Pengaturan Ekspresi Gen

PENGATURAN EKSPRESI GEN

Dr. MUTIARA INDAH SARI

NIP: 132 296 973

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

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)

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

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

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

Gambar 2. Tahapan pengaturan Ekspresi gen(1)

IV.1. PENGATURAN DI TINGKAT TRANSKRIPSI.

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

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

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

diulang-ulang, 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

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

100) mengandung 4563 residu asam amino, sedangkan yang dibentuk di sel usus

(B-48) 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

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

Gambar5. Pengaturan Ekspresi gen

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

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”