Makalah Replikasi DNA dan Sintesis Protein

PEMBAHASAN

A.    Replikasi DNA

Ketika sebuah sel menyalin satu molekul DNA, setiap untai berfungsi sebagai pola cetakan untuk menyusun nukleutida-nukleutida menjadi satu untaian komplementer yang baru. Nukleutida-nukleutida tresebut berikatan membentuk untaian baru. Ditempat yang sebelumnya hanya ada 1 molekul DNA untai ganda pada awal proses, sekarang ada 2, setiap untai merupakan replica dari molekul induknya.

Model replikasi DNA ini belum diuji untuk beberapa tahun setelah struktur DNA dipublikasikan. Model DNA Watson dan crik memprediksi bahwa ketika suatu heliks ganda bereplikasi, masing-masing dari kedua molekul anaknya akan mempunyai satu untai yang lama, berasal dari molekul induk, dan satu untai yang baru. Model semikonservatif ini dapat dibedakan dari model replikasi yang konservatif, dimana molekul induk tetap utuh dan molekul yang baru seluruhnya terbentuk sejak dari awal. Pada model dispertif, keempat untai DNA setelah heliks ganda tereplikasi, seluruhnya mempunyai campuran antara DNA yang lama dan baru.

Replikasi informasi genetic dalam jumlah yang sangat besar itu tercapai dengan sangat sedikit kesalahan hanya sekitar satu kesalahan per milyar nukleotida.  Penyalinan DNA sangat luar biasa bila ditinjau dari kecepatan dan ketepatan. Lebih dari selusin enzim dan protein lainnya ikut serta dalam replikasi DNA. (Campbel; )

Konsep penting Replikasi DNA :

1. Replikasi terjadi dalam dua arah yang berbeda (bidireksional)

2. Setiap pemanjangan rantai DNA baru akan diawali oleh primer

3. Enzim DNA polimerase hanya aktif melakukan replikasi DNA pada arah 3′-5′ 

     rantai DNA.  Keadaan ini menyebabkan proses pemanjangan rantai nukleotida

      hanya berjalan normal pada salah satu rantai DNA.

4. Pada rantai DNA yang lain akan terbentuk okazaki fragmen untuk melakukan  

    pemanjangan rantai DNA yang baru.

5. Fragmen yang terputus-putus kemudian akan disambung dengan enzim ligase.

Replikasi atau perbanyakan asam nukleat dilakukan dengan dua cara yaitu replikasi dan transkripsi. Kedua proses tersebut digunakan satu utasan asam nukleat sebagai modelnya.Dalam proses replikasi perbanyakan satu molekul asam nukleat dilakukan dengan menggunakan dirinya sebagai model cetakan. Menurut pada ahli, ada tiga model replikasi DNA yaitu :

1.    Model konservatif, Double helix parental tetap utuh, disampingnya dicetak molekul DNA baru

2.    Model semikonservatif, Dua pita spiral dari double helix memisahkan diri, tiap pita tunggal dari double helix parental ini berlaku sebagai cetakan (template) untuk membentuk pita   pasangan yang baru.

3.    Model dispersif, Kedua pita dari double helix parental putus dibeberapa tempat kemudian dibentuk segmen-segmen DNA baru Selanjutnya potongan-potongan DNA parental dan DNA baru bersambungan dan menghasilkan dua double helix baru.

(Gambar 1. Model – model replikasi)                                                                              baca selanjutnya.... 

