Materi ini membahas pengendalian gen pada organisme prokariotik dan eukariotik. Pada prokariotik, pengendalian gen terjadi melalui sistem operon, contohnya operon triptofan dan laktosa. Sedangkan pada eukariotik, pengendalian gen dapat terjadi pada berbagai tingkatan seperti transkripsi, prosesing RNA, transportasi RNA, translasi, dan degradasi mRNA.

1. http://www.free-powerpoint-templates-design.com
(GENE REGULATION)
Mata Kuliah Genetika - Pertemuan 6 (Kamis, 14 Oktober 2021)
PENGENDALIAN GEN
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN BIOLOGI
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS MARITIM RAJA ALI HAJI

2. PROFIL
DOSEN PENGAMPU
ELFA OPRASMANI, S.Pd., M.Pd.
NO NAMA MAHASISWA NIM
1 DEWANTO 190384205039
2 SYARIFAH MIFTAHULI ULFAH 190384205040
3 NIA AFRILIA 190384205012
4 SEPTIAN WEDY PRATOMO 180384205029
5 NATHANIA CRESS DACHI 190384205008
6 EWI LIANA 180384205055
7 NISA AZHARI 190384205010
8 DEWI TRISNAWATI 180384205065
9 MELINI 190384205051

3. Presentasi hari ini akan mengkaji materi
terkait pengendalian gen (gene
regulation). Untuk pendalaman materi,
materi yang dikaji akan membedakan
antara pengendalian gen pada organisme
prokariotik dengan pengendalian gen
pada eukariotik serta menampilkan
beberapa isu-isu terkait pengendalian
gen pada makhluk hidup.
OBJEK KAJIAN MATERI

4. APA YANG
KAMU
KETAHUI
TENTANG
REGULASI
GEN ??

5. PERBEDAAN
EKSPRESI
GEN &
REGULASI
GEN ??

6. Pengendalian gen (gene
regulation) adalah proses
untuk mengontrol gen
mana yang akan
diekspresikan (turn on) dan
gen mana yang tidak
diekspresikan (turn off)

7. TINGKATAN REGULASI GEN
Tingkatan regulasi gen (gene regulation) pada makhluk hidup dapat disusun dan
dikontrol pada tingkatan-tingkatan berikut:
BAGAIMANA TINGKATAN REGULASI GEN ?
ALTERATION OF STRUCTURE
TRANSCRIPTION
m-RNA PROCESSING
RNA STABILITY
TRANSLATION
POSTTRANSLATIONAL MODIFICATION
(Sumber: Pierce, 2017)
1
2
3
4
5
6

8. JENIS GEN YANG PERLU
DIKETAHUI
GEN
STRUKTURAL
(STRUCTURAL
GENE)
GEN PENGATUR
(REGULATORY
GENE)
GEN KONSTITUTIF
(CONSTITUTIVE
GENE)
sekuens DNA yang
mengkodekan protein atau
molekul RNA yang
berinteraksi dengan sekuens
DNA dan mempengaruhi
transkripsi atau translasi
maupun keduanya
sekuens DNA yang mengkode
protein yang berfungsi dalam
metabolisme atau biosintesis atau
memiliki peran struktural dalam sel
gen struktural, terutama yang
mengkode fungsi esensial
seluler (sering disebut gen
rumah tangga (housekeeping
genes)) diekspresikan secara
terus menerus

9. SISTEM PENGENDALIAN GEN
PADA MAKHLUK HIDUP
SISTEM POSITIF
(POSITIVE SYSTEM)
SISTEM NEGATIF
(NEGATIVE SYSTEM)
Suatu kontrol gen dikatakan positif
apabila proses pengendalian tersebut
merangsang untuk mengekspresikan
gen
Suatu kontrol gen dikatakan negatif
apabila proses pengendalian tersebut
merangsang untuk menghambat
ekspresi suatu gen
TURN ON TURN OFF

