EKSPRESI GEN. Dyah Ayu Widyastuti

Transkripsi

1 EKSPRESI GEN Dyah Ayu Widyastuti

2 Ekspresi Gen Gen sekuen DNA dengan panjang minimum tertentu yang mengkode urutan lengkap asam amino suatu polipeptida, atau RNA (mrna, trna, rrna)

3

4 Ekspresi Gen Enam tahapan kontrol ekspresi gen

5 From gene to protein

6 Ekspresi Gen

7 Replikasi DNA

8 Replikasi DNA Komponen 1. Template (DNA cetakan) 2. Origin of replication (ori) 3. Protein a. DnaA, DnaB, DnaC: mengenali ori dan memisahkan untai b. Rep protein, SSB (single-stranded binding) protein 4. Nukleotida: datp, dttp, dgtp, dctp 5. Enzim gyrase, helikase, primase, DNA polimerase, ligase

9 Replikasi DNA Pelipatgandaan molekul DNA

10 Replikasi DNA

11 Replikasi DNA Enzim yang berperan dalam replikasi DNA 1. Gyrase 2. Helikase 3. Primase 4. DNA polimerase 5. Ligase Terdapat 3 keluarga enzim DNA polimerase, yaitu DNA polimerase I, DNA polimerase II, dan DNA polimerase III

12 Replikasi DNA

13 Replikasi DNA

14 Transkripsi (DNA RNA) berlangsung di nukleus Translasi (RNA protein) berlangsung di sitoplasma dan RE kasar

15 Transkripsi Merupakan tahapan pembentukan/sintesis mrna (messager RNA) dari DNA template

16 Transkripsi Enzim yang berperan dalam transkripsi RNA polimerase 1. Pada Prokaryotik: hanya memiliki satu RNA polimerase sintesis mrna, r RNA, dan trna transkripsi dan translasi berpasangan 2. Pada Eukaryotik: memiliki tiga RNA polimerase a. RNA polimerase I: sintesis rrna b. RNA polimerase II: sintesis mrna c. RNA polimerase III: sintesis trna dan 5S rrna Pada organisme Eukaryotik, transkripsi dan translasi terjadi pada lokasi yang berbeda

17 Tahapan Transkripsi Inisiasi (Initiation) - pada ujung 5 gen - pengikatan RNA polimerase pada promotor - pemutusan molekul DNA Elongasi (Elongation) - penambahan nukleotida pada ujung 3 rantai pemanjangan (growing chain) - basa dipasangkan secara komplemen - sumber energi dari substrat NTP Terminasi (Termination) - pada ujung 3 gen

18

19 Transkripsi

20 Penambahan Nukleotida pada Transkripsi

21 Pemasangan Basa (Base Pairing) saat Transkripsi

22 Replikasi vs. Transkripsi Seluruh untai DNA bereplikasi Hanya segmen/fragmen pendek DNA yang ditranskripsi Nukleotida ditambahkan pada salah satu ujung saja DNA polimerase Nukleotida ditambahkan pada salah satu ujung saja RNA polimerase A, T, G, C A, U, G, C A = T dan C = G Double helix (double strand) A = U; C = G; dan T = A Single strand

23 Transkripsi

24 Contoh Terjemahkan DNA template di bawah ini menjadi mrna! 5 -GCTAATCTTGGATGCGTCAAGTCCCTAGCT-3 3 -CGATTAGAACCTACGCAGTTCAGGGATCGA-5 3 -TAGCGTTAGATCCGGTAATACGTGAGCCGTA-5 5 -ATCGCAATCTAGGCCATTATGCACTCGGCAT-3 5 -TCGTGCTGATAGCTAAGGCTCGGTATATCCG-3 3 -AGCACGACTATCGATTCCGAGCCATATAGGC-5

25 Regulasi Pasca Transkripsi (Post-transcriptional Regulation) Pada fase pasca transkripsi (post-transcriptional), terjadi beberapa proses yang unik pada Eukaryotik: 1. capping penambahan tudung (cap) pada ujung 5 mrna 2. poliadenilasi penambahan gugus poli-a pada ujung 3 mrna 3. RNA splicing pemotongan dan penyambungan RNA 4. RNA editing penyuntingan mrna

