EKSPRESI GEN &PENGENDALIANNYA

Priyo Wahyudi1

FARMASI – FMIPA, UHAMKA

2007

2

Ekspresi gen dan mekanisme pengendaliannya

A. Operon dan regulonB. Pengendalian pasca transkripsiC. Pengendalian pasca translasi dan modifikasi

proteinD. Pengendalian global dan sinyal transduksi

Dari Gen ke Protein

3

Ekspresi Gen

4

Animasi Translasi

5

Regulasi Gen pada Bakteri

• Bakteri mempunyai beribu-ribu gen– Tidak semua ditranskripsi pada waktu yang sama– Bila itu dilakukan maka akan membuang energi

yang banyak– Namun beberapa gen ditranskripsi sepanjang

waktu Siapa dia ?• “housekeeping” genes

– Gen lain diekspresikan sebagai tanggapan (respon) akibat terjadinya perubahan lingkungan

6

Regulasi Gen pada Bakteri

• Regulasi transkripsi – Jika suatu protein (yang dikodekan oleh gen)

diperlukan, maka gen akan ditranskripsi– Jika suatu protein (yang dikodekan oleh gen)

Tidak diperlukan, maka gen akan Tidak akan ditranskripsi

7

Unit Transkripsi pada Bakteri

8

Operon

promoter

operator

-35 TTGACA-10 TATAAT (Pribnow box)

Regulasi pada Transkripsi

• Kontrol Positif atau Negatif– Positif - membutuhkan suatu protein untuk

terjadinya transkripsi– Negatif - protein dibutuhkan untuk mem block

transkripsi

• Model operon pada bakteri– Lac operon

9

Regulasi Lac operon

• Merupakan Kontrol Negatif • Repressor protein (lac I gene product)• Berikatan pada operator region dari Lac operon• Mencegah terjadinya proses transkripsi

10

Induksi repressed operon

11

o

(can’t bind) (lac repressor)

(allolactose)

Regulasi Lac operon

• Repressor berikatan pada operator– TIDAK terjadi transkripsi

• Effector berikatan pada Repressor– Repressor tidak dapat berikatan dengan operator– Terjadi Transkripsi

• Berkurangnya konsentrasi Effector– Repressor akan bebas untuk berikatan dengan

operator– TIDAK terjadi transkripsi

12

Regulasi Lac operon

• Satu gen yang berekspresi dari lac operon– -galactosidase– Memecah laktosa (dan allolactose) menjadi

glukosa dan laktosa

13

LACTOSE(allolactose)

(effector)

Glucose &

Galactose

-gal

Repressi Operon Bakteri

14

co-repressor (tryptophan)Repressor

complexBiosyntheticOperons(Trp Operon)

Aktivasi & Deaktivasi Operon

15

Activator

effectorinactivecomplex

Regulasi Transkripsi Eukariotik

• Beberapa gen ditranskripsi pada hampir semua sel– “housekeeping” genes

• Sifat unik dari sel itu disebabkan oleh ekspresi gen-gen spesifik yang terkandung dalam sel tersebut– cell-specific expression– tissue-specific expression

16

Regulasi Transkripsi Eukariotik

• Kemampuan untuk aktivasi dan penekanan gen menjadi bagian yang esensial untuk memelihara kespesifikan sel

17

skin

hepatocyteneuron

Regulasi Transkripsi Eukariotik

• Lebih kompleks dibanding bakteri• Pengendalian dimediasi oleh protein-protein

yang diklasifikasikan sebagai Transcription Factors - TF :– Basal TF - diperlukan oleh semua gen– Specific TF - menentukan spesifitas ekspresi– Activator - meningkatkan ekspresi– Repressor - menurunkan ekspresi

18

Skema Promoter Gen Eukariot

19

Hampir semua mempunyai TATA box pada -25Posisi TF binding sites lebih upstream

“GC box” “CCAAT box” etc.

SP1 TFIID

Penerapan

• Merekayasa promoter yang berbeda di depan coding sequences yang diinginkan, dapat menghasilkan:

20

a. Regulasi yang berbedab. Meningkatkan laju ekspresic. Mengubah waktu ekspresi d. Ekspresi terjadi di jaringan yang

berbedae. Ekspresi pada organisme yang

berbeda

Animasi Regulasi

21

Operon Lac

Eukariotik Control Expr. Operon

Signal Transduksi

22

• signal transduction refers to any process by which a cell converts one kind of signal or stimulus into another, most often involving ordered sequences of biochemical reactions inside the cell, that are carried out by enzymes, activated by second messengers resulting in what is thought of as a "signal trandusction pathway". Such processes are usually rapid, lasting on the order of milliseconds in the case of ion flux, minutes for the activation of protein and lipid mediated kinase cascades, or hours and days in terms of gene expression. In many signal transduction processes, the number of proteins and other molecules participating in these events increases as the process emanates from the initial stimulus, resulting in a "signal cascade" and often results in a relatively small stimulus eliciting a large response. This is referred to as amplification of the signal.

• In bacteria and other single-cell organisms, the variety of a signal transduction a processes of which the cell is capable influences how many ways it can react and respond to its environment. In multicellular organisms, a multitude of different signal transduction processes are required for coordinating the behavior of individual cells to support the function of the organism as a whole. As may be expected, the more complex the organism, the more complex the repertoire of signal transduction processes the organism must possess. Thus, sensing of both the external and internal environment at the cellular level, relies on signal transduction. Many disease processes such as diabetes, heart disease, autoimmunity and cancer arise from defects in signal transduction pathways, further highlighting the critical importance of signal transduction to biology as well as medicine.

23

24