Regulation of Gene Expression (CAB)

Ekspresi gen adalah suatu proses biologis seperti transkripsi dan translasi yang akan menghasilkan suatu produk dari gen, dan hanya dilakukan sewaktu dibutuhkan saja (ga buang-buang tenaga)Regulasi ekspresi gen:

Penjelasan : Replikasi DNA itu proses duplikasi DNA dibantu DNA polymerase.Transkripsi itu pembentukan mRNA dg menggunakan DNA sbg template. Kalau mRNA didegradasi (reverse transcription) nanti jadi DNA lagi. Tranlasi itu membentuk rangkaian asam amino dg mRNA sbg template, terus asam amino dirangkai jadi protein. Tapi kalau protein didegradasi, itu ga akan bisa jadi mRNA, tapi protein inaktif aja. Yg bisa kita tau itu cuma asam amino apa aja yg nyusun, dg tau asam aminonya, kita jadi tau sekuens mRNAnya Bingung? Podho.

Macam-macam gen dalam regulasi ekspresi: Konstitutif : gen yg selalu diekspresikan di semua kondisi (selalu

dibutuhkan) Inducible : gen yg diekspresikan hanya jika ada induktor (faktor penginduksi) Repressible : gen yg tidak diekspresikan bila ada repressor (faktor respresi)

Mekanisme pada Ekspresi gen konstitutif : Upregulated : produk ekspresi gen konstitutif yg dihasilkan lebih banyak dari

yg seharusnya dihasilkan dalam kondisi normal. Downregulated : ekspresi gen konstitutif diatur biar lebih sedikit dari kondisi

normal

Housekeeping gen : gen yg diproduksi secara konstitutif, umumnya digunakan sbg enzim dalam central metabolic pathways.

Modulator Transkripsi : Specificity factor : sbg promotor (tempat) penempelan RNA polimerase ke

gen. Contoh : factor ( 70 dan 32) dan TBPs.Promotor standard pada housekeeping gene : dikenali 70

Promotor heatshock pada heatshock gene: dikenali 32

Repressor : memediasi/memerantarai regulasi gen negatif (penonaktifan) dg cara menghambat pertemuan RNA polimerase dengan promotor. Repressor butuh efector untuk berfungsi.

Activator : memerantarai regulasi positif (proses ekspresi gen) dg cara memerantarai penempelan RNA polimerase ke promotor.

Perbedaan ekspresi gen di eukariot dan prokariot Prokariota : dalam satu sekuens gen, ada banyak gen yg diekspresikan dalam

waktu yg bersamaan (polycistronic) Eukariota : dalam satu sekuens gen, hanya satu gen yang diekspresikan

dalam satu waktu (monocistronic)

Operons : suatu gen yg terdiri atas promotor dan sekuens gen lain yg berdekatan dimana produk ekspresinya memiliki fungsi yang saling bergantungan. Umumnya berisi 2-6 gen (bisa sampe 20), diekspresikan secara polycistronic, jadi kebanyakan ada di sel prokariota.CONTOH :

Lactose (lac) operonRegulasinya : mengekspresikan enzim betagalactosidase (hanya ketika ada laktosa saja!) untuk memecah laktosa menjadi glukosa dan galaktosa.

Lac Z : penyandi betagalactosidase Lac A : penyandi thiogalactidase transacetylase Lac Y : penyandi galactosidase permease Lac I : produksi lac repressor yg diekspresikan ketika tidak ada laktosa untuk

menghambat ikatan RNA polimerase dengan promotor lac operon (P) Pi : promotor buat Lac I (kalau RNA polimerase nempel disini, lac repressor

diekspresikan) P : promotor Lac operon (kalau RNA polimerase nempel disini,

betagalactosidase diekspresikan) Q1 :operator (tempat nempel RNA pol) Q2 dan Q3 : pseudo operator

Tapi lac operon juga punya inducer, yaitu ALLOLACTOSAYaitu produk turunan dari laktosa yang dipecah oleh enzim betagalactosidase kalau fungsinya sudah tidak diperlukan.Regulasinya : Allolactosa menempel pada repressor yg dihasilkan lac I agar repressor lepas

dari promotor (P) dan RNA polimerase bisa nempel di promotor (P) dan ekspresi lac operon menghasilkan betagalactosidase berlangsung trus proses pemecahan laktosa berlangsung sampai laktosa habis.

Kalau sudah selesai (laktosa habis), allolactosa akan lepas dari promotor (P) dan dimetabolisme oleh betagalactosidase sehingga repressor bisa kembali menempel pada promotor (P) dan menghentikan proses ekspresi.