Pada tahun 1958 Matthew Meselson dan Franklin Stahl berhasil menunjukkan secara empiris bahwa replikasi DNA berlangsung dengan mekanisme secara semikonservatif. Meselson dan Stahl melakukan eksperimen untuk mengetahui mekanisme replikasi DNA dengan menggunakan bakteri Escherichia coli. Pertama kali, bakteri E.coli ditumbuhkan dalam medium yang mengandung nitrogen “berat” yaitu isotop ¹⁵N selama beberapa generasi. Dengan cara demikian maka molekul DNA induk mempunyai label berupa isotop berat sehingga molekulnya mempunyai densitas yang lebih tinggi dibanding DNA normal. Sel-sel yang molekul DNA-

 nya sudah berlabel tersebut kemudian dipindahkan ke medium baru yang mengandung isotop nitrogen yang “ringan“, yaitu ¹⁴N. Pada selang waktu tertentu setelah dipindahkan ke medium baru, sampel sel dipanen dan DNA-nya diisolasi. DNA hasil isolat tersebut kemudian disentrifugasi dengan ultrasentrifugasi gradien CsCl untuk menentukan densitas molekul DNA-nya. Hasil pengukuran densitas DNA yang diisolasi pada generasi pertama, semua DNA mempunyai densitas molekul hibrid, yaitu densitas yang dihasilkan oleh gabungan molekul DNA yang mengandung ¹⁵N dan ¹⁴N. Sebelum dipindahkan ke medium yang mengandung ¹⁴N ( yaitu generasi ke 0), kedua untaian DNA induk mengandung isotop ¹⁵N. Pada generasi kedua, densitas molekul DNA terdiri atas dua kelompok yaitu yang mempunyai densitas molekul hibrid dan yang mempunyai densitas lebih rendah dibanding dengan densitas molekul hibrid. Kelompok kedua tersebut terdiri atas molekul DNA yang kedua untaiannya mengandung isotop ¹⁴N.

Hasil eksperimen Meselson dan Stahl tersebut menunjukkan bahwa molekul DNA anakan terdiri atas satu untai DNA induk dan satu untai DNA hasil sintesis baru sehingga sesuai dengan model replikasi secara semikonservatif. Hasil eksperimen tersebut kemudian dikonfirmasi lagi dengan eksperimen kedua. Dalam eksperimen ini, molekul DNA hibrid didenaturasi dengan pemanasan pada suhu 100⁰C, kemudian disentrifugasi dalam gradien CsCl. DNA yang sudah didenaturasi tersebut menghasilkan dua pita DNA yang terdiri atas untai tunggal DNA yang mengandung ¹⁵N dan untai-tunggal DNA yang mengandung ¹⁴N. Berdasarkan atas eksperimen dapat disimpulkan bahwa replikasi DNA berlangsung secara semikonservatif.

Gambar 2: Semi konservatif (Masselson-Stahl)1958

(http://kamriantiramli.wordpress.com/2011/05/09/replikasi-pada-eukariotik/)

Tahapan replikasi DNA :

1.      Struktur DNA yang doble helix diputuskan ikatannya oleh enzim DNA helicase membentuk DNA dengan untaian tunggal. Proses awal pemutusan atau titik awal replikasi ini disebut dengan ORI ( The Origin of Replication ). Dan akan membentuk percabangan untaian struktur DNA ( replication fork ). Garpu replikasi atau cabang replikasi (replication fork) ialah struktur yang terbentuk ketika DNA bereplikasi. Garpu replikasi ini dibentuk akibat enzim helikase yang memutus ikatan-ikatan hidrogen yang menyatukan kedua untaian DNA, membuat terbukanya untaian ganda tersebut menjadi dua cabang yang masing-masing terdiri dari sebuah untaian tunggal DNA. Masing-masing cabang tersebut menjadi "cetakan" untuk pembentukan dua untaian DNA baru berdasarkan urutan nukleotida komplementernya. DNA polimerase membentuk untaian DNA baru dengan memperpanjang oligonukleotida yang dibentuk oleh enzim primase dan disebut primer.

DNA polimerase membentuk untaian DNA baru dengan menambahkan nukleotida—dalam hal ini, deoksiribonukleotida—ke ujung 3'-hidroksil bebas nukleotida rantai DNA yang sedang tumbuh. Dengan kata lain, rantai DNA baru disintesis dari arah 5'→3', sedangkan DNA polimerase bergerak pada DNA "induk" dengan arah 3'→5'. Namun demikian, salah satu untaian DNA induk pada garpu replikasi berorientasi 3'→5', sementara untaian lainnya berorientasi 5'→3', dan helikase bergerak membuka untaian rangkap DNA dengan arah 5'→3'. Oleh karena itu, replikasi harus berlangsung pada kedua arah berlawanan tersebut.

