MATERI GENETIK DAN EKSPRESI GEN

MATERI GENETIK DAN EKSPRESI GEN

BAB I
PENDAHULUAN

Latar Belakang
Genetika adalah ilmu yang mempelajari sifat keturunan. Keturunan adalah proses biologis dimana orangtua atau induk mewariskan gen kepada anaknya atau keturunannya. Genetika adalah cabang biologi yang mempelajari pewarisan sifat pada organisme maupun sub organisme (seperti virus dan prion). Secara singkat dapat juga dikatakan bahwa genetika adalah ilmu tentang gen dan segala aspeknya. Dalam biologi, ilmu genetika mempelajari gen, pewarisan sifat, dan keanekaragaman organisme hidup. Genetika dapat diaplikasikan dalam berbagai studi tentang kehidupan seperti bacteria, plantae, animalia, dan manusia.
Dalam kaitannya dengan genetika, DNA yang terdapat dalam kromosom memiliki peran/ kontribusi yang amat penting. DNA adalah bahan genetik mendasar yang mengontrol sifat-sifat makhluk hidup, terekspresikan dalam bentuk polipeptida, meskipun tidak seluruhnya adalah protein (dapat diekspresikan sebagai RNA yang memiliki reaksi katalitik, seperti SNRPs).
Francis Crick menjelaskan aliran informasi yang dibawa oleh DNA dalam rangkaian The Central Dogma, yang berbunyi: Aliran informasi DNA dapat diterukan ke sel-sel maupun individu lainnya dengan replikasi, dapat diekspresikan menjadi suatu sinyal perantara dalam bentuk RNA, yang kemudian dapat ditranslasikan menjadi polipeptida, unit pembangun suatu fenotipe dari organisme yang ada.
Berdasarkan informasi tersebut, maka pada makalah ini akan dibahas mengenai materi genetika berupa kromosom, gen, asam nukleat (DNA dan RNA), serta bagaimana gen dapat diekspresikan.

Rumusan Masalah
Bagaimana struktur dan fungsi materi genetik (kromosom, gen, asam nukleat)?
Bagimana mekanisme ekpresi gen pada sel prokariotik maupun sel eukariotik?

Tujuan dan Manfaat Penulisan
Tujuan penulisan makalah ini adalah:
Untuk mengetahui bagaimana struktur dan fungsi materi genetik (kromosom, gen, asam nukleat)
Untuk mengetahui mekanisme ekpresi gen pada sel prokariotik maupun sel eukariotik.
Adapun manfaat penulisan makalah ini adalah agar dapat memperluas wawasan serta pemahaman penulis maupun pembaca mengenai materi yang terkait yaitu substansi/ materi genetik dan ekspresi gen


BAB II
PEMBAHASAN

Substansi/ Materi Genetik
Materi genetik meliputi kromosom, asam nukleat (DNAdan RNA), serta gen. Materi genetik ini akan diturunkan pada keturunannya melalui proses reproduksi. Agar DNA bisa mengekspresikan sifatnya sebagai gen maka DNA membuat Protein sebagai atmosfernya. Jika protein tidak terbentuk maka gen tidak bisa mengekspresikan sifatnya.
Kromosom
Istilah kromosom dikenalkan oleh W.Waldayer yang mengatakan bahwa kromosom berasal dari dua kata, yaitu chroma yang berarti warna dan soma berarti badan. Oleh karena itu, kromosom dapat diartikan sebagai badan yang menyerap warna. Kromosom terdapat pada nukleus (inti sel) setiap sel. Kromosom dapat diamati pada tahap metafase saat pembelahan mitosis maupun meiosis.
Sifat Kromosom
Hanya terlihat pada waktu sel membelah
Mempunyai ukuran panjang antara 0,2 – 40 m (mikron).
Kromosom pada sel prokariotik hanya memiliki satu kromosom dan tidak terletak didalam inti sel dan kromosom sel eukariotik, jumlahnya bervariasi menurut jenis organisme dan terdapat di dalam nukleus.
Umumnya memiliki susunan kimia yang terdiri dari kromatin 60%, protein 35%, DNA, dan RNA 5%.
Protein terdiri dari histon dan nonhiston (bersifat netral atau asam).
Memiliki beberapa enzim yang terlibat dalam sintesis DNA dan RNA.

