AKTIVITAS GEN DAN PENGATURANNYA: SINTESIS PROTEIN

1. AKTIVITAS GEN DAN PENGATURANNYA: SINTESIS PROTEIN dr. Arfianti, M.Biomed, M.Sc

2. Protein • Working molecules of the cells • Action and properties of cells • Encoded by genes • Gene: Unit of DNA that contain information to specify synthesis of single polipeptide chain or functional RNA (tRNA and rRNA)

3. Gene expression • Information encoded in gene is transformed to protein • Gene products: protein and RNA

4. 4 basic molecular genetic processes

5. Transkripsi

6. MODIFIKASI POST TRANSKRIPSI RNA splicing • DNA yang tidak mengkode protein (non-coding region=intron) dan bagian DNA yang mengkode protein (coding region=ekson). • Proses pemotongan intron dan ekson yang ada digabungkan Capping (tudung) penambahan GTP pada 5’-end mRNA  melindungi RNA dari degradasi oleh enzim hidrolitik di dalam sitoplasma dan sebagai tempat awal perlekatan ribosom.

7. Poli Aujung 3’ ditambahkan ekor poli A yang terdiri dari 30 sampai 200 nukleotida adenin yang fungsinya sama seperti capping.

9. KODE GENETIKA • Sintesis protein KODE GENETIK yang terdapat pada mRNA • 64 triplet nukleotida  kodon • Setiap kodon menyandi salah satu dari 20 asam amino • Satu asam amino >1 kodon. • AUG: START CODON/Met • UAA, UAG dan UGA : STOP CODON

11. TRANSLASI • penerjemahan kode genetik pada mRNA  protein • 3 types of RNA: • mRNA: membawa informasi genetik dalam bentuk kodon • tRNA: bertugas menterjemahkan dan mentransfer asam-asam amino yang sesuai dengan kodon • rRNA: bergabung dengan suatu kompleks protein membentuk ribosom, katalisis proses sintesis polipeptida

12. tRNA

13. Aminoacyl-tRNA synthetase  menggabungkan asam amino dengan tRNA yang sesuai • 20 macam enzim ini di dalam sitoplasma.

14. RIBOSOM • terdiri atas subunit besar dan subunit kecilprotein-protein dan rRNA • mempunyai 3 tempat untuk pengikatan tRNA: • P-site (tRNA peptidil): tempat pengikatan tRNA yang membawa rantai polipeptid yang sedang tumbuh. • A-site (tRNA-aminoasil): tempat pengikatan tRNA yang membawa asam amino yang berikutnya akan ditambahkan pada rantai polipeptida. • E-site (tRNA-Elongasi): tRNA yang tidak lagi mengandung asam amino meninggalkan ribosom melalui E-site.

15. Ribosom

16. TAHAPAN PROSES TRANSLASI • Inisiasi • Elongasi • Terminasi

17. Translasi

23. MODIFIKASI POST-TRANSLASI • Folding (pelipatan) konformasi spesifik • Asetilasi, glikosilasi, fosforilasi, hidroksilasi • Pemisahan satu atau lebih asam amino pada ujung amino rantai polipeptida • Pembelahan rantai polipeptida menjadi dua atau lebih potongan. Contoh insulin • Bergabung dengan rantai polipeptida lainnya • Perubahan modifikasi protein penyakit (c: Alzheimer’s)

24. PENGATURAN AKTIVITAS GEN

25. Ciri organisme  kemampuan untuk beradaptasi terhadap perubahan  survive  pengaturan aktivitas gen Pengaturan metabolisme • Kontrol metabolisme: • Mengatur jumlah enzim spesifik  mengatur ekspresi suatu gen • Mengatur aktivitas katalitik dari enzim yang sudah ada

26. Prekursor Gen 1 Enzim 1 Gen 2 Enzim 2 Gen 3 Enzim 3 Triptofan

27. PENGATURAN AKTIVITAS GEN PROKARIOT • 2 katagori enzim: • Enzim yang tidak diregulasi  enzim konstitutif • Enzim tergantung kepada metabolit yang spesifik, misalnya substrat dapat diregulasi.

28. Pengaturan aktivitas gen bakteri  Francois Jacob dan Jacques Monod (1961) sistem operon. • Operon  sekelompok gen yang berhubungan erat dan terlibat dalam sintesis sekelompok protein yang terlibat dalam biosintesis suatu asam amino

30. System operon terdiri dari: • Gen pengontrol  gen operator dan promoter • Gen operator menentukan akses RNA polimerase ke gen struktur. • Gen promoter  tempat inisiasi transkripsi • Gen struktur adalah gen yang akan ditranskripsi dan ditranslasi menghasilkan protein sesuai dengan fungsi gen tersebut.

