Download - Regulasi Gen
KELOMPOK 6OFF. AA
1.YUSROTUL NISA ANSORI 2093314174102.ALIFIANI NUR ROHMA 2093314208723.NADIA RELYTA D. 209331423411
Pendahuluan
• Ekspresi genetik ialah suatu rangkaian proses kompleks yang melibatkan banyak faktor.
• Ekspresi gen dapat diatur, dihidupkan atau dimatikan, sebagaimana layaknya aliran listrik.
• Mekanisme pengaturan ekspresi gen disebut regulasi ekspresi gen.
• Tanpa sistem pengaturan yang efisien, sel akan banyak kehilangan energi yang justru merugikan jasad hidup. Oleh karena itu, proses regulasi ekspresi gen menjadi bagian mendasar dan penting bagi makhluk hidup.
Apa bukti adanya regulasi ekspresi gen?
Sel-sel dari organisme yang sama, yang mestinya mempunyai genotip atau gen-gen yang sama ternyata tidak selalu mempunyai fenotip yang sama.
Artinya: Ada gen-gen yang tidak diekspresikan pada saat yang bersamaan.
Gen-gen tersebut dikendalikan atau ada regulasinya.
Gen
Gen indusibel
Gen konstitutif
Gen-gen yang baru terekspresi saat di beri zat tertentu (induser)
Gen-gen yang selalu diekspresikan
Protein yang diekspresikan disebut
protein induktif
Protein yang diekspresikan disebut
protein konstitutif
Gen dibedakan menjadi:1. Gen struktural atau cistron
gen yang mengkode protein (enzim)2. Gen pengatur (regulatory gene)
gen yang mengkode protein yang fungsinya sebagai pengendali ekspresi gen struktural.
Di dalam sel prokariot, beberapa gen struktural diatur oleh satu promoter yang sama (OPERON).Di dalam sel eukariot, satu gen struktural diatur oleh satu promoter.
Keterangan:1. Daerah pengendali (regulatory region)2. Daerah yang dikendalikan (coding region)3. Daerah promotor (Pi) : tempat RNA polimerase terikat pada DNA4. Daerah operator (O)5. CAP (catabolite activator protein)6. Plac ; promoter untuk operon lac7. Z, Y, A : gen-gen struktural
1. Ekspresi gen konstitutifTranskripsi DNA menjadi mRNA terjadi terus menerus. Ekspresi gen strukturalnya tidak dikendalikan oleh gen
pengaturnya.
Sistem Ekspresi Gen
2. Ekspresi gen indusibel atau gen represibelKemungkinan yang terjadi:1. Transkipsi DNA dapat diaktivasi (diinduksi) untuk
meningkatkan jumlah mRNA dan produk proteinnya.2. Transkipsi DNA dapat dideaktivasi (direpresi) untuk
menurunkan jumlah mRNA dan produk proteinnya.Ekspresi gen strukturalnya dikendalikan oleh aktivitas RNA polimerase dan molekul penanda (gen pengaturnya, hormon, dan metabolit tertentu).
RNA polimerase berikatan dengan gen struktural
membentuk mRNA (transkripsi berlangsung)
RNA polimerase lepas dari gen struktural, tidak terbentuk
mRNA (transkripsi tidak berlangsung)
pengendalian positif pengendalian negatif
Sistem Pengendalian Ekspresi Gen
Pengendalinya disebut induser
Pengendalinya disebut korepresor
PRODUK GEN REGULATOR
AKTIVATOR
REPRESSOR
melibatkan aktivitas
gen regulator
Bekerja dengan cara menempel pada sisi pengikatan protein
regulator pada daerah gen yang diaturnya (daerah
operator/CAP)
PENGENDALIAN POSITIFKondisi 1: Gen regulator memproduksi REPRESOR ------- terdapat INDUSER
Represor yang aktif
Operator
PENGENDALIAN POSITIFKondisi 2: Gen regulator memproduksi AKTIVATOR ------- terdapat INDUSER
CAP Promotor
CAP
Operator
Operator
PENGENDALIAN NEGATIFKondisi 1: Gen regulator memproduksi REPRESOR ------- terdapat KO-REPRESOR
Gen regulator Gen strukturalPromotor
Represor tidak aktif
Operator
Operator
PENGENDALIAN NEGATIF
Gen regulator Gen struktural
Kondisi 2: Gen regulator memproduksi AKTIVATOR ------- terdapat KO-REPRESOR
CAP
Aktivator yang aktif
PromotorOperator
PADA PROKARIOT (bakteri)
Regulasi ekspresi gen pada bakteri
MODEL OPERON
Operon adalah beberapa gen struktural yang diekspresikan secara bersama-sama dengan menggunakan satu promoter yang sama.