Klasifikasi Kromosom
Kromosom dalam tubuh berdasarkan pengaruhnya terhadap penentuan jenis kelamin dan sifat tubuh dibedakan menjadi dua, yaitu:
Autosom, disebut juga kromosom biasa atau kromosom tubuh. Autosom tidak menentukan jenis kelamin organisme. Pada manusia dengan jumlah kromosom sel somatis 46 buah, memiliki 44 autosom. Selebihnya, 2 kromosom, adalah kromosom kelamin. Penulisan autosom dilambangkan dengan huruf A sehingga penulisan autosom sel somatis manusia adalah 44A atau 22AA.
Gonosom, disebut juga kromosom kelamin atau kromosom seks. Gonosom dapat menentukan jenis kelamin makhluk hidup. Jumlahnya sepasang pada sel somatis. Pada manusia dengan jumlah kromosom sel somatis 46 buah, terdapat 44 autosom dan 2 gonosom. Terdapat 2 jenis gonosom, yaitu X dan Y. Umumnya pada makhluk hidup, gonosom X menentukan jenis kelamin betina dan gonosom Y menentukan jenis kelamin jantan. Susunan gonosom wanita XX dan gonosom pria XY. Oleh karena itu, penulisan kromosom sel somatic (2n) adalah 44A + XY (pria) atau 44A + XX (wanita). Adapun untuk sel gamet (n) adalah 22A + X atau 22A + Y.
Berdasarkan lokasinya pada individu, kromosom dibedakan menjadi2, yaitu:
Kromosom prokariotik, yaitu kromosom yang sangat sederhana dan hanya terdapat pada organisme prokariotik. Misalnya: kromosom virus mozaik pada tembakau hanya berupa pita RNA tunggal dan kromosom pada bakteri E. coli berupa benang DNA tunggal yang melingkar atau diikuti oleh molekul RNA.
Kromosom eukariotik, yaitu kromosom yang terdapat pada organism multiseluler. Pada umumnya terdiri dari dua pita DNA (sense dan antisense) yang sangat panjang dan dibungkus oleh membran inti.

Struktur Kromosom
Sentromer (kinetokor) merupakan penghubung antara kromonema yang satu dengan lainnya dan berfungsi sebagai tempat melekatnya benang gelendong pada waktu kromosom akan bergerak menuju ke kutub sel, pada fase anafase pembelahan kromosom.



Kromonema merupakan pita berbentuk spiral, tempat melekatnya kromiol dan kromomer.
Kromomer (granula besar), kromonema yang mengalami penebalan di beberapa tempat dan merupakan bahan nukleoprotein yang mengendap serta sebagai tempat lokus gen.
Kromiol (granula kecil) merupakan kromosom yang mengalami sedikit penebalan.
Telomer yaitu bagian yang terdapat pada ujung kromosom dan berfungsi untuk menghalangi bersambungnya kromosom satu dengan lainnya.
Matriks yaitu cairan sitoplasma (endoplasma) yang agak memadat dan terdapat di dalam kromosom.
Lokus gen yaitu bagian yang berfungsi sebagai tempat pembawa sifat-sifat keturunan (hereditas).
Satelit yaitu bagian tambahan yang terdapat pada ujung kromosom dan tiap kromosom belum tentu memilikinya.
Selaput (membran) yaitu lapisan tipis yang menyelaputi kromosom.

Tipe-Tipe Kromosom
Berdasarkan panjang lengan yang dimilikinya kromosom dibedakan menjadi metasentrik, submetasentrik, akrosentrik, dan telosentrik.
Metasentrik, kromosom jenis ini memiliki panjang lengan yang relatif sama sehingga sentromer berada di tengah-tengah kromosom.
Submetasentrik, kromosom jenis ini memiliki satu lengan kromosom lebih pendek sehingga letak sentromer sedikit bergeser dari tengah kromosom.
Akrosentrik, pada kromosom ini salah satu lengan kromosom jauh pendek dibandingkan lengan kromosom lainnya.
Telosentrik, kromosom ini hanya memiliki satu buah lengan saja sehingga letak sentromernya berada di ujung kromosom.

Jumlah kromosom
Semua makhluk hidup eukariotik memiliki jumlah kromosom yang berbeda-beda. Pada sel tubuh atau sel somatis, jumlah kromosom umumnya genap, karena kromosom sel tubuh selalu berpasangan. Jumlah kromosom sel somatis tersebut terdiri atas 2 set kromosom (diploid, 2n), dari induk jantan dan induk betina. Pada sel gamet atau sel kelamin, seperti sel telur dan sel sperma, hanya memiliki setengah dari jumlah kromosom sel tubuh. Jumlah kromosom sel gamet hanya satu set atau haploid (n). Pada manusia dengan jumlah kromosom sel somatis 46, sel telur atau sel sperma hanya memiliki 23 kromosom. Adanya fertilisasi mengembalikan jumlah kromosom sel tubuh menjadi 46 buah.
Berikut ini tabel jumlah kromosom beberapa makhluk hidup.

