KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunianya. Karena Karena hanya hanya dengan dengan karuniakarunia-Nya Nya lah kami kami dapat dapat menyel menyelesai esaikan kan makalah makalah Biologi Biologi Sel dan Molekuler Molekuler yang berjudul berjudul “Struktur dan Ekspresi Ekspresi gen”. Tidak lupa kami ucapkan ucapkan terima kasih kasih kepada ibu Dr.Diah, Dr.Diah, M.Si, yang merupakan merupakan dosen mata kuliah Biologi Biologi Sel dan Molekuler karena dengan bimbingan beliaulah kami dapat menyelesaikan makalah ini. Tujuan dari makalah ini tidak hanya menjelaskan struktur dan ekspresi gen yang sering kita temui dalam pelajaran Biologi pada umumnya. Adapun tujuan lain dari makalah ini adalah menjelaskan bagaimana struktur dan ekspresi gen secara lebih rinci. Dalam Dalam penyaji penyajian an makalah makalah ini, ini, kami kami memili memilih h untuk untuk menggu menggunaka nakan n gaya bahasa bahasa yang sederha sederhana na dan menyaji menyajikann kannya ya secara secara sistem sistemati atis, s, tetapi tetapi tidak tidak mengur mengurangi angi maksud maksud dan tujuan tujuan disusunnya makalah ini. Hal ini dimaksudkan agar para pembaca lebih mudah memahami isi dari makalah ini. Tak ada gading yang tak retak. Kami menyadari, menyadari, dalam makalah ini tidak luput dari kekuran kekurangangan-keku kekurang rangan. an. Untuk Untuk itu, itu, kepada kepada semua semua pembaca pembaca makala makalah h ini, ini, kami kami menghara mengharapka pkan n sumbang saran atau kritik yang konstruktif, demi perbaikan isi makalah ini pada khususnya dan pendidikan pendidikan pada umumnya. umumnya.
Yogyakarta, November 2010
Penyusun
1
BAB I PENDAHULUAN
Kehi Kehidu dupa pan n dita ditand ndai ai oleh oleh adan adanya ya pros proses es meta metabo boli lism smee yang yang terj terjad adii di dala dalam m sel. sel. Metabol Metabolism ismee merupa merupakan kan proses proses perubah perubahan an kimiawi kimiawi dari satu satu bentuk bentuk ke bentuk bentuk yang lainya, lainya, misa misalny lnyaa dari dari bentu bentuk k seder sederhan hanaa menja menjadi di bent bentuk uk yang yang lebih lebih rumit rumit,, atau atau sebal sebalikn iknya. ya. Prose Prosess metabolisme melibatkan transformasi materi dan energi. Penampilan morfologi yang merupakan fenotip dari suatu organism adalah hasil proses metabolisme metabolisme yang terjadi di dalam setiap sel penyusun penyusun organisme organisme tersebut. Keragaman morfologi di antara individu anggota suatu populasi sangat tergantung dari keragaman proses dan hasil metabolisme yang terjadi pada masing-masing individu. Perbedaan warna bunga dari satu varietas dengan varietas lain tergantung dari proses metabolism yang terjadi di dalam sel dari varietas yang bersangkutan. bersangkutan. Proses metabolisme di dalam sel merupakan reaksi biokimia yang dikatalis oleh enzim tertentu, sehingga keragaman proses dan hasil metabolism ditentukan oleh enzim yang terlibat dalam dalam reaksi reaksi terseb tersebut. ut. Keraga Keragaman man enzim enzim (baik (baik struktu strukturr maupun maupun susunan susunan asam aminony aminonya) a) itu sendiri sangat ditentukan oleh susunan cetakannya yaitu asam deoksiribonukleat (DNA). Ruas DNA yang menjadi cetakan untuk mensintesis enzim (protein) yang disebut dengan gen, sehingga gen merupakan pengendali proses metabolisme atau pengendali kehidupan. Keragaman morfologi suatu organisme merupakan penampakan gen-gennya.
2
BAB II PEMBAHASAN
Ekspresi Gen Ekspresi gen merupakan proses dimana informasi yang dikode di dalam gen terjemahkan menjadi urutan asam amino selama sintesis protein. Pogmasentral mengenai ekspresi gen, yaitu DNA yang membawa informasi genetic yang ditranskripsi oleh RNA, dan RNA diterjemahkan menjadi polipeptida. Ekspresi gen merupakan sintesis protein yang terdiri dari 2 tahap yaitu: •
Tahap pertama urutan rantai nukleutida tempale (cetakan) dari suatu DNA untai ganda disalin untuk menghasilkan satu rantai molekul RNA. Proses ini disebut transkripsi dan berlangsung di inti sel.
