1. Transkripsi adalah proses pengkopian DNA menjadi RNA yang komplementer. 2. Terdiri dari tahap inisiasi, elongasi, dan terminasi. 3. Inisiasi melibatkan pembentukan kompleks RNA polimerase pada promoter, pembukaan DNA heliks, dan sintesis RNA.

1. Ekspresi Gen
Transkripsi (1)
Drs. Sutarno, MSc., PhD.

2. Pendahuluan
 Suatu organisme mengandung berbagai tipe sel
somatik, yang masing-masing berbeda bentuk
maupun fungsinya. Namun demikian semua sel
ini memiliki genom yang sama
 Gen-gen di dalam genom ini tidak akan memiliki
pengaruh apa-apa, kecuali setelah
di’ekspresi’kan.
 Tipe sel yang berbeda mengekspresikan gen-
gen yang berbeda, dengan demikian
mememperlihatkan bentuk dan fungsi yang
bervariasi pula.

3. Gene Expression
 : The process by which a gene's information is
converted into the structures and functions of a
cell by a process of producing a biologically
functional molecule of either protein or RNA
(gene product) is made.
 Gene expression is assumed to be controlled at
various points in the sequence leading to
protein synthesis. 3

4. Gene expression
DNA  RNA  Protein
DNA
RNA
Protein
Transcription
Translation
Initiation
Elongation
Processing
Export
Initiation
Elongation
Processing
Targeting

6. Dari Gen ke Protein

9. 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

10. House keeping gene?
 : are typically constitutive genes that are required for the maintenance
of basal cellular functions that are essential for the existence of a cell,
regardless of its specific role in the tissue or organism. Thus, they are
expressed in all cells of an organism under normal and patho-
physiological conditions, irrespective of tissue type, developmental
stage, cell cycle state, or external signal.
 Jadi ‘constitutive genes” ini selalu diekspresikan karena (constitutive
expression) karena adanya fungsi-fungsi fisologis yang sama dalam
setiap sel yang masih hidup, dalam kondisi lingkungan eksternal dan
internal apapun yang dihadapi, di jaringan dan sel apa saja selama
individunya masih hidup. Sejumlah gen yang termasuk sebagai
kelompok house keeping genes merupakan gen-gen yang ekspresinya
konstitutif, misalnya gen penyandi rRNA, gen penyandi ubiquitin, gen
penyandi Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) dan gen
penyandi protein histone dll.

11. 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
11

12. Unit Transkripsi pada Bakteri
12
Operon
promoter
operator
-35 TTGACA
-10 TATAAT (Pribnow box)

13. Regulasi pada Transkripsi
 Kontrol Positif atau Negatif
 Positif - membutuhkan suatu protein
untuk terjadinya transkripsi
 Negatif - protein dibutuhkan untuk mem
block transkripsi
 Contoh Model operon pada bakteri
 Lac operon
13

14. Gene Structure
Eukaryotic gene structure: Most eukaryotic
genes in contrast to typical bacterial genes, the
coding sequences (exons) are interrupted by
noncoding DNA (introns). The gene must have
(Exon; start signals; stop signals; regulatory
control elements).
The average gene 7-10 exons spread over 10-
16kb of DNA. 14

15. Protein Synthesis: Four stages
 Transcription
 RNA processing
 Translation
 Post-translation processing
15

16. Two steps of gene expression
(dua tahap expresi gen)
1. Transcription
The synthesis of mRNA uses the
gene on the DNA molecule as a
template
This happens in the nucleus of
eukaryotes
2. Translation
The synthesis of a polypeptide
chain using the genetic code on
the mRNA molecule as its guide.

17. RIBONUCLEIC ACID/ RNA
Found all over the cell
(nucleus, mitochondria,
chloroplasts, ribosomes and the
soluble part of the cytoplasm).

18. Types
 Messenger RNA (mRNA) <5%
 Ribosomal RNA (rRNA) Up to 80%
 Transfer RNA (tRNA) About 15%
 In eukaryotes small nuclear
ribonucleoproteins (snRNP).

19. Structural characteristics of
RNA molecules
 Single polynucleotide strand
which may be looped or coiled (not a
double helix)
 Sugar Ribose (not deoxyribose)
 Bases used: Adenine, Guanine,
Cytosine and Uracil (not Thymine).
© 2010 Paul Billiet ODWS

20. mRNA
 A long molecule 1 million Daltons
 Ephemeral
 Difficult to isolate
 mRNA provides the plan for the
polypeptide chain
© 2010 Paul Billiet ODWS

21. rRNA
 Coiled
 Two subunits:
a long molecule 1 million Daltons
a short molecule 42 000 Daltons
 Fairly stable
 Found in ribosomes
 Made as subunits in the nucleolus
 rRNA provides the platform for
protein synthesis© 2010 Paul Billiet ODWS

22. tRNA
 Short molecule about 25 000 Daltons
 Soluble
 At least 61 different forms each has a
specific anticodon as part of its
structure.
 tRNA “translates” the message on
the mRNA into a polypeptide
chain

23.  DNA codes for the production of RNA.
 RNA codes for the production of
protein.
 Protein does not code for the
production of protein, RNA or DNA.

