pengaturan ekspresi gen

advertisement
PENGATURAN EKSPRESI GEN
Dr. MUTIARA INDAH SARI
NIP: 132 296 973
2007
Mutiara Indah Sari : Pengaturan Ekspresi Gen, 2007
DAFTAR ISI
I.
PENDAHULUAN…….…………….……………...…….........….…….….……1
II.
STRUKTUR DNA.….……..…..…………………..…...…...……..……….….…2
III. EKSPREI GEN..................................................…………………...….........….…3
IV. PENGATURAN EKSPRESI GEN PADA SEL EUKARIOT...……......…..…..4
IV.1. PENGATURAN DI TINGKAT TRANSKRIPSI ……….……….…........….….5
IV.2. PENGATURAN DITINGKAT PASCA TRANSKRIPSI………..…..…...…….9
IV.3. PENGATURAN TINGKAT TRANSLASI…………………………..…….….10
IV.4. PENGATURAN TINGKAT POST TRANSLASI…….………………......….10
V.
KESIMPULAN…………………………………………………………...……12
KEPUSTAKAAN ..................................................................................................... ..13
Mutiara Indah Sari : Pengaturan Ekspresi Gen, 2007
PENGATURAN EKSPRESI GEN
I. PENDAHULUAN
DNA sebagai bahan genetik karena
DNA dapat mewariskan sifat sifat
oragnisma induk, sudah diidentifikasi pada pertengahan abad 20.
(1,2,5)
Genom adalah
sepotong DNA / segment DNA yang menyandi protein mengandung semua informasi
genetik yang dimilikinya. Dengan penemuan ini
ditemukan bagaimana informasi
genetik diwariskan dan diekspresikan. (3,5)
Mekanisme molekuler dari pewarisan melibatkan proses yang dikenal sebagai
replikasi, dimana rantai DNA induk berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis salinan
DNA. . (2,4)
Ekspresi gen di dalam sel memerlukan dua proses, transkripsi dimana DNA
berfungsi sebagai “template” dan ditranskripsikan menjadi mRNA dan translasi dimana
informasi pada RNA akan diterjemahkan menghasilkan protein. Pengaturan ekspresi
gen pada sel eukariotik hanya memungkinkan ekspresi sebagian kecil genom dalam
suatu waktu, sehingga sel dapat menjalani perkembangan dan differensiasi. Ini
memerlukan suatu pengaturan melalui mekanisme yang rumit.
(4)
Untuk suatu gen
spesifik, pengaturan dapat terjadi secara bersamaan diberbagai tingkat dan berbagai
faktor bekerja bersamaan untuk merangsang dan menghambat ekspresi suatu gen (2,4)
Mutiara Indah Sari : Pengaturan Ekspresi Gen, 2007
II. STRUKTUR DNA
Molekul DNA adalah polymer dari Desoxyribonucleotide (Basa, zat Gula dan
satu atau lebih gugus Phosphat). Zat gula adalah β-D-2 Desoxyribose (Ribose),
sedangkan basa terdiri atas untaian asam nukleat / nukleotida purin (Adenin / A,
Guanin / G) dan pirimidin (Sitosin / C, Timin / T). Satuan untuk DNA : bp (base pair).
(4,6)
Tahun 50-an Watson and Crick menemukan bahwa DNA terdiri dari dua rantai
polinukleotida yang membentuk helix ganda dan mempunyai back bone gula-fosfat
ikatan fosfodiester dan pada bahagian tengahnya terdapat pasangan-pasangan basa yang
disatukan oleh 2 atau 3 ikatan hidrogen antara pasangan basa.Setiap basa akan
berikatan : adenin pada satu rantai dipasangkan dengan timin pada rantai yang lain,
guanin dipasangkan dengan sitosin. (4)
Akibat pembentukan pasangan basa ini, dua rantai DNA saling melengkapi
(bersifat komplementer).Rantai DNA ini berjalan dalam arah yang berlawanan
(antiparalel). Rantai satu berjalan dalam arah 5’ ke 3’ pada rantai yang lain berjalan
dalam arah 3’ ke 5’. Dupleks DNA mempunyai diameter 20 Å. Pasangan basa pada
DNA disusun dalam jarak 3.4 Å antara satu sama lain. Satu pusingan penuh heliks
berjarak 34 Å dan mengandungi 10 basa. Segmen molekul DNA mempunyai alur major
yang berselang dengan alur minor. (5,6)
Mutiara Indah Sari : Pengaturan Ekspresi Gen, 2007
Gambar 1. Struktur DNA double heliks
III. EKSPREI GEN
Di dalam gen, urutan nukleotida sepanjang untaian DNA menentukan protein, yang
akan dihasilkan oleh organisme disebut sebagai ekspresi gen . (5). Langkah pertama
dalam ekspresi gen adalah transkripsi DNA menjadi RNA. Molekul RNA sama dengan
DNA kecuali pada (2)
1. Gugusan gula adalah ribosa. Basa Urasil (U) menggantikan Timin (T) dan U
berpasangan dengan A.