10. PENGENDALIAN GEN PROKARIOTIK

11. Pengendalian gen pada sel prokariotik memiliki perbedaan dengan sel eukariotik. Pada
prokariotik beberapa gen dapat dikendalikan oleh satu promotor yang berperan
mengekspresikan secara bersama-sama beberapa gen dalam suatu sistem pemodelan
yang dikenal sebagai pemodelan operon
Pengendalian gen prokariotik umumnya lebih sering terjadi pada fase transkripsi (inisiasi
maupun elongasi). Pemodelan operon merupakan pemodelan untuk memahami
metabolism organisme (tingkat uniseluler rendah) yang diperkenalkan oleh Francois Jacob
dan Jacques Monod di Pasteur Institute, Paris, Perancis.
Untuk dapat memahami sistem operon, pahami terlebih dahulu makna istilah berikut ini!
1) Operon adalah satuan fungsi genetic yang ditemukan pada bakteri dan fag, terdiri atas
sebuah promotor, sebuah operator, dan gugus gen yang diregulasi secara terkoordinasi
2) Operator adalah sekuens nukleotida di dekat awal operon yang dilekati oleh repressor
(zat penekan) aktif
3) Promotor adalah sekuens nukleotida spesifik yang mengikat RNA polymerase
menandakan suatu transkripsi RNA dapat dimulai

12. CARA
KERJA
OPERON
REPRESSIBLE
PERBEDAAN OPERON ADA DAN TIDAK
ZAT REPRESIBLE (CO-REPRESSOR)
[Sumber: Pierce, 2017]

13. CARA
KERJA
OPERON
INDUCIBLE
PERBEDAAN OPERON ADA DAN TIDAK
ZAT INDUKSI (INCUCER)
[Sumber: Pierce, 2017]

14. COBA PERHATIKAN ILUSTRASI BERIKUT INI (CONTOH: TRP OPERON)
Identifikasilah komponen-komponen berikut!
1) Operon trp; 2) promotor; 3) gen structural; 4) gen regulator; 5) protein repressor; 6) RNA Polymerase
[Sumber: Urry et al, 2021]

15. COBA PERHATIKAN ILUSTRASI BERIKUT INI (CONTOH: TRP OPERON)
PEMBAHASAN:
1) Operon (cth: trp) terdiri atas promotor dan gen structural (trpR)
2) Promotor operon (cth: trp) terdiri atas promotor gen regulator dan gen structural (trpE, trpD, trpC, trpB, trpA)
3) Protein repressor (protein penekan) digunakan dalam hal ini (operon trp) untuk menghambat pembentukan
enzim-enzim penyusun komponen triptofan (chorismate)
[Sumber: Urry et al, 2021]

16. BAGAIMANA MEKANISME OPERON PADA ORGANISME PROKARIOTIK
(BAKTERI)??
PEMODELAN OPERON BANYAK TERJADI PADA ORGANISME
PROKARIOTIK, SANGAT SEDIKIT OPERON TERJADI PADA MAKHLUK
HIDUP EUKARIOTIK
CONTOH-CONTOH YANG AKAN DIBAHAS DALAM MATERI TERDIRI ATAS:
1. OPERON TRIPTOFAN (TRP OPERON)
2. OPERON LAKTOSA (LAC OPERON)
MEKANISME

17. OPERON TRIPTOFAN (TRP OPERON)
❖Triptofan yaitu salah satu dari 20 jenis asam amino penyusun protein dan bersifat
essential amino acid
❖Triptofan dibutuhkan Echerichia coli dan Bacillus subtilitis dalam metabolism
selulernya
❖Operon trp bersifat menyala (turn on) ketika memasuki transkripsi
❖Secara alami, operon menyala tersebut akan dimatikan(turn off) ketika kadar
triptofan dalam seluler banyak. Proses mematikan (turn off) tersebut merupakan
control yang bersifat negative (menghambat ekspresi enzim-enzim pembentuk
triptofan) itu sendiri
❖Mekanisme operon trp:
1. Apabila triptofan dalam seluler sedikit (tidak ada), maka operon trp akan
menyala serta protein repressor bersifat inaktif
2. Apabila triptofan dalam seluler banyak, maka operon akan dimatikan dengan
pengikatan protein repressor + molekul asam amino (membentuk co-repressor)
sehingga promotor operon tidak dapat diikat oleh RNA polymerase

