Dokumen tersebut membahas tentang pengaturan ekspresi gen dan perkembangan ilmu genetika dalam 3 kalimat. Pertama, ekspresi gen diatur pada berbagai tingkatan seperti transkripsi, pasca-transkripsi, translasi, dan pasca-translasi. Kedua, ilmu genetika berkembang setelah penemuan mikroskop, teori sel, dan publikasi Darwin. Ketiga, pada akhir 1850-an, ilmuwan memahami bagaimana sel berkembang

1. PENGATURAN EKSPRESI DAN
PERKEMBANGAN GEN
DOSEN MATA KULIAH
Prof. Dr.Herry Sumampouw ,M.pd
Dr. Helen Lawalata .S.pi,M.Si

2. A. PENGATURAN EKSPRESI GEN
DNA sebagai bahan genetik karena DNA dapat
mewariskan sifat sifat oragnisma induk, sudah
diidentifikasi pada pertengahan abad 20. Genom adalah
sepotong DNA / segment DNA yang menyandi protein
mengandung semua informasi genetik yang dimilikinya.
Dengan penemuan ini ditemukan bagaimana informasi
genetik diwariskan dan diekspresikan. Mekanisme
molekuler dari pewarisan melibatkan proses yang
dikenal sebagai replikasi, dimana rantai DNA induk
berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis salinan
DNA.

3. Ekspresi gen di dalam sel memerlukan dua proses, transkripsi
dimana DNA berfungsi sebagai “template” dan ditranskripsikan
menjadi mRNA dan translasi dimana
informasi pada RNA akan diterjemahkan menghasilkan protein.
Pengaturan ekspresi gen pada sel eukariotik hanya
memungkinkan ekspresi sebagian kecil genom dalam
suatu waktu, sehingga sel dapat menjalani perkembangan dan
differensiasi. Ini memerlukan suatu pengaturan melalui
mekanisme yang rumit. Untuk suatu gen spesifik, pengaturan
dapat terjadi secara bersamaan diberbagai tingkat dan berbagai
faktor bekerja bersamaan untuk merangsang dan menghambat
ekspresi suatu gen.

4. I. STRUKTUR DNA Molekul DNA adalah polymer dari Desoxyribonucleotide
(Basa, zat Gula dan satu atau lebih gugus Phosphat). Zat
gula adalah β-D-2 Desoxyribose (Ribose), sedangkan basa
terdiri atas untaian asam nukleat / nukleotida purin (Adenin
/ A, Guanin / G) dan pirimidin (Sitosin / C, Timin / T).
Satuan untuk DNA : bp (base pair). Tahun 50-an Watson
and Crick menemukan bahwa DNA terdiri dari dua rantai
polinukleotida yang membentuk helix ganda dan mempunyai
back bone gula-fosfat ikatan fosfodiester dan pada bahagian
tengahnya terdapat pasangan-pasangan basa yang disatukan
oleh 2 atau 3 ikatan hidrogen antara pasangan basa.Setiap
basa akan berikatan : adenin pada satu rantai dipasangkan
dengan timin pada rantai yang lain, guanin dipasangkan
dengan sitosin.

5. Akibat pembentukan pasangan basa ini, dua rantai DNA
saling melengkapi (bersifat komplementer).Rantai DNA
ini berjalan dalam arah yang berlawanan
(antiparalel). Rantai satu berjalan dalam arah 5’ ke 3’
pada rantai yang lain berjalan dalam arah 3’ ke 5’.
Dupleks DNA mempunyai diameter 20 Å. Pasangan
basa pada DNA disusun dalam jarak 3.4 Å antara satu
sama lain. Satu pusingan penuh heliks berjarak 34 Å
dan mengandungi 10 basa. Segmen molekul DNA
mempunyai alur major yang berselang dengan alur
minor.

