Kawalatur Expresi Gen
Gene Expression and Regulation
A. Sintesis Protein
a) Kod Genetik
* Maklumat dalam gen dibawa dalam bentuk kod= kod genetik.
* jujukan asid nukleik pada mRNA dibaca mengikut kodon= 1 kodon terdiri daripada 3 bes.
* 1 asid amino mungkin dikodkan oleh lebih daripada satu kodon.
* Korana, Nirenberg dan Leder memainkan peranan penting dalam penyelidikan kod
* Contoh:
DNA: TAC AAA AAG GTT TCG CAC ACT
mRNA:AUG UUU UUC CAA AGC GUG UGA
AA: Met Phe Phe Gln Ser Val ***
Kodon Mula: ATG (>90%), GTG (>10%)
b) Peranan mRNA
* messenger RNA dihasilkan oleh polimerase RNA menggunakan DNA (kromosom) sebagai templat. Proses digelar TRANSKRIPSI
* mRNA membawa maklumat tentang protein yang perlu dihasilkan didalam jujukan asid nukleiknya.
* jujukan mRNA di TERJEMAHKAN oleh ribosom untuk menghasilkan jujukan asid amino (protein)
Transkripsi
TGTTGACA--11-15bp--TATAAT--5-8bp--
-35 -10
* Jujukan -35 dan -10 (Pribnow box, TATAA box) yang ditunjukkan ialah jujukan konsensus Gen -10
rrnA2
TATTAT
rrnE1
TATAAT
rrnD1
TATAAT
bioB
TAGGTT
trp
TTAACT
lac
TATGTT
* Enzim RNA polimerase bersentuhan dengan templat DNA di bahagian -35 dan
Tapak Transkripsi Mula
RNA
SD Kodon Kodon
(RBS) Mula Stop
Bahagian yang diterjemahkan
3-10 nukleotida diantara RBS dan Kodon Mula
SD (jujukan Shine -Dalgarno) = RBS (Ribosome binding site)
* Jujukan RBS adalah komplementari pada suatu jujukan dalam 16S rRNA yang terdapat dalam subunit 30S ribosom.
mRNA 5'-UAAGGAGGNNNNNNNNNAUG 3'
||||||||
Kodon Mula
* Amino asid pertama dalam rantai
peptida ialah "Methionine"
* Oleh itu "Kodon Mula" lazimnya:
ATG
(>90%)
* Dalam beberapa gen kodon mula
didapati mempunyai jujukan
GTG
(>10%)
* GTG dijumpai sebagai kodon mula dalam organisma yang mempunyai kandungan GC yang tinggi dalam kromosom e.g. M. tuberculosis (65% kromosomnya terdiri daripada G dan C)
* Sekiranya GTG kodon mula dalam sesuatu gen, GTG mula ini masih kod untuk methionine BUKAN valine
c) “mRNA splicing”
* Gen eukariot terdiri daripada intron dan exon Intron Exon DNA mRNA mRNA matang
* “Splicing” berlaku dalam nukleus
* mRNA matang lah yang akan diterjemahkan
Homework: Apakah mekanisma yang digunakan dalam mRNA splicing?
c) Peranan Ribosom
* Ribosom dijumpai dalam sitoplasma sel * Lebihkurang 10,000 ribosom dalam satu
sel: kilang protein
Ribosom prokariot:
* Satu subunit 30S & satu subunit 50S subunit (= 70S)
* Subunit 30S terdiri drpd. 16S RNA + 21 proteins
* Subunit 50S terdiri drpd. 23S & 5S RNA + 34 proteins
* Boleh mengesan RBS pada mRNA
* mempunyai 2 tapak mengikat tRNA (transfer RNA)
d) Peranan tRNA
* struktur: 3 "hairpin loops"
* mengandungi bes yang dimodifikasi (selepas dihasilkan): e.g. pseudouridine, inosine
* tapak antikodon: mengesan dan mengikat kodon di mRNA
* Asid amino dilekatkan kepada "asid amino arm" melalui aktiviti enzim aminoacyl tRNA synthetase
Homework:
Berapakah jumlah asid amino?
Berapakah jumlah aminoacyl tRNA synthesase? Berapakah jumlah tRNA dalam prokariot dan
eukariot?
Beberapa fakta penting tentang tRNA untuk methionine:
* Ada sekurang-kurangnya 2 tRNA untuk methionine:
tRNAiMet yang membawa methionine untuk kodon mula (AUG)
tRNAMet yang membawa methionine untuk kodon AUG lain dalam rantaian.
