Download transkripsi

TRANSKRIPSI
Dr. Yekti Asih Purwestri, M.Si.
Laboratorium Biokimia Fakultas Biologi UGM
Pengaturan Transkripsi
DNA
RNA
Perubahan lingkungan
Turn on/off gen
protein
Protein2 untuk menghadapi
perubahan lingkungan
Sangat penting untuk:
1. Ekspresi gen saat diperlukankan
2. Represi gen saat tidak diperlukan
3. Menjaga sumber energi; menghindari ekspresi gen2 yang tidak diperlukan
Pengaturan Transkripsi
Tempat pengaturan :
Transkripsi
DNA
RNA
protein
Initiation
Elongation
Termination
Processing
Capping
Splicing
Polyadenylation
Turnover
Translasi
Protein processing
Transkripsi Prokariotik
• Operons
Kelompok gen2 yang saling
berhubungan yang ditranskripsi
oleh promoter yang sama
• RNA polisistronik
• Gen2 multiple ditranskripsi
sebagai SATU TRANSKRIP
• Tidak punya nukleus , shg transkripsi dan
translasi dapat terjadi secara simultan
Struktur RNA






Mengandung ribosa
Basa N : A,G,C,U,
Urasil berpasangan dengan adenin
Secara kimiawi berbeda sedikit dengan
DNA, ttp secara struktural mpy
perbedaan yang besar
Jalin tunggal
Kemampuannya untuk melekuk
membentuk stuktur 3D dapat
fungsional
Variasi Struktur RNA


RNA lebih mirip protein dari pada DNA:
domain struktur dihubungkan oleh domain yang
lebih fleksibel  shg fungsinya berbeda
e.g. ribozymes – catalytic RNA
SINTESIS RNA

RNA polimerase
menempel pada DNA,
DNA melting

Nucleosida ditambahkan
5’  3’
Jenis RNA

Messenger RNA (mRNA) – gene2 yang
mengkode protein

Ribosomal RNA (rRNA) – membentuk ribosom

Transfer RNA (tRNA) – adaptor yang
menghubungkan asam amino amino dg
mRNA selama translasi

Small regulatory RNA – disebut juga noncoding RNA
Pengaturan Transkripsi
Transcription
Pengaturan inisiasi
biasanya
paling penting
Initiation
Elongation
Termination
Processing
Capping
Splicing
Polyadenylation
Turnover
Translation
Protein processing
Inisiasi
RNA polimerase α α β β’σ
 Faktor2 transkripsi
 Promoter DNA
 Sisi pengikatan RNAP
 Operator – repressor binding
 TF binding sites lain
Start transkripsi : +1

Inisiation

RNA polymerase
 4 subunit
 Sigma faktor (σ)–
menentukan
spesifisitas promoter
 + σ = holoenzyme
 Mengikat sekuen promoter
 Mengkatalisis “open complex” and
transkripsi DNA menjadi RNA
RNAP mengikat sekuen
promoter spesifik
Faktor Sigma mengenali sekuen
konsensus -10 and -35

Promoter RNA polymerase
TTGACA
TATAAT
Deviation from consensus -10 , -35 sequence leads to
weaker gene expression
Sigma factors
Sigma subunit
Type of gene controlled
s70 RpoD
Growth/housekeeping
s54 RpoN
N2; stress response
~15
sS
RpoS
Stationary phase, virulence
~100
sS
RpoH
Heat shock
~40
sF
RpoF
Flagella-chemotaxis
~40
Extreme ?heat shock, unfolded proteins
~5
Ferric citrate transport
~5
s32 RpoE
FecI
# of genes controlled
~1000
E. coli can choose between 7 sigma factors and about 350
transcription factors to fine tune its transcriptional output
An Rev Micro Vol. 57: 441-466 T. M. Gruber
Lac operon control
• Repressor binding prevents RNAP binding promoter
• An activating transcription factor found to be
required for full lac operon expression: CAP (or Crp)
lac operon – activator and
repressor
CAP = catabolite
activator protein
CRP = cAMP receptor
protein
Faktor2 yang mengaktifkan
transkripsi


Helix-turn-helix
(HTH) mengikat
major groove
DNA
HTH merupakan
salah satu dari
banyak
TF motif
Crp dimer w/ DNA
Pengikatan kofaktor mengubah konformasi

Crp binds cAMP, induces allosteric
glucose
changes glucose
cAMP
Crp
cAMP
Crp
lac operon
no mRNA
mRNA
CRP: cAMP reseptor
protein/ CAP
catabolite gene
activator protein
Cooperative binding of Crp and RNAP
Pengikatan lebih stabil daripada hanya protein saja
Enhancers
•
activating regions not
necessarily close to RNAP
binding site
NtrC (nitrogen assimilation
regulatory protein) example:
• NtrC required for RNAP to
form open complex
• NtrC activated by P
• P NtrC binds DNA, forms loop
that folds back onto RNAP,
initiating transcription
signature of sigma 54
Transcriptional Control
Transcription
Initiation
Elongation
Termination
Processing
Capping
Splicing
Polyadenylation
Turnover
Translation
Protein processing
Terminasi Transkripsi


