ekspresi gen
DESCRIPTION
ekspresi GenTRANSCRIPT
1. Ekspresi Gen
a. Normal
Ekspresi gen abnormal dalam hal ini sesuai dengan dogma sentral biologi molekuler
Replikasi DNA
Ada 3 hipotesis mengenai replikasi DNA yaitu semikonservatif, konservatif dan dispersif
Hipotesis semikonservatif : setiap molekul untai ganda DNA anakan terdiri atas satu
untai-tunggal DNA induk dan satu untai tunggal DNA hasil sintesis baru.
Konservatif : DNA untai ganda induk tetap bergabung sedangkan kedua untaian DNA
anakan terdiri atas molekul hasil sintesis baru.
Dispersif : molekul DNA induk mengalami fragmentasi sehingga DNA anakan terdiri
atas campuran molekul lama (induk) dan molekul hasil sintesis baru
Di antara ketiga cara replikasi DNA yang diusulkan tersebut, hanya cara semikonservatif
yang digunakan hingga saat ini
Konservatif Semikonservatif Dispersif
Gambar 4
Replikasi bahan genetik memerlukan beberapa komponen utama yaitu :
1. DNA cetakan
2. Enzim DNA polimerase : enzim utama yg mengkatalisa polimerisasi nukleotida menjadi
untaian DNA
3. Enzim primase : mengkatalisis sintesis primer untuk memulai replikasi DNA
4. Enzim helikase : pembuka ikatan untaian DNA induk. Dibantu oleh enzim girase
5. Protein SSB (single strand binding protein) : menstabilkan untaian DNA yg sudah
terbuka
6. Enzim DNA ligase : menyambung fragmen-fragmen DNA
Replikasi DNA berlangsung dalam 5 tahapan, yaitu :
1) denaturasi (pemisahan) untaian DNA induk;
2). peng”awal”an (inisiasi) sintesis DNA;
3). Pemanjangan untaian DNA;
4). Ligasi fragmen DNA;
5) peng”akhir”an (terminasi) sintesis DNA
Replikasi DNA dimulai pada tempat-tempat khusus yang disebut pangkal replikasi
( origin of replication ). Gelembung-gelembung replikasi terbentuk. Disetiap ujung
gelembung terdapat cabang replikasi ( replication fork ), suatu daerah berbentuk y dimana
nantinya untai-untai DNA baru mulai memanjang. Pemanjangan DNA baru pada cabang
replikasi dikatalisis oleh enzim-enzim yang disebut DNA Polimerase. Setelah helikase
membuka helix ganda induk, terjadi dua sintesis pada dua rantai cabang induk.
1. Leading strand. Rantai ini disintesis secara terus menerus dengan arah 5’→3’ oleh
DNA Polimerase.
2. Lagging strand, disintesis secara tidak kontinu. Primase mensintesis primer RNA
pendek, yang diperpanjang oleh DNA polimerase membentuk fragmen okazaki.
Lagging strand tumbuh dengan arah 3’→5’, tetapi fragmen okazakinya tumbuh
dengan arah 5’→3’ . Nantinya setelah fragmen-fragmen okazaki terbentuk, DNA
Ligase akan menggabungkannya.
Gambar 5
Proses Transkripsi
Transkripsi yaitu proses sintesis RNA rantai tunggalndengan rantai basa yang
komplementer terhadap satu rantai dari DNA rantai-ganda disintesis. Enzim yang dibawa disebut
DNA-dependent RNA polymerase, proses ini terjadi dalam. 3 tahap yaitu Inisiasi, elongasi, dan
terminasi.
a. Inisiasi (gambar 6.a)
Inisiasi diawali pada promoter, yaitu daerah DNA di mana RNA polimerase
melekat dan mengawali transkripsi. Promoter merupakan start point terjadinya transkripsi
dan promoter juga menentukan yang mana dari kedua untai DNA yang digunakan. Dalam
sel eukariota, kumpulan protein yang disebut faktor transkripsi menjadi perantara antara
pengikatan polimerase RNA dan inisiasi transkripsi. Susunan antara faktor transkripsi
dan RNa polimerase yang mengikatkan diri pada promoter disebut kompleks inisiasi
transkripsi. Pada tahap ini DNA membuka, dan sintesis RNA dimulai pada titik-awal dari
untai cetakannya.