2.      Struktur DNA tunggal yang terbentuk distabilkan oleh protein-protein pengikat DNA yag disebut Single Srand Biding protein ( SSB ).

3.      Helikase pada proses sintesis DNA yang baru akan berikatan dengan enzim primerase untuk memungkinkan akses pembentukan RNA primer.

4.      Enzim polimerase akan memulai replikasi DNA dan akan memperpanjang untaian DNA yang terbentuk, yaitu leadding strand ( DNA yang disintesis secara kontinu dan lagging strand (DNA yang disintesis dalam framen yang pendek ( 1-5kb) yang disebut fragmen Okazaki.

5.       Leading strand dan lagging strand selama selama replikasi DNA.

Pada replikasi DNA, untaian pengawal (leading strand) ialah untaian DNA yang disintesis dengan arah 5'→3' secara berkesinambungan. Pada untaian ini, DNA polimerase mampu membentuk DNA menggunakan ujung 3'-OH bebas dari sebuah primer RNA dan sintesis DNA berlangsung secara berkesinambungan, searah dengan arah pergerakan garpu replikasi.

Lagging strand ialah untaian DNA yang terletak pada sisi yang berseberangan dengan leading strand pada garpu replikasi. Untaian ini disintesis dalam segmen-segmen yang disebut fragmen Okazaki. Pada untaian ini, primase membentuk primer RNA. DNA polimerase dengan demikian dapat menggunakan gugus OH 3' bebas pada primer RNA tersebut untuk mensintesis DNA dengan arah 5'→3'. Fragmen primer RNA tersebut lalu disingkirkan (misalnya dengan RNase H dan DNA Polimerase I) dan deoksiribonukleotida baru ditambahkan untuk mengisi celah yang tadinya ditempati oleh RNA. DNA ligase lalu menyambungkan fragmen-fragmen Okazaki tersebut sehingga sintesis lagging strand menjadi lengkap.

6.      Enzim ligase kemudian berperan dalam menyambungkan fragmen-fragmen tersebut.

Dinamika pada garpu replikasi

Bukti-bukti yang ditemukan belakangan ini menunjukkan bahwa enzim dan protein yang terlibat dalam replikasi DNA tetap berada pada garpu replikasi sementara DNA membentuk gelung untuk mempertahankan pembentukan DNA ke dua arah. Hal ini merupakan akibat dari interaksi antara DNA polimerase, sliding clamp, dan clamp loader.

Sliding clamp pada semua jenis makhluk hidup memiliki struktur serupa dan mampu berinteraksi dengan berbagai DNA polimerase prosesif maupun non-prosesif yang ditemukan di sel. Selain itu, sliding clamp berfungsi sebagai suatu faktor prosesivitas. Ujung-C sliding clamp membentuk gelungan yang mampu berinteraksi dengan protein-protein lain yang terlibat dalam replikasi DNA (seperti DNA polimerase dan clamp loader). Bagian dalam sliding clamp memungkinkan DNA bergerak melaluinya. Sliding clamp tidak membentuk interaksi spesifik dengan DNA. Terdapat lubang 35A besar di tengah clamp ini. Lubang tersebut berukuran sesuai untuk dilalui DNA dan air menempati tempat sisanya sehingga clamp dapat bergeser pada sepanjang DNA. Begitu polimerase mencapai ujung templat atau mendeteksi DNA berutas ganda (lihat di bawah), sliding clamp mengalami perubahan konformasi yang melepaskan DNA polimerase.