Kalau kondisinya ada laktosa dan glukosa juga, apakah ekspresi lac operon masih terjadi?Tidak! Karena walaupun ada laktosa, ternyata glukosa akan menghambat proses metabolisme laktosa dengan ara menghambat enzim adenylate cyclase yg memproduksi cAMP yg gunanya untuk mengaktivasi/mengikat CAP yg fungsinya unt menstimulasi penempelan RNA polimerase dg promotor (P).

Skemanya : High glucose -> low cAMP -> low kompleks CAP-cAMP -> low transcription -> lactose not used.

Control of Gene Expression

Kenapa dikontrol? Karena ada beberapa macam gen yg selalu diekspresikan setiap waktu (housekeeping gene), jadi kan buang-buang energi dan malah bisa ganggu status sel.

Regulasi sel eukariot kalo Prokariot kan: respon ke stimulus eksternal (ex: makanan, enzim)

nah kalo Eukariot : respon ke stimulus eksternal dan internal juga (ex: hormon yg diproduksi sel, growth factor)

Eukariot : dalam satu sekuens gen, hanya satu gen yang diekspresikan dalam satu waktu

Eukariot : satu sel spesifik hanya mengekspresikan gen tertentu.

Cara mengontrol jumlah produk dari ekspresi gen :1. Laju transkripsi : makin cepat mRNA dibentuk, makin cepat produk

terbentuk, jadi kudu dihambat.2. Degradation mRNA : kalau mRNA cepat didegradasi, produk yg dihasilkan

makin sedikit.3. Processing mRNA : kalau dihambat dan makin lambat kan produknya jadi

makin sedikit.4. Laju Translasi : kalau dihambat ya makin sedikit produknya.

Titik berat ekspresi gen : ada di transkripsi, karena apabila ada kesalahan dapat langsung direpair karena belum terbentuk protein dan energi yg digunakan belum terlalu banyak.

Gene Expression in Bacteria

LAC OPERON : Bakteri itu punya operon, contohnya lac operon (ada di hal atas). Biar efisien, lac operon hanya diekspresikan bila ada laktosa, alasannya sama: biar ga buang-buang energi

Mekanismenya :1. Transkripsi rendah bila tidak ada laktosa

Lac I produksi repressor buat nempel di promotor gen. Repressor itu akan menghambat penempelan RNA polimerase di promotor gen.

2. Transkripsi meningkat bila ada laktosa Allolactosa akan menempel pada repressor biar dia lepas dari promotor.

Karena promotor uda bebas hambatan, maka RNA polimerase bisa nempel dan transkripsi terjadi.

3. Transkripsi berhenti waktu laktosa sudah habis

Kalau sudah habis, allolactosa sendiri akan dimetabolisme oleh betagalaktosa sehingga repressor bebas kembali menempel di promotor.

4. Transkripsi menurun bila ada laktosa dan glukosa Glukosa akan menghambat kerja enzim adenylate cyclase yg memproduksi

cAMP. (baca skema di halaman atas)

GEN HUMAN METALLOTHIONEIN : melindungi dari efek paparan logam berat.

Punya 4 tipe upstream site : TATA Box : sbg promotor atau tempat dimana RNA polimerase menempel

pada gen. Upstream Promotor Elements (UPEs) : berupa GC box atau CAAT box yg

akan mengikat protein yg mengaktivasi trasnskripsi. Enhancer : aktivator dari transkripsi, lebih panjang dari UPEs Transient Response Element : aktivator transkripsi dalam rentang waktu

tertentu. Pada gen metallothionein, logam berat akan membentuk kompleks dg protein sehingga mereka bisa berikatan dg metal response element. Ikatan ini akan memulai pengekspresian dari gen metallothionein.

CONTOH Motif Ikatan DNA (DNA binding protein) : Helix turn helix

Homeodomain 20 asam amino Punya 2 alpha helix pendek Punya DNA recognition helix Glycine sbg helix breaker Recognition helix dg alpha helix 2 membentuk sudut 90o

Zinc Fingers Ex : Cys4, Cys2, Hys2 zinc finger Tidak berinteraksi dg DNA, tapi dg RNA Dalam satu baris terdapat banyak zinc finger

Basics domain Ex : leucine zipper factor (bZIP), Basic helix-loop-helix (bHLH) regio dasar yg berikatan dg DNA umumnya berperan sbg dimer atau multimer struktur alpha helix berupa coiled-coil salah satu sisi helix punya residu hydrophobic (Leucine) contoh leucine zipper : Jun dan Fos