BAB V. TRANSKRIPSI

Pokok bahasan di dalam bab ini meliputi prinsip dasar transkripsi, yang mencakup

ciri-ciri dan tahapan transkripsi, transkripsi pada prokariot, dan transkripsi pada eukariot,

dengan  penekanan  pada  karakteristik  enzim  RNA  polimerasenya.  Setelah  mempelajari

pokok bahasan di dalam bab ini mahasiswa diharapkan mampu menjelaskan:

1.   prinsip dasar transkripsi,

2.   transkripsi pada prokariot, khususnya pada bakteri Escherichia coli, dan

3.   transkripsi pada eukariot.

Pengetahuan  awal  yang  diperlukan oleh  mahasiswa  agar  dapat mempelajari pokok

bahasan  ini  dengan  lebih  baik  adalah  struktur  asam  nukleat  dan  replikasi  DNA,  yang

masing-masing telah dijelaskan pada Bab II dan Bab IV.  Selain itu, konsep dasar tentang

gen  dan  transkripsi  yang  telah  diperoleh  pada  mata  kuliah  Genetika  juga  sangat

mendukung pemahaman materi bahasan di dalam bab ini.

Prinsip Dasar Transkripsi

Pada Bab IV telah disebutkan bahwa fungsi dasar kedua yang harus dijalankan oleh

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 RNA

48

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  pengenalan

promoter,  inisiasi,  elongasi,  dan  teminasi.  Masing-masing  tahap  akan  dijelaskan  secara

singkat sebagai berikut.

Pengenalan promoter

Agar  molekul  DNA  dapat  digunakan  sebagai  cetakan  dalam  sintesis  RNA,  kedua

untainya  harus  dipisahkan satu  sama  lain di  tempat-tempat  terjadinya  penambahan basa

pada  RNA.  Selanjutnya,  begitu  penambahan  basa  selesai  dilakukan,  kedua  untai  DNA

segera  menyatu  kembali.  Pemisahan  kedua  untai  DNA  pertama  kali  terjadi  di  suatu

tempat  tertentu,  yang  merupakan  tempat  pengikatan  enzim  RNA  polimerase  di  sisi  5’

(upstream)  dari  urutan  basa  penyandi  (gen)  yang  akan  ditranskripsi.  Tempat  ini

dinamakan promoter. 

Inisiasi

Setelah  mengalami  pengikatan  oleh  promoter,  RNA  polimerase  akan  terikat  pada

suatu  tempat di dekat promoter, yang dinamakan  tempat awal polimerisasi  atau tapak

inisiasi  (initiation site).  Tempat ini sering dinyatakan sebagai posisi +1 untuk  gen  yang

akan  ditranskripsi.  Nukleosida  trifosfat  pertama  akan  diletakkan  di  tapak  inisiasi  dan

sintesis RNA pun segera dimulai. 

Elongasi

49

Pengikatan  enzim  RNA  polimerase beserta  kofaktor-kofaktornya  pada  untai  DNA

cetakan membentuk kompleks transkripsi. Selama sintesis RNA berlangsung kompleks

transkripsi  akan bergeser  di sepanjang  molekul  DNA  cetakan  sehingga nukleotida  demi

nukleotida akan ditambahkan kepada untai RNA yang sedang diperpanjang pada ujung 3’

nya. Jadi, elongasi atau polimerisasi RNA berlangsung dari arah 5’ ke 3’, sementara RNA

polimerasenya sendiri bergerak dari arah 3’ ke 5’ di sepanjang untai DNA cetakan. 

Terminasi

Berakhirnya  polimerisasi  RNA  ditandai  oleh  disosiasi  kompleks  transkripsi  atau

terlepasnya  enzim  RNA  polimerase  beserta  kofaktor-kofaktornya  dari  untai  DNA

cetakan.  Begitu  pula  halnya  dengan  molekul  RNA  hasil  sintesis.  Hal  ini  terjadi  ketika

RNA polimerase mencapai urutan basa tertentu yang disebut dengan terminator.