18. TRIPTOFAN TIDAK ADA, PROTEIN REPRESSOR INAKTIF, OPERON MENYALA
[Sumber: Urry et al, 2021]

19. DESKRIPSI:
Berdasarkan gambar sebelumnya (TRIPTOFAN TIDAK ADA, PROTEIN REPRESSOR
INAKTIF, OPERON MENYALA), maka dapat dideskripsikan sebagai berikut:
1. Ketika seluler prokariotik (misalnya Escherichia coli dan Bacillus subtilitis) di dalam
selnya tidak ditemukan asam amino triptofan
2. Maka secara otomatis, operon yang dimiliknya (operon trp) akan memproduksi
enzim-enzim yang akan membentuk chorismate untuk dikonversikan menjadi
triptofan (produk asam amino)
3. Jadi secara naturalnya, operon trp itu menyala terus apabila memasuki fase
transkripsi
4. Enzim-enzim yang akan diproduksi tersebut berasal dari gen structural operon trp
yang terdiri atas 5 jenis gen yaitu trpE, trpD, trpC, trpB, dan trpA.

20. TRIPTOFAN ADA, PROTEIN REPRESSOR AKTIF, OPERON MATI (TURN OFF)
[Sumber: Urry et al, 2021]

21. DESKRIPSI:
Berdasarkan gambar sebelumnya (TRIPTOFAN ADA, PROTEIN REPRESSOR AKTIF,
OPERON MATI), maka dapat dideskripsikan sebagai berikut:
1. Ketika seluler prokariotik (misalnya Escherichia coli dan Bacillus subtilitis) di dalam
selnya akumulasi dari triptofan (asam amino) ini banyak; maka
2. Protein repressor akan berikatan dengan triptofan (co-repressor) sehingga
mengubah sisi aktif protein tersebut sama dengan bentuk sisi aktif promotor
3. Hal ini membuat zat penekan (protein repressor + corepressor) akan mengikat
promotor operon
4. Dampak yang ditimbulkan membuat RNA polymerase tidak dapat mengikat promotor
operon trp [Ingatlah pada faktor-faktor penghambat kerja enzim, salah satunya
inhibitor! ]
5. Ini menyebabkan tanda/kode yang menandakan proses transkripsi gen structural
tidak terjadi sehingga operon kita katakan sedang dalam keadaan mati (turn off)

22. OPERON LAKTOSA (LAC OPERON)
❖Laktosa merupakan jenis diskararida (karbohidrat) yang memiliki peranan sebagai
sumber energi metabolism dan transport pada organisme prokariotik, termasuk
Escherichia coli
❖Secara seluler, membrane dari bakteri terdiri atas dinding-dinding yang bersifat
semi-permeable, artinya hanya zat-zat tertentu saja yang diizinkan masuk dan
keluar dari dalam sel
❖Laktosa merupakan makromolekul yang tidak bisa masuk begitu saja ke dalam sel
untuk itu dibutuhkan bantuan mekanisme tertentu agar dapat berlangsungnya
metabolisme laktosa
❖Zat bantu untuk mengangkut laktosa dari luar sel ke dalam sel agar dapat dilakukan
metabolism untuk mendapatkan sumber energi, memerlukan bantu enzim laktosa
permease
❖Proses pengikatan allolaktosa + protein repressor ini disebut sebagai zat yang
terinduksikan atau zat yang ditambahkan

