RSS

Ekspresi Gen Prokariotik

27 Mar

Baik organisme prokariotik maupun eukariotik memiliki materi genetik dan prinsip genetik pada dasarnya yang sama Asam nukelat disebut juga materi genetik  terdiri atas :DNA RNA  

REPLIKASI DNA DNA dibuktikan sebagai materi hereditas oleh Watson dan Crick, merekapun juga mengemukakan model struktur DNA double helix. Matthew Miselson dan Franklin W. Stahl medisain eksperimen untuk menentukan metode replikasi DNA.

Terdapat 3 model replikasi DNA yang dikemukakan :

1. Model Replikasi konservatif 

2. Model Semikonservatif 

3. Model Dispersif

Setiap organisme harus menduplikasikan DNA dengan ketelitian yang tinggi sebelum pembelahan sel dimulai. Duplikasi DNA terjadi pada kecepatan yang tinggi yaitu 1000 nukleotida tidap detik (Albert, 2002). Menurut Nelson & Cox, 2005 replikasi DNA berdasarkan pada beberapa aturan utama yaitu :

1. Replikasi DNA terjadi secara semikonservatif : tiap strand DNA berperan sebagai templete untuk sintesis strand DNA baru, menghasilkan 2 molekul DNA.

2. Replikasi DNA dimuali pada ORI

3. Sintesis DNA mulai pada arah 5’ ke 3′ Replikasi DNA terjadi selama proses siklus pembelahan sel secara normal.  Karena pasangan genetik dari resultant sel hasil belahan harus sama dengan sel induk, replikasi DNA harus terjadi dengan tingkat keakuratan tinggi. Proses replikasi DNA melibatkan aktivitas kompleks multienzim Mekanisme replikasi DNA awalnya dikarakterisasi pada bakteri E. coli dimana memiliki 3 enzim yang berbeda yang dapat mengkatalisis replikasi DNA. Ketiga enzim ini adalag DNA polimerase (pol) I, II dan III. DNA polimerase I melimpah dalam aktivitas replikasi E. coli tetapi memiliki aktivitas dan peran utama memastikan keakuratan relikasi melalui repair dari kerusakan dan mismatch DNA (ketidaksesuaian DNA). Replikasi dari genom E. coli adalah pekerjaan dari DNA polimerase III. Enzim ini lebih sedikit dari DNA polimerase I, aktivitasnya mendekati 100 kali dari DNA polimerase I. Pada tahun 1999 berhasil diketahui bahwa DNA polimerase IV dan V pada bakteri E.coli terlibat pada proses repair DNA.  Terdapat 5 DNA polimerase yang berbeda pada eukariotik.

kemampuaan dari DNA polimerase untuk mereplikasi DNA membutuhkan sejumlah protein tambahan. Kombinasi dari polimerase dengan beberapa protein menghasilkan aktivitas yaitu DNA polimerase holoenzim. Protein tambahan itu adalah enzim-enzim :

1. Primase

2. Processivity accessory protein

3. Single strand binding proteins

4. Helicase

5. DNA ligase : berperan dalam menyambung fragmen DNA

6. Topoisomerase : berperan dalam membentuk topologi DNA

7. urasil-DNA N-glycosylase

Mekanisme Replikasi DNA

Replikasi DNA dimulai pada titik khusus yang disebut ORI (original repilication). Dua strand DNA akan terbagi pada ORI dan replikasi dimulai dari arah ORI. Bentuk Y (garpu replikasi terbentuk dan dua garpu replikasi akan berangkat dari ORI pada masing-masing arah.Enzim yang mensintesis DNA baru pada garpu replikasi adalah DNA polimerase. DNA polimerase dapat mensintesis DNA dengan menggabungkan basa-basa yang berpasangan dengan basa pada strain templete pada arah 5’ ke 3′.

Secara Ringkas replikasi DNA adalah : Replikasi DNA terjadi pada bentuk Y dari untai DNA yang disebut garpu replikasi. DNA polimerase mengkatalisis reaksi polimerasi mulai dari arah 5’ ke 3’, pengkopian strand DNA tempelete dengan sangat akurat. Dua strand DNA Double helix bergerak antipararel, sintesis DNA dengan arah 5’ ke 3’ berlangsung kontinu hanya strand pada garfu replikasi (leading strand). Pada lagging strand, sintesis di mulai pada RNA primer yang bersifat semikontinu. Replikasi DNA membutuhkan banyak kerja enzim/protein. Termasuk didalamnya :

1) DNA polimerase dan DNA primase yang mengkatalisis polimerasi nukleosida trifosfat.

