✔ Struktur Molekuler Kromosom Eukariot

(Tulisan Struktur Molekuler Kromosom Eukariotik adalah bab dari artikel dengan judul Tinjauan Struktur Kromosom. Bila anda memerlukannya sebagai materi referensi, artikel tersebut bisa anda DOWNLOAD DISINI)

Berbeda dengan DNA prokariot yang berbentuk sir kuler tertutup, DNA eukariot merupakan molekul linier yang sangat panjang. Panjang DNA eukariot di dalam nukleus jauh melebihi ukuran nukleus itu sendiri. Oleh karenanya, biar sanggup dikemas di dalam nukleus, DNA harus dimampatkan dengan suatu cara. Derajad pemampatan (kondensasi) DNA dinyatakan sebagai nisbah pengepakan (packing ratio)-nya, yaitu panjang molekul DNA dibagi dengan panjang pengepakannya.

Sebagai contoh, kromosom insan yang terpendek, yaitu kromosom nomor 21, berisi 4,6 x 10 7 pb DNA (sekitar 10 kali ukuran genom E. c0l1). Ukuran DNA kromosom ini setara dengan panjang 14.000 m kalau DNA ditarik lurus. Pada kondisi yang paling mampat, yaitu selama mitosis, kromosom tersebut panjangnya hanya sekitar 2 m. Angka ini memperlihatkan nisbah pengepakan s ebesar 7.000 (14.000/2).

Untuk mencapai nisbah pengepakan totalnya, DNA tidak eksklusif dikemas ke dalam struktur terakhirnya (kromatin). Pengemasan DNA dilakukan melalui sejumlah tingkatan organisasi kromosom. Tingkatan yang pertama diperoleh ketika DNA melilit-lilit di sekeliling sumbu protein sehingga menghasilkan struktur mirip manic-manik yang disebut nukleosom. Pada tingkatan ini terdapat nisbah pengepakan sebesar 6. Tingkatan yang kedua yaitu pemutaran sejumlah nukleosom membentuk struktur heliks yang disebut serabut 30 nm. Struktur serabut 30 nm dijumpai baik pada kromatin interfase maupun pada kromosom mitosis.

Dengan struktur ini nisbah pengepakan DNA meningkat menjadi sekitar 40. Pengemasan terakhir terjadi ketika serabut 30 nm tersusun dalam se jumlah kala, struktur tangga, dan domain, yang memperlihatkan nisbah pengepakan tertinggi sebesar lebih kurang 1.000 pada kromatin interfase dan 10.000 pada kromosom mitosis.

Kromosom eukariot terdiri atas suatu kompleks DNA-protein yang tersusun sangat kompak sehingga memungkinkan DNA yang ukurannya begitu panjang tersimpan di dalam nukleus. Istilah bagi struktur dasar kromosom yaitu kromatin, sedangkan satuan dasar kromatin yaitu nukleosom. Dengan demikian, kromatin merupakan satuan analisis kromosom yang menggambarkan struktur umum kromosom.

Nukleosom

Nukleosom dijumpai pada semua kromosom eukariot. Telah dikatakan di atas bahwa nukleosom merupakan struktur yang paling sederhana dalam pengemasan DNA eukariot. Pengemasan terjadi dengan cara pelilitan DNA di sekeliling sumbu nukleosom, yang merupakan oktamer protein basa berukuran kecil dan disebut histon sumbu. Protein histon sumbu ini bersifat basa atau bermuatan positif alasannya banyak mengandung asam amino arginin dan lisin.

Ada empat macam histon sumbu yang menyusun sumbu nukleosom, yaitu H2A, H2B, H3, dan H4. Keempat macam histon ini berada dalam bentuk oktamer alasannya masing-masing terdiri atas dua molekul. Selain itu, ada satu macam histon lagi, yaitu H1, yang letaknya bukan di sumbu nukleosom, melainkan di bab tepi nukleosom. Dengan adanya molekul H1 ini, ukuran nukleosom menjadi lebih besar 20 pb dan biasanya disebut dengan kromatosom.

