one gen one polipeptide hipotesis

Hipotesis satu gen satu enzim

Hubungan antara gen dan enzim telah diketahui sejak adanya publikasi oleh Archibald E. Garrod. Garrod melaporkan salah satu abnormalitas pada manusia yang menunjukkan hubungan gen dan enzim. Abnormalitas itu dikenal dengan sebutan alkaptonuria. Seseorang yang mengidap penyakit ini menderita artritis. Selain itu, alkaptonurik akan memproduksi urin yang menjadi hitam jika terkena paparan udara. Urin mereka mengandung asam homognetisik. Garrod berpendapat bahwa alkaptonuria mengalami gangguan biokimia pada proses metabolisme. Seseorang yang menderita alkaptonuria tidak bisa memecah asam homogentisik menjadi bentuk lain.

Menurutnya, penyakit alkaptonuria disebabkan oleh penurunan enzim yang digunakan untuk metabolisme asam homogentisik. Selain alkaptonuria, terdapat tiga penyakit lain yang dikemukakan Garrod antara lain phenylketonurea, Lesh-Nyhan Syndrome dan Tay sachs Disease.

Pada tahun 1941, Beadle dan Tatum menemukan formula yang menunjukkan hubungan antara enzim dan gen. Formula itu dikenal sebagai hipotesis “one gene-one enzim”. Formula ini menjelaskan bahwa sintesis enzim dikontrol oleh gen. Percobaan Beadle dan Tatum menggunakan bakteri Neurospora crasa. Bakteri tersebut dimutasikan dengan cara diberikan paparan sinar x atau ultraviolet. Setiap mutan hanya tumbuh pada medium dengan nutrien tertentu. Hal ini menunjukkan bahwa setiap mutan tidak bisa mensintesis nutrien yang ditambahkan karena telah mengalami pemblokiran reaksi biokimia. Pemblokiran reaksi biokimia ini disebabkan karena ada gen pengkode enzim yang termutasi. Sehingga terjadi penurunan kadar enzim.

Hipotesis satu gen satu polipeptida

Pada tahun 1949, James V. Need dan E. A Beet mengemukakan pendapat tentang penyakit sickle cell anemia. Mereka berpendapat bahwa kekacauan itu disebabkan oleh gen mutan yang bersifat homozigot dengan sickle-cell anemia, tetapi heterozigot dengan sickle-cell trait. Pada tahun yang sama Linus Pauling dan ketiga rekannya mengamati bahwa hemoglobin individu normal dan individu sickle-cell anemia dapat dibedakan dari kebiasaannya pada medan listrik.

Hemoglobin A adalah bentuk paling umum yang ditemukan pada orang dewasa. Hemoglobin A ini mengandung empat rantai polipeptida, 2 rantai alfa identik, dan 2 rantai beta identik. Hemoglobin pada individu normal dan individu sickle-cell anemia berbeda. Perbedaannya terletak pada rantai beta tepatnya pada asam amino keenam. Pada hemoglobin normal, asam amino keenam adalah asam glutamik, sedangkan pada sickle-cell anemia adalah valin.

Rantai polipeptida alfa dan beta pada hemoglobin A dispesifikasi oleh gen pemisah. Banyak protein lain dan enzim mengandung dua atau lebih rantai polipeptida yang dikode oleh gen yang berbeda. Dari hal itu, kemudia timbullah hipotesis satu gen satu polipeptida.

Penemuan Lain Yang Terkait Dengan Hubungan Antara Gen Dan Sintesis Polipeptida

a. Penataan Ulang Gen

DNA beberapa organisme eukariotik saat ini diketahui dapat menggunakan pengaturan gen untuk mengubah keadaan ekspresi gen. Menurut Freifelder (1985), organisme eukariotik memiliki beberapa mekanisme untuk menata ulang segmen tertentu dari DNA secara terkontrol, serta memiliki mekanisme untuk menambahkan jumlah gen tertentu ketika diperlukan. Contoh DNA yang antara lain ditemukan dalam Saccharomyces cereviciae, Drosophila, Trypanosoma, serta limfosit B manusia. Hal itu bahkan mengusulkan bahwa penataan kembali urutan molekul DNA juga mungkin terlibat dalam proses peraturan selama pengembangan. Tetapi di sisi lain, tampaknya DNA seperti ini jarang ditemukan.

Penyusunan ulang gen terkait dengan ekspresi gen hingga tingkat fenotip . Di sisi lain, Menurut semua informasi yang telah dilaporkan, mengasumsikan bahwa setiap perubahan fenotipik harus diproses oleh perubahan terkait.

b. Transkrip Splicing Gen mRNA

Gen pengkode mRNA organisme eukariotik memiliki intron sedangkan gen prokariotik tidak. Intron sebagai rangkaian yang tidak dikode, sedangkan exon sebagai rangkaian yang dikode. Gen eukariotik tersusun atas exon-exon dan juga intron-intron. Transkrip intron tidak menyusun mRNA eukariotik, hanya menyususn transkrip exon.

Transkip ekson yang melingkar dari mRNA gen pengkode pada organisme eukariotik terjadi dengan beberapa cara. Tidak semua dari transkripsi akan selalu menjadi bagian dari mRNA. Dua contoh fenomena ini terdeteksi pada Drosophila yang mengalami transkripsi melingkar dari gen ekson antennepedia yang sama dengan gen ekson trypomyosin.

