Ekspresi GEN

PENGAWASAN GENETIK DARI METABOLISME

Proses metabolisme, yaitu proses kimia yang menandai unsur hidup, kebanyakan berlangsung dengan perantaraan suatu zat yang dinamakan enzim. Setelah adanya percobaan Mendel pada tahun 1900, seorang dokter ahli Biokimia bangsa Inggris bernama Archibald E. Garrod mempelajari beberapa penyakit metabolisme pada manusia. Garrod Berpendapat bahwa metabolisme itu berlangsung karena terjadinya reaksi kimia yang berurutan. Untuk tiap tahap reaksi kimia ini diperlukan enzim tertentu sebagai katalisator, sedangkan terbentuknya tiap enzim dikonrol oleh satu atau beberapa gen. Jika gen yang dibutuhkan oleh enzim tertentu tidak ada, maka enzim tersebut tidak dapat terbentuk, sehingga metabolisme tidak mungkin dilanjutkan dan terjadilah suatu blok metabolisme.

Hipotesa Garrod yang menyatakan bahwa satu enzim itu dikontrol oleh sebuah gen dikenal sebagai hipotesa sebuah gen – sebuah enzim. Adapun blok metabolisme akan terjadi apabila ada gen yang mengalami mutasi. Hipotesa ini dilenal sebagai hipotesa sebuah gen mutan – sebuah blok metabolisme. Dr. G.W. Beadle dan E.L. Tatum yang mengadakan percobaan dengan cendawan Neurospora dan mengikuti banyak reaksi yang terjadi pada metabolismenya dapat membenarkan kedua hipotesa tersebut di atas. Mereka selanjutnya dapat membuktikan, bahwa banyak enzim itu terdiri dari dua atau lebih banyak rantai polipeptida dan tiap polipeptida adalah hasil dari gen tertentu. Enzim triptofan sintesa dari bakteri E. Coli misalnya mengandung α -polipeptida (hasil dari gen trpA) dan β –polipeptida (hasil dari gen trpB). Berhubung dengan itu Beadle dan Tatum yang menerima hadiah Nobel untuk bidang Kedokteran dan Fisiologi dalam tahun 1958 merubah konsep”sebuah gen – sebuah enzim” itu menjadi ”sebuah gen - sebuah polipeptida”. Adanya blok metabolisme mengalkibatkan terjadinya kesalahan metabolisme, yang oleh Garrod dinamakan ”kesalahan metabolisme bawaan”. Kini pada manusia dikenal ratusan kesalahan metabolisme bawaan.

SINTESA PROTEIN

Protein mempunyai peranan penting dalam organisasi struktural dan funsional dari sel. Protein struktural menghasilkan beberapa komponen sel dan beberapa bagian di luar sel seperti kutikula, serabut, dsb. Protein fungsional (misalnya enzim dan hormon) mengawasi hampir semua kegiatan metabolisme, bisintesa, pertumbuhan, pernafasan dan perkembang-biakan dari sel. Proses sintesa protein sangat rumit dan mempergunakan molekul-molekul serta organel sel seperti :

1. Asam Amino
Oleh karena protein adalah polimer dari asam-asam amino, maka proses sintesa protein membutuhkan asam-asam amino sebagai bahan mentah.

2. ADN
Seperti diketahui, molekul ADN mengandung keterangan genetik. Oleh karena itu sintesa protein dikontrol oleh molekul ADN
3. Asam ribonukkleat non-genetik
Dalam sintesa protein ada 3 macam ARN non-genetik yang berperan aktif, yaitu :
1. ARNd setelah menerima informasi genetik dari ADN segera meninggalkan nukleus
untuk menempel pada ribosom.
2. ARNp mengikat asam amino dari kumpulan asam amino yang terdapat dalam sito
plasma dan membawanya ke ARNd yang telah siap di ribosom.
3. ARNr meskipun belum jelas fungsinya, ada banyak tanda-tanda yang memberi pe
tunjuk bahwa ARNr memiliki fungsi umum pada sintesa protein.
4. Ribosom dan Enzim
Ribosom adalah struktur makromolekuler di dalam sel yang memimpin berbagai interaksi yang ada hubunganya dengan sintesa protein. Oleh karena Itu ribosom mengandung faktor-faktor yang berfungsi sebagai enzim.

Sintesa protein melibatkan dua peristiwa penting, yaitu :

1. Transkripsi
Proses informasi genetik dari ADN ke ARN. Pada proses ini tidak menimbulkan perubahan dalam kode, karena ADN dan ARNd adalah komplementer. Enzim yang menjadi katalisator
Untuk proses ini ialah enzim ARN polimerase bergantung ADN, Yang biasanya disingkat menjadi enzim ARN polimerase. Seperti halnya, dengan ADN, sintesa ARN selalu terjadi menurut arah 5’ ke 3’. Pita ADN yang mencetak ARNd biasanya disebut juga pita ”sens”, sedang pita ADN komplementernya yang tidak mencetak ARNd dinamakan pita ”antisens”. ARNd yang telah selesai dicetak (artinya selesai menerima informasi genetik dari ADN) akan meninggalkan ADN, keluar dari inti melalui pori-pori dari membran inti dam menempelkan diri pada ribosom yang terdapat di dalam sitoplasma.

2. Translasi
Proses pemindahan informasi genetik dari ARN ke Protein. Pada proses ini dapat dibedakan beberapa peristiwa penting :
a. Menempelnya ARNd pada ribosom 30S dan pembentukan poliribosom
Sebelum proses sintesa protein berlangsung di dalam sel-sel prokaryot , maka ribosom 30S masih terpisah dari ribosom 50S. Mula-mula ARNd yang keluar dari nukleus itu menempel pada ribosom 30S dengan perantaraan faktor IF1 (”initiation factor”), IF2, IF3 dan GTP (guanosin tripospat). Setelah ARNd menempel pada ribosom 30S, maka terbentuklah kompleks permulaan.
b. Pengikatan asam amino oleh ARNp (ARN-pemindah)
Sementara itu ARNp akan mengikat asam amino yang terdapat dalam sitoplasma. Tetapi sebelum asam amino diikat oleh ARNp, terlebih dulu asam amino diaktifkan dengan adenosin tripospat (ATP), yaitu molekul yang kaya akan energi dan sangat berguna untuk berbagai reaksi.
c. Permulaan dari sintesa protein
Permulaan dari sintesa protein pada bakteri E. coli ditandai dengan, terbentuknya ribosom 70S. Di dalamnya, ARN dan selalu mempunyai kodon triplet pertama AUG sebagai permulaan (yaitu pada ujung 5’).
d. Memanjangnya rantai polipeptida
Dengan terbentuknya ribosom 70S yang fungsional (yaitu 70S-ARNd-Fmet ARNp), maka memanjangnya rantai polipeptida dimungkinkan dengan terjadinya penambahan asam amino dan menggesernya ribosom serta ARNd dengan hadirnya molekul-molekul GTP. Jadi selama memanjangnya rantai polipeptida, tiap ARNp yang bermuatan masuk ke sisi ”A”, bergerak ke sisi ”P”, kemudian ke sisi ”E” dan akhirnya ARNp dikeluarkan dari ribosom. Proses ini berlangsung amat cepat. Pada bakteri E. Coli yang hidup dalam keadaan optimal, rantai polipeptida yang mengandung 40 asam amino dapat dihasilkan dalam waktu 20 detik saja.