah atau menghambat pengikatan R N A polimerase dika-t a k a n b e r s i f a t trans-acting ( b e r t i n d a k s e b a g a i trans) k a r e n a p r o t e i n t e r s e b u t d i k o d eoleh gen yang berbeda dari gen yang ikut mereka atur.

t 8 0 BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEIN Regio Gen Regio Promotor pada Gen untuk mRNApromotor struktural Regio promotor pada gen yang menghasilkan m R N A memiliki sejumlah urutan kon- Transkripsi sensus (Gbr. 13.6). Apabila dilakukan pemeriksaan terhadap banyak gen,urutan yang paling sering dijumpai pada suatu regio tertentu disebut urutan konsensus. Urutan polisistronik / X / \ / \ / \ / \ / \ / y a n g t e r l e t a k p a l i n g d e k a t d e n g a n t i t i k m u l a i (startpoint) b i a s a n y a b a n y a k m e n g a n - d u n g r e s i d u a d e n i n d a n t i m i n . P a d a E. coli, u r u t a n k o n s e n s u s u n t u k r e g i o p r o m o t o r Translasi ini, yang terpusat d isekitar -10,adalah T A T A A T . Urutan ini dikenal sebagai boks T A T A atau P r i b n o w d a n dikenai oleh faktor a^^ sigma primer. U r u t a n serupa d i regio Protein Protein Protein -25 gen eukariotik memiliki urutan konsensus T A T A ( A / T ) A . A / T d iposisi kelima ABC mengisyaratkan bahwa A atau T ditemukan dalam frekuensi yang sama. Urutan eukariotik ini dikenal dengan nama boks T A T A . Urutan ini kadang-kadang dinamaiGbr. 13.7. Operon bakteri. Sebuah sistron boks Hogness atau Hogness-Goldberg, berdasarkan nama para penemunya. Regiomengkode sebuah protein. Pada bakteri, se- yang kaya A T pada promotor berikatan dengan protein yang mempermudah pengikat-buah promotor dapat mengontrol transkripsi a n R N A p o l i m e r a s e d a n m e n e n t u k a n t i t i k m u l a i (startpoint) t r a n s k r i p s i .banyak sistron. Tampak sebuah m R N A polisis-tronik mengalami transkripsi. Translasinya Urutan lain yang terlibat dalam pengikatan R N A polimerase ditemukan di daerahmenghasilkan sejumlah protein. hulu pada regio promotor (lihat Gbr. 13.6). Promotor bakteri memiliki sebuah urutan T T G A C A di regio -35. Eukariot sering memiliki boks C A A T dan urutan kaya G Cdi Annie Myck mengidap salah regio antara -40 dan -110. satu bentuk talasemia. T a - Pada bakteri, sejumlah gen penghasil-protein dapat digabung bersama-sama dan dikontrol oleh sebuah promotor. Unit genetik ini disebut operon (Gbr. 13.7). Protein lasemia adalah anemia berikatan dengan promotor dan menghambat atau mempermudah transkripsi operon. Represor adalah protein yang berikatan k e suatu regio dipromotor yang dikenal seba-herediter yang merupakan gangguan gen gai operator danmenghambat transkripsi dengan mencegah pengikatan R N A polime- rase. Aktivator adalah protein yang merangsang transkripsi dengan berikatan k e regioyang paling sering dijumpai di seluruh -35 atau lebih k e hulu, dan mempermudah pengikatan R N A polimerase. Operon dije-d u n i a , d e n g a n a n g k a p e m b a w a {carrier laskan lebih rinci di Bab 15.rate) h a m p i r 7 % . P e n y a k i t i n i p a l i n g b a - Pada eukariot, protein yang dikenal sebagai faktor transkripsi (atau faktor basal)nyak dijumpai dinegara-negara di sekitar berikatan dengan boks T A T A danmempermudah pengikatan R N A polimerase II,po- limerase yang mentranskripsikan m R N A (Gbr. 13.8). Proses pengikatan ini melibat-laut Mediterania. Mutasi yang menyebab- kan paling sedikit enam faktor transkripsi (diberi nama TFII, faktor transkripsi untuk R N A p o l i m e r a s e I I ) . P r o t e i n p e n g i k a t - T A T A {TATA-binding protein, T B P ) m u l a -kan talasemia mengenai sintesis rantai-aglobulin, atau rantai-p globulin, menye-babkan penurunan produksi hemoglobindan, akibatnya, anemia. Mutasi dapat ter-jadi disatu atau kedua alel untuk gen yangmembentuk rantai bersangkutan. Hete-rozigot hanya memiliki satu alel mutan.Oleh karena itu, separuh rantai globin Promotor prokariotikpenderita akan normal d a n para \"pem- I RNA polimerase berikatan -bawa\" ini asimptomatik (tidak bergejala). Represor mengikat dan menghambat transkripsiPada homozigot, kedua alel mengalami Aktivator mengikat dan merangsang transkripsimutasi. Tergantung pada keparahan efekmutasi, penderita inimungkin mempro- - 7 0 •30 - 2 0 Pu -TTGACA- Pyduksi sebagian globin fungsional (fenotipP') a t a u t i d a k s a m a s e k a l i ( f e n o t i p p°). -35 Antara +1Mutasi titik did a l a m boks T A T A (A -» G -7 dan-10atau A-> C diregio -28sampai -31) meng- mRNAh a s i l k a n f e n o t i p p*. M u t a s i i n i m e n u r u n k a n Promotor eukariotikt i n g k a t k e t e p a t a n t i t i k m u l a i (startpoint)transkripsi sehingga hanya 20-25% glo-bin-p normal yang disintesis. T e l a h dite- Elemen ke hulum u k a n mutasi lain yang terletak lebih k e -110 -40 -30 -20hulu di regio promotor (-87C - >G dan -88 —• Kedua Pertama • T A T A ^A ' T - PyAPyC T )yang menurunkan frekuensi trans-kripsi dan menyebabkan penurunan jum- Boks TATA Tempat cap +1lah globin-p n o r m a l (fenotip p').K a r e n a Annie Myck m e m b e n t u k Boks atau regio CAAT kaya -GCsebagian rantai globin-p fungsional mRNA(hemoglobinnya 6,2 g/dL), ia mungkin ber-sifat homozigot untuk mutasi didalam re-gio promotor g e n globin-p. Gbr. 13.6. Promotor prokariotik dan eukariotik. P u = purin; Py = pirimidin

