Elfira FebrianiElsa Humaira

Virrisya PurnamanZeta Tamimi

http://kamriantiramli.wordpress.com/tag/pengendalian-positif/http://skp.unair.ac.id/repository/Guru-Indonesia/RegulasiEkspresiGe_ChaidarWarianto_24.pdf

REGULASI SIKLUS SEL PROKARIOT

Proses pembelahan sel pada sel prokariotik berbeda dengan pembelahan sel pada eukariotik. Pada prokariotik pembelahan sel berlangsung secara sederhana yang meliputi proses pertumbuhan sel, duplikasi materi genetik, pembagian kromosom, dan pembelahan sitoplasma yang didahului dengan pembentukan dinding sel baru

Proses pembelahan yang demikian dinamakan amitosis, amitosis adalah pembelahan sel secara langsung tanpa melibatkan kromosom, contohnya pada sel bakteri.

Kromosom hasil duplikasi, awalnya akan menempel pada membran plasma. Selanjutnya, akan terjadi pertumbuhan antara dua tempat perlekatan kromosom untuk melakukan pemisahan materi inti. Kemudian akan terjadi sitokenesis yang diikuti dengan terbentuknya dinding sel baru hingga dua sel anakan terbentuk, pembelahan yang demikian juga sering disebut dengan pembelahan biner (binary fision) atau pembelahan sel secara langsung.

Cell cycle: binary fission

A. Murein (peptidoglycan) must be broken down and rearranged), fatal in the presence of penicillin and related antibiotics

B. Rapid replication of DNA (2 mm of DNA or 4–5 million base pairs of DNA in as little as 20 minutes!)

C. One E. coli cell could produce a colony with the mass of the Earth in 43 hours if given sufficient nutrition!

Genetic ExchangeA. No sex! Mutation coupled with high rates of replication

results in great diversity

B. Three mechanisms of DNA exchange among prokaryotes, none coupled to cell reproduction 1. Transformation: uptake of DNA from the environment

a) Seen in a limited number of genera 2. Conjugation: plasmid-mediated DNA exchange

a) Normally results in lateral spread of plasmidsb) Some plasmids encode resistance to antibiotics;

some encode proteins toxic to eukaryotes and thus confer pathogenicity c) Rarely, a plasmid can integrate into the main

bacterial chromosome and will attempt to conjugate the entire bacterial

chromosome! 3. Transduction: bacteriophage-mediated DNA exchange

REGULATOR SIKLUS SEL

Mekanisme Dasar Sintesis RNAMelalui beberapa tahapan yaitu :1. Faktor-faktor yang mengendalikan transkripsi

menempel pada bagian promoter2.Penempelan faktor-faktor pengendali transkripsi

menyebabkan terbentuknya kompleks promoter yang terbuka

3. RNA polimerase membaca cetakan (DNA Template) dan mulai melakukan pengikatan nukleotida yang komplementer dengan cetakannya

4. Setelah terjadi proses pemanjangan untaian RNA hasil sintesis, selanjutnya diikuti dengan proses pengakhiran (terminasi) transkripsi yang ditandai dengan pelepasan RNA polimerase dari DNA yang ditranskripsi

Pada jasad prokariot tidak ada struktur inti sel (nukleus) sehingga tidak ada pemisahan ruang antara molekul bahan genetik dengan peralatan seluler lainnya

Hal tersebut berimplikasi pada mekanisme transkripsi prokariot, dimana sebelum transkripsi selesai dilakukan, proses translasi juga sudah berlangsung.

Organisasi Gen pada ProkariotGen yang mengkode protein pada prokariot

berupa gen dengan kopi tunggal (single copy)

Gen yang mengkode tRNA dan rRNA berupa gen dengan jumlah kopi banyak (multiple copies)

Gen-gen pada prokariot diorganisasikan dalam struktur operon (organisasi beberapa gen struktural yang ekspresinya dikendalikan oleh satu promoter yang sama)

Operon lac pada pada E.coli

Struktur Gen Prokariot

STRUKTUR PROMOTER PADA PROKARYOT

Definisi Promoter

Urutan DNA spesifik yang berperan dalam mengendalikan transkripsi gen strukural dan terletak di sebelah hulu (upstream)

dari bagian struktural suatu gen.

