RNA duta: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
Baris 8:
== Sintesis ==
Siklus hidup molekul mRNA dimulai dengan transkripsi dan diakhiri dengan degradasi. Selama periode ini, mRNA dapat mengalami berbagai proses, termasuk pemrosesan, pengeditan, dan pengangkutan, terutama dalam sel eukariotik, yang memerlukan modifikasi ekstensif dibandingkan dengan mRNA prokariotik. Pada eukariota, mRNA dan protein yang terkait membentuk kompleks yang dikenal sebagai messenger ribonucleoprotein (mRNP).
=== Transkripsi ===
Transkripsi adalah proses di mana RNA disintesis dari templat DNA. Dalam proses ini, RNA polimerase mensintesis untaian mRNA dengan menyalin informasi genetik dari DNA. Perbedaan antara transkripsi eukariotik dan prokariotik:
* Pada prokariota, transkripsi terjadi di dalam sitoplasma, dan mRNA biasanya siap untuk ditranslasikan segera setelah sintesis tanpa pemrosesan lebih lanjut.
* Pada eukariota, transkripsi terjadi di dalam nukleus, dan mRNA yang dihasilkan (dikenal sebagai pra-mRNA) mengalami beberapa langkah pemrosesan sebelum diangkut ke sitoplasma untuk ditranslasi.
Urasil vs Timin: Selama transkripsi, urasil (U) digunakan sebagai pengganti timin (T), yang ditemukan dalam DNA. Substitusi ini memungkinkan mRNA untuk secara efektif membawa informasi genetik dari DNA ke ribosom untuk ditranslasikan. Transisi evolusi dari RNA ke DNA didukung oleh hipotesis dunia RNA, yang menunjukkan bahwa bentuk kehidupan awal mengandalkan molekul RNA sebelum genom DNA muncul.
=== Pemrosesan pra-mRNA eukariotik ===
Pra-mRNA eukariotik harus mengalami beberapa modifikasi sebelum menjadi mRNA yang matang:
==== 1. Penyambungan ====
Penyambungan RNA adalah proses menghilangkan intron (urutan non-kode) dan menggabungkan ekson (urutan kode) untuk menghasilkan mRNA matang.
==== 2. Penambahan tutup 5' ====
Penutup 5' adalah nukleotida guanin yang dimodifikasi yang ditambahkan ke ujung 5' mRNA segera setelah transkripsi dimulai. Tutup ini
* Melindungi mRNA dari degradasi oleh ribonuklease.
* Memfasilitasi pengenalan dan pengikatan ribosom selama penerjemahan.
Penambahan tutup 5' terjadi secara ko-transkripsi, yang berarti terkait dengan proses transkripsi.
==== 3. Pengeditan ====
Beberapa mRNA dapat mengalami pengeditan, di mana nukleotida tertentu diubah setelah transkripsi. Contohnya adalah pengeditan mRNA apolipoprotein B, yang menyebabkan kodon berhenti lebih awal dan menghasilkan protein yang lebih pendek yang diproduksi di jaringan tertentu.
==== 4. Poliadenilasi ====
Poliadenilasi adalah penambahan rantai panjang nukleotida adenin (ekor poli (A)) ke ujung 3' mRNA, yang membantu:
* Melindungi mRNA dari degradasi.
* Memfasilitasi penghentian transkripsi dan ekspor mRNA dari nukleus.
* Meningkatkan translasi.
Ekor poli (A) dapat bervariasi panjangnya dan dapat dipengaruhi oleh mutasi situs poliadenilasi.
=== Transportasi ===
mRNA eukariotik harus diangkut dari nukleus ke sitoplasma, karena transkripsi dan translasi terkotak-kotak di dalam sel-sel ini. Pengangkutan ini diatur dan melibatkan pengikatan pada protein pengikat topi (misalnya, CBP20 dan CBP80) dan kompleks transkripsi/ekspor (TREX).
Pada sel khusus, mRNA tertentu diangkut ke lokasi tertentu, seperti dendrit pada neuron, di mana penerjemahan lokal dapat terjadi. Proses ini dapat difasilitasi oleh kode pos dalam mRNA yang mengarahkan mereka ke tujuan yang dimaksudkan.
=== Translasi ===
Translasi adalah proses sintesis protein dari cetakan mRNA. Perbedaan dalam translasi:
* Pada prokariota, penerjemahan dapat dimulai segera setelah transkripsi karena tidak ada pemrosesan. Hal ini mengarah pada penggabungan transkripsi dan translasi secara bersamaan.
* Pada eukariota, mRNA yang matang ditranslasikan di dalam sitoplasma dan dapat terjadi di ribosom bebas atau di retikulum endoplasma, yang dimediasi oleh partikel pengenal sinyal (SRP).
Translasi eukariotik tidak secara langsung digabungkan dengan transkripsi, yang berarti ada kemungkinan tingkat mRNA menjadi rendah sementara tingkat protein tetap tinggi, seperti yang terlihat dalam konteks kanker tertentu.