2. RNA biasanya tidak berantai ganda walaupun daapt melipat dirinya sendiri jika
terjadi komplementaritas dan beebrapa virus RNA berantai ganda n.
Mutiara Indah Sari : Pengaturan Ekspresi Gen, 2007
Tiga kelas RNA utama merupakan RNA messenger (mRNA), RNA transfer (tRNA),
RNA ribosomal (rRNA). mRNA diterjemahkan menjadi protein . tRNA terlibat dalam
transfer asam amino ke dalam protein, rRNA termuat dalam ribosom yang terlibat
dalam sintesis protein (2)
IV. PENGATURAN EKSPRESI GEN PADA SEL EUKARIOT
Aktivitas berbagai gen memperlihatkan variasi yang luas dalam berbagai sel.
Dengan demikian, hormon pertumbuhan dan insulin masing-masing dihasilkan secara
eksklusif dalam kelenjar hipofisis dan sel β pankreas.Gen lain diekspresikan secara
luas. Contohnya gen renin diekspresikan dalam ginjal dan beberapa jaringan
ekstrarenal.Perbedaan ini terutama disebabkan terutama disebabkan oleh pengauran
ekspresi gen., karena umumnya struktur DNA adalah sama bagi seluruh sel-sel
tubuh.(2,4)
Pada sel eukariot gen yang mengkode
protein yang berfungsi bersama-sama biasanya terletak pad akromoson yang berbeda.
Misalnya gen untuk rantai globin α haemoglobin terletak dikromosom 16, sedangkan
gen untuk rantai β terletak dikromosom 11. Situasi ini berbeda dari bakteri , di mana
gen yang mengkode protein berfungsi bersama-sam berletak berdampingan satu sama
lain dalam operan. Operon tidak terdapat pada sel eukariot. (4)
Ekspresi gen padas el eukariot, berlangsung di sejumlah tahapan yang berbeda
yaitu : transkripsi, pascatranskripsi, translasi, pasca translasi.
Mutiara Indah Sari : Pengaturan Ekspresi Gen, 2007
(1,2,4)
Gambar 2. Tahapan pengaturan Ekspresi gen(1)
IV.1. PENGATURAN DI TINGKAT TRANSKRIPSI.
Gambar 3. Transkripsi Gen (6)
Mutiara Indah Sari : Pengaturan Ekspresi Gen, 2007
Pengaturan Transkripsi
Kontrol utama dari ekspresi gen terjadi pada tingkat awal transkripsi.(1)
Transkripsi diawali oleh pada unsur promotor proksimal yang membentuk sekitar 30
nukleotida di hulu dari tempat start transkripsi. Daerah ini mengandung yang disebut
sebagai books TATA dengan rangkaian TATA atau rangkaian yang serupa.Struktur ini
mengikat suatu kompleks protein yang dikenal sebagai faktor books TATA, dalam hal
ini termasuk protein protein pengikatan books TATA (TBP atau TFIID). Faktor lain
seperti TFII, TFIII dan polimerase RNA.(2,3,4)
Beberapa promotor tidak mengandung kotak TATA dan
mengawali transkripsi melalui faktor-faktor yang sama. Secara umum faktor-faktor ini
disebut faktor piranti umum dan basal. (2,4)
Protein lain dapat berikatan dengan faktor basal pada regio promotor dan
enhancer DNA untuk bertindak bersama dengan RNA polimerase untuk dapat
mengatur
awal
transkripsi.
Protein
ini
disebut
sebagai
faktor
transkripsi.
