KULIAH 2-2 Ekspresi Genetik-Transkripsi&Translasi

Ekspresi Genetik:

Transkripsi & Translasi

Transkripsi:

adalah proses sintesis RNA denganmenggunakan DNA sebagai cetakan.Melibatkan enzim RNA polimerase.

Perangkat transkripsi:satu utas DNA ekson sebagai cetakan, sedangkan utas DNA pasangannya hanya menjadi utas pendamping. Urutan basa pada RNA akan merupakan antipararel (pasangan) dari urutan basa DNA cetakannya.

enzim RNA polimerase (enzim transkriptase). Pada E. coli (prokaryot) enzim ini terdiri dari beberapa subunit protein yaitu subunit holoenzim dan sub unit pendukung yang masing-masing tdd beberapa subunit dengan fungsi berbeda-beda (Tabel 1).

Pada eukaryot dikenal empat polimerase yaitu tiga RNA polimerase inti (I, II, dan III) dan satu RNA polimerase organel yang bertanggung jawab terhadap tranksripsi DNA mitokondria dan kloroplas.

Basa/nukleotida A, U, C, G

Subunit

Ukuran (Dalton)

Jumlah enzim

Fungsi

Subunit holoenzim transkriptase

( (beta)

155.000

1

Penempelan pada DNA

( (beta aksen)

151.000

1

Situs katalisis polimerisasi RNA

( (alpha)

36.000

2

?

( (omega)

11.000

1

?

( (sigma/faktor sigma)

70.000

1

Mengenali promotor dan inisiasi transkripsi

Subunit pendukung

nusA

69.000

1

Perpanjangan RNA dan mengenali terminator

( (rho)

46.000

1

Mengakhiri proses transkripsi

Sebelum membahas proses transkripsi sebaiknya dikenali:Promotor: merupakan sekuen basa/nukleotida dimana faktor sigma mengenalinya sebagai awal proses transkripsi. Pada E. coli promotor tdd 40 bp (base pair = pasang basa) dengan tiga titik penting yaitu: kotak 35, kotak 10, dan titik awal transkripsi.Promotor: Titik awal transkripsi, Kotak 35, Kotak 10,

Terminator

Titik awal transkripsi:

Merupakan basa pertama dari utas DNA yang ditranskripsikan ke dalam basa RNA.

Mulai dari titik ini ke arah hilir (ke arah ujung 3/ ujung NH2 /ujung amino) diberi koordinat positif

Sebaliknya kearah hulu (ke arah ujung 5/ ujung P /ujung fosfat) diberi koordinat negatif.

Kotak 35:

Sekuen nukleotida dg titik tengah kotak berada pada basa yang berjarak 35 basa ke arah hulu dari titik awal transkripsi.

Punya fungsi sebagai isyarat penempelan buat RNA polimerase pada DNA.

Punya rangkaian konsensus (mirip untuk seluruh organisme) 5TGTTGAACA3.

Kotak 10 /kotak Pribnow / tata box:

Urutan nukleotida dg titik tengah kotak pada basa yang berjarak 10 basa ke arah hulu dari titik awal transkripsi.

Tempat awal RNA polimerase menguraikan pilinan heliks ganda DNA. Kotak ini mempunyai rangkaian konsensus 5TATAAT3.

Tersusun dari rangkaian poli AT yang merupakan basa dengan ikatan hidrogen paling lemah, sehingga paling mudah dipisahkan.

Pada umumnya antara kotak 35 dengan kotak 10 dipisahkan oleh 16 sampai 18 pasang basa.

Terminator:

Rangkaian nukleotida DNA yang memberikan isyarat bagi transkriptase untuk mengakhiri proses transkripsi.

Biasanya terdapat sekuen ulang balik yang dipisahkan oleh sejumlah nukleotida DNA yang akan mengakibatkan terbentuknya struktur jepit rambut pada RNA-nya

Proses transkripsi:(a) Inisiasi transkripsi:

Proses ini menentukan apakah suatu gen akan diekspresikan atau tidak, juga menentukan benar/tidaknya hasil transkripsi.

