Genom Prokariot dan Eukariot

1. Genom Prokariot dan Eukariot
Terdapat dua kelompok organisme yaitu
 Eukariot: merupakan kelompok yang memiliki sel dengan kompartemen yang
dikelilingimembrane (membrane-bound compartments) termasuk nukleus, organel-organel
sepertimitokondria, kloroplas dan lain-lain. Termasuk ke dalam eukariot adalah
hewan,tanaman, fungi dan protozoa.2.
 Prokariot: merupakan kelompok yang selnya tidak memiliki kompartemen
internal.Terdapat dua kelompok dalam prokariot yang dibedakan berbdasarkan
karakteristik gentik dan biokimia yaitu:
 Bakteri : termasuk didalam kelompok ini adalah prokariota umum seperti
bakterigram negative (misalnya E. coli), bakteri gram positif (misal Bacillus
subtilis),tcyanobacteria (misal Anabaena).
 Archaea: belum dipelajari secara luas dan intensif dan ditemukan pada
lingkunganekstrim seperti pada sumber air panas, kolam-kolam air asin
atau dasar danauanaerobik.Eukariot dan prokariot memliki tipe genom
yang berbeda. Gambar berikutmenunjukkan perbedaan struktur sel
eukariot dan prokariot.Gambar 1. Struktur sel eukariot dan prokariot.
Gambar 1. Struktur sel eukariot dan prokariot

2. A. Genom Eukariot
Genom manusia merupakan model yang baik bagi genom eukariot secara umum. Genom
nucleareukariotik memiliki molekul DNA linear yang terdapat di dalam kromosom. Semua
eukariot juga memiliki genom yang lebih kecil yang berbentuk sirkular yaitu genom
mitokondria. Pada tumbuhan, terdapat genom lain yaitu genom kloroplas.Walaupun
struktur dasar eukariot mirip tetapi satu hal penting yang sangat berbeda adalah ukuran
genom. Genom eukariot yang terkecil berukuran kurang dari 10Mb panjangnya. Sedangkan
genom yang terbesar berukuran lebih dari 100 000 Mb. Variasi ukuran genom dapatdilihat
pada tabel di bawah ini.
Tabel 1. Ukuran genom eukariot (Brown, 2002)
Spesies Ukuran genom (Mb)
Fungi
Saccharomyces cerevisiae 12.1
Aspergillus nidulans 25.4
Protozoa
Tetrahymena pyriformis 190
Invertebrates
Caenorhabditis elegans 97
Drosophila melanogaster 180
Bombyx mori (silkworm) 490
Strongylocentrotus purpuratus (sea urchin) 845
Locusta migratoria (locust) 5000
Vertebrates
Takifugu rubripes (pufferfish) 400
Homo sapiens 3200
Mus musculus (mouse) 3300
Plants
Arabidopsis thaliana (vetch) 125
Oryza sativa (rice) 430
Zea mays (maize) 2500
Pisum sativum (pea) 4800
Triticum aestivum (wheat) 16 000
Fritillaria assyriaca (fritillary) 120 000

3. Seperti terlihat pada tabel, ukuran genom bervariasi dan berhubungan dengan kekompleks
anorganisme. Eukariot yang lebih sederhana seperti fungi memiliki genom yang paling kecil,
daneukariot yang lebih tinggi seperti vertebrata dan tanaman berbunga memiliki genome
yang lebihbesar. Hal ini mungkin terlihat masuk akal, karena kompleksitas organism
diharapkan berhubungan dengan jumlah gen dalam genom – eukariot yang lebih tinggi
memerlukan genomyang lebih besar untuk mengakomodasi gen ekstra. Tetapi korelasi ini jauh
dari sempurna, jika korelasinya baik, maka genom nuklear yeast S. cerevisiae, yang berukuran
12 Mb adalah 0.004kali ukuran genom nuklear manusia, akan mengandung 0.004 × 35 000 gen
yaitu hanya 140.Padahal kenyataannya genom S. cerevisiae mengandung 5800 gen.Tidak
adanya korelasi antara kompleksitas suatu organism dengan ukuran genomnya, disebutsebagai
C-value paradox. Jawabannya sederhana yaitu: tempat disiapkan di genom organisme yang
kurang kompleks karena gen terpak bersama. Genom S. cerevisiae yang sekuensnya
selesaidikerjakan tahun 1996 menggambarkan hal ini seperti terlihat pada gambar di bawah
ini.

