REGULASI SINTESIS PROTEIN - ordinary words · PDF file4 elemen kunci dalam regulasi genetik...
Transcript of REGULASI SINTESIS PROTEIN - ordinary words · PDF file4 elemen kunci dalam regulasi genetik...
Suharsono.2005. BTK505. IPB
REGULASI SINTESIS PROTEIN
Berdasarkan ekspresi gen1. Gen teregulasi/terkendali (regulated gene)
ekspresi gen tergantung keadaan lingkunganContoh: gen yang terlibat dalam metabolisme laktosa
2. Gen tidak teregulasi/tidak terkendali (constitutive gene)ekspresi terus menerus, produk (protein) konstan, produk diperlukan setiap saat, tidak tergantunglingkungan
Contoh: gen yang terlibat dalam metabolisme glukosa(glikolisis)
Suharsono.2005. BTK505. IPB
1. Struktur promoterBerpengaruh terhadap frekuensi transkripsi, menentukan ∑ produk/sel
2. Struktur transkrip mRNABerpengaruh terhadap laju degradasi olehribonuklease
3. Sekuen nukleotida yang berasosiasi dengan signal mulainya translasi (AUG)
Berpengaruh terhadap laju inisiasi translasi
Kontrol ekspresi
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Gen teregulasi
Kontrol•tingkat transkripsi: gen diekspresikan bila kondisimemungkinkan
•tingkat translasi: mRNA ditranslasikan bila kondisimemungkinkan
Elemen pengontrol•promoter: tempat menempel RNA polimerase•operator: tempat menempel protein regulator
-terletak antara promoter dan gen-mempengaruhi penempelan RNA polimerase padapromoter
Suharsono.2005. BTK505. IPB
P O
Gen strukturalElemenpengontrol
P
Gen regulator
P O P
RNA pol
Regulator
Regulator
RNA pol
Regulator
Ef+ efektor Ef
Hubungan antara promoter (P), operator (O), genstruktural, dan regulator di dalam suatu operon
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Molekul yang terlibat dalam regulasi
1. Protein regulator (= regulator = protein afektor = afektor)
• Molekul kunci dalam regulasi: mengikat elemenpengontrol secara spesifik
2. Molekul efektor• Molekul kecil (asam amino, gula, nukleotida)• Mengikat regulator, sehingga regulator dapat menempel
atau lepas dari situs penempelannya
4 elemen kunci dalam regulasi genetik bakteri dan fage• Gen struktural yang teregulasi• Elemen pengontrol• Protein regulator (dan gen regulator)• Efektor
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Molekul yang terlibat dalam regulasi
1. Protein regulator (= regulator = protein afektor = afektor)
• Molekul kunci dalam regulasi: mengikat elemenpengontrol secara spesifik
2. Molekul efektor• Molekul kecil (asam amino, gula, nukleotida)• Mengikat regulator, sehingga regulator dapat menempel
atau lepas dari situs penempelannya
4 elemen kunci dalam regulasi genetik bakteri dan fage• Gen struktural yang teregulasi• Elemen pengontrol• Protein regulator (dan gen regulator)• Efektor
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Regulasi transkripsi
• Regulasi negatif: gen selalu diekspresikan, dan berhentibila terdapat protein (represor) yang menempel padaDNA
• Regulasi positif: gen selalu tidak diekspresikan, dandiekspresikan bila terdapat protein (aktivator) yang menempel pada DNA
Suharsono.2005. BTK505. IPB
RNA pol
mRNA
ProteinRNA pol
Represor
RNA pol
Represor
Ligan
RNA pol
RNA pol
Represor
Ligan
+ ligan
Ekspresi
- ligan
Ekspresi
Gen “on”
Regulasi negatif
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Regulasi positif
Gen “off”
Gen “off”
RNA pol
ligan
ligan
Gen “off”
+ ligan
- ligan
RNA pol
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Operon
F. Jacob & J. Monod (nobel fisiologi & kedokteran 1965)• operon laktosa (penjelasan elemen pengontrol dalam
penggunaan laktosa)• Operon: sekelompok gen yang berdampingan yang
ditranskripsikan membentuk satu molekul tunggalmRNA
• Pengontrol transkripsi sebuah operon: operator
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Jenis Operon
1. Operon indusibel (inducible): • Gen struktural dari operon selalu tidak diekspresikan,
