TRANSKRIPSI

TRANSCRIPTION

BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang.
DNA sebagai materi genetik adalah fungsi fenotipik. Artinya, DNA harus mampu mengatur pertumbuhan dan diferensiasi individu organisme sehingga dihasilkan suatu fenotipe tertentu. Fungsi ini dilaksanakan melalui ekspresi gen, yang tahap pertamanya adalah proses transkripsi, yaitu perubahan urutan basa molekul DNA menjadi urutan basa molekul RNA. Dengan perkataan lain, transkripsi merupakan proses sintesis RNA menggunakan salah satu untai molekul DNA sebagai cetakan (templat)nya. Transkripsi mempunyai ciri-ciri kimiawi yang serupa dengan sintesis/replikasi DNA, yaitu
1. Adanya sumber basa nitrogen berupa nukleosida trifosfat. Bedanya dengan sumber basa untuk sintesis DNA hanyalah pada molekul gula pentosanya yang tidak berupa deoksiribosa tetapi ribosa dan tidak adanya basa timin tetapi digantikan oleh urasil.Jadi, keempat nukleosida trifosfat yang diperlukan adalah adenosin trifosfat (ATP),guanosin trifosfat (GTP), sitidin trifosfat (CTP), dan uridin trifosfat (UTP).
2. Adanya untai molekul DNA sebagai cetakan. Dalam hal ini hanya salah satu di antara kedua untai DNA yang akan berfungsi sebagai cetakan bagi sintesis molekul RNA.Untai DNA ini mempunyai urutan basa yang komplementer dengan urutan basa RNA48 hasil transkripsinya, dan disebut sebagai pita antisens. Sementara itu, untai DNA pasangannya, yang mempunyai urutan basa sama dengan urutan basa RNA, disebut sebagai pita sens. Meskipun demikian, sebenarnya transkripsi pada umumnya tidak terjadi pada urutan basa di sepanjang salah satu untai DNA. Jadi, bisa saja urutan basa yang ditranskripsi terdapat berselang-seling di antara kedua untai DNA.
3. Sintesis berlangsung dengan arah 5’→ 3’ seperti halnya arah sintesis DNA.
4. Gugus 3’- OH pada suatu nukleotida bereaksi dengan gugus 5’- trifosfat pada
nukleotida berikutnya menghasilkan ikatan fosofodiester dengan membebaskan dua atom pirofosfat anorganik (PPi). Reaksi ini jelas sama dengan reaksi polimerisasi
DNA. Hanya saja enzim yang bekerja bukannya DNA polimerase, melainkan RNA polimerase. Perbedaan yang sangat nyata di antara kedua enzim ini terletak pada kemampuan enzim RNA polimerase untuk melakukan inisiasi sintesis RNA tanpa adanya molekul primer. Secara garis besar transkripsi berlangsung dalam empat tahap, yaitu pengenalanpromoter, inisiasi, elongasi, dan teminasi.
Proses transkripsi pada eukariot terjadi di dalam inti sel (nukleus). DNA tetap berada di dalam nukleus, sedangkan hasil transkripsinya dikeluarkan dari nukleus menuju sitoplasma dan melekat pada ribosom. Namun pada sel tumbuhan, transkripsi terjadi di dalam matriks pada mitokondria dan plastida. Pada proses transkripsi, rantai DNA digunakan untuk mencetak rantai tunggal mRNA dengan bantuan enzim RNA polimerase. Enzim tersebut menempel pada bagian yang disebut promoter, yang terletak sebelum gen. Pertama-tama, ikatan hidrogen di bagian DNA yang akan disalin terbuka. Akibatnya, dua rantai DNA berpisah. Salah satu DNA berfungsi sebagai pencetak atau sense, yang lain sebagai antisense. Pada prokaryotik, rantai RNA langsung ditranslasikan sebelum transkripsi selesai. Sedangkan pada eukaryotik, rantai di bawah menuju sitoplasma (ribosom) untuk ditranslasi menjadi produk gen. Pembentukan RNA pada proses transkripsi melibatkan enzim RNA polymerase.


B. Rumusan Masalah
Rumusan masalah yang diangkat di dalam makalah ini adalah sebagai berikut:
1. Biosintesa Transkripsi secara umum?
2. Bagaimana terjadinya transkripsi pada Prokariot?
3. Bagaimana terjadinya transkripsi pada Eukariot?

C. Tujuan Penulisan
Tujuan penulisan makalah ini adalah sebagai berikut:
1. Untuk mengetahui biosintesa proses transkripsi secara umum.
2. Untuk mengetahui proses transkripsi pada Eukariot.
3. Untuk mengetahui proses transkripsi pada Prokariot.
BAB II
PEMBAHASAN

DNA sebagai materi genetik adalah fungsi fenotipik. Artinya, DNA harus mampu mengatur pertumbuhan dan diferensiasi individu organisme sehingga dihasilkan suatu fenotipe tertentu. Fungsi ini dilaksanakan melalui ekspresi gen, yang tahap pertamanya adalah proses transkripsi, yaitu perubahan urutan basa molekul DNA menjadi urutan basa molekul RNA. Dengan perkataan lain, transkripsi merupakan proses sintesis RNA menggunakan salah satu untai molekul DNA sebagai cetakan (templat)nya.
Transkripsi mempunyai ciri-ciri kimiawi yang serupa dengan sintesis/replikasi
DNA,
Transkripsi adalah proses penyalinan atau perekaman materi genetik, secara fungsional transkripsi adalah transfer informasi genetik yang terdapat dalam urutan nukleotida DNA menuju urutan RNA (Ayala, 1984 dalam Corebima, 2008). Pada transkripsi terjadi penyalinan atau perekaman informasi genetik yang ada pada DNA, berupa urutan nukleotida. Salinan atau rekaman informasi genetic tersebut berupa nukleotida RNA, dan berlangsung dengan acuan DNA sebagai templet. Karena pada penyalinan tersebut dihasilkan RNA maka peristiwa tersebut disebut biosintesa RNA.
A. Biosintesa RNA
Sebagian besar DNA adalah polinukleotida unting ganda, oleh karena itu sebagian besar gen pada DNA juga merupakan polinukleotida unting ganda. Namun demikian dalam proses replikasi DNA yang menjadi templet hanyalah salah satu unting DNA saja, disebut “Unting Sense” (Sense strand). Menurut Gandner, dkk, 1999 yang dimaksud dengan unting sense dari dua gen yang bcrbeda, bahkan yang letaknya berdekatan, tidak terlalu sama; namun untuk sesuatu gen hanya satu unting saja yang biasanya ditranskripsikan.
Biosintesa RNA sebagai proses transkripsi juga merupakan proses polimerasi. Dalam hal ini dijelaskan bahwa pada transkripsi terjadi reaksi polimerasi nukleotida dan menghasilkan polimer nukleotida yaitu polinukleotida RNA. Reaksi polimerasi nukleotida tersebut secara keseluruhan dapat ditulis sebagai (Klug, dkk, 1994 dalam Corebima 2008) berikut.

