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