Lac operon Trp operon Ara operon Gal operon
1. Operon Lactosa (Lac Operon)
Operon Lac terdiri dari 3 gen struktural:1. Gen lac Z, mengkode enzim ß-galaktosidase2. Gen lac Y, mengkode permease galaktosida3. Gen lac A, mengkode transasetilase thiogalaktosida
Fungsi: untuk menghasilkan enzim yang memecah laktosa.Laktosa bukan gula yang umum, jadi tidak ada kebutuhan besar untuk menghasilkan enzim pemecah laktosa. Enzim tersebut hanya akan dihasilkan ketika ada laktosa (PRINSIP EFISIENSI SELULER).
Prinsip EFISIENSI SELULER pada LAC OPERON
Bagaimana jika terdapat GLUKOSA dan LACTOSA secara BERSAMAAN di dalam sel?
Penjelasan lain dilihat berdasarkan daerah CAP:Daerah CAP hanya menjadi aktif jika konsentrasi AMP siklik (cAMP) yang tinggi.Glukosa menghambat pembentukan cAMP.Jika konsentrasi glukosa tinggi, konsentrasi cAMP rendah.Jika konsentrasi glukosa rendah, konsentrasi cAMP tinggi.
trp operon
Trp operon berperan dalam sintesis triptofan dalam bakteri E. coli.
Trp operon dikendalikan oleh 2 macam mekanismea. Penekanan (represi)
b. Pelemahan (attenuation)
Trp operon dikendalikan secara negatif oleh represor.Trp operon akan di non-aktifkan jika ada seyawa yang
akan disintesis yaitu triptofan.
• Pengendalian negatif trp operon : menekan ekspresi gen dalam operon pada saat tersedia banyak triptofan.
• Trp operon terdiri atas 5 gen struktural :– Trp E– Trp D– Trp C– Trp B– Trp A
• Berbeda dengan operon lac, promoter dan operator pada trp operon terletak overlap.
• Setelah promoter terdapat suatu urutan nukleotida yang dinamakan trp L, yang mengkode suatu polipeptida awal berbentuk pendek (leader).
• Trp E dan D untuk mensitesis antranilat• Trp C untuk sintesis indolgliserol fosfat• Trp B dan A untuk sintesis triptofan
REPRESI
Atenuasi Triptofan banyak ribosom
menyelubungi daerah 1 dan 2 RNA, sehingga penggal 3 dan 4 bebas membentuk pasangan basa RNA polimerase mengakhiri transkripsi triptofan tidak terbentuk
atenuasi
Perbedaan Lac operon dan Trp operon
Lac operon : operon yang mengkode enzim-enzim katabolik, yaitu enzim yang digunakan
untuk merombak suatu senyawa.(positive control)
Trp operon : operon yang mengkode enzim-enzim anabolik yang digunakan untuk sintesis
suatu senyawa.(negative control)
PADA EUKARIOT
Pada eukariot, pengendalian ekspresi gen terjadi mulai proses transkripsi hingga pasca translasi.
Dalam selnya, setiap gen struktural diatur oleh promoternya sendiri,
sehingga tidak membentuk operon seperti pada prokariot.