31. Lac-operon: operon indusibel • Produksi energi dari -galaktosidase • -galaktosidase memecah laktosa glukosa dan galaktosa. • Gen struktur gen z (-galaktosidase), gen y (permease) dan gen a (transasetilase). • Gen pengatur (gen i)  protein represor • operon indusibel jalur katabolik enzim-enzim diproduksi hanya jika nutriennya tersedia maka dapat dihindarkan pembuatan protein yang tidak diperlukan.

33. Trp – operon: operon represibel • E. coli mensintesis triptofan dari sebuah molekul precursor melalui beberapa tahap reaksi. • Seluruh enzim yang diperlukan untuk sintesis triptofan dikelompokkan menjadi satu di dalam kromosom. • Satu promoter bekerja untuk seluruh gen yang menyandi enzim tersebut, membentuk unit transkripsi. • Operon represibel  jalur anabolic, jika triptofan dalam sel kadarnya >>  mekanisme umpan balik

35. trp-operon dan lac-operon kontrol negatif aktivitas gen  operon diubah menjadi off oleh protein repressor yang aktif • kontrol positif jika protein activator berinteraksi langsung dengan gen operator menyebabkan operon menjadi on.

36. PENGATURAN AKTIVITAS GEN EUKARIOT • Lebih kompleks • Struktur gen eukariot yang lebih kompleks • Organisme multiseluler  diferensiasi • Diferensiasi  spesialisasi dari struktur dan fungsi sel selama periode perkembangan suatu organisme. • Pengaturan aktivitas gen eukariot  setiap langkah dalam jalur dari gen sampai protein fungsional.

37. Kromosom eukariot DNA 2 X 108 nt 6 cm ribuan kali lebih panjang dari diameter nucleus. • Seluruh DNA dalam 46 kromosom dapat masuk ke dalam nucleus melalui system pengemasan DNA yang kompleks.

38. DNA dikemas dengan protein histon  nukleosom • H1, H2A, H2B, H3 dan H4. • Nukleosom  DNA dan 2 molekul histon (dari H2A, H2B, H3 dan H4)  H1  benang kromatin  30 nm protein non-histon melipat kromosom • Proses replikasi dan transkripsi DNA dalam kromosom baru bisa terjadi jika protein histon dan non-histon melepaskan diri dari DNA.

40. Kromosom dg miskroskop elektron: • Heterokromatin  lebih padat/gelap gen tidak aktif • Eukromatin  lebih terang  gen aktif

41. Pengaturan aktivitas gen eukariot dapat terjadi melalui: • Modifikasi struktur kromatin • Inisiasi transkripsi • Modifikasi post transkripsi • Kontrol translasi • Modifikasi post translasi

42. Modifikasi kromatin • Metilasi DNApenempelan gugus metil (-CH3) pada basa DNA (citosin)  tidak aktif  demetilasi  inaktif menjadi aktif. Contohnya salah satu kromosom X-nya banyak memiliki gugus metil sehingga biasanya salah satu kromosom X tersebut tidak aktif. • Asetilasi histonpenempelan gugus asetil (-COCH3) pada asam amino tertentu dari protein histon  ikatannya terhadap DNA menjadi melonggar mempermudah akses factor transkripsi

43. Kontrol transkripsi • Struktur gen eukariot, terdiri dari: • oEkson • oIntron • oElemen kontrol inisiasi transkripsi: • Promoter • Enhancer  terletak jauh dari gen yang dikontrolnya Faktor transkripsi yang berinteraksi dg enhancer dan menstimulasi transkripsi activator inhibisi transkripsi disebut repressor.

44. Kontrol modifikasi post transkripsi • Alternatif splicing: beberapa molekul mRNA mature dihasilkan dari 1 molekul pre-mRNA • Pengaturan degradasi mRNA Molekul mRNA sel prokariot umur pendek didegradasi oleh enzim di dalam sitoplasma dalam beberapa menit. mRNA sel eukariot bisa berjam-jam, berhari-hari atau bahkan berminggu-minggu

45. Kontrol translasi • Kontrol inisiasi translasi  penempelan subunit kecil ribosom dan tRNA inisiator. • Translasi dapat dihambat apabila suatu protein regulator mengikatkan diri pada ujung 5’ mRNA mencegah penempelan ribosom • Contoh: sel telur banyak menyimpan mRNA di sitoplasmanya yang tidak ditranslasi sampai tepat sesudah fertilisasi.

46. Kontrol modifikasi post translasi • Modifikasi protein dan transport protein ke sel sasarankontrol ekspresi gen. • Protein  umur yang terbatas  degradasi. • Protein siklin  siklus sel  umur yang relatif pendek agar berfungsi dengan baik Mutasi gen siklin  protein tidak didegradasi  kanker.