STUKTUR GEN

STUKTUR GEN

A.    Pengantar Struktur Gen

Genetika merupakan ilmu yang mempelajari tentang sifat keturunan. Dalam ilmu biologi, genetika merupakan ilmu yang mempelajari tentang gen, pewarisan sifat, dan keanekaragaman organisme hidup. Istilah “genetika” berasal dari bahasa Yunani genetikos atau genesis yang berarti “asal”. Imu genetika berawal dari penemuan Gregor Mendel tentang ciri-ciri faktor keturunan yang ditentukan oleh suatu unit dasar yang diwariskan dari generasi ke generasi yang disebut unit genetik atau gen. Gen adalah bahan yang diwariskan dari generasi ke generasi dan keturunannya mempunyai persamaan fisik dengan materi tersebut serta membawa informasi yang berkaitan dengan struktur, fungsi, dan sifat-sifat biologi yang lain.

Gambar 1. Pewarisan sifat tumbuhan

Gregor Johann Mendel pada abad ke-19 melakukan sebuah penelitian tentang pewarisan sifat pada tumbuhan. Mendel berspekulasi tentang adanya suatu bahan yang terkait dengan suatu sifat atau karakter di dalam tubuh suatu individu dan dapat diwariskan. Dia menyebut hal tersebuat sebagai “faktor”. Ada beberapa materi genetik diantaranya adalah DNA, RNA, kromosom, dan gen. DNA (deoxyribonucleic acid) adalah satuan unit fungsional penyimpan kode gen (genom) yang terdapat dalam nukleus. Watson-Crick mengungkapkan bahwa struktur DNA berupa heliks-ganda antiparalel (double-helix antiparallel) yang berarti pita yang terdiri dari rantai ganda yang berlawanan sejajar. DNA tersusun atas nukleotida sehingga dapat disebut polinukleotida. Nukleotida adalah struktur pembentuk DNA yang terdiri atas satu gugus fosfat, satu gula pentosa, satu basa nitrogen.

RNA (ribonucleic acid) adalah satuan unit fungsional penyalur kode gen (genom) yang bersal dari DNA. Struktur RNA berupa pita yang terdiri dari rantai tunggal. RNA tersusun atas ribonukleotida, namun tetap disebut polinukleotida. Sedangkan ribonukleotida tanpa gugus fosfat disebut ribonukleosida. Perbedaan DNA dan RNA dipaparkan pada Tabel 1 berikut:

Tabel 1. Perbedaan DNA dan RNA

Pembeda	DNA	RNA
Letak	Nukleus, mitokondria, kloroplas	Nukleus, ribosom, sitoplasma
Rantai	Ganda, panjang	Tunggal, pendek
Fungsi	Hereditas, sintesis protein	Sintesis protein
Gula pentosa	2-deoksiribosa	Ribosa
Basa nitrogen	A=T dan G=C Dikenal basa timin (T)	A=U dan G=C Dikenal basa urasil (U)
Kadar	Tetap	Berubah-ubah
Jenis	DNA sense (kodogen) dan anti-sense	mRNA, rRNA, tRNA

Gambar 3. Kromosom

Kromosom adalah struktur di dalam sel berupa deretan panjang molekul yang terdiri dari satu molekul DNA dan berbagai protein terkait yang merupakan informasi genetik suatu organisme.

Gambar 4. Gen

Gen adalah unit pewarisan sifat bagi organisme hidup. Gen merupakan partikel paling kecil yang terdapat dalam kromosom, mengandung informasi genetik. Tiap gen mempunyai tugas dan fungsi yang berbeda. Pada waktu pembelahan mitosis dan meiosis dapat terjadi proses duplikasi. Struktur gen terdiri dari promoter, operator, daerah pengkode, dan termonator.

Promoter adalah urutan DNA spesifik yang berperan dalam mengendalikan transkripsi gen struktural. Terletak di daerah upstream (hulu) dari bagian struktural gen. Berfungsi sebagai  tempat awal pelekatan enzim RNA polimerase yang nantinya melakukan transkripsi pada bagian struktural. Operator merupakan urutan nukelotida yang terletak di antara promotor dan bagian struktural dan merupakan tempat pelekatan protein represor (penekan atau penghambat ekspresi gen). Daerah pengkode merupakan Ekson dan intron yang mengkode RNA atau protein. Sedangkan, terminator bagian dari gen yang berperan dalam proses penghentian transkripsi.

Gambar 5. Struktur Gen

 

B.     Proses Struktur Gen

Gambar 6. Intron dan Ekson

Perbedaan struktur gen Prokariotik dan Eukariotik terletak pada bagian pengkode. Bagian pengkode pada prokariotik terdapat bagian intron yang tidak dapat diekspresikan sehingga semuanya ekson, kecuali pada Archaebacteria dan Bakteriofag ada yang memiliki intron. Sedangkan bagian pengkode pada Eukariotik terdiri dari ekson dan intron. Intron adalah sekuens nukleotida yang tidak akan ditemukan “terjemahannya” di dalam rangkaian asam amino protein yang dikode oleh suatu gen. Ekson adalah sekuens nukleotida yang akan diterjemahkan. Ekson nantinya akan ditranskripsikan menjadi mRNA, sedangkan intron yang terletak di antara ekson harus dipotong agar tercipta mRNA yang runtut.