BAB 13 / TRANSKRIPSI: SINTESIS RNA 1 8 1Gbr. 13.8.Perangkat transkripsi. Protein pengikat-TATA (TBP) berikatan dengan boksT A T A . Faktor transkripsi A dan B berikatan dengan T B P . R N A polimerase berikatan, laludiikuti oleh faktor E, F, dan H . Kompleks ini dapat melakukan transkripsi dengan kecepatan ba-sal. Apabila protein koaktivator berikatan dengan T B P dan dengan protein transaktivator trans-k r i p s i o n a l y a n g m e l e k a t k e enhancer, f r e k u e n s i t r a n s k r i p s i s a n g a t m e n i n g k a t . P e n g i k a t a n p r o -t e i n r e p r e s o r k e p e r e d a m {silencer) m e n u r u n k a n k e c e p a t a n t r a n s k r i p s i . D i s a d u r d a r i T j i a n R .Molecular mechanisms that controlgenes. H a k cipta© 1 9 9 5 oleh Scientific American, Inc. S e -mua hak dilindungi.mula berikatan dengan boks T A T A . T F I I A dan TFIIB berinteraksi dengan T B P . R N Apolimerase I I berikatan dengan kompleks faktor transkripsi dan dengan D N A , dand i s e j a j a r k a n d i t i t i k m u l a i (startpoint) u n t u k t r a n s k r i p s i . T F I I E , T F I I F , d a n T F I I H k e -mudian ikut berikatan, memutuskan A T P , danmencetuskan transkripsi gen. Denganhanya faktor transkripsi (atau basal) d a n R N A polimerase I Iyang melekat, g e nmengalami transkripsi dengan kecepatan rendah atau basal.E n h a n c e r dan PeredamEnhancer d a n p e r e d a m (silencer) a d a l a h e l e m e n D N A y a n g m e n g a t u r f r e k u e n s i t r a n s -kripsi genpada seleukariotik. Elemen-elemen ini menentukan kecepatan kompleksbasal mencetuskan transkripsi (lihat Gbr. 13.8). Elemen ini berbeda dari promotoryaitu bahwa urutan elemen ini tidak serupa dan mungkin terletak ribuan pasanganb a s a j a u h n y a d a r i t i t i k m u l a i (startpoint) t r a n s k r i p s i . Enhancer d a n p e r e d a m b e r s i f a tbebas orientasi (yaitu, urutan dapat berjalan dalam duaarah). Elemen ini juga bebasposisi (yaitu, elemen ini secara eksperimental dapat dipindahkan k e tempat yangj a r a k n y a b e r b e d a - b e d a d a r i t i t i k m u l a i (startpoint) d a n t e t a p m e r a n g s a n g t r a n s k r i p s i ) . Enhancer d i t e m u k a n b a i k k e a r a h h u l u , k e h i l i r , a t a u d i d a l a m g e n . L o k a s i n y ayang aneh menyebabkan timbulnya pendapat, yang ditunjang oleh bukti eksperimen-t a l , b a h w a enhancer b e r i k a t a n d e n g a n p r o t e i n ( d i s e b u t t r a n s a k t i v a t o r t r a n s k r i p s i o n a l )

1 8 2 BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEIN y a n g m e n y e b a b k a n t e r b e n t u k n y a l e n g k u n g p a d a D N A . D e n g a n d e m i k i a n , enhancer diperkirakan dibawa mendekat k eregio promotor gen. Transaktivator transkripsional y a n g b e r i k a t a n d e n g a n u r u t a n enhancer d i p e r k i r a k a n m e r a n g s a n g t r a n s k r i p s i m e l a l u i koaktivator yang membentuk interaksi protein:protein antara transaktivator transkrip- sional danfaktor transkripsi yang melekat k e regio boks T A T A (lihat Gbr. 13.8). Peredam adalah urutan D N A yang berikatan dengan protein yang berfungsi untuk menghambat kecepatan transkripsi. TRANSKRIPSI GEN BAKTERI ^S^^l^^i Pengikatan R N A polimerase keregio promotor pada D N A menyebabkan untai-untai D N A terbuka danterpisah d i dalam suatu regio yang panjangnya sekitar 10-20 n u - kleotida. Sewaktu polimerase melakukan transkripsi D N A , regio heliks yang belum ditranskripsi terus terpisah, sementara regio cetakan D N A yang telah ditranskripsi kembali bergabung dengan pasangannya (Gbr. 13.9). Faktor sigma dibebaskan se- waktu rantai R N A yang sedang tumbuh mencapai panjang sekitar 10 nukleotida. Reaksi pemanjangan terus berlangsung sampai R N A polimerase menjumpai sinyal terminasi (penghentian) transkripsi. Salah satu jenis sinyal terminasi terdiri dari pem- bentukan lengkung tajam d itranskrip, mendahului sejumlah residu U . Jenis kedua mekanisme terminasi meliputi pengikatan suatu protein, faktor rho, yang menyebab- kan pelepasan transkrip R N A dari cetakan. Sistron adalah regio pada D N A yang mengkode sebuah protein. Pada bakteri, m R N A biasanya dibentuk dari sebuah operon sebagai suatu transkrip polisistronik (transkrip yang mengandung informasi untuk menghasilkan sejumlah protein yang berbeda). Transkrip polisistronik ditranslasikan selagi mengalami transkripsi. Trans- krip initidak mengalami modifikasiatau pemangkasan, dan tidak mengandung intron (regio d i dalam urutan pengkode pada transkrip yang dikeluarkan sebelum translasi berlangsung). Beberapa protein yang berbeda dihasilkan selama translasi transkrip polisistronik, satu untuk masing-masing sistron (lihat Gbr. 13.7). Untai D N A pengkode RNA polimerase (non-cetakan) 13.1: D iregio dim a n a D N A se- Untai cetakan Nukleosida dang mengalami transkripsi, DNA trifosfat dua untai D N A harus dipisah-kan. Pasangan basa A T di D N A disatukan Tempathanya oleh d u aikatan hidrogen, semen- sintesis R N Atara pasangan G C memiliki tiga ikatan hi-drogen. Oleh karena itu,diregio D N A yang Transkrip R N Akaya akan A T , kedua untai lebih mudahdipisahkan daripada di regio yang m e - Arah transkripsi R N Angandung pasangan basa GO. G b r . 1 3 . 9 . M e k a n i s m e t r a n s k r i p s i . D a r i W o l f e S L . Mol Cell Biol 1 9 9 3 : 5 7 9 .