b. Elongasi (gambar 6.b)
Pada saat RNA bergerak di sepanjang DNA, RNA terus membuka pilinan heliks
ganda sekaligus untuk berpasangan dengan nukleotida RNA dam pada saat RNA sedang
tumbuh (dicetak) enzim polimerase menambahkan nukleotida di sepanjang untai heliks-
ganda.
c. Terminasi (gambar 7.a)
Tahap ini, RNA polimerase mentranskripsi urutan DNA yang disebut terminator,
sebagai tanda proses transkripsi telah berakhir. Akhir dari transkripsi, terbentuknya rantai
RNA, namun RNA polimerase akan terus berjalan sampai 10-35 nukleotida terlalui, dan
kamudian dipotong oleh spliocome dan tempat potongan tersebut akan ditambahkan ekor
poli (A) yang nantinya akan digunakan untuk membantu ribosom melekat pada mRNA
dan menghambat terjadinya inhibisi RNA.
Gambar 6.a dan 6.b
Gambar 7.a dan 7.b
Proses Translasi
Translasi ini merupakan lankjutan dari proses transkripsi. Perangkat-perangkat yang
berperan antara lain t-RNA dan ribosom. Proses ini berlangsung di sitoplasma tepatnya di
ribosom. Translasi ini nantinya akan menghasilkan asam amino. Tahapan-tahapan yang terjadi
dalam proses ini adalah :
1. Inisiasi (gambar 8)
Dimulai dengan menempelnya m-RNA dan t-RNA inisiator pada ribosom unit kecil.
Kemudian diikuti dengan pelekatan ribosom sub unit besar. Terbentulkah kompleks
inisiasi.
2. Elongasi (gambar 9,10,11), terdiri atas beberapa tahapan lagi yaitu:
1. Pengenalan kodon. Kodon m-RNA pada tempat A ( Aminoasil ) membentuk ikatan
hidrogen dengan antikodon t-RNA yang masuk membawa asam amino yang sesuai
dengan kodon.
2. Pembentukan ikatan peptida. Ribosom mengkatalisis pembentukan asam amino
dengan menggabungkan rantai asam amino yang sebelumnya trelah terbentuk di
tempat P ke asam amino yang baru tiba pada tempat A. Jadi rantai asam amino
memisahkan diri dari t-RNA tempat ia melekat sebelumnya untuk berikatan dengan
asam amino yang dibawa oleh t-RNA yang melekat pada tempat A.
3. Translokasi, t-RNA yang ada pada tempat A ditranslokasi ke tempat P. Sementara
itu t-RNA di tempat P akan bergeser ke tempat E dan dilepaskan keluar ribosom.
3. Terminasi (gambar 12)
Merupakan tahap terakhir dari translasi. Ketika suatu ribosom mencapai kodon terminasi
UAA, UGA, UAG. Tempat A dari ribosom menerima protein yang disebut faktor
pelepas. Faktor ini menghidrolisis ikatan antara t-RNA di tempat P dan asam amino
terakhir. Kedua sub unit ribosom pun terpisah.
Gambar 8 Gambar 9
Gambar 10 Gambar 11
Gambar 12
b. Abnormal (mutasi)
Ekspresi gen yang abnormal, terjadi akibat kesalahan pada ekspresi yang salah, baik pada
DNA, kromosom dan pencetakan asam amino. Ekspresi gen yang abnormal akan
menyebabkan terjadinya mutasi. Mutasi yaitu perubahan konstitusi genetik dari sel induk
ke sel anak atau merupakan suatu ekspresi gen yang bersifat abnormal. Mutasi terjadi
pada tingkat gen disebut dengan mutasi gen, dan mutasi yang terjadi pada tingkat
kromosom disebut mutasi kromosom.