No.
Nama
Jumlah Kromosom
1.
Lumbricus terestris (cacing tanah)
36 (n = 18)
2.
Felis domesticus (kucing)
38 (n = 19)
3.
Mus musculus (tikus)
40 (n = 20)
4.
Pongo pygmaeus (kera)
42 (n = 21)
5.
Oryctologus cuniculus (kelinci)
44 (n = 22)
6.
Homo sapiens (manusia)
46 (n = 23)
7.
Solanum lycopersicum (tomat)
24 (n = 12)
8.
Solanum tuberosum (kentang)
48 (n = 24)
9.
Zea mays (jagung)
20 (n = 10)
10.
Oryza sativa (padi)
24 (n = 12)
Gen
Pengertian Gen
Menurut W. Johansen, gen merupakan unit terkecil dari suatu makhluk hidup yang mengandung substansi hereditas, terdapat di dalam lokus gen. Gen terdiri dari protein dan asam nukleat (DNA dan RNA), berukuran antara 4 – 8 m (mikron).

Sifat-Sifat Gen
Gen mempunyai sifat-sifat sebagai berikut :
Mengandung informasi genetik.
Tiap gen mempunyai tugas dan fungsi berbeda.
Pada waktu pembelahan mitosis dan meiosis dapat mengadakan duplikasi.
Ditentukan oleh susunan kombinasi basa nitrogen.
Sebagai zarah yang terdapat dalam kromosom.

Fungsi Gen
Fungsi gen antara lain:
Menyampaikan informasi kepada generasi berikutnya.
Sebagai penentu sifat yang diturunkan.
Mengatur perkembangan dan metabolisme.

Simbol–Simbol Gen
Gen dominan, yaitu gen yang menutupi ekspresi gen lain, sehingga sifat yang dibawanya terekspresikan pada turunannya (suatu individu) dan biasanya dinyatakan dalam huruf besar, misalnya A.
Gen resesif, yaitu gen yang terkalahkan (tertutupi) oleh gen lain (gen dominan) sehingga sifat yang dibawanya tidak terekspresikan pada keturunannya.
Gen heterozigot, yaitu dua gen yang merupakan perpaduan dari sel sperma (A) dan sel telur (a).
Gen homozigot dominan, yaitu dua gen dominan yang merupakan perpaduan dari sel kelamin jantan dan sel kelamin betina, misalnya genotipe AA.
Gen homozigot resesif, yaitu dua gen resesif yang merupakan hasil perpaduan dua sel kelamin. Misalnya aa.
Kromosom homolog, yaitu kromosom yang berasal dari induk betina berbentuk serupa dengan kromosom yang berasal dari induk jantan.
Fenotipe, yaitu sifat-sifat keturunan pada F1, F2, dan F3 yang dapat dilihat, seperti tinggi, rendah, warna, dan bentuk.
Genotipe, yaitu sifat-sifat keturunan yang tidak dapat dilihat, misalnya AA, Aa, dan aa.

