1. SINTESA PROTEIN
Sintesa protein (ekspresi gen) Merupakan proses dimana DNA mengekspresikan gen nya Secara umum melibatkan dua tahap yaitu TRANSKRIPSI dan TRANSLASI
Pada eukaryot, pengendalian ekspresi gen terdiri dari tahapan-tahapan : a. Pengendalian transkripsi b. Pengendalian processing c. Pengendalian transport d. Pengendalian translasi e. Pengendalian degradasi f. Pengendalian aktifitas protein
Sebagian besar tahapan-tahapan kunci pada ekspresi gen sel-sel eukariot dapat diatur.
Signal Chromatin
NUCLEUS DNA
Gene available for transcription
Gene Transcription RNA
Primary transcript
Exon Intron
RNA processing Cap
PENGENDALIAN EKSPRESI GEN PADA EUKARIOT
Chromatin modification: DNA unpacking involving histone acetylation and DNA demethlation
Tail mRNA in nucleus Transport to cytoplasm
mRNA in cytoplasm
CYTOPLASM
Degradation of mRNA Translation Polypetide
Cleavage Chemical modification Transport to cellular destination
Active protein
Degradation of protein
Degraded protein
Prinsip Dasar dari Transkripsi dan Translasi Transkripsi – Adalah sintesa RNA dibawah arahan DNA – Menghasilkan messenger RNA (mRNA)
Translasi – Adalah sintesa polipeptida yang terjadi dibawah arahan mRNA – Terjadi di Ribosom
TRANSKRIPSI
TRANSKRIPSI (disebut juga sebagai sintesa RNA) merupakan transkripsi genom atau penyalinan DNA menjadi RNA
Merupakan tahap awal dari ekspresi gen. Gen biasanya diatur pada tahap transkripsi Karena setiap gen hanya mengendalikan satu protein, maka dianggap hanya satu untai RNA yg dibuat.
Transkripsi diatur oleh enzim RNA polimerase. RNA polimerase menghubungkan nukleotida-nukleotida dengan mengkatalisis pembentukan ikatan fosfodiester internukleotida. RNA polimerase dlm membuat RNA menggunakan DNA untai tunggal. Sintesis RNA terjadi satu arah yaitu hanya dari arah 5’3’
Pada Prokariot – Transkripsi dan Translasi terjadi secara bersamaan
TRANSCRIPTION
DNA
mRNA Ribosome TRANSLATION
Polypeptide
Figure 17.3a
(a) Prokaryotic cell. In a cell lacking a nucleus, mRNA produced by transcription is immediately translated without additional processing.
Transkripsi pada Prokariot berlangsung dalam 3 tahap 1. Inisiasi 2. Elongasi 3. Terminasi
INISIASI • S subunit RNA polimerase mengikat promotor
RNA Polimerase pada Bakteri • RNA Polimerase pd bakteri mempunyai struktur subunit yg amat kompleks. • Bentuk aktifnya adalah holoenzim dan mengandung 5 rantai polipeptida yg tdk sama, yaitu ’, , , , dan . • Setiap rantai bersifat spesifik dan ada pd satu molekul aktif, kecuali muncul dua kali shg menghasilkan kompleks holoenzim (’2). • Sub unit mrpk tempat pelekatan bbrp antibiotik (Contoh Rifamicin dan Streptoligidin) sehingga jika terjadi kompleks tsb maka pemanjangan rantai RNA akan dihambat. • RNA polimerase secara enzimatis berfungsi mulai dari inisiasi, pemanjangan dan sampai terminasi rantai RNA.
Subunit RNA polimerase dan faktor transkripsi pd E. coli Jml dlm enzim
Fungsi
Sub unit RNA Polimerase: 1. β’ (Beta’)
1
Pengikat DNA
2. Β (Beta)
1
Tempat katalisis bagi polimerisasi RNA
3. σ (Sigma)
1
Pengenal promoter atau inisiasi (mengawali)
4. α (Alfa)
2
?
5. ω(Omega)
1
?
1. ρ (RHO)
6
Terminasi
2. Nus a
1
Pemanjangan dan terminasi
Faktor transkripsi:
Inisiasi, Pemanjangan dan Terminasi Transkripsi • Sub unit (sigma) berfungsi utk pengenal sinyal awal sepanjang molekul DNA yang disebut dengan promoter. • DNA dibuka dan dililitkan kembali oleh RNA polimerase. • RNA polimerase membuka DNA dan langsung melakukan pemanjangan rantai RNA. • Bgn awal rantai RNA yg sedang tumbuh masih merupakan hibrid RNA-DNA sepanjang 12 pasangan basa dan kemudian berakhir jika rantai rantai RNA meninggalkan DNA ”template”. • Stl itu, 2 untai DNA melilit kembali menjadi heliks ganda pd terminator. • Pd terminator, RNA polimerase dan RNA dilepaskan dari kompleks enzim – DNA – RNA.