BAB 13 / TRANSKRIPSI: SINTESIS RNA 1 8 1 Pada prokariot, r R N A dihasilkan sebagai sebuah transkrip yang panjang yang ••o Jamur yang dipetik oleh Yvesmengalami proses pemutusan untuk menghasilkan r R N A 16S, 23S, dan 5S. t R N A Topaigne mengandung suatujuga berasal dari pemutusan transkrip yang lebih besar (Gbr. 13.10). Salah satu enzimpemutus, RNase P mengandung sebuah molekul R N A yang mengkatalisis reaksi pe- toksin, a-amanitin, yangmutusan. menghambat R N A polimerase eukariotik. TRANSKRIPSI GEN EUKARIOTIK Toksin ini sangat efektif dalam mengham-Proses transkripsi pada eukariotik d a nprokariotik serupa. R N A polimerase berikatandengan kompleks faktor transkripsi d iregio promotor, heliks terurai d idalam regio bat kerja R N A polimerase II. Toksin inid e k a t t i t i k m u l a i (startpoint) t r a n s k r i p s i , t e r j a d i p e m i s a h a n u n t a i D N A , s i n t e s i s t r a n s -krip R N A dimulai, lalu transkrip R N A memanjang, menyalin cetakan D N A . Untai mula-mula menimbulkan gangguan salur-D N A memisah sewaktu polimerase mendekat danbersatu kembali sewaktu polime-rase lewat. Perbedaan utama adalah bahwa eukariot memiliki mekanisme yang lebih an cerna, lalu gangguan keseimbanganrumit untuk mengolah transkrip, terutama prekursor m R N A . Eukariotjuga memilikitiga polimerase, sedangkan prokariot memiliki satu polimerase. elektrolit d a nd e m a m , diikuti oleh disfungsi Perbedaan lain mencakup kenyataan bahwa m R N A eukariotik biasanya memiliki hati d ^ n ginjal. Antara 4 0 % sampai 9 0 % in-informasi pengkode hanya untuk satu protein dan bahwa R N A eukariotik mengalamitranskripsi diinti lalu bermigrasi k esitoplasma di mana proses translasi berlangsung. dividu yang menelan a-amanitIn akan meninggal dalam beberapa hari. pppNiN2N3....{mRNA)Sintesis mRNA Eukariotik Capi PPN1N2N3., •GTPTRANSKRIPSI DAN PEMBENTUKAN CAP mRNA PPiPada eukariot, m R N A dihasilkan oleh R N A polimerase I I sebagai sebuah transkrip G(6')pppNiN2N3...R N A i n t i h e t e r o g e n y a n g b e s a r ( h n R N A ) . \"Capping\"' t r a n s k r i p p r i m e r i n i t e r j a d i s e -l a m a p r o s e s t r a n s k r i p s i b e r l a n g s u n g d i u j u n g - 5 ' . Cap ( l i h a t G b r . 1 1 . 2 9 ) d i h a s i l k a n d a r i -SAMGTP, yang dihubungkan melalui tiga gugus fosfat k egugus 5'-hidroksil nukleotida (donor metil)pertama pada transkrip (Gbr. 13.11). Guanin yang ditambahkan mengalami metilasi SAHdi posisi 7.Metilasi juga dapat terj^^i pada 2'-hidroksil ribosa pada nukleotida per-t a m a , a t a u k a d a n g - k a d a n g n u k l e o t i d a k e d u a , y a n g m e n g a l a m i t r a n s k r i p s i . Cap i n i m7G(5')pppNiN2N3...berfungsi dalam pengikatan m R N A matang k eribosom selama sintesis protein. — SAMP E N A M B A H A N E K O R POLI(A) SAH m^G(5')pppNimN2N3.R N A polimerase terus mentranskripsikan D N A , transkrip mengalami pemutusan olehenzim sekitar 10-20 nukleotida k e arah hilir dari urutan poliadenilasi ( A A U A A A ) Transpor ke(Gbr. 13.12). Setelah pemutusan ini,terjadi penambahan ekor poli(A) k e transkrip. sitoplasma mRNA (nukleosicia-2'-) •SAM metiltransferase Cap II S-^SAH m7G(5')pppNimN2mN3..,Gbr. 13.10. T r a n s k r i p r R N A d a n t R N A b a k t e r i . S a t u p r e k u r s o r b e s a r m e n g a l a m i p e m u t u s a n Gbr. 13.11. S i n t e s i s cap-5'. N u k l e o t i d a p a d a(di tanda panah) untuk menghasilkan r R N A 16S, 23S, dan5S danbeberapa tRNA. u j u n g - 5 ' m R N A ( N , , N2, d a n N3) t e r l i b a t d a l a m p e m b e n t u k a n ccq?. G T P m e m b e r i k a n r e s i d u guanin y a n g m e n g a l a m i metilasi oleh S'-ade- nosilmetionin ( S A M ) , yang menjadi 5'-adeno- silhomosistein (SAH). Ribosa pada nukleotida pertama ( N i ) mengalami metilasi pada gugus 2 ' - h i d r o k s i l u n t u k m e m b e n t u k s t r u k t u r cap I . M e t i l a s i k e d u a ( p a d a r i b o s a N2) j u g a d a p a t t e r - j a d i , m e m b e n t u k cap 11.