N(NTP) DNA (NMP)n + n(pp1)
Enzim

Berikut ini ditunjukkan pula reaksi polimerisasi nukleolida RNA bcrupa penambahan tiap nukleotida disaat proses transkripsi berlanjut (Klug, dkk., 1994 dalam Corebima, 2008).
(NTP)n + NTP DNA (NMP)n + n(pp1)
Enzim

Enzim yang mengkatalis reaksi polimerisasi nukleotida RNA secara umum disebut sebagai RNA polymerase atau RNA traskriptase. Proses transkripsi atau polimerisasi RNA secara umum terjadi dalam tiga tahap, yaitu inisiasi, elongasi dan terminasi (Brown, 1989 dalam Corebima 2008). Menurut Smith Keary (1991) dalam Corebima (2008) menyatakan bahwa traskripsi tersebut berlangsung dalam empat tahap, yaitu tahap pengikatan enzim RNA Polymerase, Inisiasi, Elongasi dan terminasi.
B. Kejadian Transkripsi pada Makhluk Hidup Prokariotik (E. Coli)
Gen pengkode RNA pada makhluk hidup prokariotik (E. coli) dibedakan menjadi tiga macam, ke tiga macam gen pengkode RNA tersebut adalah gen pengkode RNA-d, gen pengkode RNA-t dan gen pengkode RNA-r. Gen pengkode RNA-d mengkode RNA yang bukan merupakan produk akhir, sedangkan gen pengkode RNA-t maupun RNA-r mengkode RNA yang merupakan produk akhir.
Gen pengkode RNA-d disebut juga sebagai gen struktural (Russel, 1992 dalam Corebima 2008). Bahwa RNA yang dikode oleh gen struktural bukan merupakan produk akhir, hal itu disebabkan karena informasi atau kode-kode yang terkandung pada RNA itu akan ditranskripsikan untuk menghasilkan protein.
Secara umum gen pengkode RNA-t banyak, baik pada makhluk hidup prokariotik maupun eukariotik. Sebagaimana diketahui ada 61 kode genetika pada RNA-d yang menspesifikasi macam asam amino pada proses translasi . Pada kromosom E. coli ada beberapa gen pengkode RNA-t ditemukan hanya sekali, tetapi yang lainnya bahkan ditemukan lebih dari satu kali (Russel, 1992 dalam Coerbima 2008). Dalam hubungan ini pada beberapa kasus gen-gen berulang itu (gen-gen redundan) tidak terkait dengan kromosom; tetapi pada kasus-kasus lain, gen-gen itu berhubungan berdampingan pada kromosom, membentuk kelompok gen berjejer) berurutan langsung tetapi tidak berulang (nonredundant tandem gencluster). Gen pengkode RNA-r disebut juga sebagai DNA-r atau rDNA (Russel, 1992 dalam Corebima, 2008). Pada E. coli dikenal ada tiga gen pengkode RNA-r, yaitu gen pengkode RNA-r 16S, gen pengkode RNA-r 23S, dan gen pengkode RNA-r 5S yang setiap kali ditranskripsikan bersamaan menghasilkan suatu RNA-r precursor tunggal; ke tiga gen itu memang berdekatan letaknya, dan karena ditranskripsikan bersamaan maka disebut sebagai suatu "unit transkripsi". Pada E. coli terdapat tujuh unit transkripsi yang terletak di dalam posisi yang berjauhan satu sama lain.
Pada kenyataannya diketahui pula bahwa di tiap unit transkripsi itu terdapat satu atau dua gen pengkode RNA-t di sela internal antara urutan-urutan pengkode RNA-r 16S dan 23S; di samping itu pada tiga dari tujuh unit transkripsi, satu atau dua gen pengkode RNA-t terdapat di sela 3’ antara gen pengkode RNA-r 5S dan ujung 3' unit transkripsi (Russel, 1992 dalam Corebima, 2008). Lebih lanjut berkenaan dengan keberadaan gen pengkode RNA-t tersebut; ternyata bahwa selama biosintesis RNA di tiap unit transkripsi, gen pengkode RNA-t juga ikut ditranskripsi yang hasilnya untuk sementara menjadi bagian dari molekul RNA-r precursor, dan akhirnya molekul-molekul RNA-t itu dipisahkan dari RNA-r precusor melalui proses enzimatik.
Secara umum transkripsi berlangsung dalam tiga tahapm yaitu iinisiasi, elongai dan terminasi. Russel (1992) dalam Corebima 2008 menyatakan bahwa dewasa ini sudah ada bukti pasti yang menujukkan bahwa RNA Polymerase menginisiasi transkripsi pada suatu promoter tunggal dan bahwa suatu RNA-d poligenik disintesa dengan transkripsi dalam urutan yang sesuai dengan urutan letaknya , berikut tahapan transkripsi.
1. Pembukaan heliks

