Central Dogma

Central dogma adalah aliran informasi genetik dari DNA-RNA-protein. Informasi dari DNA akan diduplikasi saat terjadi pembelahan sel (replikasi) dan akan disalin menjadi mRNA (transkripsi). Kemudian mRNA akan ditranslasi menjadi asam amino.

1)   Replikasi DNA

Replikasi DNA merupakan proses penggandaan rantai ganda DNA yang terjadi sebelum proses pembelahan sel. Pada eukariotik proses replikasi terdapat di fase S atau sintesis pada siklus interfase.

Menurut Albert (2008) replikasi dimulai dari daerah yang disebut titik mula replikasi (replication origin). Prokariotik memiliki satu titik mula sedangkan eukariotik memiliki beberapa ratus hingga ribu titik timbul. Hal ini dikarenakan DNA prokariotik berbentuk sirkuler.

Menurut Albert (2008) terdapat beberapa protein yang menginisiasi replikasi DNA dengan mengenali sekuens replication origin. Protein ini disebut initiator protein. Initiator protein kemudian berikatan dengan protein yang membawa enzim DNA helikase. Enzim DNA helikase kemudian membuka ikatan hidrogen dari untai ganda DNA sehingga menimbulkan gelembung replikasi. ujung-ujung dari gelembung replikasi disebut garpu replikasi (replication fork).

Menurut Campbell dan Reece (2010) setelah pemisahan ini, untai tunggal DNA induk akan distabilkan oleh protein pengikatan beruntai tunggal (single-strand binding protein). Pembukaan uliran heliks ganda ini juga menyebabkan uliran dan tegangan pada area di dekat garpu replikasi. Maka untuk mengurangi tegangan ini, enzim tropoisomerase akan memuntir, mematahkan, dan menggabungkan kembali untai-untai DNA.

Pembukaan DNA ini menyebabkan RNA primase bisa masuk (Albert, 2008) kemudian menyintesis RNA primer (Campbell dan Reece, 2010) untuk mengawali DNA polimerase mengkatalisis sintesis DNA baru dengan cara menambahkan nukleotida-nukleotida ke rantai yang telah ada sebelumnya.

Meskipun pada eukariota terdapat setidaknya 11 DNA polimerase, tetapi pada prinsipnya ada dua DNA polimerase yang berperan utama dalam replikasi yakni DNA polimerase III dan DNA polimerase I (Campbell dan Reece, 2010, h. 340)

Ada dua cara replikasi DNA :

a)    Leading Strand (Untai Maju)

Pada leading strand, DNA polimerase III memperpanjang untai baru DNA dengan arah 5’ -> 3’ yakni searah dengan berjalannya garpu replikasi

b)   Lagging Strand (Untai Lamban)

Pada leading strand, DNA polimerase III memperpanjang untai baru DNA dengan arah 3’ -> 5’ yakni menjauhi garpu replikasi. Lagging strand ini disintesis secara tersendat-sendat sebagai segmen-segmen yang disebut fragmen Okazaki.

Menurut Campbell dan Reece (2010), tugas dari DNA polimerase I adalah menggantikan RNA primer dengan nukleotida versi DNA, menambahkan satu demi satu ke ujung 3’ fragmen Okazaki yang bersebelahan. Kemudian untuk menyelesaikan replikasi, DNA ligase menggabungkan tulang punggung gula fosfat dari semua fragmen Okazaki menjadi DNA tak terputus. 

2)   Sintesis Protein

a)    Sintesis Protein

A.  Transkripsi

Transkripsi adalah proses transkrip atau menyalin kode DNA dengan membentuk RNA. Tahap-tahap transkripsi :

1)    Inisiasi

Hal yang penting dalam proses inisiasi adalah penentuan sekuens untai DNA mana yang akan menjadi cetakan. Penentuan ini ditentukan oleh promoter, salah satu promoter yang sangat penting pada eukariota adalah TATA box. Enzim RNA polimerase akan menempel pada promoter kemudian memisahkan kedua untai DNA dan menggabungkan nukleotida-nukleotida RNA sebagai pasangan dari sekuens DNA cetakan (Campbell dan Reece, 2010). Pada eukariota, penempelan promoter dengan RNA polimerase dibantu oleh sekelompok protein yang disebut faktor transkripsi (transcription factor). Keseluruhan kompleks transcription factor, RNA polimerase, dan promoter disebut sebagai kompleks inisiasi transkripsi (transcription initiation complex). Transkripsi dimulai dari nukleotida ke 25 setelah TATA box.

Pada beberapa kasus, RNA polimerase dibantu oleh grup protein lain seperti faktor aktivator (activator factor) dan faktor repressor (repressor factor). Activator factor berperan sebagai enhancer bekerjasama dengan transcription factor penginisiasian RNA polimerase dalam transkripsi. Repressor factor berperan untuk menghentikan RNA polimerase dan menghentikan ekspresi gen dengan cara menempel pada bagian noncoding DNA yang disebut silencer.