Bakteri perlu mengakhiri transkripsi pada
ujung gen
2 mekanisme terminasi transkripsi pada
bakteri:


Rho-independent (lebih umum)
Rho-dependent
Rho-independent termination
• Sekuen terminasi mempunyai 2 ciri :
Serial Residu U
Daerah kaya GC yang saling komplimen
• sekuen kaya GC membentuk loop
• Stem-loop menyebabkan RNAP pause
• Residu U tidak stabil  rantai RNA dilepaskan
Rho-dependent termination



Rho merupakan protein
heksamer
Melingkupi 70-80 basa RNA
Rho mempunyai aktivitas
ATPase, bergerak
sepanjang RNA sampai sisi
RNAP, membuka rantai
ganda DNA/RNA hybrid
Transkripsi Eukariotik
• Faktor2 transkripsi mengikat daerah
promoter dari gen.
• RNA polymerase II kemudian mengikat
promoter untuk memulai transkripsi pada
start site (+1).
• Enhancers adalah sekuen DNA dimana faktor
transkripsi spesifik (activators) terikat untuk
meningkatkan laju transkripsi.
26
27
Transkripsi Eukariotik
• Coactivators dan mediators juga diperlukan
untuk fungsi faktor2 transkripsi.
– coactivators and mediators mengikat faktor2
transkripsi dan bagian lain dari
komponen/aparatus transkripsi
28
29
Struktur kromosom Eukariotik
• DNA eukariot dikemas dalam chromatin.
• Struktur Chromatin berhubungan secara
langsung dengan pengaturan ekspresi gen.
• Struktur Chromatin mulai dengan organisasi
DNA dalam nukleosom.
• Nukleosom mungkin memblok RNA
polymerase II untuk bergabung dengan
promoter.
30
Struktur kromosom Eukariotik
• Metilasi (penambahan –CH3) pada DNA atau
protein histon juga berhubungan dengan
pengaturan ekspresi gen.
• Kelompok nukleotida sitosin yang termetilasi
mengikat protein yang menghambat aktivator
untuk binding dengan DNA.
• Metilasi pada protein histon berhubungan
dengan inaktivasi daerah chromatin
31
32
33
Regulasi post transkripsional
• Pengaturan ekspresi gen biasanya melibatkan
pengaturan inisiasi transkripsi.
• Tetapi ekspresi gen dapat dikontrol setelah
transkripsi, dengan mekanisme berikut :
– RNA interference
– alternative splicing
– RNA editing
– mRNA degradation
34
Posttranscriptional Regulation
• RNA interference melibatkan pemakaian
molekul small RNA
• Enzim Dicer memotong double stranded RNA
menjadi potongan2 kecil RNA
– micro-RNAs bind to complementary RNA to
prevent translation
– small interfering RNAs degrade particular mRNAs
before translation
35
36
Posttranscriptional Regulation
• Introns are spliced out of pre-mRNAs to produce
the mature mRNA that is translated.
• Alternative splicing recognizes different splice
sites in different tissue types.
• The mature mRNAs in each tissue possess
different exons, resulting in different
polypeptide products from the same gene.
37
38
Posttranscriptional Regulation
• RNA editing creates mature mRNA that are
not truly encoded by the genome.
• For example –
– apolipoprotein B exists in 2 isoforms
– one isoform is produced by editing the mRNA to
create a stop codon
– this RNA editing is tissue-specific
39
Posttranscriptional Regulation
• Mature mRNA molecules have various halflives depending on the gene and the location
(tissue) of expression.
• The amount of polypeptide produced from a
particular gene can be influenced by the halflife of the mRNA molecules.
40
41
Senyawa Penghambat Transkripsi
Actinomycin D
 Dari Streptomyces
 Mengikat erat pada dupleks DNA menyisipkan diri antara
pasangan basa G=C
 Menghalangi pergerakan polymerase sepanjang rantai
 Menghambat baik prokariotik maupun eukariotik
Acridine
 Menghambat dengan jalan yang sama dengan Actinomycin D
Senyawa Penghambat Transkripsi
Rifampicin
 Dari Streptomyces
 Menghalangi pembentukan ikatan fosfodiester
pertama
 Tidak menghalangi pemanjangan rantai
 Mengikat pada sub unit β polymerase RNA
 Tidak menghambat sintesis RNA pada eukariot
Senyawa Penghambat Transkripsi
α-amanitin
 spesifik inhibitor pada sel hewan
 dari jamur Amanita phalloides
 menghambat enzim polymerase RNA II pada
eukariot
 tidak menghambat sintesis RNA prokariot dan
jamurnya sendiri