t 8 4 BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEINcap 5 ' Sinyal Tempat Tidak terdapat urutan poli(T) pada cetakan D N A yang setara dengan ekor ini; urutan poliadenilasi ekor ini ditambahkan setelah transkripsi. A T P berfungsi sebagai prekursor untuk pe- •—AAUAAA— —pemutusan nambahan adenin nukleotida k eujung-3' transkrip. A d e n i n nukleotida tersebut ditam- bahkan satu per satu, d imana poli(A) polimerase mengkatalisis setiap penambahan itu (lihat Gbr. 13.12).cap 5 ' - -AAUAAA- PENGELUARAN INTRON ATP poli(A) poiTmerase Transkrip eukariotikmemiliki regio-regio yang dikenal sebagai ekson dan intron. Ek- son terdapat pada m R N A matang. Intron dikeluarkan dan tidak dijumpai pada m R N Acap 5 ' - - AAUAAA AA matang (Gbr. 13.13). Oleh karena itu, intron tidak ikut menentukan urutan asam amino pada protein. Beberapa gen mengandung 5 0atau lebih intron. Intron-intron ini Pengulangan secara cermat dikeluarkan dan ekson-ekson disambung menjadi satu, sehingga dapat penambahan ATP dihasilkan protein yang sesuai dari gen. dan pelepasan P P Urutan konsensus di batas ekson/intron pada h n R N A adalah A G G U ( A G G T padacap 5 ' - - AAUAAA- D N A ) . Urutan d isisi ekson dari batas tersebut dapat bervariasi sampai suatu tingkat, tetapi hampir semua intron berawal dengan 5' G Ud a n berakhir dengan 3'A G (Gbr. (n) dapat mencapai 200 13.14) . Oleh karena itu, urutan ini d itempat penyambungan kiri intron dan tempat penyambungan kanan intron bersifat konstan (invarian). Karena setiap kombinasi 5'Gbr. 13.12. Sintesis ekor poli(A). Sewaktu G U dan3'A G tidak menghasilkan pembentukan tempat penggabungan fungsional,R N A polimerase terus mentranskripsikan jelas terdapat sifat lain dalam ekson dan/atau intronyang membantu menetapkan tem-D N A , enzim memutuskan transkrip (hnRNA) pat penggabungan yang sesuai. Sifat tersebut, yang saat ini tidak diketahui, m u n g k i ndi titik yang jaraknya 10-20 nukleotida di be- tidak melibatkan urutan basa spesifik. N a m u n , sifat tersebut m u n g k i n terbukti sebagailakang tempat poliadenilasi ( A A U A A A ) . Lalu regio struktur sekunder.dilakukan penambahan adenin nukleotida diujung-3' h n R N A , satu persatu, oleh poli(A) S u a t u s t r u k t u r k o m p l e k s y a n g d i k e n a l s e b a g a i spliceosome m e m a s t i k a n b a h w apolimerase. ekson-ekson disambung menjadi satu dengan tingkat ketepatan yang tinggi (Gbr. 1 3 . 1 5 ) . R i b o n u k l e o p r o t e i n i n t i y a n g b e r u k u r a n k e c i l ( s n R N P ) , y a n g d i s e b u t ''snurp'\ b e r p e r a n d a l a m p e m b e n t u k a n spliceosome. K a r e n a b a n y a k m e n g a n d u n g u r a s i l , snurp diidentifikasi dengan nomor yang didahului oleh huruf U . Snurp U I b e r i k a t a n d e n g a n t a u t e k s o n / i n t r o n p e r t a m a , U 2 b e r i k a t a n d e n g a n s u a t u regio d idalam intron yang mengandung sebuah residu adenin nukleotida (lihat Gbr. 1 3 . 1 5 ) . G u g u s snurp l a i n , U 4 , U 5 , d a n U 6 , b e r i k a t a n d e n g a n k o m p l e k s , m e n y e b a b - kannya berbentuk struktur yang melengkung. Fosfat yang melekat ke G di ujung-5' in- tron membentuk ikatan 2'-5' dengan gugus 2'-hidroksilpada residu adenin nukleotida. Pemutusan terjadi d iujung ekson pertama, yang tetap dipertahankan d i tempatnya o l e h spliceosome. P e m u t u s a n k e d u a t e r j a d i d i u j u n g - 3 ' i n t r o n s e t e l a h u r u t a n A G . I n - t r o n , y a n g b e r b e n t u k s e p e r t i s e b u a h t a l i p e n j e r a t t e r n a k {lasso, lariai), d i l e p a s k a n d a n diuraikan menjadi nukleotida. Ekson-ekson digabung menjadi satu (lihat Gbr. 13.15). Ekson sering mengkode ranah (domain) struktural atau fungsional protein yang terpisah. D isepanjang evolusi m u n g k i n terjadi suatu proses yang dikenal sebagai hnRNAI cap 5' n T ^ — H ^ 2 > r F ] — — poli{A) Salah satu jenis talasemla-p* mRNA cap 5 ' | 1 [ 2 \"Ts 4 I 5 I 6 I p o l i ( A ) disebabkan oleh mutasi titik (AATAAA ^ AACAAA) yang Gbr. 13.13. Ekson dan intronpada h n R N A . Introndikeluarkan dan ekson (diberi nomor 1 sam-mengubah sinyal pemutusan d a n poli- pai 6)digabung menjadi satu untuk membentuk m R N A .adenilasi dih n R N A dari A A U A A A menjadiAACAAA. Individu homozigot dengan mu- |_Ekson-| Intron—f- Ekson-|tasi Ini hanya menghasilkan sepersepuluhdari jumlah m R N A globin-p. mRNA cap 5 ' AG:GU^ «AGJGU 3' K a r e n a Annie Myck mengidaptalasemia-P\", mungkin ia memiliki mutasi Gbr. 13.14. U r u t a n t a u t p e n g g a b u n g a n p a d a h n R N A .sinyal poliadenilasi.

hnRNA BAB 13 / TRANSKRIPSI: SINTESIS RNA 1 8 5 Beberapa jenis talasemia dise- babkan oleh mutasi di urutan taut penyambungan dibatas in- tron/ekson. P a d a beberapa individu, m u - tasi terjadi di ujung-5' intron pertama d a n kedua. Pada g e n G T digantikan oleh A T . Mutasi juga terjadi di dalam urutan taut penyambungan di ujung-3' intron. Mutasi taut penyambungan inimenimbulkan t a - lasemia-p°. K a r e n a Annie Myck m e n g i d a p talasemia-p\ kecil k e m u n g k i n a n n y a bah- w a ia mengalami mutasi taut penyambungan. Ekson 1 Ekson 2 Dilakukan pemeriksaan terha- d a p d a r a h Sellie D'Souder u n - tuk menentukan apakah terda- pat antibodi t e r h a d a p s e j u m l a h antigen inti dan sitoplasma. Pemeriksaan tersebut m e m b e r i hasil positif kuat d a n , b e r s a m a dengan gejalanya, menghasilkan diagno- sis lupus eritematosus sistemik (LES). P a d a g a n g g u a n ini, tubuh m e m b e n t u k berbagai antibodi terhadap banyak dari k o m p o n e n dirinya. s n R N P adalah salah satu sasaran antibodi tersebut. Pada ke- nyataannya, s n R N P ditemukan sebagai hasil penelitian yang menggunakan anti- bodi yang diperoleh dari penderita L E S .G b r . 13.15. Proses penyambungan. Ribonukleoprotein inti (snRNP U I sampai U 6 ) berikatandengan intron dan menyebabkannya membentuk lengkungan. Pemutusan ditempat pengga-b u n g a n s e b e l a h k i r i m e n y e b a b k a n e k s o n 1 l e p a s , t e t a p i t e t a p m e l e k a t k e k o m p l e k s (sliceo-some). T e r b e n t u k i k a t a n 2 ' - 5 ' a n t a r a r e s i d u G d a n A . P e m u t u s a n k e d u a m e m b e b a s k a n e k s o n 2 ,y a n g d i s a m b u n g k a n k e e k s o n 1 . I n t r o n b e r b e n t u k t a l i lasso d i b e b a s k a n .exon shuffling, s e h i n g g a d a p a t d i c i p t a k a n p r o t e i n b a r u d e n g a n f u n g s i s e r u p a d e n g a nfungsi protein lain.MIGRASI mRNA K E SITOPLASMAm R N A m a t a n g y a n g t i d a k m e n g a n d u n g i n t r o n , m e m b e n t u k cap d i u j u n g - 5 ' d a n d i -lengkapi dengan sebuah ekor poli(A), membentuk kompleks dengan protein dan ber-gerak menembus pori-pori d iselubung inti menuju sitoplasma (Gbr. 13.16). D i sito-plasma m R N A tersebut bergabung dengan ribosom dan mengarahkan penggabunganasam amino k edalam protein.Sintesis rRNA EukariotikPada eukariot, tiga dari empat r R N A dihasilkan oleh R N A polimerase I di dalam nuk-l e o l u s . G e n d i r e g i o o r g a n i s a t o r (organizer) n u k l e o l u s m e n g h a s i l k a n s e b u a h t r a n s k r i pbesar 4 5 S yang terurai untuk membentuk r R N A 18S, 28S, dan 5,8S. Sekitar 1.000genj e n i s i n i t e r d a p a t d a l a m g e n o m m a n u s i a . G e n i n i b e r i k a t a n d u a - d u a (tandem), d i p i s a h -k a n o l e h r e g i o spacer y a n g m e n g a n d u n g s i n y a l t e r m i n a s i u n t u k s a t u g e n d a n p r o m o t o runtuk genberikutnya (Gbr. 13.17). Promotor untuk g e nr R N A terletak d i regiop e n g a p i t - 5 ' (5'-flanking region) p a d a g e n d a n m e l u a s k e r e g i o y a n g m e n g e l i l i n g i t i t i km u l a i (startpoint).