Gambar 7. Proses Splicing

Gen yang mengandung intron akan ditranskripsikan menjadi pre-mRNA yang harus menjalani splicing agar terbentuk mRNA matang. Proses splicing membutuhkan bantuan dari snRNA (small nuclear RNA) dan suatu protein membentuk kompleks protein small ribonuclear proteins (snRNPs, dibaca “snurp”) yang terdiri dari U1,U2, U4, U5, dan U6. Sinyal-sinyal pada ujung 5′, 3′, dan branchpoint sequence akan displicing oleh snRNA (small nuclear RNA) yang berasosiasi dengan snurp. Snurp U1 akan mengenali dan mengikat ujung 5′ dari intron; snurp U2 akan mengikat branchpoint sequence; snurp U2AF (U2 accesore factor) akan mengikat ujung 3′; dan snurp U4/U6 akan mengikat snurp U2 dan U6. Kompleks antara snRNPs dengan pre-mRNA akan membentuk suatu kompleks yang dinamakan spilceosome. Spliceosome akan membentuk gulungan (loop) pada intron dan selanjutnya intron dipotong.

C.    Aplikasi dari Struktur Gen

Struktur gen diaplikasikan pada beberapa bidang diantaranya bidang medis (produk farmasi, diagnosa penyakit, pengobatan penyakit genetik, vaksin subunit rekombinan), bidang pertanian (hewan ternak, tumbuhan, dan bakteri), forensik, dan lingkungan. Aplikasi untuk diagnosa penyakit dilakukan untuk mendiagnosis penyakit genetik seperti buta warna dan hemofilia. Teknik yang digunakan adalah teknik hibridasi yaitu teknik berdasarkan kemampuan urutan asam nukleat yang komplemen untuk dapat berikatan satu sama lain. Pengobatan penyakit genetik dapat dilakukan melalui terapi gen. Terapi gen merupakan keadaan ketika DNA dimasukkan ke pasien untuk mengobati penyakit genetik. DNA baru biasanya mengandung gen yang berfungsi untuk memperbaiki efek mutase penyebab penyakit. Terapi gen menggunakan bagian DNA untuk mengobati atau mencegah penyakit. DNA yang akan digunakan dipilih secara hati-hati untuk mengoreksi efek gen yang bermutasi penyebab penyakit. Teknik terapi gen awal mulanya dikembangkan pada tahun 1972, tetap sejauh ini mempunyai keberhasilan yang terbatas dalam mengobati penyakit pada mausia.

Jenis terapi gen ada terapi gen somatik dan terapi gen germline. Terapi gen somatik adalah transfer bagian DNA ke sel tubuh yang tidak menghasilan sperma atau telur, sedangkan terapi gen germline merupakan transfer bagian DNA ke sel-sel yang menghasilkan telur atau sperma. Selain jenis terapi gen, terdapat pula teknik terapi gen, meliputi terapi augmentasi gen, terapi penghambatan gen, dan killing of specific cells. Terapi gen juga dapat menyembuhkan beberapa penyakit diantaranya kekurangan  kekebalan tubuh (immune deficiencies), penyakit darah (blood deseases), gangguan metabolisme lemak (fat metabolism disorder), kanker, dan penyakit parkinson (parkinson’s disease).

Gambar 8. Terapi augmentasi gen

Gambar 9. Terapi pemhambatan gen

Gambar 10. Terapi gen dengan membunuh sel tertentu

Terapi augmentasi gen digunakan untuk mengobati penyakit yang disebabkan oleh mutasi yang menghentikan gen dari fungsinya menghasilkan produk tertentu, seperti protein. Terapi ini menambahkan DNA yang mengandung versi fungsional dari gen yang hilang kembali ke dalam sel. Gen baru menghasilkan proHanya berhasil jika efek penyakitnya dapat dibalik atau tidak mengakibatkan kerusakan permanen pada tubuhduk yang berfungsi pada tingkat yang cukup untuk menggantikan protein yang semula hilang. Terapi penghambatan gen cocok untuk pengobatan penyakit infeksi, kanker dan penyakit warisan yang disebabkan oleh aktivitas gen yang tidak sesuai. Bertujuan untuk memperkenalkan gen yang produknya: menghambat ekspresi gen lain & mengganggu aktivitas produk gen lain. Dasar terapi ini adalah untuk menghilangkan aktivitas gen yang mendorong pertumbuhan sel terkait penyakit. Killing specific cells bertujuan memasukkan DNA ke dalam sel yang sakit yang menyebabkan sel itu mati. DNA yang dimasukkan ditargetkan secara tepat untuk menghindari kematian sel yang berfungsi normal.