Setiap untai DNA sepanjang 146 pb mengelilingi satu sumbu nukleosom, sementara bagian-bagian DNA lainnya menjadi peng hubung (linker) antara satu sumbu nukleosom dan sumbu nukleosom berikutnya. Pelilitan DNA di sekeliling sumbu nukleosom berlangsung dengan arah ke kiri atau terjadi superkoiling negatif. Pelilitan terjadi demikian berpengaruh alasannya DNA bermuatan negatif, sedangk an histon sumbu bermuatan positif .

Telah dikatakan di atas bahwa terbentuknya rangkaian heliks nukleosom secara keseluruhan terlihat sebagai serabut dengan diameter 30 nm yang dikenal sebagai serabut 30 nm (Gambar 3.3). Keberadaan histon H1 berfungsi menstabilkan struktur serabut 30 nm. Hal ini didukung oleh bukti percobaan bahwa penghilangan histon tersebut dari kromatin ternyata tidak sanggup mempertahankan struktur serabut 30 nm meskipun struktur nukleosomnya tetap dipertahankan.

Hasil studi memakai mikroskop elektron memperlihatkan bahwa nukleosom-nukleosom di

dalam serabut 30 nm membentuk heliks yang berputar ke arah kiri dengan jumlah nukleosom

sebanyak enam buah tiap putaran. Meskipun demikian, organisasi struktur serabut 30 nm

yang tepat bekerjsama masih berupa suatu perkiraan.

Struktur kromatin yang tertinggi

Organisasi kromatin pada tingkatan yang paling tinggi nampak agak ibarat struktur DNA prokariot. Hasil pengamatan memakai mikroskop elektron terhadap kromosom eukariot yang telah dibersihkan dari protein-protein histonnya memperlihatkan citra struktur domain (kala) mirip pada kromosom prokariot (Gambar 3.1). Bahkan, ukuran tiap kalanya pun lebih kurang sama, yaitu sampai sekitar 100 kb. Meskipun demikian, pada kromosom eukariot terdapat lebih banyak kala.

Kala-kala tersebut dipersatukan oleh kompleks protein yang dinamakan matriks nuklear. DNA di dalam kala berada dalam bentuk serabut 30 nm, dan kala-kala tersebut membentuk susunan yang membentang sekitar 300 nm (Gambar 3.4).

Kromosom mitosis

Gambaran fisik kromosom eukariot yang sanggup kita lihat dengan terang yaitu ketika kromosom mengalami kondisi yang paling mampat pada tahap mitosis, khususnya metafase. Pada waktu kromosom-kromosom hasil replikasi ditarik ke dua kutub yang berlawanan, DNA kromosom yang memiliki nisbah aksial sangat tinggi (sangat tipis memanjang) seharusnya akan terpotong-potong oleh kekuatan penarikan tersebut. Namun, tidaklah demikian kenyataannya. Hal ini karena, mirip telah disinggung di atas, DNA kromosom eukariot telah mencapai nibah pengepakan yang paling tinggi.

Sentromir

Sentromir merupakan tempat pada kromosom eukariot yang mengalami penyempitan dan menjadi tempat bersatunya dua kromatid kembar (kromosom hasil replikasi) pada dikala metafase. Di dalam sentromir terjadi perakitan kinetokor, suatu kompleks protein yang berikatan dengan mikrotubulus dari benang spindel. Mikrotubulus akan bekerja memisahkan kromatid kembar pada anafase. Oleh alasannya itu, dengan adanya sentromir, segregasi kromatid k embar ke masing-masing kutub sel sanggup berlangsung dengan tepat. DNA pada sentromir khamir diketahui hanya terdiri atas suatu sekuens pendek (88 pb) yang kaya akan AT dan diapit oleh dua sekuens konservatif (selalu tetap) yang sangat pendek. Sementara itu, DNA pada sentromir mamalia berupa sekuens yang agak lebih panjang dan diapit oleh sejumlah besar sekuens repetitif (berulang) yang disebut dengan DNA satelit.

