MAKALAH GENETIKA REGULASI GEN PROKARIOT.doc

MAKALAH GENETIKA REGULASI EKPRESI GEN PADA PROKARIOT

DISUSUN OLEH :

ADE MAIDITASARI

( F16112008)DARMI SASMITA

( F16112031)

KRISTIANUS K.

( F16112025)NURBAITI

( F16112017) NUR FAZRY

( F16112012)WAHYU PUJI NINGRUM( F16112020)

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN PROGRAM STUDI PENDIDIKAN BIOLOGI UNIVERSITAS TANJUNG PURA PONTIANAK 2014

A. Regulasi Ekspresi Gen pada ProkariotMikroorganisme menunjukkan kapasitas yang luar biasa untuk beradaptasi dengan kondisi lingkungan yang beragam. Adaptasi ini sebagian tergantung pada kemampuan mereka untuk mengaktifkan dan menonaktifkan ekspresi gen tertentu dalam menanggapi perubahan lingkungan. Ekspresi gen tertentu diaktifkan ketika produk dari gen ini dibutuhkan untuk pertumbuhan. Ekspresi gen dinonaktifkan ketika produk gen yang tidak lagi diperlukan. Sintesis transkrip gen dan produk terjemahan memerlukan pengeluaran energi yang cukup besar. Dengan menonaktifkan ekspresi gen ketika produk mereka tidak diperlukan, organisme dapat menghemat energi dan dapat memanfaatkan energi kekal untuk mensintesis produk yang memaksimalkan laju pertumbuhan.

Gambar 1. Sebuah jalur singkat ekspresi gen, menampilkan lima tahapan penting dari regulasi pada prokariotaEkspresi gen pada prokariota diregulasi pada tingkat yang berbeda: transkripsi, pengolahan mRNA, mRNA omset, translasi, dan pascatranslasi (Gambar 1). Namun, mekanisme regulasi dengan efek terbesar pada tindakan fenotip pada tingkat transkripsi.Berdasarkan apa yang diketahui tentang regulasi transkripsi, mekanisme berbagai regulasi dapat dibagi menjadi dua kategori umum:1. Mekanisme yang melibatkan kecepatan mengaktifkan dan menonaktifkan ekspresi gen dalam menanggapi perubahan lingkungan. Mekanisme regulasi jenis ini penting dalam mikroorganisme karena sering adanya paparan pada organisme ini terhadap perubahan yang mendadak di lingkungan.2. Mekanisme disebut sebagai rangkaian praprogram atau urutan dari ekspresi gen. Dalam kasus ini, beberapa peristiwa memicu ekspresi dari satu set gen. Produk dari satu atau lebih dari fungsi-fungsi gen dengan menonaktifkan transkripsi dari set pertama dari gen atau mengaktifkan transkripsi set kedua gen. Kemudian, satu atau lebih produk dari set kedua bertindak dengan mengaktifkan set ketiga, dan seterusnya.B. Ekspresi Gen Konstitutif, Diinduksi, dan DirepresiGen merupakan komponen seluler yang spesifik yang melakukan fungsi housekeeping (penataan) -misalnya, RNA ribosom dan protein yang terlibat dalam sintesis protein-yang diekspresikan secara konstitutif. Beberapa gen sering kali diekspresikan hanya ketika produk mereka diperlukan untuk pertumbuhan.

Beberapa produk gen- seperti molekul tRNA, molekul rRNA , protein RNA ribosom, subunit RNA polimerase, dan enzim yang mengkatalisis proses metabolisme yang sering disebut sebagai selular "housekeeping" -merupakan komponen penting dari hampir semua sel hidup. Gen yang menentukan produk jenis ini terus-menerus diekspresikan dalam sel secara umum. Beberapa gen tersebut dikatakan diekspresikan secara konstitutif dan disebut sebagai beberapa Gen konstitutif.