Proses diawali dengan pengenalan promotor oleh faktor sigma, dilanjutkan dengan penempelan enzim inti pada promotor, dan pengudaran pilinan heliks ganda untuk memulai sintesis RNA.Terdiri dari tiga tahapan:

(a) Inisiasi, (b) sintesis perpanjangan RNA, (c) akhir transkripsi.

(b) Sintesis Perpanjangan RNA:

Faktor sigma tidak diperlukan lagi dan akan terlepas dari holoenzim dan nusA menggantikannya bergabung dengan inti transkriptase. nusA berperan dalam perpanjangan RNA dan mengenali terminator.

Dalam tahapan ini enzim RNA polimerase inti melakukan tiga jenis pekerjaan yaitu: membuka pilinan heliks DNA, sintesis RNA/penambahan ribonukleotida, dan memulihkan kembali pilinan heliks DNA.

Terminator dan proses akhir transkripsi: Terdapat dua jenis terminator untuk mengakhiri proses transkripsi:

terminator yang memerlukan faktor rhoterminator tanpa faktor rho.

Mengandung ruas ulang balik dari DNA saja dan tidak mengandung ruas poliAT sebagai penutupnya. Jadi pada akhir transkripsi tidak akan ada pasangan poli AU pada situs hibrid DNA-RNA.

Setelah menemui struktur jepit rambut transkriptase akan mengakhiri transkripsi, tetapi DNA, RNA, dan enzim belum dapat terpisah.

Diperlukan jasa faktor rho yaitu protein yang merupakan subunit transkriptase yang berperan memisahkan DNA, RNA, dan enzim transkriptase.Terminator yang memerlukan faktor rho

Disamping adanya ruas ulang balik dari DNA juga terdapat rangkaian poli AT pada DNA yang letaknya tepat sesudah sekuen ulang balik terakhir.

Jadi sesudah proses transkripsi diberi sinyal berhenti dengan adanya struktur jepit rambut RNA yang terbentuk , kemudian terbentuk untaian poli AU dari RNA.

Seperti yang telah diutarakan bahwa pasangan poli AU merupakan pasangan yang lemah sehingga hibrid DNA - RNA mudah lepas dan juga melepaskan enzim transkriptase.Terminator tanpa faktor rho

Pascatranskripsi:Proses ini banyak terjadi pada eukaryot, meliputi pemotongan, penambahan, dan modifikasi beberapa basa pada mRNA tepat sesudah transkripsi terjadi. Pada prokaryot umumnya mekanisme pasca transkripsi tidak terjadi sebab sebelum mRNA lepas dari DNA cetakannya, ribosom langsung menempel pada ujung-ujung mRNA untuk melakukan proses translasi

Transkrispsi berlangsung ditempat yang sama dengan translasi.

Pada eukaryot proses transkripsi terpisah dengan proses translasi. Transkripsi terjadi dalam membran inti sedangkan translasi berlangsung di sitoplasma.

Diantara proses transkripsi dan translasi inilah proses pascatranskripsi terjadi.

Dalam transkripsi eukaryot mula-mula disintesis pra-mRNA yang disebut dengan hnRNA (heterogenous nuclear RNA), yang didalamnya terdapat intron dan ekson. Intron akan dibuang dalam proses pascatranslasi.

Proses pascatranskripsi meliputi 3 kegiatan:Pemasangan tudung/topi pada ujung 5. Dilaksanakan tepat sesudah transkripsi, dilakukan oleh enzim guanili-transferase, dengan menambahkan gugus guanosin pada ujung 5 trifosfat, yang dilanjutkan dengan penambahan gugus metil pada N7 dari nukleotida guanin yang ditambahkan.

Penambahan ekor poliadenil (poli A). Pada ujung 3-OH. Sekitar 200 nukleotida adenin yang ditambahkan. Fungsi sebenarnya belum diketahui dengan pasti.

Pemenggalan intron. Dilakukan hampir pada semua hnRNA. Dengan proses ini mRNA matang akan selalu lebih pendek dari pra-mRNA atau hnRNA.

TRANSLASITranslasi adalah: penterjemahan urutan tiga nukleotida/basa-basa (kodon) mRNA menjadi runtunan asam amino polipeptida.