a) Mutasi Gen
Mutasi gen dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok. Yaitu mutasi substitusi
dan mutasi insersi atau delesi. Adapun penjelasan dari mutasi tersebut tertera sebagai
berikut:
1. Mutasi subsititusi : mutasi yang disebabkan karena ada penggantian basa nitrogen.
Mutasi subsititusi diantaranya;
Mutasi transisi
Suatu pasangan purin-pirimidin digantikan oleh pasangan purin-pirimidin lain
Misal : AT à GC, CGàTA
Mutasi transversi
Suatu pasangan purin-pirimidin à digantikan oleh pasangan pirmidin-purin
ATàTA, GCàCG
Mutasi missense, terjadi penggantian satu asam amino dengan asam amino
lainnya
Mutasi nonsense, terjadi karena terminasi prematur pada proses sintesis
protein/polipeptida
Neutral mutation adalah mutasi pada kodon mRNA yang hasil substitusi asam
aminonya tidak menimbulkan perubahan fungsi pada protein yang ditranslasi
Asam amino pengganti mempunyai struktur kimia yang equivalen dengan asam
amino yang digantikan 5’-AAA-3’(arginin) à 5’-AGA-3’ (lisin)
Silent mutation adalah perubahan pada pasangan basa nitrogen gen yang
mengubah kodon mRNA, tetapi menghasilkan insersi asam amino yang sama
Mutasi transisi AT-GC yang merubahn kodon 5’-AAA-3’ (lisin) à5’-AAG-3”
(lisin)
2. Mutasi Insersi/delesi : mutasi yang disebabkan karena adanya kehilangan 1 basa
nitrogen pada rantai DNA.
b) Mutasi Kromosom
Mutasi kromosom terdiri atas mutasi jumlah kromosom dan mutasi struktur
kromosom.
1. Mutasi jumlah kromosom terdiri atas: euploidi yang menyangkut seluruh set
kromosom. Contohnya : monosomi (2n-1), trisomi (2n+1), tetrasomi (2n+),
pentasomi (2n+3) dan aneuploidi yang menyangkut kromosom tunggal dalam suatu
set kromosom.
Contoh aneuploidi yang monosomi yaitu Sindrom Turner (45, XO) dengan cirri-
ciri tubuh pendek, dada lebar, tanda kelamin sekunder tidak berkembang, dan ada
kulit tambahan pada leher. Adapun contoh aneuploidi pada trisomi yaitu : ada yang
menyangkut kromosom kelamin dan ada juga yang menyangkut autosom.
Trisomi untuk kromosom kelamin :
1) Sindrom Klinefelter (47, XXY) : fenotip pria dengan tanda-tanda wanita
seperti tubuh pendek, suara tinggi seperti wanita, testis kecil, lengan dan kaki
ekstrim panjang. Sindrom Klinefelter terjadi karena adanya non disjunction.
Misalnya saja fertilisasi ovum XX oleh spermatozoa Y atau fertilisasi ovum X
oleh spermatozoa XY.
2) Sindrom Triple-X (47,XXX) : adanya gangguan mental, menstruasi tidak
teratur. Kelainan ini terjadi karena adanya non disjunction pada waktu ibu
membentuk gamet.
3) Pria XXY : tubuh tinggi, IQ antara 80-118, leebih agresif dibandingkan pria
normal dan banyak ditemukan di penjara. Kelainan ini terjadi karena non
disjunction selama meiosis II.
Trisomi untuk autosom :
1) Sindrom Down (47,XX, +21) atau (47, XY, +21) : tubuh pendek dan puntung,
lengan atau kaki kadang-kadang bengkok, kepala lebar, tubuh membulat,
mulut selalu terbuka, ujung lidah besar, IQ antara 25-75 tapi kebanyakan
kurang dari 40.
2) Sindrom Patau (47,XX, +13) atau (47, XY, +13) : cacat mental, tuli, celah
bibir dan atau palatum, polidaktili, mata kecil, kelainan otak, jantung, ginjal,
usus, tangan dan kaki tampak rusak.
3) Sindrom Edwars (47,XX, +18) atau (47, XY, +18) : telinga rendah, rahang
bawah juga rendah, mulut kecil, tuna mental, ginjal double, dan sternum
pendek.
4) Trisomi pada abortus spontan : trisomi D dan E, trisomi 7, 1, 5, 12, 17, 19
serta trisomi C.