Clamp loader merupakan protein bersubunit banyak yang mampu menempel pada sliding clamp dan DNA polimerase. Dengan hidrolisis ATP, clamp loader terlepas dari sliding clamp sehingga DNA polimerase menempel pada sliding clamp. Sliding clamp hanya dapat berikatan pada polimerase selama terjadinya sintesis utas tunggal DNA. Jika DNA rantai tunggal sudah habis, polimerase mampu berikatan dengan subunit pada clamp loader dan bergerak ke posisi baru pada lagging strand. Pada leading strand, DNA polimerase III bergabung dengan clamp loader dan berikatan dengan sliding clamp.

Enzim yang berperan dalam proses replikasi DNA :

1.      Enzim Helicase

Enzim ini berfungsi untuk memotong untaian DNA yang doble heliks pada proses replikasi DNA menggunakan enegi kimia.

2.      Enzim topoisomerase

Berfungsi untuk membantu helicase untuk memotong untaian DNA dengan mengurangi tegangan untaian DNA.

3.      Enzim DNA polimerase

Berfungsi untuk memperpanjang untaian DNA baru.

4.      Enzim Ligase

Berfungsi untuk melekatkan fragmen-fragmen okazaki.

5.      Enzim Primerase

Enzim yang memungkinkan akses pembentukan RNA primer.

B.     Sintesis Protein

Protein dibentuk dalam ribosom. DNA menyampaikan informasi kepada ribosom untuk mensintesis protein yang diperlukan. Protein tersusun dari berbagai asam amino yang masing-masing dihubungkan dengan ikatan peptida. Meskipun demikian, pada awal pembentukannya protein hanya tersusun dari 20 asam amino yang dikenal sebagai asam amino dasar atau asam amino baku atau asam amino penyusun protein (proteinogenik). Asam-asam amino inilah yang disandi oleh DNA/RNA sebagai kode genetik.

Kode genetik dapat menggunakan urutan singkat dari basa untuk memberikan kode bagi masing-masing asam amino. Kemungkinan kode genetik yang paling sederhana adalah kode singlet, yaitu sebuah nukleotida memberi kode untuk satu asam amino disebut kode duplet.
Apabila suatu urutan dua basa memberi kode untuk satu asam amino disebut kode triplet. Triplet adalah tiga basa yang menerjemahkan suatu asam amino. Triplet RNA duta disebut kodon. Dengan kata lain, kodon adalah satu kelompok nukleotida yang memerinci suatu asam amino.
Kode genetik berlaku universal, karena kode yang lama berlaku untuk sementara organisme hidup. Dari 64 kodon triplet, terdapat 60 kodon yang akan mengkodekan 20 macam asam amino. Tiga kodon lainnya merupakan kodon tidak bermakna, karena tidak mengkodekan asam amino dan satu kodon lainnya merupakan kodon permulaan, karena memulai sintesis polipeptida.

Tabel kode genetik

(http://biomansmaitnh.blogspot.com/2011/08/hereditas-bag-2.html)

Sintesis protein adalah proses pembentukan protein dari monomer peptida yang diatur susunannya oleh kode genetik. Sintesis protein dimulai dari anak inti sel, sitoplasma dan ribosom. Sintesis protein secara garis besar dibagi menjadi dua tahapan utama, yaitu proses pembuatan molekul mRNA pada inti sel (transkripsi) dan proses penerjemahan mRNA oleh rRNA serta perangkaian asam amino di ribosom (translasi). 

Sintesis protein melibatkan DNA sebagai pembuat rantai polipeptida. Meskipun begitu, DNA tidak dapat secara langsung menyusun rantai polipeptida karena harus melalui RNA. Seperti yang telah kita ketahui bahwa DNA merupakan bahan informasi genetik yang dapat diwariskan dari generasi ke generasi. Informasi yang dikode di dalam gen diterjemahkan menjadi urutan asam amino selama sintesis protein. Informasi ditransfer secara akurat dari DNA melalui RNA untuk menghasilkan polipeptida dari urutan asam amino yang spesifik. Suatu konsep dasar hereditas yang mampu menentukan ciri spesifik suatu jenis makhluk menunjukkan adanya aliran informasi bahan genetik dari DNA ke asam amino (protein). Konsep tersebut dikenal dengan dogma genetik. Tahap pertama dogma genetik dikenal sebagai proses transkripsi DNA menjadi mRNA. Tahap kedua dogma genetik adalah proses translasi atau penerjemahan kode genetik pada RNAd menjadi urutan asam amino.

