Senyawa kimia asam nukleat

Metabolisme RNA

RNA menyediakan hubungan antara informasi genetik yang disandikan dalam DNA dan cara kerja sel yang sebenarnya. Beberapa molekul RNA seperti rRNA dan snRNA (dijelaskan di bagian Jenis RNA) menjadi bagian dari struktur ribonucleoprotein yang rumit dengan peran khusus dalam sel. Yang lain seperti tRNA memainkan peran kunci dalam sintesis protein, sementara mRNA mengarahkan sintesis protein oleh ribosom. Tiga fase berbeda dari metabolisme RNA terjadi. Pertama, segmen genom yang dipilih disalin dengan transkripsi untuk menghasilkan RNA prekursor. Kedua, prekursor ini diproses menjadi RNA matang fungsional yang siap digunakan. Ketika RNA ini adalah mRNA, mereka kemudian digunakan untuk terjemahan. Ketiga, setelah menggunakan RNA terdegradasi, dan basisnya didaur ulang. Dengan demikian, transkripsi adalah proses di mana segmen tertentu dari DNA, gen, disalin ke dalam RNA spesifik yang mengkode protein tunggal atau memainkan peran struktural atau katalitik. Penerjemahan adalah penguraian informasi dalam molekul mRNA yang terjadi pada struktur khusus yang disebut ribosom. Ada perbedaan penting dalam transkripsi dan terjemahan antara organisme prokariotik dan eukariotik.

Transkripsi

Segmen kecil DNA ditranskripsi menjadi RNA oleh enzim RNA polimerase, yang mencapai penyalinan ini dalam proses yang dikontrol secara ketat. Langkah pertama adalah mengenali sekuens spesifik pada DNA yang disebut promotor yang menandakan awal gen. Dua untai DNA menjadi terpisah pada titik ini, dan RNA polimerase mulai menyalin dari titik tertentu pada satu untai DNA menggunakan ribonucleoside 5′-trifosfat untuk memulai rantai pertumbuhan. Ribonukleosida trifosfat tambahan digunakan sebagai substrat, dan, dengan pembelahan ikatan fosfat berenergi tinggi, ribonukleosida monofosfat dimasukkan ke dalam rantai RNA yang sedang tumbuh. Setiap ribonukleotida berturut-turut diarahkan oleh aturan pasangan basa pelengkap dari DNA. Jadi, suatu C dalam DNA mengarahkan penggabungan suatu G ke dalam RNA, G disalin ke dalam C, T ke dalam A, dan A ke dalam U. Sintesis berlanjut sampai sinyal terminasi tercapai, di mana titik RNA polimerase turun dari DNA, dan molekul RNA dilepaskan. Dalam beberapa kasus, molekul RNA ini adalah mRNA akhir. Dalam kasus lain, ini adalah pra-mRNA dan membutuhkan pemrosesan lebih lanjut sebelum siap untuk diterjemahkan oleh ribosom. Menjelang banyak gen dalam prokariota, ada sinyal yang disebut "operator" di mana protein khusus yang disebut represor berikatan dengan DNA di hulu dari titik awal transkripsi dan mencegah akses ke DNA oleh RNA polimerase. Protein penekan ini dengan demikian mencegah transkripsi gen dengan secara fisik memblokir aksi RNA polimerase. Biasanya, represor dilepaskan dari aksi pemblokiran ketika mereka menerima sinyal dari molekul lain dalam sel yang menunjukkan bahwa gen perlu diekspresikan. Di depan beberapa gen prokariotik adalah sinyal yang mengikat protein aktivator yang secara positif mendorong transkripsi.

Transkripsi pada organisme tingkat tinggi lebih rumit. Pertama, RNA polimerase dari eukariota adalah enzim yang lebih rumit daripada enzim prokariota lima subunit yang relatif sederhana. Selain itu, ada banyak lagi faktor aksesori yang membantu mengendalikan efisiensi masing-masing promotor. Protein aksesori ini disebut faktor transkripsi dan biasanya merespons sinyal dari dalam sel yang menunjukkan apakah transkripsi diperlukan. Dalam banyak gen manusia, beberapa faktor transkripsi mungkin diperlukan sebelum transkripsi dapat berjalan secara efisien. Faktor transkripsi dapat menyebabkan represi atau aktivasi ekspresi gen pada eukariota.