6. II. EKSPRESI GEN Di dalam gen, urutan nukleotida sepanjang untaian DNA
menentukan protein, yang akan dihasilkan oleh organisme disebut
sebagai ekspresi gen .Langkah pertama dalam ekspresi gen adalah
transkripsi DNA menjadi RNA. Molekul RNA sama dengan DNA
kecuali pada
1. Gugusan gula adalah ribosa. Basa Urasil (U) menggantikan
Timin (T) dan U berpasangan dengan A.
2. RNA biasanya tidak berantai ganda walaupun daapt melipat
dirinya sendiri jika terjadi komplementaritas dan beebrapa virus
RNA berantai ganda n. Tiga kelas RNA utama merupakan RNA
messenger (mRNA), RNA transfer (tRNA), RNA ribosomal
(rRNA). mRNA diterjemahkan menjadi protein . tRNA terlibat
dalam transfer asam amino ke dalam protein, rRNA termuat dalam
ribosom yang terlibat dalam sintesis protein

7. III. PENGATURAN EKSPRESI GEN PADA SEL EUKARIOTIK
Aktivitas berbagai gen memperlihatkan variasi yang
luas dalam berbagai sel. Dengan demikian, hormon
pertumbuhan dan insulin masing-masing dihasilkan
secara eksklusif dalam kelenjar hipofisis dan sel β
pankreas.Gen lain diekspresikan secara luas.
Contohnya gen renin diekspresikan dalam ginjal dan
beberapa jaringan ekstrarenal. Perbedaan ini
terutama disebabkan terutama disebabkan oleh
pengauran ekspresi gen., karena umumnya struktur
DNA adalah sama bagi seluruh sel-sel tubuh. Pada sel
eukariot gen yang mengkode protein yang berfungsi
bersama-sama biasanya terletak pad akromoson yang
berbeda.
Misalnya gen untuk rantai globin α haemoglobin terletak
dikromosom 16, sedangkan
gen untuk rantai β terletak dikromosom 11. Situasi ini berbeda
dari bakteri , di mana
gen yang mengkode protein berfungsi bersama-sam berletak
berdampingan satu sama
lain dalam operan. Operon tidak terdapat pada sel eukariot.
Ekspresi gen padas el eukariot, berlangsung di sejumlah
tahapan yang berbeda
yaitu : transkripsi, pascatranskripsi, translasi, pasca translasi.

8. IV. 1. PENGATURAN TINGKAT TRANSKRIPSI
Pengaturan Transkripsi
Kontrol utama dari ekspresi gen terjadi pada
tingkat awal transkripsi. Transkripsi diawali oleh
pada unsur promotor proksimal yang membentuk
sekitar 30 nukleotida di hulu dari tempat start
transkripsi. Daerah ini mengandung yang disebut
sebagai books TATA dengan rangkaian TATA atau
rangkaian yang serupa.Struktur ini mengikat suatu
kompleks protein yang dikenal sebagai faktor
books TATA, dalam hal ini termasuk protein
protein pengikatan books TATA (TBP atau TFIID).
Faktor lain seperti TFII, TFIII dan polimerase RNA
Beberapa promotor tidak mengandung kotak TATA dan mengawali
transkripsi melalui faktor-faktor yang sama. Secara umum faktor-faktor ini
disebut faktor piranti umum dan basal. Protein lain dapat berikatan dengan
faktor basal pada regio promotor dan enhancer DNA untuk bertindak
bersama dengan RNA polimerase untuk dapat mengatur awal transkripsi.
Protein ini disebut sebagai faktor transkripsi. Transaktivator adalah
protein yang digabungkan dengan protein lain (koaktivator) ke kompleks
protein yang terikat ke promotor basal di books TATA. Apabila terjadi
interaksi yang sesuai antara transaktivator, koactivator, dan kompleks
promotor basal, RNA polimerase lebih sering berikatan dengan promotor
basal sehingga kecepatan transkripsi gen meningkat.Interaksi protein
pengatur ini dengan DNA melibatkan gambaran struktural misalnya motif
helix-turn-helix atau zink finger. Banyak dari protein ini membentuk dimer
melalui gambaran struktural misalnya leucine zipper.

9. PENGAKTIFAN GEN SPESIFIK
Di tingkat transkripsi gen spesifik, elemen
didalam urutan DNA (disebut elemensis)
berikatan dengan faktor lain yang dikenal
sebagai elemen trans (biasanya protein) yang
mendorong atau menghambat pengikatan RNA
polimerase ke gen.
Senyawa, misalnya hormon steroid dapat berfungsi sebagai
inducer , merangsang pengikatan elemen trans ke elemensis
DNA Inducer seperti hormon steroid yang masuk ke dalam
sel dan berikatan dengan protein reseptor. Reseptor ini juga
memiliki domain yang mengikat elemen respon spesifik
(elemensis). Apabila kompleks inducer-reseptor berikatan
dengan DNA , gen mungkin menjadi aktif, atau
pada beberapa kasus menjadi tidak aktif.