Asam Nukleat (DNA dan RNA)
Asam nukleat adalah polinukleotida yang terdiri dari unit-unit mononukleotida, jika unit-unit pembangunnya dioksinukleotida maka asam nukleat itu disebut dioksiribonukleat (DNA) dan jika terdiri dari unit-unit mononukleotida disebut asam ribonukleat (RNA). DNA dan RNA mempunyai sejumlah sifat kimia dan fisika yang hamper sama sebab antara unit-unit mononukleotida terdapat ikatan yang sama yaitu melalui jembatan fosfodiester antara posisi 3 suatu mononukleotida dan posisi 5 pada mononukleotida lainnya (Harpet, 1980).
Dua tipe utama asam nukleat adalah DNA dan RNA. DNA terutama ditemui dalam inti sel, asam ini merupakan pengemban kode genetik dan dapat memproduksi atau mereplikasi dirinya dengan tujuan membentuk sel-sel baru untuk memproduksi organisme itu dalam sebagian besar organisme, DNA suatu sel mengerahkan sintesis molekul RNA, satu tipe RNA, yaitu messenger RNA (mRNA), meninggalkan inti sel dan mengarahkan sintesis dari berbagai tipe protein dalam organisme itu sesuai dengan kode DNA-nya (Fessenden, 1990).
Struktur DNA
Asam deoksiribonukleat atau disingkat DNA merupakan persenyawaan kimia yang paling penting pada makhluk hidup, yang membawa keterangan genetik dari sel khususnya atau dari makhluk hidup dalam keseluruhannya dari satu generasi ke generasi berikutnya. (Suryo,2004:57).
DNA merupakan suatu polimer nukleotida ganda yang berpilin (double heliks). Setiap nukleotida terdiri dari 1 gugus phospat, 1 basa nitrogen, dan 1 gula pentosa. Gula pentosa yang menyusun DNA terdiri dari gula deoksiribosa yang kekurangan satu molekul oksigen. Basa nitrogen yang menyusun DNA terdiri dari purin dan pirimidin. Purin terdiri dari adenin dan guanin, sedangkan pirimidin terdiri dari sitosin dan timin.
Nukleotida merupakan ikatan antara basa nitrogen dengan gula pentosa. Menurut Watson dan Crick, susunan DNA adalah:
Setiap DNA terdiri dari 2 rantai polinukleotida yang berpilin (double heliks).
Setiap nukleotida terletak pada bidang datar yang tegak lurus seakan-akan membentuk anak tangga, sedangkan phospat membentuk ibu tangganya.
Antara 2 rantai polinukleotida dihubungkan oleh ikatan hidrogen pada masing-masing pasangan basa nitrogennya.
Basa purin selalu berkaitan dengan basa pirimidin, dengan pasangan yang selalu tetap.
Adenin(A) dari kelompok purin selalu berpasangan dengan Timin(T) dari kelompok pirimidin, sedangkan Guanin (G) selalu berpasangandengan Sitosin (S) dari kelompok pirimidin.



Replikasi DNA
Replikasi adalah proses duplikasi DNA secara akurat. Genom manusia pada satu sel terdiri sekitar 3 milyar dan pada saat replikasi harus diduplikasi secara akurat (persis tidak boleh ada yang salah). Replikasi adalah transmisi vertical (dari sel induk ke sel anak supaya informasi genetik yang diturunkan sama dengan sel induk). Replikasi hanya terjadi pada fase S (pada mamalia), Replikasi terjadi sebelum sel membelah dan selesai sebelum fase M.
Dalam perkembangan ilmu pengetahuan ada 3 teori yang menyatakan cara replikasi DNA:
Teori konservatif
DNA induk tidak mengalami perubahan apapun, lalu urutan basa basa nitrogennya disalin sehingga terbentuk dua rantai DNA yang sama persis.
Teori dispersif
DNA induk terpotong-potong, kemudian potongan-potongan tersebut merangkai diri menjadi dua buah DNA baru yang mempunyai urutan basa-basa nitrogen sama persis seperti urutan basa nitrogen semula.
Teori semikonservatif
Pada saat akan mengadakan replikasi kedua, rantai polinukleotida akan memisahkan diri sehingga basa-basa nitrogen tidak berpasangan. Nukleotida bebas mengandung basa nitrogen yang bersesuaian akan menempatkan diri berpasangan dengan basa nitrogen dari kedua rantai DNA induk, sehingga terbentuk dua buah DNA yang samapersis.

Fungsi DNA
Menyampaikan informasi genetik kepada generasi berikutnya, karena DNA mampu melakukan proses replikasi.
Tempat sintesis semua kode jenis asam amino dalam sel.
Sebagai pengatur seluruh metabolisme sintesis protein sel.

Struktur RNA
RNA merupakan polinukleotida, namun ukurannya jauh lebih pendek dari polinukleotida penyusun DNA. RNA hanya terdiri dari satu rantai. Gula pentosa yang menyusun RNA adalah gula ribosa. RNA dibentuk oleh DNA di dalam inti sel. Basa nitrogen yang menyusun RNA adalah Purin terdiri dari adenin (A) dan guanin (G) serta Pirimidin terdiri dari sitosin (C) dan urasil (U).

