EKSPRESI GEN
TRANSKRIPSI & TRANSLASI
2005, RRE/AB,SITH ITB
Receptor Glucocorticoid steroid adalah faktor transkripsi.
(1) Glucocorticoid hormone bersifat lipophilic dan mudah berdifusi melalui membran ke sitosol. (2)Dalam sitosol, hormon berikatan dengan receptor sitosolic
(3) Menyebabkan dilepaskannya protein inhibitor dari receptor.
(4) receptor yang telah diaktifkan berdifusi ke dalam nucleus.
(5) Dalam nucleus, kompleks receptor–hormon berikatan dengan daerah enhancer dari gen steroid.
(6)Transkripsi dari gen dimulai.
2005, RRE/AB,SITH ITB
Central Dogma
Informasi disampaikan dari gen (DNA) ke RNA (transkripsi), dan RNA dicopy keurutan asam amino (translasi)
DNA → RNA → asam amino → protein Kode Genetik : Francis Crick., 1961
Kode genetik umumnya berupa rangkaian informasi yang disebut codons, yang masing-masing berpasangan dengan asam amino yang mengkode suatu protein
Protein Regulator mengidentifikasi urutan specific pada DNA double helix, tanpa unwinding, kemudian terjadi insersi DNA-binding motifs ke dalam major groove dari double helix pada ujung basa-basa yang menonjol Protein Regulator berikatan dengan ujung pasangan basa yang terdedah pada major groove DNA.
Umumnya mengandung motif struktural seperti helix-turn-helix, homeodomain, zinc finger, leucine zipper.
2005, RRE/AB,SITH ITB
Pada eukariot, kontrol transkripsi pada gen yang besar disiasati dengan adanya tempat kontrol yang berjauhan pada chromosom, dengan cara ini banyak rangkaian regulator (promoter, activators & repressors) yang
tersebar sekitar chromosome
Contoh Promoter eukaryot. promoter untuk gen yang mengkode enzim thymidine kinase ini mengandung TATA box,tempat terikatnya faktor inisiasi, juga terdapat tiga urutan DNA yang mengarahkan terikatnya elemen lain ke kompleks transkripsi.
Model “transcription bubble”.
DNA duplex membuka ketika memasuki komplex RNA polymerase dan
menggulung kembali ketika melewatinya. Satu pita DNA berfungsi sebagai
cetakan/template, dan dari cetakan ini
tersusun rangkaian nucleotida dalam RNA template (mRNA).
2005, RRE/AB,SITH ITB
The structure of a human transcription complex. The transcription complex that positions RNA polymerase at the beginning of a human gene consists of four kinds of proteins. Basal factors (the green shapes at bottom of complex with letter names) are transcription factors that are essential for
transcription but cannot by themselves increase or decrease its rate. They include the TATA-binding protein, the first of the basal factors to bind to the core promoter sequence. Coactivators
(the tan shapes that form the bulk of the transcription complex,named according to their molecular weights) are
transcription factors that link the basal factors with regulatory proteins called activators (the red shapes). The activators bind to enhancer sequences at other locations on the DNA. The interaction
of individual basal factors with particular activator proteins is necessary for proper positioning of the polymerase, and the rate of transcription is regulated by the availability of these activators. When a second kind of regulatory protein called a repressor (the purple shape) binds to a so-called
“silencer” sequence located adjacent to or overlapping an enhancer sequence, the corresponding activator that would normally have bound that enhancer is no longer able to do so. The activator is thus unavailable to interact with the transcription complex and initiate transcription
Bagaimana enhancer bekerja ? enhancer berada jauh dari gen
yang sedang diatur. Terikatnya activator (merah) ke enhancer
menyebabkan activator berinteraksi dengan factors transkripsi(hijau) yang berasosiasi dengan RNA polymerase, untuk kemudian mengaktivasi transkripsi.
Factor Transkripsi dan enhancer
memberikan flexibilitas yang besar untuk kontrol ekspresi gen pada eukaryot.
Kontrol transkripsi pada expresi gen eukaryotes dapat terjadi, meskipun terdapat “packing”DNA dalam nucleosomes.
2005, RRE/AB,SITH ITB
Processing/splicing : Bagaimana spliceosomes memproses RNA ? Particle yang disebut snRNPs mengandung snRNA yang berinteraksi dengan ujung 5´ dari intron. Beberapa snRNPs membentuk spliceosome. Ketika
intron membentuk loop, ujung 5´ dipotong dan berikatan dengan sisi dekat ujung 3´ dari intron. Intron membentuk larik yang diikuti pemotongan ujung 3’, dan exons dipotong. Spliceosome kemudian terlepas dan intron, berupa mRNA, terbentuk. Oleh sebab itu DNA dapat menjadi RNA berbeda.
2005, RRE/AB,SITH ITB
TRANSLASI : Activating enzymes “membaca” kode genetik
Inisiasi dimulai dengan pengenalan rangkaian AUG, kemudian mengenal dan berikatan dengan molekul tRNA pada anticodons untuk asam amino yang khusus, seperti ACC untuk tryptophan, dengan cara ini activating enzymes mengikatkan molecules tRNA ke asam amino tertentu, setelah itu baru fase pemanjangan (elongation) dengan cara “pembacaan” yang sama .
