Kodon stop

Kodon stop (Inggris: stop codon) atau disebut juga "kodon terminasi" atau "kodon berhenti", di dalam molekuler biologi merupakan sebuah kode genetik atau kodon (nukleotida triplet dalam messenger RNA) yang menandakan penghentian proses translasi pada protein.^[1] Kebanyakan kodon dalam mRNA berhubungan dengan penambahan asam amino ke rantai polipeptida yang tumbuh, dan pada akhirnya dapat menjadi protein. Kodon stop akan memberi sinyal penghentian proses ini dengan mengikat faktor pelepas, yang menyebabkan sub-unit ribosom terlepas, melepaskan rantai asam amino.

Dalam kode genetik standar, ada tiga jenis kodon terminasi yang berbeda, yakni:

Terdapat variasi pada kode genetik standar, dan kodon stop alternatif yang telah ditemukan dalam genom mitokondria dari vertebrata,^[2] Scenedesmus obliquus,^[3] dan Thraustochitrid.^[4]

Kode genetik inti fleksibel seperti yang diilustrasikan oleh varian kode genetik, akan menugaskan kembali kodon stop standar menjadi asam amino.^[5]

Pada 2007, kodon UGA diidentifikasi sebagai kodon yang mengkode selenosistein (Sec) dan ditemukan pula di 25 selenoprotein yang terdapat pada situs aktif protein. Kodon UAG dapat juga diterjemahkan ke dalam pirolisis (Pyl) dengan cara yang sama, dan terjemahan kodon ini diaktifkan oleh kedekatan elemen SECIS (SElenoCysteine Incorporation Sequence) atau Urutan Penggabungan SElenoCysteine.^[6]

Distribusi kodon stop dalam genom suatu organisme bersifat tidak acak dan dapat dihubungkan dengan konten GC.^[7][8] Sebagai contoh, dalam genom K-12 E. coli, terdapat 2.705 kodon stop TAA (63%), 1.257 kodon stop TGA (29%), dan 326 kodon stop TAG (8%), dengan konten GC sebesar 50.8%.^[9] Selain itu, substrat untuk kodon stop yaitu faktor pelepas 1 atau faktor pelepas 2, menunjukkan korelasi yang kuat dengan kelimpahan kodon stop ini.^[8]

Sebuah studi skala besar terhadap bakteri dengan berbagai konten GC yang bervariasi menemukan bahwa frekuensi kodon stop TAA menurun seiring dengan meningkatkan konten GC, sedangkan frekuensi kodon stop TGA meningkat dengan konten GC yang lebih tinggi. Sebaliknya, frekuensi kodon stop TAG, yang biasanya paling jarang digunakan dalam genom, tampaknya tidak terpengaruh oleh konten GC.^[10]

Pengenalan kodon stop terhadap bakteri telah dikaitkan dengan sebutan 'antikodon tripeptida',^[11] motif asam amino yang sangat dilestarikan di RF1 (PxT) dan RF2 (SPF). Walaupun hal ini telah didukung oleh sebuah studi struktural, namun terbukti bahwa hipotesis antikodon tripeptida merupakan sebuah penyederhanaan yang berlebihan.^[12]

Secara historis, kodon stop memiliki beragam nama yang berbeda, dan semuanya memiliki kaitan dengan kelas mutan yang berbeda namun semuanya berperilaku sama. Mutan ini terlebih dahulu diisolasi dalam bakteriofag (T4 dan lambda), virus yang menginfeksi bakteri Escherichia coli. Mutasi pada gen virus akan melemahkan kemampuan infeksi, dan ada kemungkinan akan menciptakan virus yang mampu menginfeksi dan tumbuh hanya dalam varietas E. coli tertentu.

Mutasi amber merupakan rangkaian mutasi nonsense pertama yang ditemukan, kemudian diisolasi oleh Richard H. Epstein dan Charles Steinberg, lalu diberikan nama sesuai nama teman mereka yang juga seorang mahasiswa pascasarjana, Caltech Harris Bernstein, yang nama belakangnya dalam bahasa Jerman berarti "amber" (cf. Bernstein).^[13][14]

Virus dengan mutasi amber memiliki ciri kemampuan untuk menginfeksi hanya strain bakteri tertentu, dan dikenal sebagai penekan amber. Bakteri ini akan membawa mutasinya sendiri berguna untuk pemulihan fungsi pada virus mutan. Contoh, mutasi pada tRNA yang mengenali kodon stop amber dan memungkinkan terjadi translasi untuk "membaca" kodon dan menghasilkan protein berukuran penuh. Maka bentuk protein akan pulih normal dan "menekan" terjadinya mutasi amber.^[15]

