Biosintesis Makromolekul

Protein ProkariotikKelompok (1-9)

ANGGOTA• Ahadia Busyaroh

• Artati Putri

• Asma Himmatul

• Assaba’I Nizar

• Atika Kusuma W

• Citra Mashita

• Faizal Nur A

• Gazania P

• Mutiara

Ramadhan

• Novaristiana R

• Nur Aditya P

• Rahmad Anung

• Riza Al Amin

• Shinta Maharani

• Sukmadani R

• Vivy F

• Windi Ria

• Yunita P

T R A N S K R I P S IP R O K A R I O T I K

Mekanisme Transkripsi

3 tahapan transkripsi:1. Inisiasi: RNA polimerase menempel pada promoter di DNA template untuk memulai sintesis RNA

(Promoter: urutan nukleotida spesifik yang terletak setelah awal gen, Merupakan sinyal untuk memulai proses transkripsi)

2. Elongasi: Perpanjangan RNA yang disintesis3. Terminasi: RNA polimerase mencapai terminator, terlepas dari DNA template dan RNA yang dihasilkan

(Terminator: urutan nukleotida spesifik yang menandakan akhir gen, merupakan sinyal untuk mengakhiri proses transkripsi)

RNA polymerase

DNA of gene

Promoter

Inisiasi

Terminator

Elongasi

Terminasi RNA

RNA lengkapdihasilkan

RNA polymerase

Pendahuluan

• Kandungan informasi DNA (materi genetik/gen), terdapat dlm bentuk urutan nukleotida spesifik di sepanjang untai DNA.

• Ekspresi Gen: Gen memerintahkan pembuatan protein.

• Penyampaian informasi dari DNA sehingga menghasilkan protein dilakukan melalui 2 tahap: • Transkripsi → menghasilkan kode

genetik dalam bentuk mRNA• Translasi → menghasilkan asam amino

• Informasi genetik dikodekan sebagai urutan triplet basa (kodon) pada mRNA, kemudian ditranslasi menjadi asam amino spesifik selama sintesis protein

Kode Genetik: Kombinasi Kodon Penyusun Asam Amino

20 Asam amino:Phe, Leu, Ile, Met, Val, Ser, Pro, Thr, Ala, Tyr,His, Gln, Asn, Lys, Asp,Glu, Cys, Trp, Arg, Gly

Setiap asam amino dikode oleh satu atau lebih kodon mRNA

Start codon: AUGStop codon: UAA, UGA, UAG

Transkripsi

• Transkripsi adalah bagian dari ekspresi gen yang meliputi proses penyalinan informasi dalam DNA untuk ditranskripsi menjadi mRNA (RNA messenger) dengan bantuan enzim RNA polimerase

• Terdiri atas 3 tahap/fase:• Inisiasi

• Elongasi

• Terminasi

Transkripsi mempunyai ciri-ciri kimiawi yang serupa dengan sintesis/replikasi DNA, yaitu :

1. adanya sumber basa nitrogen berupa nukleosida trifosfat (ribosa, ATP, GTP, CTP, dan UTP).

2. Adanya salah satu saja untai molekul DNA sebagai cetakan (pita antisens mempunyai urutan basa yg komplementer dg RNA hasil transkripsi, sementara pita sens mempunyai urutan basa yang sama dg RNA hasil transkripsi)

3. Sintesis berlangsung dengan arah 5’→ 3’ seperti halnya arah sintesis DNA.

4. Enzim yang bekerja adalah RNA polimerase yang mampu melakukan inisiasi sintesis RNA tanpa adanya molekul primer

Pada prokariot, gen terdiri atas 3 bagian utama : daerah pengendali(promoter); bagian struktural dan terminator 1. Promoter merupakan bagian gen yang berperanan dlm mengendalikan proses transkripsi dan terletak pada ujung 5’2. Bagian struktural adalah bagian gen yang terletak disebelah hilir (downstream) dari promoter. Bagian inilah yg mengandung urutan DNA spesifik (kode-kode genetik) yg akan ditranskripsi3. Terminator adalah bagian gen yg terletak disebelah hilir dari bagian struktural yg berperanan dlm pengakhiran (terminasi) proses transkripsi

Peranan RNA polimerase

RNApolymerase

RNA nucleotide

Untai DNA Template

Arah transcripsi

RNA yang dihasilkan

Enzim yang mengkatalisis transkripsi: RNA polimeraseDapat mengenali daerah promoter, yg akan membuka ikatan double helix pada DNARNA disintesa dari arah 5’ ke 3’, mengikuti urutan DNA templateNukleotida pertama umumnya purin (A atau G)

Transkripsi pada sel Prokariot

• Enzim RNA polimerase terdiri dari 5 subunit, dengan komposisi α2ββδ

• Badan enzim RNA polimerase, dipandu oleh faktor ς (sigma), berikatan dengan promoter, menginduksi pembukaan terbatas pada DNA (local unwinding)• Faktor ς : kelompok protein yang berperan

dalam pengikatan RNA polimerase dengan daerah promoter pada proses inisiasi transkripsi

• Daerah promoter ditandai dengan urutan basa TATA (Pribnow box), tdd 10 psg basa, merupakan titik inisiasi transkripsi

Hasil transkripsi berupa molekul RNA tunggal (bedakan

dengan replikasi)

Urutan nukleotida RNA hasil sintesis adalah urutan nukleotida

komplementer dengan cetakannya. Misal : urutan ATG pada DNA,

maka hasil transkripsinya adalah UAC

Molekul DNA yg ditranskripsi adalah untai ganda, namun

yang berperanan sebagai cetakan, hanya salah satu untaiannya

Gen pada prokariot diorganisasikan dlm struktur operon.