Telomir

Telomir yaitu ujung kromosom eukariot yang sekaligus juga merupakan ujung molekul DNA. Sebuah telomir terdiri atas beratus -ratus salinan (copy) sekuens pendek repetitif yang disintesis oleh enzim telomerase dengan prosedur yang tidak bergantung kepada replikasi DNA biasa. Pada manusia, misalnya, sekuens ini berupa 5¶-TTAGGG-3¶.

DNA telomerik membentuk struktur sekunder tertentu, yang fungsinya untuk melindungi ujung kromosom dari degradasi. Sintesis DNA telomerik yang bersifat independen dari replikasi DNA lainnya akan mengimbangi terjadinya pemendekan kromosom secara bertahap. Pemendekan it u sendiri terjadi alasannya ketidakmampuan replikasi biasa untuk menyintesis bab yang paling ujung pada suatu molekul DNA linier.

Kromosom interfase    

Pada waktu interfase, gen-gen di dalam kromosom mengalami transkripsi. Demikian pula, replikasi DNA berlangsung. Selama kurun waktu tersebut, yang merupakan bab terbesar di antara tahapan -tahapan daur sel, kromosom memiliki struktur yang sangat baur dan tidak sanggup dilihat satu demi satu. Meskipun demikian, diyakini bahwa kala-kala kromosomal mirip pada Gambar 3.4. tetap ada dan terikat pada matriks nuklear.

Heterokromatin

Bagian kromatin yang selama interfase tetap nampak sangat kompak meskipun tidak sekompak ketika metafase dinamakan heterokromatin. Jika diamati di bawah mikroskop, heterokromatin terlihat sebagai tempat yang gelap di bab tepi nukleus. Dewasa ini telah diketahui bahwa heterokromatin berisi sejumlah sekuens repetitif yang secara genetik tidak aktif atau tidak banyak mengalami transkripsi.

Diyakini bahwa kebanyakan heterokromatin terdir i atas DNA satelit yang letaknya berdekatan dengan sentromir. Meskipun demikian, dalam kasus tertentu seluruh kromosom bisa saja berupa heterokromatin, contohnya salah satu dari dua kromosom X pada mamalia betina.

Eukromatin

Eukromatin yaitu bab kromati n yang berisi sekuens-sekuens nonrepetitif (tunggal, tidak berulang) yang secara genetik sangat aktif atau banyak mengalami transkripsi. Kenampakannya tidak sejelas heterokromatin. Meskipun demikian, eukromatin tidaklah homogen sempurna. Masih banyak juga daerah-daerah yang secara genetik relatif inaktif. Hanya sekitar 10% di antaranya merupakan tempat dengan gen-gen yang sedang dan akan ditranskripsi. Di tempat semacam ini serabut 30 nm mengalami disosiasi menjadi struktur mirip tasbih. Bahkan, beberapa bab di antaranya kehilangan nukleosom. Diduga hal ini dimaksudkan untuk memudahkan pengikatan faktor-faktor transkripsi dan protein lainnya.

Sensitivitas kromatin terhadap enzim DNase I, yang memotong tulang punggung molekul DNA kecuali kalau DNA tersebut terlindungi oleh protein yang terikat padanya, telah dipakai untuk memetakan tempat -daerah yang aktif mengalami transkripsi.

Daerah-daerah pendek yang hipersensitif terhadap DNase I dianggap menggambarkan tempat yang serabut 30 nm-nya diselingi oleh pengikatan suatu protein regulator tertentu sehingga memperlihatkan DNA yang tebuka dan gampang diserang oleh DNase I. Sementara itu, tempat sensitif yang lebih panjang menggambarkan sekuens-sekuens yang mengalami transkripsi. Daerah-daerah tersebut bevariasi di antara jenis sel yang berbeda, sesuai dengan tempat gen yang akan diekspresikan pada sel tertentu.