Macam-Macam RNA
RNA duta (messenger RNA)
Fungsinya membawa informasi DNA dari inti sel ke ribosom. Pesan pesan ini berupa triplet basa yang ada pada RNA duta yang disebut kodon. Kodon pada RNA duta merupakan komplemen dari kodogen, yaitu urutan basa-basa nitrogen pada DNA yang dipakai sebagai pola cetakan. Peristiwa pembentukan RNA duta oleh DNA di dalam inti sel, disebut transkripsi.
Contoh:
Kodogen (DNA) = ASG TGG ATA SST
Kodon (triplet basa RNA d) = UGS ASS UAU GGA

RNA transfer (RNA pemindah)
Fungsinya mengenali kodon dan menerjemahkan menjadi asam amino di ribosom. Peran RNA transfer ini dikenal dengan nama translasi (penerjemahan). Urutan basa nitrogen pada RNA transfer disebut antikodon. Bentuk RNA transfer seperti daun semanggi dengan 4 ujung yang penting, yaitu:
Ujung pengenal kodon yang berupa triplet basa yang disebut antikodon.
Ujung perangkai asam amino yang berfungsi mengikat asam amino.
Ujung pengenal enzim yang membantu mengikat asam amino.
Ujung pengenal ribosom.

Contoh:Apabila kodon dalam RNA duta mempunyai urutan UGS ASS UAU GGA maka antikodon yang sesuai pada RNA transfer adalah ASG UGG AUA SSU.
Ribosom RNA (RNAr)
Fungsinya sebagai tempat pembentukan protein. Ribosom RNA terdiri dari 2 sub unit, yaitu: sub unit kecil yang berperan dalam mengikat RNA duta serta sub unit besar yang berperan untuk mengikat RNA transfer yang sesuai.
Peran DNA dan RNA dalam Sintesis Protein
Sintesis protein merupakan suatu proses yang komplek, termasuk di dalamnya penerjemahan kode-kode pada RNA menjadi polipeptida. Sintesis protein melibatkan DNA, RNA, ribosom, asam amino, dan enzim. (Slamet Santosa, 2004: 134). Sintesis protein membutuhkan bahan dasar asam amino, dan berlangsung di dalam inti sel dan ribosom. Tahap-tahap sintesis protein dibagi menjadi 2 yaitu:
Transkripsi
Berlangsung dalam inti sel.
Dimulai dengan membukanya pita "Double Helix" oleh enzim DNA polymerase.
Pita DNA yang berfungsi sebagai pencetakan RNA disebut pita template atau sense (kodogen) dan pita DNA yang tidak mencetakan RNA disebut dengan pita antisense.
Pita RNA dibentuk sepanjang pita DNA pencetak dengan urutan basa nitrogennya komplementer dengan basa nitrogen yang ada pada pita cetakan DNA.
Pita RNA yang telah selesai menerima pesan genetik dari pita DNA pencetak segera meninggalkan inti nukleus menuju ke ribosom, tempat sintesis protein dalam sitoplasma. Pita RNA menempatkan diri pada leher ribosom.
RNA yang ada dalam sitoplasma bersiap untuk berperan dalam proses sintesis protein berikutnya. Setiap satu RNA ini, mengikat satu asam amino yang mengandung ATP.

Translasi
RNAd dan RNAt setelah sampai di ribosom selanjutnya tiga basa nitrogen pada antikodon RNAt berpasangan dengan tiga basa nitrogen pada kodon RNAd. Misalnya AUG pada kodon RNAd berpasangan dengan UAC pada antikodon RNAt, sehingga asam amino diikat oleh RNAt adalah metionin. Dengan demikian nama asam amino merupakan terjemahan dari basa-basa nitrogen yang ada pada RNAd.
Ribosom dengan RNAd bergerak satu dengan yang lainnya.
Sebuah asam amino ditambahkan pada protein yang dibentuk.
Asam amino yang pertama (metionin) segera lepas dari RNAt kembali ke sitoplasma untuk mengulang fungsinya dengan cara yang sama. RNAt berikutnya datang untuk berpasangan dengan kodon RNAd berikutnya.
Proses keseluruhan ini berkesinambungan sampai terbentuk polipeptida tertentu yang terdiri dari asam amino dengan urutan basa nitrogen tertentu.

Kode Genetik
Kode genetik adalah suatu informasi dengan menggunakan huruf sebagai lambang basa nitrogen (A, T, C, dan G) yang dapat menerjemahkan macam-macam asam amino dalam tubuh. Dengan kata lain, kode genetik adalah cara pengkodean urutan nukleotida pada DNA atau RNA untuk menentukan urutan asam amino pada saat sintesis protein. Macam molekul protein tergantung pada asam amino penyusunnya dan panjang pendeknya rantai polipeptida.
Proses sintesis protein (polipeptida) baru akan diawali apabila ada kodon AUG yang mengkode asam amino metionin, karenanya disebut sebagai kodon permulaan (kode 'start'). Sedangkan berakhirnya proses sintesis polipeptida apabila terdapat kodon UAA, UAG, dan UGA (pada prokariotik) dan UAA (pada eukariotik). Kodon UAA,UAG, dan UGA tidak mengkode asam amino apapun dan merupakan agen pemotong gen (tidak dapat bersambung lagi dengan double helix asam amino) disebut kodon terminasi/ kodon nonsense (kode 'stop'). Kode genetik berlaku universal, artinya kode genetik yang sama berlaku untuk semua jenis makhluk hidup.Dengan adanya kodon permulaan dan kodon terminasi, berarti tidak semua urutan basa berfungsi sebagai kodon. Yang berfungsi sebagai kodon hanyalah urutan basa yang berada di antara kodon permulaan dan kodon terminasi.
Tabel. Kode genetik


