TRANSKRIPSI

Dr. Yekti Asih Purwestri, M.Si.Laboratorium Biokimia Fakultas Biologi UGM

Pengaturan Transkripsi

DNA

RNA

protein

Perubahan lingkungan

Turn on/off gen

Protein2 untuk menghadapi perubahan lingkungan

Sangat penting untuk:1. Ekspresi gen saat diperlukankan2. Represi gen saat tidak diperlukan3. Menjaga sumber energi; menghindari ekspresi gen2 yang tidak diperlukan

Pengaturan Transkripsi

DNA

RNA

protein

TranskripsiInitiationElongationTermination

ProcessingCappingSplicingPolyadenylationTurnover

Translasi

Protein processing

Tempat pengaturan :

Transkripsi Prokariotik

• OperonsKelompok gen2 yang salingberhubungan yang ditranskripsioleh promoter yang sama

• RNA polisistronik

• Gen2 multiple ditranskripsi sebagai SATU TRANSKRIP

• Tidak punya nukleus , shg transkripsi dan translasi dapat terjadi secara simultan

Struktur RNA

Mengandung ribosa Basa N : A,G,C,U, Urasil berpasangan dengan adenin Secara kimiawi berbeda sedikit

dengan DNA, ttp secara struktural mpy perbedaan yang besar

Jalin tunggal Kemampuannya untuk melekuk

membentuk stuktur 3D dapat fungsional

Variasi Struktur RNA

RNA lebih mirip protein dari pada DNA:domain struktur dihubungkan oleh domain yang lebih fleksibel shg fungsinya berbeda

e.g. ribozymes – catalytic RNA

SINTESIS RNA

RNA polimerase menempel pada DNA,DNA melting

Nucleosida ditambahkan 5’ 3’

Jenis RNA

Messenger RNA (mRNA) – gene2 yang mengkode protein

Ribosomal RNA (rRNA) – membentuk ribosom

Transfer RNA (tRNA) – adaptor yang menghubungkan asam amino amino dg mRNA selama translasi

Small regulatory RNA – disebut juga non-coding RNA

Pengaturan Transkripsi

TranscriptionInitiationElongationTermination

ProcessingCappingSplicingPolyadenylationTurnover

Translation

Protein processing

Pengaturan inisiasibiasanya paling penting

Inisiasi

RNA polimerase Faktor2 transkripsi Promoter DNA

Sisi pengikatan RNAP Operator – repressor binding TF binding sites lain

Start transkripsi : +1

α α β β’σ

Inisiation RNA polymerase

4 subunit Sigma faktor (σ)– menentukan

spesifisitas promoter + σ = holoenzyme Mengikat sekuen promoter Mengkatalisis “open complex” and

transkripsi DNA menjadi RNA

RNAP mengikat sekuen promoter spesifik

Faktor Sigma mengenali sekuen konsensus -10 and -35

Promoter RNA polymerase

TTGACA TATAAT

Deviation from consensus -10 , -35 sequence leads to weaker gene expression

Sigma factors

E. coli can choose between 7 sigma factors and about 350 transcription factors to fine tune its transcriptional output An Rev Micro Vol. 57: 441-466 T. M. Gruber

Sigma subunit Type of gene controlled # of genes controlled

RpoD Growth/housekeeping ~1000

RpoN N2; stress response ~15

RpoS Stationary phase, virulence ~100

RpoH Heat shock ~40

RpoF Flagella-chemotaxis ~40

RpoE ? ~5

FecI Ferric citrate transport ~5

Extreme heat shock, unfolded proteins

s70

s54

sS

sS

sF

s32

Lac operon control

• Repressor binding prevents RNAP binding promoter

• An activating transcription factor found to be required for full lac operon expression: CAP (or Crp)

lac operon – activator and repressor

CAP = catabolite activator protein

CRP = cAMP receptorprotein

Faktor2 yang mengaktifkan transkripsi Helix-turn-helix

(HTH) mengikat major groove

DNA HTH merupakan

salah satu dari banyak

TF motif

Crp dimer w/ DNA

Pengikatan kofaktor mengubah konformasi

Crp binds cAMP, induces allosteric changes glucose

cAMP

Crp

lac operon

no mRNA

cAMP

Crp

glucose

mRNACRP: cAMP reseptor protein/ CAP catabolite gene activator protein

Cooperative binding of Crp and RNAP

Pengikatan lebih stabil daripada hanya protein saja

Enhancers• activating regions not necessarily close to RNAP binding site

• NtrC required for RNAP to form open complex

NtrC (nitrogen assimilation regulatory protein) example:

• NtrC activated by P• P NtrC binds DNA, forms loop that folds back onto RNAP, initiating transcription signature of sigma 54