•
Tahap kedua merupakan sintesis polipeptida po lipeptida dengan urutan spesifik berdasarkan rantai DNA yang dibuat pada tahap pertama, proses ini disebut translasi. Ekspresi gen adalah proses penentuan sifat suatu organism oleh gen. Suatu sifat yang
dimiliki oleh organism merupakan hasil metabolism yang terjadi di dalam sel. Proses metaboisme dapat berlangsung karena adanya enzim yang berfungsi sebagai katalisator proses-proses biokimia. Enzim dan protein lainnya diterjemahkan dari urutan nukleotida yang ada pada molekul mRNA, dan molekul molekul mRNA itu sendir sendirii disinte disintesis sis berdasa berdasarka rkan n utas utas cetakan cetakan DNA. DNA. Gen tersusu tersusun n dari molekul DNA, sehingga gen menentukan sifat suatu organism. Transkripsi
Transkripsi merupakan proses pembentukan molekul RNA dengan menggunakan DNA sebagai cetakannya. Tidak semua bagian DNA akan ditranskrips ditranskripsikan, ikan, tetapi hanya bagian tertentu saja. Bagian Bagian tertentu tersebut tersebut disebut dengan gen. keseluruhan keseluruhan DNA baik gen maupun maupun sekuensi sekuensi DNA bukan penyandi (non-coding) yang dikandung oleh suatu organism disebut genom. Ruas DNA uang ditranskripsikandibatasi oleh prometer dan terminator. Hanya satu dari dua utas DNA yang digunakan sebagai cetakan sintesis RNA. Utas DNA yang digunakan sebagai cetakan bagi sintesi sintesiss RNA disebut disebut dengan dengan utas utas cetakan cetakan (templ (template ate), ), sedangk sedangkan an utas utas yang lain lain disebut disebut utas 3
pendamping. pendamping. Walaupun Walaupun hanya satu utas yang berfungsi berfungsi sebagai sebagai cetakan, tetapi tidak selalu utas yang sama digunak digunakan an sebagai sebagai utas cetakan cetakan sepanj sepanjang ang molekul molekul DNA di dalam dalam genom genom suatu suatu organis organism. m. Jadi Jadi pada pada gen, utas yang satu digunak digunakan an sebagai sebagai cetakan, cetakan, tetapi tetapi pada gen lainnya lainnya kemungkinan utas yang lain digunakan sebagai cetakan. Proses transkripsi menghasilkan tiga jenis RNA yaitu: RNA duta (mRNA= messenger RNA), RNA transfer (tRNA = transfer RNA) dan RNA ribosomal (rRNA =ribosomal RNA). Ketiga jenis RNA ini berperan dalam proses translasi. Hanya mRNA yang akan diterjemahakan ke dalam protein. tRNA berperan sebagai molekul pembawa asam amino yang akan dirangkaikan menjadi polipeptida yang sesuai dengan sandi yang terdapat pada mRNA. rRNA berfungsi sebagai salah satu penyusun ribosom. Proses transkripsi dikatalis oleh enzim transcriptase atau RNA polymerase. Pada organism prokariot prokariot seperti E. Coli, hanya terdapat satu jenis RNA polymerase polymerase untuk mengkatalisis mengkatalisis sintesis sintesis semua jenis RNA. Pada organism eukariot, terdapat tiga jenis RNA polymerase, yaitu: (1) RNA polymerase polymerase I yang berfungs berfungsii untuk mengkatali mengkatalisis sis pembentukan pembentukan RNA. RNA. (2) RNA RNA polymerase polymerase II II yang berperan berperan dalam sintesis sintesis tRNA dan beberapa beberapa molekul molekul rRNA, dan (3) RNA polymerase polymerase III yang bertugas bertugas mengkatalisis mengkatalisis proses proses sintesis sintesis mRNA. mRNA. Enzim RNA polymerase lengkap (disebut holoenzim) tersusun dari enzim inti dan faktor trans transkr krip ipsi si.. Enzim Enzim inti inti terd terdir irii dari dari dua dua subuni subunit. t. Pros Proses es trans transkr krip ipsi si memp mempuny unyai ai bebe bebera rapa pa karakteristik yaitu bahwa: proses sintesis mempunyai arah dari 5’P ke 3’OH, berlangsung secara anti parallel bila dibandingkan dengan utas cetakannya, dan mengikuti aturan Chargaff atau basa basanya berpasangan berpasangan secara komplementer komplementer (A-T ; G-C). Proses transkripsi transkripsi dapat terbagi menjadi tiga tahap, yaitu inisiasi sintesis RNA, pemanjangan (elongasi) RNA dan penyelesaian (terminasi ) sintesis RNA.