Sebelum tahapinisiasi agar pita antisens dapat diakses untuk perpasangan basa antara DNA dan RNA yang disintesis, untai ganda (heliks) DNA harus dibuka terlebih dahulu oleh enzim RNA polimerase. Pada kebanyakan gen pembukaan heliks oleh RNA polimerase akan dimudahkan oleh struktur superkoiling negatif DNA sehingga transkripsi dapat ditingkatkan. Namun, tidak semua promoter dapat diaktivasi oleh superkoiling negative sehingga terisyaratkan bahwa perbedaan topologi DNA dapat mempengaruhi transkripsi. Hal ini mungkin karena adanya perbedaan hubungan sterik pada urutan -35 dan -10 di dalam heliks. Sebagai contoh, promoter untuk subunit enzim DNA girase justru dihambat oleh superkoiling negatif. Seperti kita ketahui, DNA girase adalah enzim yang bertanggung jawab untuk superkoiling negatif pada genom E. coli sehinggasuperkoiling negatif ini dapat bertindak sebagai umpan balik yang menghambat ekspresi DNA girase. Pembukaan awal heliks DNA akan menyebabkan pembentukan kompleks terbuka (open complex) dengan RNA polimerase. Proses ini dikenal sebagai pengikatan ketat .

2. Inisiasi
sintesis RNA dapat berlangsung tanpa
adanya molekul primer. Oleh karena hampir semua tapak inisiasi transkripsi berupa basa G atau A, maka nukleosida trifosfat pertama yang digunakan untuk sintesis RNA adalah GTP atau ATP. Mula-mula RNA polimerase akan menggabungkan dua nukleotida pertama dan membentuk ikatan fosfodiester di antara kedua nukleotida tersebut. Selanjutnya, Sembilan basa pertama ditambahkan tanpa disertai pergeseran RNA polimerase di sepanjang molekul DNA. Pada akhir penambahan masing-masing basa ini akan terdapat peluang yang nyata terjadinya aborsi untai RNA yang baru terbentuk itu. Proses inisiasi abortif mempengaruhi laju transkripsi secara keseluruhan karena proses tersebut memegang peranan utama dalam menentukan waktu yang dibutuhkan oleh RNA polimerase untuk meninggalkan promoter dan memungkinkan RNA polimerase lainnya menginisiasi putaran transkripsi berikutnya. Waktu minimum untuk pengosongan promoter ini adalah 1 hingga 2 detik, suatu waktu yang relatif lama bila dibandingkan dengan waktu untuk tahap-tahap transkripsi lainnya.

3. Elongasi

Jika inisiasi berhasil, RNA polimerase melepaskan faktor ∂, dan bersama-sama
dengan DNA dan RNA nasen (RNA yang baru disintesis), akan membentuk kompleksterner atau kompleks yang terdiri atas tiga komponen. Dengan adanya kompleks terner ini RNA polimerase dapat berjalan di sepanjang molekul DNA. Artinya, promoter akan ditinggalkannya untuk kemudian ditempati oleh holoenzim RNA polimerase berikutnya sehingga terjadi reinisiasi transkripsi. Bagian DNA yang mengalami pembukaan heliks, atau disebut dengan gelembung transkripsi (transcription bubble), akan terlihat bergeser di sepanjang molekul DNA sejalan dengan gerakan RNA polimerase. Panjang bagian DNA yang mengalami pembukaan heliks tersebut relatif konstan, yakni sekitar 17 pb , sedangkan ujung 5’ molekul RNA yang disintesis akan membentuk heliks hibrid dengan pita antisens DNA sepanjang lebih kurang 12 pb. Ukuran ini ternyata tidak mencapai satu putaran heliks. RNA polimerase E. coli bergerak dengan kecepatan rata-rata 40 nukleotida per detik. Akan tetapi, angka ini dapat bervariasi sesuai dengan urutan lokal DNA (urutan DNA yang telah dicapai oleh RNA polimerase). Tetap dipertahankannya bagian DNA yang mengalami pembukaan heliks menunjukkan bahwa RNA polimerase membuka heliks DNA di depan gelembung transkripsi dan menutup heliks DNA di belakangnya. Dengan demikian, heliks hibrid RNA-DNA harus berputar setiap kali terjadi penambahan nukleotida pada RNA -nasen.








Gambar Struktur skematik gelembung transkripsi selama elongasi
(Sumber : www.bio.miami.edu)
4. Terminasi

RNA polimerase tetap terikat pada DNA dan melangsungkan transkripsi hingga
mencapai urutan terminator (sinyal stop), yang pada umumnya berupa struktur seperti tusuk konde (hairpin). Struktur yang terdiri atas batang dan kala (loop) ini terjadi karena RNA hasil transkripsi mengalami komplementasi diri. Biasanya, bagian batang sangatkaya dengan GC sehingga sangat stabil (GC mempunyai ikatan rangkap tiga). Di sebelah downstream (3’) dari struktur tusuk kode sering kali terdapat urutan yang terdiri atas empat U atau lebih. Nampaknya RNA polimerase akan segera berhenti begitu struktur tusuk konde RNA disintesis. Bagian ujung RNA yang mengandung banyak U tersebut mempunyai ikatan yang lemah dengan basa-basa A pada DNA cetakan sehingga molekul RNA hasilsintesis akan dengan mudah terlepas dari kompleks transkripsi. Selanjutnya, pita DNA cetakan yang sudah tidak berikatan atau membentuk hibrid dengan RNA segera menempel kembali pada pita DNA komplemennya. RNA polimerase inti pun akhirnya terlepas dari DNA.