Penterjemahan masing-masing kodon dilakukan terhadap tiga nukleotida/tiga basa mRNA menjadi asam amino.

Pasca Translasi merupakan tahap akhir dari proses ekspresi gen

1. mRNA sebagai cetakan sintesis protein:

Setiap jenis kombinasi tiga basa yang berdampingan pada mRNA mengandung sandi genetik (kodon) tertentu yang dapat diterjemahkan menjadi asam amino. Hanya ruas mRNA yang diapit oleh kodon awal dan kodon akhir yang disintesis proteinnya. Perangkat translasi:mRNA sebagai pola cetakan dalam sintesis protein.tRNA sebagai pangangkut asam amino.Ribosom: merupakan tempat berlangsungnya translasi.

Kodon awal umumnya adalah rangkaian tiga basa AUG; sedangkan kodon akhir adalah UAA, UAG, dan UGA. Dibagian hulu dari kodon awal terdapat satu rangkaian nukleotida yang berfungsi sebagai tempat penempelan ribosom yang disebut dengan situs Shine Dalgarno.

Dalam satu mRNA prokaryot ditemukan lebih dari satu ruas penyandi protein (mRNA poligenik) diantara sekuen promotor dan terminatornya sedangkan pada eukaryot hanya terdapat satu ruas penyandi protein diantara sekuen promotor dan terminatornya (mRNA monogenik).

2. tRNA sbg pangangkut aa:

tRNA berfungsi sebagai pengangkut asam amino ke dalam kompleks translasi serta membaca sandi (kodon-kodon) mRNA. Proses ini terjadi dengan bantuan enzim sintetase aminoasil-tRNA. Untuk 20 jenis asam amino digunakan 31 jenis tRNA untuk mengangkut ke dalam kompleks translasi.

3. Ribosom:

Tempat berlangsungnya translasi. Komponen penyusun ribosom adalah rRNA dan protein ribosom yang mampu mengenali mRNA, rRNA, dan sejumlah enzim dan protein yang berperanan dalam proses translasi. Ribosom tdd 2 subunit, yaitu subunit kecil dan subunit besar. Subunit kecil mengandung sekitar 1/3 massa ribosom dan 2/3 lainnya massa subunit besar. Dalam ribosom terdapat satu situs unrtuk mRNA, dua situs untuk tRNA dan satu situs untuk enzim transferase peptidil (berperan dalam merangkaikan satu jenis asam amino dengan asam amino yang lain). Sedangkan situs untuk tRNA yaitu situs A dan P, terdapat sebagian pada subunit kecil dan sebagian pada subunit besar.

Tahapan Translasi:Pada awalnya ribosom akan membaca kodon-kodon yang berdampingan mulai dari kodon awal (AUG pertama setelah Shine Dalgarno) sampai ditemukan satu jenis kodon akhir (UAA, UAG, atau UGA).

Tahapan translasi tdd: Pembentukan aminoasil-tRNA; Inisiasi atau pengenalan kodon awal; Perpanjangan rantai polipeptida; dan Penutupan sintesis polipeptida pada kodon akhir.

Proses ini terjadi dengan bantuan enzim sintetase aminoasil-tRNA, yang berfungsi mengaitkan satu jenis asam amino pada satu jenis tRNA diujung 3 (jadi enzim sintetase aminoasil-tRNA berfungsi membuat kompleks aminoasil-tRNA) dan membawanya ke kompleks translasi. Kegiatan pembentukan aminoasil-tRNA tdd dua tahapan. pengaktifan asam amino dengan hidrolisis satu ATP sebagai sumber energi membentuk aminoasil-AMP, Mereaksikan asam amino berenergi tinggi terhadap tRNA membentuk aminoasil-tRNA.Pembentukan aminoasil-tRNA

Terjadi dalam tiga tahapan yaitu:

Penempelan mRNA pada subunit kecil ribosom dengan cara pengenalan situs Shine Dalgarno oleh rRNA 16S; Penempelan tRNA inisiator pada situs P subunit kecil ribosom; dan Subunit besar ribosom dengan kompleks subunit ribosom-tRNA-mRNA, membentuk ribosom sempurna yang siap membaca kodon-kodon mRNAInisiasi/pengenalan start kodon

Perpanjangan rantai polipeptida; Pada proses ini terlibat sejumlah protein yang disebut dengan faktor perpanjangan (elongation factor), enzim transferase peptidil, serta GTP.