Translasi
Dalam proses translasi asam amino akan dirangkaikan dengan asam amino lainnya untuk membentuk polipeptida atau protein. Jenis asam amino yang dirangkaikan ditentukan oleh urutan nukleotida yang terdapat pada molekul mRNA. Jadi, mRNA digunakan sebagai model cetakan 4
bagi sintesis sintesis protein. protein. Asam amino dirangkaikan dirangkaikan dengan asam amino lain denag ikatan peptide peptide yang dilakukan oleh ribosom.
Prinsip Dasar Transkripsi
Fungsi Fungsi dasar yang
harus harus dijalankan dijalankan oleh DNA sebagai sebagai materi materi genetik genetik adalah fungsi fungsi
fenotipik. Artinya, DNA harus mampu mengatur pertumbuhan dan diferensiasi individu organisme sehingga sehingga dihasilkan suatu fenotipe tertentu. tertentu. Fungsi ini dilaksanakan dilaksanakan melalui ekspresi ekspresi gen, yang tahap pertamanya adalah proses transkripsi, yaitu perubahan urutan basa molekul DNA menjadi urutan basa molekul RNA. Dengan perkataan lain, transkripsi merupakan proses sintesis RNA menggunakan salah satu untai molekul DNA sebagai cetakan (template)nya.; (template)nya.; Perbedaan transkripsi dengan proses proses replikasi DNa DNa adalah : 1. Molekul Molekul gula gula pentosanya pentosanya berupa Ribosa dan adanya adanya basa basa urasil urasil sebagai sebagai penggant penggantii basa timin pada proses replikasi DNA. 2. Menggunakan untai DNA sebagai cetakan. Dalam hal ini, hanya salah satu untai saja yang
menjadi cetakan untuk mensintesis RNA 3. Sintesis Sintesis berlangsung berlangsung dengan dengan arah arah 5’→ 3’ seperti seperti halnya halnya arah sintesis sintesis DNA. 4. Gugus 3’- OH pada suatu nukleotida bereaksi dengan gugus 5’- trifosfat pada nukleotida
berikutnya berikutnya menghasilkan menghasilkan ikatan ikatan fosofodies fosofodiester ter namun namun Enzim yang yang berperan berperan dalam dalam proses proses transkripsi ini adalah enzim RNA polymerase.
Secara garis besar transkripsi berlangsung dalam empat tahap, yaitu pengenalan promoter, inisiasi, elongasi, dan teminasi. Masing-masing tahap akan dijelaskan secara singkat sebagai berikut. •
Pengenalan promoter
Agar molekul DNA dapat digunakan sebagai cetakan dalam sintesis RNA, kedua untainya harus dipisahkan satu sama lain di tempat-tempat terjadinya penambahan basa pada RNA. Selanjutnya, begitu penambahan penambahan basa selesai dilakukan, dilakukan, kedua untai DNA segera segera menyatu kembali. Pemisahan Pemisahan 5
kedua untai DNA pertama kali terjadi di suatu tempat tertentu, yang merupakan tempat pengikatan enzim enzim RNA RNA poli polime mera rase se di sisi sisi 5’ (upstream) dari dari uruta urutan n basa basa penya penyandi ndi (gen) (gen) yang yang akan akan ditranskripsi. Tempat ini dinamakan promoter . •
Inisiasi
Setelah mengalami pengikatan oleh promoter, RNA polimerase akan terikat pada suatu tempat di dekat promoter, yang dinamakan tempat awal polimerisasi atau tapak inisiasi (initiation site) . Tempat ini sering dinyatakan sebagai posisi +1 untuk gen yang akan ditranskripsi. Nukleosida trifosfat pertama akan diletakkan di tapak inisiasi dan sintesis RNA pun segera dimulai. •
Elongasi
Pengikat Pengikatan an enzim enzim RNA polime polimeras rasee besert besertaa kofaktor kofaktor-ko -kofakt faktorny ornyaa pada untai untai DNA cetakan cetakan membentuk kompleks kompleks transkripsi transkripsi . Selama sintesis RNA berlangsung kompleks transkripsi akan bergeser bergeser di sepanjang sepanjang molekul molekul DNA cetakan sehingga sehingga nukleotida nukleotida demi nukleotida nukleotida akan ditambahkan kepada untai RNA yang sedang diperpanjang pada ujung 3’ nya. Jadi, elongasi atau polimerisasi polimerisasi RNA berlangsung berlangsung dari arah 5’ ke 3’, sementara RNA polimeraseny polimerasenyaa sendiri bergerak dari arah 3’ ke 5’ di sepanjang untai DNA cetakan. •
Terminasi