* methionine tRNA synthetase akan
melekatkan methionine kepada kedua-dua jenis tRNA:
Met- tRNA
iMetMet- tRNA
Met* Dalam bakteria kumpulan amino dalam methionine dalam Met- tRNAiMet
(a) Langkah-langkah Permulaan (Initiation) dalam Sintesis Protein
* Proses sintesis bermula dengan subunit 30S (melalui 16S rRNA) mengesan dan mengikat mRNA pada jujukan RBS. Proses dibantu IF (initiation factors)-
Kompleks Permulaan 30S
* 50S ribosome mengikat mRNA dan subunit 30S; IF terbebas dan GTP dihidrolisiskan untuk tenaga
(b) Pemanjangan (Elongation)
* 2 tapak bersebelahan dalam ribosom: P & A
* Tapak A terima tRNA-AA baru; dalam contoh ini tRNA yang membawa phenylalanine (Phe-tRNAPhe)
* Asid amino methionine akan diikat dengan asid amino phenylalanine menghasilkan permulaan rantai peptida
* Ribosome akan bergerak ke arah kodon seterusnya menyebabkan Phe-tRNAPhe dan rantai peptida baru dipindahkan dari tapak A ke tapak P (pergerakan ini digelar translokasi)
* Tapak A akan menjadi kosong
* tRNAMet yang tidak lagi mempunyai amino asid methionine akan terkeluar dari kompleks ini
* Perlu tenaga (GTP) and faktor-faktor pemanjangan (elongation factors)
* Leu-tRNALeu akan mengambil tempat di tapak A
* Rantai Met--Phe akan bersambung dengan asid amino Leu menghasilkan rantai
peptida Met--Phe--Leu
* Proses ini berterusan dan rantaian akan berpanjangan: GTP dan Faktor
Pemanjangan G (G elongation factor) diperlukan dalam sistem prokariot. * Pemanjangan akan berhenti apabila
(c) Pemberhentian (Termination)
* Berlaku apabila ribosom mengesan kodon berhenti "stop codon": UAG, UAA, or UGA * Faktor-faktor pemberhentian (termination
factors': TF) menyebabkan komplex ribosom-mRNA terurai.
B. Kawalan Ekspresi Gen
(a) Kawalan diperingkat transkripsi:
* Banyak gen terdapat dalam bentuk operon: beberapa gen dikawal oleh satu promoter
* Oleh itu bila promoter “off” semua gen dalam operon tidak diekspresikan.
Homework:
Review lac and trp operons!
* Kawalan transkripsi melalui mobilisasi gen Promoter
Gene A Gene B
* Kawalan transkripsi melalui “flip-flop” promoter
Promoter
* Promoter kuat dan promoter lemah (strong and weak promoters)
* Pemberhentian Transkripsi (Transcription termination)
Dalam prokariot kromosom kecil-gen
Dua mekanisma utama:
a) Rho-dependent (perlu protein Rho termination factor)
* 50% tapak pemberhentian menggunakan protein Rho - tiada persamaan jujukan dapat dilihat
* Protein Rho berasosiasi dengan rantaian mRNA dan interaksi ini mengaktifkan
aktiviti ATPase
* Rho bertranslokasi di atas mRNA ke arah 3'
* Mungkin "menolak" RNA polymerase daripada templat DNA
b) Rho independent (tidak perlu protein khas) RNA polymeras mRNA forms Stem - Loop
(a) Kawalan diperingkat terjemahan:
* jumlah gen rRNA: lagi banyak gen rRNA lagi banyak ribosom dihasilkan dan lebih cepat ekspresi
* mRNA prokariot bersifat polisistron: satu mRNA mengkodkan lebih dari satu gen dan diekspresikan serentak.
* Gen-gen dalam kerangka terjemahan berlainan
Jenis-jenis ekspresi 1. Constitutive
* Sentiasa diekspresikan
* contoh: gen ribosomal, gen-gen replikasi dan transkripsi, metabolisme
2. Inducible
* Ekspresi perlu diransangkan
* Contoh: lac operon. Bila lactose ditambah dalam medium E. coli, enzim ß-galactosidase dan lac permease dihasilkan dalam beberapa minit.
* repressor lac menghalang transkripsi. Lactose mengikat protein repressor. Kedua-dua enzim diekspresikan sekali.
* Lazim melibatkan kemasukan bahan dari luar kedalam sel.
3. Repressible
* Gen dieskpresikan secara normal (contoh gen penghasilan asid amino tertentu)
* Jika asid amino tersebut terdapat dalam medium dan masuk kedalam sel atau penghasilan asid amino melebihi keperluan: asid amino berlebihan mengikat repressor protein dan kompleks asid amino-repressor menghalang transkripsi
4. Cryptic
* Gen yang tidak ditranskripsi * ?
