Download sintesis protein

AKTIVITAS GEN DAN
PENGATURANNYA: SINTESIS
PROTEIN
dr. Arfianti, M.Biomed, M.Sc
Protein
•
•
•
•
Working molecules of the cells
Action and properties of cells
Encoded by genes
Gene: Unit of DNA that contain information to specify
synthesis of single polipeptide chain or functional
RNA (tRNA and rRNA)
Gene expression
• Information encoded in gene is transformed
to protein
• Gene products: protein and RNA
4 basic molecular genetic processes
MODIFIKASI POST TRANSKRIPSI
RNA splicing
• DNA yang tidak mengkode protein (noncoding region=intron) dan bagian DNA yang
mengkode protein (coding region=ekson).
• Proses pemotongan intron dan ekson yang
ada digabungkan
Capping (tudung) penambahan GTP pada 5’end mRNA  melindungi RNA dari degradasi
oleh enzim hidrolitik di dalam sitoplasma dan
sebagai tempat awal perlekatan ribosom.
• Poli Aujung 3’ ditambahkan ekor poli
A yang terdiri dari 30 sampai 200
nukleotida adenin yang fungsinya sama
seperti capping.
KODE GENETIKA
• Sintesis protein KODE GENETIK
yang terdapat pada mRNA
• 64 triplet nukleotida  kodon
• Setiap kodon menyandi salah satu dari
20 asam amino
• Satu asam amino >1 kodon.
• AUG: START CODON/Met
• UAA, UAG dan UGA : STOP CODON
TRANSLASI
• penerjemahan kode genetik pada mRNA 
protein
• 3 types of RNA:
– mRNA: membawa informasi genetik dalam bentuk
kodon
– tRNA: bertugas menterjemahkan dan mentransfer
asam-asam amino yang sesuai dengan kodon
– rRNA: bergabung dengan suatu kompleks protein
membentuk ribosom, katalisis proses sintesis
polipeptida
• Aminoacyl-tRNA
synthetase

menggabungkan asam amino dengan
tRNA yang sesuai
• 20 macam enzim ini di dalam
sitoplasma.
RIBOSOM
• terdiri atas subunit besar dan subunit
kecilprotein-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
TRANSLASI
• Inisiasi
• Elongasi
• Terminasi
MODIFIKASI POST-TRANSLASI
• Folding (pelipatan) konformasi spesifik
• Asetilasi, glikosilasi, fosforilasi, hidroksilasi
• Pemisahan satu atau lebih asam amino pada
ujung amino rantai polipeptida
• Pembelahan rantai polipeptida menjadi dua
atau lebih potongan. Contoh insulin
• Bergabung dengan rantai polipeptida lainnya
• Perubahan modifikasi protein penyakit (c:
Alzheimer’s)
PENGATURAN AKTIVITAS GEN
• Ciri organisme  kemampuan untuk
beradaptasi terhadap perubahan 
survive  pengaturan aktivitas gen
Pengaturan metabolisme
• Kontrol metabolisme:
1. Mengatur jumlah enzim spesifik 
mengatur ekspresi suatu gen
2. Mengatur aktivitas katalitik dari
enzim yang sudah ada
Prekursor
Gen 1
Enzim 1
Gen 2
Enzim 2
Gen 3
Enzim 3
Triptofan
PENGATURAN AKTIVITAS GEN
PROKARIOT
• 2 katagori enzim:
1.Enzim yang tidak diregulasi  enzim
konstitutif
2.Enzim 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:
1.Gen pengontrol  gen operator dan
promoter
• Gen operator menentukan akses RNA
polimerase ke gen struktur.
• Gen promoter  tempat inisiasi transkripsi
2.Gen 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 represor
• operon indusibel  jalur katabolik enzimenzim 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
aktif
• kontrol positif jika protein activator
berinteraksi langsung dengan gen
operator menyebabkan operon menjadi
on.
PENGATURAN AKTIVITAS GEN
EUKARIOT
•
•
•
•
Lebih kompleks
Struktur gen eukariot yang lebih kompleks
Organisme multiseluler  diferensiasi
Diferensiasi  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 
nukleosom
• H1, 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 aktif
– Eukromatin  lebih terang  gen
aktif
Pengaturan aktivitas gen eukariot dapat
terjadi melalui:
•
•
•
•
•
Modifikasi struktur kromatin
Inisiasi transkripsi
Modifikasi post transkripsi
Kontrol translasi
Modifikasi post translasi
• Modifikasi kromatin
– Metilasi DNApenempelan 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 histonpenempelan gugus asetil (COCH3) pada asam amino tertentu dari protein
histon  ikatannya terhadap DNA menjadi
melonggar
mempermudah
akses
factor
transkripsi
• Kontrol transkripsi
– Struktur gen eukariot, terdiri dari:
• o Ekson
• o Intron
• o Elemen kontrol inisiasi transkripsi:
– Promoter
– Enhancer  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-mRNA
– Pengaturan 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 bermingguminggu
• Kontrol 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 sasarankontrol 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.