transkripsi terjadi bila ada efektor• Efektor = inducer• Terjadi pada sintesis enzim katabolisme substrat yang
tidak selalu ada dalam media• Contoh: operon lac (laktosa), gal (galaktosa), ara
(arabinosa)
2. Operon represibel (repressible)• Gen struktural selalu diekspresikan, transkripsi berhenti
bila ada efektor• Efektor = ko-represor• Terjadi pada sintesis enzim yang terlibat dalam proses
biosintesis• Contoh: operon his (histidin), trp (triptofan)
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Operon lac
P O lacZ lacY lacAlacI
Prot. regulator β-galaktosidase Protein M (galaktosidapermease)
Thiogalaktosidatransasetilase
laktosaeksternal
laktosaglukosagalaktosa +
Gen
mRNA
Protein (enzim)
gen regulator = lacIgen struktural = lacZ, lacY, lacAelemen pengontrol = promoter (P) dan operator (O)
membran sel
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Regulasi lac
1. Operon di bawah kontrol negatif• Jika berinteraksi dengan protein regulator, transkripsi
dihambat• Protein regulator sebagai represor, disandi oleh lacI
2. Operon indusibel• Jika represor menempel pada operator, transkripsi
dihambat• Jika ada efektor, represor tidak mengikat operator,
maka gen=gen struktural ditranskripsikan
Suharsono.2005. BTK505. IPB
3. Operon lac di bawah kontrol positif• Jika berinteraksi dengan protein regulator CAP
(catabolite activator protein), laju transkripsimeningkat
• CAP memiliki kemiripan dengan CRP (cyclic AMP receptor protein)
• CAP menempel pada elemen pengontrol di dekatpromoter, menyebabkan laju transkripsi meningkatselama tingkat glukosa rendah. Meningkatnyakonsentrasi glukosa menyebabkan CAP lepas darielemen pengontrol, dan transkripsi lac menuruntajam
Suharsono.2005. BTK505. IPB
P O lacY lacAlacI lacZ
Prot. regulator
Gen
mRNA
Protein (enzim)
gen regulator = lacIgen struktural = lacZ, lacY, lacAelemen pengontrol = promoter (P) dan operator (O)
Jika ada glukosa
RNA pol
Operon lac
Suharsono.2005. BTK505. IPB
P O lacY lacAlacI lacZ
Prot. regulator β-galaktosidase Protein M (galaktosidaperemease)
Thiogalaktosidatransasetilase
Gen
mRNA
Protein (enzim)
gen regulator = lacIgen struktural = lacZ, lacY, lacAelemen pengontrol = promoter (P) dan operator (O)
laktosaeksternal
laktosaglukosagalaktosa +
membran sel
RNA pol
Jika ada laktosa
laktosa
Operon lac
Suharsono.2005. BTK505. IPB
E. coli tipe liarBila tidak ada laktosa (ada sumber C lain):β-gal, protein M, thiogalaktosatransasetilase rendah(1/1000 konsentrasi ketiga protein saat ada laktosa)
Bila ditambahkan laktosa:3-4 menit, ketiga protein tsb disintesis Laktosa sebagai inducer
Di sitoplasma:
Laktosaβ-gal
Allolaktosa + Represor Represor tidakmampu mengikatoperator
Operon lac diekspresikanKesimpulan:Allolaktosa adalah molekul efektor
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Molekul efektor
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Mutasi pada operon lacMutasi pada lacZ dan lacY operon tidak terinduksi laktosa
lacZ- β-gal tidak dihasilkan Laktosa tidak dapat diubahmenjadi allolaktosa
lacY- Protein M tidak dihasilkanLaktosa tidak dapatmasuk kedalam selIPTG dapat masuk & berinteraksi dg represor
lacI- ekspresi operon konstitutif (+/- Induser sintesis β-gal & prot M)Resesif: diploid parsial (WT x F’ lacI- lacZ+ WT)lacI-s ekspresi operon terjadi jika konsentrasi efektor sangat tinggis = super repressWT x F’ lacI-s lacZ+ mutan (tdk terbentuk β-gal)lacI-s= dominan thd lacIlacI-s lacZ+
F’ lacI+ lacZ+
lacI+ lacZ+
F’ lacI-s lacZ+= = mutan Produk lacI berdifusi,
pengaruhnya cis dan trans
Suharsono.2005. BTK505. IPB
lacI-d ekspresi operon konstitutif (+/- Induser sintesis β-gal & prot M)Dominan (d): diploid parsial (WT x F’ lacI-d lacZ+ mutan)Mirip lacI- sintesis konstitutif pada sel haploidMirip lacI-s dominan di dalam sel diploid parsial
Represor lac: tetramerUjung N dan C pengikatan pada operator; tengah pengikatan inducerlac-s: kehilangan kemampuan mengikat inducer (IPTG), kemampuanmengikat DNA normallac-d: kehilangan kemampuan mengikat DNA, kemampuan mengikatinducer normal