Contoh : operon lac (operon yg mengendalikan kemampuan

metabolisme laktosa pada bakteri Escherichia coli).

Organisasi operon lac pada Escherichia coli

Gen represor

Gen i Gen pGen o

Gen ZGen Y Gen A

Transkripsi pada Prokariot lanjutan…….

• Enzim mengkatalisis ikatan fosfodiester antar nukleotida

• Ujung 5’ tidak dilepaskan dari DNA sampai transkripsi selesai

• RNA Prokariot bersifat polisistronik:• menghasilkan lebih dari satu rantai

polipeptida• RNA messenger memiliki darah-daerah

yang mengkode satu protein atau lebih

• Tahapan transkripsi pada prokariot meliputi inisiasi transkripsi (terbentuk gelembung transkripsi), pemanjangan dan terminasi (tergantung faktor rho dan tidak tergantung faktor rho)

• Tahapan inisiasi meliputi 4 langkah : 1) pembentukan kompleks promoter tertutup; 2) pembentukan kompleks terbuka; 3) penggabungan beberapa nukleotida awal (10 nukleotida) dan 4) perubahan konformasi RNA polimerase karena pelepasan subunit sigma ().

Proses Transkripsi Pada Sel Prokariot:

Tahapan proses inisiasi pada

prokariot

Struktur kompleks DNA dan RNA polimerase pd saat pemanjangan transkripsi

Skema pengakhiran transkripsi tanpa menggunakan faktor rho

Skema pengakhiran transkripsi bergantung

faktor rho

Proses Transkripsi Pada Sel Prokariot:Peranan Faktor ς (sigma) dan Faktor ρ (rho)

Terdapat suatu urutan konsensus (Consensus Sequence) yaitu urutan nukleotida yang umum ditemukan pada beragam promoterPada daerah untai nonsense sekitar 10 pasang basa (pb) sebelum inisiasi transkripsi (-10) memiliki konsensus:5’ – TATAAT – 3’Pada daerah lainnya: pada 35 pb (-35) memiliki konsensus:5’ – TTGACA – 3’Faktor ς (sigma) membantu pengikatan RNA polimerase ke promoter

Proses Transkripsi Pada Sel Prokariot:Peranan Faktor ς (sigma) dan Faktor ρ (rho)

Faktor ς (sigma) akan terlepas dari RNA polimerase setelah proses inisiasi selesaiFaktor ρ (Rho): protein yang berperan pada proses terminasi

Faktor Transkripsi

• Protein khusus yang meregulasi ekspresi gen dengan mengontrol transkripsi

• Fungsi:• Mengikat urutan DNA spesifik• Mengikat RNA polimerase II

membentuk kompleks DNA – protein• Merespons stimulus beberapa jenis

sinyal, mempengaruhi interaksi protein-protein atau DNA-protein.

Perbandingan Transkripsi Pada Eukariot dan Prokariot

Eukaryotes Prokaryotes

Tempat berlangsungnya Transkripsi

Transkripsi dan translasi berlangsung dalam kompartemen sel yang berbeda

Transkripsi dan translasi berlangsung dalam kompartemen sel yang sama

RNA Polymerase Terdapat 3 kelompok :RNA pol IRNA pol IIRNA pol III

RNA polymerase tunggal

Primer Dihasilkan sebelum berlangsungnya translasi

Langsung digunakan dalam proses translasi

Promoter Daerah promoter memiliki 2 urutan basa:a.TATA box pada basa – 25 dari titik awalb.GC and CAAT terletak jauh dari titik awal

a.TATAAT (Pribnow box) pada basa – 10 dari titik awalb.TTGACA dekat ke titik awal (- 35)

Proses Transkripsi & Translasi

1Tahap mRNA ditranskripsi dari DNA template.

Tahap Setiap asam amino menempel pada tRNA yang tepat dengan bantuan enzim spesifik dan ATP

Tahap Inisiasi sintesis polipeptida

mRNA, tRNA yang pertama, dan subunit ribosoma berkumpul bersama.

Tahap Elongasi

Tahap Terminasi

Ribosom mengenali stop kodon. Sintesis polipeptida diakhiri dan polipeptida dilepaskan.

Sejumlah mRNA menambahkan asam amino ke rantai polipeptida, secara satu per satu.

Polipeptida

Kodon

mRNA

Pembentukan ikatan peptida baru

Kodon

Polipeptida

4

5

3

2

Anticodon

InitiatortRNA

Largeribosomalsubunit

Smallribosomalsubunit

Start Codon

Polipeptida

24

a) Pada sel prokariot, proses transkripsi dan translasi berlangsung dalam bagian sel yang sama

Organisasi operon lac pada Escherichia coli

Gen represor

Gen i Gen pGen o

Gen ZGen Y Gen A

• Saat ditranskripsi, operon lac menghasilkan satu mRNA yg membawa kode-kode genetik untuk 3 macam polipeptida yg berbeda : mRNA polisistronik

• Dg dmk, masing-masing polipeptida akan ditranslasi secara independen dari satu untaian mRNA yg sama.

• Kerja gen struktural (gen Z, Y dan A) diatur ekspresinya oleh satu promoter yg sama (p)

• Operator adalah bagian dari promoter tempat penempelan protein represor yg dikode oleh gen I

• Transkripsi diawali dari nukleotida yg terletak beberapa basa di sebelah hulu dari gen struktural.

