7/17/2019 Kontrol Ekspresi Gen

http://slidepdf.com/reader/full/kontrol-ekspresi-gen 1/4

KONTROL EKSPRESI GEN

A.  Mekanisme Pengaturan Ekspresi Gen

Produk-produk gen tertentu seperti protein ribosomal, rRNA, tRNA, RNA polimerase, dan enzim-

enzim yang mengatalisis berbagai reaksi metabolisme yang berkaitan dengan fungsi pemeliharaan selmerupakan komponen esensial bagi semua sel. Gen-gen yang menyandi pembentukan produk semacam

itu perlu diekspresikan terus-menerus sepanjang umur indiidu di hampir semua jenis sel tanpa

 bergantung kepada kondisi lingkungan di sekitarnya. !ementara itu, banyak pula gen lainnya yang

ekspresinya sangat ditentukan oleh kondisi lingkungan sehingga mereka hanya akan diekspresikan pada

"aktu dan di dalam jenis sel tertentu. #ntuk gen-gen semacam ini harus ada mekanisme pengaturan

ekspresinya.

Pengaturan ekspresi gen dapat terjadi pada berbagai tahap, misalnya transkripsi, prosesing

mRNA, atau translasi. Namun, sejumlah data hasil penelitian menunjukkan bah"a pengaturan ekspresi

gen, khususnya pada prokariot, paling banyak terjadi pada tahap transkripsi.

$ekanisme pengaturan transkripsi, baik pada prokariot maupun pada eukariot, secara garis besar 

dapat dibedakan menjadi dua kategori utama, yaitu %&' mekanisme yang melibatkan  penyalapadaman

(turn on and turn off) ekspresi gen sebagai respon terhadap perubahan kondisi lingkungan dan %('  sirkit 

ekspresi gen yang telah terprogram (preprogramed circuits). $ekanisme penyalapadaman sangat

 penting bagi mikroorganisme untuk menyesuaikan diri terhadap perubahan lingkungan yang seringkali

terjadi secara tiba-tiba. !ebaliknya, bagi eukariot mekanisme ini nampaknya tidak terlalu penting karena

 pada organisme ini sel justru cenderung merespon sinyal-sinyal yang datang dari dalam tubuh, dan di

sisi lain, sistem sirkulasi akan menjadi penyangga bagi sel terhadap perubahan kondisi lingkungan yang

mendadak tersebut. Pada mekanisme sirkit, produk suatu gen akan menekan transkripsi gen itu sendiri

dan sekaligus memacu transkripsi gen kedua, produk gen kedua akan menekan transkripsi gen keduadan memacu transkripsi gen ketiga, demikian seterusnya. )kspresi gen yang berurutan ini telah

terprogram secara genetik sehingga gen-gen tersebut tidak akan dapat diekspresikan di luar urutan. *leh

karena urutan ekspresinya berupa sirkit, maka mekanisme tersebut dinamakan sirkit ekspresi gen.

B.  Mengapa Ekspresi Gen Harus Dikontro

+NA terdiri atas ribuan bahkan ratusan ribu gen tergantung pada jenis organisme apakah

uniseluler atau multiseluler. idak semua sel bekerja untuk karakter yang sama "alaupun memiliki gen-

gen yang sama karena tidak semua gen diekspresikan pada leel yang sama pada tiap sel. Proses kontrol

suatu gen terekspresi atau tidak pada "aktu berbeda dan pada kondisi yang berbeda disebut regulasi

ekspresi gen.

!el meregulasi gen-gen karena banyak alasan. !uatu sel mungkin hanya mengekspresikan gen

yang yang dibutuhkan pada lingkungan tertentu, sel sangat efesien sehingga tidak membuang energi

untuk membuat mRNA yang tidak dibutuhkan pada "aktu tersebut. Atau sel dapat menginaktifkan gen

yang menghasilkan produk yang bertentanganmenghambat proses lain yang berlangsung dalam sel

 pada "aktu tersebut. !el juga meregulasi gen-gen yang merupakan bagian dari proses perkembangan

sepertii embriogenesis dan sporulasi. )kspresi gen melalui banyak tahap, tiap gen memiliki kesempatan

diregulasi. Pertama RNA ditranskripsi dari gen %segmen +NA tertentu'. "alaupun RNA adalah produk 

akhir dari gen, molekul RNA tersebut membutuhkan proses-proses untuk dapat menjadi aktif %pasca

transkripsi dan paca translasi'. mRNA akan ditranslasi menjadi protein. Protein kemudian

membutuhkan proses atau transpor untuk dapat melakukan aktifitas biologis secara aktif. alaupunsetelah produk gen telah disintesis dalam bentuk final, aktiitasnya juga dimodulasi pada kondisi

lingkungan yang sesuai.