Protein Regulator • Pada E. coli, regulasi transkripsi sering dikendalikan oleh protein yg mengikat pd promoter. • Kehadiran protein regulator dpt meningkatkan atau menghambat laju sintesis RNA. • Protein tsb dapat sebagai aktivator atau represor. • Kedua protein tersebut dihasilkan oleh gen regulator. – Protein aktivator akan berikatan dg promoter yg sifatnya merangsang aktivitas RNA polimerase shg inisiasi transkripsi dpt berlangsung. – Protein represor akan berikatan dg promoter yg sifatnya menghambat pelekatan RNA polimerase pd promoter shg menghambat inisiasi transkripsi.
Transkripsi pada Eukariot berlangsung dalam 4 tahap 1. Inisiasi 2. Elongasi/Pemanjangan 3. Terminasi 4. Pemprosesan Pre-mRNA (molekul hnRNA ) 1. 2. 3. 4. 5.
Penutupan (capping) pd ujung 5’ Pemotongan 3’UTR Poliadenilasi atau penambahan poly (A) ke ujung 3’ Pemotongan (splicing) intron mRNA dibawa ke Retikulum Endoplasma kasar
Pada Eukariot – RNA transkrip dimodifikasi sebelum menjadi mRNA
Nuclear envelope
DNA
TRANSCRIPTION
Pre-mRNA
RNA PROCESSING
mRNA
Ribosome TRANSLATION Polypeptide
Figure 17.3b
(b) Eukaryotic cell. The nucleus provides a separate compartment for transcription. The original RNA transcript, called pre-mRNA, is processed in various ways before leaving the nucleus as mRNA.
RNA Polimerase pada Eukariot •
Sintesa RNA pd sel eukariot dilaksanakan oleh tiga jenis RNA polimerase yaitu: 1. RNA polimerase I; berfungsi utk membuat rRNA 2. RNA polimerase II; berfungsi utk membuat mRNA 3. RNA polimerase III; berfungsi membuat tRNA, rRNA 5S dan bbrp molekul kecil rRNA lainnya
Pemprosesan RNA pd Eukariot
Sintesa RNA pd Eukariot dimulai dlm nukleoplasma Pd transkripsi awal dihasilkan heteronuclear RNA (hnRNA) Pada hnRNA memiliki bbrp nukleotida yg dibutuhkan utk sintesis protein yg dsbt ekson dan bbrp nukleotida yg tdk dibutuhkan utk sintesis protein yg dsbt intron Disamping itu mempunyai ujung 5’ dan 3’ yg tdk dibutuhkan utk sintesa protein Pemprosesan molekul hnRNA melibatkan: 1. Penutupan (capping) pd ujung 5’ 2. Pemotongan 3’UTR 3. Poliadenilasi atau penambahan poly (A) ke ujung 3’ 4. Pemotongan (splicing) intron 5. mRNA dibawa ke Retikulum Endoplasma kasar
Capping • •
Pd ujung 5’ dr hnRNA ditambahkan residu 7metil guanosin Struktur ujung 5’ yg tlh ditutupi ini berfungsi utk: 1. Melindungi pre mRNA dr degradasi eksonuklease 2. Terlibat dlm pelekatan ke sub unit ribosom 40S
Poliadenilasi • •
Penambahan residu2 adenosin atau poly(A) ke ujung 3’ dari hnRNA Ujung poly (A) berfungsi untuk: 1. Melindungi pre mRNA dr degradasi ribonuklease (RNase) 2. Transport mRNA dari inti ke sitoplasma
Splicing RNA Kejadian awal pemotongan (splicing) intron dari pre mRNA melibatkan ribonukleoprotein Pemotongan berlangsung 2 thp: 1. Pre mRNA dipotong pd ujung 5’ dr intron dan ikatan 5’-2’ fosfodiester dibentuk antara ujung 5’ intron yg bebas dg 2-OH dr residu intron dekat tempat pemotongan 3’ intron 2. Ujung 3’ intron dipotong dan dilepaskan, selanjutnya dua intron dihancurkan
Ekson akan ditransfer ke sitoplasma, sedangkan intron tinggal dlm nukleoplasma yg kemudian akan didegradasi oleh RNase
Selama Transkripsi: Gen menentukan urutan basa-basa di sepanjang molekul mRNA
Gene 2
DNA molecule
Gene 1 Gene 3
DNA strand 3 (template)
A C C A A A C C G A G T
5
TRANSCRIPTION
mRNA
U G G U U U G G C U C A
5
Codon TRANSLATION
Protein
Figure 17.4
Trp Amino acid
Phe
Gly
Ser
3