== Struktur ==
=== Daerah pengkodean ===
Daerah pengkodean mRNA terdiri dari urutan yang dikenal sebagai kodon, yang ditranslasikan menjadi protein oleh ribosom. Pada sel eukariotik, setiap mRNA biasanya mengkode satu protein, sedangkan pada sel prokariotik, mRNA dapat mengkode beberapa protein. Daerah pengkodean dimulai dengan '''kodon awal''' (biasanya '''AUG''') dan diakhiri dengan '''kodon''' akhir, yang dapat berupa UAG (“amber”), UAA (“oker”), atau UGA (“opal”). Stabilitas daerah pengkodean sering kali ditingkatkan dengan pemasangan basa internal, yang membuatnya kurang rentan terhadap degradasi. Selain perannya dalam pengkodean protein, segmen tertentu dalam daerah pengkodean dapat berfungsi sebagai '''urutan pengaturan''', seperti peningkat penyambungan eksonik atau peredam.
=== Daerah yang tidak ditranslasikan (UTR) ===
Daerah yang tidak ditranslasikan (UTR) adalah segmen mRNA yang tidak ditransilasikan menjadi protein. Ada dua jenis utama UTR:
* 5' UTR: Terletak sebelum kodon awal.
* 3' UTR: Terletak setelah kodon berhenti.
Kedua UTR ditranskripsi bersama dengan wilayah pengkodean dan dianggap eksonik. UTR memainkan beberapa peran dalam ekspresi gen, termasuk:
* Stabilitas mRNA: Stabilitas mRNA dapat dipengaruhi oleh urutan dalam 5' dan 3' UTR, yang dapat berinteraksi dengan ribonuklease dan protein yang mendorong atau menghambat degradasi.
* Efisiensi translasi: UTR dapat memengaruhi proses translasi dengan mengikat protein yang memengaruhi pengikatan ribosom ke mRNA. MikroRNA yang berikatan dengan 3' UTR juga dapat memodulasi translasi dan stabilitas.
* Lokalisasi sitoplasma: UTR 3' terlibat dalam lokalisasi mRNA di dalam sel, yang memungkinkan protein untuk disintesis di daerah seluler tertentu.
UTR juga dapat mengadopsi struktur sekunder yang unik yang membantu mengatur fungsi mRNA. Sebagai contoh, '''riboswitch''' adalah elemen UTR yang dapat mengikat molekul kecil, memengaruhi tingkat transkripsi atau translasi.
=== Ekor poli (A) ===
Ekor poli (A) 3' adalah bentangan panjang nukleotida adenin yang ditambahkan ke ujung 3' dari pra-mRNA. Ekor ini memiliki beberapa fungsi penting:
* Ekspor: Memfasilitasi ekspor mRNA dari nukleus ke sitoplasma.
* Translasi: Meningkatkan efisiensi translasi.
* Perlindungan: Melindungi mRNA dari degradasi oleh eksonuklease.
=== mRNA monosistronik vs. polisistronik ===
* mRNA monosistronik: Berisi informasi untuk menerjemahkan satu protein. Sebagian besar mRNA eukariotik adalah monosistronik.
* mRNA polisistronik: Berisi beberapa bingkai pembacaan terbuka (ORF), yang masing-masing ditranslasi menjadi polipeptida yang berbeda. Polycistronic mRNA lebih umum ditemukan pada prokariota dan archaea, serta genom mitokondria manusia. mRNA disistronik atau bikistronik hanya mengkode dua protein.
=== Sirkularisasi mRNA ===
Pada eukariota, mRNA dapat membentuk struktur melingkar karena interaksi antara eIF4E dan protein pengikat poli (A), yang berikatan dengan eIF4G, menciptakan jembatan yang mendorong siklus ribosom pada mRNA. Sirkularisasi diperkirakan terjadi:
* Meningkatkan translasi: Memungkinkan translasi yang lebih efisien dengan mendorong daur ulang ribosom.
* Melindungi mRNA yang utuh: Memastikan bahwa hanya mRNA dengan panjang penuh yang ditranslasikan, karena mRNA yang terdegradasi biasanya tidak memiliki tutup 7-metilguanylate (m7G) atau ekor poli (A).
Virus tertentu juga memanfaatkan mekanisme sirkularisasi. Sebagai contoh, mRNA virus polio memiliki struktur daun semanggi yang mengikat protein untuk membuat bentuk melingkar. Virus lain dapat mensirkulasi genom mereka, yang membantu replikasi yang efisien dengan meningkatkan siklus RNA polimerase yang bergantung pada RNA selama replikasi genom.
== Degradasi ==
MRNA yang berbeda dalam sel yang sama memiliki masa hidup yang berbeda, yang memengaruhi berapa lama mereka dapat memproduksi protein. Dalam sel bakteri, mRNA dapat bertahan dari beberapa detik hingga lebih dari satu jam, dengan umur rata-rata 1 hingga 3 menit, jauh lebih pendek dibandingkan dengan sel eukariotik. Pada sel mamalia, masa hidup mRNA dapat berkisar dari beberapa menit hingga beberapa hari. Semakin lama mRNA stabil, semakin banyak protein yang dapat diproduksi, dan umurnya yang terbatas memungkinkan sel untuk dengan cepat mengadaptasi sintesis protein sebagai respons terhadap kondisi yang berubah.