Promoter pada prokaryot terdiri atas beberapa bagian penting yang sekuennya selalu ada (conserved) pada semua atau sebagian besar gen.Salah satu bagian penting promoter disebut sebagai Kotak Pribnow (Pribnow box) atau Kotak TATA (TATA box) pada urutan -10 dan posisi -35.

(Gambar posisi -10 dan posisi -35)

Angka yang mengikuti simbol nukleotida (misalnya T) tersebut menyatakan frekuensi presentase adanya nukleotida tersebut pada posisi spesifik di promoter.

Pengubahan jarak antara kotak -35 dan -10 tersebut akan mengakibatkan perubahan aktivitas atau kekuatan promoter.

Jarak optimum antara kedua kotak tersebut adalah 17 nukleotida.

Kotak -10 dan -35 juga disebut sebagai elemen-elemen promoter inti (core promoter elements)

Kotak Pribnow merupakan daerah pada promoter yang berperan dalam mengarahkan enzim RNA polimerase, sehingga arah transkripsinya adalah dari ujung ‘5 ke ujung ‘3 seperti yang terjadi pada replikasi.

selain itu, daerah ini merupakan tempat pembukaan heliks DNA untuk membentuk kompleks promoter yang terbuka.

TAHUKAH KAMU?

Mutasi pada kotak pribnow pada beberapa gen yang pernah dianalisis diketahui

menyebabkan penghambatan transkripsi.

Definisi OperatorOperator adalah urutan nukelotida yang terletak di antara promoter dan bagian struktural dan merupakan tempat pelekatan protein represor (penekan atau penghambat proses ekspresi genetik)

jika ada protein represor melekat pada daerah ini, maka RNA polimerase yang melekat pada daerah promoter tidak dapat berjalan untuk melakukan transkripsi.

Elemen pengendali ekspresi genetik yang lain adalah attenuator.

Attenuator adalah urutan nukelotida yang terdapat pada suatu kelompokan gen (gene cluster) yang umumnya terlibat dalam biosintesis asam amino.

Attenuator berfungsi untuk mengendalikan aras biosintesis asam amino sesuai dengan ketersediaan asam amino di dalam sel.

Jika konsentrasi asam amino cukup tinggi, maka proses transkripsi gen-gen untuk biosintesis asam amino akan dihambat.

Ekspresi beberapa gen tertentu juga dikendalikan oleh elemen spesifik yang dikenal sebagai enhancer.

Enhancer berperan dalam peningkatan aras transkripsi dengan cara meningkatkan jumlah RNA polimerase yang melakukan proses transkripsi.

(gambar 8.4)

GEN STRUKTURAL PADA PROKARYOT

Gen struktural pada prokaryot diawali dengan urutan ATG yang mengkode asam amino metionin. Meskipun demikian perlu diketahui bahwa proses transkripsi tidak dimulai dari urutan ATG tersebut tetapi pada beberapa nukelotida di sebelah hulu dari ATG.

CIRI UTAMA GEN STRUKTURAL PADA JASA PROKARYOTSemua sekuens yang ada pada bagian ini,

mulai dari sekuens inisiasi translasi (ATG) sampai kodon terakhir sebelum titik akhir translasi (kodon STOP, yaitu TAA/TAG/TGA), akan diterjemahkan (ditranslasi) menjadi rangkaian asam-asam amino. Dengan kata lain, tidak ada sekuens yang tidak mengkode asam amino (noncoding sequence).

Pada jasad prokaryot, tidak ada sekuens penyisip (intervening sequences atau intron)

Pada eukaryot, ada banyak gen yang tidak semua sekuens nukelotidanya mengkode suatu asam amino.

Sekuens yang tidak mengkode asam amino disebut INTRON

Sekuens yang mengkode asam amino EKSON

Gen dibagi menjadi 3 kelompok:1. gen yang mengkode protein (protein-

coding genes)2. gen yang mengkode RNA ribosom (rRNA)3. gen yang mengkode tRNA.

Struktur Terminator Pada Prokariot

Terminator Terminator adalah bagian gen yang

terletak di sebelah hilir dari gen struktural.Berfungsi untuk memberikan sinyal pada

RNA polimerase agar menghentikan proses transkipsi.