10. IV. 2. PENGATURAN DI TINGKAT PASCA TRANSKRIPSI
Merupakan pengaturan setelah terbentuknya mRNA dan selama transport RNA dari inti
ke sitoplasma.
A. Penyuntingan RNA
Pada beberapa keadaan , RNA mengalami beberapa perubahan setelah transkripsi.
Pada semua jaringan urutan gen adalah sama. Namun mRNA yang ditranskripsikan dari
gen tersebut berbeda. Walaupun belum sepenuhnya dipahami, tampaknya mekanisme
yang digunakan melibatkan perubahan basa, penambahan atau pengurangan sebuah
nukleotida setelah transkrip disintesa. Salah satu contoh penyuntingan RNA terjadi
pada pembentukan apoprotein B (apo B) yang disintesa di sel hati dan usus dan
berfungsi sebagai lipoprotein yang dihasilkan oleh jaringan tersebut. Walaupun
apoprotein tersebut dikode oleh gen yang sama, versi protein yang dibentuk di hati (B-
100) mengandung 4563 residu asam amino, sedangkan yang dibentuk di sel usus (B-
48) hanya memiliki 2152 asam amino.
B. Transport mRNA
Pada sel eukariot, mRNA harus
berpindah dari inti melalui pori-pori
inti ke sitoplasma agar dapat
ditranslasikan. Nuklease menguraikan
mRNA, mencegah pembentukan
protein yang dikode oleh mRNA.
Selama transportasi ini mRNA terikat
pada protein yang membantu
penguraiannya.

11. IV. 3. PENGATURAN TINGKAT TRANSLASI
IV. 4. PENGATURAN TINGKAT POST TRANSLASI
Pengaturan pada pembentukan protein.(1)
Faktorinisiasi untuk translasi, terutama faktor inisiasi
eukariotik 2 (eIF2) merupakan pusat mekanisme
pengatur ini. Kerja eIF2 dapat dihambat oleh
fosforilasi. mRNA lain memiliki lengkung tajam yang
menghambat inisiasi translasi.
Pengaturan setelah terbentuknya protein. Setelah disintesis,
lama hidup protein diatur oleh degradasi proteolitik. Protein
memiliki waktu apruh yang berbeda-beda. Sebagian hanya
bertahan beberapa jam atau hari. Yang lain menetap sampai
beberapa bulan atau tahun.Sebagian protein mengalami
degradasi oleh enzim lisosom. Protein lain didegradasi oleh
protease di dalam sitoplasma. Sebagian protein ini tampaknya
mengalami degradasi melalui pengikatan suatu protein yang
dikenal dengan nama Ubikuitin. Ubikuitin adalah protein yang
sangat hemat. Urutan asam aminonya hanya memiliki sedikit
variasi antara berbagai organisme.

12. B. PERKEMBANGAN GEN
.
Dalam perspektif sejarah, ilmu
genetika berkembang sebagai ilmu pengetahuan setelah melalui
berbagai tahapan dan penemuan yang mendahuluinya.
• Periode sebelum 1860
Penemuan yang berkontribusi perkembangan ilmu genetika
sebelum tahaun 1860 diantaranya adalah penemuan mikroskop
cahaya, teori tentang sel, dan publikasi oleh Charles Darwin
dengan bukunya The Origin of Species. Sebelumnya, Robert
Hooks dengan teori sel nya dan Antonie van Leeuwenhoek
melaporkan pengamatan adanya organisme renik (protozoa
dan bakteria) pada air hujan.
Pada tahun 1833, Robert Bown melaporkan
pengamatan inti sel dan pada tahun
1839-an Hugo von Mohl mendeskripsikan mitosis pada
inti sel. Sampai pada
akhir 1858, Rudolf Virchow menyimpulkan semua
penemuan tersebut dalam teorinya tentang sel yang
terkenal dalam bahasa latin aphorism omnis cellula e
cellula yang berarti semua sell berasal dari sel
sebelumnya. Sampai pada akhirnya di tahun 1858, ahli
biologi memahami bagaimana sel berkembang dan
mengetahui tentang inti sel.

13. THANKYOU
GBU