5. Terminasi menggunakan protein rho
Telah disinggung di muka bahwa selain karena adanya struktur tusuk konde,
terminasi transkripsi dapat juga terjadi dengan bantuan suatu protein khusus yang
dinamakan protein rho (ρ). Rho merupakan protein heksamer yang akan menghidrolisis ATP dengan adanya RNA untai tunggal. Protein ini nampak terikat pada urutan sepanjang 72 basa pada RNA, yang diduga lebih disebabkan oleh pengenalan suatu struktur spesifik daripada karena adanya urutan konsensus. Rho bergerak di sepanjang RNA nasen menuju kompleks transkripsi. Pada kompleks transkripsi ini rho memungkinkan RNA polimerase untuk berhenti pada sinyal terminator tertentu. Sinyal-sinyal terminator ini, seperti halnya sinyal terminator yang tidak bergantung kepada rho,lebih dikenali oleh RNA daripada oleh DNA cetakannya. Adakalanya terminator tersebut juga berupa struktur tusuk konde tetapi tidak dikuti oleh urutan poli U.













Gambar: Transkripsi (Sumber : www.bio.miami.edu)








Gambar Proses transkripsi yang dilihat dengan menggunakan mikroskop (Sumber: www.utexas.edu)

C. Transkripsi pada Eukariot

Mekanisme transkripsi pada eukariot pada dasarnya menyerupai mekanisme pada prokariot. Namun, begitu banyaknya polipeptida yang berkaitan dengan mesin transkripsi pada eukariot menjadikan mekanisme tersebut jauh lebih kompleks daripada mekanisme pada prokariot. Ada tiga macam kompleks RNA polimerase, yang masing-masing diperlukan untuk transkripsi tipe-tipe gen eukariot yang berbeda. Perbedaan ketiga macam RNA polimerase tersebut dapat diketahui melalui pemurnian menggunakan teknik kromatografi dan elusi pada konsentrasi garam yang berbeda. Masing-masing RNApolimerase mempunyai sensitivitas yang berbeda terhadap toksin jamur α-amanitin, dan hal ini dapat digunakan untuk membedakan aktivitasnya satu sama lain (Anonim, tanpa tahun) sebagai berikut.
• RNA polimerase I (RNA Pol I) mentranskripsi sebagian besar gen rRNA. Enzim ini terdapat di dalam nukleoli dan tidak sensitif terhadap α-amanitin.
• RNA polimerase II (RNA Pol II) mentranskripsi semua gen penyandi protein dan beberapa gen RNA nuklear kecil (snRNA). Enzim ini terdapat di dalam nukleoplasma dan sangat sensitif terhadap α-amanitin.
• RNA polimerase III (RNA Pol III) mentranskripsi gen-gen tRNA, 5S rRNA, U6 snRNA dan beberapa RNA kecil lainnya. Enzim ini terdapat di dalam nukleoplasma dan agak sensitif terhadap α-amanitin. Ayala, dkk., (1984) dalam Corebima 2008 membedakan RNA polimerasi seperti tertera pada tabel berikut.
 
Fungsi ke tiga macam RNA polymerase pada sel-sel makhluk hidup eukariotik (gabungan Brown, 1989 dan Russel, 1994)
RNA
Polymerase Tipe gen yang ditanskripsikan Proporsi seluruh
aktivitas transkripsi
(%)
I Gen-gen RNA-r (28S, 18S, dan 5S) 60

II Terutama gen-gen yang mengkode protein, atau secara rinci: huRna, RNA-d dan beberapa RNA-m
10

III Gen-gen RNA-t, gen-gen RNA-r 5S, dan beberapa snRNA 10
Catatan: RNAsn atau snRNA adalah small nuclear RNA

Di samping enzim-enzim nuklear tersebut, sel eukariot juga mempunyai RNA
polimerase lainnya di dalam mitokondria dan kloroplas.

1. Subunit-subunit RNA polimerase pada eukariot
Ketiga RNA polimerase pada eukariot merupakan enzim berukuran besar yang terdiri atas 12 subunit atau lebih. Gen-gen yang menyandi dua subunit terbesar mempunyai homologi satu sama lain. Sementara itu, ketiga RNA polimerase eukariotmembawa subunit-subunit yang mempunyai homologi dengan subunit-subunit RNA polimerase inti pada E. coli (α2ββ’). Subunit terbesar RNA polimerase eukariot menyerupai subunit β’, sedangkan subunit terbesar kedua menyerupai subunit β, yangmerupakan pusat katalitik RNA polimerase E.coli. Homologi struktur ini ternyata berkaitan dengan homologi fungsional karena subunit terbesar kedua pada RNA polimerase eukariot juga mengandung tapak aktif. Dua subunit yang sama antara RNA Pol I dan RNA Pol III, serta satu subunit lainnya yang khas pada RNA Pol II, memperlihatkan homologi dengan subunit α RNA polimerase E. coli. Sekurang-kurangnya ada lima subunit lainnya yang lebih kecil, yang memperlihatkan kesamaan di antara ketiga RNA polimerase eukariot. Masing-masing RNA polimerase ini juga membawa empat hingga tujuh subunit tambahan yang hanya dijumpai pada salah satu di antara ketiganya (Anonim, tanpa tahun).

2. Aktivitas RNA Polimerase Eukariot
Seperti halnya RNA polimerase bakteri, masing-masing RNA polimerase eukariot mengatalisis transkripsi dengan arah 5’ ke 3’ dan menyintesis RNA yang komplementer dengan urutan DNA cetakan. Reaksi tersebut memerlukan prekursor berupa ATP, GTP, CTP, UTP, dan tidak memerlukan primer untuk inisiasi transkripsi. Namun tidak seperti pada bakteri, RNA polimerase eukariot yang dimurnikan memerlukan adanya protein inisiasi tambahan sebelum enzim ini dapat berikatan dengan promoter dan melakukan inisiasi transkripsi.