2)    Elongasi

RNA polimerase merangkaikan nukleotida-nukleotida RNA sesuai dengan pasangan cetakan DNA pada 3’. Ikatan ganda DNA segera terbentuk kembali dan m-RNA keluar dari lilitan DNA template.

3)    Terminasi

Pada Prokariot : RNA polimerase langsung berhenti apabila sudah mencapai terminator

Pada Eukariotik : RNA polimerase masih merangkaikan nukleotida RNA sampai beberapa ratus basa sesudah mencapai terminator sehingga terbentuk loop. Menurut Campbell dan Reece (2010), pada eukariotik RNA polymerase II mentranskripsikan sekuens pada DNA disebut sinyal poliadenilasi yang mengkodekan suatu sinyal poliadenilasi (AAUAAA) pada pre-mRNA kmudian pada suatu titik kira-kira 10-35 nukleotida yang mengalir ke hilir dari sinyal AAUAAA, protein-protein yang berasosiasi dengan transkrip pre-mRNA yang sedang tumbuh memotong bagian tersebut sehingga terlepas dari RNA polimerase.

B.  RNA Processing

RNA processing (pemrosesan RNA) memodifikasi pre m-RNA dengan cara-cara spesifik agar menjadi m-RNA mature yang siap untuk translasi. RNA processing ini hanya terdapat pada eukariotik karena sebagian besar gen dan transkrip RNA eukariotik mengandung rentangan panjang nukleotida bukan pengode. Berbeda dengan prokariotik yang semua gennya merupakan gen pengode. Modifikasi RNA dilakukan dengan cara :

1)    Capping 5’ (Tudung 5’) : modifikasi ujung 5’ dengan penambahan Guanosin Triphosphate

2)    Penambahan Poly A-Tail (ekor poli-A) : penambahan nukleotida Adenin sebanyak 50-250 di ujung 3’ mRNA.

3)    Splicing  : proses pemotongan intron (noncoding region) sehingga m-RNA hanya memiliki exon (coding region)

Capping 5’ dan penambahan poly A-tail menurut Campbell dan Reece (2008) berperan dalam memfasilitasi ekspor mRNA matang dari nukleus, melindungi RNA dari degradasi oleh enzim-enzim hidrolitik ketika berada di sitoplasma, dan membantu ribosom melekat pada ujung 5’ mRNA.

C.  Translasi

Proses translasi terjadi pada ribosom yang menempel di retikulum endoplasma kasar. Proses translasi juga terdiri dari 3 tahap yaitu inisiasi, elongasi dan terminasi.

a.    Inisiasi

Tahapan ini selalu dimulai dengan kodon AUG pada mRNA yang mengkode asam methionin (Met). Pada saat mRNA mendekati ribosom ujung 5’ mengkap molekul 7-Methil-guanyl  atau disebut Cap Binding Protein (CBP). Protein ini mengatur mRNA untuk berada pada bagian permukaan ribosom yang disebut 40S ribosomal unit. Pada waktu yang sama tRNA mengikat asam amino methionine dengan bantuan enzim amino acyl tRNA transferase. Setiap kodon yang dibawa mRNA masing-masing mempunyai tRNA ditentukan oleh rangkaian tiga basa yang menjadi komplementer kodon mRNA, yang disebut anti kodon. Menempelnya asam nukleat methionine bersama dengan terbentuknya anti kodon merupakan akhir dari tahap insiasi.

b.   Elongasi

Terjadinya katalisasi oleh sejumlah rRNA (ribosomal RNA) bersama dengan serangkaian faktor elongasi yang membawa seri tRNA selanjutnya yang berasosiasi dengan tRNA sebelumnya. Proses terus berlangsung sampai menemui kodon stop (UAG/UAA/UGA). Setiap  tRNA membawa masing-masing asam nukleat, sehingga terbentuk sekumpulan asam nukleat yang diikat oleh ikatan peptide membentuk protein.

c.    Terminasi

Tahapan ini adalah proses terakhir translasi. Proses ini dimulai dengan kodon stop (UAG/UAA/UGA) memasuki ribosom. Tidak ada tRNA untuk stop kodon dan ikatan peptidan terlepas dari ribosom. Proses ini dibantu oleh beberapa protein terminasi. 

Daftar Pustaka

Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., dan Walter, P. (2008). Molecular Biology of The Cell (5th Edition). New York : Garland Science, Taylor & Francis Group, LLC.

Campbell, N.A., Reece, J.B. (2010). Biologi Jilid I (Edisi Kesepuluh). Jakarta: Penerbit Erlangga.

Karp, G. (2010). Cell and Molecular Biology : Concepts and Experiments (6th Edition). United States of America: John Wiley & Sons, Inc. 1.3 : 7-12.