Post on 26-Dec-2015
description
Regulasi Ekspresi Gen
Pendahuluan
• Apa itu gen?
• Apa pengertian dari ekspresi gen?
• Kapan gen diekspresikan?
• Mengapa ekspresi gen harus dikendalikan?
Gen
Ekspresi Gen
Proses transformasi atau pengubahan informasi genetik melalui serangkaian tahapan transkripsi dan translasi untuk membentuk suatu protein.
Gen diekspresikan ketika...
Gen diekspresikan pada kondisi tertentu, misal pada medium pertumbuhan bakteri E.coli terdapat glukosa dan laktosa, maka yang lebih dulu aktif adalah sistem ekpresi gen atau gen-gen yang bertanggung jawab terhadap metabolisme glukosa. Sedangkan sistem ekspresi gen yang bertanggung jawab terhadap metabolisme laktosa baru akan aktif setelah metabolisme glukosa selesai.
Ekspresi gen harus dikendalikan karena...
Agar tercipta sistem efisiensi selular.
Secara umum, baik prokaryot maupun eukaryot ada 2 sistem pengaktifan ekspresi gen, yaitu ekspresi gen secara konstitutif
dan ekspresi gen secara induktif.
Pengendalian Ekspresi Gen
Prokaryot Eukaryot
• Ekspresi gen secara konstitutif berarti gen selalu diekspresikan dalam keadaan apapun. Kelompok gen yang diekspresikan secara konstitutif pada umumnya kelompok gen yang bertanggung jawab terhadap metabolisme dasar, misal metabolisme energi dan sintesis komponen selular.
• Ekspresi gen secara induktif berarti gen diekpresikan jika ada keadaan yang memungkinkan atau ada proses induksi (misal pada sistem efisiensi selular)
OperonDi dalam sel prokaryot, ada beberapa gen struktural yang diekspresikan secara bersama-sama dengan menggunakan promoter yang sama.
Kelompok gen tersebut dinamakan “operon”
Pada eukaryot, sistem organisasi operon tidak ada.
Pengendalian gen atau operon melibatkan aktivitas suatu gen regulator.
Pengendalian positif operon dapat diaktifkan oleh produk ekspresi gen regulator (aktivator)Pengendalian negatif operon dapat dinonaktifkan oleh produk ekspresi gen regulator (represor)
Pengendalian positif membutuhkan protein untuk terjadinya transkripsi, sedangkan pengendalian negatif membutuhkan protein untuk menghambat terjadinya transkripsi.
Sistem Pengendalian Ekspresi Gen
Pengendalian Positif
Pengendalian Negatif
• Aktivator atau represor bekerja dengan cara menempel pada sisi pengikatan protein regulator pada daerah promoter gen yang diaturnya.
• Pengikatan aktivator/represor ditentukan oleh keberadaan molekul efektor (ex : asam amino, glukosa, metabolit)Molekul efektor yang mengaktifkan ekspresi gen induserMolekul efektor yang menekan ekspresi gen represor
Gen represor
daerah promotor daerah
operator
Promotor represor
• Pengendalian positif maupun negatif dapat dibedakan lagi menjadi :
1. Sistem yang dapat diinduksi (inducible system)
2. Sistem yang dapat ditekan (repressible system)
Sistem Induksi dan Represi pada Prokaryot
• Regulasi negatif pada sistem ekspresi gen prokaryot
• Regulasi positif pada sistem ekspresi gen prokaryot
Operon Laktosa (lac)• Sistem operon lac sistem
pengendalian ekspresi gen yang bertanggung jawab dalam metabolisme laktosa.
• Operon lac terdiri atas tiga macam gen struktural yang mengkode tiga macam enzim yaitu, gen lacZ (mengkode enzim β–galaktosidase), gen lacY (mengkode permease galaktosida) dan gen lacA (mengkode trans-asetilase thiogalaktosida ). Ketiga macam gen tersebut diatur ekspresinya oleh satu promoter yang sama dan menghasilkan satu mRNA yang bersifat polisistronik.
• Enzim β–galaktosidase enzim utama untuk memotong ikatan β–galaktosida sehingga dihasilkan 2 monosakarida yaitu glukosa dan galaktosa)
• Enzim permease galaktosida enzim yang berperan dalam pengangkutan dari luar ke dalam sel
• Enzim trans-asetilase thiogalaktosida peranan dalam metabolisme laktosa belum diketahui secara pasti.