Penutupan sintesis polipeptida pada kodon akhir (akhir proses translasi): Pada saat ribosom menemui salah satu dari kodon akhir UAA, UAG atau UGA, proses perpanjangan rantai polopeptida/asam amino akan berakhir, dan kompleks ribosom tRNA-mRNA-polipeptida dipisahkan.

Rangkaian asam-amino/polipeptida sebelum mencapai bentuk akhir protein mengalami proses pascatranslasi dengan dua tujuan yaitu: (1) berhubungan dengan proses pelipatan dan kestabilan struktur akhir protein dan (2) berhubungan dengan proses transpor dan pengaktifan enzim dan protein lainnya. Dalam proses pascatranslasi terjadi dua jenis modifikasi yaitu (1) modifikasi rantai utama polipeptida (2) modifikasi percabangannyaPascatranslasi:

Terdapat 20 asam amino yang dikenal dalam sandi genetik, yang berasal dari penerjemahan kodon.

Tetapi dari analisis nyata protein terdapat sekitar 100 jenis asam amino selain yang 20 itu, yang tidak dikenal oleh ribosom dalam translasi.

Dipercayai ini merupakan modifikasi kovalen dari keduapuluh asam amino setelah proses translasi. Perubahan sederhana banyak ditemukan pada berbagai asam amino terutama pada ujung C dan N seperti asetilasi dan amidasi asam amino.Modifikasi asam amino:

*Modifikasi asam amino juga banyak berhubungan dengan regulasi fungsi protein seperti: metilasi, fosforilasi, nukleotidasi, dan ADP-ribosilasi.

Modifikasi juga terjadi pada pembentukan ikatan silang disulfida antar protein untuk membentu protein yang lebih stabil.

Modifikasi dengan pemotongan rantai utama: beberapa protein hasil translasi kadang perlu dipotong dan disambung kembali dengan protein lain untuk tujuan transportasi protein ke tempat lain.Modifikasi asam amino:

Merupakan hubungan antara asam amino/peptida-peptida yang terdapat dalam rangkaian polipeptida dengan runtunan kodon yang terdapat pada mRNA.

Karena rangkaian dibentuk berdasarkan model DNA pada ruas gen, maka sandi genetik juga dapat diartikan sebagai aturan hubungan antara gen dan protein.

Perhatikan tabel berikut:Sandi Genetik

Basa Pertama

Basa Kedua

Basa Ketiga

U

C

A

G

U

UUU

Phe

fenilalanin

UCU

Ser

serin

UAU

Tyr

tirosin

UGU

Cys

sistien

U

UUC

UCC

UAC

UGC

C

UUA

Leu

leusin

UCA

UAA

Kodon akhir

UGA

Kodon akhir

A

UUG

UCG

UAG

UGG

Trp

triptofan

G

C

CUU

Leu

CCU

Pro

prolin

CAU

His

histidin

CGU

Arg

arginin

U

CUC

CCC

CAC

CGC

C

CUA

CCA

CAA

Gln

glutamin

CGA

A

CUG

CCG

CAG

CGG

G

A

AUU

Ile

isoleusin

CCU

Thr

threonin

AAU

Asn

aspartat

AGU

Ser

serin

U

AUC

ACC

AAC

AGC

C

AUA

ACA

AAA

Lys

lisin

AGA

Arg

arginin

A

AUG

Met

Kodon awal

ACG

AAG

AGG

G

G

GUU

Val

valin

GCU

Ala

alanin

GAU

Asp

aspartat

GGU

Gly

glisin

U

GUC

GCC

GAC

GGC

C

GUA

GCA

GAA

Glu

glutamat

GGA

A

GUG

GCG

GAG

GGG

G

TERIMA KASIHATAS PERHATIANNYASemoga barokah Dan bermanfaat