Dalam lingkungan alami (saluran usus dan selokan), E. coli sel mungkin menemukan ketiadaan glukosa dan kehadiran laktosa relatif jarang. Oleh karena itu, gen E. coli pengkodean enzim yang terlibat dalam pemanfaatan laktosa mungkin dimatikan pada waktu itu. Jika sel-sel tumbuh pada karbohidrat selain laktosa yang ditransfer ke laktosa mengandung media sebagai sumber karbon saja, mereka dengan cepat mulai mensintesis enzim yang diperlukan untuk pemanfaatan laktosa. Proses menyalakan ekspresi gen dalam menanggapi suatu zat dalam lingkungan disebut induksi. Ekspresi gen yang diatur dalam cara ini disebut diinduksi gen, produk mereka, jika enzim, disebut enzim terinduksikan.

Ketika sel-sel E. coli yang hadir di lingkungan yang mengandung triptofan yang cukup untuk mendukung pertumbuhan yang optimal, sintesis lanjutan dari biosintesis triptofan enzim akan membuang-buang energi. Dengan demikian, mekanisme peraturan telah berkembang dalam E. coli yang mematikan sintesis dari enzim biosintesis triptofan ketika triptofan eksternal tersedia. Sebuah gen yang ekspresinya telah dimatikan dengan cara ini dikatakan "ditekan", proses ini disebut represi. Ketika ekspresi gen ini diaktifkan, maka dikatakan "derepressed", respon tersebut disebut derepression.C. Kontrol Ekspresi Gen Positif dan NegatifDalam beberapa kasus, produk dari pengaturan gen adalah diperlukan untuk memulai ekspresi dari satu atau lebih gen. Dalam kasus lain, produk dari gen peraturan adalah diperlukan untuk mematikan ekspresi dari satu atau lebih gen.

Regulasi ekspresi gen-induksi, atau menyalakan gen, dan represi, atau gen mematikan-dapat dicapai oleh kedua mekanisme kontrol positif dan mekanisme kontrol negatif. Kedua mekanisme melibatkan partisipasi regulator gen-gen produk encoding yang mengatur ekspresi gen lainnya. Dalam mekanisme kontrol positif, produk dari gen regulator diperlukan untuk menghidupkan ekspresi dari satu atau lebih gen struktural (gen menentukan sekuens asam amino dari enzim atau protein struktural), sedangkan pada mekanisme kontrol negatif, produk dari gen regulator diperlukan untuk mematikan ekspresi gen struktural. Regulasi positif dan negatif yang diilustrasikan untuk kedua diinduksi dan sistem direpresi.

Gambar 2. kontrol negative dan positif pada (a) system induksi dan (b) system penekanan dari ekspresi gen. regulasi produk gen yang diperlukan untuk mengaktifkan ekspresi gen pada system kontrol positif dan menghentikan (menonaktifkan) ekspresi gen pada system kontrol neget.OPERON: UNIT KOORDINASI PENGATUR EKSPRESI GEN

Pada prokaryotic, gen-gen dengan fungsi yang sama sering kali memperlihatkan unit koordinasi pengaturan genetik yang disebut dengan operon.

Model operon, mekanisme kontrol negative, dikembangkan pada 1961 oleh Francois Jacob dan Jacques Monod untuk menjelaskan regulasi gen yang dibutuhkan untuk penggunaan laktosa pada E. coli.

Gambar 3. Regulasi espresi gen dengan mekanisme operon a) komponen operon : terdiri dari satu atau lebih gen struktural (terlihat tiga gen struktural,yakni SG1, SG2, SG3) dan bergabung dengan urutan operator (O) dan promotor (P). terlihat satu operator dan promotor, meskipun beberapa operon mempunyai banyak operator dan promotor. Gen regulasi transkripsi (R) dikenali oleh RNA polymerase, dengan mengikat promotor (PR). Saat represor terikat pada operator, hal ini menghalangi RNA polymerase untuk mengenali gen struktural transkripsi. Perbedaan antara kemampuan induksi operon (b) dan kemampuan represi operon (c) pengikatan represor bebas pada operator (s) adalah kemampuan induksi operon, sedangkan molekul represor atau efektor kompleks yang terikat pada operator (s) adalah kemampuan represi operon. Induksi operaon tidak aktif etika tidak ada molekul efektor (penginduksi), dan represor akan aktif jika tidak ada molekul efektor (co represor)A. Operon : koordinasi unit regulasi pada ekspresi gen