7/17/2019 Kontrol Ekspresi Gen

http://slidepdf.com/reader/full/kontrol-ekspresi-gen 2/4

Regulasi yang berlangsung pada tahap transkripsi dari gen ke mRNA disebut regulasi

transkripsional. Regulasi atau kontrol transkripsional adalah kontrol sintesis rantai polipeptida dari

cetakan mRNA-nya. /ontrol transkripsional merupakan mekanisme utama dalam pengaturan ekspresi

gen bakteri. 0entuk regulasi ini ini lebih efesien1 mRNA yang tidak ditranslasi akan tidak berguna.

idak semua gen yang ditranskripsi diregulasi, tidak bersifat ekslusif. iap regulasi yang terjadi setelah

transkripsi disebut regulasi postranskripsional. erdapat banyak tipe regulasi postranskripsional, yang

 paling utama adalah regulasi posttranlasi, 2ika gen diregulasi pada tahap translasional, mRNA mungkin

dapat dilanjutkan pada tahap transkripsi , tapi translasinya memungkinkan untuk dihambat.

/ontrol ekspresi gen lebih kompleks pada eukariotik daripada prokariotik. Perbedaan utama dari

kedua regulasi ini adalah adanya membran inti pada eukariotik, yang mencegah transkripsi dan translasi

terjadi secara simultan. Pada eukariotik kontrol inisasi transkripsi adalah titik utama regulasi sedangkan

 pada eukarioptik regulasi ekspresi gen dapat dikatakan ekuialen dari banyak titik berbeda dari

transkripsi sampai posttranslasi. Regulasi gen memungkinkan sel untuk mengatur struktur dan fungsi

yang menjadi dasar dari diferensiasi, morfogenesis dan kemampuan adaptif setiap organisme.

!.  Kontro Ekspersi Gen Pa"a Se Prokariot

Pada bakteria, gen dikat pada satu operon. *peron adalah kelompok gen yang mengkode protein penting dalam fungsi metabolisme tertentu yang terkoordinasi seperti biosintesis asam amino tertentu.

RNA yang ditranskripsi dari operon prokariotik berisifat polisistrinik yaitu terdiri atas gen-gen

struktural yang mengkode beberapa protein dalam satu kali transkripsi. *peron bakteri adalah "ilayah

 pada +NA yang meliputi gen-gen cotranskripsi menjadi RNA yang sama ditambah semua cis-acting

se3uences yang dibutuhkan untuk mentranskripsi gen-gen ini, termasuk gen promotor sebagai operator 

dan se3uen lain yang termasuk pada regulasi transkripsi gen-gen ini. /arena gen-gen dari satu operon

semua telah ditranskripsi dari promotor yang sama dan menggunakan sekuen regulator yang sama,

semua gen pada satu operon dapat diregulasi transkripsinya secara simultan.

 Represor dan Aktivator 

Regulasi transkripsi bakteri diregulasi oleh produk gen regulator, yang umumnya protein dan

sebut represor atau aktiator. Protein regulatur berikatan dengan operon promotor dan meregulasi

transkripsi daru promotor. /adang-kadang protein regulator dapat berperan rangkap dan dapat juga

menunjukkan reaksi enzimatis pada jalur yang dikode oleh operon. /arena berikatan dengan +NA,

represor dan aktiator sering memiliki heli4-turn-heli4 motif shared oleh banyak ikatan +NA protein.