26 Regulasi Pasca Transkripsi (Post-transcriptional Regulation) 1. Capping metilasi (penambahan gugus metil), yang sebagian besar terakumulasi pada ujung 5 mrna Struktur ini kemudian dikenal sebagai tudung mrna (mrna cap), berupa molekul 7-metilguanosin (m 7 G) Fungsi mrna cap: 1. melindungi mrna dari degradasi 2. meningkatkan efisiensi translasi mrna 3. meningkatkan pengangkutan mrna dari nukleus ke sitoplasma 4. meningkatkan efisiensi proses splicing mrna

27 Regulasi Pasca Transkripsi (Post-transcriptional Regulation) 2. Poliadenilasi rantai poli-a ditambahkan pasca-transkripsi karena tidak ada bagian gen yang mengkode rangkaian A atau T semacam ini - penambahan dilakukan dengan menggunakan aktivitas enzim poli(a)-polimerase - fungsi poliadenilasi: meningkatkan stabilitas mrna sehingga mrna sehingga mrna mempunyai umur yang lebih panjang dibandingkan dengan mrna yang tidak memiliki poli-a

28 Regulasi Pasca Transkripsi (Post-transcriptional Regulation) 3. RNA splicing Gen (ekson & intron) transkripsi Pre-mRNA Intron dipotong dari pre-mrna Mature mrna Ekson-ekson disambung

29 Regulasi Pasca Transkripsi (Post-transcriptional Regulation 4. RNA editing misalnya terjadi pada sekuens mrna sitokrom oksidase III (COIII) Trypanosoma brucei sepanjang 731 nukleotida ditambahkan 407 uridine (U) melalui proses editing/penyuntingan penyuntingan selalu terjadi pada ujung 3 penyuntingan dilakukan oleh molekul RNA, yang disebut guide RNA (grna)

30 Regulasi Pasca Transkripsi (Post-transcriptional Regulation)

31 lanjutan

32

33 Translasi Proses pembacaan kodon dan menggabungkan asam amino melalui ikatan peptida mrna dibaca pada ribosom trna membawa asam amino ke ribosom Asam amino dikombinasi untuk membentuk protein

34 Translasi mrna ditranslasi di dalam ribosom dengan menggunakan trna sebagai molekul adaptor Sekuen nukleotida dibaca setiap 3 basa Setiap triplet atau 3 basa tersebut disebut kodon Setiap kodon mengkode asam amino Setiap asam amino bisa dikode oleh satu atau lebih kodon Sejumlah 64 kodon yang mungkin diekspresikan menjadi asam amino tertentu disebut kode genetik Kode genetik menghasilkan 20 asam amino yang berbeda

35 Kode Genetik

36

37 Kode Genetik

38 Translasi

39 Translasi Komponen proses translasi 1. mrna 2. ribosom 3. trna bersama dengan asam amino 4. enzim Tahapan translasi: 1. Inisiasi 2. Elongasi 3. Terminasi

40 Inisiasi trna inisiator berikatan dengan subunit kecil pada ribosom Subunit kecil/kompleks trna berikatan dengan mrna kemudian bergerak sepanjang sekuen tersebut menuju ke start kodon (AUG) Subunit besar pada ribosom bergabung pada kompleks yang telah terbentuk

41 Elongasi mrna melewati subunit ribosom (ribosomal subunit) trna menghantarkan asam amino ke sisi pengikatan ribosom (ribosomal binding site) sesuai dengan sekuen/urutan pada mrna Asam amino-asam amino berikatan dengan terbentuknya ikatan peptida

42 Terminasi Stop kodon bergerak menempatkan diri Tidak ada trna yang membawa antikodon Faktor rilis (release factors) berikatan dengan ribosom mrna dan polipeptida dilepaskan

43 Regulasi Pasca Translasi (Post-translational regulation) Proofreading merupakan sistem koreksi jika terjadi kesalahan dalam penggabungan aminoasil-trna pada ribosom Akurasi translasi ditentukan saat penambahan muatan pada trna (trna charging) dan saat aminoasil-trna melekat pada sisi A ribosom.

44 Transkripsi-Translasi

45 Produk Ekspresi Gen Hipotesa Garrod oleh Archibald E. Garrot: sebuah gen sebuah enzim sebuah gen mutan sebuah blok metabolisme Diubah oleh G. W. Beadle dan E. L. Tatum, menjadi: sebuah gen sebuah polipeptida Karena produk gen tidak selalu berupa protein fungsional (enzim), namun bisa juga berupa protein struktural Blok metabolisme, oleh Garrod dinamakan kesalahan metabolisme bawaan, contoh: albino

46