4. Gambar 2. Perbandingan genome manusia, yeast, lalat buah, jagung dan E. coli.
(A) Segmen 50-kb dari lokus reseptor β T-cell manusia.(B)
Saccharomycescerevisiae (chromosome III) (C)Drosophila melanogaster (D)
jagung dan (E) E. coli K12Pada gambar di atas, segmen 50-kb dari genom manusia
dibandingkan dengan segmen 50-kbgenom yeast. Segmen genom yeast yang
berasal dari kromosom III memiliki karakteristik sebagai berikut:
 Memiliki lebih banyak gen dibandingkan segmen pada manusia.
Daerah pada kromosom III yeast ini mengandung 26 gen yang mengkode protein
dan dua yangmengkode transfer RNA (tRNA), molekul non-coding RNA terlibat
dalam pembacaankode genetic selama proses sintesis protein.
 Relatif sedikit gen yeast yang discontinuous.
Pada segmen kromosom III ini, tidak adagen yang discontinuous. Dalam
keseluruhan genom yeast hanya terdapat 239 introns,dibandingkan dengan lebih
dari 300 000 pada genom manusia.
 Terdapat lebih sedikit genome-wide repeats.
Bagian kromosom III ini mengandungelemen sebuah repeat tunggal long terminal
(LTR) element, disebut Ty2, dan empattruncated LTR elements disebut delta
sequences. Kelima genome-wide repeatsmembentuk 13.5% dari segmen 50-kb,
tetapi gambaran ini tidak secara keseluruhan khaspada genom yeast secara
keseluruhan. Ketika ke-16 kromosom yeast dipertimbangkan, jumlah total
sekuens yang diambil oleh genome-wide repeats hanya 3.4% dari total.
Padamanusia, genome-wide repeats membentuk 44% genom.
Gambaran yang muncul adalah bahwa organisasi genetik pada genom yeast lebih
ekonomisdibandingkan pada manusia. Gen-gen lebih kompak/padat, memiliki lebih
sedikit intron dan ruang antara gen relative pendek, dengan jauh lebih sedikit
ruang yang diambil oleh genome-wide repeats dan sekuens-sekuens non-coding.
Hipotesis bahwa organism yang lebih komples mengandung genom yang kurang
kompak jugaterdapat pada spesies-spesies lain yang diteliti. Gambar diatas juga
menunjukkan segmen 50 kbgenom dari lalat buah. Jika kita sependapat bahwa
lalat buah lebih kompleks daripada sel yeasttetapi kurang kompleks dibandingkan
genom manusia, maka kita akan menduga bahwaorganisasi genom lalat buah akan
berada di antara yeast dan manusia.