Mutasi ochre merupakan mutasi kodon stop kedua yang telah ditemukan. Apabila warna-warna kuning-oranye-coklat memiliki asosiasi dengan mutasi amber, maka skodon stop yang diberi nama "ochre" ini, merupakan pigmen mineral yang memiliki asosisasi warna oranye-kemerahan-coklat.^[14]

Virus mutan ochre memiliki kemiripan sifat dengan mutan amber yakni dapat memulihkan kemampuan infeksi dalam strain bakteri penekan tertentu. Kumpulan penekan oker berbeda dari penekan kuning, sehingga mutan oker disimpulkan sesuai dengan triplet nukleotida yang berbeda. Melalui serangkaian eksperimen mutasi yang membandingkan mutan ini satu sama lain dan kodon asam amino lain yang diketahui, Sydney Brenner menyimpulkan bahwa mutasi kuning dan oker berhubungan dengan triplet nukleotida "UAG" dan "UAA".^[16]

Kodon stop ketiga dan terakhir dalam kode genetik standar ditemukan segera setelah itu, dan sesuai dengan triplet nukleotida "UGA".^[17] Untuk terus mencocokkan dengan tema mineral berwarna, kodon stop ketiga kemudian dikenal sebagai '"opal"' , yang merupakan sejenis silika yang menunjukkan berbagai warna.^[14] Mutasi nonsens yang menciptakan kodon stop prematur ini kemudian disebut mutasi opal atau mutasi umber.

Mutasi nonsense adalah perubahan dalam urutan DNA yang memperkenalkan kodon stop prematur, dan menyebabkan protein yang dihasilkan dipendekkan secara tidak normal. Hal ini sering menyebabkan hilangnya fungsi protein, karena bagian penting dari rantai asam amino tidak terbentuk lagi. Secara terminologi, kodon stop disebut juga dengan kodon nonsense.

Sebuah mutasi nonstop adalah mutasi titik yang terjadi pada kodon stop. Mutasi nonstop menyebabkan translasi lanjutan untai mRNA ke wilayah yang seharusnya tidak diterjemahkan. Mutasi nonstop dikaitkan dengan berbagai penyakit bawaan, termasuk diantaranya Hiperplasia adrenal kongenital (disingkat HAK, sebuah penyakit keturunan yang membuat penampilan fisik seorang wanita tampak lebih maskulin (ambigous genitalia)),^[18] Disgenesis mesenkim segmen anterior,^[19] Fibrosis kistik^[20] dan ensefalomiopati neurogastrointestinal mitokondria.^[21]

Penghentian tersembunyi (hidden stop) adalah kodon non-stop yang akan dibaca sebagai kodon stop apabila frameshift ed +1 atau −1. Stop ini akan diterjemahkan sebelum waktunya apabila terjadi pergeseran bingkai yang sesuai (seperti karena slip RNA ribosom) sebelum hidden stop terjadi. Kodon yang dapat membentuk hidden stop lebih sering digunakan pada genom dibandingkan dengan kodon sinonim yang mengkode asam amino. rRNA yang tidak stabil pada suatu organisme berkorelasi dengan frekuensi hidden stop yang lebih tinggi.^[22] Namun hipotesis ini tidak dapat divalidasi tanpa bukti data yang lebih banyak.^[23]

Penekanan kodon stop atau disebut juga pembacaan translasi dapat terjadi apabila dalam terjemahan kodon stop diartikan sebagai kodon sense, yaitu ketika asam amino (standar) dikodekan oleh kodon stop. TRNA yang bermutasi dapat menjadi penyebab pembacaan, tetapi juga disebabkan oleh nukleotida tertentu yang berada dekat dengan kodon stop. Pembacaan atau translasi sangat umum terjadi pada virus dan bakteri, bahkan telah ditemukan sebagai prinsip pengaturan gen pada manusia, ragi, bakteri dan drosophila.^[24][25] Jenis pembacaan translasi endogennya merupakan variasi dari kode genetik, karena kodon stop merupakan kode untuk asam amino. Untuk kasus enzim malate dehidrogenase pada manusia, kodon stop akan dibaca dengan frekuensi sekitar 4%.^[26]