regulasi sintesis protein - ordinary words · pdf file4 elemen kunci dalam regulasi genetik...

Suharsono.2005. BTK505. IPB

REGULASI SINTESIS PROTEIN

Berdasarkan ekspresi gen1. Gen teregulasi/terkendali (regulated gene)

ekspresi gen tergantung keadaan lingkunganContoh: gen yang terlibat dalam metabolisme laktosa

2. Gen tidak teregulasi/tidak terkendali (constitutive gene)ekspresi terus menerus, produk (protein) konstan, produk diperlukan setiap saat, tidak tergantunglingkungan

Contoh: gen yang terlibat dalam metabolisme glukosa(glikolisis)


1. Struktur promoterBerpengaruh terhadap frekuensi transkripsi, menentukan ∑ produk/sel

2. Struktur transkrip mRNABerpengaruh terhadap laju degradasi olehribonuklease

3. Sekuen nukleotida yang berasosiasi dengan signal mulainya translasi (AUG)

Berpengaruh terhadap laju inisiasi translasi

Kontrol ekspresi


Gen teregulasi

Kontrol•tingkat transkripsi: gen diekspresikan bila kondisimemungkinkan

•tingkat translasi: mRNA ditranslasikan bila kondisimemungkinkan

Elemen pengontrol•promoter: tempat menempel RNA polimerase•operator: tempat menempel protein regulator

-terletak antara promoter dan gen-mempengaruhi penempelan RNA polimerase padapromoter


P O

Gen strukturalElemenpengontrol

P

Gen regulator

P O P

RNA pol

Regulator

Regulator

RNA pol

Regulator

Ef+ efektor Ef

Hubungan antara promoter (P), operator (O), genstruktural, dan regulator di dalam suatu operon


Molekul yang terlibat dalam regulasi

1. Protein regulator (= regulator = protein afektor = afektor)

• Molekul kunci dalam regulasi: mengikat elemenpengontrol secara spesifik

2. Molekul efektor• Molekul kecil (asam amino, gula, nukleotida)• Mengikat regulator, sehingga regulator dapat menempel

atau lepas dari situs penempelannya

4 elemen kunci dalam regulasi genetik bakteri dan fage• Gen struktural yang teregulasi• Elemen pengontrol• Protein regulator (dan gen regulator)• Efektor


Regulasi transkripsi

• Regulasi negatif: gen selalu diekspresikan, dan berhentibila terdapat protein (represor) yang menempel padaDNA

• Regulasi positif: gen selalu tidak diekspresikan, dandiekspresikan bila terdapat protein (aktivator) yang menempel pada DNA


RNA pol

mRNA

ProteinRNA pol

Represor

RNA pol

Represor

Ligan

RNA pol

RNA pol

Represor

Ligan

+ ligan

Ekspresi

- ligan

Ekspresi

Gen “on”

Regulasi negatif


Regulasi positif

Gen “off”

Gen “off”

RNA pol

ligan

ligan

Gen “off”

+ ligan

- ligan

RNA pol


Operon

F. Jacob & J. Monod (nobel fisiologi & kedokteran 1965)• operon laktosa (penjelasan elemen pengontrol dalam

penggunaan laktosa)• Operon: sekelompok gen yang berdampingan yang

ditranskripsikan membentuk satu molekul tunggalmRNA

• Pengontrol transkripsi sebuah operon: operator


Jenis Operon

1. Operon indusibel (inducible): • Gen struktural dari operon selalu tidak diekspresikan,

transkripsi terjadi bila ada efektor• Efektor = inducer• Terjadi pada sintesis enzim katabolisme substrat yang

tidak selalu ada dalam media• Contoh: operon lac (laktosa), gal (galaktosa), ara

(arabinosa)

2. Operon represibel (repressible)• Gen struktural selalu diekspresikan, transkripsi berhenti

bila ada efektor• Efektor = ko-represor• Terjadi pada sintesis enzim yang terlibat dalam proses

biosintesis• Contoh: operon his (histidin), trp (triptofan)