Initiation
elongation
SIGNAL START : AUG - Methionine
Pada prokariot, proteins yang disebut faktor inisiasi memegang peran penting dalam menempatkan ribosomal subunit kecil dan N-formyl
methionine (tRNAfMet), molekul pada awal mRNA. Ketika tRNAfMet berada pada awal AUG codon dari mRNA, ribosomal subunit besar berikatan dan membentuk sisi P, A, and E untuk tempat urutan molekul tRNA terikat pada ribosomes, dan synthesis polypeptida dimulai.
Translokasi. Inisiasi tRNAfMet pada prokariot dan eukaryot terdapat pada sisi P , dan kemudian ketika molecule tRNA dengan anticodon complementar berhadapan dengan mRNA codon untuk berikatan pada sisi A. fMet
dipindahkan ke asam amino (Leu) yang baru datang, sejalan dengan bergeraknya ribosome dengan rangkaian tiga nucleotides ke kanan,
sepanjang mRNA. tRNAfMet pindah ke sisi E untuk keluar dari ribosom, rantai polipeptide bergerak ke sisi P , dan sisi A kembali terdedah dan siap untuk berikatan dengan asam amino-tRNA.
2005, RRE/AB,SITH ITB
TERMINASI
Terminasi dari protein sintesis. Tidak ada tRNA dengan anticodon complementar terhadap salah satu dari codons signal terminasi, seperti UAA, UAG, UGA nonsense codon ( Stop signals). Jadi ketika ribosom mengenal codon terminasi, proses translokasi terhenti. Factor tertentu
memfasilitasi dilepaskannya rantai polypeptide dengan memutuskan ikatan covalent yang menghubungkan polypeptide ke sisi P- tRNA.
Langkah pertama pada protein sintesis adalah pembentukan
kompleks inisiasi. Setiap ribosome maju dan codon terekspose/ terdedah, maka tRNA dengan complementary anticodon terikat. Asam amino yang dibawa oleh tiap molekul tRNA ditambahkan
2005, RRE/AB,SITH ITB
2005, RRE/AB,SITH ITB
Gene information is processed differently in prokaryotes and eukaryotes.
(a) Bacterial genes are transcribed into mRNA, which is translated immediately.
Hence, the sequence of DNA nucleotides corresponds exactly to the sequence of amino acids in the encoded polypeptide.
(b) Eukaryotic genes are typically different, containing long stretches of nucleotides called introns that do not correspond to amino acids within the encoded polypeptide. Introns are removed from the primary RNA transcript of the gene and a 5´ cap and 3´ poly-A tail are added before the mRNA directs the synthesis of the polypeptide.
Differences between Bacterial and Eukaryotic GeneExpression
1. Most eukaryotic genes possess introns. With the exception of a few genes in the
Archaebacteria, prokaryotic genes lack introns
2. Individual bacterial mRNA molecules often contain transcripts of several genes. By
placing genes with related functions on the same mRNA, bacteria coordinate the
regulation of those functions. Eukaryotic mRNA molecules rarely contain transcripts of more than one gene. Regulation of eukaryotic gene expression is achieved in otherways
3. Because eukaryotes possess a nucleus, their mRNA molecules must be completely
formed and must pass across the nuclear membrane before they are translated. Bacteria, which lack nuclei, often begin translation of an mRNA molecule before its transcription is completed.
4. In bacteria, translation begins at an AUG codon preceded by a special nucleotide
sequence. In eukaryotic cells, mRNA molecules are modified at the 5′ leading end after transcription, adding a 5′ cap, a methylated guanosine triphosphate. The cap initiates translation by binding the mRNA, usually at the first AUG, to the small ribosomal unit.
5. Eukaryotic mRNA molecules are modified before they are translated: introns are cut
out, and the remaining exons are spliced together; a 5′ cap is added; and a 3′ poly-A tail consisting of some 200 adenine (A) nucleotides is added. These modifications can delay the destruction of the mRNA by cellular enzymes.
2005, RRE/AB,SITH ITB
Misteri dari “Protein Folding”
Alzheimer's, Cystic fibrosis, & Mad Cow serta bentuk
emphysema turunan, bahkan pada banyak jenis cancers
Pada penyakit turunan amyloidotic polyneuropathy (FAP), saraf tepi dan organ lain rusak dengan adanya deposit dari amyloid-type
protein. Penelitian genetik menunjukkan bahwa penyakit ini akibat mutasi pada protein transthyretin
Kuncinya adalah menemukan molekul kecil, obat, yang dapat menstabilkan protein komplek atau mengganggu
jalur yang mengacaukan jalur pelipatan (folding)protein yang salah.
Folding and aggregation during protein renaturation. Correct folding reactions, leading to the native state(1,2).
Irreversible aggregation reactions, starting from different conformations during the renaturation process(3,4)
2005, RRE/AB,SITH ITB