1 8 6 BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEIN gen prekursor rRNA rRNADNA 5' NukleotidaGbr. 13.17. G e n r R N A sedang mengalami Cap 5' ttranskripsi. G e n rRNA, yang berhubungand u a - d u a (tandem), m e n g a l a m i t r a n s k r i p s i d a n Cap 5' ^ntron^menghasilkan prekursor r R N A . Gen-gen terse-b u t d i p i s a h k a n o l e h r e g i o spacer y a n g t i d a k d i - ^ Cap 5*transkripsi. i / Cap 5' «DNA 3V poij(A) hnRNA Selubung r******^^ Pori-pori pQ,j(A) Inti hnRNA Gbr. 13.16. Ringkasan sintesis m R N A . Proses transkripsi cetakan D N A menghasilkan h n R N A . h n R N A mengalami pengolahan berupa penambahan cap-5' danekor poli(A) serta reaksi penyambungan untuk menyatukan ekson-ekson dan menyingkirkan intron. Produk yang terbentuk, m R N A , bermigrasi ke sitoplasma.Gbr. 13.18. Mikrograf elektron nukleolus. F • G e n r R N A yang tertangkap oleh mikrograf elektron sewaktu melakukan trans-regio fibrosa. G = regio granular. kripsi memperlihatkan bahwa molekul-molekulR N A polimerase I m u n g k i n melekat ke suatu gen pada setiap saat. S e w a k t u polimerase i n i bergerak k e arah ujung-3' gen,45S| transkrip menjadi semakin panjang. Dengan demikian, gen yang secara aktif menga- lami transkripsi tampak seperti bulu (atau dalam tiga-dimensi, pohon cemara) dengan 41S| cabang-cabang yang lebih pendek muncul dari satu ujung yang tumbuh memanjang ke arah ujung lainnya. 20S| I32S T r a n s k r i p s i g e n r R N A , y a n g t e r l e t a k d i r e g i o o r g a n i s a t o r (organizer) n u k l e o l u s 18S| 15,8 S pada genom, menghasilkan regio fibrosa pada nukleolus (Gbr. 13.18). Sewaktu dibe- I28S baskan dari D N A , prekursor r R N A 45 S berikatan dengan protein, membentuk par- tikel ribonukleoprotein yang membentuk regio granular pada nukleolus. PengolahanGbr. 13.19. Pematangan prekursor r R N A 45S. transkrip terjadi d idalam regio granular.Regio yang jernih telah dikeluarkan, dan regioyang berarsir menjadi r R N A matang. ( r R N A r R N A 5S, yang dihasilkan oleh R N A polimerase III dari gen yang terletak di luar5S tidak dibentuk dari prekursor ini). nukleolus dalam nukleoplasma, beraiigrasi menuju nukleolus danmenyatu dengan partikel ribonukleoprotein. Satu sampai dua persen nukleotida pada prekursor 45 S mengalami metilasi, teru- tama d igugus 2-hidroksil pada ribosa. Gugus metil ini dipertahankan dalam r R N A matang dan dapat berfungsi sebagai penanda untuk pemutusan prekursor. Prekursor 45S mengalami sejumlah pemutusan. Sebagian besar pemutusan terjadi di dalam regio yang memisahkan urutan yang kemudian menjadi r R N A matang. Se- bagian prekursor mengandung intron d idalam regio yang kemudian menjadi r R N A matang. Intron ini dikeluarkan oleh reaksi penyambungan-diri, dan prekursor r R N A yang mengkatalisis penyambungan dirinya dikenal dengan nama ribozim (lihat Bab 11). Dalam pembentukan ribosom sitoplasma pada sel manusia, satu bagian dari prekursor r R N A 458 menjadi r R N A 18S yang, membentuk kompleks dengan protein, membentuk subunit ribosom kecil (Gbr. 13.19). Segmen lain pada prekursor melipat balik dan terputus, membentuk r R N A 28S, yang melekat melalui ikatan hidrogen k e r R N A 5,8S. r R N A 5S, yang ditranskripsi dari gen nonnukleolus, dan sejumlah protein berikatan dengan r R N A 28S dan 5,8S untuk membentuk subunit ribosom 60S.