Suatu modifikasi kimia penting yang diduga terlibat dalam sinyal pengemasan kromosom di tempat gen-gen yang diekspresikan pada sel -sel mamalia yaitu metilasi atom C ke 5 pada basa sitosin (C) dengan sekuens 5¶-CG-3¶, yang biasa dikenal sebagai metilasi CpG. Keberadaan CpG biasanya relatif jarang alasannya 5 -metil sitosin secara impulsif akan mengalami deaminasi menjadi timin. Metilasi CpG berkaitan dengan daerah-daerah kromatin yang tidak aktif mengalami transkripsi.

Akan tetapi, ada tempat sepanjang lebih kurang 2 kb yang dinamakan kepulauan CpG, yang berisi CpG yang tidak mengalami metilasi dan ternyata sensitif terhadap DNase I. Kepulauan CpG menjadi tempat pengikatan promoter gen-gen yang akan ditranskripsi.

Kompleksitas Genom Eukariot

Genom organisme eukariot sanggup mengandung jumlah DNA lebih dari 1000 kali jumlah yang ada pada genom prokariot mirip E. c0l1. Akan tetapi, banyaknya protein pada eukariot, contohnya manusia, tidaklah 1000 kali jumlah protein pada E. c0l1. Dengan demikian, sanggup dipastikan bahwa tidak semua sekuens DNA eukariot menyandi pembentukan protein. Sekuens DNA eukariot yang tidak menyandi sintesis protein ini dinamakan intron.

Intron akan menginterupsi tempat penyandi protein (coding sequence) di dalam gen- gen eukariot sehingga sekuens gen -gen tersebut sanggup meliputi panjang beberapa kilobasa tetapi tidak semuanya merupakan coding sequence. Hingga kini fungsi intron, kalau pun ada, tidak diketahui. Hal yang niscaya yaitu bahwa kebanyakan intron terdiri atas sejumlah pengulangan salinan beberapa macam sekuens yang serupa atau sama. Salinan sekuens tersebut sanggup dijumpai berurutan (tandemly repeated) mirip pada DNA satelit yang ada d i bersahabat sentromir, atau tersebar (interspersed) di sepanjang genom, contohnya pada elemen Alu pada genom manusia.

Kecepatan renaturasi atau kinetika reasosiasi sampel DNA kromosom digambarkan sebagai kurva yang dikenal sebagai kurva Cot. Pemberian nama ini berkaitan dengan variabel-variabel yang dihubungkan. Sumbu X memetakan variabel yang merupakan hasil kali konsentrasi DNA awal (Co) dengan waktu yang diperlukan untuk renaturasi (t). Sementara itu, sumbu Y memetakan banyaknya fragmen DNA yang masih tetap berupa untai tunggal (f).

Kurva Cot untuk DNA kromosom insan memperlihatkan adanya tiga fase, yaitu fase cepat, fase sedang, dan fase lambat. Fase cepat memperlihatkan bahwa fragmen-fragmen untai tunggal membawa sekuens repetitif yang sangat banyak sehi ngga gampang sekali untuk mengalami renaturasi. Fase sedang memperlihatkan bahwa fragmen-fragmen untai tunggal membawa sekuens repetitif dalam jumlah yang tidak terlalu besar sehingga kecepatan renaturasinya pun sedang -sedang saja.

Fase lambat memperlihatkan bahwa fragmen-fragmen untai tunggal sedikit sekali atau sama sekali tidak membawa sekuens repetitif sehingga sangat sulit untuk mengalami renaturasi. Dengan demikian, genom atau DNA kromosom insan sanggup dibagi dalam tiga daerah, yaitu tempat dengan banyak sek uens repetitif (highly repetitive DNA), tempat dengan beberapa sekuens repetitif (moderately repetitive DNA), dan tempat dengan sekuens unik atau tanpa sekuens repetitif. Sementara itu, genom prokariot, contohnya E. c0l1, hanya terdiri atas sekuens -sekuens unik

Sumber http://zonabawah.blogspot.com

Share this post