Berakhirnya polimerisasi RNA ditandai oleh disosiasi kompleks transkripsi atau terlepasnya enzim RNA polimerase beserta kofaktor-kofaktornya dari untai DNA cetakan. Begitu pula halnya dengan molekul molekul RNA hasil sintesis. Hal ini terjadi ketika RNA polimerase mencapai urutan basa tertentu yang disebut dengan terminator . Terminasi Terminasi transkripsi transkripsi dapat terjadi terjadi oleh dua macam sebab, yaitu terminasi terminasi yang hanya bergantung kepada urutan basa cetakan (disebut terminasi diri) dan terminasi yang memerlukan kehadiran suatu protein khusus (protein rho). rho). Di antara antara keduanya keduanya termina terminasi si diri diri lebih lebih umum umum dijumpa dijumpaii. Terminasi Terminasi diri terjadi pada urutan basa palindrom yang diikuti oleh beberapa adenin (A). Urutan palindrom palindrom adalah adalah urutan yang sama sama jika dibaca dibaca dari dua arah yang berlawana berlawanan. n. Oleh karena urutan urutan
6
palindom palindom ini biasanya diselingi diselingi oleh beberapa basa tertentu, tertentu, maka molekul RNA yang dihasilkan akan mempunyai ujung terminasi berbentuk batang dan kala (loop) Inisiasi transkripsi tidak harus menunggu selesainya transkripsi sebelumnya. Hal ini karena begitu RNA polimerase telah melakukan pemanjangan 50 hingga 60 nukleotida, promoter dapat mengikat RNA polimerase yang lain. Pada gen-gen yang ditranskripsi dengan cepat reinisiasi transkripsi dapat terjadi berulang-ulang sehingga gen tersebut akan terselubungi oleh sejumlah molekul RNA dengan tingkat penyelesaian yang berbeda-beda. Transkripsi pada Prokariot
Telah dikatakan di atas bahwa transkripsi merupakan proses sintesis RNA yang dikatalisis oleh enzim RNA polimerase. Berikut ini akan diuraikan sekilas enzim RNA polimerase pada prokariot, khususnya pada bakteri E.coli bakteri E.coli,, promoter s70, serta proses transkripsi pada organisme tersebut.
RNA polimerase E. coli
Enzim RNA polimerase pada E. pada E. coli sekurang-kurangnya terdiri atas lima subunit, yaitu alfa (a), beta (b), beta prima (b’), omega omega (w), dan sigma (s). Pada bentuk lengkapnya, atau disebut disebut sebagai untuk masing-masing masing-masing subunit. subunit. Holoenzim Holoenzim holoenzim , terdapat dua subunit a dan satu subunit untuk RNA polimerase diperlukan untuk inisiasi transkripsi. Laju sintesis RNA oleh RNA polimerase E. coli dapat mencapai sekitar 40 nukleotida per detik pada suhu 37°C. Untuk Untuk aktivitasnya aktivitasnya enzim enzim ini memerluk memerlukan an kofaktor Mg Mg2+. Setiap berikatan dengan molekul DNA enzim RNA polimerase E. coli dapat mencakup daerah sepanjang lebih kurang 60pb. 60pb. Seperti proses transkripsi pada umumnya, transkripsi pada prokariot berlangsung dalam empat tahap, yaitu pengikatan promoter, inisiasi, elongasi, dan teminasi.
7
Transkripsi pada Eukariot
Mekanis Mekanisme me transkr transkrips ipsii pada pada eukario eukariott pada pada dasarnya dasarnya menyer menyerupai upai mekanis mekanisme me pada prokar prokariot iot.. Namun, begitu begitu banyaknya polipeptida polipeptida yang berkaitan berkaitan dengan mesin mesin transkripsi transkripsi pada eukariot menjadikan mekanisme tersebut jauh lebih kompleks daripada mekanisme pada prokariot. Ada tiga macam kompleks RNA polimerase, yang masing-masing diperlukan untuk transkripsi tipe-tipe gen eukariot yang berbeda. Perbedaan ketiga macam RNA polimerase tersebut dapat diketahui diketahui melalui melalui pemurnian pemurnian menggunakan teknik kromatografi kromatografi dan elusi pada konsentrasi konsentrasi garam yang berbeda. Masing-masing RNA polimerase mempunyai sensitivitas yang berbeda terhadap toksin jamur α-amanitin , dan hal ini dapat digunakan untuk membedakan aktivitasnya satu sama lain. •
RNA polimerase I (RNA Pol I) mentranskripsi sebagian besar gen rRNA. Enzim ini
terdapat di dalam nukleoli dan tidak sensitif terhadap α-amanitin. •
RNA polimerase II (RNA Pol II) mentranskripsi semua gen penyandi protein dan