2. Mutasi kromosom pada struktur kromosom :
1) Delesi / defisien : hilangnya sebagian kromosom karena kromosom itu patah.
Delesi pada kromosom ini terdiri atas dua yaitu delesi terminal (kromosom
patah di satu tempat dekat ujung kromosom dan delesi interkalar (patah di dua
tempat sehingga kromosom akan kehilangan suatu segmen di bagian tengah.
Contohnya yaitu Sindrom Cri-du Chat (46,XX,5p-) atau (46,XY,5p-) :
hilangnya lengan pendek pada autosom no-5. tapi biasanya mengadakan
translokasi dengan autosom no 15. ciri-cirinya yaitu kepala kecil, muka lebar,
hidung seperti pelana, kedua matanya jauh letaknya, biasanya IQ antara 20-40
dan tangisan mirip bunyi kucing.
2) Duplikasi yaitu suatu bagian dari sebuah kromosom memiliki gen-gen yang
berulang.
3) Inversi yaitu suatu bagian dari sebuah kromosom memiliki urutan gen yang
terbalik. Inversi terdiri atas dua bagian yaitu inversi parasentris (sentromer di
sebelah luar bagian yang mengalami inversi) dan inversi perisentris
(sentromer terletak di bagian dalam yang mengalami inversi).
Translokasi yaitu perubahan posisi segmen kromosom dan urutan gen yang
terkandung di dalamnya ke lokasi yang berbeda pada genom.
MEKANISME PERTUKARAN ZAT
Pertukaran zat dapat dilakukan melalui transport aktif dan transport pasif.
a. Transport pasif
Transport pasif dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu:
1. Difusi yaitu gerakan partikel dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi yang rendah.
Difusi dapat dibagi menjadi,
Difusi pasif
Difusi pasif adalah persitiwa mengalir atau berpindahnya suatu zat dalam pelarut
dari bagian berkonsentrasi tinggi ke rendah melalui pori-pori membrane sel.
Disini, membran berfungsi sebagai saringan atau tapis. Air bergerak lebih cepat
Difusi terfasilitasi
2. Dialisis adalah pemisahan partikel yang terlarut kristaloid yang berdiameter kurang
dari 1 nm (misalnya ion, glukosa, oksigen), dengan berdifusi melalui membran yang
pemeabel untuk partikel tersebut.
3. Osmosis yakni penyaringan molekul air melalui selaput atau membran permiabel.
4. Filtrasi yakni kekuatan gerakan air dan molekul yang dapat berdifusi melewati
membran plasma akibat tekanan mekanik atau tekanan mekanik atau tekanan cairan
yang tinggi, contohnya tekanan darah hidrostatik.
b. Transport aktif
Transport aktif adalah transport yang menggunakan energi metabolik dari reaksi kimia.
Transport aktif dapat dibedakan menjadi dua yaitu:
1. Transport yang diperantarai oleh carier.
2. Transport massa yang berukuran besar adalah suatu proses aktif mentransport partikel
besar dan makro molekul yang menembus membran plasma dengan membungkusnya
dalam suatu atau dengan melipat membran untuk membentuk suatu vesikel atau
vakuola yang melekat pada membran.
Zat dapat ditransfer melalui dua cara. Ada zat yang masuk ke dalam sel (endositosis) dan ada
zat yang keluar dari sel (eksositosis).
Endositosis adalah suatu proses pemasukan zat ke dalam sel. Endositosis meliputi dua
hal yaitu :
1. Fagositosis yaitu proses penelanan suatu zat padat
yang besar dengan cara melipat membran plasma
untuk membuat atau membentuk suatu vesikel fagositik.
2. Endositosis diperantarai reseptor yaitu mengacu
pada proses pengikatan molekul resetor dipermukaan
sel dengan zat tertentu yang disebut ligan.
Kompleks reseptor ligan kemudian mengalami
proses endositosis untuk bisa masuk ke dalam sel.
3. Pinositosis (pino=minum) berarti menelan tetesan
kecil cairan ektraselular yang mungkin
mengandung nutrien yang sudah terurai dan
memasukkannya kedalam sel.
Eksositosis adalah suatu proses pengeluaran zat dari dalam sel.