Kode seperti yang disebut di atas diterjemahkan pada suatu struktur yang disebut ribosom yang juga dibuat di dalam inti. Ribosom ini merupakan tempat bagi mRNA di mana mRNA akan terikat. Asam amino untuk sintesis protein akan di bawa ketempat ini oleh RNA transfer (tRNA). Setiap tRNA memiliki triplet yang akan berikatan dengan urutan nuklotida yang sesuai pada mRNA. Sebagai contoh fenil alanin yang terikat pada tRNA yang miliki tiplet AAA (adenin-adenin-adenin) akan berikatan dengan urutan nukleotida yang sesuai pada mRNA yaitu UUU (urasil, urasil, urasil). Secara garis besar, ADN sebagai bahan genetis mengendalikan sifat individu melalui proses sintesis protein. Ada dua kelompok protein yang dibuat ADN, yaitu protein struktural dan protein katalis. Protein struktural akan membentuk sel, jaringan, dan organ hingga penampakan fisik suatu individu. Inilah yang menyebabkan ciri fisik tiap orang berbeda satu sama lain. Protein katalis akan membentuk enzim dan hormon yang berpengaruh besar terhadap proses metabolisme, dan akhirnya berpengaruh terhadap sifat psikis, emosi, kepribadian, atau kecerdasan seseorang.

Proses sintesis protein dapat dibedakan menjadi dua tahap. Tahap pertama adalah transkripsi yaitu pencetakan ARNd oleh ADN yang berlangsung di dalam inti sel. ARNd inilah yang akan membawa kode genetik dari ADN. Tahap kedua adalah translasi yaitu penerjemahan kode genetik yang dibawa ARNd oleh ARNt.

Pelaksana sintesis protein adalah:

1.      RNA-duta atau RNA-messenger (RNAm), pembawa perintah/informasi  genetik, merupakan jenis RNA terbesar molekulnya di dalam sel.

2.      RNA-ribosom (RNAr), menyusun sebagian besar ribosom sebagai mesin pabrik protein.

3.      RNA-transfer (RNAt), pengantar asam amino ke ribosom, merupakan jenis RNA terkecil molekulnya di dalam sel

Proses sintesis protein dapat dibedakan menjadi dua tahap. Tahap pertama adalah transkripsi yaitu pencetakan ARNd oleh ADN yang berlangsung di dalam inti sel. ARNd inilah yang akan membawa kode genetik dari ADN. Tahap kedua adalah translasi yaitu penerjemahan kode genetik yang dibawa ARNd oleh ARNt. Sebelum dibahas tentang tahap-tahap dalam transkripsi terlebuh dahulu kita mengetahui beberapa di bawah ini:

Transkripsi

Transkripsi merupakan pembentukan/sintesis mRNA dari fragmen salah satu rantai DNA, sehingga terjadi proses pemindahan informasi genetik dari DNA ke mRNA. Transkripsi adalah bagian dari rangkaian ekspresi genetik (proses penerjemahan informasi genetik dalam bentuk urutan basa menjadi protein). Pengertian asli “transkripsi” adalah alih aksara atau penyalinan. Di sini, yang dimaksud adalah mengubah “teks” DNA menjadi RNA. Sebenarnya, yang berubah hanyalah basa nitrogen timin di DNA yang pada RNA digantikan oleh urasil.