BAB 13 / TRANSKRIPSI: SINTESIS RNA 187 Subunit ribosom bermigrasi melalui pori-pori inti. D i dalam sitoplasma, subunitini berinteraksi dengan m R N A , membentuk ribosom SOS tempat berlangsungnya sin-tesis protein (Gbr. 13.20).Sintesis tRNA EukariotikPaling sedikit terdapat 2 0 famili t R N A d i dalam sel, satu untuk setiap asam aminoyang dimasukkan k e dalam rantai polipeptida yang sedang tumbuh selama sintesisprotein. t R N A memiliki struktur berbentuk daun semanggi yang melipat-lipat men-jadi bentuk L tiga-dimensi (lihat Gbr. 11.35). B a n y a k basa mengalami modifikasi pas-catranskripsi. t R N A dihasilkan oleh R N A polimerase III, yang mengenali promotor pemisah didalam regio pengkode pada gen (Gbr. 13.21). Satu segmen promotor terletak antara+8 dan+19. Segmen kedua terletak 30-60 pasangan basa ke hilir dari yang pertama.Gbr. 13.20. r R N A d a n s i n t e s i s r i b o s o m . r R N A 5 S m e n g a l a m i t r a n s k r i p s i d i n u k l e o p l a s m a d a n :bergerak menuju nukleolus. r R N A yang lain ditranskripsi dari D N A dan matang di dalam nu-kleolus, membentuk subunit ribosom 40S dan 60S, yang kemudian bermigrasi ke sitoplasma. - Regio yang mengalami transkripsi prSSor Pasangan basaStartpoint Intron (pada beberapa spesies)Gbr. 13.21. P r o m o t o r u n t u k t r a n s k r i p s i t R N A . S e g m e n g e n d a r i m a n a t R N A m a t a n g d i p r o -duksi diberi arsir. D u a regio promotor terletak di dalam segmen ini.

1 8 8 BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEIN Dihasilkan suatu prekursor dengan panjang sekitar 100 nukleotida. Prekursor ini mengambil bentuk daun semanggi dan selanjutnya mengalami pemutusan di ujung-5' dan ujung-3'. E n z i m yang bekerja di ujung-5' adalah RNase P,serupa dengan RNase P b a k t e r i . K e d u a e n z i m m e n g a n d u n g s e b u a h R N A k e c i l (Ml) y a n g m e m i l i k i a k t i v i t a s katalitik, berfungsi sebagai endonuklease. Basa mengalami modifikasi pada saat yang sama dengan reaksi endonukleolitik. P a d a s e b a g i a n b e s a r t R N A t e r j a d i t i g a m o d i f i k a s i : u r a s i l m e n g a l a m i m e t i l a s i o l e h S- adenosil-metionin ( S A M )untuk membentuk timin; satu ikatan rangkap urasil menga- lami reduksi untuk membentuk dihidrourasil; dansebuah residu urasil (yang dilekat- kan oleh ikatan A^-glikosidat) mengalami rotasi sehingga ikatannya dengan ribosa diubah menjadi ikatan karbon-karbon (pseudouridin). Modifikasi lain yang lebih kompleks juga terjadi. Sebagian prekursor t R N A mengandung intron yang kemudian dikeluarkan (Gbr. 13.22). Proses pengeluaran ini paling banyak diteliti pada ragi, dimana intron, yang panjangnya kurang dari 2 0 nukleotida, terletak d idalam lengkung antikodon. Intron dikeluarkan oleh endonuklease, meninggalkan dua belahan t R N A , yang disatukan Gbr. 13.22. Pengeluaran intron dari pre- AntikodontRNA. Intron, terletak pada ujung-3' antiko-don, dikeluarkan. Ligasi menghasilkan t R N Amatur.

B A B 13 / TRANSKRIPSI: SINTESIS RNA 1 8 9oleh ikatan hidrogen antara pasangan basa d iregio pangkal. Sebuah gugus 2'-fosfat O Oatau 3'-fosfat diligasi k e 5^'-hidroksiloleh sebuah R N A ligase. II CH3 cII- Untuk ikut serta dalam sintesis protein- t R N A harus memiliki sebuah urutan C C A Idi ujung-3'nya. Nukleotida iniditambahkan satu pada intervalempat oleh nukleotidil- CHa C HC-CHtransferase. A s a m amino m e m b e n t u k sebuah ester dengan gugus hidroksil pada residuadenin nukleotida d iujung-3' tRNA. t R N A membawa asam amino ini ke ribosom, HC-CH CH3 N-CH3memastikan bahwa asam amino disisipkan pada posisi yang tepat dalam rantai poli- /Ipeptida yang sedang tumbuh (Gbr. 13.23). CH3 N - C H 3 0 =C INHIBITOR SINTESIS RNA C=0 I CH2Sejumlah senyawa dapat menghambat sintesis R N A . Sebagian berikatan dengan I N-CH3D N A dan yang lain berikatan dengan R N A polimerase. Senyawa yang menghambat CH2sintesis R N A dalam bakteri d ibawah kondisi yang tidak menghambat sintesis R N A c=ointi pada eukariot berguna sebagai antibiotik. H3C-N HC-\"^^2Bahan yang Berikatan dengan DNA c=o I CH2Aktinomisin D menghambat sintesis R N A karena obat inimengandung gugus penta- HoC Ipeptida yang pas/cocok masuk k edalam alur D N A dan sebuah cincin fenoksazon da-tar yang membentuk interkalasi atau menyisip d i antara pasangan basa D N A (Gbr. CHs C = 0 ° = ? /CH313.24) . D N A yang berinteraksi dengan aktinomisin D tidak dapat berfungsi sebagaicetakan untuk replikasi atau untuk transkripsi. Senyawa initerlalutoksik untuk peng- HC-CH HC-CHgunaan klinis, tetapi digunakan secara eksperimental, misalnya, untuk menghambatsintesis R N A sehingga pengolahan terhadap transkrip R N A yang telah disintesis da- CH3 HN HNI' ^ C Hpat dipelajari. cI= o 0= CBahan yang Berikatan dengan RNA Polimerase I IRifampin adalah senyawa yang mengikat R N A polimerase bakteri dan mencegah per-mulaan sintesis R N A (pengikatan lebih dari beberapa nukleotida yang pertama) (Gbr. CCIHH3- CIH HC-CH —13.25) .Obat initidak menghambat pemanjangan lebih lanjut rantai R N A yang sedang NI Hdalam proses transkripsi. II 0 =C NH CH3 0 =C V' Sistem\ cincin A fenoks- \ azon \^ Aktinomisin D Gbr. 13.24. A k t i n o m i s i n D Intron ry^ CH3 CH3 'CH3Prekursor /V u C tRNA ^p°\" O 0 > r > HO Modifikasi HO OH ^ basa dan penambahan H3CTranskripsi Pengeluaran CAA Intron Sitoplasma Rifamisin B (Ri = H; Rg = O - C H g - C O O H ) Rlfampisin (R^ = CH = N N-CH3; Rg = OH)Gbr. 13.23. G a m b a r a n i k h t i s a r s i n t e s i s t R N A . D , T , v|/, d a n • m e n u n j u k k a n b a s a y a n g d i m o d i - Gbr. 13.25. R i f a m p i s i n d a n r i f a m i s i n .fikasi.