Terminasi  transkripsi  dapat  terjadi  oleh  dua  macam  sebab,  yaitu  terminasi  yang

hanya bergantung kepada urutan basa cetakan (disebut terminasi diri) dan terminasi yang

memerlukan kehadiran suatu protein khusus (protein  rho). Di antara keduanya terminasi

diri  lebih  umum  dijumpai.  Terminasi  diri  terjadi  pada  urutan  basa  palindrom  yang

diikuti oleh beberapa adenin (A). Urutan palindrom adalah urutan yang sama jika dibaca

dari dua arah yang berlawanan. Oleh karena urutan palindom ini biasanya diselingi oleh

beberapa  basa  tertentu,  maka  molekul  RNA  yang  dihasilkan  akan  mempunyai  ujung

terminasi berbentuk batang dan kala (loop) seperti pada Gambar 5.1.

Inisiasi transkripsi tidak harus menunggu selesainya transkripsi sebelumnya. Hal ini

karena  begitu RNA  polimerase  telah  melakukan pemanjangan 50 hingga  60 nukleotida,

promoter  dapat  mengikat  RNA  polimerase  yang  lain.  Pada  gen-gen  yang  ditranskripsi

dengan  cepat  reinisiasi  transkripsi  dapat  terjadi  berulang-ulang  sehingga  gen  tersebut

akan  terselubungi  oleh  sejumlah  molekul  RNA  dengan  tingkat  penyelesaian  yang

berbeda-beda.

Transkripsi pada Prokariot

Telah  dikatakan  di  atas  bahwa  transkripsi  merupakan  proses  sintesis  RNA  yang

dikatalisis oleh  enzim  RNA  polimerase.  Berikut  ini  akan diuraikan  sekilas  enzim  RNA

50

polimerase  pada  prokariot,  khususnya  pada  bakteri  E.coli,  promoter  ⁷⁰,  serta  proses

transkripsi pada organisme tersebut.

                                                   urutan penyela

       5’                                                                                                           3’ 

         A T T A A A G G C T C C T T T T G G A G C C T T T T T T T T          DNA

         T A A T T  T C C G A G GA AA A C C T C G G A A AAA A AA

       3’                                                                                                           5’

transkripsi

                                                          U    U

                                                       U          U

                                                          C     G

                                                          C     G

                                                          U     A

                                                          C     G

                                                          G     C      RNA

                                                          G     C

                                                          A     U

                                                          A     U

              5’                                         A     U                            3’ 

                                        A   U   U                 U   U   U   U   U      

                             Gambar 5.1 Terminasi sintesis RNA menghasilkan 

                                                   ujung berbentuk batang dan kala

RNA polimerase E. coli

Enzim RNA polimerase pada  E. coli sekurang-kurangnya terdiri atas lima subunit,

yaitu  alfa  (),  beta  (),  beta  prima  (’),  omega  (),  dan  sigma  ().  Pada  bentuk

lengkapnya,  atau  disebut  sebagai  holoenzim,  terdapat  dua  subunit    dan  satu  subunit

untuk  masing-masing  subunit  lainnya  sehingga  sering  dituliskan  dengan  ₂’. 

Holoenzim RNA polimerase diperlukan untuk inisiasi transkripsi. Namun, untuk elongasi

transkripsi  tidak  diperlukan  faktor    sehingga  subunit  ini  dilepaskan  dari  kompleks

51

transkripsi  begitu  inisiasi  selesai.  Sisanya,  yakni  ₂’,  merupakan  enzim  inti  (core

enzyme) yang akan melanjutkan proses transkripsi.

Laju  sintesis  RNA  oleh  RNA  polimerase  E.  coli  dapat  mencapai  sekitar  40

nukleotida per detik pada suhu 37C. Untuk aktivitasnya enzim ini memerlukan kofaktor

Mg²⁺.  Setiap  berikatan  dengan  molekul  DNA  enzim  RNA  polimerase  E.  coli  dapat

mencakup daerah sepanjang lebih kurang 60pb.

Meskipun  kebanyakan  RNA  polimerase  seperti  halnya  yang  terdapat  pada  E.  coli

mempunyai  struktur  multisubunit,  hal  itu  bukanlah  persyaratan  yang  mutlak.  RNA

polimerase pada bakteriofag T3 dan T7, misalnya, merupakan rantai polipeptida tunggal

yang ukurannya jauh lebih kecil daripada RNA polimerase bakteri. Enzim tersebut dapat

menyintesis RNA dengan cepat, yaitu sebanyak 200 nukleotida per detik pada suhu 37C.

Subunit 

Dua  subunit   yang  identik  terdapat  pada  RNA  polimerase  inti.  Kedua-duanya

disandi  oleh  gen  rpoA.  Ketika  bakteriofag  T4  menginfeksi  E.coli,  subunit    akan

dimodifikasi  melalui  ribosilasi  ADP  suatu  arginin.  Hal  ini  berkaitan  dengan

berkurangnya  afinitas  pengikatan  promoter  sehingga  subunit   diduga  kuat  memegang

peranan dalam pengenalan promoter.