3. Gen-Gen yang ditranskripsi Oleh RNA Pol I
RNA Pol I bertanggung jawab dalam sintesis rRNA secara terus-menerus selama interfase. Sel manusia mengandung lima rumpun (cluster) gen penyandi rRNA yang terdiri atas sekitar 40 salinan dan terletak pada kromosom-kromosom yang berbeda. Masing-masing gen rRNA menghasilkan transkrip 45S rRNA yang panjangnya lebih kurang 13.000 nukleotida (nt). Transkrip ini akan terbagi menjadi sebuah 28S (5.000 nt), 18S (2.000 nt), dan 5,8S (160 nt) rRNA. Transkripsi salinan gen-gen rRNA secara berkesinambungan diperlukan untuk mencukupi produksi rRNA yang selanjutnya akan dikemas ke dalam ribosom.
Masing-masing rumpun gen rRNA dikenal sebagai daerah pengatur nukleolar (nucleolar organizer region) karena nukleolus mengandung kala (loop) DNA berukuran besar yang sesuai dengan rumpun-rumpun gen tersebut. Setelah sebuah sel dihasilkan dari mitosis, sintesis rRNA akan dimulai kembali dan nukleoli yang kecil akan muncul pada lokasi kromosomal yang ditempati oleh gen-gen rRNA. Selama sintesis rRNA berlangsung aktif, transkrip pra-rRNA dikemas di sepanjang gen-gen rRNA dan jika divisualisasikan menggunakan mikroskop elektron akan nampak sebagai ’struktur pohon natal’. Di dalam struktur ini transkrip-transkrip RNA dikemas dengan rapat di sepanjang molekul DNA dan masing-masing muncul tegak lurus dari DNA. Transkrip yang pendek dapat dilihat pada bagian awal gen tersebut. Transkrip akan makin bertambah panjang pada bagian-bagian berikutnya untuk kemudian menghilang ketika mencapai ujung unit transkripsi. Promoter-promoter gen pra-rRNA pada mamalia mempunyai suatu daerah control transkripsi bipartit, yang terdiri atas elemen inti atau core element dan elemen control hulu atau upstream control element (UCE) .
Elemen inti meliputi tapak awal transkripsi dan terbentang dari posisi -31
hingga +6, yang merupakan urutan esensial untuk transkripsi. Sementara itu, UCE
mempunyai panjang sekitar 50 hingga 80 pb yang dimulai dari posisi -100. UCE
bertanggung jawab untuk peningkatan transkripsi sekitar 10 hingga 100 kali bila UCE akan berikatan dengan suatu protein spesifik pengikat DNA, yang disebut dengan faktor pengikatan hulu atau upstream binding factor (UBF). Selain dengan UCE, UBF juga berikatan dengan suatu urutan di sebelah hulu elemen inti. Kedua urutan yang berikatan dengan UBF tersebut tidak mempunyai kesamaan yang nyata. Sebuah molekul UBF diduga mengikat UCE, sedangkan sebuah molekul UBF lainnya mengikat urutan yang kedua. Selanjutnya, kedua molekul UBF akan saling berikatan melalui interaksi protein-protein sehingga terbentuk struktur kala (loop) pada segmen DNA diantara kedua tempat pengikatan tersebut.
Selain UBF, terdapat faktor lain yang esensial untuk transkripsi RNA Pol I. Faktor ini adalah faktor selektivitas atau selectivity factor (SL1), yang akan berikatan dengan kompleks UBF-DNA dan kemudian menstabilkannya. SL1 berinteraksi dengan bagian hilir elemen inti yang bebas. Pengikatan kompleks UBF-DNA oleh SL1 memungkinkan RNA Pol I untuk memasuki kompleks tersebut dan melakukan inisiasi transkripsi. Saat ini SL1 telah diketahui mengandung beberapa subunit, antara lain berupa suatu protein yang dinamakan protein pengikat TATA atau TATA-binding protein (TBP). TBP diperlukan untuk inisiasi ketiga RNA polimerase eukariot, dan nampaknya merupakan faktor penting dalam transkripsi eukariot. Ketiga subunit SL1 lainnya dikenal sebagai faktor-faktor yang berasosiasi dengan TBP atau TBP-associated factors (TAFs), dan di antara subunit tersebut yang diperlukan untuk transkripsi RNA Pol I dinamakan TAF1s. Pada Acanthamoeba, suatu eukariot sederhana, terdapat elemen kontrol tunggal didaerah promoter gen rRNA yang terletak sekitar 12 hingga 72 pb ke arah hulu dari titik awal transkripsi.
Tempat ini akan diikat oleh faktor TIF-1, yang homolog dengan SL1.
Dengan pengikatan ini RNA Pol I akan dapat melakukan inisiasi transkripsi. Pada waktu RNA Pol I bergerak di sepanjang molekul DNA, faktor TIF-1 tetap terikat pada tempat semula sehingga memungkinkan terjadinya inisiasi transkripsi oleh RNA Pol I yang lain, dan beberapa putaran transkripsi dapat berlangsung. Oleh karena itu, mekanisme ini dapat dilihat sebagai sistem kontrol transkripsi yang sangat sederhana. Di sisi lain, untuk vertebrata nampaknya terdapat suatu UBF tambahan yang bertanggung jawab atas pengikatan promoter oleh SL1 secara spesifik.