DNA berperan sebagai materi genetik; artinya DNA menyimpan cetak biru bagi segala aktivitas sel. Ini berlaku umum bagi setiap organisme. DNA melakukan transkripsi agar gen asli tetap terlindung di dalam inti sel, sementara hasil kopinya ditugaskan untuk melaksanakan pesan-pesan yang dikandungnya dalam proses sintesis protein. Jika RNA rusak, maka akan segera diganti dengan hasil kopian yang baru.

Proses transkripsi ini terjadi di dalam inti sel (nukleus). DNA tetap berada di dalam nukleus, sedangkan hasil transkripsinya dikeluarkan dari nukleus menuju sitoplasma dan melekat pada ribosom. Namun pada sel tumbuhan, transkripsi terjadi di dalam matriks pada mitokondria dan plastida. Pada proses transkripsi, rantai DNA digunakan untuk mencetak rantai tunggal mRNA dengan bantuan enzim RNA polimerase. Enzim tersebut menempel pada bagian yang disebut promoter, yang terletak sebelum gen. Pertama-tama, ikatan hidrogen di bagian DNA yang akan disalin terbuka. Akibatnya, dua rantai DNA berpisah. Salah satu DNA berfungsi sebagai pencetak atau sense, yang lain sebagai antisense. Misalnya pencetak memiliki urutan basa G-A-G-A-C-T, dan pasangan komplemen memiliki urutan C-T-C-T-G-A. Karena pencetaknya G-A-G-A-C-T, maka mRNA hasil cetakannya C-U-C-U-G-A. Jadi, mRNA C-U-C-U-G-A merupakan hasil kopian dari DNA C-T-C-T-G-A, dan merupakan komplemen dari pencetak.

Tahapan-¬tahapan pada transkripsi terbagi menjadi tiga, yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi.¬
(1) Inisiasi (permulaan), yaitu keduai untai DNA pencetak RNA mulai membuka dan mempersiapkan diri untuk memulai transkripsi
(2) Elongasi(pemanjangan), yaitu pembukaan gabungan untai DNA (doble helix) sepanjang satu unit transkripsi oleh enzim RNA Polimerase
(3) Terminasi (penghentian), yaitu berhentinya proses transkripsi RNA karena telah mencapai titik terminator (penghenti) lalu RNA dilepaskan dan dua untai DNA bergabung lagi membentuk doble helix.

Translasi

Translasi adalah proses penerjemahan urutan nukleotida atau kodon yang ada pada molekul mRNA menjadi rangkaian asam-asam amino yang menyusun suatu polipeptida atau protein. Transkripsi dan translasi merupakan dua proses utama yang menghubungkan gen ke protein. Translasi hanya terjadi pada molekul mRNA, sedangkan rRNA dan tRNA tidak ditranslasi. Molekul mRNA yang merupakan salinan urutan DNA menyusun suatu gen dalam bentuk kerangka baca terbuka. mRNA membawa informasi urutan asam amino.
Tempat translasi ini ialah ribosom, partikel kompleks yang memfasilitasi perangkaian secara teratur asam amino menjadi rantai polipeptida. Asam amino yang akan dirangkaikan dengan asam amino lainnya dibawa oleh tRNA. Setiap asam amino akan dibawa oleh tRNA yang spesifik ke dalam kompleks mRNA-ribosom. Proses translasi berupa penerjemahan kodon atau urutan nukleotida yang terdiri atas tiga nukleotida berurutan yang menyandi suatu asam amino tertentu. Kodon pada mRNA akan berpasangan dengan antikodon yang ada pada tRNA. Setiap tRNA mempunyai antikodon yang spesifik. Tiga nukleotida di anti kodon tRNA saling berpasangan dengan tiga nukleotida dalam kodon mRNA menyandi asam amino tertentu.

Dalam proses translasi, sel menginterpretasikan suatu pesan genetik dan membentuk protein yang sesuai. Pesan tersebut berupa serangkaian kodon di sepanjang molekul mRNA, interpreternya adalah RNA transfer. Setiap tipe molekul tRNA menghubungkan kodon tRNA tertentu dengan asam amino tertentu. Ketika tiba di ribosom, molekul tRNA membawa asam amino spesifik pada salah satu ujungnya. Pada ujung lainnya terdapat triplet nukleotida yang disebut antikodon, yang berdasarkan aturan pemasangan basa, mengikatkan diri pada kodon komplementer di mRNA. tRNA mentransfer asam amino-asam amino dari sitoplasma ke ribosom. 