%5eli4-turn-heli4 motif of +NA binding proteins 6 adalah protein yang berikatan pada +NA termasuk 

represor dan aktiator, sering membagi motif struktur yang sama ditentukan oleh interaksi antara

 protein dan +NA heli4. !alah satu motif adalah heli4-turn-heli4 motif'. Represor dan aktiator bekerja

 berla"anan arah. represor berikatan pada sisi yang disebut operator dan menginkatifkan promotor,

 bertujuan mencegah transkripsi dari gen-gen operon. Aktiator, sebaliknya berikatan pada sisi ikatan

dan mengaktifkan promotor, untuk memfasilitasi proses transkripsi dari gen-gen pada operon.

D.  Pengaturan Ekspresi Gen pa"a Eukariot

Pada eukariot tingkat tinggi gen-gen yang berbeda akan ditranskripsi pada jenis sel yang berbeda.

5al ini menunjukkan bah"a mekanisme pengaturan pada tahap transkripsi, dan juga prosesing mRNA,

memegang peran yang sangat penting dalam proses diferensiasi sel.

Pada sel eukariot gen yang mengkode protein yang berfungsi bersama-sama biasanya terletk pada

kromosom yang berbeda. !ituasi ini berbeda dari bakteri, dimana gen yang mengkode protein berfungsi

 bersama-sama berletak berdampingan satu sama lain dalam operan. operan tidak terdapat pada sel

eukariot. )kspresi gen pada sel eukariot, berlangsung di sejumlah tahapan yang berbeda yaitu 6transkripsi, pasca transkripsi, translasi dan pasca tarnslasi.

#$  Pengaturan "i tingkat transkripsi

7/17/2019 Kontrol Ekspresi Gen

http://slidepdf.com/reader/full/kontrol-ekspresi-gen 3/4

kontrol utama dari ekspresi gen terjadi pada tingkat a"al transkripsi. ranskripsi di a"ali oleh

 pada unsur promotor proksimal yang membentuk sekitar 78 nukelotida di hulu dari tempat start

transkripsi. daerah ini mengandung yang disebut sebagai books AA dengan rangkaian AA atau

rangkaian yang serupa. !truktur ini mengikat suatu kompleks protein yang dikenal sebagai faktor 

 books AA, dalam hal ini termasuk protein-protein pengikatan books AA %0P atau 9::+'.

9aktor lain seperti 9::, 9::: dan polimerase RNA. 0eberapa promotor tidak mengandung kotak 

AA dan menga"ali transkripsi melalui faktor-faktor yang sama. !ecara umum faktor-faktor ini

diesbut faktor piranti umum dan basal.

Protein lain dapat berikatan dengan faktor basal pada regio promotor dan enhancer +NA

untuk bertindak bersama dengan RNA polimerase untuk dapat mengatur a"al transkripsi. Protein ini

disebut sebagai faktor transkripsi.

ranskiator adalah protein yang digabungkan dengan protein lain %koaktiator' ke kompleks

 protein yang terikat ke promotor basak books AA. Apabila terjadi interaksi yang sesuai antara

transkiator, koaktiator, dan kompleks promotor basal, RNA polimerase lebih sering berikatan

dengan promotor basal sehingga kecepatan transkripsi gen meningkat. :nteraksi protein pengatur ini

dengan +NA melibatkan gamabaran struktural motif heli4-turn-heli4 atau zink finger. 0anyak dari protein ini membentuk dimer melalui gamabaran struktural misalnya leucine zipper.

 Pengaktifan gen spesifik 

+itingkat transkripsi gen spesifik, elemen di dalam urutan +NA %disebut elelemen sis'

 berikatan dengan faktor lain yang dikenal sebagai elemen trans %biasanya protein' yang mendorong

atau menghambat pengikatan RNA plimerase ke gen. !enya"a, misalnya hormon steroid dapat

 berfungsi sebagai inducer, merangsang pengikatan elemen trans ke elemen sis +NA. :nducer seperti

hormon steroid yang masuk ke dalam sel dan berikatan dengan protein reseptor. Reseptor ini jugamemiliki domain yang mengikat elemen respon spesifik %elemen sis'. Apabila kompleks inducer-

reseptor berikatan dengan +NA, gen mungkin menjadi aktif, atau pada beberapa kasus menjadi tidak 

aktif.