Pengendalian Negatif Operon Lac
Proses pengaktifan operon laktosa = proses induksi
Operon lac: represor
• Kontrol negatif: bila represor terikat DNA (operator), tidak terjadi transkripsi– Tidak ada laktosa → represor terikat operator → tidak terjadi
transkripsi– Ada laktosa → laktosa terikat represor → represor tidak
dapat terikat operator → transkripsi
Operon lac:
aktivator
• Kontrol positif: bila aktivator terikat DNA, baru terjadi transkripsi– Tidak ada glukosa → ATP menjadi cAMP→ cAMP terikat CAP
(catabolite activator protein) →CAP terikat DNA →transkripsi– Ada glukosa → CAP tidak dapat terikat DNA → tidak terjadi
transkripsi
Pengendalian Positif Operon Lac
Pengendalian Operon Lainnya pada E.coli
• Selain pengendalian operon laktosa (operan lac) , terdapat pula pengendalian operon triptofan ; operon arabinosa ; dan operon galaktosa.
Pengendalian Ekspresi Gen pada Eukaryot
25
Pengendalian ekspresi genetik dapat ditinjau dari 3
sisi, yaitu :
1) sinyal pengendali ekspresi;
2) level pengendalian ekspresi;
3) mekanisme pengendalian Sinyal pengendali ekspresi meliputi semua molekul
yang berperanan dalam proses pengendalian
ekspresi, misalnya faktor transkripsi dan protein
regulator khusus Level pengendalian ekspresi terjadi pada tahapan :
a) inisiasi transkripsi dan perpanjangan transkrip;
b) pengakhiran (terminasi) transkripsi;
c) pengendalian pasca-transkripsi dan
d) pengendalian selama proses translasi dan pasca
translasi
26
27
Mekanisme pengendalian ekspresi membahas proses
rinci pengendalian ekspresi genetik yang meliputi
interaksi antar sinyal pengendali ekspresi
Sinyal pengendali ekspresi genetik pada eukariot
Proses ekspresi genetik pada eukariot diatur oleh
banyak molekul yang berinteraksi secara spesifik
Interaksi antar molekul tersebut dapat terjadi
melalui ikatan antara DNA dengan protein,
protein dengan protein maupun protein dengan
molekul lain, misalnya hormon
28
Sinyal (molekul) pengendali ekspresi genetik
dapat dikelompokkan menjadi 2 yaitu
a) RNA polimerase sebagai protein utama
yang melakukan proses transkripsi; dan
b) protein-protein pembantu (auxilliary
protein) yang meliputi
1) faktor transkripsi umum;
2) protein yang berikatan dengan
urutan nukleotida spesifik dan
3) protein yang terlibat dalam proses
translasi
29
Secara umum, protein pengendali
mempunyai 3 domain fungsional,
yaitu :
domain pengikat DNA,
domain yang mengaktifkan
transkripsi dan
domain dimerisasi
30
Telah dijelaskan sebelumnya bahwa gen kelas
I pada eukariot mengkode sintesis rRNA
Faktor yang mempengaruhi laju sintesis pada
gen kelas I adalah jumlah enzim RNA
polimerase, level fosforilasi RNA polimerase
dan jumlah serta aktivitas faktor transkripsi.
Pada gen kelas II, pengendalian terjadi pada
beberapa level, yaitu level metabolisme
mRNA; level translasi mRNA menjadi
polipeptida dan pasca-translasi
31
Gen kelas III adalah gen yang mengkode sintesis
tRNA dan 5SrRNA
Salah satu model pengendalian ekspresi gen ini
adalah regulasi sintesis 5SRNA selama proses
oogenesis dan embriogenesis
Ada 2 tipe gen 5SrRNA, yaitu gen 5S somatik
dan 5S pada oosit. Laju sintesis keduanya
berbeda
32
Pengendalian ekspresi genetik juga terjadi pada
saat transkripsi telah selesai dilakukan (pasca-
transkripsi). Contoh : pengendalian stabilitas
mRNA
Faktor transkripsi adalah protein yang
berperanan di dalam pengaturan ekspresi
sehingga faktor transkripsi juga mengalami
regulasi yang dapat mempengaruhi aktivitasnya
33
Faktor transkripsi diatur dengan melalui beberapa cara, yaitu :1.Regulasi temporal. 2.Regulasi dengan pengikatan ligan. 3.Regulasi dengan sekuestrasi (pengasingan). 4.Regulasi dengan modifikasi pasca-transkripsi. 5.Regulasi dengan pengeblokan tempat ikatan pada
DNA6.Regulasi dengan pengeblokan aktivitas. 7.Regulasi dengan mekanisme silencing.
TERIMA KASIH