Ribosom memudahkan pelekatan yang spesifik antara antikodon tRNA dengan kodon mRNA selama sintesis protein. Sub unit ribosom dibangun oleh protein-protein dan molekul-molekul RNA yang disebut RNA ribosomal. 

Translasi menjadi tiga tahap (sama seperti pada transkripsi) yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi. Semua tahapan ini memerlukan faktor-faktor protein yang membantu mRNA, tRNA, dan ribosom selama proses translasi. Inisiasi dan elongasi rantai polipeptida juga membutuhkan sejumlah energi. Energi ini disediakan oleh GTP (guanosin triphosphat), suatu molekul yang mirip dengan ATP.

Inisiasi (permulaan)

Daerah DNA di mana RNA polymerase melekat dan mengawali transkipsi disebut sebagai promotor. Suatu promotor menentukan di mana transkipsi dimulai. Juga menentukan yang mana dari kedua rantai heliks DNA yang akan digunakan sebagai cetakan. Sebagian rantai DNA membuka, kemudian disusul oleh pembentukan ratai RNA-duta (RNAm). Rantai DNA yang mencetak RNAm disebut rantai sense/template. Pasangan rantai sense yang tidak mencetak RNAm disebut antisense. Proses ini dimulai dari menempelnya ribosom sub unit kecil ke mRNA. Penempelan terjadi pada tempat tertentu yaitu pada 5’-AGGAGGU-3’, sedang pada eukariot terjadi pada struktur tudung (7mGpppNpN). Selanjutnya ribosom bergeser ke arah 3’ sampai bertemu dengan kodon AUG. Kodon ini menjadi kodon awal. Asam amino yang dibawa oleh tRNA awal adalah metionin. Metionin adalah asam amino yang disandi oleh AUG. pada bakteri, metionin diubah menjadi Nformil metionin. Struktur gabungan antara mRNA, ribosom sub unit kecil dan tRNA- Nformil metionin disebut kompleks inisiasi. Pada eukariot, kompleks inisiasi terbentuk dengan cara yang lebih rumit yang melibatkan banyak protein initiation factor.

1.      RNA polymerase melekat pada promoter.

2.      RNA polymerase membuka strand DNA.

3.      RNA nukleotida menempel pada DNA template.

4.      RNA polymerase menghubungkan RNA nukleotida

Proses inisiasi dimulai ketika ribosom subunit kecil berikatan dengan mRNA. Inisiator tRNA yang membawa metionin berikatan pada daerah AUG yang mengkode asam amino metionin. Selanjutnya ribosom sub unit besar akan menempel Pada ribosom subunit kecil. Catatan, sisi A dan sisi P merupakan tempat pengikatan tRNA.

Elongasi (pemanjangan)

Saat RNA bergerak di sepanjang DNA, RNA membuka untaian heliks ganda DNA dengan bantuan enzim polimerase, sehingga terbentuklah molekul RNA yang akan lepas dari cetakan DNA-nya.

1.      RNA polymerase bergerak di sepanjang DNA

2.      Nukleotida melekat pada DNA template

3.      Strand RNA mengelupas dari DNA

4.      DNA kembali menyatu.

Pada tahap elongasi dari translasi, asam amino-asam amino ditambahkan satu per satu pada asam amino pertama (metionin). Ribosom terus bergeser agar mRNA lebih masuk, guna membaca kodon II. Misalnya kodon II UCA, yang segera diterjemahkan oleh tRNA berarti kodon AGU sambil membawa asam amino serine. Di dalam ribosom, metionin yang pertama kali masuk dirangkaikan dengan serine membentuk dipeptida. Ribosom terus bergeser, membaca kodon III. Misalkan kodon III GAG, segera diterjemahkan oleh antikodon CUC sambil membawa asam amino glisin. tRNA tersebut masuk ke ribosom. Asam amino glisin dirangkaikan dengan dipeptida yang telah terbentuk sehingga membentuk tripeptida. Demikian seterusnya proses pembacaan kode genetika itu berlangsung di dalam ribobom, yang diterjemahkan ke dalam bentuk asam amino guna dirangkai menjadi polipeptida.