4. Gen-Gen yang Ditranskripsi Oleh RNA Pol III
RNA Pol III terdapat di dalam nukleoplasma dan sekurang-kurangnya terdiri atas
16 subunit yang berbeda. Enzim ini menyintesis prekursor tRNA, 5S rRNA, serta
berbagai snRNA dan RNA sitosolik. Transkrip pertama yang dihasilkan dari gen-gen tRNA merupakan molekul prekursor yang akan diproses menjadi RNA matang. Daerah kontrol transkripsi gen-gen tRNA terletak di sebelah hilir tapak inisiasi transkripsi. Ada dua urutan yang sangat konservatif di dalam gen tRNA, yaitu kotak A (5’- TGGCNNAGTGG - 3’) dan kotak B (5’- GGTTCGANNCC - 3’). Kedua urutan ini juga menyandi urutan penting di dalam tRNA sendiri, yang disebut dengan kala D (D-loop) dan kala TΨC. Hal ini berarti bahwa urutan yang sangat konservatif di dalam tRNA juga merupakan urutan promoteryang sangat konservatif.
Dua faktor pengikatan DNA yang kompleks telah diketahui memegang peranan penting dalam inisiasi transkripsi tRNA oleh RNA Pol III TFIIIC
mengikat baik kotak A maupun kotak B di dalam promoter tRNA. Sementara itu, TFIIIB mengikat daerah sejauh 50 pb ke arah hulu dari kotak A. TFIIIB terdiri atas tiga subunit, yang salah satu di antaranya adalah TBP, suatu faktor inisiasi umum yang diperlukan oleh ketiga RNA polimerase. Subunit yang kedua dan ketiga masing-masing dinamakanBRF dan B’’. Faktor TFIIIB tidak memiliki spesifisitas urutan sehingga tempatpengikatannya bergantung kepada posisi pengikatan TFIIIC pada DNA. TFIIIB memungkinkan RNA Pol III untuk melakukan inisiasi transkripsi. Begitu TFIIIB terikat, TFIIIC dapat dikeluarkan tanpa mempengaruhi transkripsi. Oleh karena itu, TFIIIC dapat dilihat sebagai faktor perakitan untuk penempatan faktor inisiasi TFIIIB.
RNA Pol III mentranskripsi gen 5S rRNA, yang merupakan satu-satunya subunit rRNA yang ditranskripsi secara terpisah. Seperti halnya gen-gen rRNA lainnya yang ditranskripsi oleh RNA Pol I, gen-gen 5S rRNA tersusun secara tandem (berurutan) di dalam suatu rumpun gen. Pada manusia terdapat suatu rumpun yang berisi sekitar 2.000 gen. Promoter gen 5S rRNA mengandung daerah kontrol internal yang dinamakan kotak C. Letaknya sekitar 81 hingga 99 pb ke arah hilir dari tapak inisiasi transkripsi. Selain itu,terdapat juga kotak A yang berada pada posisi sekitar +50 hingga +65. Kotak C pada promoter 5S rRNA berperan sebagai tempat pengikatan protein spesifik, yaitu TFIIIA (Gambar 5.8). TFIIIA bekerja sebagai faktor perakitan yang memungkinkan TFIIIC berinteraksi dengan promoter 5S rRNA. Sementara itu, kotak A akan menstabilkan pengikatan TFIIIC sehingga faktor ini berikatan dengan DNA pada posisi yang relatif sama dengan posisi pengikatan pada promoter tRNA. Begitu TFIIIC terikat pada DNA, TFIIIB dapat berinteraksi dengan kompleks pengikatan tersebut dan memungkinkan RNA Pol III untuk melakukan inisiasi transkripsi.
Banyak gen yang ditranskripsi oleh RNA Pol III bergantung kepada urutan hulu untuk regulasi transkripsinya. Beberapa promoter seperti U6 snRNA dan gen-gen RA kecil dari virus Epstein-Barr hanya menggunakan urutan regulator yang letaknya di sebelah hulu dari tapak inisiasi transkripsinya. Daerah penyandi U6 snRNA mempunyai sebuah kotak A yang khas. Akan tetapi, urutan ini tidak diperlukan untuk transkripsi. Daerah hulu pada U6 snRNA mengandung urutan khas promoter RNA Pol II, yang meliputi kotak TATA pada posisi -30 hingga -23. Promoter ini juga memiliki beberapa urutan di daerah hulu sebagai tempat pengikatan faktor transkripsi lainnya seperti pada kebanyakan gen U RNA yang ditranskripsi oleh RNA Pol II. Hal ini mendukung pendapat bahwa faktor-faktor transkripsi umum dapat mengatur gen-gen yang ditranskripsi baik oleh RNA Pol II maupun oleh RNA Pol III. Terminasi transkripsi oleh RNA Pol III nampaknya hanya memerlukan pengenalan polimerase berupa urutan nukleotida sederhana. Urutan ini terdiri atas sekelompok residu dA yang efisiensi terminasinya dipengaruhi oleh urutan di sekitarnya. Urutan 5’-
GCAAAAGC - 3’ merupakan sinyal terminasi yang efisien untuk gen 5S rRNA pada
Xenopus borealis.