beberapa beberapa gen RNA nuklear kecil (snRNA). Enzim ini terdapat di dalam nukleoplasma nukleoplasma dan sangat sensitif terhadap α-amanitin. •
RNA polimerase III (RNA Pol III) mentranskripsi gen-gen tRNA, 5S rRNA, U6
snRNA dan beberapa RNA kecil lainnya. Enzim ini terdapat di dalam nukleoplasma dan agak sensitif terhadap α-amanitin. Di samping enzim-enzim nuklear tersebut, tersebut, sel eukariot juga mempunyai mempunyai RNA polimerase lainnya di dalam mitokondria dan kloroplas. Aktivitas RNA polimerase eukariot
Seperti halnya RNA polimerase bakteri, masing-masing RNA polimerase eukariot mengatalisis transkripsi dengan arah 5’ ke 3’ dan menyintesis RNA yang komplementer dengan urutan DNA ceta cetakan kan.. Reak Reaksi si ters terseb ebut ut meme memerl rluka ukan n prek prekurs ursor or beru berupa pa ATP, ATP, GTP, GTP, CTP, CTP, UTP, UTP, dan tidak tidak memerlukan prime memerlukan primerr untuk inisiasi inisiasi transkripsi. transkripsi. Namun tidak seperti seperti pada bakteri, bakteri, RNA polimerase polimerase eukariot yang dimurnikan memerlukan adanya protein inisiasi tambahan sebelum enzim ini dapat berikatan berikatan dengan promoter promoter dan dan melakukan melakukan inisiasi inisiasi transkrip transkripsi. si. 8
CIS peraturan unsur transkripsi -
Proksimal elemen regulasi: wilayah DNA secara langsung
-
LCR (daerah kontrol lokus): kontrol ekspresi gen
-
Enhancer: jauh (hulu maupun hilir dari bubuk) yang terletak urutan positif DNA eukariotik peraturan peraturan yang diperl diperlukan ukan untuk mengakti mengaktifkan fkan ekspresi ekspresi gen gen
-
Elemen Respon: cis-acting urutan yang terlibat dalam regulasi gen oleh homones dan agen sinyal lainnya (fitokrom, hormon tanaman)
TRANS peraturan unsur transkripsi -
Aktivator: protein itu, ketika terikat dengan urutan DNA spesifik dekat atau jauh dari gen, mengaktifkan transkripsi
-
Represor: protein yang, setelah terikat dengan urutan DNA spesifik dekat atau jauh dari gen, transkripsi menindas
-
Bind untuk elemen proksimal promotor-dan enhancer (atau peredam)
Faktor Transkripsi Umum (gen protein regulator) 1) Inisiasi oleh RNA Polymerase II di hampir semua promotor memerlukan set TFIID,
TFIIA, TFIIF, TFIIH,◊ transkripsi beberapa faktor multi-protein TFIIE 2) TFIID mengandung mengandung protein protein TATA TATA box-mengika box-mengikatt (TBP) dan TBP TBP terkait terkait faktor (TAFs) (TAFs) 3) TFIIH berisi berisi helikase helikase untuk untai untai DNA terpisah terpisah dan kinase untuk untuk phosphorylat phosphorylatee Karbonil Terminal Domain (CTD, yang merupakan bagian dari subunit besar RNA pol II; CTD difosforilasi selama inisiasi) 4) Baik dirakit dirakit di situs situs memulai memulai atau tiba sebagai sebagai kompleks kompleks besar besar dengan RNA RNA Pol II
Pengendalian Ekspresi Gen Pengendalian ekpresi gen pengendalian negatif , bahwa gen regulator menghasilkan
suatu protein represor yg dikode oleh gen lacI. Represor ini menempel pd daerah operator (lacO) yg terletak disebelah hilir promoter. Operator lac berukuran sekitar 28 pasang basa. Penempelan menyebabkan RNA polimerase tidak dapat melakukan transkripsi gen-gen struktural (lacZ, lacY 9
dan lacA) sehingga operon mengalami represi. Pada gambar kedua dari pengendalian negatif menjelaskan bahwa induser melekat pada bagian represor dan mengubah sisi allosterik dari represor, sehingga mengubah secara allosterik konformasi molekul represor, kemudian represor tidak dapat menempel lagi pada operator dan represor tidak mampu menghambat trankripsi. RNA polimerase polimerase akan terus berjalan. berjalan. repres represor or yang dihasilka dihasilkan n oleh gen regulato regulatorr tidak berikata berikatan n dengan ko-represor akan tidak aktif dan trankripsi pun akan berjalan. Pada gambar keempat pada pengendalian pengendalian negatif negatif menjelask menjelaskan an bahwa repres represor or yang berikatan berikatan dengan dengan ko-repre ko-represor sor pada sisi allosteriknya akan menghambat transkripsi.
