Transkripsi

Di dalam memahami aktivitas materi genetik, salah satu dari sekian banyak konsep yang wajib dipahami adalah transkripsi, artikel berikut sedikit memberikan pernjabaran tentang transkripsi secara umum, transkripsi yang terjadi pada prokariot dan juga transkripsi pada eukariot.

Pengertian Transkripsi

Transkripsi merupakan pengkopian daerah pengkode pada DNA menjadi RNA untai tunggal (Lodish, 2005), pengertian ini diperjelas lagi dengan definisi transkripsi yang dijelaskan dalam Wikipedia (2010) bahwa, transkripsi adalah pembuatan RNA dengan menyalin sebagian berkas DNA, transkripsi merupakan bagian dari rangkaian ekspresi genetik. Pengertian asli "transkripsi" adalah alih aksara atau penyalinan. Di sini, yang dimaksud adalah mengubah "teks" DNA menjadi RNA. Sebenarnya, yang berubah hanyalah basa nitrogen timin di DNA yang pada RNA digantikan oleh urasil.

Kata transkripsi berasal dari bahasa Inggris transcription atau bahasa latin transcriptio yang berarti penyalinan atau perekaman.

Secara fungsional, transkripsi diartikan sebagai transfer informasi genetik yang terdapat dalam urut-urutan nukleotida DNA menuju ke urut-urutan nukleotida RNA (Ayala, 1984 dalam Corebima, 2002); atau penyalinan atau perekaman informasi genetik yang ada pada DNA (berupa urutan nukleotida) yang menghasilkan salinan atau rekaman berupa urutan nukleotida RNA dan menggunakan DNA sebagai template (cetakannya) (Corebima, 2002).

Ditambahkan lagi dengan penjelasan dari Wiguna, bahwa transkripsi berlangsung di dalam inti sel (nukleus) atau di dalam matriks pada mitokondria dan plastida. Transkripsi dapat dipicu oleh rangsangan dari luar maupun tanpa rangsangan. Pada proses tanpa rangsangan, transkripsi berlangsung terus-menerus (gen-gennya disebut gen konstitutif atau "gen pengurus rumah", house-keeping genes). Sementara itu, gen yang memerlukan rangsangan biasanya gen yang hanya diproduksi sewaktu-waktu; gen-nya disebut gen regulatorik karena biasanya mengatur mekanisme khusus. Rangsangan akan mengaktifkan bagian promoter. Promoter ini terletak di sebelah hulu bagian yang akan disalin (disebut transcription unit) 

Tinjauan Umum tentang Transkripsi

Menurut Gardner dkk (1991) dalam Corebima (2002), terdapat satu atau lebih gen yang berperan dalam pembentukan tiap enzim. Dalam biologi molekuler terdapat dogma sentral yang meringkas pola perjalanan ekspresi gen hingga membentuk enzim (protein). Dogma sentral yang dikemukakan oleh Crick digambarkan sebagai berikut.

Model dogma sentral mula-mula oleh Crick (Tamarin dkk, 2001)

Dogma sentral tentang pembentukan protein tersebut menunjukkan bahwa urut-urutan terbentuknya protein adalah dari DNA mengalami transkripsi menjadi RNA dan mengalami translasi membentuk protein. Bagan tersebut memberikan gambaran yang jelas bagaimana gen sangat berperan dalam menentukan fenotipe suatu organisme.

Akan tetapi, dengan berkembangnya ilmu genetika dan ditemukannya beberapa fakta baru tentang aktifitas materi genetik, diantaranya tentang fenomena transkripsi balik maupun replikasi RNA. Maka model dogma sentralpun disempurnakan, sebagaimana yang tampak pada gambar yang telah disesuaikan berikut:

Model dogma sentral yang telah mengalami penyempurnaan (Tamarin dkk, 2001)

Sebagaimana dibahas sebelumnya, bahwa dalam transfer informasi genetik dari DNA ditranskripsikan menjadi RNA, namun kita tahu bahwa DNA merupakan untai ganda sedangkan RNA hanya memiliki untai tunggal. Untuk menjawab pertanyaan tersebut dijelaskan pada Gardner dkk (1991) dalam Corebima (2002) bahwa transkripsi terjadi hanya pada satu untaian DNA saja, yang disebut untai sense (sense strand), gen-gen yang berbeda mungkin memiliki untai sense yang berbeda pula. Artinya rantai mana yang dibaca sebagai sense akan berbeda untuk gen-gen yang berbeda.