REGULASI PADA EUKARIOT
DNA TRANSKRIP RNA PRIMER
mRNA
mRNA inaktif
protein
Protein inaktif
nukleus
mRNA
12
3
4
5
6
sitoplasma
Proses ekspresi genetik pada eukariotik diatur oleh banyak molekul yang berinteraksi secara spesifik. Interaksi antar molekul tersebut dapat terjadi melalui :
Ikatan antara DNA dan proteinIkatan antara Protein dengan protein Ikatan antara Protein dan hormon
Sinyal (molekul) pengendali dalam ekspersi genetik dapat dikelompokkan menjadi 2, yaitu:
1. RNA Polimerasi Sebagai protein utama2. Protein-protein pembantu
Regulasi pada eukariot bersel ganda
Bagian terbesar dari eukariot
Makhluk bersel banyak
Regulasi ekspresi gen berjalan pada
berbagai tingkatan,mulai dari gen sampai jaringan
Sehubungan dengan proses Diferensiasi Sel
1. Pembentukan berbagai jaringan2. Ada kebutuhan
tertentu3. Siklus biologi
Diferensiasi Sel
Tingkat dewasa eukariotik
Mengandung banyak jenis Sel dan organ yang
berbeda bentuk dan fungsi
Karena
Berasal dari satu zigot yang sama
Maka
Sel-sel tersebut akan mempunyai total genom
yang sama
ex : gen penyandi insulin berekspresi hanya pada pankreas
Pada masing-masing sel, tidak keseluruhan gen dari genom tersebut
dapat berekspresi
Terdapat gen yang secara spesifik berekspresi pada jaringan tertentu
Proses diferensiasi sel berjalan bersamaan dengan proses pertumbuhan dan perkembangan individu
Bersamaan dengan proses mitosis, saat membentuk sel baru, terjadi proses pengkhususan sel anak dengan cara membedakan gen-gen yang akan
berekspresi, pada kedua sel anak tersebut terjadi pemilihan gen yang secara permanen berekspresi dan gen yang secara permanen tidak berekspresi
• REGULASI PADA TINGKAT TRANSKRIPSI
eukariotLebih banyak protein
Lebih banyak ruas DNA yg terlibat dalam regulasi
Jenis pengendalian Peristiwa yang diregulasi
Pengendalian gen kelas 1 Pengkodean sintesis RNA
Pengendalian gen kelas 2 Metabolisme mRNATranslasi mRNA menjadi polipeptidaPasca translasi
Pengendalian gen kelas 3 Pengkodean sintesis tRNA dan rRNA
• REGULASI PADA TINGKAT PASCA TRANSKRIPSI
transkripsi
hasilintron
ekson
dipotong
Penstabilan mRNA
Regulasi pada tingkat translasi
Setelah mRNA masuk dalam sitoplasma, akan terjadi proses translasi menghasilkan protein. Regulasi dapat terjadi pada tahap ini meliputi
berbagai cara termasuk pendegradasian mRNA, inisiasi translasi, pengaktifan protein,
dan degradasi protein.
REGULASI PADA TINGKAT TRANSLASI
Regulasi tingkat mRNA
Regulai pada tahap inisiasi translasi
Regulasi pascatranslasi
Regulasi tingkat mRNA
Panjang pendeknya umur mRNA akan menentukan kuantitas protein yang disintesis,
mRNA yang berumur panjang akan menghasilkan protein lebih banyak ketimbang yang dihasilkan mRNA yang berumur pendek
Regulasi pada inisiasi translasi
Terdapat sejumlah protein yang berfungsi mengatur jalannya transkripsi
Contoh : inisiasi translasi mRNA hemoglobin
Regulasi pasca translasi
Sebelum menjadi protein aktif atau fungsional,polipeptida hasil transkripsi akan
mengalami suatu pemrosesan agar dapat membentuk struktur fungsionalnya.
Pemrosesan ini melibatkan pemotongan rantai polipeptida atau penambahan asam amino baru atau senyawa lain seperti karbohidrat
pada rantai polipeptida
Regulasi Faktor TranskripsiFaktor transkripsi adalah Protein yang berperan didalam pengaturan ekspresi. Oleh karena itu, faktor transkripsi juga
mengalami regulasi yang dapat memengaruhi aktivitasnya.
Faktor transkripsi diatur melalui beberapa macam cara, antara lain :
1. Regulasi temporal
3. Regulasi dengan sequestration
4. Regulasi dengan modifikasi
pascatranslasi
2. Regulasi dengan pengikatan ligan
7. Regulasi dengan mekanisme silencing
5. Regulasi dengan pengeblokan tempat
ikatan padaDNA
6. Regulasi dengan pengeblokan
aktivitas
Perbedaan regulasi ekspresi gen prokariot dan eukariot
Parameter Prokariot Eukariot
Waktu regulasi Saat transkripsi Mulai transkripsi sampai translasi
Sistem yang mengendalikan
operon Gen struktural dan promoternya
Mekanisme pengendalian
sederhana kompleks