Pengendalian ekpresi gen pengendalian positif, gen regulator menghasilkan suatu
aktivator yang belum aktif, sehingga transkripsi tidak bisa berjalan. aktivator yang dihasilkan oleh gen regulator berikatan dengan protein induser sehingga aktivator akan tereaktivasi dan trankripsi pun berjalan. berjalan. gen regulat regulator or yang menghasil menghasilkan kan suatu suatu aktivator aktivator yang sudah sudah aktif aktif dan transkrips transkripsii akan berjalan. aktivator akan berikatan dengan dengan ko-represor sehingga menjadi tidak aktif, maka tidak terjadi transkripsi.
Pengendalian ekspresi gen secara konstitutif yaitu pengaturan ekspresi gen yang selalu
on atau berjalan terus. Kelompok gen konstitutif merupakan kelompok gen yang bertanggung jawab terhadap terhadap metabolis metabolisme me dasar, dasar, misalnya misalnya metabolisme metabolisme energi atau atau sintesis sintesis komponenkomponenkomponen selular, sehingga pengaturan ekspresi gen ini harus berjalan secara kontinyu.
Operon lac
Operon lac adalah operon diperlukan untuk transportasi dan metabolisme dari laktosa di Escherichia Escherichia coli coli dan beberapa lainnya bakteri enterik . enterik . Ini terdiri dari tiga berdekatan gen struktural , lacZ, berenda dan lacA. Operon lac diatur oleh beberapa faktor, termasuk ketersediaan glukosa dan laktosa. laktosa. peraturan Gene dari operon lac adalah kompleks peraturan mekanisme genetik pertama yang dijelaskan dan merupakan salah satu contoh terkemuka prokariotik regulasi prokariotik regulasi gen .
10
Struktur operon lac
Struktur laktosa dan produk dari belahan dada nya.
Lac operon terdiri dari tiga gen struktural , dan promotor , promotor , sebuah terminator , terminator , regulator , regulator , dan operator . operator . Ketiga gen struktural: lacZ, berenda, dan lacA. encode lacZ β-galaktosidase lacZ β-galaktosidase (lacZ), sebuah intraseluler enzim intraseluler enzim yang memotong dari disakarida laktosa menjadi glukosa dan galaktosa . Lacy encode β-galactoside permease (berenda), sebuah membran transpor protein yang terikat pompa laktosa laktosa ke dalam sel. encode lacA β-galactoside transacetylase (LacA), sebuah enzim yang transfer sebuah gugus asetil dari asetil-KoA untuk untuk β-galactosides β-galactosides .
Hanya lacZ dan lacZ dan berenda tampaknya diperlukan untuk laktosa katabolisme . kontrol khusus dari gen lac tergantung pada ketersediaan substrat laktosa untuk bakteri. Protein yang tidak diproduksi oleh bakteri ketika laktosa tidak tersedia sebagai sumber karbon. Gen lac disusun menjadi sebuah operon , yaitu, mereka berorientasi dalam arah yang sama langsung berdekatan pada kromosom kromosom dan merupakan merupakan co-ditra co-ditranskrips nskripsii menjadi menjadi satu polis satu polisistroni istronik k molekul molekul mRNA. Transkripsi dari semua gen dimulai dengan mengikat enzim polim enzim polimerase erase RNA RNA (RNAP), sebuah protein protein pengikat pengikat DNA , yang mengikat yang mengikat DNA ke situs tertentu, promo tertentu, promotor, tor, segera hulu dari gen. Dari posisi ini RNAP hasil untuk menuliskan semua tiga gen (lacZYA) menjadi mRNA. Urutan DNA dari E. dari E. coli lac operon , yang lacZYA mRNA , dan gen lacI tersedia lacI tersedia dari GenBank
11
Mekanisme kontrol pertama adalah respon pengawas untuk laktosa, yang menggunakan sebuah protein sebuah protein intraselular peraturan peraturan disebut represor laktosa untuk menghambat produksi βgalaktosidase dalam ketiadaan laktosa. Gen lacI coding lacI coding untuk represor terletak dekat operon lac dan selalu dinyatakan (konstitutif). Jika laktosa yang hilang dari media pertumbuhan, represor yang mengikat sangat erat ke urutan DNA pendek hanya hilir promotor dekat awal lacZ disebut lacZ disebut operator lac. Represor mengikat operator mengganggu pengikatan RNAP bagi promotor, dan karena itu mRNA encoding lacZ dan berenda hanya dilakukan pada tingkat yang sangat rendah. Ketika sel-sel tumbuh di hadapan laktosa, bagaimanapun, suatu metabolit disebut laktosa alolaktosa , yang merupakan kombinasi dari glukosa dan galaktosa, mengikat represor, menyebabkan perubahan dalam bentuk. Jadi diubah, represor tidak mampu untuk mengikat ke operator, memungkinkan RNAP untuk menuliskan gen lac dan dengan demikian menyebabkan tingkat tinggi dari protein yang disandikan. Mekanisme kontrol kedua adalah respon terhadap glukosa, yang menggunakan pengger menggunakan penggerak ak protein protein katabolit katabolit (CAP) untuk lebih meningkatkan produksi β-galaktosidase dalam ketiadaan glukosa. siklik adenosin monofosfat (cAMP) adalah molekul sinyal yang prevalensi berbanding terbalik dengan yang glukosa. Ia mengikat ke CAP, yang pada gilirannya memungkinkan CAP untuk mengikat ke situs CAP mengikat (a 16 pb DNA urutan hulu dari promotor di sebelah kiri dalam diagram di bawah), yang membantu RNAP dalam mengikat DNA. Dengan tidak adanya glukosa, cAMP konsentrasi tinggi dan mengikat CAP-cAMP untuk DNA secara signifikan meningkatkan produksi β-galaktosidase , memungkinkan sel untuk menghidrolisis (mencerna) dan melepaskan galaktosa laktosa dan glukosa.
