Ekspresi Gen DNA [Materi Pembahasan Lengkap]
Salah satu fungsi dasar 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.
Fenotipe organisme sangat ditentukan oleh hasil interaksi
protein-protein di dalam sel. Setiap protein tersusun dari sejumlah asam amino
dengan urutan tertentu, dan setiap asam amino pembentukannya disandi (dikode)
oleh urutan basa nitrogen di dalam molekul DNA. Rangkaian proses ini, mulai
dari DNA hingga terbentuknya asam amino, dikenal sebagai dogma sentral genetika
molekuler.
Perubahan urutan basa di dalam molekul DNA menjadi urutan
basa molekul RNA dinamakan transkripsi, sedangkan penerjemahan urutan basa RNA
menjadi urutan asam amino suatu protein dinamakan translasi. Jadi, proses
tanskripsi dan translasi dapat dilihat sebagai tahap-tahap ekspresi urutan basa
DNA. Namun, tidak semua urutan basa DNA akan diekspresikan menjadi urutan asam
amino. Urutan basa DNA yang pada akhirnya menyandi urutan asam amino disebut
sebagai gen. Dengan demikian, secara kimia gen adalah urutan basa nitrogen
tertentu pada molekul DNA yang dapat dieskpresikan melalui tahap-tahap
transkripsi dan translasi menjadi urutan asam amino tertentu.
Di atas telah kita katakan bahwa sejumlah asam amino dengan
urutan (sekuens) tertentu akan menyusun sebuah molekul protein. Namun, setiap
molekul protein sendiri dapat dilihat sebagai gabungan beberapa subunit yang
dinamakan polipeptida. Oleh karena itu, muncul pertanyaan tentang hakekat
sebuah gen : tiap gen menyandi satu protein ataukah tiap gen menyandi satu
polipeptida ?
Perkembangan konsep tentang gen dapat diikuti semenjak awal
abad ke-20 ketika seorang dokter sekaligus ahli biokimia dari Inggris, Sir
Archibald E. Garrod, mengajukan konsep satu gen mutan – satu hambatan
metabolisme. Garrod mempelajari sejumlah penyakit metabolik bawaan pada manusia
dan menyimpulkan bahwa setiap gangguan metabolisme bawaan yang menimbulkan
penyakit tertentu, misalnya alkaptonuria,
disebabkan oleh satu gen mutan resesif.
Sekitar 50 tahun kemudian dua orang peneliti, G. W. Beadle
dan E.L. Tatum, mempelajari mutasi gen pada jamur Neurospora crassa dengan
menumbuhkan berbagai strain mutan hasil iradiasi menggunakan sinar X atau sinar
ultraviolet pada medium lengkap dan medium minimal. Medium minimal adalah
medium untuk pertumbuhan mikroorganisme yang hanya mengandung garam-garam
anorganik, sebuah gula sederhana, dan satu macam vitamin. Mutan yang digunakan
adalah mutan dengan hanya satu kelainan, yang untuk mendapatkannya dilakukan
silang balik dengan strain tipe liar. Mutan hasil silang balik dengan nisbah
keturunan tipe liar : mutan = 1 : 1 dipastikan sebagai mutan dengan hanya satu
kelainan (mutasi).
Strain tipe liar, sebagai kontrol, mampu tumbuh baik pada
medium lengkap maupun pada medium minimal, sedangkan strain mutan hanya mampu
tumbuh pada medium lengkap. Strain-strain mutan ini kemudian dianalisis lebih
lanjut untuk mengetahui macam faktor pertumbuhan yang diperlukannya dengan cara
melakukan variasi penambahannya ke dalam medium minimal. Sebagai contoh, mutan
yang hanya tumbuh pada medium minimal yang ditambah dengan tiamin adalah mutan
yang mengalami mutasi pada gen untuk biosintesis tiamin. Dengan cara seperti
ini Beadle dan Tatum memperlihatkan bahwa tiap mutasi menyebabkan kebutuhan
akan pemberian satu macam faktor pertumbuhan. Selanjutnya, dengan
mengorelasikan hasil analisis genetik dengan hasil analisis biokimia terhadap
strain-strain mutan Neurospora tersebut dapat diketahui bahwa tiap mutasi
menyebabkan hilangnya satu aktivitas enzim. Maka, konsep satu gen mutan – satu
hambatan metabolisme bergeser menjadi satu gen – satu enzim.
Dalam perkembangan berikutnya, setelah diketahui bahwa
sebagian besar enzim tersusun dari beberapa polipetida, dan masing-masing
polipeptida merupakan produk gen yang berbeda, maka konsep terbaru tentang gen
yang dianut hingga kini adalah satu gen - satu polipeptida. Sebagai contoh,
enzim triptofan sintetase pada Escherichia coli
terdiri atas dua buah polipeptida, yaitu polipeptida α dan polipeptida
β. Polipeptida α merupakan produk gen trpA, sedangkan polipeptida β merupakan
produk gen trpB.