AKTIVITAS GEN DAN PENGATURANNYA: SINTESIS PROTEIN dr. Arfianti, M.Biomed, M.Sc
Protein Working molecules of the cells Action and properties of cells Encoded by genes Gene: Unit of DNA that contain information to specify synthesis of single polipeptide chain or functional RNA (trna and rrna)
Gene expression Information encoded in gene is transformed to protein Gene products: protein and RNA
4 basic molecular genetic processes
MODIFIKASI POST TRANSKRIPSI RNA splicing DNA yang tidak mengkode protein (noncoding region=intron) dan bagian DNA yang mengkode protein (coding region=ekson). Proses pemotongan intron dan ekson yang ada digabungkan Capping (tudung) penambahan GTP pada 5 - end mrna melindungi RNA dari degradasi oleh enzim hidrolitik di dalam sitoplasma dan sebagai tempat awal perlekatan ribosom.
Poli A ujung 3 ditambahkan ekor poli A yang terdiri dari 30 sampai 200 nukleotida adenin yang fungsinya sama seperti capping.
KODE GENETIKA Sintesis protein KODE GENETIK yang terdapat pada mrna 64 triplet nukleotida kodon Setiap kodon menyandi salah satu dari 20 asam amino Satu asam amino >1 kodon. AUG: START CODON/Met UAA, UAG dan UGA : STOP CODON
TRANSLASI penerjemahan kode genetik pada mrna protein 3 types of RNA: mrna: membawa informasi genetik dalam bentuk kodon trna: bertugas menterjemahkan dan mentransfer asam-asam amino yang sesuai dengan kodon rrna: bergabung dengan suatu kompleks protein membentuk ribosom, katalisis proses sintesis polipeptida
Aminoacyl-tRNA synthetase menggabungkan asam amino dengan trna yang sesuai 20 macam enzim ini di dalam sitoplasma.
RIBOSOM terdiri atas subunit besar dan subunit kecil protein-protein dan rrna mempunyai 3 tempat untuk pengikatan trna: P-site (trna peptidil): tempat pengikatan trna yang membawa rantai polipeptid yang sedang tumbuh. A-site (trna-aminoasil): tempat pengikatan trna yang membawa asam amino yang berikutnya akan ditambahkan pada rantai polipeptida. E-site (trna-elongasi): trna yang tidak lagi mengandung asam amino meninggalkan ribosom melalui E-site.
Ribosom
Inisiasi Elongasi Terminasi TAHAPAN PROSES TRANSLASI
MODIFIKASI POST-TRANSLASI Folding (pelipatan) konformasi spesifik Asetilasi, glikosilasi, fosforilasi, hidroksilasi Pemisahan satu atau lebih asam amino pada ujung amino rantai polipeptida Pembelahan rantai polipeptida menjadi dua atau lebih potongan. Contoh insulin Bergabung dengan rantai polipeptida lainnya Perubahan modifikasi protein penyakit (c: Alzheimer s)
PENGATURAN AKTIVITAS GEN
Ciri organisme kemampuan untuk beradaptasi terhadap perubahan survive pengaturan aktivitas gen Pengaturan metabolisme Kontrol metabolisme: 1. Mengatur jumlah enzim spesifik mengatur ekspresi suatu gen 2. Mengatur aktivitas katalitik dari enzim yang sudah ada
Prekursor Gen 1 Enzim 1 Gen 2 Enzim 2 Gen 3 Enzim 3 Triptofan
PENGATURAN AKTIVITAS GEN 2 katagori enzim: PROKARIOT 1.Enzim yang tidak diregulasi enzim konstitutif 2.Enzim tergantung kepada metabolit yang spesifik, misalnya substrat dapat diregulasi.
Pengaturan aktivitas gen bakteri Francois Jacob dan Jacques Monod (1961) sistem operon. Operon sekelompok gen yang berhubungan erat dan terlibat dalam sintesis sekelompok protein yang terlibat dalam biosintesis suatu asam amino
System operon terdiri dari: 1.Gen pengontrol gen operator dan promoter Gen operator menentukan akses RNA polimerase ke gen struktur. Gen promoter tempat inisiasi transkripsi 2.Gen struktur adalah gen yang akan ditranskripsi dan ditranslasi menghasilkan protein sesuai dengan fungsi gen tersebut.