=== Degradasi mRNA prokariotik ===
Pada prokariota (seperti bakteri), mRNA memiliki umur yang pendek karena degradasi oleh berbagai enzim, termasuk ribonuklease, yang memotong mRNA dan mendegradasinya dari kedua ujungnya. Molekul RNA kecil juga dapat merangsang pemecahan mRNA tertentu dengan cara berpasangan dengannya dan meningkatkan aktivitas ribonuklease. Bakteri memiliki semacam “topi 5'” yang terbuat dari gugus trifosfat. Ketika dua fosfat dihilangkan, mRNA dikenali untuk didegradasi oleh enzim RNase J, yang memecahnya dari ujung 5'.
=== Pergantian mRNA eukariotik ===
Dalam sel eukariotik, terdapat keseimbangan antara penerjemahan dan degradasi mRNA. mRNA yang ditranslasi secara aktif dilindungi oleh protein seperti eIF-4E dan eIF-4G pada ujung 5' dan protein pengikat poli (A) pada ujung 3', yang mencegah degradasi pesan. Ketika mRNA tidak lagi ditranslasi, ekor poli (A) nya diperpendek, yang menyebabkan destabilisasi dan degradasi oleh kompleks seperti eksosom atau kompleks decapping. Transisi dari penerjemahan aktif ke degradasi masih belum sepenuhnya dipahami, dan penelitian terbaru menunjukkan bahwa beberapa peluruhan mRNA bahkan dimulai di dalam nukleus, bukan hanya di dalam sitoplasma.
=== Peluruhan elemen kaya AU ===
Beberapa mRNA dalam sel mamalia memiliki elemen kaya AU yang membuatnya lebih rentan terhadap degradasi. Urutan ini menarik protein yang menstimulasi pelepasan ekor poli (A), yang mengarah pada peluruhan mRNA melalui kompleks eksosom atau decapping. Degradasi yang cepat ini sangat penting untuk mencegah produksi berlebihan molekul penting seperti sitokin, seperti faktor nekrosis tumor (TNF) dan faktor perangsang koloni makrofag granulosit (GM-CSF). Elemen kaya AU juga membantu mengatur produksi proto-onkogen tertentu, seperti faktor transkripsi c-Jun dan c-Fos.
=== Peluruhan yang dimediasi non-sense (NMD) ===
Peluruhan yang dimediasi oleh non-sense (NMD) adalah mekanisme pengawasan dalam sel eukariotik yang mengidentifikasi dan mendegradasi mRNA yang mengandung kodon penghenti prematur, yang juga dikenal sebagai kodon nonsense (omong kosong). Kodon penghenti prematur ini dapat diakibatkan oleh berbagai kesalahan seperti penyambungan yang tidak sempurna, mutasi dalam DNA, kesalahan transkripsi, atau pergeseran kerangka ribosom selama translasi. Ketika kodon penghenti prematur terdeteksi, mRNA menjadi sasaran degradasi melalui proses seperti pemutusan 5', penghilangan ekor poli (A) 3', atau pembelahan endonukleolitik.
=== RNA pengganggu kecil (siRNA) ===
RNA pengganggu kecil (siRNA) diproses dari molekul RNA untai ganda yang lebih panjang oleh enzim Dicer. Pada metazoa (organisme multiseluler), siRNA dimasukkan ke dalam kompleks pembungkaman yang diinduksi RNA (RISC). Kompleks ini mengandung endonuklease yang secara khusus membelah mRNA yang saling melengkapi dengan siRNA. Fragmen mRNA yang dihasilkan kemudian didegradasi lebih lanjut oleh eksonuklease. siRNA banyak digunakan dalam penelitian laboratorium untuk menghambat fungsi gen tertentu dalam kultur sel dan diyakini berperan dalam respons kekebalan bawaan terhadap virus RNA untai ganda.
=== MikroRNA (miRNA) ===
MicroRNA (miRNA) adalah molekul RNA kecil yang biasanya merupakan pelengkap sebagian dari sekuens target dalam mRNA metazoa. Ketika miRNA berikatan dengan mRNA targetnya, miRNA dapat menghambat translasi dan mendorong pemindahan ekor poli (A), sehingga mempercepat degradasi mRNA. Mekanisme spesifik yang digunakan miRNA untuk mengerahkan efeknya adalah area penelitian yang aktif.
=== Mekanisme degradasi lainnya ===
Selain NMD, siRNA, dan miRNA, ada beberapa jalur degradasi atau peluruhan lain untuk mRNA, seperti peluruhan tanpa henti, yang menargetkan mRNA yang tidak memiliki kodon penghenti, dan pembungkaman oleh RNA yang berinteraksi dengan Piwi (piRNA). Mekanisme tambahan ini berkontribusi pada regulasi ekspresi gen dan pemeliharaan homeostasis seluler.
== Aplikasi ==
| |||