5. Gen-gen yang ditranskripsi oleh RNA Pol II
RNA Pol II terdapat di dalam nukleoplasma dan bertanggung jawab untuk
transkripsi semua gen penyandi protein dan beberapa gen snRNA. Pra-mRNA (transkrip primer) yang baru disintesis harus mengalami prosesing melalui pembentukan pelindung dan tapak inisiasi transkripsi bukan merupakan urutan yang penting, jarak antara kedua
tempat tersebut ternyata penting. Hampir 50% tapak inisiasi transkripsi berupa residu A. Beberapa gen eukariot tidak mempunyai kotak TATA tetapi memiliki suatu elemen insiator, yang terletak di sekitar tapak inisiasi transkripsi. Namun, beberapa promoter tidak memiliki baik kotak TATA maupun elemen inisiator. Gen-gen semacam ini biasanya ditranskripsi dengan lambat, dan inisiasi transkripsi dapat terjadi di tempattempat yang berbeda sepanjang 200 pb. Gen-gen ini sering kali mengandung daerah yang kaya GC sepanjang 20 hingga 50 pb pada posisi 100 hingga 200 pb arah hulu dari tapak inisiasi transkripsi. Aktivitas promoter basal yang rendah akan sangat ditingkatkan oleh adanya elemen-elemen lain di sebelah hulu promoter. Elemen-elemen ini dijumpai pada kebanyakan gen dengan tingkat ekspresi yang sangat bervariasi di antara jaringan yang berbeda. Dua contoh yang umum adalah kotak SP1, yang terletak di sebelah hulu dari banyak gen baik yang mempunyai maupun yang tidak mempunyai kotak TATA, dan kotak CCAAT. Promoter dapat memiliki salah satu, keduanya, atau bahkan banyak salinan urutan/kotak tersebut. Urutan yang pada umumnya terletak 100 hingga 200 pb arah hulu dari promoter ini dinamakan elemen regulator hulu atau upstream regulatory elements (UREs). UREs memegang peranan penting dalam menjamin berlangsungnya transkripsi yang efisien. Transkripsi kebanyakan promoter eukariot dapat dipacu oleh elemen kontrol yang letaknya beribu-ribu pasang basa dari tapak inisiasi transkripsi. Hal ini pertama kali ditemukan pada genom virus SV40. Suatu urutan sepanjang kira-kira 100 pb pada DNA virus ini dapat dengan nyata meningkatkan transkripsi dari promoter basal. Urutan pemacu (enhancer) ini mempunyai panjang 100 hingga 200 pb dan mengandung banyak elemen yang menghasilkan aktivitas totalnya. Pemacu dapat dijumpai pada sembarang sel atau hanya pada tipe sel tertentu. Dengan makin banyaknya pemacu dan promoter yang ditemukan, terlihat bahwa motif kedua elemen tersebut ternyata tumpang tindih, baik secara fisik maupun fungsional. Dengan demikian, terdapat spektrum elemen regulator yang sinambung,
mulai dari elemen-elemen pemacu yang sangat panjang rentangnya hingga elemen elemen promoter yang pendek rentangnya.(cap) pada ujung 5’ RNA dan penambahan poli A pada ujung 3’ di samping pembuanganintron dan penyatuan (splicing) ekson.
Banyak promoter eukariot mengandung suatu urutan konservatif yang dinamakan kotak TATA. Letaknya sekitar 25 hingga 35 pb dari tapak inisiasi transkripsi, berisi urutan konsensus sepanjang 7 pb, yaitu 5’- TATA(A/T)A(A/T) - 3’. Meskipun demikian, saat ini diketahui bahwa protein yang mengikat kotak TATA, yakni TBP, ternyata berikatan dengan urutan sepanjang 8 pb. Tambahan sepasang basa ini letaknya di sebelah hilir dari kotak TATA dan identitasnya tidaklah penting. Kotak TATA bekerja dengan cara yang sama dengan urutan -10 pada promoter E. coli dalam menempatkan RNA Pol II agar diperoleh inisiasi transkripsi yang benar. Meskipun urutan di antara kotak TATA Serangkaian faktor transkripsi basal yang kompleks telah diketahui berikatan dengan promoter RNA Pol II dan bersama-sama melakukan inisiasi transkripsi.
Pada promoter yang mengandung kotak TATA, TFIID merupakan faktor pertama
yang akan mengikat promoter tersebut. Faktor ini terdiri atas banyak molekul protein,
tetapi hanya salah satu di antaranya, yakni protein pengikat TATA atau TATA-binding protein (TBP), yang akan berikatan dengan kotak TATA. Seperti pada RNA Pol I, pada TFIID juga terdapat faktor-faktor yang berasosiasi dengan TBP atau TBP-associated factors (TAFIIS). Pada sel-sel mamalia TBP nampaknya akan berikatan dengan kotak TATA dan kemudian bergabung dengan sekurang-kurangnya delapan TAFIIS untuk membentuk TFIID. TBP dijumpai pada ketiga kompleks transkripsi eukariot (dalam SL1, TFIIIB, dan TFIID), dan dapat dipastikan memegang peranan penting dalam inisiasi transkripsi. TBP merupakan protein monomerik. Semua TBP eukariot mempunyai domain yang terdiri atas 180 residu asam amino pada ujung C yang sangat konservatif, dan dapat berfungsi sebagai molekul protein seutuhnya pada transkripsi in vivo. Oleh karena itu, fungsi domain pada ujung N yang kurang konservatif belum sepenuhnya diketahui. TBPmempunyai struktur fisik seperti pelana, yang akan mengikat lekukan kecil molekul DNA pada kotak TATA dan menghasilkan sudut 45° di antara kedua pasang basa pertama dan kedua pasang basa terakhir dari 8pb elemen TATA. Mutasi TBP pada domain pengikatannya dengan kotak TATA tetap mempertahankan fungsinya sebagai factor transkripsi RNA Pol II. Hal ini menunjukkan bahwa RNA Pol I dan RNA Pol III menggunakan untuk inisiasi transkripsi, tetapi peranan TBP itu sendiri yang sesungguhnya pada
kompleks transkripsi tersebut masih belum jelas. Faktor transkripsi berikutnya, TFIIA, akan mengikat TFIID dan meningkatkan stabilitas pengikatan TFIID pada kotak TATA. TFIIA sekurang-kurangnya tersusun dari tiga subunit. Pada studi transkripsi in vitro, yang dilakukan dengan memurnikan TFIID, TFIIA ternyata menjadi tidak dibutuhkan lagi. Namun, pada sel-sel yang utuh TFIIA nampaknya akan menghilangkan pengaruh faktor-faktor penghambat yang berasosiasi dengan TFIID. Jadi, pengikatan TFIIA pada TFIID rupanya akan mencegah masuknya
faktor-faktor penghambat tersebut sehingga proses transkripsi dapat berlanjut.
Begitu TFIID terikat dengan stabil pada DNA, faktor transkripsi lainnya, yakni
TFIIB, akan berikatan dengan TFIID. Faktor ini akan berperan sebagai perantara yang memungkinkan masuknya RNA Pol II ke dalam kompleks inisiasi transkripsi bersama dengan masuknya faktor berikutnya, TFIIF. Setelah RNA Pol II terikat pada kompleks inisiasi transkripsi, tiga faktor lainnya, masing-masing TFIIE, TFIIH, dan TFIIJ, segera berasosiasi dengan kompleks tersebut. Ketiga faktor ini diperlukan untuk transkripsi in vitro dan penggabungannya dengan kompleks tersebut terjadi melalui urutan tertentu. Di antara ketiga faktor tersebut, TFIIH merupakan molekul protein terbesar yang sekurang-kurangnya terdiri atas lima subunit. TFIIH mempunyai aktivitas kinase dan helikase. Aktivasi oleh TFIIH akan menyebabkan fosforilasi domain ujung C atau carboxyl-terminal domain (CTD) pada RNA Pol II sehingga terbentuk kompleks RNA Pol II yang siap untuk diproses dan meninggalkan daerah promoter. Dengan demikian, TFIIH nampaknya mempunyai fungsi yang sangat penting dalam kontrol elongasi transkripsi. Komponen-komponen TFIIH juga penting dalam mekanisme perbaikan DNA dan dalam fosforilasi kompleks kinase yang mengatur daur sel. Pada kebanyakan promoter RNA Pol II yang tidak memiliki kotak TATA terdapat suatu elemen inisiator yang letaknya tumpang tindih dengan tapak inisiasi transkripsi. Rupanya pada promoter semacam ini TBP dimasukkan ke promoter oleh suatu protein pengikat DNA yang terikat pada elemen inisiator. TBP kemudian memasukkan faktorfaktor transkripsi lainnya beserta RNA Pol II dengan cara seperti pada promoter yang mempunyai kotak TATA.

