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

satu ujung saja

Nukleotida ditambahkan pada salah

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

Gen (ekson & intron) transkripsi

Pre-mRNA

Intron dipotong

dari pre-mRNA

Ekson-ekson

disambung Mature mRNA

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