5. Pada gambar, segmen 50kb genom lalat buah memiliki 11 gen, lebih dari gen pada
segmen manusia, tetapi kurang darigen pada lalat buah. Semua gen ini
discontinuous. Hal ini sesuai ketika keseluruhan sekuensgenom dari 3 organisme
dibandingkan (Tabel 2). Densitas gen pada genom lalat buah adalahintermediet
antara densitas genom pada yeast dan manusia. Rata-rata gen lalat buah
memilikilebih banyak intron daripada rata-rata gen yeast tetapi tetap tiga kali
lebih sedikit dibandingkanrata-rata gen manusia.Tabel 2. Kekompakan genom
yeast, lalat buah dan manusia (Brown, 2002 )
Karakteristik Yeast Lalat buah
Manusia
Gene density (average number per Mb) 479 76 11
Introns per gene (average) 0.04 3 9
Amount of the genome that is taken upby 3.40% 12% 44%
genome-wide repeats
Transkripsi pada Eukariot
Struktur gen
Secara umum hampir sama ama prokariot ada promotor, bagian struktural dan
terminator. Yg beda pada bagian strukturalnya
Bagian struktural pada eukariot
Nah kenapa bagian struktural/ coding regionnya beda? karena kalo di eukariot
ada bagian intron dan ekson.
 Intro (intervening sequences) merupakan sekuens yg tidak mengkode asam
amino. Kalo di gambar yg warnanya biru mudaagak ijo. Ntr bagian ini akan
dibuang saat pematangan RNA.
 Ekson sekuens yg nantinya dikode jd asam amino. kalo di gambar warnanya
merah

6. Mekanisme Transkripsi
Kalo di eukariot RNA polimerasenya beda-beda ada RNA polimerase I, II dan
III. Ntr penggunaannya dalam sintesis molekul beda. Sebelum RNA polimerase
nempel di promotor, ada faktor transkripsi yang bantu ng-guide si RNA
polimerase. Kalo RNA polimerase I guidenya SL1 dan UBF, RNA polimerase II
dibantu ama TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH dan TFIIJ (banyak
banget ==”). kalo RNA polimerase III dipandu ama TFIIIA, TFIIIB, TFIIIC ama
protein TBP.
Nah fyi aja faktor TBP merupakan protein yg diperlukan kalo gen2 g punya
TATA box.Trus setelah si RNA polimerase dibantu ama faktor transkripsi (TF)
ke TATA box baru terjadi proses elongasi dan berhenti sampeketemu
terminator.
Proses pasca-transkripsi
Ya karena adanya intron pada eukariot, makanya mRNA yg dihasilkan g bisa
langsung dikeluarin ke sitosol untuk ditranslasi namunharus diolah dulu. Caranya?
1. Splicing
Merupakan proses pembuangan intron dan penyambungan ekson. Awalnya RNA
hasil transkripsi pd eukariot disebut pre-mRNA karenamasih ada intronnya. Trus
intron akan dipotong dan ekson2 disambung menjadi mRNA matang (mature
mRNA). Untuk lebih jelasnya: Intron dipotong pake spliceosome. lalu
penyambungan ekson2 pake enzil ligase.
2. Poliadenilasi
Merupakan proses penambahan poliA (rantai AMP) pada ujung 3′ nukleotida
mRNA. Fungsinya? untuk meningkatkan stabilitas mRNA dan meningkatkan
efisiensi translasinya.
3. Capping
Penambahan tudung mRNA berupa molekul 7-metilguanosin.

7. Fungsinya ada 4:
 Melindungi mRNA dari degradasi
 Meningkatkan efisiensi translasi mRNA
 Meningkatkan pengangkutan mRNA dari nukelus ke sitoplasma
 Meningkatkan efisiensi proses splicing