2)DNA helikase dan protein single strand DNA-binding (SSB) yang berperan membuka helix DNA sehingga dapat dikopi.

3) DNA ligase, enzim yang mendegradasu DNA primer dan menyambungkan sintesis langging strand DNA dan

4). DNA topoisomerase yang berperan membentuk relive lilitan helikal DNA. Kebanyakan protein ini bekerja sama satu dengan lainnya pada garfu replikasi membentuk mesin replikasi yang efesien.  

MENGAPA EKSPRESI GEN DIKONTROL

    DNA terdiri atas ribuan bahkan ratusan ribu gen tergantung pada jenis organisme apakah uniseluler atau multiseluler. Semua organisme lengkap langsung atau tidak langsung adalah produk dari gen. Tidak semua sel bekerja untuk karakter yang sama walaupun memiliki gen-gen yang sama karena tidak semua gen diekspresikan pada level yang sama pada tiap sel. Proses kontrol suatu gen terekspresi atau tidak pada waktu berbeda dan pada kondisi yang berbeda disebut regulasi ekspresi gen.

         Sel meregulasi gen-gen karena banyak alasan. Suatu sel mungkin hanya mengekspresikan gen yang yang dibutuhkan pada lingkungan tertentu, sel sangat efesien sehingga tidak membuang energi untuk membuat mRNA yang tidak dibutuhkan pada waktu tersebut. Atau sel dapat menginaktifkan gen yang menghasilkan produk yang bertentangan/menghambat proses lain yang berlangsung dalam sel pada waktu tersebut. Sel juga meregulasi gen-gen yang merupakan bagian dari proses perkembangan sepertii embriogenesis dan sporulasi. Ekspresi gen melalui banyak tahap, tiap gen memiliki kesempatan diregulasi. Pertama RNA ditranskripsi dari gen (segmen DNA tertentu). walaupun RNA adalah produk akhir dari gen, molekul RNA tersebut membutuhkan proses-proses untuk dapat menjadi aktif (pasca transkripsi dan paca translasi). mRNA akan ditranslasi menjadi protein. Protein kemudian membutuhkan proses atau transpor untuk dapat melakukan aktifitas biologis secara aktif. Walaupun setelah produk gen telah disintesis dalam bentuk final, aktivitasnya juga dimodulasi pada kondisi lingkungan  yang sesuai.    Regulasi yang berlangsung pada tahap transkripsi dari gen ke mRNA disebut regulasi transkripsional. Regulasi atau kontrol transkripsional adalah kontrol sintesis rantai polipeptida dari cetakan mRNA-nya. Kontrol transkripsional merupakan mekanisme utama dalam pengaturan ekspresi gen bakteri (Lehninnger, 1994). Bentuk regulasi ini ini lebih efesien; mRNA yang tidak ditranslasi akan tidak berguna. Tidak semua gen yang ditranskripsi diregulasi, tidak bersifat ekslusif. Tiap regulasi yang terjadi setelah transkripsi disebut regulasi postranskripsional. Terdapat banyak tipe regulasi postranskripsional, yang paling utama adalah regulasi posttranlasi, Jika gen diregulasi pada tahap translasional, mRNA mungkin dapat dilanjutkan pada tahap transkripsi , tapi translasinya memungkinkan untuk dihambat. 

        Kontrol ekspresi gen (kemampuan gen untuk menghasilkan protein biologis aktif) lebih kompleks pada eukariotik daripada prokariotik. Perbedaan utama dari kedua regulasi ini adalah adanya membran inti pada eukariotik, yang mencegah transkripsi dan translasi terjadi secara sumultan. Pada eukariotik kontrol inisasi transkripsi dalah titik utama regulasi sedangkan pada eukarioptik regulasi ekspresi gen dapat dikatakan ekuivalen dari banyak titik berbeda dari transkripsi sampai posttranslasi (King, M. 2006). Dapat disimpulkan regulasi ekspresi gen adalah kontrol seluler dari jumlah dan waktu daro penampilan dan fungsi dari produk gen. Regulasi gen memngkinkan sel untuk mengatur struktur dan fungsi yang menjadi dasar dari diferensiasi, morfogenesis dan kemampuan adaptif setiap organisme (Wikipedia, 2006) 