Proses Terminasi Transkripsi Pada Prokariot

Proses terminasi transkripsi pada prokariot dapat dikelompokkan menjadi dua kelas, yaitu:

Terminasi yang ditentukan oleh urutan nukleotida tertentu (rho-independent)

Terminasi yang diatur oleh suatu protein tertentu (faktor rho) atau disebut (rho-dependent)

Struktur RNA Polimerase Pada ProkariotRNA Polimerase (DNA-directed RNA

polymerase) adalah enzim yang mengkatalisis proses transkripsi.

Pada jasad prokariot diketahui hanya ada satu macam enzim RNA Polimerase, namun pada E.coli terdapat 7.000 molekul RNA polimerase

RNA polimerase akan melakukan aktivitas transkripsi dengan menggunakan DNA sebagai cetakan

Subunit-subunit RNA Polimeras E.coliSubunit β (beta)Subunit β’ (beta-prime)Subunit σ (sigma)Subunit α (alpha)

Penelitian menunjukkan bahwa urutan penyusunan RNA polimerase holoenzim pada E.coli adalah sebagai berikut

Fungsi subunit sigma adalah untuk mengarahkan agar RNA polmerase holoenzim hanya menempel pada promotr. Selain itu faktor sigma juga mampu mengenali sisi pengikatan yang spesifik.

Subunit alpha dikode oleh gen rpoA dan berfungsi dalam penyusunan enzim

Subunit beta dikode oleh gen rpoB dan berfungsi dalam pengikatan nukleotida

Subunit beta-prime dikode oleh gen rpoC dan berfungsi dalam penempelan DNA cetakan

Mekanisme Transkripsi pada Prokaryot

Mekanisme Transkripsi pada ProkaryotTranskripsi proses penyalinan urutan

nukleotida yang terdapat pada molekul DNA

Dalam proses transkripsi hanya salah satu untaian DNA yang disalin menjadi urutan nukleotida RNA (transkrip RNA)

Urutan nukleotida pada transkrip RNA bersifat komplementer dengan urutan DNA cetakan tetapi identik dengan urutan nukleotida DNA pada untaian pengkode

Mekanisme Transkripsi pada Prokaryot

Proses transkripsi pada prokaryotik terdiri atas 3 tahapan utama:1.Inisiasi2.Elongasi3.Terminasi

Inisiasi Transkripsi1. Pembentukan kompleks promoter

tertutupRNA polymerase holoenzim menempel pada DNA bagian promoter suatu gen.

2. Pembentukan kompleks promoter terbukaRNA polymerase terikat secara kuat dan ikatan hydrogen molekul DNA pada bagian promoter mulai terbuka membentuk struktur terbuka.

Inisiasi Transkripsi3. Penggabungan beberapa nukleotida awal

Bagian DNA yang berikatan dengan RNA polymerase membentuk suatu struktur gelembung transkripsi sepanjang kurang lebih 17 pasang basa.

4. Perubahan konformasi RNA polymerase karena subunit s dilepaskan dari kompleks holoenzimSetelah RNA polymerase menempel pada promoter, subunit s melepaskan diri dari struktur holoenzim.

Elongasi Transkripsi1. Pada bagian gelembung transkripsi, basa-basa

molekul RNA membentuk hybrid dengan DNA cetakan sepanjang kurang lebih 12 nukleotida.

2. Dalam pemanjangan transkrip, nukleotida ditambahkan secara kovalen pada ujung 3’ molekul RNA yang baru terbentuk.

3. Dalam proses pemanjangan transkripsi RNA, terjadi pembentukan ikatan fosfodiester antara nukleotida RNA yang satu dengan nukleotida yang berikutnya dan ditentukan oleh keberadaan subunit b pada RNA polymerase. Transkripsi berakhir ketika RNA polymerase mencapai ujung gen.

Terminasi Transkripsi1. Terminator yang tidak tergantung pada protein

rho (rho-dependent terminator).Dilakukan tanpa harus melibatkan suatu protein khusus, melainkan ditentukan oleh adanya suatu urutan nukleotida tertentu pada bagian terminator.

2. Terminator yang tergantung pada protein rho (rho-independent terminator).Pengakhiran transkripsi yang memerlukan faktor rho hanya terjadi pada daerah jeda yang terletak pada jarak tertentu dari promoter, maka daerah itu tidak dapat berfungsi sebagai daerah pengakhiran transkripsi.