REGULASI GEN

Kelompok 7 off AA1. Fauqol Budur (209331417413)

2. Ade Trisnawati (209331417417)3. Nur Shofwah A K (209331423412)

Regu

lasi

gen Pendahuluan

Regulasi gen pada sel prokariot

Regulasi gen pada sel eukariot

Ekspresi GenDNA

mRNA

Protein

transkripsi

translasi

Inisiasi

Elongasi

Terminasi

Sebagian ekspresi gen dikendalikan pada tingkat transkripsi. Gen dibedakan menjadi:1. Gen struktural atau cistron, gen yang

mengkode protein (enzim)2. Gen pengatur, gen yang mengkode

protein yang fungsinya sebagai pengendali ekspresi gen struktural.

Ekspresi gen indusibel atau represif

•Gen-gen yang baru terekspresi saat diberi zat tertentu (induser) disebut gen indusibel dan protein yang diekspresikan disebut protein induktif.

•Transkripsi DNA dapat diaktivasi atau diinduksi untuk meningkatkan jumlah mRNA dan produk proteinnya atau dapat dideaktifasi atau direpresi untuk menurunkan jumlah mRNA dan protein.

•Gen-gen structural jenis ini dikendalikan oleh aktivitas RNA polymerase dan molekul penanda seperti protein regulator, hormon dan metabolit tertentu.

Ekspresi gen konstitutif

•Gen-gen yang selalu diekspresikan disebut gen kontitutif dan protein atau enzim yang diekspresikan disebut protein atau enzim konstitutif.

•Transkripsi DNA menjadi mRNA terjadi secara terus menerus.

•Protein yang dikode oleh gen konstitutif disintesis terus menerus oleh sel karena ekspresi gen strukturalnya tidak dikendalikan oleh gen pengaturnya.

Apa regulasi gen itu?

Sel-sel dari organisme yang sama, yang mestinya mempunyai genotip atau gen-gen yang sama ternyata tidak selalu mempunyai fenotip yang sama.Contoh:

• Pada seekor amoeba tidak bisa dicampuradukkan dengan sel E.coli.

• Fenotip dari tanaman jagung berbeda jauh dengan fenotip pohon oak.

• Manusia yang berbeda, antara lain kembar identik, biasanya dapat segera dikenali.

Fenotip-fenotip yang berbeda ini adalah hasil dari gen dan format gen (alel) yang berbeda di dalam genom berbagai organisme dan individu yang beraneka ragam macamnya. Walaupun demikian, semua sel tersebut mengandung seperangkat gen yang sama. Semuanya diproduksi oleh satu sel tunggal, seperti zigot yang direproduksi secara seksual pada spesies, sepenuhnya lewat pembelahan mitosis yang seimbang.

Adanya perbedaan fenotip pada sel-sel organisme dengan gen yang sama terjadi karena gen-gen tersebut dikendalikan atau ada regulasinya

Regulasi gen adalah suatu pengendalian penampakan dari suatu gen untuk memunculkan fenotip dari suatu genotip

Regulasi gen pada sel prokariot

Pengendalian ekspresi genetik merupakan aspek yang sangat penting bagi jasad hidup, termasuk prokariot. Tanpa pengendalian yang efisien sel akan kehilangan banyak energi yang justru merugikan jasad hidup.

Regulasi gen pada sel prokariot

• Operon adalah kelompok gen struktural yang diekspresikan secara bersama-sama dengan menggunakan satu promoter yang sama.

• Membuat sel menjadi lebih efisien di dalam melakukan proses ekspresi genetik.

Sistem operon

• Sistem Operon adalah sebuah system yang mengatur dan mengendalikan jalannya ekspresi gen yang melibatkan aktivitas suatu gen regulator.

• Secara umum dikenal 2 sistem pengendalian ekspresi genetik, yaitu pengendalian positif dan pengendalian negatif.

Sistem Pengendalian Ekspresi Genetik

• Operon dapat diaktifkan oleh produk ekspresi gen regulator.

• Protein represor berikatan dengan DNA pada daerah operator.

Pengendalian Positif (Inducible System)

• Operon dinonaktifkan oleh produk ekspresi gen regulator.

• Protein represor tidak berikatan dengan DNA pada daerah operator

Pengendalian Negatif (Repressible System)

Regulasi gen pada sel prokariot

PRODUK EKSPRESI GEN PENGATUR

Aktivator Repressor

PENGENDALIAN GEN

Pengendalian negatif operon

lac

Pengendalian positif

operon lac

Pengendalian operon trp

Pengendalian negatif operon Lacbakteri E. coli ditumbuhkan dalam medium yang mengandung sumber karbon

glukosa dan laktosa secara bersama-sama. Fase pertumbuhan ada dua:1. Fase eksponensial pertama

E. coli menggunakan glukosa untuk metabolisme sampai glukosa habis dan mencapai fase stasioner pertama terjadi poses induksi sistem operon laktosa yang akan digunakan untuk melakukan metabolisme laktosa .

2. Fase eksponensial kedua E. coli menggunakan laktosa setelah glukosa benar-benar habis.

fase stasioner pertama, operon laktosa yang terdiri dari 3 gen struktural mulai diaktifkan, yaitu: gen lacZ (mengkode enzim beta galaktosidase), gen lacY (permease galaktosida), dan gen lacA (transasetilase thiogalaktosida).

Pengendalian Negatif operon laktosa

1. operon laktosa mengalami represi. Sel menggunakan glukosa untuk memenuhi

kebutuhan selularnya.