23. STRUKTUR OPERON LACTOSE

24. LAKTOSA ADA, PROTEIN REPRESSOR INAKTIF, OPERON MENYALA
[Sumber: Urry et al, 2021]

25. DESKRIPSI:
Berdasarkan gambar sebelumnya (LAKTOSA ADA, PROTEIN REPRESSOR INAKTIF,
OPERON MENYALA), maka dapat dideskripsikan sebagai berikut:
1. Ketika seluler prokariotik (missalnya Escherichia coli) di dalam usus besar manusia
misalnya. Organisme ini dapat memperoleh sumber energi dengan melakukan
metabolism pada molekul laktosa
2. Sejatinya bukan laktosa yang diubah menjadi energi, melainka laktosa terlebih
dahulu harus dipecah menjadi glukosa dan galaktosa
3. Allolaktosa merupakan zat induksi yang ditambahkan ke dalam protein repressor
4. Repressor yang terbentuk ini merupakan kombinasi komponen penyusun protein
dan karbohidrat, sehingga zat yang ditambahkan disebut inducer karena berbeda
jenis
5. Ikatan antara allolaktosa dengan protein repressor mengubah sisi aktif protein
repressor sehingga tidak dapat mengikat promotor operon lac
6. Maka RNA polymerase dapat melanjutkan kerjanya dengan mengikat promotor
operon untuk menginisiasi transkripsi gen-gen struktural.

26. PERLU KAMU KETAHUI JENIS ENZIM
YANG DIKODE OLEH GEN STRUKTURAL
PADA OPERON LAC
Β-galaktosidase Permease Transasetilase
Mengangkut secara aktif
laktosa ke dalam sel karena
molekul ini tidak mudah
berdifusi melintasii membran
sel Escherichia coli.
Memecah molekul laktosa menjadi
glukosa dan galaktosa sebelum dapat
digunakan sebagai sumber energi.
Enzim ini juga dapat mengubah
laktosa menjadi allolaktosa yang
berperan penting dalam mengatur
metabolisme laktosa.
Belum diketahui secara jelas
fungsinya dalam metabolisme laktosa.
Salah satu fungsi yang mungkin
adalah detoksifikasi dengan
mencegah akumulasi thiogalaktosida
yang diangkut ke dalam sel bersama
dengan laktosa oleh permease.
lacZ lacY lacA

27. LAKTOSA TIDAK ADA, PROTEIN REPRESSOR AKTIF, OPERON MATI (TURN OFF)
[Sumber: Urry et al, 2021]

28. DESKRIPSI:
Berdasarkan gambar sebelumnya (LAKTOSA TIDAK ADA, PROTEIN REPRESSOR
AKTIF, OPERON MATI), maka dapat dideskripsikan sebagai berikut:
1. Ketika seluler prokariotik tidak terdapat laktosa; maka
2. Gen yang ditranskripsikan oleh gen regulator (lacI), menghasilkan protein repressor
dimana memiliki sisi aktif yang sama dengan promotor pada operon
3. Protein repressor setelah mengikat promotor maka RNA polymerase tidak dapat
melakukan penempelan pada promotor operon
4. Hal ini berdampak tidak dapat diinisiasinya proses transkripsi gen struktural (lacZ,
lacY, dan lacA)

29. PENGENDALIAN GEN EUKARIOTIK

30. [Sumber: Albert et al., 2015]
Pengendalian gen pada organisme eukariotik dapat terjadi pada tahap apapun. Coba
perhatikan gambar di bawah ini. Mekanisme pengendalian gen pada eukariotik dapat
terjadi pada tingkatan: 1) transcriptional control; 2) RNA processing control; 3)
RNA transport and localization control; 4) translation control; 5) mRNA
degradation control; dan 6) Protein activity control (Albert et al, 2015)
PENGENDALIAN GEN EUKARIOTIK

31. Untuk mempermudah memahaminya, kita menggunakan pengelompokkan tingkatan
mekanisme pengendalian gen eukariotik dalam Campbell et al (2010), terdiri atas 1)
Pengendalian struktur kromatin; 2) Pengendalian inisiasi transkripsi; dan 3) Pengendalian
pasca-transkripsi.
MEKANISME
PENGENDALIAN
GEN EUKARIOTIK
PENGENDALIAN
STRUKTUR
KROMATIN
PENGENDALIAN
INISIASI
TRANSKRIPSI
PENGENDALIAN
PASCA
TRANSKRIPSI