I 9 0 BAGIAN III / EKSPRESI G E N DAN SINTESIS PROTEIN Dalam beberapa hari setelah Streptohgidin berikatan dengan R N A polimerase bakteri dan mencegah peman- permulaan pemberian terapi u n - jangan rantai R N A (Gbr. 13.26). tuk tuberkulosis, biakan dahakIvy Sharer m e m a s t i k a n d i a g n o s i s t u - a - A m a n i t i n , s e n y a w a y a n g b e r a s a l d a r i j a m u r b e r a c u n Amanita phalloides, m e n g -b e r k u l o s i s p a r u y a n g d i s e b a b k a n o l e h M. hambat R N A polimerase eukariotik(Gbr. 13.27). R N A polimerase I Ikemudian men-tuberculosis. O l e h k a r e n a i t u , t e r a p i m u l t i - jadi m u d a h dihambat daripada polimerase III, d a npolimerase I relatif tidak peka ter-obat, yang m e n c a k u p rifampin, dilanjut- hadap senyawa ini.kan. K O M E N T A R K L I N I S . IvySharer d i o b a t i d e n g a n r e j i m e n m u l t i o b a t u n t u k tuberkulosis karena mikroba penyebab penyakit ini sering menjadi resisten terhadap masing-masing obat. Rifampin yang dikombinasikan dengan isoniazid biasanya efektif, tetapi diperlukan terapi selama beberapa bulan. Seperti bakteri, H I Vjuga dapat resisten terhadap obat. H a l yang merisaukan para dokter yang mengobati penderita A I D S dengan A Z T (zidovudin)selama 6bulan atau l e b i h a d a l a h m u n c u l n y a g a l u r (strain) H I V - 1 y a n g r e s i s t e n . G a l u r (strain) y a n g r e s i s - ten i n itetap relatif peka terhadap obat seperti dideoksiinosin (didanosin, dahulu dise- but ddl) d a ndideoksitidin (zalsitabin, dahulu disebut ddC). Karena penyakitnya tetap progresif walaupun diberi A Z T ,terapi I v y diubah menjadi didanosin beberapa waktu sebelum gejala tuberkulosis muncul. Penderita dengan talasemia-P^ yang mempertahankan kadar hemoglobinnya d i atas 6,0-7,0 g / d L m u n g k i n mengidap talasemia intermedia. Individu dengan penyakit b e n t u k i n i , m i s a l n y a Annie Myck, m u n g k i n m e n d a p a t w a r i s a n d u a a l e l d e f e k t i f y a n g berbeda, satu alel dari masing-masing orangtua. Salah satu orangtua mungkin meru- I /—V o^N^^N^HCONHCHg ^^•/^V CHo I CH3 CH3 ^ ^ CH3 OH Streptolidigin Gbr. 13.26. S t r e p t o l i d i g i n . O\ H HaP^ CH-CH2OH CH H iI HN - C H - C O - N H - C - CO - N H - C H g - C O I 1^1 OC HgC- CH HO^N CH2 CO ^CHgCHg I I I OC-CH-NH-CO-CH-NH-CO-CHg-r^ I H2C-CONH2 a-Amanitin Gbr. 13.27. a-Amanitin.

BAB 13 / TRANSKRIPSI: SINTESIS RNA 191p a k a n p e m b a w a y a n g \"'silenr ( s a m a r ) , d e n g a n s a t u a l e l n o r m a l d a n s a t u a l e l y a n g d e - 13.2: A p a k a h Yves Topaignefektif ringan. Orangtua inimenghasilkan cukup banyak globin-P fungsional sehingga dapat bertahan hidup dari ke-tidak memperlihatkan gejala talasemia. Apabila orangtua ini mewariskan alel yang racunan jamurnya? Berat ba-defektif ringan tersebut dan orangtua yang satunya (heterozigot) mewariskan alel de- dannya sekitar 9 0 kg. Jamur rata-ratafektif yang lebih parah, anak yang diwarisitersebut akan mengidap talasemia interme- memiliki berat sekitar 50 g dan mengan-dia. Dengan demikian, anak yang bersangkutan adalah heterozigot untuk dua alel dung sekitar 7 m g a-amanitin. LDg^ (dosisdefektif. oral yang membunuh 50% orang yang me- makan toksin) adalah 0,1 mg/kg berat ba- Toksin a-amanitin mampu menimbulkan disfungsi selhati danginjal yang ire- dan.versibel melalui inhibisi R N A polimerase mamalia. Untungnya, toksisitas Yves T o -paigne terbukti ringan. Ia hanya mengalami gejala saluran cerna dan perubahanringan pada fungsi hati dan ginjal, yang kembali kenormal dalam beberapa minggu.Terapi terutama bersifat suportif, dengan penggantian cairan danelektrolit yang hi-lang melalui saluran cerna. Saat ini tidak tersedia antidot yang efektif untuk toksin^.phalloides. LES adalah penyakit multisistem yang etiologinya tidak diketahui dan ditandaioleh peradangan yang berkaitan dengan adanya autoantibodi di dalam darah. Autoan-tibodi inibereaksi dengan antigen yang secara normal terdapat di inti, sitoplasma, danmembran plasma sel. Interaksi antibodi-antigen \"diri\" (autoimun) tersebut mencetus-kan jenjang reaksi peradangan yang menimbulkan gejala disftmgi multiorgan sepertiyang dijumpai pada Sellie D'Souder. Terapi farmakologis untuk LES, yang ditujukan untuk imunosupresi, termasukkortikosteroid, sering dengan dosis tinggi. Pada kasus yang refrakter, juga digunakanobat sitotoksik, misalnya azatioprin dan siklofosfamid, yang, melalui toksisitas padasumsum tulang, menyebabkan imunosupresi.n K O M E N T A R B I O K I M I A . A I D S disebabkan oleh virus imunodefisiensi manusia (HIV). Telah ditemukan dua bentuk virus ini, HIV-1, yang lazim di negara industri,dan HIV-2, yang lazim di Afrika. Diperlukanwaktu sekitardelapan sampai sepuluh tahun antara infeksi awal dan timbulnya sindrom yangberkembang penuh.Protein dalam selubung virus berikatan dengan reseptor ( C D 4 ) di membran sel pe-jamu, yaitu suatu kelas dari limfosit T penolong. Lemak pada selubung virus berfusid e n g a n m e m b r a n s e l , d a n i n t i v i r u s m a s u k k e d a l a m s e l . E n z i m reverse transcriptasemenggunakan R N A virus sebagai cetakan untuk menghasilkan salinan D N A untai-tunggal. Salinan ini kemudian berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis D N A untai-ganda. Suatu enzim integrase, yang juga dibawa oleh virus, memungkinkan D N A iniberintegrasi dengan genom sel pejamu sebagai suatu provirus (Gbr. 13.28).Pada tahap awal transkripsi provirus, transkrip digabungkan, dan dihasilkan tigaprotein yang merangsang transkripsi genvirus. Sewaktu salah satu dari protein ini(Rev) menumpuk, R N A virus yang tidak digabung meninggalkan inti dan menghasil-k a n p r o t e i n s e l u b u n g v i r u s d a n p r o t e i n i n t i v i r u s , t e r m a s u k reverse transcriptase. D u aprotein selubung (gp41 dan gp 120) membentuk kompleks yang terbenam di membransel. Protein lain bergabung dengan R N A virus yang panjang-penuh untuk membentukp a r t i k e l v i r u s i n t i , y a n g k e m u d i a n m e m b e n t u k t o n j o l a n (budding) p a d a m e m b r a n s e l .Dengan demikian, virus memperoleh selubung lemaknya dari membran sel pejamu,dan selubung mengandung protein virus (gp41 dan gpl20). Protein permukaan virus,gpl20, berikatan dengan reseptor C D 4 pada limfosit T penolong yang lain, dan in-feksi kemudian menyebar.Pada orang yang tidak terinfeksi, limfosit T penolong biasanya berjumlah sekitar1.000/mL. Infeksi oleh H I V menyebabkan jumlah sel inimenurun, yang menyebab-kan defisiensi pada sistem kekebalan. Apabila jumlah limfosit T menurun d i bawah200/mL, penyakit telah berada dalam tahap lanjut, dan berbagai infeksi oportunistik,misalnya tuberkulosis, muncul. Makrofag dan sel dendritik, yang tidak memiliki re-septor C D 4 , juga dapat terinfeksi oleh H I V dan dapat membawa virus tersebut k esusunan saraf pusat.