6. Struktur Faktor Transkripsi Pada Eukariot
Faktor-faktor transkripsi pada eukariot mempunyai dua aktivitas yang berbeda,
yaitu pengikatan spesifik pada DNA dan aktivasi transkripsi. Masing-masing aktivitas ini dilaksanakan oleh domain-domain protein yang terpisah, yaitu domain pengikatan DNA dan domain aktivasi. Selain itu, banyak faktor transkripsi berupa homodimer atau heterodimer, yang bersama-sama disatukan melalui domain dimerisasi. Beberapa factor transkripsi mempunyai domain pengikatan ligan yang memungkinkan aktivitas factor regulasi transkripsi melalui pengikatan suatu molekul tambahan yang berukuran kecil. Reseptor hormon steroid merupakan salah satu contoh protein yang mempunyai keempat macam domain tersebut. Dari percobaan-percobaan yang dikenal sebagai percobaan pertukaran domain atau domain swap aktivasi faktor transkripsi Gal4 dan Gcn4 pada khamir terletak pada bagian protein yang berbeda. Domain aktivasi akan bergabung dengan represor LexA pada bakteri,
menghasilkan protein hibrid yang mengaktivasi transkripsi dari promoter dengan urutan operator lexA. Hal ini menunjukkan bahwa fungsi aktivasi transkripsi pada protein khamir terpisah dari aktivitas pengikatan DNAnya. Ada tiga macam domain pengikatan DNA, yaitu domain helix turn helix, domain zinc finger, dan domain basic. Domain helix turn helix mempunyai sebuah heliks pengenalan yang akan berinteraksi dengan . Domain zinc finger mempunyai dua buah kala. Pada domain zinc finger C2H2 masing-masing kala berupa enam asam amino yang berujung pada d residu asam amino ini berkoordinat pada suatu ion zinkum (Gambar 5.10.b). Domain
basic biasanya berasosiasi dengan salah satu dari dua domain dimerisasi, yaitu leucine zipper atau helix-loop-helix (HLH), sehingga masing-masing dikenal sebagai basic leucine zipper (bZIP) dan basic HLH. Dimerisasi protein-protein ini akan
membawa kedua domain basic, yang kemudian dapat berinteraksi dengan DNA.
Domain dimerisasi, seperti telah disinggung di atas, dapat berupa protein leucine
zipper atau HLH. Leucine zipper mengandung sebuah residu leusin hidrofobik pada
setiap posisi ketujuh yang akan berikatan dengan ujung C domain basic. Leusin-leusin pada domain leucine zipper tersusun dalam struktur α-heliks (Gambar 5.11). Domain HLH mempunyai struktur yang menyerupai domain leucine zipper, kecuali dalam hal adanya suatu kala rantai polipeptida yang memisahkan kedua α-heliks protein monomeriknya. Seperti halnya leucine zipper, motif HLH sering kali dijumpai berdekatan dengan domain basic yang memerlukan dimerisasi dalam pengikatan DNA. Domain aktivasi transkripsi dapat berupa domain aktivasi asam, domain kaya glutamin, atau domain kaya prolin. Domain aktivasi asam mengandung banyak sekali residu asam amino yang bersifat asam sehingga sering disebut juga dengan ’gumpalan asam’ atau ’gumpalan negatif’. Masih belum diketahui dengan pasti gambaran struktur lainya yang diperlukan oleh domain ini agar dapat berfungsi sebagai domain aktivasi transkripsi yang efisien. Domain kaya glutamin pertama kali ditemukan pada factor transkripsi SP1. Pada domain ini banyak sekali ditemukan residu glutamin. Begitu juga, pada domain kaya prolin banyak sekali ditemukan residu prolin. Regulasi transkripsi dapat terjadi melalui interaksi tidak langsung dengan fungsi suatu faktor transkripsi, antara lain dengan blokade tempat pengikatan faktor transkripsi pada DNA (seperti pada kebanyakan represor prokariot), pembentukan kompleks pengikatan non-DNA (misalnya protein inhibitor Id yang tidak mempunyai domain pengikatan DNA akan menggangu interaksi protein HLH dengan DNA), dan blockade domain aktivasi faktor transkripsi meskipun pengikatannya pada DNA tetap berlangsung (misalnya Gal80 akan menutupi domain aktivasi faktor transkrispi Gal4 pada khamir). Disamping itu, penghambatan transkripsi dapat juga terjadi secara langsung karena adanya domain tertentu pada represor. Sebagai contoh, suatu domain reseptor hormon tiroid pada mamalia akan menekan transkripsi apabila tidak ada hormon tiroid dan akan mengaktifkannya Wilms berupa protein WT1 yang akan menekan tumor, mempunyai domain represor
spesifik yang banyak mengandung prolin.