• Ujung gen struktural berupa kodon STOP (TAA, TAG atau TGA)

• Transkripsi dilakukan sampai beberapa basa di sebelah hilir dari kodon STOP yaitu sampai pada daerah terminator

• Salah satu bagian penting promoter disebut kotak Pribnow pd urutan nukleotida posisi -10 dan posisi -35 (letak nukleotida dari titik awal transkripsi + 1)

• Posisi -10 dan -35 mempunyai urutan nukleotida konsensus yaitu :

Posisi -10 : TATAAT; Posisi -35 : TTGACA Disebut juga elemen-elemen promoter inti

-35 -10

Awal transkripsi

Gen struktural

ATG STOP

Terminator

• Kotak Pribnow merupakan daerah pd promoter yg berperanan dlm mengarahkan enzim RNA polimerase sehingga arah transkripsinya 5’ ke 3’ sebagaimana pada replikasi

• Selain itu, daerah ini merupakan tempat pembukaan heliks DNA untuk membentuk kompleks promoter yg terbuka.

• Promoter pd prokariot juga terdiri atas operator

• Operator adalah urutan nukleotida yg terletak di antara promoter dan bagian struktural dan merupakan tempat pelekatan protein represor (penekan atau penghambat proses ekspresi genetik)

• Jika ada protein represor, maka RNA polimerase yg melekat pd promoter, tidak dpt berjalan untuk melakukan transkripsi

• Elemen pengendali ekspresi genetik yg lain adalah attenuator

• Attenuator adalah urutan nukleotida yg terdpt pd suatu kelompokan gen (gene cluster) yg umumnya terlibat dlm biosintesis asam amino.

• Terletak pd daerah di antara bagian promoter-operator dengan titik awal bagian struktural

• Daerah attenuator semacam ini biasanya disebut leader sequences.

• Fungsi attenuator adalah mengendalikan level biosintesis asam amino sesuai dengan ketersediaan asam amino di dlm sel.

• Pengendalian transkripsi oleh attenuator dapat mencapai 100 kali lipat dibandingkan represor karena proses pelemahannya (attenuasi) tidak bergantung pada proses represi. Dua sistim pengendalian yg terpisah

• Attenuasi berakibat pd penghentian transkripsi gen struktural secara prematur

• Ekspresi gen ttt juga dikendalikan oleh elemen yg disebut enhancer.

• Enhancer berperanan dlm peningkatan level transkripsi dengan cara meningkatkan jumlah RNA polimerase

• Letak enhancer dapat jauh di sebelah hulu (upstream) atau hilir (downstream) dari titik awal transkripsi

• Ciri utama gen struktural pd prokariot adalah mulai dari sekuens inisiasi translasi (ATG) sampai kodon terakhir sebelum titik akhir translasi (kodon STOP yaitu TAA/TAG/TGA) akan diterjemahkan menjadi rangkaian asam amino.

• Jadi, jika gen struktural terdiri atas 900 nukleotida maka gen tersebut akan mengkode 300 asam amino karena satu asam amino dikode oleh tiga sekuens nukleotida yang berurutan

• Jadi, pada prokariot tidak ada intron (sekuens penyisip)

• Terminator adalah bagian gen yg terletak disebelah hilir dari gen struktural.

• Fungsi terminator adalah memberikan sinyal pd enzim RNA polimerase agar menghentikan proses transkripsi

• Proses terminasi transkripsi pd prokariot dpt dikelompokkan menjadi 2 kelas, yaitu 1) terminasi yg ditentukan oleh urutan nukleotida tertentu (rho-independent) dan 2) diatur oleh suatu protein (faktor rho) atau disebut rho-dependent

• Struktur pertama dicirikan oleh struktur jepit rambut dan lengkung, kaya akan GC

• Struktur kedua berupa jepit rambut yg kaya akan AU

• Bagian terminator mempunyai urutan nukleotida konsensus

• Enzim RNA polimerase pada E. coli sekurang-kurangnya terdiri atas lima subunit, yaitu alfa (), beta (), beta prima (’), omega (), dan sigma ().

• Pada bentuk lengkapnya, atau disebut sebagai holoenzim, terdapat dua subunit dan satu subunit untuk masing-masing subunit lainnya

sehingga sering dituliskan dengan 2’.

• Holoenzim RNA polimerase diperlukan untuk inisiasi transkripsi

• Untuk elongasi transkripsi tidak diperlukan faktor sehingga subunit ini dilepaskan dari kompleks transkripsi begitu inisiasi selesai

• Sisanya, yakni 2’, merupakan enzim inti (core enzyme)

yang akan melanjutkan proses transkripsi.

• Fungsi subunit : mengarahkan agar RNA polimerase holoenzim hanya menempel pd promoter, tidak pd bagian lain.

• Subunit berfungsi dlm penyusunan enzim

• Subunit berfungsi dlm pengikatan nukleotida, sementara Subunit ’ berfungsi dlm penempelan DNA cetakan

• 5‘-ATG GTC CTT TAC TTG TCT GTA TTT -3‘ untaian DNA pengkode

• 3‘-TAC CAG GAA ATG AAC AGA CAT AAA -5‘ untaian DNA cetakan

• 5‘-AUC GUC CUU UAC UUG UCU GUA UUU -3‘ RNA hasil transkripsi

• Urutan nukleotida RNA hasil transkripsi komplementer dengan urutan DNA cetakan tetapi identik dengan urutan nukleotida DNA pengkode

• Pada prokariot, RNA polimerase menempel secara langsung pada DNA di daerah promoter tanpa melalui suatu ikatan dengan protein lain (yang membedakan dengan eukariot)

Transkripsi

• Tahapan transkripsi pada prokariot meliputi inisiasi transkripsi (terbentuk gelembung transkripsi), pemanjangan dan terminasi (tergantung faktor rho dan tidak tergantung faktor rho)

• Tahapan inisiasi meliputi 4 langkah : 1) pembentukan kompleks promoter tertutup; 2) pembentukan kompleks terbuka; 3) penggabungan beberapa nukleotida awal (10 nukleotida) dan 4) perubahan konformasi RNA polimerase karena pelepasan subunit sigma ().