8. B. Genom prokariot
Genom prokariot berbeda dengan genom eukariot. Terdapat beberapa overlap
dalam ukuranantara genom prokariotik terbesar dengan prokariotik terkecil.
Tetapi secara keseluruhanprokarotik genom berukuran lebih kecil. Misalnya
genom E. coli K12 adalah 4639 kb, hanya 2/5dari genom yeast dan hanya memiliki
4405 gen. Organisasi fisik genom juga berbeda antaraeukariot dengan prokariot.
Pandangan tradisional adalah bahwa seluruh prokariot memiliki satu molekul DNA
sirkular . Selain ‘kromosom’ tunggal ini, prokariot juga dapat memiliki gen
tambahan yang independen, sirkular yang disebut plasmid (Gambar 3).
Gambar 3. Plasmid adalah DNA sirkular kecil yang terdapat pada sel prokariot.
Gen yang dibawa oleh plasmid berguna, karena mengkode sifat-sifat ketahanan
terhadapantibiotik atau kemampuan untuk memanfaatkan komponen kompleks
seperti toluene sebagaisumber karbon. Tetapi prokariot dapat bertahan secara
efektif tanpa plasmid. Prokariotmenunjukkan keragaman dalam organisasi genom.
E. coli memiliki genom unipartite, tetapiprokariot lainnya lebih kompleks.
Misalnya Borrelia burgdorferi B31, memiliki kromosom linier911 kb, membawa
853 gen, dilengkapi dengan 17 atau 18 molekul linier dan sirkuler,
yangkeseluruhannya menyumbangkan 533 kb dan paling tidak 430 gen. Genom
multipartite dikenalpada banyak bacteria dan arkaea.Genom prokariotik lebih
kompak dibandingkan genom yeast dal eukariot tingkat bawah lainnya.Seperti
terlihat pada Gambar 2.2E yang memperlihatkan segmen 50-kb genom E. coli
K12.Terlihat bahwa terdapat lebih banyak gen dan kurang ada ruang diantaranya,
dengan 43 genmengambil tempat 85.9% segmen. Beberapa gen terlihat tidak
memiliki ruang diantaranya, thrAdan thrB, misalnya dipisahkan dengan sebuah
nukleotida tunggal, dan thrC mulai pada nukeotidasegera sesudah nukleotida
terakhir pada thrB. Ketiga gen ini adalah contoh dari operon, sebuahkelompok
gen yang terlibat dalam sebuah lintasan biokimia (dalam hal ini sintesis asam
aminothreonine) dan diekspresikan bersama-sama dengan yang lainnya. Operon

9. digunakan sebagaimodel untuk memahami bagaimana ekspresi gen diatur. Secara
umum, gen prokariot lebihpendek dibandingkan eukariot, rata-rata panjang
sebauh gen bakteri berkisar 2/3 gen eukariot,bahkan setelah intron dihilangkan
dari eukariot. Gen bakteri sedikit lebih panjang dibandingkangen arkaea.Dua
karakteristik genom prokariot yang dapat dilihat dari Gambar 2.2E adalah,
pertama, tidak ada intron pada gen pada segmen dari genom E. coli ini. Bahkan E.
coli tidak memiliki gendiscontinuous. Karakteristik kedua adalah infrequency of
repetitive sequences. Genom prokariottidak memiliki apapun yang ekivalen
terhadap high-copy-number genome-wide repeat familiesyang ditemukan pada
genom eukariot. Mereka memiliki sekuen tertentu yang mungkin berulang di
dalam genom. Contohnya adalah insertion sequences IS1 dan IS186yang dapat
dilihat padasegmen 50-kb pada Gambar 2.2E. Terdapat contoh transposable
elements, yaitu sekuen yangdapat berpindah sekeliling genom. Posisi elemen
IS1dan IS186 yang ditunjukkan pada Gambar2.2E merujuk pada isolate E. coli
tertentu. Jika isolate berbeda yang diperiksa, maka sekuen ISdapat berbeda
posisi atau dapat pula absen dari genom. Sebagian besar genom prokariot
lainnyamemiliki sangat sedikit sekuen berulang/repeat sequences – secara virtual
tidak terdapat padagenom 1.64 Mb dari Campylobacter jejuni NCTC11168 –
tetapi terdapat perkecualian, padabakteri meningitis Neisseria meningitidis
Z2491, yang memiliki lebih dari 3700 copi dari15 tipeberbeda repeat sequence,
secara kolektif membentuk hamper 11% dari genom 2.18 Mb.
Transkripsi pada Prokariot
Salah satu ciri dari prokariot adalah adanya struktur operon. Operon adalah
organisasi daribeberapa gen yang ekspresinya dikendalikan oleh satu promotor.
Misal operon lac,padametabolisme laktosa pada bakteri E.coli. Pada waktu
ditranskripsi operon lac akan menghasilkan satu mRNA yang membawa kode2
genetik untuk polipeptida berbeda yang disebut dengan mRNA polisistronik.