Perbedaan DNA dan RNA
Meskipun banyak memiliki persamaan dengan DNA, RNA memiliki perbedaan dengan DNA, antara lain yaitu (Suryo, 1992):
Ukuran dan bentuk
Pada umumnya molekul RNA lebih pendek dari molekul DNA. DNA berbentuk double helix, sedangkan RNA berbentuk pita tunggal. Meskipun demikian pada beberapa virus tanaman, RNA merupakan pita double namun tidak terpilih sebagai spiral.
Susunan kimia
Molekul RNA juga merupakan polimer nukleotida, perbedaannya dengan DNA yaitu:
Gula yang menyusunnya bukan dioksiribosa, melainkan ribosa.
Basa pirimidin yang menyusunnya bukan timin seperti DNA, tetapi urasil.
Lokasi
DNA pada umumnya terdapat di kromosom, sedangkan RNA tergantung dari macamnya:
RNAd (RNA duta), terdapat dalam nukleus, RNA d dicetak oleh salah satu pita DNA yang berlangsung didalam nukleus.
RNAp (RNA pemindah) atau RNAt (RNA transfer), terdapat di sitoplasma.
RNAr (RNA ribosom), terdapat didalam ribosom.
Fungsinya
DNA berfungsi memberikan informasi atau keterangan genetik, sedangkan fungsi RNA tergantung dari macamnya, yaitu:
RNA d, menerima informasi genetik dari DNA, prosesnya dinamakan transkripsi, berlangsung didalam inti sel.
RNA t, mengenali kodon dan menerjemahkan menjadi asam amino di ribosom.
RNA r, sebagai tempat pembentukan protein.

Ekspresi Gen
Ekspresi gen merupakan proses dimana informasi yang dikode di dalam gen diterjemahkan menjadi urutan asam amino selama sintesis protein. Ekspresi Gen juga dapat diartikan bagaimana sel mengatur untuk memperlihatkan ciri-ciri mahluk hidup tersebut berdasarkan gen-gen yang di miliki. Ekspresi gen ini berkaitan dengan sintesis protein, yaitu proses transkripsi dan translasi. DNA akan mengkode informasi genetik sesuai kebutuhannya. Pada prokariotik, seperti bakteri akan mengekspresi gen secara selektif. Sebagai contoh terkait dengan ketersedian bahan makanan di lingkungannya, bakteri akan mengaktifkan (switch on) dan menonaktifkan (switch off) gen yang mengkode enzim yang berperan dalam mencerna makanan. Sedangkan pada eukariotik, mekanisme ekspresi gen dikontrol oleh sistem yang lebih kompleks.
Ekspresi gen adalah proses penentuan sifat suatu organism oleh gen. Sifat fenotipe makhluk hidup merupakan sifat hasil ekspresi gen yang terlihat. Contoh fenotipe adalah berbagai keaneragaman anjing yang memiliki jenis bulu, ukuran, warna yang berbeda. Pada bayi anjing yang baru dilahirkan, tampak anjing memiliki ciri-ciri yang sama antara satu dengan yang lain, tetapi seiring pertumbuhan dan perkembangannya ciri-ciri yang tampak sudah menunjukkan perbedaannya. Hal inilah yang disebut dengan ekspresi gen. Anjing-anjing tersebut memiliki kemiripan yang besar pada susunan DNAnya, tetapi ciri-ciri yang tampak berbeda (seiring pertumbuhannya) tersebut disebabkan adanya ekspresi gen yang mengaktifkan atau menonaktifkan gen-gen tertentu.