Subunit 

Seperti  halnya  subunit  ,  subunit    juga  terdapat  pada  RNA  polimerase  inti.

Subunit ini diduga sebagai pusat katalitik RNA polimerase, yang dibuktikan melalui hasil

penelitian  mengenai  penghambatan  transkripsi  menggunakan  antibiotik.  Antibiotik

rifampisin  merupakan  inhibitor  potensial  bagi  RNA  polimerase  yang  menghalangi

inisiasi  tetapi tidak mempengaruhi elongasi.  Kelompok antibiotik  ini  tidak  menghambat

polimerase  eukariot  sehingga  sering  digunakan  untuk  mengatasi  infeksi  bakteri  Gram

positif  dan  tuberkulosis.  Rifampisin  telah  dibuktikan  berikatan  dengan  subunit  ,  dan

mutasi-mutasi yang menyebabkan resistensi terhadap rifampisin telah dipetakan pada gen

rpoB,  yaitu gen yang  menyandi subunit .   Selanjutnya,  kelompok  antibiotik yang lain,

yakni  streptolidigin,  ternyata  menghambat  elongasi  transkripsi,  dan  mutasi-mutasi  yang

menyebabkan resistesi terhadap antibiotik ini juga dipetakan pada gen rpoB.  Kedua hasil

52

penelitian tersebut mendukung pendapat bahwa subunit  diduga mempunyai dua domain

yang bertanggung jawab terhadap inisiasi dan elongasi transkripsi.

Subunit ’

Subunit ’ juga terdapat pada RNA polimerase inti. Subunit yang disandi oleh gen

rpoC  ini  mengikat  dua  ion  Zn²⁺  yang  diduga  berpartisipasi  dalam  fungsi  katalitik

polimerase.  Suatu  polianion,  yakni  heparin,  terbukti  mengikat  subunit  ’.  Heparin

menghambat  transkripsi  secara  in  vitro  dan  juga  berkompetisi  dengan  DNA  dalam

pengikatan  RNA  polimerase.  Hal  ini  mendukung  pendapat  bahwa  subunit  ’  diduga

bertanggung jawab terhadap pengikatan DNA cetakan.

Faktor 

Faktor    yang  paling  umum  dijumpai  pada  E.  coli  adalah  ⁷⁰  (disebut  demikian

karena  mempunyai  berat  molekul  70  kDa).  Pengikatan  faktor    pada  RNA  polimerase

inti  akan  mengubah  enzim  tersebut  menjadi  holoenzim.  Faktor    memegang  peranan

yang  penting  dalam  pengenalan  promoter  tetapi  tidak  diperlukan  untuk  elongasi

transkripsi.  Kontribusi  faktor    dalam  pengenalan  promoter  adalah  melalui  penurunan

afinitas  enzim  inti  terhadap  tempat-tempat  nonspesifik  pada  molekul  DNA  hingga  10⁴,

disertai dengan peningkatan afinitas terhadap promoter. 

Banyak  organisme  prokariot,  termasuk  E.  coli,  mempunyai  beberapa  faktor  .

Semuanya  terlibat  dalam  pengenalan  kelompok-kelompok  promoter  tertentu.  Faktor  

dilepaskan dari RNA polimerase  inti ketika  sintesis RNA mencapai panjang 8 hingga  9

nukleotida.  Enzim  inti  tersebut  kemudian  akan  bergerak  di  sepanjang  molekul  DNA

sambil  menyintesis untai  RNA.  Sementara  itu,  faktor    dapat  segera  bergabung  dengan

RNA polimerase inti lainnya dan melakukan inisiasi transkripsi kembali. Jumlah faktor 

di  dalam  sel  lebih  kurang  hanya  30%  dari  jumlah  RNA  polimerase  inti sehingga hanya

sepertiga  di  antara  kompleks  RNA  polimerase  yang  akan  dijumpai  dalam  bentuk

holoenzim pada suatu waktu tertentu.

Promoter ⁷⁰ pada E. coli

Seperti  telah dikatakan di  atas,  promoter merupakan  tempat  tertentu pada molekul

DNA  yang  mempunyai  urutan  basa  spesifik  untuk  pengikatan  RNA  polimerase  dan