Kontrol Ekspresi Gen pada Eukariot
Kontrol ekspresi gen yang terjadi pada eukariot diawali pada tahap: 1. Inis Inisia iasi si tran transk skri rips psii Dengan adanya pengaruh enhancer yang enhancer yang akan berikatan dengan daerah promotor untuk meningkatkan aktivitas RNA polimerase. 2. Proses Proses transkr transkrips ipsii dan dan modifi modifikas kasii Hal ini berupa adanya proses intron splicing sehingga splicing sehingga hanya tersisi bagian ekson. 3. Kest Kestabi abila lan n trans transkr krip ipsi si 12
Saat hasil transkripsi dibawa dari inti sel menuju sitosol akan terjadi pemendekan ekor poliA oleh enzim (DAN)pada 3' ke 5' yang berasosiasi dengan 5'cap. 4. Modi Modifi fika kasi si tran transl slas asii Modifikasi ini terjadi dalam bentuk modifikasi kovalen disebabkan adanya modifikasi kimia seperti asetilasi, metilasi, dan disulfida bond formation. Contoh, molekul insulin dihasilkan dalam bentuk inaktif yang terdiri dari satu polipeptida dan untuk aktivasinya polipeptida polipeptida tersebut tersebut akan akan dipotong dipotong menjadi menjadi dua bagian bagian dan dan dihubungkan dihubungkan dengan dengan jembatan jembatan disulfida.
Kontrol Ekspresi Gen
Terdapat dua poin dalam kontrol ekspresi gen ini, yang pertama adalah ‘Pada jenis sel yang berbeda dari organisme organisme multiseluler multiseluler berisi DNA yang sama’.Jenis sama’.Jenis sel dalam organisme organisme multiseluler berbeda satu sama lain karena mereka mensintesis dan mengumpulkan set RNA yang berbeda dan molekul molekul protein. protein. Pada umumnya umumnya mereka melakukan hal ini tanpa mengubah mengubah urutan DNA mereka. Ini terbukti ketika inti sel katak yang sepenuhnya dibedakan, disuntikkan ke dalam telur katak yang telah dihilangkan inti selnya, maka inti donor yang telah disuntikkan mampu mengarahkan telur penerima untuk menghasilkan kecebong normal.Dan hasilnya inti sel donor tersebut tidak kehilangan urutan DNA nya. Percobaan ini juga dilakukan pada tumbuhan dan mamalia seperti sapi, domba, babi. Pada tumbuhan percobaan dilakukan dengan cara membedakan potongan potongan jaringan jaringan dari tumbuhan tumbuhan dan dipisahkan dipisahkan dalam sel tunggal. tunggal. Sedangkan Sedangkan pada mamalia mamalia dengan dengan memper memperkena kenalkan lkan inti inti dari dari sel somati somatik k ke dalam dalam telur telur enuclea enucleated, ted, ditemp ditempatk atkan an di ibu penerima penerima (pengganti), (pengganti), dan hasilnya beberapa beberapa telur tetap berkembang berkembang menjadi menjadi binatang yang sehat. Bukt Buktii DNA DNA tida tidak k hila hilang ng atau atau beru berula lang ng sela selama ma perk perkem emba bang ngan an vert verteb ebra rata ta bera berasa sall dari dari membandingkan pola pita rinci yang terdeteksi dalam kromosom yang terkondensasi pada mitosis. Selain itu, perbandingan genom sel yang berbeda berdasarkan pada teknologi DNA rekombinan tela telah h menun menunju jukka kkan n bahwa bahwa peru peruba bahan han dalam dalam eksp ekspre resi si gen gen yang yang menda mendasa sari ri perk perkem emban banga gan n organisme multiselular tidak disertai oleh perubahan dalam urutan DNA dari gen yang sesuai. Poin kedua adalah ‘Sinyal eksternal dapat menyebabkan sel mengubah ekspresi gennya’. Sebagian sel dalam organisme multiseluler mampu mengubah pola ekspresi gen, ini sebagai respon 13