• Laju pemanjangan maksimum berkisar 30 sampai 60 nukleotida per detik

• Dlm pemanjangan transkrip, nukleotida ditambahkan secara kovalen pada ujung 3‘ molekul RNA yg baru terbentuk.

• Nukleotida RNA yg ditambahkan bersifat komplementer dengan nukleotida pd untaian DNA cetakan

MACAM-MACAM RNA

RNA terdiri dari tiga macam:

RNA duta atau messenger RNA (mRNA)

RNA pemindah atau transfer RNA (tRNA)

RNA ribosomal atau ribosomal RNA (rRNA)

RNA duta atau messenger RNA (mRNA)

Mempunyai struktur linier kecuali bagian ujung terminasinya yang berbentuk batang dan kala.

Molekul mRNA membawa urutan basa yang sebagian di antaranya akan ditranslasi menjadi urutan asam amino.

Urutan basa yang dinamakan urutan penyandi (coding sequences) ini dibaca tiga demi tiga. Artinya, tiap tiga basa akan menyandi pembentukan satu asam amino sehingga tiap tiga basa ini dinamakan triplet kodon.

Pada prokariot bagian mRNA yang tidak ditranslasi terletak di depan urutan penyandi (disebut pengarah atau leader) dan di antara dua urutan penyandi (disebut spacer sequences atau noncoding sequences).

Molekul mRNA pada prokariot sering kali membawa sejumlah urutan penyandi bagi beberapa polipeptida yang berbeda. Molekul mRNA seperti ini dinamakan mRNA polisistronik. Dengan adanya mRNA polisistronik, sintesis beberapa protein yang masih terkait satu sama lain dapat diatur dengan lebih efisien karena hanya dibutuhkan satu sinyal.

RNA pemindah atau transfer RNA (tRNA)

Strukturnya mengalami modifikasi hingga berbentuk seperti daun semanggi.

Seperti halnya struktur ujung terminasi mRNA, struktur seperti daun semanggi ini terjadi karena adanya urutan palindrom yang diselingi oleh beberapa basa.

Pada salah satu kalanya, tRNA membawa tiga buah basa yang komplemeter dengan triplet kodon pada mRNA. Ketiga basa ini dinamakan antikodon.

Sementara itu, pada ujung 3’-nya terdapat tempat pengikatan asam amino tertentu. Pengikatan yang membentuk molekul aminoasil-tRNA ini terjadi dengan bantuan enzim aminoasil-tRNA sintetase. Dalam hal ini gugus hidroksil (OH) pada ujung 3’ tRNA terikat sangat kuat dengan gugus karboksil (COOH) asam amino.

Macam asam amino yang dibawa ditentukan oleh urutan basa pada antikodon. Jadi, ada beberapa macam aminoasil-tRNA sesuai dengan antikodon dan macam asam amino yang dibawanya.

RNA ribosomal atau ribosomal RNA (rRNA)

• Strukturnya merupakan bagian struktur ribosom.

• Lebih kurang separuh struktur kimia ribosom berupa rRNA dan separuh lainnya berupa protein.

• Molekul rRNA, dan juga tRNA, dapat dikatakan sebagai RNA struktural dan tidak ditranslasi menjadi asam amino/protein. Akan tetapi, mereka adalah bagian mesin sel yang menyintesis protein.

TRANSLASI

Translasi adalah proses menterjemahkan urutan nukleotida (kode genetik). Translasi melibatkan fungsi berbagai makromolekul. Makromolekul yang harus berperan dalam proses translasi tersebut meliputi :1. Lebih dari 50 polipeptida serta 3 hingga 5

molekul RNA di dalam tiap ribosom2. Sekurang-kurangnya 20 macam enzim

aminoasil-tRNA sintetase yang akan mengaktifkan asam amino

3. Empat puluh hingga 60 molekul tRNA yang berbeda

4. Sedikitnya 9 protein terlarut yang terlibat dalam inisiasi, elongasi, dan terminasi polipeptida.

• Translasi berlangsung pada ribosom di dalam sitoplasma

• Kode genetik diterjemahkan menjadi urutan asam amino

• Kode genetik dibaca dalam bentuk triplet, yang mewakili 20 asam amino

• Satu unit triplet yang terdiri dari 3 nukleotida disebut kodon.