Model operon, adalah kontrol mekanisme negatif, yang berkembang pada tahun 1961 oleh Francois Jacb dan Jacques Mnod untuk menjelasakan regulasi pada gen yang digunakan untuk memanfaatkan laktosa pada E coli. Usulan Jacob dan Monod bahwa kelengkapan transkripsi pada gen struktural pendamping yang teregulasi melalui dua elemen kontrol. (gambar 18.4a). satu dari elemen tersebut adalah gen represor yang mengandung kode represor, yang terikat pada elemen kedua pada operator (ketika kondisi sesuai). Operator selalu berdampingan dengan gen struktual yang mengekspresikan regulasi ini.

Transkripsi dikenali pada lokasi promotor hanya pada daerah 5 dari daerah kode pada gen struktural. Saat represor terikat pada operator, akan menghalangi RNA polymerase dari gen struktural yang tertulis pada operon. Daerah operator berdampngan dengan daerah promotor, terkadang operator dan promotor saling tumpang tindih, berupa bagian urutan pendek DNA. Daerah operator hampir selalu berada di antara promotor dan gen struktural yang meregulasinya. Unit yang berdampingan, meliputi gen struktural, promotor dan operator disebut operon.Ketika represor terikat pada operator , gen struktural dalam operon tidak aktif pada transkripsi, ini tergantung pada ada atau tidaknya molekul efektor . induksi operon dan represi operon dapat dibedakan antara satu dengan lainnya melalui represor atau molekul efektor yang aktif berikatan dengan operator.

1. Dalam hal induksi operon, represor bebas terikat pada operator, maka transkripsi tidak aktif

2. Jika terjadi represi operon, maka sebaliknya. Represor bebas tidak dapat terikat pada operator. Hanya kompleks molekul efektor yang aktif berikatan dengan operator. Perkecualian pada kondisi tertentu, saat ikatan operator pada represor bebas dan komplek molekul efektor, dapat terjadi induksi dan represi operon yang identik.

Hasil mRNA tunggal yang terbawa berupa kode informasi pada operon. M RNA pada operon terdiri dari satu atau lebih gen struktural yang multigenik. Sebagai contoh, tryptopan pada mRNA operon E.coli terdiri dari urutan kode dengan lima gen yang berbeda. Karena merupakan co-transcribe, yaitu gen sruktural yang diekspresikan.

Kata kunci

Pada bakteri, gen dengan fungsi yang berhubungan pada koordinasi unit regulasi disebut operon

Setiap operon merupakan gen struktural yang berdampingan, berupa promotor ( bagian yang terikat dengan RNA polymerase), dan operator (bagian yang terikat untuk regulasi protein yang disebut represor)

Ketika represor terikat pada operator, RNA polymerase tidak dapat mentranskrib gen struktural pada operon. Saat operator berupa represor bebas, RNA polymerase dapat mentraskrib operon.

B. Operon Lactose di E. coli: Respirasi Induksi dan Katabolit

Jacob dan Monad mengusulkan model operon yang didasarkan pada penelitian operon laktosa (lac) di E. coli (Lihat A Milestone dalam Genetics: Jacob, Monod, dan Model Operon di situs lembaga mahasiswa). Operon lacberisi promotor (P), tiga operator (O1, O2, O3), dan tiga struktur gen, LacZ, LacY, dan LacA, beruturut-turut mengkode enzin -galaktosid permease, dan -galaktosid transacetylase. -galaktosid permease memompa lactose ke dalam sel, dimana -galaktosidase memotong lactose menjadi glukosa dan galaktosa. Peran Biologi dari transacetylase tidak diketahui.