5ormon polipeptida dan faktor pertumbuhan juga mengatur ekspresi gen, "alaupun senya"a

ini tidak masuk ke dalam sel. !enya"a tersebut bereaksi dengan reseptor yang terletak di permukaan

sel, merangsang reaksi yang menghasilkan second messenger di dalam sel, yang akhirnya

mengaktifkan gen. :nducer yang sama dapat mengaktifkan banyak gen yang berbeda apabila setiap

gen tersebut memiliki elemen respon yang umum di regio pengaturnya.

Pada kenyataannya sebuah inducer dapat mengaktifkan serangakaian gen dalam suatu carayang terprogram dan teratur. :nducer mula-mula mengaktifkan satu kumpulan gen. !alah satu protein

 produk kumpulan gen tersebut kemudian dapat berfungsi sebagai inducer bagi kumpulan gen yang

lain. Aapabila proses ini di ulang-ulang, hasil akhirnya adalah bah"a satu inducer dapat merangsang

serangakain proses yang mengaktifkan banyak kumpulan gen yang berlainan. !elain serangkain gen

yang berespon terhadap hormon, serangakaian gen yang lain, disebut heat shock genes, berespon

terhadap peningkatan suhu, menghasilkan protein yang melindungi sel dari kerusakan akibat panas.

+engan demikian masing-masing gen memiliki banyak elemen respon yang berbeda di regio

 pengaturnya. !etiap gen tidak memiliki protein khusus yang mengatur transkripsinya. Namun

terdapat sejumlah kecil protein pengatur yang bekerja bersama-sama untuk menghasilkan berbagai

respon dari gen yang berlainan

%. Pengaturan "i tingkat pas&a transkripsi

7/17/2019 Kontrol Ekspresi Gen

http://slidepdf.com/reader/full/kontrol-ekspresi-gen 4/4

$eruapakan pengaturan setelah terbentuknya mRNA dan selama transport RNA dari inti ke

sitoplasma.

a.   Penyuntingan RNA

Pada beberapa keadaan, RNA mengalami beberapa perubahan setelah transkripsi. Pada semua

 jaringan urutan gen adalah sama. Namun mRNA yang di transkripsikan dari gen tersebut

 berbeda. alaupun belum sepenuhnya di pahami, tampaknya mekanisme yang digunakan

melibatkan perubahan basa, penambahan atau pengurangan sebuah nukleotida setelah transkrip

disintesa.

salah satu contoh penyuntingan RNA terjadi pada pembentukan apoprotein 0 %apo 0' yang di

sintesa di sel hati dan usus dan berfungsi sebbagai lipoprotein yang dihasilkan oleh jaringan

tersebut. alaupun apoprotein tersebut di kode oleh gen yang sama, ersi protein yang dibentuk 

di hati %0-&88' mengandung ;<=7 residu asam amino, sedangkan yang dibentuk di sel usus %0-

;>' hanya memiliki (&<( asam amino.

b.  Transport mRNA

Pada sel eukariot, mRNA harus berpindah dari inti melalui pori-pori inti ke sitoplasma agar 

dapat di translasikan. Nuklease menguraikan mRNA, mencegah pembentukan protein yang di

kode oleh mRNA. selama transportasi ini mRNA terikat pada protein yang membantu

 penguraiannya.

'. Pengaturan tingkat transasi

Pengaturan pada pembentukan protein. 9aktor inisiasi untuk translas, teruta ma faktor inisiasi

eukariotik ( %el9(' merupakan pusat mekanisme pengatur ini. /erja el9( dapat di hambat oleh

fosforilasi. mRNA lain memiliki lengking tajam yang menghambat inisiasi translasi.

(. Pengaturan "i tingkat post transasi

Pengaturan setelah terbentuknya protein. !etelah di sintesis, lama hidup protein di atur oleh

degradasi proteolitik. Protein memiliki "aktu apruh yang berbeda-beda. sebagian hanya bertahan

 beberapa jam atau hari, sementara yang lain menetap sampai beberapa bulan atau tahun. !ebagian

 protein mengalami degradasi oleh enzim lisosom sementara protein yang lain di degradasi oleh

 protease di dalam sitoplasma. !ebagian protein ini tampaknya mengalami degradasi melalui

 pengikatan suatu protein yang dikenal dengan nama ubikuitin. #bikuitin adalah protein yang sangat

hemat. #rutan asam aminonya hanya memiliki sedikit ariasi antara berbagai organisme.