Ekspresi Gen pada Prokariotik dan Eukariotik
Pada prokariot dan eukariot, kekhususan sel (diferensiasi sel) tergantung pada seleksi ekspresi gen-gen tertentu . Berikut akan dijabarkan ekspresi gen pada prokariotik dan eukariotik.
Ekspresi Gen pada Prokariotik
Pada prokariot, interaksi protein dengan DNA dapat membuat gen menjadi on atau off terhadap rangsangan lingkungan tertentu. Pada prokariotik dikenal adanya Operon Lac (singkatan dari operon yang mengkode enzim-enzim yang dapat memetabolisme laktosa). Operon adalah seperangkat gen terstruktur, yang merupakan unit pengungkapan genetik yang terorganisasi. Di antara promotor dan gen pengkode enzim tersebut, ada segmen DNA yang disebut operator yang bertindak sebagai "switch" atau pengubah. Operator menentukan apakah RNA polimerase dapat menempel pada promotor atau numpang lewat gen saja.
Contoh prokariot adalah bakteri E.Coli yang menggunakan tiga enzim dalam mengambil dan memetabolisme laktosa. Gen-gen untuk ketiga enzim ini tersusun dalam operan lac. Dimana lac Z mengkodekan β-galaktosa, lac Y mengkodekan permease sedangkan lacA mengkodekan transasetilase.
Ketika represor menempel pada operator, maka seluruh operon lac tidak bisa mengekspresikan untuk mensintesis enzim untuk metabolisme laktosa. Pada tahap inilah operon lac dalam keadaan off.

Gambar: Operonlac off karena tidak adanya inducer (lactosa) yang menempel pada represor

Pada keberadaan inducer (laktosa), represor menjadi tidak aktif karena berikatan dengan inducer. Ini memperbolehkan RNA polymerase menuju ke operon dan melakukan proses transkripsi yang mampu menghasilkan enzim (β-galaktosa, permease dan transasetilase) untuk metabolisme laktosa. Metabolisme laktosa ini akan diubah menjadi glukosa dan galaktosa untuk keperluan energi selanjutnya.

Gambar : Operonlac on karena adanya inducer (lactosa) yang menempel pada represor

Pada operon lac triptofan, umumnya transkripsi terus dilakukan, akan tetapi keberadaan triptofan menjadi penghambat sehingga tidak dapat diproduksi enzim-enzim tersebut. Berbeda dengan adanya laktosa yang menghambat inhibitor sehingga proses yang seharusnya berhenti atau tidak memproduksi enzim kembali tetapi menjadi aktif.
Jika suatu kultur E.coli yang diberi media glukosa dan laktosa, maka bakteri tersebut akan menggunakan glukosa terleih dahulu sampai habis. Selanjutnya setelah mengalami fase lag yang pendek, maka bakteri tersebut akan menggunakan laktosa sebagai sumber karbon. Hal ini dikarenakan enzim untuk metabolisme glukosa lebih konstitutif daripada enzim untuk metabolisme laktosa.


Gambar: Pertumbuhan diauxic kultur E. coli yang diberi campuran antara glukosa dan laktosa

Ekspresi Gen pada Eukariotik
Pada eukariot tingkat tinggi gen-gen yang berbeda akan ditranskripsi pada jenis sel yang berbeda. Hal ini menunjukkan bahwa mekanisme pengaturan pada tahap transkripsi, dan juga prosesing mRNA, memegang peran yang sangat penting dalam proses diferensiasi sel. Semua mRNA pada eukariot tingkat tinggi adalah monosistronik, yaitu hanya membawa urutan sebuah gen struktural. Transkrip primer yang adakalanya menyerupai polisistronik pun akan diproses menjadi mRNA yang monosistronik.
Kontrol ekspresi gen yang terjadi pada eukariot diawali pada tahap:
Inisiasi transkripsi.
Dengan adanya pengaruh enhancer yang akan berikatan dengan daerah promotor untuk meningkatkan aktivitas RNA polimerase.
Proses transkripsi dan modifikasi.
Hal ini berupa adanya proses intron splicing sehingga hanya tersisi bagian ekson.


Kestabilan transkripsi
Saat hasil transkripsi dibawa dari inti sel menuju sitosol akan terjadi pemendekan ekor poli-A oleh enzim (DNA) pada 3' ke 5' yang berasosiasi dengan 5'cap.
Modifikasi translasi
Modifikasi ini terjadi dalam bentuk modifikasi kovalen disebabkan adanya modifikasi kimia seperti asetilasi, metilasi, dan disulfida bond formation. Contoh, molekul insulin dihasilkan dalam bentuk inaktif yang terdiri dari satu polipeptida dan untuk aktivasinya polipeptida tersebut akan dipotong menjadi dua bagian dan dihubungkan dengan jembatan disulfida.

