EKSPRESI GEN Dyah Ayu Widyastuti
Ekspresi Gen • Gen sekuen DNA dengan panjang minimum tertentu
yang mengkode urutan lengkap asam amino suatu polipeptida, atau RNA (mRNA, tRNA, rRNA)
Ekspresi Gen • Enam tahapan kontrol ekspresi gen
From gene to protein
Ekspresi Gen
Replikasi DNA
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
Replikasi DNA • Pelipatgandaan molekul DNA
Replikasi DNA
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
Replikasi DNA
Replikasi DNA
• Transkripsi (DNA
RNA) berlangsung di nukleus • Translasi (RNA
protein) berlangsung di sitoplasma dan RE kasar
Transkripsi • Merupakan tahapan pembentukan/sintesis mRNA
(messager RNA) dari DNA template
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
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
Transkripsi
Penambahan Nukleotida pada Transkripsi
Pemasangan Basa (Base Pairing) saat Transkripsi
Replikasi vs. Transkripsi Seluruh untai DNA bereplikasi
Hanya segmen/fragmen pendek DNA yang ditranskripsi
Nukleotida ditambahkan pada salah
Nukleotida ditambahkan pada salah
satu ujung saja
satu ujung saja
DNA polimerase
RNA polimerase
A, T, G, C
A, U, G, C
A = T dan C = G
A = U; C = G; dan T = A
Double helix (double strand)
Single strand
Transkripsi
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’
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
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 (m7G) 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
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
Regulasi Pasca Transkripsi (Post-transcriptional Regulation) 3. RNA splicing
transkripsi
Gen (ekson & intron)
Pre-mRNA
Intron dipotong dari pre-mRNA
Mature mRNA
Ekson-ekson disambung
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)
Regulasi Pasca Transkripsi (Post-transcriptional Regulation)
…lanjutan
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
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
Kode Genetik
Kode Genetik
Translasi
Translasi • Komponen proses translasi
1. mRNA 2. ribosom 3. tRNA bersama dengan asam amino 4. enzim • Tahapan translasi: 1. Inisiasi 2. Elongasi 3. Terminasi
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
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
Terminasi • Stop kodon
bergerak menempatkan diri • Tidak ada tRNA yang membawa antikodon • Faktor rilis (release factors) berikatan dengan ribosom • mRNA dan polipeptida dilepaskan
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.
Transkripsi-Translasi
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