terhadap isyarat ekstraseluler. Misalnya sel hati, apabila sel ini diberi hormon glukokortikoid maka produksi produksi protein yang spesifik spesifik akan meningkat. meningkat. Hormon ini dikeluarkan dikeluarkan ketika tubuh kita merasa kelaparan dan sinyal hati digunakan untuk meningkatkan produksi glukosa dari asam amino dan mole molekul kul-m -mol olek ekul ul lain. lain. Sedan Sedangka gkan n set set prot protei ein n yang yang prod produks uksin inya ya diindu diinduks ksi, i, sepe sepert rtii enzim enzim aminotransferase tirosin yang berfungsi mengubah tirosin menjadi glukosa. Ketika hormon ini tidak ada lagi maka pembuatan protein ini turun dari tingkat normal.
Sinyal transduksi
Sinya Sinyall dari dari satu satu sel sel ke sel sel lain lain meru merupak pakan an mekan mekanis isme me yang yang sanga sangatt penti penting ng dalam dalam pertumbuhan, pertumbuhan, perkembangan, perkembangan, dan juga koordinasi koordinasi aktivitas aktivitas sel. Kita mengetahui mengetahui bahwa ada dua macam sel, yaitu sel pemberi sinyal dan sel target. Sel sinyal ini berperan menerima dan merespon gejala yang ada dengan cara memproduksi protein yang menjadi sinyal untuk ekspresi gen pada sel target target.. Molekul Molekul sinyal sinyal beraksi beraksi dengan dengan menemp menempel el pada suatu suatu protei protein n resept reseptor or dalam dalam membra membran n plasma plasma sel target dan menginisiasi menginisiasi memulai lintasan lintasan sinyal transduksi dalam sel. Lintasan Lintasan sinyal transduksi ialah sederetan perubahan molekuler yang mengkonversi sinyal pada permukaan sel targ target et ke dalam dalam resp respon on spes spesif ifik ik dalam dalam sel. sel. Sela Selanju njutn tnya ya prot protei ein n pada pada bagia bagian n akhir akhir akan akan mengaktifkan mengaktifkan transkriptase transkriptase yang digunakan digunakan untuk transkripsi transkripsi gen target. target. Jadi secara singkat dapat disimpulkan bahwa lintasan sinyal transduksi ini diawali dengan produksi protein sinyal pada sel sinyal, penempelan protein reseptor pada membran plasma sel target, selanjutnya sinyal dikirimkan melalui sederetan protein dan terakhir akan ditangkap oleh transkriptase yang akan membimbing transkripsi gen tertentu pada sel target.
Enam tahap ekspresi gen eukariotik yang dapat dikontrol
1. kontrol transkripsi transkripsi ini yang yang akan mengontrol mengontrol gen gen pada saat saat di transkripsi transkripsi 2. kontrol proses proses RNA RNA ini yang akan akan mengontrol mengontrol penyambunga penyambungan n dan proses proses transkrips transkripsii RNA 3. kontrol penempatan penempatan dan transpo transporr RNA ini yang akan memilih memilih mRNA mRNA yang lengkap untuk diekspor dari nukleus ke sitosol dan membagi di dalam sitosol
14
4. kontrol kontrol translas translasii ini yang akan memilih memilih mRNA mRNA dalam sitopla sitoplasma sma untuk untuk ditrans ditranslas lasii oleh oleh ribosom 5. kontrol degradas degradasii mRNA ini ini yang akan menstabi menstabilkan lkan secara secara selektif selektif molekul molekul mRNA dalam sitoplasma 6. kontrol kontrol aktivita aktivitass protein protein ini yang akan mengaktif mengaktifkan kan secara secara selekt selektif, if, menurunka menurunkan, n, atau menempatkan molekul protein spesifik setelah mereka selesai dibuat
15
BAB III KESIMPULAN
Ekspresi gen ialah proses transformasi informasi genetic melalui transkripsi dan translasi, untuk pembentukan pembentukan protein protein atau atau enzim. enzim. Regulasi ekspresi gen ialah mekanisme pengaturan ekspresi gen
16
