EKSPRESI GEN TRANSKRIPSI & TRANSLASI

Transkripsi

1 EKSPRESI GEN TRANSKRIPSI & TRANSLASI Biologi Sel Dasar, BI-100A

2 Signal receptor sintesis protein? Receptor Glucocorticoid steroid adalah faktor transkripsi. (1) Glucocorticoid hormone bersifat lipophilic dan mudah berdifusi melalui membran ke sitosol. (2)Dalam sitosol, hormon berikatan dengan receptor sitosolic (3) Menyebabkan dilepaskannya protein inhibitor dari receptor. (4) receptor yang telah diaktifkan berdifusi ke dalam nucleus. (5) Dalam nucleus, kompleks receptor hormon berikatandengandaerahenhancer darigen steroid. (6)Transkripsi dari gen dimulai.

3 Ringkasan: ekspresi gen eukariot.

4 Central Dogma Informasi disampaikan dari gen (DNA) ke RNA (transkripsi), dan RNA dicopy keurutan asam amino (translasi) DNA RNA asam amino protein Kode Genetik : Francis Crick., 1961 Kode genetik umumnya berupa rangkaian informasi yang disebut codons, yang masingmasing berpasangan dengan asam amino yang mengkode suatu protein

5 TRANSKRIPSI : BAGAIMANA DIMULAI? Protein Regulator mengidentifikasi urutan specific pada DNA double helix, tanpa unwinding, kemudian terjadi insersi DNA-binding motifs ke dalam major groove dari double helix pada ujung basa-basa yang menonjol Protein Regulator berikatan dengan ujung pasangan basa yang terdedah pada major groove DNA. Umumnya mengandung motif struktural seperti helixturn-helix, homeodomain, zinc finger, leucine zipper.

6 Inisiasi : Terikatnya faktor transkripsi Pada eukariot, kontrol transkripsi pada gen yang besar disiasati dengan adanya tempat kontrol yang berjauhan pada chromosom, dengan cara ini banyak rangkaian regulator (promoter, activators & repressors) yang tersebar sekitar chromosome Contoh Promoter eukaryot. promoter untuk gen yang mengkode enzim thymidine kinase ini mengandung TATA box,tempat terikatnya faktor inisiasi, juga terdapat tiga urutan DNA yang mengarahkan terikatnya elemen lain ke kompleks transkripsi.

7 Model transcription bubble. DNA duplex membuka ketika memasuki komplex RNA polymerase dan menggulung kembali ketika melewatinya. Satu pita DNA berfungsi sebagai cetakan/template, dan dari cetakan ini tersusun rangkaian nucleotida dalam RNA template (mrna).

8 The structure of a human transcription complex. The transcription complex that positions RNA polymerase at the beginning of a human gene consists of four kinds of proteins. Basal factors (the green shapes at bottom of complex with letter names) are transcription factors that are essential for transcription but cannot by themselves increase or decrease its rate. They include the TATAbinding protein, the first of the basal factors to bind to the core promoter sequence. Coactivators (the tan shapes that form the bulk of the transcription complex,named according to their molecular weights) are transcription factors that link the basal factors with regulatory proteins called activators (the red shapes). The activators bind to enhancer sequences at other locations on the DNA. The interaction of individual basal factors with particular activator proteins is necessary for proper positioning of the polymerase, and the rate of transcription is regulated by the availability of these activators. When a second kind of regulatory protein called a repressor (the purple shape) binds to a so-called silencer sequence located adjacent to or overlapping an enhancer sequence, the corresponding activator that would normally have bound that enhancer is no longer able to do so. The activator is

9 Kontrol transkripsi pada expresi gen eukaryotes dapat terjadi, meskipun terdapat packing DNA dalam nucleosomes. Bagaimana enhancer bekerja? enhancer berada jauh dari gen yang sedang diatur. Terikatnya activator (merah) ke enhancer menyebabkan activator berinteraksi dengan factors transkripsi(hijau) yang berasosiasi dengan RNA polymerase, untuk kemudian mengaktivasi transkripsi. Factor Transkripsi dan enhancer memberikan flexibilitas yang besar untuk kontrol ekspresi gen pada eukaryot.

10 Capping & poly (A) tail

11 Processing/splicing : Bagaimana spliceosomes memproses RNA? Particle yang disebut snrnps mengandung snrna yang berinteraksi dengan ujung 5 dari intron. Beberapa snrnps membentuk spliceosome. Ketika intron membentuk loop, ujung 5 dipotong dan berikatan dengan sisi dekat ujung 3 dari intron. Intron membentuk larik yang diikuti pemotongan ujung 3, dan exons dipotong. Spliceosome kemudian terlepas dan intron, berupa mrna, terbentuk. Oleh sebab itu DNA dapat menjadi RNA berbeda.