Contoh lain dari fenomena ini dalah ekson splicing alternative transkripsi dari gen sapi pengkodean mRNA preprotachykinin. Hal ini dapat terlihat ada lebih dari satu jenis polipeptida yang dihasilkan dari satu molekul prekursor mRNA. Terkait dengan konteks ini, mRNA prekursor awal akan diproses menjadi dua jenis yang terpisah dari mRNA preprotachykinin. Dua jenis mRNA preprotachykinin kemudian akan diterjemahkan lalu memproduksi dua jenis protein yang disebut neuropeptida P dan K. Dua jenis neuropeptida ini adalah komponen pemancar sistem saraf sensorik disebut tachykinin, dan setiap komponen memiliki peran yang berbeda dalam phusiologicalnya. Neuropeptida P dominan terutama dalam jaringan saraf, tetapi neuropeptida K yang lebih dominan dalam intestinum serta jaringan tiroid.

c. Gen yang Overlapping (Tumpang Tindih)

Saat ini sudah diketahui ada gen tertentu pada gen lain. Fenomena ini disebut gen overlapping. Fenomena pertama gen yang overlapping terdeteksi pada fag Φx174. Fag ini memiliki DNA untai tunggal kromosom 5386 nukleotida. DNA hanya mengkode 1795 asam amino yang cukup untuk menyusun 5-6 protein. Tetapi  fag ini mampu sintesis protein lebih dari 11protein dari 2300 asam amino. Ada tujuh gen yang saling tumpang tindih (A, A ', C, D, E, B, dan K) fag Φx174. Bahkan sekuens K yang saling tumpang tindih juga menjadi bagian dari urutan pengkodean yang menentukan C polipeptida. Sekuen A' adalah benar-benar dalam sekuen A bahkan dua sekuen terakhir berada pada nukleotida yang sama, namun sekuen E dimulai dalam menentukan urutan D polipeptida. Gen lain tang terdeteksi mengalami overlapping adalah gen fag GH, SV40, X, E.coli dan tikus .

Terkait dengan gen yang overlapping, ada dua cara membacanya. Gen yang tumpang tindih memungkinkan memiliki cara pembacaan yang sama, serta pembacaan yang berbeda. Berdasarkan laporan overlapping gen-gen, hal ini menunjukkan bahwa gen-gen tersebut terjadi secara khusus pada virus,bakteri, dan yang mempunyai genom kecil lainnya. Jadi, gen overlapping akan mengoptimiskan fage DNA yang berukuran kecil. Disisi lain, ini juga menunjukkan bahwa peristiwa gen-gen overlapping mempunyai resiko bagi mereka sendiri. Beberapa mutasi gen bisa mengubah lebih dari satu polipeptida.

d. Tidak Semua Gen Mentranskrip mRNA

Pada saat ini diketahui bahwa tidak semua gen mentranskrip mRNA yang akan ditranslasi untuk menghasilkan polipeptida. Beberapa gen mentranskrib tRNA, rRNA sebagai snRNA. RNA tersebut tidak ditranslasi untuk menghasilkan polipeptida, walaupun secara langsung terlibat dalam sintesis polipeptida.

Ada banyak gen terdeteksi dalam berbagai organisme berfungsi untuk mentranskrib sangat banyak tipe dari pasangan tRNA dengan kode genetik yang berhubungan dengan proses translasi. Jumlah sekitar 60-63 tipe kode genetik. Ada juga beberapa gen yang terdeteksi pada berbagai variasi organisme yang berfungsi mentranskrib rRNA, walaupun jumlahnya tak sebanyak pada gen tRNA.

Tinjauan Hipotesis One Gene One Polypeptide

Sehubungan dengan adanya interpretasi bahwa sebuah gen merupakan sekuen DNA yang berkelanjutan, satu gen mungkin bisa spesifik pada lebih dari satu polipeptida. Ada sebuah saran bahwa konsep klasik dari hipotesis satu gen satu polipeptida tidak cukup, karena hanya digunakan untuk mempermudah dalam menjelaskan hubungan gen-antibodi. Pada sisi yang lain, ikatan pada interpretasi gen bukan sebagai sekuen DNA yang berkelanjutan, mungkin lebih dari satu gen spesifik pada lebih dari satu tipe polipeptida, sehingga paradigma satu gen satu polipeptida masih belum berubah.

Pada eukariotik, hipotesis satu gen satu polipeptida tidak cukup/sesuai dikarenakan pada eukariotik tidak semua bagian dari mRNA pengkode gen yang bertanggungjawab pada sintesis polipeptida. Adanya lebih dari satu alternatif splicing pada transkripsi ekson pada mRNA pengkode gen pada eukariotik merupakan bukti langsung dan eksplisit bahwa satu mRNA pengkode gen mungkin spesifik lebih dari satu tipe polipeptida.

Karena hanya mRNA saja yang akan ditranslasi untuk memproduksi polipeptida sedangkan tRNA, rRNA, sebagai snRNA tidak akan ditranslasi, maka hipotesis one gene one polipeptide terlihat mengabaikan gen tRNA, dan gen rRNA.

Berdasarkan fakta tersebut dapat disimpulkan bahwa hipotesis one gene one polipeptide tida sesuai pada semua organisme dari virus sampai organisme eukariotik tingkat tinggi. Keberlakuannya hanya pada virus tertentu dan organisme prokariotik.

Pertanyaan

1.      Apakah penyakit alkaptonuria bisa disembuhkan?

Menurut kami bisa. Alkaptonuria bisa disembuhkan dengan terapi gen. Sehingga gen-gen yang mengalami kerusakan dalam mengkode enzim akan bisa diperbaiki.

2.      Apa hubungan hemoglobin A dengan sickle cell anemia?

Hemoglobin A adalah hemglobin yang dimiliki orang dewasa. Pada penderita sickle cell anemia, asam amino keenam pada hemoglobin A adalah valin.