Gen yang lengkap terdiri dari 3 bagian utama: (1) daerah pengendali (regulatory region) yang disebut promoter yang terletak pada ujung 5’, (2) bagian struktural gen yang berisi urutan DNA yang akan ditranskripsikan, dan (3) bagian terminator yang terletak di hilir (downstream) daerah struktural.  Dalam proses transkripsi, DNA akan diterjemahkan menjadi kode-kode dalam bentuk RNA. Ada 3 macam RNA hasil transkripsi DNA, yaitu mRNA, tRNA dan rRNA. Molekul tRNA dan rRNA nantinya tidak memasuki tahap translasi, melainkan tetap dalam bentuk RNA karena molekul yang digunakan adalah RNA itu sendiri (Yuwono, 2008).

Di dalam proses transkripsi, terdapat beberapa komponen yang terlibat yaitu (1) urutan DNA yang akan ditranskripsi, (2) enzim RNA polimerase, (3) faktor-faktor transkripsi, (4) prekursor untuk sintesis RNA (Yuwono, 2008).

Enzim RNA polimerase atau RNA transcriptase adalah enzim yang mengkatalisis reaksi polimerisasi nukleotida pada RNA. Pada E. coli, (prokariotik) gennya ditranskripsi menggunakan satu tipe RNA polimerase (Brown, 1989 dalam Corebima, 2002) sedangkan pada eukariot, terdapat tiga tipe RNA polimerase, yaitu RNA polimerase I, RNA polimerase II dan RNA polimerase III. Menurut Corebima (2002), terdapat perbedaan RNA polimerase berdasarkan tipe gen yang ditranskripsikan dan proporsi seluruh aktivitas transkripsi, sebagaimana dijabarkan dalam tabel berikut:

Aktivitas tiga macam RNA polimerase pada

sel-sel makhluk hidup eukariotik

Transkripsi pada Prokariot
Yuwono (2008) menyebutkan bahwa pada umumnya, gen yang mengkode protein pada prokariot adalah gen dengan kopi tunggal (single copy), sedangkan gen yang mengkode tRNA dan rRNA berupa gen dengan jumlah kopi banyak (multiple copies). Organisasi gen dalam organisme prokariot disebut operon. Suatu operon adalah organisasi beberapa gen struktural yang ekspresinya dikendalikan oleh satu promoter yang sama.

Contoh dari operon adalah lac operon, operon yang mengendalikan kemampuan metabolisme pada E. coli. Terdapat 3 macam gen dalam lac operon, yaitu gen Z (mengkode β-galaktosidase), gen Y (mengkode permease), dan gen A (mengkode trans-asetilase). Masing-masing gen struktural memiliki kodon inisiasi awal dan kodon terminasi, tetapi ekspresinya dikendalikan oleh satu promoter yang sama. Pada saat transkripsi, terbentuk 1 RNAd yang membawa kodon untuk 3 macam polipeptida yang berbeda (polisistronik). Masing-masing polipeptida akan ditranslasi secara independen dari satu untaian RNAd yang sama (Yuwono, 2008). 

Berikut penjelasan lebih lanjut tentang tahapan-tahapan dalam proses transkripsi,

Inisiasi

Tahap inisiasi berupa pengenalan holoenzyme (RNA polimerase) pada tapak awal inisiasi atau yang disebut sebagai promoter. Pengenalan promoter ini berlangsung melalui pelekatan/pengikatan holoenzyme (RNA polimerase) pada posisi promoter. Bagian RNA polimerase yang mengenali promoter adalah subunit τ (sigma) (Corebima, 2002). 