Lac-operon: operon indusibel Produksi energi dari -galaktosidase -galaktosidase memecah laktosa glukosa dan galaktosa. Gen struktur gen z ( -galaktosidase), gen y (permease) dan gen a (transasetilase). Gen pengatur (gen i) protein represor operon indusibel jalur katabolik enzimenzim diproduksi hanya jika nutriennya tersedia maka dapat dihindarkan pembuatan protein yang tidak diperlukan.
Trp operon: operon represibel E. coli mensintesis triptofan dari sebuah molekul precursor melalui beberapa tahap reaksi. Seluruh enzim yang diperlukan untuk sintesis triptofan dikelompokkan menjadi satu di dalam kromosom. Satu promoter bekerja untuk seluruh gen yang menyandi enzim tersebut, membentuk unit transkripsi. Operon represibel jalur anabolic, jika triptofan dalam sel kadarnya >> mekanisme umpan balik
trp-operon dan lac-operon kontrol negatif aktivitas gen operon diubah menjadi off oleh protein repressor yang aktif kontrol positif jika protein activator berinteraksi langsung dengan gen operator menyebabkan operon menjadi on.
PENGATURAN AKTIVITAS GEN EUKARIOT Lebih kompleks Struktur gen eukariot yang lebih kompleks Organisme multiseluler diferensiasi Diferensiasi spesialisasi dari struktur dan fungsi sel selama periode perkembangan suatu organisme. Pengaturan aktivitas gen eukariot setiap langkah dalam jalur dari gen sampai protein fungsional.
Kromosom eukariot DNA 2 X 10 8 nt 6 cm ribuan kali lebih panjang dari diameter nucleus. Seluruh DNA dalam 46 kromosom dapat masuk ke dalam nucleus melalui system pengemasan DNA yang kompleks.
DNA dikemas dengan protein histon nukleosom H1, H2A, H2B, H3 dan H4. Nukleosom DNA dan 2 molekul histon (dari H2A, H2B, H3 dan H4) H1 benang kromatin 30 nm protein non-histon melipat kromosom Proses replikasi dan transkripsi DNA dalam kromosom baru bisa terjadi jika protein histon dan non-histon melepaskan diri dari DNA.
Kromosom dg miskroskop elektron: Heterokromatin lebih padat/gelap gen tidak aktif Eukromatin lebih terang gen aktif
Pengaturan aktivitas gen eukariot dapat terjadi melalui: Modifikasi struktur kromatin Inisiasi transkripsi Modifikasi post transkripsi Kontrol translasi Modifikasi post translasi
Modifikasi kromatin Metilasi DNA penempelan gugus metil (-CH 3 ) pada basa DNA (citosin) tidak aktif demetilasi inaktif menjadi aktif. Contohnya salah satu kromosom X-nya banyak memiliki gugus metil sehingga biasanya salah satu kromosom X tersebut tidak aktif. Asetilasi histon penempelan gugus asetil (- COCH 3 ) pada asam amino tertentu dari protein histon ikatannya terhadap DNA menjadi melonggar mempermudah akses factor transkripsi
Kontrol transkripsi Struktur gen eukariot, terdiri dari: o Ekson o Intron o Elemen kontrol inisiasi transkripsi: Promoter Enhancer terletak jauh dari gen yang dikontrolnya Faktor transkripsi yang berinteraksi dg enhancer dan menstimulasi transkripsi activator inhibisi transkripsi disebut repressor.
Kontrol modifikasi post transkripsi Alternatif splicing: beberapa molekul mrna mature dihasilkan dari 1 molekul pre-mrna Pengaturan degradasi mrna Molekul mrna sel prokariot umur pendek didegradasi oleh enzim di dalam sitoplasma dalam beberapa menit. mrna sel eukariot bisa berjam-jam, berhari-hari atau bahkan bermingguminggu
Kontrol translasi Kontrol inisiasi translasi penempelan subunit kecil ribosom dan trna inisiator. Translasi dapat dihambat apabila suatu protein regulator mengikatkan diri pada ujung 5 mrna mencegah penempelan ribosom Contoh: sel telur banyak menyimpan mrna di sitoplasmanya yang tidak ditranslasi sampai tepat sesudah fertilisasi.
Kontrol modifikasi post translasi Modifikasi protein dan transport protein ke sel sasaran kontrol ekspresi gen. Protein umur yang terbatas degradasi. Protein siklin siklus sel umur yang relatif pendek agar berfungsi dengan baik Mutasi gen siklin protein tidak didegradasi kanker.