Substansi yang akan dilepas dibungkus secara vesikel yang berdifusi dengan membran
sel agar dapat keluar. Contohnya bisa kita lihat pada pelepasan produk dari sel-sel
sekretori pankreas dan perlepasan transmiter kimia dari sel-sel saraf di ujung saraf.
Organel Sel
Ribosom
Struktur
Bentuknya bergranula kecil berwarna hitam (berdiameter 25 nm), yang tersusun dari
RNA ribosomal dan hampir 80 jenis protein.Ribosom ditemukan sebagai granula
individual atau dalam kelompok yang disebut poliribosom. Ribosom ada yang menempel
pada RE dan ada yang bebas pada sitoplasma.
Fungsi
Ribosom merupakan tempat sintesis proteim. Ribosom bebas terlibat dalam sintesis
protelr: untuk di pakai sel itu sendiri : misalnya dalam pembaruan enzim dan membrane.
Ribosum yang berikatan merupakan tempat berlangsungnya sintesis protein yang
merupakan produk sekretori yang akan di keluarkan sel.
Retikulum Endoplasma
Struktur
Saluran berdinding mempunyai labiri dan berhubungan dengan nucleus. RE terdiri
tersusun dari jarring-jaring rongga (sisterna ) datar yang dilapisi membrane yang
menyambung membran plasma dan membran nuclear. Ada dua jenis reticulum
endoplasma: RE kasar (granula), yang membrannya memiliki ribosom, dan RE halus
( agranulan), yang tidak memiliki ribosom. Dalam sel yang mengandung kedua jenis RE
tersebut, RE kasar bersambungan dengan retikulum endoplasma halus.
Fungsi
Untuk menampung protein hasil sintesis rebosom dan sintesis lipid serta dapat
mendeteksi obat-obatan dalam hati. RE merupakan tempat utama sintesis produk sel dan
juga berperan dalam transport dan penyimpanannya. RE kasar menonjol pada sel yang
khusus untuk sekresi protein seperti enzim pencernaan. RE halus banyak terdapat dalam
sel beberapa kelenjar endukrin yang menyintesis hormon dalam sel hati. Pada sel otot,
RE halus disebut reticulum sarkoplasma dan turut berperan dalam proses kontraksi.
Apparatus Golgi
Struktur
Gelembung berdinding membran. Aparatus golgi mengandung 4 sampai 7 kantong datar
yang terikat membran, atau sisterna, masing-masing bentuknya agak melekuk. Kantong
tersebut tersusun seperti mangkok terbalik. Permukaan konveks susunan menghadap ke
reticulum endoplasma dan nucleus ; permukaan konkaf menghadap ke permukaan
eksternal sel. Biasanya ada banyak vesikel transport di sisi perifer tonjolan dan ada
sedikit penebalan vakuola yang berukuran lebih besar pada salah satu kutub.
Fungsi
Aparatus golgi berhubungan langsung dengan RE kasar menyusun lipoprotein. Apparatus
golgi merupakan tempat untuk akumulasi, konsentrasi, pembungkusan dan kimia produk
sekretori yang disintesis dalam reticulum endoplasma kasar. Aparatus golgi dapat
memproses protein yang berfungsi secara intraseluler, seperti enzim lisosom.
Mitokondria
Sruktur
Terdapat hampir disemua sel kecuali dalam sel darah merah, jumlahnya sel berhubungan
dengan konsumsi energy
sel. Mitokondria tampak
seperti batang atau filament
yang bergerak dengan
konstan dalam $sel hidup.
Setiap mitokondria terdiri
dari membran terluar yang
halus dan membran dalam
yang berbentuk lipatan
yang disebut dengan Krista.
Krista menonjol
menyerupai rak dalam
mitoondria dan menambah
bidang permukaan
membran bagian dalam.
Ruang anatr Krista
dipenuhi matrik yang berisi protein, DNA, RNA,dan ribosom.