Transcriptional ControlTranscriptionInitiationElongationTermination

ProcessingCappingSplicingPolyadenylationTurnover

Translation

Protein processing

Terminasi Transkripsi

Bakteri perlu mengakhiri transkripsi pada ujung gen

2 mekanisme terminasi transkripsi pada bakteri: Rho-independent (lebih umum) Rho-dependent

Rho-independent termination

• Sekuen terminasi mempunyai 2 ciri :Serial Residu UDaerah kaya GC yang saling komplimen• sekuen kaya GC membentuk loop• Stem-loop menyebabkan RNAP pause• Residu U tidak stabil rantai RNA dilepaskan

Rho-dependent termination Rho merupakan protein

heksamer Melingkupi 70-80 basa

RNA Rho mempunyai

aktivitas ATPase, bergerak sepanjang RNA sampai sisi RNAP, membuka rantai ganda DNA/RNA hybrid

26

Transkripsi Eukariotik

• Faktor2 transkripsi mengikat daerah promoter dari gen.

• RNA polymerase II kemudian mengikat promoter untuk memulai transkripsi pada start site (+1).

• Enhancers adalah sekuen DNA dimana faktor transkripsi spesifik (activators) terikat untuk meningkatkan laju transkripsi.

27

28

Transkripsi Eukariotik

• Coactivators dan mediators juga diperlukan untuk fungsi faktor2 transkripsi.– coactivators and mediators mengikat faktor2

transkripsi dan bagian lain dari komponen/aparatus transkripsi

29

30

Struktur kromosom Eukariotik

• DNA eukariot dikemas dalam chromatin.• Struktur Chromatin berhubungan secara

langsung dengan pengaturan ekspresi gen.• Struktur Chromatin mulai dengan organisasi

DNA dalam nukleosom.• Nukleosom mungkin memblok RNA

polymerase II untuk bergabung dengan promoter.

31

Struktur kromosom Eukariotik

• Metilasi (penambahan –CH3) pada DNA atau protein histon juga berhubungan dengan pengaturan ekspresi gen.

• Kelompok nukleotida sitosin yang termetilasi mengikat protein yang menghambat aktivator untuk binding dengan DNA.

• Metilasi pada protein histon berhubungan dengan inaktivasi daerah chromatin

32

33

34

Regulasi post transkripsional

• Pengaturan ekspresi gen biasanya melibatkan pengaturan inisiasi transkripsi.

• Tetapi ekspresi gen dapat dikontrol setelah transkripsi, dengan mekanisme berikut :– RNA interference– alternative splicing– RNA editing– mRNA degradation

35

Posttranscriptional Regulation

• RNA interference melibatkan pemakaian molekul small RNA

• Enzim Dicer memotong double stranded RNA menjadi potongan2 kecil RNA– micro-RNAs bind to complementary RNA to

prevent translation– small interfering RNAs degrade particular mRNAs

before translation

36

37

Posttranscriptional Regulation

• Introns are spliced out of pre-mRNAs to produce the mature mRNA that is translated.

• Alternative splicing recognizes different splice sites in different tissue types.

• The mature mRNAs in each tissue possess different exons, resulting in different polypeptide products from the same gene.

38

39

Posttranscriptional Regulation

• RNA editing creates mature mRNA that are not truly encoded by the genome.

• For example – – apolipoprotein B exists in 2 isoforms– one isoform is produced by editing the mRNA to

create a stop codon– this RNA editing is tissue-specific

40

Posttranscriptional Regulation

• Mature mRNA molecules have various half-lives depending on the gene and the location (tissue) of expression.

• The amount of polypeptide produced from a particular gene can be influenced by the half-life of the mRNA molecules.

41

Actinomycin D Dari Streptomyces Mengikat erat pada dupleks DNA menyisipkan diri antara

pasangan basa G=C Menghalangi pergerakan polymerase sepanjang rantai Menghambat baik prokariotik maupun eukariotik

Acridine Menghambat dengan jalan yang sama dengan Actinomycin D

Senyawa Penghambat Transkripsi

Rifampicin Dari Streptomyces Menghalangi pembentukan ikatan fosfodiester

pertama Tidak menghalangi pemanjangan rantai Mengikat pada sub unit β polymerase RNA Tidak menghambat sintesis RNA pada eukariot

Senyawa Penghambat Transkripsi

α-amanitin spesifik inhibitor pada sel hewan dari jamur Amanita phalloides menghambat enzim polymerase RNA II pada

eukariot tidak menghambat sintesis RNA prokariot dan

jamurnya sendiri

Senyawa Penghambat Transkripsi