Operon lac

P O lacZ lacY lacAlacI

Prot. regulator β-galaktosidase Protein M (galaktosidapermease)

Thiogalaktosidatransasetilase

laktosaeksternal

laktosaglukosagalaktosa +

Gen

mRNA

Protein (enzim)

gen regulator = lacIgen struktural = lacZ, lacY, lacAelemen pengontrol = promoter (P) dan operator (O)

membran sel


Regulasi lac

1. Operon di bawah kontrol negatif• Jika berinteraksi dengan protein regulator, transkripsi

dihambat• Protein regulator sebagai represor, disandi oleh lacI

2. Operon indusibel• Jika represor menempel pada operator, transkripsi

dihambat• Jika ada efektor, represor tidak mengikat operator,

maka gen=gen struktural ditranskripsikan


3. Operon lac di bawah kontrol positif• Jika berinteraksi dengan protein regulator CAP

(catabolite activator protein), laju transkripsimeningkat

• CAP memiliki kemiripan dengan CRP (cyclic AMP receptor protein)

• CAP menempel pada elemen pengontrol di dekatpromoter, menyebabkan laju transkripsi meningkatselama tingkat glukosa rendah. Meningkatnyakonsentrasi glukosa menyebabkan CAP lepas darielemen pengontrol, dan transkripsi lac menuruntajam


P O lacY lacAlacI lacZ

Prot. regulator

Gen

mRNA

Protein (enzim)


Jika ada glukosa

RNA pol

Operon lac


P O lacY lacAlacI lacZ

Prot. regulator β-galaktosidase Protein M (galaktosidaperemease)

Thiogalaktosidatransasetilase

Gen

mRNA

Protein (enzim)


laktosaeksternal

laktosaglukosagalaktosa +

membran sel

RNA pol

Jika ada laktosa

laktosa

Operon lac


E. coli tipe liarBila tidak ada laktosa (ada sumber C lain):β-gal, protein M, thiogalaktosatransasetilase rendah(1/1000 konsentrasi ketiga protein saat ada laktosa)

Bila ditambahkan laktosa:3-4 menit, ketiga protein tsb disintesis Laktosa sebagai inducer

Di sitoplasma:

Laktosaβ-gal

Allolaktosa + Represor Represor tidakmampu mengikatoperator

Operon lac diekspresikanKesimpulan:Allolaktosa adalah molekul efektor


Molekul efektor


Mutasi pada operon lacMutasi pada lacZ dan lacY operon tidak terinduksi laktosa

lacZ- β-gal tidak dihasilkan Laktosa tidak dapat diubahmenjadi allolaktosa

lacY- Protein M tidak dihasilkanLaktosa tidak dapatmasuk kedalam selIPTG dapat masuk & berinteraksi dg represor

lacI- ekspresi operon konstitutif (+/- Induser sintesis β-gal & prot M)Resesif: diploid parsial (WT x F’ lacI- lacZ+ WT)lacI-s ekspresi operon terjadi jika konsentrasi efektor sangat tinggis = super repressWT x F’ lacI-s lacZ+ mutan (tdk terbentuk β-gal)lacI-s= dominan thd lacIlacI-s lacZ+

F’ lacI+ lacZ+

lacI+ lacZ+

F’ lacI-s lacZ+= = mutan Produk lacI berdifusi,

pengaruhnya cis dan trans


lacI-d ekspresi operon konstitutif (+/- Induser sintesis β-gal & prot M)Dominan (d): diploid parsial (WT x F’ lacI-d lacZ+ mutan)Mirip lacI- sintesis konstitutif pada sel haploidMirip lacI-s dominan di dalam sel diploid parsial