32. KASUS 1
Tikus di samping secara genetik indetik
dan merupakan tikus hasil mutasi yang
disebut agouti mutan. Kasus di
samping menunjukkan ternyata
perbedaan dari komponen makanan
yang dikonsumsi oleh indukan
(maternal) mempengaruhi gen yang
diekspresikan (fenotipenya).
Makanan yang mengandung gugus
metil (misalnya dari asam folat)
memberikan warna bintik-bintik
kecoklatan (ada) dan berukuran normal
Sedangkan, indukan yang tidak
mengkonsumsi makanan mengandung
asam folat menghasilkan bulu keorenan
dengan ukuran badan yang besar
[Sumber: Urry et al, 2021]

34. Sebelum mempelajari tentang pengendalian struktur kromatin,
ingat kembali pada materi struktur & materi genetic dengan
memperhatikan
gambar di samping ini!
Pengendalian pada struktur
kromatin dapat terjadi pada
1) Ekor histon
2) Basa DNA

35. MODIFIKASI HISTON
❖Protein histon melilit komponen DNA dalam gumpalan lilitan nukleosom
❖Ekor-ekor histon memiliki kepekaan terhadap enzim-enzim yang dapat digunakan
untuk memodifikasi struktur kromatin
❖Modifikasi dilakukan di bagian ekor histon dengan melakukan penambahan atau
pemutusan suatu gugus, misalnya terkait gugus asetil (-COCH3) dan metil (-CH3)
❖Penambahan gugus asetil (-COCH3) disebut asetilasi, sedangkan pemutusan
gugus disebut deasetilasi
❖Penambahan gugus metil (-CH3) disebut metilasi, sedangkan pemutusan gugus
disebut demetilasi
❖Efek penambahan suatu gugus pada N-terminus histon akan mengkondisikan
kromatin menjadi lebih longgar sehingga memungkinkan gen-gen yang tadinya
tertutup untuk dapat diekspresikan
❖Pemutusan gugus menyebabkan nukleosom berdempetan, sehingga kemungkinan
besar banyak gen-gen yang tidak dapat ditranskripsikan

36. ASETILASI (PENAMBAHAN GUGUS –COCH3) PADA
N-TERMINUS EKOR HISTON
[Sumber: Urry et al, 2021]

37. METILASI BASA DNA
Metilasi atau penambahan gugus metil
(-CH3) tidak hanya dapat dilakukan di
di ujung N-terminus ekor histon, tetapi
pada sebagian komponen basa
penyusun DNA juga dapat dilakukan
penambahan gugus metil (-CH3),
misalnya pada DNA tumbuhan,
hewan, dan fungi mengandung basa
termetilasi, misalnya sitosin (C).

38. [Sumber: Urry et al, 2021]

39. DESKRIPSI:
1) Protein activator berikatan dengan unsur kontrol distal membentuk enhaser
2) Enhanser dalam DNA memiliki 3 daerah pengikatan
3) Protein penekuk DNA mendekatkan pada activator-activator yang terikat pada promotor
4) Faktor transkripsi umum, protein mediator, RNA Polymerase juga berada di dekatnya
5) Aktivator berikatan dengan protein mediator dan faktor transkripsi umum
6) Hal ini membentuk kompleks inisiasi transkripsi aktif pada promotor

40. PEMROSESAN RNA
❖ Hasil dari transkripsi RNA di dalam
nucleus dan ekspor ke sitoplasma
memberikan kesempatan terjadinya
pengendalian gen
❖ Dikenal penyambungan RNA
alternatif (alternative RNA splicing),
yaitu membuat molekul mRNA dari
transkrip primer yang sama
❖ Misalnyanya gen troponin T yang
mengkode 2 protein berbeda
meskipun berkerabatan (dipengaruhi
oleh letak intron dan ekson)
❖ Contoh lain gen lalat buah yang
dapat mengkode 38000 protein
berbeda dari satu transkrip primer
yang sama
[Sumber: Urry et al, 2021]

41. Thank You
Terima Kasih Telah Mengikuti Kegiatan Perkuliahan Hari Ini