lacO lacZ lacYlacO lacZ lacY
X
F’ lacI-d F’ lacI-slacI+ lacI+
Hibrid tetramerHibridtetramer
Isopropiltiogalaktosida
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Mutan lacI-d
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Mutasi pada lacO
lacOc konstitutif; cis-dominan
lacO+ lacZ-
F’ lacc lacZ+Sintesis β-gal konstitutif
lacO+ lacZ+
F’ lacc lacZ-Sintesis β-gal memerlukan inducer
Represor lac mengenali jumlah nt kecil.Situs untuk represor tumpang-tindih dengan situs untuk RNA pol
Peran ganda DNA operator lacSel tidak terinduksi nt 1-21 berinteraksi dengan represorSel terinduksi ditranskripsikan menjadi “leader sequence”
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Operon arabinosa
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Operon Triptofan
Asase = Anthranilate synthetasePRTase = Phosphoribosyl transferaseIGPSase = Indol-3-glycerol phosphataseTsase = Tryptophan synthetase
Phosphoribosylanthranilic acid
Carboxyphenylamino-1-deoxyribose-5-phosphate
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Tingkatan regulasi sintesis enzim yang terlibat dalam sintesis triptofan
1.Feedback inhibitionTidak melibatkan genProduk akhir (trp) menghambat enzim awal (Asase)
2.Regulasi operator-represorRegulasi pada tingkat gen:
trpO situs menempel represortrpR represor trp (108 aa) (tetramer)
Operon repressibleRepresor trp tidak mampu mengikat trpO aporepresortriptofan ko-represor
Gen-gen struktural
aporepresorProtein
Tidak ada triptofan Ada triptofan
+ trp
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Leader-attenuator
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Transkripsi leader-attenuator
Tidak ada triptofanTranskrip 162 nt (leader), RNA pol mentranskripsi trpE dst
Ada triptofanTranskrip 140 nt (leader), RNA pol tidak dapat mentranskripsi trpE dst
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Operon Triptofan
Tidak ada triptofanTranskrip 162 nt(leader), RNA polmentranskripsi trpE dst
Ada triptofanTranskrip 140 nt(leader), RNA pol tidakdapat mentranskripsitrpE dst
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Atenuasi
Transkrip RNA: 4 ulangan terbalik yang dapat saling berpasangan (1-2, 2-3, 3-4) membentuk jepit rambut
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Attenuator
Transkrip RNA: 4 ulangan terbalik yang dapat saling berpasangan (1-2, 2-3, 3-4) membentuk jepit rambut
LeaderAUG AAA GCA AUU … UGG UGG CGC ACU UGA27 54 69Met Trp Stop
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Attenuator
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Operon his
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Biosintesis Leucine
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Biosintesis arginin
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Kontrol translasiTerjadi setelah transkrip meninggalkan DNA cetakanMengatur laju inisiasi translasi, laju pembacaan mRNA, stabilitas mRNA
1. Efisiensi penempelan ribosomSemakin efisien, semakin banyak produk translasi (protein)
2. Penggunaan kodonPenggunaan kodon sinonim (kodon tidak populer, misalnya ser 6 kodon) produk rendah
3. Represi translasiprotein subunit besar ribosom L11Jika diambil dari larutan translasi terusjika over produksi translasi berhenti
Suharsono.2005. BTK505. IPB
Contoh proses pembentukan ribosom
Ribosom E. coli: 52 rprotein (disandi oleh 52 gen) + 3 rRNA (16S, 23S, 5S)Jika rRNA ada di sel, rprotein berasosiasi ribosom rproteindisintesis terusJika rRNA tidak ada di sel (rprotein banyak) --> rprotein mengikatmRNAnya translasi rprotein berhenti
Kemampuan rprotein mengikat rRNA dan mRNAKesamaan struktural situs penempelan rprotein pada rRNA dan mRNAKesamaan rRNA dan mRNA (sekuens nt, struktur sekunder)
rprotein lebih kuat mengikat rRNA darpada mRNA
rRNA mRNA16S, 23S, 5S
rproteinBerlebihan
hambat
ribosom