Represor lac: tetramerUjung N dan C pengikatan pada operator; tengah pengikatan inducerlac-s: kehilangan kemampuan mengikat inducer (IPTG), kemampuanmengikat DNA normallac-d: kehilangan kemampuan mengikat DNA, kemampuan mengikatinducer normal

lacO lacZ lacYlacO lacZ lacY

X

F’ lacI-d F’ lacI-slacI+ lacI+

Hibrid tetramerHibridtetramer

Isopropiltiogalaktosida


Mutan lacI-d


Mutasi pada lacO

lacOc konstitutif; cis-dominan

lacO+ lacZ-

F’ lacc lacZ+Sintesis β-gal konstitutif

lacO+ lacZ+

F’ lacc lacZ-Sintesis β-gal memerlukan inducer

Represor lac mengenali jumlah nt kecil.Situs untuk represor tumpang-tindih dengan situs untuk RNA pol

Peran ganda DNA operator lacSel tidak terinduksi nt 1-21 berinteraksi dengan represorSel terinduksi ditranskripsikan menjadi “leader sequence”


Operon arabinosa


Operon Triptofan

Asase = Anthranilate synthetasePRTase = Phosphoribosyl transferaseIGPSase = Indol-3-glycerol phosphataseTsase = Tryptophan synthetase

Phosphoribosylanthranilic acid

Carboxyphenylamino-1-deoxyribose-5-phosphate


Tingkatan regulasi sintesis enzim yang terlibat dalam sintesis triptofan

1.Feedback inhibitionTidak melibatkan genProduk akhir (trp) menghambat enzim awal (Asase)

2.Regulasi operator-represorRegulasi pada tingkat gen:

trpO situs menempel represortrpR represor trp (108 aa) (tetramer)

Operon repressibleRepresor trp tidak mampu mengikat trpO aporepresortriptofan ko-represor

Gen-gen struktural

aporepresorProtein

Tidak ada triptofan Ada triptofan

+ trp


Leader-attenuator


Transkripsi leader-attenuator

Tidak ada triptofanTranskrip 162 nt (leader), RNA pol mentranskripsi trpE dst

Ada triptofanTranskrip 140 nt (leader), RNA pol tidak dapat mentranskripsi trpE dst


Operon Triptofan

Tidak ada triptofanTranskrip 162 nt(leader), RNA polmentranskripsi trpE dst

Ada triptofanTranskrip 140 nt(leader), RNA pol tidakdapat mentranskripsitrpE dst


Atenuasi

Transkrip RNA: 4 ulangan terbalik yang dapat saling berpasangan (1-2, 2-3, 3-4) membentuk jepit rambut


Attenuator

Transkrip RNA: 4 ulangan terbalik yang dapat saling berpasangan (1-2, 2-3, 3-4) membentuk jepit rambut

LeaderAUG AAA GCA AUU … UGG UGG CGC ACU UGA27 54 69Met Trp Stop


Attenuator


Operon his


Biosintesis Leucine


Biosintesis arginin


Kontrol translasiTerjadi setelah transkrip meninggalkan DNA cetakanMengatur laju inisiasi translasi, laju pembacaan mRNA, stabilitas mRNA

1. Efisiensi penempelan ribosomSemakin efisien, semakin banyak produk translasi (protein)

2. Penggunaan kodonPenggunaan kodon sinonim (kodon tidak populer, misalnya ser 6 kodon) produk rendah

3. Represi translasiprotein subunit besar ribosom L11Jika diambil dari larutan translasi terusjika over produksi translasi berhenti


Contoh proses pembentukan ribosom

Ribosom E. coli: 52 rprotein (disandi oleh 52 gen) + 3 rRNA (16S, 23S, 5S)Jika rRNA ada di sel, rprotein berasosiasi ribosom rproteindisintesis terusJika rRNA tidak ada di sel (rprotein banyak) --> rprotein mengikatmRNAnya translasi rprotein berhenti

Kemampuan rprotein mengikat rRNA dan mRNAKesamaan struktural situs penempelan rprotein pada rRNA dan mRNAKesamaan rRNA dan mRNA (sekuens nt, struktur sekunder)

rprotein lebih kuat mengikat rRNA darpada mRNA

rRNA mRNA16S, 23S, 5S

rproteinBerlebihan

hambat

ribosom

regulasi sintesis protein - ordinary words · pdf file4 elemen kunci dalam regulasi genetik...

Documents