SINTESIS PROTEIN

AKTIVITAS GEN DAN PENGATURANNYA: SINTESIS PROTEINdr. Arfianti, M.Biomed, M.ScProtein Working molecules of the cellsAction and properties of cellsEncoded by genesGene: Unit of DNA that contain information to specify synthesis of single polipeptide chain or functional RNA (tRNA and rRNA)

Gene expressionInformation encoded in gene is transformed to proteinGene products: protein and RNA

4 basic molecular genetic processes

TranskripsiMODIFIKASI POST TRANSKRIPSI RNA splicingDNA yang tidak mengkode protein (non-coding region=intron) dan bagian DNA yang mengkode protein (coding region=ekson).Proses pemotongan intron dan ekson yang ada digabungkanCapping (tudung) penambahan GTP pada 5-end mRNA melindungi RNA dari degradasi oleh enzim hidrolitik di dalam sitoplasma dan sebagai tempat awal perlekatan ribosom.Poli Aujung 3 ditambahkan ekor poli A yang terdiri dari 30 sampai 200 nukleotida adenin yang fungsinya sama seperti capping.

KODE GENETIKASintesis protein KODE GENETIK yang terdapat pada mRNA64 triplet nukleotida kodonSetiap kodon menyandi salah satu dari 20 asam amino Satu asam amino >1 kodon.AUG: START CODON/Met UAA, UAG dan UGA : STOP CODON

TRANSLASIpenerjemahan kode genetik pada mRNA protein3 types of RNA:mRNA: membawa informasi genetik dalam bentuk kodontRNA: bertugas menterjemahkan dan mentransfer asam-asam amino yang sesuai dengan kodonrRNA: bergabung dengan suatu kompleks protein membentuk ribosom, katalisis proses sintesis polipeptida

tRNAAminoacyl-tRNA synthetase menggabungkan asam amino dengan tRNA yang sesuai 20 macam enzim ini di dalam sitoplasma.

RIBOSOMterdiri atas subunit besar dan subunit kecilprotein-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.

Ribosom

TAHAPAN PROSES TRANSLASIInisiasiElongasiTerminasi

Translasi

MODIFIKASI POST-TRANSLASI Folding (pelipatan) konformasi spesifik Asetilasi, glikosilasi, fosforilasi, hidroksilasiPemisahan satu atau lebih asam amino pada ujung amino rantai polipeptidaPembelahan rantai polipeptida menjadi dua atau lebih potongan. Contoh insulinBergabung dengan rantai polipeptida lainnya Perubahan modifikasi protein penyakit (c: Alzheimers)

PENGATURAN AKTIVITAS GENCiri organisme kemampuan untuk beradaptasi terhadap perubahan survive pengaturan aktivitas gen Pengaturan metabolismeKontrol metabolisme:Mengatur jumlah enzim spesifik mengatur ekspresi suatu genMengatur aktivitas katalitik dari enzim yang sudah ada PrekursorTriptofanEnzim 1Enzim 2Enzim 3Gen 1Gen 2Gen 3PENGATURAN AKTIVITAS GEN PROKARIOT 2 katagori enzim: Enzim yang tidak diregulasi enzim konstitutifEnzim tergantung kepada metabolit yang spesifik, misalnya substrat dapat diregulasi.

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

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

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 represoroperon indusibel jalur katabolik enzim-enzim diproduksi hanya jika nutriennya tersedia maka dapat dihindarkan pembuatan protein yang tidak diperlukan.

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

trp-operon dan lac-operon kontrol negatif aktivitas gen operon diubah menjadi off oleh protein repressor yang aktifkontrol positif jika protein activator berinteraksi langsung dengan gen operator menyebabkan operon menjadi on. PENGATURAN AKTIVITAS GEN EUKARIOT

Lebih kompleks Struktur gen eukariot yang lebih kompleksOrganisme multiseluler diferensiasiDiferensiasi spesialisasi dari struktur dan fungsi sel selama periode perkembangan suatu organisme. Pengaturan aktivitas gen eukariot setiap langkah dalam jalur dari gen sampai protein fungsional. 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. DNA dikemas dengan protein histon nukleosomH1, 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.

Kromosom dg miskroskop elektron:Heterokromatin lebih padat/gelap gen tidak aktifEukromatin lebih terang gen aktifPengaturan aktivitas gen eukariot dapat terjadi melalui:Modifikasi struktur kromatinInisiasi transkripsiModifikasi post transkripsiKontrol translasiModifikasi post translasi

Modifikasi kromatin Metilasi DNApenempelan 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 histonpenempelan gugus asetil (-COCH3) pada asam amino tertentu dari protein histon ikatannya terhadap DNA menjadi melonggar mempermudah akses factor transkripsiKontrol transkripsi Struktur gen eukariot, terdiri dari:oEksonoIntronoElemen kontrol inisiasi transkripsi:PromoterEnhancer terletak jauh dari gen yang dikontrolnya Faktor transkripsi yang berinteraksi dg enhancer dan menstimulasi transkripsi activator inhibisi transkripsi disebut repressor. Kontrol modifikasi post transkripsi Alternatif splicing: beberapa molekul mRNA mature dihasilkan dari 1 molekul pre-mRNAPengaturan 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-mingguKontrol 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. Kontrol modifikasi post translasi Modifikasi protein dan transport protein ke sel sasarankontrol 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.