Enam tahap ekspresi gen eukariotik yang dapat dikontrol :
Kontrol transkripsi yang akan mengontrol gen pada saat di transkripsi.
Kontrol proses RNA yang akan mengontrol penyambungan dan proses transkripsi RNA.
Kontrol penempatan dan transpor RNA yang akan memilih mRNA yang lengkap untuk diekspor dari nukleus ke sitosol dan membagi di dalam sitosol.
Kontrol translasi yang akan memilih mRNA dalam sitoplasma untuk ditranslasi oleh ribosom.
Kontrol degradasi mRNA yang akan menstabilkan secara selektif molekul mRNA dalam sitoplasma.
Kontrol aktivitas protein yang akan mengaktifkan secara selektif, menurunkan, atau menempatkan molekul protein spesifik setelah mereka selesai dibuat

Perbedaan Gen Prokariotik dan Eukariotik
Perbedaan Prokariotik dan Eykariotik yang berkaitan dengan gen dapat dibuat tabel sebagai berikut :
Prokariotik
Eukariotik
Polycistronik
yaitu pada transkripsi banyak gen (karena operon)
Monocistronik
yaitu pada transkripsi, hanya 1 gen
DNA berbentuk sirkuler karena tidak adanya protein histon
DNA berbentuk linear dan kromatin (kromosom) karena adanya protein histon
Haploid (1 n)
Diploid (2 n)
Transkripsi dan translasi terjadi di sitoplasma
Transkripsi terjadi di dalam inti sedangkan translasi terjadi di sitoplasma
Tidak mengalami proses modifikasi pada proses transkripsi karena tidak adanya intron
Mengalami proses modifikasi pada tahap transkripsi karena ada pembuangan intron

Dogma Central Genetika Molekuler
Yang dimaksud disini adalah Dogma central semua informasi yang terkandung dalam DNA, kemudian akan digunakan untuk menghasilkan molekul RNA melalui transkripsi, dan beberapa informasi pada RNA tersebut akan digunakan untuk menghasilkan protein melalui proses yang disebut translasi.
Sebenarnya dalam proses dogma central, ada beberapa referensi yang mencakup replikasi DNA, dan ada yang tidak. Karena ada yang mengartikan dogma central adalah proses ekspresi gen dari DNA –> RNA –> protein. Ada pula yang menyebutkan sebelum ekspresi gen berlangsung, DNA harus dilipat gandakan dulu















BAB III
PENUTUP
Kesimpulan
Kromosom terdapat pada nukleus (inti sel) setiap sel. Kromosom dapat diamati pada tahap metafase saat pembelahan mitosis maupun meiosis. gen merupakan unit terkecil dari suatu makhluk hidup yang mengandung substansi hereditas, terdapat di dalam lokus gen. Gen terdiri dari protein dan asam nukleat (DNA dan RNA), berukuran antara 4 – 8 m (mikron). Fungsi gen antara lain: Menyampaikan informasi kepada generasi berikutnya, Sebagai penentu sifat yang diturunkan dan Mengatur perkembangan dan metabolisme. Asam nukleat adalah polinukleotida yang terdiri dari unit-unit mononukleotida, jika unit-unit pembangunnya dioksinukleotida maka asam nukleat itu disebut dioksiribonukleat (DNA) dan jika terdiri dari unit-unit mononukleotida disebut asam ribonukleat (RNA).
Pada prokariot, interaksi protein dengan DNA dapat membuat gen menjadi on atau off terhadap rangsangan lingkungan tertentu. Pada prokariotik dikenal adanya Operon Lac (singkatan dari operon yang mengkode enzim-enzim yang dapat memetabolisme laktosa). Operon adalah seperangkat gen terstruktur, yang merupakan unit pengungkapan genetik yang terorganisasi. Di antara promotor dan gen pengkode enzim tersebut, ada segmen DNA yang disebut operator yang bertindak sebagai "switch" atau pengubah. Operator menentukan apakah RNA polimerase dapat menempel pada promotor atau numpang lewat gen saja sedangkan Pada eukariot tingkat tinggi gen-gen yang berbeda akan ditranskripsi pada jenis sel yang berbeda. Hal ini menunjukkan bahwa mekanisme pengaturan pada tahap transkripsi, dan juga prosesing mRNA, memegang peran yang sangat penting dalam proses diferensiasi sel. Semua mRNA pada eukariot tingkat tinggi adalah monosistronik, yaitu hanya membawa urutan sebuah gen struktural. Transkrip primer yang adakalanya menyerupai polisistronik pun akan diproses menjadi mRNA yang monosistronik.