Transaktivator adalah protein yang digabungkan dengan protein lain
(koaktivator) ke kompleks protein yang terikat ke promotor basal di books TATA.
Apabila terjadi interaksi yang sesuai antara transaktivator, koactivator, dan kompleks
promotor basal, RNA polimerase lebih sering berikatan dengan promotor basal
sehingga kecepatan transkripsi gen meningkat.(1,2,3,4)
Mutiara Indah Sari : Pengaturan Ekspresi Gen, 2007
Gambar.4 Pengikatan RNA polimerase dengan promotor basal (1)
Interaksi protein pengatur ini dengan DNA melibatkan gambaran struktural
misalnya motif helix-turn-helix atau zink finger. Banyak dari protein ini membentuk
dimer melalui gambaran struktural misalnya leucine zipper. (2,3,4)
Pengaktifan Gen Spesifik
Di tingkat transkripsi gen spesifik, elemen di dalam urutan DNA (disebut
elemen sis) berikatan dengan faktor lain yang dikenal sebagai elemen trans (biasanya
protein) yang mendorong atau menghambat pengikatan RNA polimerase ke gen.
Senyawa, misalnya hormon steroid dapat berfungsi sebagai inducer , merangsang
pengikatan elemen trans ke elemen sis DNA(2,3,4).
Inducer seperti hormon steroid
yang masuk ke dalam sel dan berikatan dengan protein reseptor. Reseptor ini juga
memiliki domain yang mengikat elemen respon spesifik (elemen sis). Apabila
kompleks inducer-reseptor berikatan dengan DNA , gen mungkin menjadi aktif, atau
pada beberapa kasus menjadi tidak aktif. (2,4)
Mutiara Indah Sari : Pengaturan Ekspresi Gen, 2007
Hormon polipeptida dan faktor pertumbuhan juga mengatur ekspresi gen,
walaupun senyawa ini tidak masuk ke dalam sel. Senyawa tersebut bereaksi dengan
reseptor yang terletak di permukaan sel, merangsang reaksi yang menghasilkan second
messenger di dalam sel , yang akhirnya mengaktifkan gen.Inducer yang sama dapat
mengaktifkan banyak gen yang berbeda apabila setiap gen tersebut memiliki elemen
respon yang yang umum di regio pengaturnya.(2,4)
Pada kenyataannya sebuah inducer dapat mengaktifkan serangkaian gen dalam
suatu cara yang terprogram dan teratur. Inducer mula-mula mengaktifkan satu
kumpulan gen. Salah satu protein produk kumpulan gen tersebut kemudian dapat
berfungsi sebagai inducer bagi kumpulan genyang lain. Apabila poses ini diulangulang, hasil akhirnya adalah bahwa satu inducer dapat merangsang serangkaian proses
yang mengaktifkan banyak kumpulan gen yang berlainan. Selain serangkaian gen yang
berespon terhadap hormon, serangkaian genyang lain, disebut heat shock genes,
berespon terhadap peningkatan suhu, menghasilkan protein yang melindungi sel dari
kerusakan akibat panas .(4)
Dengan demikian masing-masing gen memiliki banyak elemen respon yang
berbeda di regio pengaturnya. Setiap gen tidak memiliki protein khusus yang mengatur
transkripsinya. Namun terdapat sejumlah kecil protein pengatur yang bekerja bersamasama untuk menghasilkan berbagai respon dari gen yang berlainan.
Mutiara Indah Sari : Pengaturan Ekspresi Gen, 2007
(4)
IV.2. PENGATURAN DITINGKAT PASCA TRANSKRIPSI
Merupakan pengaturan setelah terbentuknya mRNA dan selama transport RNA
dari inti ke sitoplasma. (1)
Penyuntingan RNA
Pada beberapa keadaan , RNA mengalami beberapa perubahan setelah
transkripsi. Pada semua jaringan urutan gen adalah sama. Namun mRNA yang
ditranskripsikan dari gen tersebut berbeda. Walaupun belum sepenuhnya dipahami,
tampaknya mekanisme yang digunakan melibatkan perubahan basa, penambahan atau
pengurangan sebuah nukleotida setelah transkrip disintesa(4).
