Sintesis Protein dan Ekpresi Gen

Ekpresi gen melalui proses transkripsi dan translasi
untuk menyusun protein fungsional

     Materi genetik suatu organisme tersususn dari senyawa yang disebut dengan deoxyribonucleic acid atau asam deoksiribonukleat yang disingkat menjadi DNA. DNA menyimpan semua informasi yang dibutuhkan untuk mensintesis protein di dalam sel, sehingga fungsi utama dari DNA atau blueprint genetik adalah untuk mengkode pembentukan protein sel di dalam sel yang tepat, pada waktu yang sesuai, dan dalam jumlah yang tepat. Hal ini merupakan tugas yang rumit karena dalam waktu yang bersamaan sel tresbeut harus menyusun berbagai macam protein yeng berbeda.

     Kemampuan DNA untuk menyusun informasi ditentukan berdasarkan strukturnya. Struktur DNA terdiri dari sekuens nukelotida yang tersusun secara linier. Setiap nukelotida mengandung 1 dari 4 basa nitrogen yaitu adenine (A), thymine (T), guanine (G), dan cytosine (C). Susunan atau urutan basa nukleotida yang tersusun secara linear tersebut mengandung informasi yang hampir sama dengan urutan alphabet yang membentuk kata. Misalnya, arti dari sekuens basa ATGGGCCTTAGC berbeda dengan TTTAAGCTTGCC. Sekuens DNA pada sebagian besar gen menyimpan informasi untuk menyusun urutan asam amino di dalam polipeptida yang sesuai dengan kode genetik. Di dalam kode genetik tersebut, 3 sekuens basa nukleotida menentukan 1 jenis asam amino diantara 20 kemungkinan. Satu atau lebih polipeptida membentuk protein fungsional, dengan demikian DNA dapat menyimpan informasi untuk menentukan protein yang dihasilkan oleh suatu organisme.

     Pada sel hidup, DNA ddapat ditemukan di dalam struktur yang disebut kromosom. DNA pada kromosom manusia sangat panjang, tersusun secara linier, helix ganda, dan tersusun oleh lebih dari 100 juta basa nukleotida. Di antara untaian kromosom yang sangat panjang, informasi genetik dibagi menjadi unit fungsional yang disebut dengan gen. Kromosom manusia diperkirakan memiliki sekitar 1000 gen yang berbeda.

Ekspresi Gen dan Akses Informasi pada DNA

     Untuk mensintesis protein, sel harus dapat mengakses informasi yang terdapat di dalam DNA. Proses dalam menggunakan sekuens gen untuk mempengaruhi karakteristik sel dan organisme disebut dengan ekspresi gen. Pada tingkat molekuler, informasi yang terdapat di dalam gen diakses secara bertahap. Ekspresi gen merupakan rangkaian proses penggunaan informasi dari suatu gen untuk sintesis produk fungsional seperti protein dan gen penyandi non-rotein misalnya transfer RNA (tRNA) atau gen RNA berinti kecil snRNA yang mana keduanya merupakan produk RNA fungsional. Langkah pertama yaitu transkripsi, sekuens DNA di dalam gen diduplikasi menjadi sekuens basa nukelotida yang disebut dengan ribonucleic acid atau disingkat RNA.  Sebagian besar gen menyandi RNA yang menyimpan informasi untuk sintesis polipeptida tertentu, RNA ini disebut dengan messenger RNA (mRNA). Untuk sintesis polipeptida, sekuens nukleotida yang ditranskripsian menjadi mRNA harus melalui proses translasi menjadi sekuens asam amino yang membentuk polipeptida. Setelah polipeptida terbentuk, sekuens tersebut kemuidan mengalami pelipatan menjadi struktur 3 dimensi. Protein merupakan unit fungsional yang tersusun dari satu macam polipeptida atau beberapa jenis polipeptida. Beberapa molekul RNA bukan mRNA sehingga tidak mengalami proses transalasi menjadi polipeptida.

Transkripsi DNA menjadi RNA, kemudian
diterjemahkan menjadi protein melalui proses translasi

     Ekspresi gen berupa produksi protein dengan fungsi dan struktur yang spesifik. Hubungan antara sekuens gen dan struktur protein merupakan hal yang penting karena perbedaan struktur dari masing-masing protein menentukan fungsinya di dalam sel atau organisme. Dengan bantuan proses ekspresi gen, sekuens basa nukleotida di dalam DNA menyimpan informasi yang dibutuhkan untuk sintesis protein dengan fungsi dan struktur yang spesifik. Dalam genetika, ekspresi gen merupakan tingkat paling mendasar yang mana genotip memunculkan fenotip, yaitu sifat dari makhluk hidup yang dapat diamati. Kode genetik yang terdapat di dalam DNA diinterpretasikan melalui proses ekspresi gen, dan sifat-sifat tersebut memunculkan fenotip organisme.

Edit: 21 Feb 2020

Referensi

• Brooker, R. J. 2015. Genetics: Analysis and Principles (Fifth Edition). New York, NY: McGraw-Hill Education.
• Sirri, V., Urcuqui-Inchima, S., Roussel, P., Hernandez-Verdun, D. 2007. Nucleus: the fascinating nuclear body. Histochemistry and Cell Biology. 129 (1): 13 – 31.