• Setiap triplet dibaca dari urutan 5’ ke 3’

• Satu unit kodon akan berkomplemen dengan antikodon di tRNA

• Stop kodon adalah UUA, UAG, UGA• Tahap inisiasi, dilakukan oleh tRNA

inisiator, dengan kodon pertama AUG dikenal dengan trnaf met, untuk metionin

• Kodon harus dikenal oleh amioacyl-tRNA, sehingga asam amino akan berurutan

Tahap-tahap translasi

1. InisiasiInisiasi sintesis protein dilakukan oleh aminoasil-tRNA khusus, yaitu tRNA yang membawa metionin (dilambangkan sebagai metionil-tRNAi

met). Hal ini berarti bahwa sintesis semua polipeptida selalu dimulai dengan metionin. Khusus pada prokariot akan terjadi formilasi gugus amino pada metionil-tRNAi

Met (dilambangkan sebagai metionil-tRNAfMet)

yang mencegah terbentuknya ikatan peptida antara gugus amin tersebut dengan gugus karboksil asam amino pada ujung polipetida yang sedang diperpanjang sehingga asam amino awal pada polipeptida prokariot selalu berupa f-metionin

2. Translokasi• Perpindahan f-met-ala- trnaala dari tapak A ke

tapak P • Pergeseran posisi mrna pada ribosom

sepanjang tiga basa sehingga triplet kodon yang semula berada di tapak A masuk ke tapak P.

Translokasi memerlukan aktivitas faktor elongasi berupa enzim yang biasa dilambangkan dengan ef-g. Pemanjangan atau elongasi rantai polipeptida akan terus berlangsung hingga suatu tripet kodon yang menyandi terminasi memasuki tapak A

Proses Transkripsi & Translasi

1Tahap mRNA ditranskripsi dari DNA template.

Tahap Setiap asam amino menempel pada tRNA yang tepat dengan bantuan enzim spesifik dan ATPTahap Inisiasi sintesis polipeptidamRNA, tRNA yang pertama, dan subunit ribosoma berkumpul bersama.

Tahap Elongasi

Tahap TerminasiRibosom

mengenali stop kodon. Sintesis polipeptida diakhiri dan polipeptida dilepaskan.

Sejumlah mRNA menambahkan asam amino ke rantai polipeptida, secara satu per satu.

Polipeptida

Kodon

mRNA

Pembentukan ikatan peptida baru

Kodon

Polipeptida

4

5

3

2

Anticodon

InitiatortRNA

Largeribosomalsubunit

Smallribosomalsubunit

Start Codon

Polipeptida

Kode Genetik

Penetapan triplet kodon pada mRNA sebagai pembawa informasi genetik atau kode genetik yang akan menyandi pembentukan suatu asam amino tertentu .Basa nitrogen pada mRNA hanya ada empat macam, sedangkan asam amino ada 20 macam.

Kombinasi dua basa hanya akan menghasilkan 42 atau 16 macam duplet, masih lebih sedikit daripada macam amino yang ada. Kombinasi tiga basa akan menghasilkan 43 atau 64 triplet, melebihi jumlah macam asam amino. Dalam hal ini, satu macam asam amino dapat disandi oleh lebih dari satu macam triplet kodon.

Tabel Kode genetikBasa I

(5’)Basa II Basa III (3’)

U C A G  U

 

U

Phe Ser Tyr CysPhe Ser Tyr Cys CLeu Ser Stop Stop ALeu Ser Stop Trp G

 

C

Leu Pro His Arg ULeu Pro His Arg CLeu Pro Gln Arg ALeu Pro Gln Arg G

 

A

ILe Thr Asn Ser UIle Thr Asn Ser CILe Thr Lys Arg AMet Thr Lys Arg G

 

G

Val Ala Asp Gly UVal Ala Asp Gly CVal Ala Glu Gly AVal Ala Glu Gly G

phe = fenilalanin ser = serin his = histidin glu = asam glutamat

leu = leusin pro = prolin gln = glutamin cys = sistein

ile = isoleusin thr = treonin asn = asparagin trp = triptofan

met = metionin ala = alanine lys = lisin arg = arginin

val = valin tyr = tirosin asp = asam aspartat gly = glisin

Mutasi diinduksi oleh proflavin, suatu molekul yang dapat menyisip di sela-sela pasangan basa nitrogen sehingga kesalahan replikasi DNA dapat terjadi sewaktu-waktu, menghasilkan DNA yang kelebihan atau kekurangan satu pasangan basa. Hal ini akan menyebabkan perubahan rangka baca (reading frame), yaitu urutan pembacaan basa-basa nitrogen untuk diterjemahkan menjadi urutan asam amino tertentu. Mutasi yang disebabkan oleh perubahan rangka baca akibat kelebihan atau kekurangan pasangan basa disebut sebagai mutasi rangka baca (frameshift mutation)

Jika mutan (hasil mutasi) rangka baca yang diinduksi oleh proflavin ditumbuhkan pada medium yang mengandung proflavin, akan diperoleh beberapa fag tipe liar sehingga mutasi seolah-olah dapat dipulihkan atau terjadi mutasi balik (reverse mutation)mutasi balik terjadi karena efek mutasi awal akibat penambahan basa ditekan oleh mutasi kedua akibat pengurangan basa sehingga mutasi yang kedua ini disebut juga sebagai mutasi penekan (suppressor mutation).

Protein rIIB pada T4 mempunyai bagian-bagian yang di dalamnya dapat terjadi perubahan urutan asam amino.Persilangan antara strain + dan strain – hanya menghasilkan rekombinasi berupa fenotipe tipe liar, sedangkan persilangan antara sesama + atau sesama – tidak pernah menghasilkan tipe liar

KODE GENETIK

AUG UUU CCC AAA GGG UUU . . . . . . CCC UAG mRNA tipe liar met phe pro lys gly phe pro stop penambahan pasangan basa A=T (mutasi rangka baca I) AUG AUU UCC CAA AGG GUU U . . . . . CCU AG . . . mRNA mutan met ile ser gln arg val leu  pengurangan pasangan basa G = G(mutasi rangka baca II) AUG AUU UCC AAA GGG UUU . . . . . . CCC UAG mRNA ‘tipe liar’ met ile ser lys gly phe pro stop urutan asam urutan asam amino tipe liar amino yang berubah Gambar 10.6. Mutasi penekan yang memulihkan rangka baca

KODE GENETIK• persilangan sesama + atau sesama – tidak

pernah menghasilkan tipe liar, kode genetik jelas tidak mungkin terdiri atas dua basa

• Pemulihan rangka baca akibat mutasi penekan justru terjadi apabila persilangan dilakukan antara strain + dan strain -.