t 92 BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEIN Reseptor CD4 Mi Virus diserap oleh sel Reverse /v ^ ' / ^ /v / RNA virus transcriptase y^^-^^-^^ mensintesis DNA W^^^O^^^^^^O^ DNA untai-ganda \"^^/^ Tat •i- merangsang transkripsi DNA virus /^v/V/V/VAy Rev berintegrasi p menyebabkan dengan DNA sel RNA yang tidak digabung mening- Transkripsi galkan inti Transkrip \ RNA utuh RNA yang yang tidak digabung ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ digabung Translasi ; RNA Nef. Tat. Rev genomik virus Env Selubung lemak terbentuk dari (glikoprotein gp41 I membran sel dengan protein Env dan gp120) Virus matang 13.2: K a r e n a Yves Topaigne Gbr. 13.8. Infeksi sel pejamu oleh H I V . H I V berikatan dengan reseptor C D 4 di membran sel pe- memiliki berat badan 9 0kg, un- j a m u . V i r u s m a s u k k e d a l a m sel d a n m e l e p a s k a n R N A n y a serta e n z i m reverse transcriptase. tuk menghasilkan dosis LD50 Enzim ini menghasilkan salinan D N A untai-ganda yang berintegrasi ke dalam genom selpe-akan diperlukan 9 m ga-amanitin. Walau- jamu. H I V sekarang menjadi suatu provirus. Sebelum protein Rev dihasilkan, transkrip H I V di-pun hanya makan sedikit jamur, yang gabung danmengkode pembentukan protein Tat, Rev, dan N e f Tat merangsang pembentukanmungkin mengandung kurang dari 7 m g R N A - H I V , dasn Rev menyebabkan R N A tersebut meninggalkan inti tanpa digabung. R N Atoksin, ia memperlihatkan gejala saluran yang tidak digabung tersebut mengkode protein untuk inti dan selubung virus. Protein selubungcerna dan perlu diawasi secara cermat un- (gp41 dan gpl20) masuk ke membran sel. Partikel virus terbentuk dan menimbulkan tonjolantuk mengetahui apakah gejalanya akan keluar dari membran sel. Partikel virus membawa lemak membran sebagai selubungnya yangsemakin parah, la menelan racun dalam m e n g a n d u n g g p 4 1 d a n g p l 2 0 . N e f berperan d a l a m m e m p e r t a h a n k a n t i n g k a t i n f e k s i . D a r i : Re-jumlah mendekati dosis yang menimbul- combinant DNA 2/E o l e h W a t s o n , G i l m a n , W i t k o w s k i , d a n Z o l l e r . H a k cipta © 1 9 9 2 o l e hkan kematian pada 50% kasus. James D. Watson, Michael Gilman, Jan Witkowski, dan Mark Zoller. Digunakan dengan izin W. H. F r e e m a n and C o .

Reverse transcriptase y a n g m e n y a l i n g e n o m v i r u s m e m i l i k i t i n g k a t k e s a l a h a nyang tinggi karena tidak memiliki kemampuan mengoreksi cetakan percobaan.Karena pemasukan basa yang tidak sepadan menyebabkan evolusi virus, terbentukpopulasi baru dengan cepat sebagai respons terhadap perubahan lingkungan. Mutasip a d a g e n reverse transcriptase v i r u s m e n y e b a b k a n e n z i m r e s i s t e n t e r h a d a p o b a t m i -salnya A Z T . Vaksin yang sekarang diciptakan secara eksperimental terhadap proteinpermukaan gpl20 mungkin tidak terlalu efektif karena protein ini terus bermutasi.Akibat tingkat mutasi H I V yang tinggi, efektivitas terapi A I D S saat ini terbatas, dankesembuhan sulit dicapai.Bacaan AnjuranLewin B .Genes V . Messenger R N A isthetemplate. Oxford: Oxford University Press, 1994;378-411.Lewin B .Genes V . Building thetranscription complex: promoters, factors, andR N A polymerases. Oxford: Oxford Uni-versity Press, 1994:847-877.Tjian R .Molecular machines that control genes. Sci A m 1995;272:54-61.SOALPada beberapa spesies kodok, dihasilkan telur-telur yang dibuahi yang tidak memben-tuk nukleolus. Apakah akibat dari tidak adanya nukleolus?JAWABANTidak adanya nukleolus mengisyaratkan bawah r R N A tidak mengalami transkripsidan tidak terbentuk ribosom. Oleh karena itu, satu-satunya ribosom yang terdapat didalam seltersebut adalah ribosom yang berasal dari telur semula. Setelah beberapakali pembelahan sel, j u m l a h ribosom per sel akan terlalu kecil untuk menunjang kece-patan sintesis protein yang diperlukan untuk perkembangan lebih lanjut, dan massakecil dari selyang berasal dari telur yang dibuahi akan mati.