Fungsi
Mitokondria sebagai pusat respirasi sel, dan protein membrannya tidak dibentuk oleh RE
tetapi oleh free ribosom di mitokondria. Mempunyai DNA untuk memprogram sntesis
protein untuk sisanya. Mitokondria sering disebut sebagai pembangkit tenaga sel karena
fungsi terpentingnya adalah memproduksi energy dalam bentuk ATP. Energi tersebut
dihasilkan dari penguraian nutrient seperti glukosa, asam amino, dan asam lemak. Enzim
yang dibutuhkan untuk melepas energy secara kimia, terlokalisasi dalam matrik
mitokondria dan partikel kecil pada Krista.
Lisosom
Struktur
Merupakan vesikel dari apparatus golgi dan memiliki enzim pencernaan.dan merupakan
vesikel kecil yang terikat membran, mengandung
hampir 50 jenis enzim hidrolitik, yang mampu
menguraikan hampir semua jenis makromolekul
(protein, lipid, karbohidrat, asam nukleat). Lisosom
primer hanya mengandung enzim; lisosom sekunder
mengandung enzim dan materi terdegradasi.
Fungsi
Untuk mencerna organel yang telah mati, dapat menghancurkan benda asing, dapat
mengeluarkan enzim dari dalam sel. Dan fungsi utam liusosom adalah untuk pencernaan
intraselule. Lisosom memegang peranan dalam proses normal dan patologis. Padas el
fagositik, agens yang berpotensi membahayakan seperti bakteri,virus, atau toksin akan
dimakan sel tersebut. Agens tersebut akan melebur denag lisosom primer untuk
memebentuk lisosom sekunder yang kemudian dicerna. Kerusakan sel akibat sejumlah
pengaruh fisik atau kimia dapat menyebabkan membran lisosom hancur dan enzim
terlepas kedalam sitoplasma. Autolisis atau pencernaan sel yang dihasilkan, menjadikan
lisosom disebut kantong bunuh diri untuk sel.
Peroksisom
Struktur
Ruangan metabolism dilingkungan membran tunggal,
peroksisom adalah organel kecil, sferikal yang terikat pada
membran serta mengandung enzim destruktif.
Fungsi
Untuk menghasilkan enzim katalase yang berfungsi
mengubah H2O2 (racun) menjadi uap air (H2O). peroksisom berfungsi untuk melindungi
sel dari pengaruh yang rusak, peroksiso juga berfungsi dalam mebolisme lipid.
Mekanisme kerja organel
Komponen ribosom seperti bagian kecil, bagaian besar serta RNA Mesengger disintesis
dalam nucleus. Setelah komponen ini terbentuk, komponen tersebut keluar melewati pori
nucleus, komponen-komponen ribosom tersebut bersatu dan menuju sitoplasma. Dalam
perjalanannya ribosom ada yang menempel di Retikulum Endoplasma. Ribosom yang
menempel pada Retikulum Endoplasma tersebut mensintesi protein. Hasil protein yang
terbentuk masuk kedalam saluran reticulum Endoplasma yang disebut cisterna. Cisterna
kemudian membentuk vesikel. Dan vesikel ini menuju dan bergabung dengan apparatus
gogi. Protein yang dibawa vesikula, disempurnakan oleh badan gogidan menghasilkan
enzim maupun hormone. Dari saluran golgi, enzim diteruskan ke membrane dan keluar
sel. Vesikel yangmengandung enzim pencernaan diesbut Lisosom, dan vesikel yang
mengandung enzim untuk mengubah Hidrogen Peroksida menjadi oksigen diebut
peroksisom.
Mekanisme pertahanan diri sel
Apabila ada benda asing yang mendekati sel terutama pada sel- sel makrofage maka
benda ini akan dilingkupi oleh membrane sel dan kemudian benda ini masuk kedalam
sitoplasma dalam satu gelembung bermebran yang disebut fagosom. Fagosom kemudian
akan didekati oleh lisosom dan membrannya akan melebur sehingga enzim –enzim dalam
lisosom akan dapat menghancurkan benda asing tersebut. Proses penghancuran benda
asing ini disebut endositosis apabila benda asing berupa cairan disebut pinositosis.
Apabila benda asing yang berbentuk padat dinamakan fagositosis. Bahan – bahan yang
berasal dari benda asing yang telah hancur yang masih berguna langsung masuk kedalam
sitoplasma sedangkan sisanya yang tidak berguna atau mungkin berbahaya akan dibawa
keluar dari dalam sel.