• Apabila kode genetik berupa triplet, maka persilangan teoretis sesama + atau sesama – akan menghasilkan fenotipe mutan, sesuai dengan hasil kenyataannya

KODE GENETIKurutan yang bila berubah tidak berpengaruh urutan yang bila berubah berpengaruh tipe liar AB CD EF GH IJ KL MN OP QR ST UV WX protein tipe liar+1 AB C1 DE FG HI JK LM NO PQ RS TU VW X protein mutan

+2 AB CD E2 FG HI JK LM NO PQ RS TU VW X protein mutan

-1 AB DE FG HI JK LM NO PQ RS TU VW X protein mutan

-2 AB CD FG HI JK LM NO PQ RS TU VW X protein mutan

+1 x +2 AB C1 DE 2F GH IJ KL MN OP QR ST UV WX protein tipe liar

-1 x -2 AB CD EF GH IJ KL MN OP QR ST UV WX protein tipe liar

+1 x -1 AB C1 DE FG HI JK LM NO PQ RS TU VW X protein mutan

  a) urutan yang bila berubah tidak berpengaruh urutan yang bila berubah berpengaruh tipe liar ABC DEF GHI JKL MNO PQR STU VWX protein tipe liar+1 AB1 CDE FGH IJK LMN OPQ RST UVW X protein mutan

+2 ABC DE2 FGH IJK LMN OPQ RST UVW X protein mutan

+3 ABC DEF GHI J3K LMN OPQ RST UVW X protein mutan

+1 x +2 AB1 CDE 2FG HIJ KLM NOP QRS TUV WX protein mutan

+1 x +2 x +3 AB1 CDE 2FG HIJ 3KL MNO PQR STU VWX protein tipe liar

  b) Gambar 10.7. Diagram persilangan mutan rIIB pada T4 yang memperlihatkan

bahwa kode genetik berupa triplet kodon Jika kode genetik berupa duplet, hasil persilangan teoretis tidak sesuai dengan kenyataan yang diperoleh.Jika kode genetik berupa triplet, hasil persilangan teoretis sesuai dengan kenyataan yang diperoleh. 

Sifat-sifat kode genetik

Kode genetik mempunyai sifat-sifat sebagai berikut :

1. Kode genetik bersifat universal. Artinya, kode genetik berlaku sama hampir di setiap spesies organisme.

2. Kode genetik bersifat degenerate atau redundant, yaitu bahwa satu macam asam amino dapat disandi oleh lebih dari satu triplet kodon. Sebagai contoh, treonin dapat disandi oleh ACU, ACC, ACA, dan ACG.

3. Karena tiap kodon terdiri atas tiga buah basa, maka tiap urutan basa mRNA, atau berarti juga DNA, mempunyai tiga rangka baca yang berbeda (open reading frame). Di samping itu, di dalam suatu segmen tertentu pada DNA dapat terjadi transkripsi dan translasi urutan basa dengan panjang yang berbeda. Dengan perkataan lain, suatu segmen DNA dapat terdiri atas lebih dari sebuah gen yang saling tumpang tindih (overlapping).

Mekanisme Pengaturan Ekspresi Gen pada Prokariot

Pengertian pengaturan ekspresi gen• Produk-produk gen tertentu seperti protein ribosomal,

rRNA, tRNA, RNA polimerase, dan enzim-enzim yang mengatalisis berbagai reaksi metabolisme yang berkaitan dengan fungsi pemeliharaan sel merupakan komponen esensial bagi semua sel.

• Gen-gen yang menyandi pembentukan produk semacam itu perlu diekspresikan terus-menerus sepanjang umur individu di hampir semua jenis sel tanpa bergantung kepada kondisi lingkungan di sekitarnya.

• Sementara itu, banyak pula gen lainnya yang ekspresinya sangat ditentukan oleh kondisi lingkungan sehingga mereka hanya akan diekspresikan pada waktu dan di dalam jenis sel tertentu. Untuk gen-gen semacam ini harus ada mekanisme pengaturan ekspresinya.

Mekanisme pengaturan ekspresi gen pada Prokariot

• Pengaturan ekspresi gen dapat terjadi pada berbagai tahap, misalnya transkripsi, prosesing mRNA, atau translasi. Namun, sejumlah data hasil penelitian menunjukkan bahwa pengaturan ekspresi gen, khususnya pada prokariot, paling banyak terjadi pada tahap transkripsi.

• Mekanisme pengaturan transkripsi, baik pada prokariot maupun pada eukariot, secara garis besar dapat dibedakan menjadi dua kategori utama, yaitu

1. (1) mekanisme yang melibatkan penyalapadaman (turn on and turn off) ekspresi gen sebagai respon terhadap perubahan kondisi lingkungan dan

2. (2) sirkit ekspresi gen yang telah terprogram (preprogramed circuits).

Mekanisme Penyalapadaman

(turn on and turn off)

Mekanisme Penyalapadaman (turn on and turn off)

• Mekanisme penyalapadaman sangat penting bagi mikroorganisme untuk menyesuaikan diri terhadap perubahan lingkungan yang seringkali terjadi secara tiba-tiba.