Salah satu contoh penyuntingan
RNA terjadi pada pembentukan apoprotein B (apo B) yang disintesa di sel hati dan usus
dan berfungsi sebagai lipoprotein yang dihasilkan oleh jaringan tersebut. Walaupun
apoprotein tersebut dikode oleh gen yang sama, versi protein yang dibentuk di hati (B100) mengandung 4563 residu asam amino, sedangkan yang dibentuk di sel usus (B48) hanya memiliki 2152 asam amino. (4)
Transport mRNA
Pada sel eukariot, mRNA harus berpindah dari inti melalui pori-pori inti ke
sitoplasma agar dapat ditranslasikan. Nuklease menguraikan mRNA, mencegah
pembentukan protein yang dikode oleh mRNA. Selama transportasi ini mRNA terikat
pada protein yang membantu penguraiannya (2,4)
Mutiara Indah Sari : Pengaturan Ekspresi Gen, 2007
IV.3. PENGATURAN TINGKAT TRANSLASI
Pengaturan pada pembentukan protein.(1) Faktor inisiasi untuk translasi,
terutama faktor inisiasi eukariotik 2 (eIF2) merupakan pusat mekanisme pengatur ini.
Kerja eIF2 dapat dihambat oleh fosforilasi. mRNA lain memiliki lengkung tajam yang
menghambat inisiasi translasi (2,4)
IV.4. PENGATURAN TINGKAT POST TRANSLASI
Pengaturan setelah terbentuknya protein. Setelah disintesis, lama hidup protein
diatur oleh degradasi proteolitik. Protein memiliki waktu apruh yang berbeda-beda.
Sebagian hanya bertahan beberapa jam atau hari. Yang lain menetap sampai beberapa
bulan atau tahun.Sebagian protein mengalami degradasi oleh enzim lisosom. Protein
lain didegradasi oleh protease di dalam sitoplasma. Sebagian protein ini tampaknya
mengalami degradasi melalui pengikatan suatu protein yang dikenal dengan nama
Ubikuitin. Ubikuitin adalah protein yang sangat hemat. Urutan asam aminonya hanya
memiliki sedikit variasi antara berbagai organisme .(4)
Mutiara Indah Sari : Pengaturan Ekspresi Gen, 2007
Gambar5. Pengaturan Ekspresi gen
©1998 by Alberts, Bray, Johnson, Lewis, Raff, Roberts, Walter.
Mutiara Indah Sari : Pengaturan Ekspresi Gen, 2007
http://www.garlandscience.com/ECB/about.html
V. KESIMPULAN
Gen pada eukariot untuk sebuah rantai polipeptida dikontrol oleh promotornya
sendiri. Operon tidak terdapat pada sel eukariot. Ekspresi gen padas el eukariot,
berlangsung di sejumlah tahapan yang berbeda yaitu : transkripsi, pascatranskripsi,
translasi, pasca translasi.
Pengaturan
pada
tahap
transkripsi
merupakan pengaturan utama pada ekspresi gen. Pengaturan pada tingkat translasi
merupakan mekanisme tambahan berlangsung di sitoplasma
Untuk
suatu
gen
spesifik, pengaturan dapat terjadi secara bersamaan untuk merangsang atau
menghambat ekspresi suatu gen
Mutiara Indah Sari : Pengaturan Ekspresi Gen, 2007
DAFTAR KEPUSTAKAAN
1. Control of Gene Expression.Diakses tgl 23 Sept 2004 dari
“http : // faculty clinton.suny.edu/faculty/Michael.Greogory/files/ “
2. Greenspan F S MD, Baxter J D MD. Basic and Clinical Endocrinology 4th.1994
: 10-18
3. Murray R K, et al. Harper’s Biochemistry 25th ed. Appleton & Lange. America 2000
: 472-485
4. Mark Dawn B, PhD, Marks Allan MD, Smith Collen M, PhD. Biokimia Kedokteran
Dasar, Sebuah Pendekatan Klinis , 2000 : 222-231
5.Trancription (genetic) Diakses tgl 23 Sept 2004 dari
"http://en.wikipedia.org/wiki/Transcription_(genetics)/"
6. Molecular structure of nucleic acids Diakses tgl 23 Sept 2004 dari
“ http://biocrs.biomed.brown.edu/Books/Chapters/Ch%208/DH-Paper.html”
Mutiara Indah Sari : Pengaturan Ekspresi Gen, 2007
Download