Ekspresi Gen Bakteri

        Bakteri tidak dapat membuat semua protein yang dapat dibuat pada semua pada satu waktu. Mereka dapat beradaptasi dengan lingkungan dan membuat hanya produk gen yang esensial untuk mereka bertahan hidup pada lingkungan tertentu. Sebagai contoh, bakteri tidak mensintesis enzim untuk membuat triptofan apabila melimpah suplai triptofan di lingkungan. Jika triptofan tidak ada dilingkungannya maka enzim akan dibuat. Sama dengan hal tersebut, bakteri memiliki gen yang resisten terhafap antibiotik tidak beraryi gen tersebut akan terus diiekspresi. Gen resistan hanya diekspresi ketika antibiotik ada di lingkungannya.  Bakteri mengontrol ekspresi gen dengan meregulasi pada tingkat transkripsi mRNA dengan fungsi yang berhubungan umumnya terletak bersebelahan satu dengan yang lain dan diregulasi koorniat (misalnya satu diekspresi, semua akan diekspresi). Regulasi koordinat dari kelompok gen bersamaan dengan regulasi produksi dari mRNA polisistronik (misalnya mRNA panjang yang mengandung beberapa informasi  untuk beberapa gen). jadi, bakteri dapat merasakan lingkungannya dan mengekspresi perangkat gen yang sesuai dan dibutuhkan sesuai keaadaan lingkungan dan diregulasi pada transkripsi dari gen-gen tersebut.

KONTROL EKSPRESI GEN PADA PROKARIOTIK

    Pada bakteria, gen dikat pada satu operon. Operon adalah kelompok gen yang mengkode protein penting dalam fungsi metabolisme tertentu yang terkoordinasi seperti biosintesis asam amino tertentu. RNA yang ditranskripsi dari operon prokariotik berisifat polisistrinik yaitu terdiri atas gen-gen struktural yang mengkode beberapa protein dalam satu kali transkripsi. Operon bakteri adalah wilayah pada DNA yang meliputi gen-gen cotranskripsi menjadi RNA yang sama ditambah semua cis-acting sequences yang dibutuhkan untuk mentranskripsi gen-gen ini, termasuk gen promotor sebagai operator dan sequen lain yang termasuk pada regulasi transkripsi gen-gen ini. Karena gen-gen dari satu operon semua telah ditranskripsi dari promotor yang sama dan menggunakan sekuen regulator yang sama, semua gen pada satu operon dapat diregulasi transkripsinya secara simultan.

  Represor dan Aktivator

Sebelum membahas conbtoh pengaturan transkripsi pada bakteri, perlu diketahui tipe-tipe regulasi terjadi dan istilah-istilah yang menjelaskan faktor-faktir regulasi transkripsi. Regulasi transkripsi bakteri  diregulasi oleh produk gen regulator, yang umumnya protein dan sibeut represor atau aktivator. Protein regulatur berikatan dengan operon promotor dan meregulasi transkripsi daru promotor. Kadang-kadang protein regulator dapat berperan rangkap dan dapat juga menunjukkan reaksi enzimatis pada jalur yang dikode oleh operon. Karena berikatan dengan DNA, represor dan aktivator sering memiliki helix-turn-helix motif shared oleh banyak ikatan DNA protein.  (Helix-turn-helix motif of DNA binding proteins : adalah protein yang berikatan pada DNA termasuk represor dan aktivator, sering membagi motif struktur yang sama ditentukan oleh interaksi antara protein dan DNA helix. Salah satu motif adalah helix-turn-helix motif).  Represor dan aktivator bekerja berlawanan arah seperti pada gambar 11.1. represor berikatan pada sisi yang disebut operator dan menginkatifkan promotor, bertujuan mencegah transkripsi dari gen-gen operon. Aktivator, sebaliknya berikatan pada sisi ikatan dan mengaktifkan promotor, untuk memfasilitasi proses transkripsi dari gen-gen pada operon.

 

 

 
Leave a comment

Posted by on March 27, 2013 in Uncategorized

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

 
%d bloggers like this: