TRANSKRIPSI EKSPRESI GEN Gen berekspresi dengan cara mengendalikan

TRANSKRIPSI

EKSPRESI GEN • Gen berekspresi dengan cara mengendalikan sifat organisme • Pengendalian dilakukan melalui pembentukan enzim/protein yang berperan dalam proses metabolisme • Keragaman enzim (baik struktur maupun susunan asam aminonya) sangat ditentukan oleh susunan cetakannya yaitu DNA • Pengendalian pembentukan enzim oleh gen dilakukan melalui dua tahap : Transkripsi dan Translasi

Rangkaian Ekspresi Gen DNA INTI Transkripsi m. RNA Ribonukletida t. RNA Translasi Amino-asilt. RNA Asam-amino Ribosom Polipeptida

TRANSKRIPSI • Proses penyalinan kode-kode genetik yang ada pada urutan DNA menjadi molekul RNA • Molekul RNA yang disintesis dalam proses transkripsi ada 3, yaitu: m. RNA, t. RNA, dan r. RNA.

Gen → urutan DNA yang mengkode RNA tertentu Gen yang lengkap terdiri atas 3 bagian utama: 1. Daerah pengendali → promoter 2. Bagian struktural → mengandung urutan DNA spesifik yang akan ditranskripsi 3. Terminator → berperanan dalam proses pengakhiran transkripsi

TRANSKRIPSI Beberapa komponen dalam proses transkripsi 1. Urutan DNA sebagai cetakan 2. Enzim RNA polimerase 3. Faktor-faktor transkripsi → promoter, DNA coding region, terminator 4. ATP

Model Cetakan : Ruas Penyandi diapit oleh Promotor dan Terminator 3’ P DNA T 5’ 5’ 3’ 5’ RNA 3’

• Urutan nukleotida pada transkrip RNA bersifat komplementer dengan urutan DNA cetakan, tetapi identik dengan urutan nukleotida DNA pada utas pendamping 5’ – ATG GTC CTT TAC TTG 3’ – TAC CAG GAA ATG AAC TCT GTA AGA CAT TTT – 3’ AAA – 5’ DNA pendamping DNA cetakan transkripsi 5’ – AUG GUC CUU UAC UUG UCU GUA UUU – 3’ RNA hasil transkripsi

SISTEM TRANSKRIPSI PROKARIOT FAKTOR TRANSKRIPSI 1. Promoter 2. DNA Coding Region 3. Terminator 4. Enzim RNA polimerase MEKANISME TRANSKRIPSI 1. Inisiasi 2. Elongasi 3. Terminasi

PROMOTER • Urutan DNA spesifik yang berperan dalam mengendalikan transkripsi gen struktural • Berada pada bagian hulu/up stream dari coding region • Terdiri atas 1. Pribnow box → TATA box 2. Operator → tempat pelekatan protein represor (penghambat ekspresi) 3. Attenuator → terlibat dalam biosintesis asam amino 4. Enhancer → peningkatan transkripsi

ORGANISASI GEN PADA PROKARIOT • Gen-gen pada prokariot umumnya diorganisasikan dalam struktur operon. • Operon adalah organisasi beberapa gen struktural yang ekspresinya dikendalikan dalam satu promoter yang sama.

• Pada waktu ditranskripsi, operon akan menghasilkan satu m. RNA yang membawa kode-kode genetik untuk tiga macam polipeptida yang berbeda → Polisistronik m. RNA • Masing-masing polipeptida akan ditranslasi secara independen dari satu untaian m. RNA yang sama.

TAHAPAN TRANSKRIPSI 1. INISIASI RNA Polimerase melekat pada Promotor DNA, pita ganda terpisah dan sintesis m. RNA dimulai 2. ELONGASI m. RNA memanjang sejalan dengan enzim RNA Polimerase yang bergerak sepanjang pita DNA 3. TERMINASI m. RNA dilepaskan dan enzim RNA Polimerase lepas dari pita DNA template

RNA POLIMERASE PROKARIOT Subunit Ukuran Fungsi Subunit holoenzim transkriptase b 150 k. D Penempelan pada DNA Enzim Inti b’ 160 k. D Situs polimerisasi RNA a 40 k. D penyusunan enzim s 70 k. D Mengenali promotor Faktor s Subunit pendukung nus. A 69, 000 Mengenali terminator r 46, 000 Mengakhiri proses transkripsi

PROSES TRANSKRIPSI

Inisiasi Transkripsi pada Promoter E. coli 3’---TTGACA----TATAAT----CAT-----5’ -35 -10 Awal • Pengenalan promotor (kotak -35) oleh faktor sigma • Pengudaran heliks ganda DNA pada kotak -10 • Sintesis RNA mulai dari titik awal

Proses Sintesis Perpanjangan RNA Dalam proses pemanjangan transkrip, ada dua hipotesis yang diajukan mengenai perubahan topologi DNA : 1. RNA polimerase bergerak melingkari untaian DNA → pelintiran pada struktur DNA dapat dihindari, tetapi untaian RNA akan melintir sepanjang untaian DNA 2. RNA polimerase bergerak lurus → RNA yang terbentuk tidak mengalami pelintiran, tetapi DNA yang ditranskripsi harus mengalami pemelintiran

Kegiatan Transkriptase • Mengudar pilinan heliks ganda DNA • Membaca runtunan basa DNA dan mensintesis RNA • Memulihkan kembali pilinan heliks ganda DNA

Proses Akhir Transkripsi (kasus E. coli) • Gabungan Enzim-inti dan nus. A akan mengenali terminator • Berkat adanya struktur berulang terbalik pada terminator maka pada RNA akan terbentuk struktur jepit rambut • Adanya struktur jepit rambut memberi tanda pada transkriptase untuk berhenti bekerja

Terminator E. coli (gen trp L) Struktur Ulang Balik RNA Poli A pada terminator tanpa faktor rho Struktur Jepit Rambut Terminator rho tidak mengandung Poli. A

Terminator tanpa/dengan rho • Pada terminator tanpa rho RNA akan lepas begitu transkripsi berakhir (berkat adanya ruas poli. U) • Pada terminator dengan rho, RNA akan lepas setelah ada faktor rho

SISTEM TRANSKRIPSI EUKARIOT • Secara umum mekanisme dasar transkripsi pada eukariot serupa pada prokariot → DNA cetakan, RNA polimerase • Tahapan transkripsi prokariot → inisiasi, elongasi, terminasi

STRUKTUR GEN EUKARIOT STRUKTUR GEN KELAS I • Ditranskripsi oleh RNA polimerase I • Terlibat dalam sintesis RNA ribosom (18 S r. RNA, 28 S r. RNA, 5, 8 S r. RNA) STRUKTUR GEN KELAS II • Ditranskripsi oleh RNA polimerase II • terlibat dalam sintesis pra-m. RNA/hn. RNA STRUKTUR GEN KELAS III • Ditranskripsi oleh RNA polimerase III • Terlibat dalam sintesis t. RNA

• Faktor transkripsi umum yang berperan dalam mengarahkan RNA polimerase II ke promotor adalah : TFIIA TFIIF TFIIB TFIIH TFIIDTFIIJ TFIIE • Faktor-faktor transkripsi tersebut akan menempel ke daerah promoter secara bertahap sebelum akhirnya terbentuk kompleks pra-inisiasi.

• TFIID menempel pada TATA, dibantu TFIIA, dan diikuti penempelan TFIIB. • TFIIF selanjutnya menempel diikuti penempelan RNA polimerase II • TFIIE akan menempel diikuti oleh TFIIH dan TFIIJ

TERMINATOR EUKARIOT Polimerase RNA II • Tanda akhir transkripsi eukariot (polimerase RNAII) muncul berupa signal pemotongan RNA yang ditranskripsi • Setelah RNA dipotong terjadi penambahan ujung poli. A pada ujung 3’ pra-m. RNA

RNA HASIL TRANSKRIPSI • m. RNA : berfungsi sebagai model pembentukan protein dalam translasi, berstruktur linear • t. RNA : berfungsi sebagai pembawa asam amino dan penterjemah kodon m. RNA, membentuk lipatan tiga dimensi • r. RNA : berfungsi sebagai kerangka ribosom dan mengenali t. RNA dan m. RNA dalam proses translasi

Struktur Sekunder t. RNA Ujung 3’ACC, penempelan asam amino Simpul D Basa termodifikasi Simpul antikodon Simpul Ty. C Simpul Variasi

Basa Asli A Basa-basa t. RNA yang termodifikasi G U C Basa termodifikasi i 6 A m’G Gm I Im y D s 2 C T m 5 C

r. RNA (RNA ribosom) Ribosom bakteri 70 S Ribosom eukariot 80 S 30 S 60 S 40 S 50 S r. RNA 5 S r. RNA 23 S r. RNA 16 S r. RNA 5 S r. RNA 28 S r. RNA 5. 8 S r. RNA 18 S

r. RNA 16 S r. RNA 5 S Struktur r. RNA menunjukan tipe pelipatan yang sama untuk berbagai spesies walaupun runtunan basanya berbeda r. RNA 23 S

PASCATRANSKRIPSI

PROSES PASCATRANSKRIPSI • Proses pascatranskripsi adalah proses yang berlangsung terhadap RNA setelah transkripsi selesai • Bentuk m. RNA, t. RNA dan r. RNA yang ada dalam proses translasi bukan merupakan bentuk yang ada saat transkripsi, tetapi merupakan hasil pengolahan pascatranskripsi

Pascatranskripsi pada eukariot, memodifikasi m. RNA yang belum matang (pre-m. RNA) menjadi m. RNA matang

Proses Pascatranskripsi m. RNA hn. RNA m. RNA bakteri tidak mengalami proses pascatranskripsi; terlihat bahwa ribosom mulai menempel pada m. RNA ketika transkripsi belum selesai m. RNA eukariot mengalami proses pascatranskripsi

Pascatranskripsi m. RNA Eukariot Transkripsi menghasilkan hn. RNA Pemasangan tudung pada ujung 5’ AAAAAA Pemasangan ekor poli. A pada ujung 3’ Pemotongan intron

Pemotongan intron Kedua basa intron pertama hampir selalu mengandung GU dan dua basa terakhir hampir selalu mengandung AG Intron Ekson – GU. . AG - Ekson

Pra-t. RNA dibentuk oleh suatu operon (kelompok gen yang diapit oleh satu pasangan promoterterminator, sehingga terbentuk dalam suatu RNA besar yang mengandung banyak t. RNA

85 nt 41 nt Pascatranskripsi t. RNA RNase P RNase F RNase D Pemotongan Pra-t. RNA menjadi t. RNA individual Penambahan ACC di ujung 3 t. RNA tertentu Pemotongan intron t. RNA tertentu Modifikasi basa tertentu

Proses Pascatranskripsi r. RNA • Pada E. coli r. RNA dibentuk oleh tujuh operon {rrn. A, rrn. B, rrn. C, rrn. D, rrn. E, rrn. G, rrn. H} • pra-r. RNA (30 S) E. coli mengandung r. RNA 5 S, r. RNA 23 S, r. RNA 16 S, dan sejumlah t. RNA sebagai penyelang • melalui proses pascatranskripsi akan dipisahkan komponen r. RNA satu dari yang lain, serta dari t. RNA

Pascatranskripsi r. RNA Prokaryot RNase. III leader 5 S 1 -2 t. RNA Eukaryot: r. RNA-45 S= pra-r. RNA: 18, 28, 5, 8 S operon RNA pol I 5 S r. RNA ruas sendiri RNA pol III

TRANSKRIPSI VIRUS Sintesis m. RNA DNA ug m. RNA DNA ut (+) DNA ug RNA ut (+) RNA ut (-) m. RNA ut (+) DNA ut (-) RNA ug RNA ut (+) m. RNA

TRANSKRIPSI BALIK • Transkripsi balik adalah pembentukan DNA dengan RNA sebagai modelnya • Disintesis oleh ezim Transkriptase Balik • Di alam digunakan dalam perbanyakan retrovirus • Dalam rekayasa genetik digunakan untuk mengklonkan gen tanaman melalui pembentukan c. DNA.

TERIMA KASIH