Semua promoter mempunyai urut-urutan nukleotida yang sama atau sangat mirip. Pada E. coli diketahui ada dua macam urut-urutan promoter yaitu 5'-TTGACA-3' (-35box) dan 5'-TATAAT-3' (-10 box atau Pribnow box). -10 menunjuk pada lokasi box tersebut terdapat berkaitan dengan posisi awal transkripsi. (Ayala, dkk., 1984; Freifelder, 1985; Brown, 1989; Klug, dkk., 1994 dalam Corebima, 2002).

Pada awal proses pengikatan RNA polimerase (holoenzime) dengan promoter disebut sebagai "kompleks promoter yang tertutup" atau Closed promoter complex (Brown, 1989 dalam Corebima, 2002). Dalam bentuk closed promoter complex, enzim polimerase menutupi atau "melindungi" sekitar 60 bp (base pairs) dari heliks ganda, bermula dari posisi di depan (upstream) -35 box menuju ke arah -10 box. Diduga holoenzyme RNA polimerase secara khusus mengenali -35 box sebagai tapak pengikatan DNA, meskipun kesimpulan ini masih kontroversial. Akan tetapi dinyatakan lagi, bahwa -10 box adalah daerah yang jelas-jelas merupakan tempat pemutusan ikatan hidrogen antara basa (yang disebut peleburan), maupun tempat pertama terbukanya lilitan heliks ganda DNA (Corebima, 2002).

Setelah RNA polimerase berlekatan dengan bagian promoter, selanjutnya akan membentuk formasi open promoter complex, yakni struktur yang terbentuk akibat pemutusan ikatan hidrogen maupun terbukanya lilitan heliks. Dengan terbentuknya open promoter complex tersebut memungkinkan terjadinya proses polimerisasi RNA, setelah terlebih dahulu berlangsung polimerisasi pertama yang menghadirkan dua nukleotida yang pertama.

Elongasi

Setelah tahap inisiasi selesai, maka dilanjutkan dengan tahap elongasi. Selama tahap elongasi, RNA polimerase (core enzyme) memutuskan ikatan hidrogen, serta membuka lilitan heliks ganda. RNA polimerase bergerak sepanjang molekul DNA dan menghubungkan ribonukleotida-ribonukleotida ke ujung 3^’ pada molekul RNA yang sedang tumbuh, sesuai dengan macam basa pada DNA yang menjadi cetakannya (Brown 1989 dalam Corebima, 2002). Proses ini berlangsung dengan arah polimerisasi dari ujung  5^’ ke ujung 3^’.

Selama berlangsungnya polimerisasi, bagian molekul RNA yang telah terbentuk, secara bertahap terlepas ikatannya dari untaian DNA pengkode, sehingga memungkinkan segera terbentuknya kembali heliks ganda seperti semula. Dalam hubungan ini bagian DNA yang terbuka, atau yang disebut "gelembung transkripsi" hanya mengandung pasangan basa RNA-DNA sejumlah antara 12 sampai 17 (Corebima, 2002).

Terminasi

Proses elongasi pada akhirnya harus dihentikan, penghentian ini dinamakan terminasi. Menurut Yuwono (2008), proses terminasi transkripsi pada prokariot dapat dikelompokkan menjadi 2 kelas, yaitu: (1) terminasi yang ditentukan oleh urutan nukleotida tertentu (rho-independent) dan (2) terminasi yang diatur oleh suatu protein (faktor ρ) (rho-dependent). Kelas pertama dicirikan oleh struktur jepit rambut dan lengkung. Dewasa ini diketahui adanya perbedaan struktur antara terminasi yang tergantung pada faktor ρ (dependent terminator), dan yang tidak tergantung pada faktor ρ atau ρ-independent terminator (Brown, 1989). Dalam hal ini struktur terminator yang tidak tergantung pada faktor ρ memiliki suatu seri pasangan basa A-T langsung mengikuti palindrom. Pasangan basa A-T ini menyebahkan terbentuknya suatu seri 5 sampai 10 U pada ujung 3' dari RNA hasil transkripsi.

Urut-urutan proses transkripsi yang telah dibicarakan di atas, secara lengkap dapat dilihat pada gambar berikut ini.