12 TRANSLASI : Activating enzymes membaca kode genetik Inisiasi dimulai dengan pengenalan rangkaian AUG, kemudian mengenal dan berikatan dengan molekul trna pada anticodons untuk asam amino yang khusus, seperti ACC untuk tryptophan, dengan cara ini activating enzymes mengikatkan molecules trna ke asam amino tertentu, setelah itu baru fase pemanjangan (elongation) dengan cara pembacaan yang sama. Initiation SIGNAL START : AUG - Methionine elongation

13 Pada prokariot, proteins yang disebut faktor inisiasi memegang peran penting dalam menempatkan ribosomal subunit kecil dan N-formyl methionine (trnafmet), molekul pada awal mrna. Ketika trnafmet berada pada awal AUG codon dari mrna, ribosomal subunit besar berikatan dan membentuk sisi P, A, and E untuk tempat urutan molekul trna terikat pada ribosomes, dan synthesis polypeptida dimulai. Translokasi. Inisiasi trnafmet pada prokariot dan eukaryot terdapat pada sisi P, dan kemudian ketika molecule trna dengan anticodon complementar berhadapan dengan mrna codon untuk berikatan pada sisi A. fmet dipindahkan ke asam amino (Leu) yang baru datang, sejalan dengan bergeraknya ribosome dengan rangkaian tiga nucleotides ke kanan, sepanjang mrna. trnafmet pindah ke sisi E untuk keluar dari ribosom, rantai polipeptide bergerak ke sisi P, dan sisi A kembali terdedah dan siap untuk berikatan dengan asam amino-trna.

14 TERMINASI Terminasi dari protein sintesis. Tidak ada trna dengan anticodon complementar terhadap salah satu dari codons signal terminasi, seperti UAA, UAG, UGA nonsense codon ( Stop signals). Jadi ketika ribosom mengenal codon terminasi, proses translokasi terhenti. Factor tertentu memfasilitasi dilepaskannya rantai polypeptide dengan memutuskan ikatan covalent yang menghubungkan polypeptide ke sisi P- trna. Langkah pertama pada protein sintesis adalah pembentukan kompleks inisiasi. Setiap ribosome maju dan codon terekspose/ terdedah, maka trna dengan complementary anticodon terikat. Asam amino yang dibawa oleh tiap molekul trna ditambahkan diujungdarirantaipolypeptide.

15 Enam tahap pengontrolan ekspresi gen pada eukariot.

16 Overview dari protein sorting

17

18 TUGAS TERJEMAHAN Gene information is processed differently in prokaryotes and eukaryotes. (a) Bacterial genes are transcribed into mrna, which is translated immediately. Hence, the sequence of DNA nucleotides corresponds exactly to the sequence of amino acids in the encoded polypeptide. (b) Eukaryotic genes are typically different, containing long stretches of nucleotides called introns that do not correspond to amino acids within the encoded polypeptide. Introns are removed from the primary RNA transcript of the gene and a 5 cap and 3 poly-a tail are added before the mrna directs the synthesis of the polypeptide.

19 Differences between Bacterial and Eukaryotic GeneExpression 1. Most eukaryotic genes possess introns. With the exception of a few genes in the Archaebacteria, prokaryotic genes lack introns 2. Individual bacterial mrna molecules often contain transcripts of several genes. By placing genes with related functions on the same mrna, bacteria coordinate the regulation of those functions. Eukaryotic mrna molecules rarely contain transcripts of more than one gene. Regulation of eukaryotic gene expression is achieved in otherways 3. Because eukaryotes possess a nucleus, their mrna molecules must be completely formed and must pass across the nuclear membrane before they are translated. Bacteria, which lack nuclei, often begin translation of an mrna molecule before its transcription is completed. 4. In bacteria, translation begins at an AUG codon preceded by a special nucleotide sequence. In eukaryotic cells, mrna molecules are modified at the 5 leading end after transcription, adding a 5 cap, a methylated guanosine triphosphate. The cap initiates translation by binding the mrna, usually at the first AUG, to the small ribosomal unit. 5. Eukaryotic mrna molecules are modified before they are translated: introns are cut out, and the remaining exons are spliced together; a 5 cap is added; and a 3 poly-a tail consisting of some 200 adenine (A) nucleotides is added. These modifications can delay the destruction of the mrna by cellular enzymes. 6. The ribosomes of eukaryotes are a little larger than those of bacteria.

20 MILKING GOATS FOR DRUGS(ANTIBODIES)

21 Misteri dari Protein Folding Alzheimer's, Cystic fibrosis, & Mad Cow serta bentuk emphysema turunan, bahkan pada banyak jenis cancers Pada penyakit turunan amyloidotic polyneuropathy (FAP), saraf tepi dan organ lain rusak dengan adanya deposit dari amyloid-type protein. Penelitian genetik menunjukkan bahwa penyakit ini akibat mutasi pada protein transthyretin Kuncinya adalah menemukan molekul kecil, obat, yang dapat menstabilkan protein komplek atau mengganggu jalur yang mengacaukan jalur pelipatan (folding)protein yang salah. Folding and aggregation during protein renaturation. Correct folding reactions, leading to the native state(1,2). Irreversible aggregation reactions, starting from different conformations during the renaturation process(3,4)

22 Prions = proteinaceous infectious particles, cause a group of degenerative diseases Cause Creuzfeldt-jacob syndrome in human infections in brain loss of nervous tissue and the presence of calcified plaques in brain