10. Sesuai gambar di atas, pada operon lac punya 3 gen struktural yaitu lac Z, lac Y
dan lac A.Masing-masing dari gen itu punya start codon dan stop codon sendiri2
namun ekspresinya tetep dikendaliin ama operon yg sama. Trus waktu
ditranskripsi hasilnya 1 mRNA yg bawa kodon-kodon untuk 3 macam polipeptida
yang beda. Trus translasinya? nanti akan jd 3 polipeptida yang independen

11. Struktur Gen Prokariot
Pada prokariot gennya secara umum tersusun atas promotor, bagian struktural,
dan terminator
 Promotor
Promotor adalah urutan DNA spesifik yang berperan dalam
mengendalaikan transkripsi genstruktural dan terletak di daerah upstream
(hulu) dari bagian struktural gen.
 Fungsi promotor? Sebagai tempat awal pelekatan enzim RNA
polimerase yang nantinyamelakukan transkripsi pada bagian
struktural
Pada prokariot bagian penting promotornya disebut sebagai Pribnow box pada
urutan nukleotida-10 dan -35. Biasanya berupa TATA box.
 Apa fungsi dari pribnow box ? Pribnow box merupakan daerah
tempat pembukaan heliks DNAuntuk membentuk kompleks
promotor terbuka. Jadi di TATA box itulah DNA dipisahkan dan
kalodi luar TATA box helix DNAnya tetep berikatan (beda ama
replikasi kan?)

12. Operator
Operator merupakan urutan nukelotida yang terletak di antara promotor dan
bagian strukturaldan merupakan tempat pelekatan protein represor (penekan
atau penghambat ekspresi gen). Jikaada represor yang melekat di operator maka
RNA polimerase g bisa jalan trus ekspresi gen tidak bisa berlangsung.
Kalo di gambar di atas operator disimbolkan dengan warna ungu yg berada di
antara promotor(merah) dan structural gene (hijau).Selain adanya supresor ada
juga yg namanya enhancer. kalo supresor untuk menghambat nahenhancer
kebalikannya, dia malah meningkatkan transkripsi dengan meningkatkan jumlah
RNApolimerase. Namun letaknya tidak pada lokasi yg spesifik spt operator, ada
yg jauh di upstream atau bahkan downstream dari titik awal transkripsi.
Coding Region
Gen struktural merupakan bagian yang mengkode urutan nukleotida RNA.
Transkripsi dimulaidari sekuens inisiasi transkripsi (ATG) sampai kodon stop
(TAA / TGA / TAG).Pada prokariot tidak ada sekuens intron (yg tidak dapat
diekspresikan) sehingga semuanyaberupa ekson. Namun kadang pada
archaebacteria dan bakteriofag ada yg memiliki intron.

13. Terminator
Dicirkan dengan struktur jepit rambut / hairpin dan lengkungan yang kaya yang
akan urutan GCyang terbentuk pada molekul RNA hasil transkripsi.
RNA Polimerase
RNA polimerase merupakan enzim yang mengkatalisis proses transkripsi. Kalo
susunannyalengkap α2ββ’σ disebut holoenzim. Kalo g ada σ Cuma α2ββ’ disebut
core-enzyme.Fungsi subuni2 itu:
α = diduga berfungsi dalam penyusunan enzim
β = berfungsi dalam pengikatan nukleotida
β’ = berfungsi dalam penempelan DNA
σ = berfungsi untuk mengarahkan agar RNA polimerase menempel pada
promotor.
Mekanisme Transkripsi
o Inisiasi
o Elongasi
o Terminasi
Daftar Pustaka :
Brown, T.A. 2002. Genome. Online book.
http://onlinebooks.library.upenn.edu/webbin/book/lookupid?key=olbp36849
Nama : Mutia Rizqa Firdiah
NIM : 25010112140145
Kelas : B 2012
Matkul : Biomol