• Sebaliknya, bagi eukariot mekanisme ini nampaknya tidak terlalu penting karena pada organisme ini sel justru cenderung merespon sinyal-sinyal yang datang dari dalam tubuh, dan di sisi lain, sistem sirkulasi akan menjadi penyangga bagi sel terhadap perubahan kondisi lingkungan yang mendadak tersebut.

(Preprogramed circuits)sirkit ekspresi gen yang telah terprogram

• Produk suatu gen akan menekan transkripsi gen itu sendiri sekaligus memacu transkripsi gen kedua, produk gen kedua akan menekan transkripsi gen kedua dan memacu transkripsi gen ketiga, demikian seterusnya.

• Ekspresi gen yang berurutan telah terprogram secara genetik sehingga gen-gen tersebut tidak akan dapat diekspresikan di luar urutan.

• Karena urutan ekspresinya berupa sirkit, maka mekanisme ini dinamakan sirkit ekspresi gen (Preprogramed circuits)

Model operonMerupakan model yang diajukan oleh F. Jacob dan J. Monod (1961) mengenai

molekuler induksi dan represi

Dua unsur yang mengatur transkipsi

gen struktural penyandi enzim

Gen regulator (gen represor)

Gen operator

Gen regulator dan gen operator letaknya berdekatan dengan gen-gen struktural yang diatarnya

• Gen regulator menyandi pembentukan suatu protein yang dinamakan represor.

• Pada kondisi tertentu represor akan berikatan dengan operator, menyebabkan terhalangnya transkripsi gen-gen struktural. Hal ini terjadi karena enzim RNA polimerase tidak dapat memasuki promoter yang letaknya berdekatan, atau bahkan tumpang tindih, dengan operator.

• Secara keseluruhan setiap operon terdiri atas promoter operon atau promoter bagi gen-gen struktural (PO), operator (O), dan gen-gen struktural (GS).

• Di luar operon terdapat gen regulator (R) beserta promoternya (PR), molekul protein represor yang dihasilkan oleh gen regulator, dan molekul efektor. Molekul efektor pada induksi adalah induser, sedangkan pada represi adalah korepresor.

Model operon untuk pengaturan ekspresi gen

Komponen operon

Induksi

Represi

• Pada gambar terlihat bahwa terikatnya represor pada operator terjadi dalam keadaan yang berkebalikan antara induksi dan represi. Pada induksi represor secara normal akan berikatan dengan operator sehingga RNA polimerase tidak dapat memasuki promoter operon. Akibatnya, transkripsi gen-gen struktural tidak dapat berlangsung. Namun, dengan terikatnya represor oleh induser, promoter operon menjadi terbuka bagi RNA polimerase sehingga gen-gen struktural dapat ditranskripsi dan selanjutnya ditranslasi. Dengan demikian, gen-gen struktural akan diekspresikan apabila terdapat molekul induser yang mengikat represor.

• Operon yang terdiri atas gen-gen yang ekspresinya terinduksi dinamakan operon induksi. Contohnya adalah operon lac, yang terdiri atas gen-gen penyandi enzim pemecah laktosa seperti telah disebutkan di atas.

• Sebaliknya, pada represi secara normal represor tidak berikatan dengan operator sehingga RNA polimerase dapat memasuki promoter operon dan transkripsi gen-gen struktural dapat terjadi. Akan tetapi, dengan adanya korepresor, akan terbentuk kompleks represor-korepresor yang kemudian berikatan dengan operator. Dengan pengikatan ini, RNA polimerase tidak dapat memasuki promoter operon sehingga transkripsi gen-gen struktural menjadi terhalang. Jadi, ekspresi gen-gen struktural akan terepresi apabila terdapat molekul korepresor yang berikatan dengan represor.

• Gen-gen yang ekspresinya dapat terepresi merupakan komponen operon yang dinamakan operon represi. Operon trp, yang terdiri atas gen-gen penyandi enzim untuk biosintesis triptofan merupakan contoh operon represi.

Induksi dan RepresiA. Contoh Induksi dan Represi

B. Model Induksi dan Represi (Operon)

Contoh mekanisme ekspresi gen pada bakteri (E. coli)

• Apabila suatu ketika E. coli ditumbuhkan pada medium yang sumber karbonnya bukan glukosa melainkan laktosa, maka enzim pemecah laktosa akan disintesis, sesuatu yang tidak biasa dilakukannya. Untuk itu, gen-gen penyandi berbagai enzim yang terlibat dalam pemanfaatan laktosa akan diekspresikan (turned on).

• Sebaliknya, dalam keadaan normal, yaitu ketika tersedia glukosa sebagai sumber karbon, maka gen-gen tersebut tidak diekspresikan (turned off).

• Proses yang terjadi ketika ekspresi gen merupakan respon terhadap keberadaan suatu zat di lingkungannya dikenal sebagai induksi, sedangkan zat atau molekul yang menyebabkan terjadinya induksi disebut sebagai induser. Jadi, dalam contoh ini laktosa merupakan induser.

Contoh mekanisme ekspresi gen pada bakteri (Salmonella typhimurium)• Salmonella typhimurium mempunyai sejumlah gen yang

menyandi enzim-enzim untuk biosintesis triptofan. Dalam medium pertumbuhan yang tidak mengandung triptofan, S. typhimurium akan mengekspresikan (turned on) gen-gen tersebut.

• Akan tetapi, jika suatu saat ke dalam medium pertumbuhannya ditambahkan triptofan, maka gen-gen tersebut tidak perlu diekspresikan (turned off).