Selama transkripsi, hanya satu untai DNA yang biasanya disalin. Ini disebut untai cetakan, dan molekul RNA yang dihasilkan adalah untai tunggal. Untai DNA yang akan sesuai dengan mRNA disebut untai pengkodean atau indera, dan tidak jarang hal ini berubah dari satu gen ke gen berikutnya. Dalam eukariota produk awal transkripsi disebut pre-mRNA, yang disambungkan secara luas sebelum mRNA matang diproduksi, siap untuk diterjemahkan oleh ribosom.

Terjemahan

Proses penerjemahan menggunakan informasi yang ada dalam urutan nukleotida mRNA untuk mengarahkan sintesis protein tertentu untuk digunakan oleh sel. Terjemahan terjadi pada ribosom — partikel kompleks dalam sel yang mengandung RNA dan protein. Dalam prokariota, ribosom dimuat ke mRNA saat transkripsi masih berlangsung. Di dekat ujung 5 m mRNA, sekuens nukleotida yang pendek memberi sinyal titik awal untuk penerjemahan. Ini berisi beberapa nukleotida yang disebut situs pengikatan ribosom, atau urutan Shine-Dalgarno. Dalam E. coli, tetranucleotide GAGG cukup untuk berfungsi sebagai tempat pengikatan. Ini biasanya terletak lima hingga delapan basis di hulu dari kodon inisiasi. Urutan mRNA dibaca tiga basa sekaligus dari ujung 5 toward menuju ujung 3,, dan satu asam amino ditambahkan ke rantai tumbuh dari masing-masing tRNA aminoasil, hingga rantai protein lengkap terbentuk. Terjemahan berhenti ketika ribosom bertemu dengan kodon terminasi, biasanya UAG, UAA, atau UGA. Faktor-faktor pelepasan khusus berhubungan dengan ribosom sebagai respons terhadap kodon-kodon ini, dan protein, tRNA, dan mRNA yang baru disintesis semuanya berdisosiasi. Ribosom kemudian tersedia untuk berinteraksi dengan molekul mRNA lain.

Dalam eukariota esensi sintesis protein adalah sama, meskipun ribosom lebih rumit. Seperti halnya inisiasi prokariotik, urutan sinyal berinteraksi dengan ujung 3 of dari rRNA subunit kecil selama pembentukan kompleks inisiasi.

Masalah kesetiaan penting selama sintesis protein, tetapi tidak sepenting kesetiaan selama replikasi. Satu molekul mRNA dapat diterjemahkan berulang kali untuk memberikan banyak salinan protein. Ketika protein sesekali salah diterjemahkan, biasanya tidak terlipat dengan benar dan kemudian terdegradasi oleh mesin seluler. Namun, mekanisme proofreading ada di dalam ribosom untuk memastikan pasangan yang akurat antara kodon dalam mRNA dan antikodon dalam tRNA.

Salah satu pencapaian puncak biologi molekuler adalah penjelasan selama 1960-an dari kode genetik. Prinsip dalam upaya ini adalah Har G. Khorana dan Marshall W. Nirenberg, yang berbagi Hadiah Nobel pada tahun 1968. Khorana dan Nirenberg menggunakan templat buatan dan sistem sintesis protein dalam tabung reaksi untuk menentukan potensi pengkodean dari semua 64 kodon triplet yang mungkin (lihat itu

meja). Fitur utama dari kode genetik adalah bahwa 20 asam amino dikodekan oleh 61 kodon. Dengan demikian, ada kemunduran dalam kode sedemikian sehingga satu asam amino sering ditentukan oleh lebih dari satu kodon. Dalam kasus serin dan leusin, enam kodon dapat digunakan untuk masing-masing. Di antara organisme yang telah diperiksa secara terperinci, kodenya tampak hampir universal, dari bakteri hingga archaea hingga eukariota. Pengecualian yang diketahui ditemukan dalam mitokondria manusia dan banyak organisme lain serta pada beberapa spesies bakteri. Struktur dalam kode genetik di mana banyak asam amino dikodekan secara unik oleh dua pangkalan pertama kodon sangat menunjukkan bahwa kode itu sendiri berevolusi dari kode yang lebih primitif yang melibatkan 16 dinukleotida. Bagaimana asam amino individu dikaitkan dengan kodon yang berbeda tetap menjadi masalah spekulasi.