Gambar 4. Lac operon E. coli. Operon lac tersusun atas tiga struktur gen, Z, Y, dan A, plus promotor (P) dan tiga operator (O1, O2, O3). Gen regulator (I) berdekatan dengan operon dalam kondisi lac dan mempunyai promotor (PI). Jumlah variasi elemen genetik menunjukkan ukuran nukleotida berpasangan.

Dalam model Jacob dan Monod, operon lac mengandung operator tunggal (sekarang ditunjuk O1). Namun, dua operator tambahan (O2, O3) kemudian ditemukan. Awalnya, O2 dan O3 disangka mempunyai peran yang sangat kecil. Kemudian Benno Muller-hill dan rekan kerjanya mendemonstrasikan bahwa delesi dari kedua operator minor mempunyai dampak yang besar pada tingkat transkripsi dari operon. Penelitian yang baru telah menunjukkan respirasi efisien dari operon lac membutuhkan operator utama (O1) dan setidaknya salah satu operator minor (O2 atau O3) dan respirasi maksimum membutuhkan semua dari ketiga operator. Namun demikian, terlebih dulu kita akan mendiskusikan model Jacob dan Monod operon lac, yang hanya melibatkan satu operator, yang sekarang dinamaiO1. Kemudian kita akan memperluas model dan memeriksa fungsi semua ketiga operator di bagian yang berjudul Interaksi Protein-DNA yang mengontrol Transkripsi Operon lac.

Gambar 5. Dua reaksi fisiologis penting dikatalisis oleh -galactosidase: (1) konversi laktosa menjadioperon lac inducer allolactose, dan (2) pemecahan laktosa untuk menghasilkan monosakarida glukosa dan galaktosa.

C. InduksiOperon lac adalah control negatif diinduksi operon; genlacZ, lacY, dan lacA diekspresikan hanya dengan laktosa. Gen regulator lac, menunjukkan gen I, mengkode repressor yang panjangnya 360 asam amino. Namun, bentuk aktif repressor lac adalah tetramer yang mengandung empat salinan produk gen I. Ketidakadaan inducer, repressor berikatan dengan operator lac, yang pada gilirannya mencegah RNA polimerase dari katalisasi transkripsi dari tiga struktural gen. (Catatan: hanya operator original (O1) ditemukan oleh Jacob dan Monod yang ditunjukkan dalam gambar 18.4, 18.7 dan 18.8). Sedikit molekul dari produk-produk gen lacZ, lacY, dan lacA disintesis di bagian non-induksi, yang menyediakan tingkat background rendah dari aktivitas enzim. Aktivitas background ini sangat penting untuk induksioperon lac karena operon inducer, allolactose, berasal dari laktosa pada reaksi yang dikatalisis oleh -galactosidase. Sekali terbentuk, allolactose diikat oleh repressor, menyebabkan pelepasan repressor dari operator. Dengan cara ini, allolactose menginduksi transkripsi struktural gen lacZ, lacY, dan lacA.

Gambar 6. Studi E. coli diploid parsial telah menunjukkan bahwa gen LacI+ dominan untuk alel LacI- (a) dan mengontrol operator lac yang terletak pada cis (b) atau trans (c) untuk dirinya sendiri. Efek ini menunjukkan bahwa produk gen LacI adalah diffusible. Meskipun bentuk fungsional dari represor lac adalah tetramer, dua molekul di belakang tetramer tersebut tidak akan ditampilkan demi kesederhanaan.

D. Represi Katabolit

Adanya glukosa telah lama dikenal untuk mencegah induksi operon lac, serta operon lainnya mengendalikan enzim yang terlibat dalam katabolisme karbohidrat. Fenomena ini, yang disebut represi katabolit (atau efek glukosa), menjamin glukosa yang dimetabolisme saat ini, dalam preferensi selain efisien, kurang efisiensi, energi represi katabolit sources. dari operon lac dan beberapa operon dimediasi oleh protein yang disebut regulator CAP (untuk protein aktivator katabolit) dan molekul efektor kecil yang disebut siklik AMP (adenosine-3, 5-monofosfat; disingkat cAMP)