Proses transkripsi (www.bio.miami.edu)

Pada prokariot, translasi terjadi sebelum transkripsi sepenuhnya dirampungkan. Hal ini dimungkinkan karena pada prokariot molekul mRNA di translasikan berdasarkan arah dari ujung 5` ke ujung 3`. Selain dari itu, pada prokariot tidak terdapat membran inti, sehingga tidak ada yang memisahkan transkripsi dan translasi (sebagaimana yang terjadi pada eukariot) sehingga translasi dapat segera dilakukan (Gardner, dkk. 1991).

Transkripsi pada Eukariot

Mekanisme transkripsi secara umum pada organisme eukariot sama dengan pada prokariot, yaitu melalui tahapan inisiasi, elongasi dan terminasi. Perbedaan antara transkripsi pada eukariot dengan prokariotik adalah RNA polimerase tidak melekat pada DNA selama proses inisiasi.

Inisiasi transkripsi pada eukariot diperantarai oleh faktor-faktor transkripsi yang bersifat spesifik untuk tiap macam RNA polimerase. Segera setelah inisiasi, RNA polimerase langsung berikatan pada DNA. Ketiga macam RNA polimerase pada eukariot membutuhkan prakondisi yang berbeda untuk terlibat dalam transkripsi (Russel, 1992 dalam Corebima, 2002). Tiga macam RNA polimerase mengenali urutan promoter yang berbeda; dan membutuhkan perangkat protein yang berbeda (disebut “faktor transkripsi” atau “transcription factor”). Berikut penjelasan dari ketiga RNA polimerase yang bekerja pada eukariot.

RNA Polimerase I

Dalam Gardner (1991), dijelaskan bahwa RNA polimerase I terletak pada nukleolus dan mengkatalis pembentukan rRNA

RNA Polimerase II

Masih dalam Gardner dkk (1991), dijelaskan bahwa RNA polimerasi II mentranskripsikan sebagian besar gen-gen struktural inti. RNA polimerase II ini bertanggungjawab pada pembentukan pra-mRNA.

RNA Polimerase III

RNA polmerase III, sebagaimana RNA polimerase II, tidak berada di nukleolus, melainkan di nukleoplasma. RNA polimerase III ini mentranskripsikan gen-gen untuk inti kecil RNAs dan tRNAs. Tempt pelekatannya berada di antara gen-gen tersebut (Gardner dkk, 1991).

Sedikit telah disinggung di atas bahwa pada eukariot transkripsi terjadi tidak bersamaan dengan translasi. Dengan adanya membran inti, pada eukariot dapat dibedakan tempat terjadinya transkripsi dan translasi, transkripsi terjadi di dalam inti sedang translasi terjadi di sitoplasma. Waktunya pun tidak dapat terjadi secara bersamaan, sebab sebelum dapat melakukan translasi, harus merampungkan terlebih dahulu proses transkripsi. Proses transkripsi dan translasi pada eukariotpun lebih kompleks daripada prokariot (Gardner, dkk. 1991).

Sumber

 Campbell, N. A., Reece, J. B. & Mitchell. L. G. 2002. Biologi. Jilid 1. Edisi kelima. Jakarta: Erlangga.

Corebima, A. D. 2002. Genetika Kerja Gen I. Diktat kuliah. Jurusan Biologi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Malang: Universitas Negeri Malang.

Gardner, E.J., Simmons, M.J. and Snustad, D.P. 1991. Principles of Genetics. 8th ed. New York: John Wiley & Sons.

Lodisc,dkk. 2009. Molecular Cell Biology 5th. PDF

Tamarin, R. H. 2001. Principles of Genetics 7th Edition. USA: The McGraw Hill Companies.

Wikipedia, 2010. Transkripsi (Genetik). (Online). http://id.wikipedia.org/wiki/Transkripsi_%28genetik%29. Diakses 20 Februari 2011.

Wiguna, Arya. Tanpa tahun. Transkripsi Eukariot. (Online). http://www.scribd.com/doc/49194614/laporan-transkripsi-eukariot. Diakses 20 Februari 2011.

Yuwono, T. 2008. Biologi Molekular. Jakarta: Penerbit Erlangga.