2. Glukosa sudah benar-benar habis sel akan mengaktifkan sistem operon laktosa (proses induksi) .Laktosa diubah menjadi allolaktosa dengan bantuan enzim beta galaktosida induser

Pengendalian Positif operon lactosa

1. bakteri E. coli ditumbuhkan dalam medium yang mengandung sumber karbon glukosa dan IPTG (isopropil thiogalaktosida).

2. IPTG (isopropil thiogalaktosida) strukturnya mirip dengan laktosa sehingga dapat berfungsi sebagai induser operon laktosa.

CAP berikatan dengan cAMP untuk mengaktifkan

operon lac

Pengendalian Positif (Inducible System)

Pengendalian Negatif (Repressible System)

Pengendalian operon triptofan (trp)

• Terdiri dari 5 gen struktural yaitu trpE, D, C, B, A.

• Promoter dan operator operon terletak pada daerah yang sama.

• Gen regulator operon trp adalah trpR yang mengkode sintesis aporepresor yang tidak aktif jika tidak ada triptofan

1. Pada saat triptofan tidak tersedia, gen trp hanya menghasilkan represor yang tidak mampu menempel pada daerah operator sehingga RNA polimerase dapat melakukan transkripsi.

2. pada saat triptofan ada, represor yang dikode oleh trpR akan berikatan dengan molekul triptofan (korepresor) sehingga represor dapat menempel pada daerah promoter operon trp RNA polimerase tidak dapat melakukan transkripsi.

Skema regulasi operon trp

Regulasi gen pada sel eukariotBanyak proses perkembangan pada eukariot yang dapat

dikontrol (misalnya: pelepasan hormon dalam darah atau fertilisasi telur) dipacu oleh ekspresi gen tertentu.

Hasilnya pada satu fungsi gen di off kan pada transkripsi oleh gen set ke dua. Pada saat diaktifkan, satu atau

lebih produk pada set kedua diaktifkan atau di on kan oleh set ketiga dan seterusnya. Pada beberapa kasus, pasangan ekspresi gen pada preprogram genetik dan gen tidak dapat mengaktifkan pasangannya seperti

biasanya.

Regulasi pada sel eukariot• Kontrol ekspresi gen yang terjadi pada sel

eukariot diawali pada tahap :

• Terbukanya kumparan nukleon

• Transkripsi DNA menjadi RNA

Regulasi transkripsi

• Pemrosesan RNA nukleolus

• Transport mRNA dari nukleolus ke sitoplasma

Regulasi pemrosesan

RNA• Translasi mRNA menjadi

rantai polipeptida• Pemrosesan rantai

polipeptida menjadi protein-protein fungsional

Regulasi Translasi

Pada eukariot, sejumlah gen teregulasi secara

terkoordinasi walaupun terletak pada kromosom-kromosom yang berbeda

Regulasi koordinat terjadi melalui set protein yang

disebut faktor transkripsi

Faktor transkripsi adalah protein yang berperan di

dalam pengaturan ekspresi suatu gen.

Gen-gen pada genom yang berbeda mengkode set protein

dan memberikan respons terhadap sinyal/ kombinasi

sinyal yang disebut regulasi gen kombinatoris

Regulasi Transkripsi

Cara-cara regulasi faktor transkripsi

1. Regulasi temporal2. Regulasi dengan pengikatan ligan3. Regulasi dengan sequestration4. Regulasi dengan modifikasi dengan pasca-translasi5. Regulasi dengan pengeblokan tempat ikatan pada

DNA6. Regulasi dengan pengeblokan aktivitas7. Regulasi dengan mekanisme silencing

Mekanisme Hormon Mendorong Transkripsi

1. Hormon menyebabkan DNA terlepas dari histon, sehingga RNA polimerase memulai transkripsi.

2. Hormon bekerja sebagai inducer dengan menginaktivasi molekul represor.

3. Hormon berikatan dengan sekuense DNA spesifik untuk memfasilitasi pengikatan RNA polimerase / faktor transkripsi.

4. Hormon mengaktivasi protein efektor sehingga bisa berikatan ke situs pada DNA, dan menstimulasi pengikatan RNA polimerase.

5. Hormon melekat pada protein yang terikat pada DNA, sehingga membentuk kompleks aktif yang menstimulasi pengikatan RNA polimerase.

Regulasi pemrosesan

mRNA

Gen eukariotik mengandung intron

yang berselang-seling dengan ekson (daerah

pengkode)

Transkrip primer dikonversi menjadi molekul mRNA

melibatkan eksisi intron dan splicing ekson sehingga

mengarahkan pada terbentuknya mRNA yang berbeda, sehingga produk

protein yang dihasilkan setelah translasi juga berbeda.

Tipe regulasi ini dinamakan alternatif

splicing yang berperan dalam proses

perkembangan, misalnya penentuan

jenis kelamin pada lalat buah dan produksi

imunoglobulin pada mamalia.

• Satu gen dapat mengkode 2 polipeptida• Jalur splicing tergantung tahap perkembangan

atau jenis jaringanSplicing alternatif

Regulasi translasi

Mengubah waktu paruh atau stabilitas RNA

Kontrol inisiasi dan laju translasi

Modifikasi protein setelah translasi

tiga metode utama untuk meregulasi

protein pada tahap translasi

4 daerah utama mRNA

eukariotik

Daerah bukan

pengkode 5’ (leader)

Daerah pengkode

Daerah bukan

pengkode 3’ (trailer)

Ekor poli-A