Kodon mRNA pada ribosom membentuk ikatan hidrogen dengan antikodon molekul tRNA yang baru masuk yang membawa asam amino yang tepat. Molekul mRNA yang telah melepaskan asam amino akan kembali ke sitoplasma untuk mengulangi kembali pengangkutan asam amino. Molekul rRNA dari sub unit ribosom besar berfungsi sebagai enzim, yaitu mengkatalisis pembentukan ikatan peptida yang menggabungkan polipeptida yang memanjang ke asam amino yang baru tiba.

Terminasi

Terminasi (pengakhiran) Transkripsi berlangsung sampai RNA polimerase mentranskripsi urutan DNA yang disebut terminator. Terminator yang ditranskripsi merupakan suatu urutan RNA yang berfungsi sebagai kodon terminasi (kode stop) yang sesungguhnya. Pada sel prokariotik, transkripsi biasanya berhenti tepat pada akhir kodon terminasi, yaitu ketika polimerase mencapai titik terminasi sambil melepas RNA dan DNA. Sebaliknya, pada sel eukariotik polimerase terus melewati sinyal terminasi, suatu urutan AAUAAA di dalam mRNA. Pada titik yang jauh kira-kira 10 hingga 35 nukleotida, mRNA ini dipotong hingga terlepas dari enzim tersebut.

1.      RNA polymerase megenai terminator

2.      RNA polymerase melepaskan RNA

3.      RNA polymerase meninggalkan DNA.

Pada eukariotik, hasil dari transkripsi di DNA adalah pre-mRNA, artinya mRNA yang belum siap untuk ditranslasi. Hal tersebut disebabkan karena pre-mRNA masih banyak mengandung intron, yaitu rangkaian kodon yang tidak bisa diterjemahkan menjadi protein. Intron ini sangat banyak pada DNA eukariotik. Bagian yang akan menjadi mRNA matang dinamakan dengan ekson. Ekson mengandung informasi yang akan diterjemahkan menjadi protein. Oleh karena itu, organisme eukariotik memiliki tahapan splicing mRNA. Proses splicing berguna untuk membuang bagian intron yang secara genetik tidak mengandung informasi terkait asam amino. Splicing terjadi sebelum mRNA dikeluarkan dari inti sel.

Konsep penting dalam transkripsi: Pasangan tiga basa nitrogen disebut triplet. Triplet yang terdapat pada rantai sense ADN yang mencetak ARNd disebut kodogen. Triplet yang terdapat pada ARNd disebut kodon. Triplet yang terdapat pada ARNt disebut antikodon

Translasi prokariot dan eukariot

Walaupun mekanisme dasar transkripsi dan translasi serupa untuk prokariot dan eukariot, terdapat suatu perbedaan dalam aliran informasi genetik di dalam sel tersebut. Karena bakteri tidak memiliki nukleus (inti sel), DNA-nya tidak tersegregasi dari ribosom dan perlengkapan pensintesis protein lainnya. Transkripsi dan translasi dipasangkan dengan ribosom menempel pada ujung depan molekul mRNA sewaktu transkripsi masih terus berlangsung. Pengikatan ribosom ke mRNA membutuhkan situs yang spesifik. Sebaliknya, dalam sel eukariot selubung nukleus atau membran inti memisahkan transkripsi dari translasi dalam ruang dan waktu. Transkripsi terjadi di dalam inti sel dan mRNA dikirim ke sitoplasma tempat translasi terjadi.