• Proses pemadaman (turn off) ekspresi gen sebagai respon terhadap keberadaan suatu zat di lingkungannya dinamakan represi, sedangkan zat yang menyebabkan terjadinya represi disebut sebagai korepresor. Jadi, dalam contoh ini triptofan merupakan korepresor.

Q & A• Bagaimana proses transkripsi pada E coli ?• Apakah mekanisme penyalapadaman

terjadi pada eukariotik ? Jika iya, apakah prosesnya sama seperti pada prokariotik ?

• Tadikan dijelaskan dalam sifat-sifat kode genetic bahwa suatu segmen DNA dapat terdiri atas lebih dari sebuah gen yang saling tumpang tindih (overlapping), itu maksudnya gimana? Contohnya gimana?

Q & A• Bagaimana daftar triplet kodon

beserta asam amino yang disandi oleh mRNA?

• Bagaimana prokariotik dapat melakukan translasi sementara transkripsi belum sepenuhnya selesai padahal seharusnya sebelum translasi harus terlebih dahulu melakukan transkripsi ?

Bagaimana proses transkripsi pada E coli ?

• Pada prokariot, gen terdiri atas 3 bagian utama : daerah pengendali (promoter); bagian struktural dan terminator

• Promoter merupakan bagian gen yang berperanan dlm mengendalikan proses transkripsi dan terletak pada ujung 5’

• Bagian struktural adalah bagian gen yang terletak disebelah hilir (downstream) dari promoter. Bagian inilah yg mengandung urutan DNA spesifik (kode-kode genetik) yg akan ditranskripsi

• Terminator adalah bagian gen yg terletak disebelah hilir dari bagian struktural yg berperanan dlm pengakhiran (terminasi) proses transkripsi

• Hasil transkripsi berupa molekul RNA tunggal (bedakan dengan replikasi!!!)

• Urutan nukleotida RNA hasil sintesis adalah urutan nukleotida komplementer dengan cetakannya. Misal : urutan ATG pada DNA, maka hasil transkripsinya adalah UAC

• Molekul DNA yg ditranskripsi adalah untai ganda, namun yang berperanan sebagai cetakan, hanya salah satu untaiannya

• Gen pada prokariot diorganisasikan dlm struktur operon. Contoh : operon lac (operon yg mengendalikan kemampuan metabolisme laktosa pada bakteri Escherichia coli).

Apakah mekanisme penyalapadaman terjadi pada eukariotik ? Jika iya, apakah prosesnya sama seperti

pada prokariotik ?

• Mekanisme penyalapadaman sangat penting bagi mikroorganisme untuk menyesuaikan diri terhadap perubahan lingkungan yang seringkali terjadi secara tiba-tiba. Sebaliknya, bagi eukariot mekanisme ini nampaknya tidak terlalu penting karena pada organisme ini sel justru cenderung merespon sinyal-sinyal yang datang dari dalam tubuh, dan di sisi lain, sistem sirkulasi akan menjadi penyangga bagi sel terhadap perubahan kondisi lingkungan yang mendadak tersebut.

Tadikan dijelaskan dalam sifat-sifat kode genetic bahwa suatu segmen DNA dapat terdiri atas lebih dari sebuah gen

yang saling tumpang tindih (overlapping), itu maksudnya gimana? Contohnya gimana?

• Sebagai contoh, bakteriofag фX174 mempunyai sebuah untai tunggal DNA yang panjangnya lebih kurang hanya 5000 basa. Seandainya dari urutan basa ini hanya digunakan sebuah rangka baca, maka akan terdapat sekitar 1700 asam amino yang dapat disintesis. Kemudian, jika sebuah molekul protein rata-rata tersusun dari 400 asam amino, maka dari sekitar 1700 asam amino tersebut hanya akan terbentuk 4 hingga 5 buah molekul protein. Padahal kenyataannya, bakteriofag фX174 mempunyai 11 protein yang secara keseluruhan terdiri atas 2300 asam amino. Dengan demikian, jelaslah bahwa dari urutan basa DNA yang ada tidak hanya digunakan sebuah rangka baca, dan urutan basa yang diekspresikan (gen) dapat tumpang tindih satu sama lain.

Bagaimana daftar triplet kodon beserta asam amino yang disandi oleh mRNA?

Keterangan:• AUG (kodon metionin)

dapat menjadi kodon awal (start codon)

• stop= kodon stop (stop codon)

phe = fenilalani

n

ser = serin

his = histidin

glu = asam

glutamat

leu = leusin

pro = prolin

gln = glutamin

cys = sistein

ile = isoleusin

thr = treonin

asn = asparagi

n

trp = triptofan

met = metionin

ala = alanin

lys =Lisin

arg = arginin

val = valin

tyr = tirosin

asp = asam

aspartat

gly = glisin

Bagaimana prokariotik dapat melakukan translasi sementara transkripsi belum sepenuhnya selesai padahal seharusnya

sebelum translasi harus terlebih dahulu melakukan transkripsi ?

• Hal ini berkaitan erat dengan ketidakberadaan membran inti pada prokariotik sehingga prokariotik tidak dapat membedakan waktu terjadinya transkripsi dan translasi. Meskipun kedua proses ini terjadi pada tempat yang berbeda dimana transkripsi berlangsung di inti sedangkan translasi terjadi di sitoplasma. Namun, selain ketidakberadaan membran inti, hal lain yang memengaruhi adalah proses translasi prokariotik yang lebih sederhana dibanding eukariotik.