24. Fungsi RNA polimerase
 Baik RNA- maupun
DNA-polymerase
dapat menambahkan
nukleotida ke untai
yaang telah ada
untuk menjadikan
tambah panjang.
Perbedaanya: RNA
polimerase dapat
memulai suatu untai
baru, tetapi DNA
polimerase tidak
dapat.

25. The function of RNA polymerases
Nukleotida yang digunakan untuk memperpanjang untai RNA
yang sedang tumbuh adalah ribonucleoside triphosphates
(NTPs). Dua gugus phosphat dibebaskan sebagai
pyrophosphate (PPi) selama reaksi.
Pertamahan panjang selalu terjadi pada arah 5' ke 3‘.
Nukleotida pertama pada ujung 5’ tetap dengan gugus
phosphatnya.

26. Elemen-elemen regulator gen
 Pengaturan transkripsi di mediasi oleh
interaksi antara faktor-faktor transkripsi dan
DNA binding sitenya. Terdapat empat macam
elemen ini:
1. Promoters
2. Enhancers
3. Silencers
4. Response elements

27. Gene organization. The transcription region consists of exons and
introns. The regulatory elements include promoter, response element,
enhancer and silencer (not shown). Downstream refers to the direction
of transcription, and upstream is opposite to the transcription
direction. The number increases along the direction of transcription,
with "+1" assigned for the initiation site. There is no "0" position. The
base pair just upstream of +1 is numbered "-1", not "0".

28. A typical gene

29. 1. Promoter
 Promoter adalah suatu sekuen DNA tempat dimana proses
transkripsi dimulai. Pada prokaryote, sekuen dari suatu
promoter dikenali oleh faktor sigma (s) dari RNA
polymerase. Pada eukaryote, promoter dikenali oleh faktor
transkripsi khusus (specific transcription factors).
 Pada E. col memiliki 5 faktor sigma:
 Sigma 70: mengatur ekspresi hampir semua gene.
 Sigma 32: mengatur ekspresi protein-protein heat shock.
 Sigma 28: mengatur ekspresi operon flagellar (terlibat
dalam gerak sel).
 Sigma 38: mengatur ekspresi gen untuk melawan stres
eksternal.
 Sigma 54: mengatur ekspresi gen untuk metabolisme
nitrogen.

30.  Pada Eukaryot
 Terdapat perbedaan signifikan antara transkripsi gen
protein dan gen RNA.
 Elemn promotor paling umum pada gen protein eukaryot
adalah TATA box, yang terletak pada -35 sampai -
20. Promoter yang lain disebut initiator (Inr). Terdapat
sekuen konsensus pada initiator ini, yaitu:
PyPyAN(T/A)PyPy, dimana Py adalah pyrimidine (C atau
T), N = apa saja, dan (T/A) berarti T atau A. Basa nitrogen
A pada posisi ke tiga terletak pada +1 (the transcriptional
start site).
 TATA box dan initiator adalah merupakan elemen
promoter utama. Terdapat elemen-elemen lain yang sering
terletak dalam 200 bp dari transcriptional start site,
misalnya CAAT box dan GC box yang sering disebut
sebagai elemen promoter-proximal.
 Protein yang berinteraksi dengan initiator dan TATA box
dikenal dengan TATA-box binding protein (TBP), karena
TATA box ditemukan lebih awal dibanding initiator

31. 2. Enhancers
 Enhancer: adalah sekuen nukleotida tempat faktor
transkripsi berikatan, dan yang menyebabkan transkripsi dari
gen menjadi meningkat.
 Enhancer adalah elemen pengatur positif yang terletak baik
diarah upstream atau downstream dari transcriptional
initiation site. Namun demikian, umumnya terletak upstream.
 Pada prokaryot, enhancer terletak sangat dekat dengan
promoter, tetapi pada eukaryot, enhancer jadi jauh promoter.
 Suatu daerah enhancer dapat mengandung satu atau lebih
element yang dikenali oleh aktivator transkripsi.
 Enhancers bersifat "conditional" atau dapat dikatakan bahwa
enhancer ini meningkatkan transkripsi hanya dalam kondisi
tertentu, seperti misalnya ketika ada hormon.

32. 3. Silencer
 Elemen yang sangat mirip dengan enhancer,
kecuali fungsinya yang mengikat protein dan
menghambat transkripsi.

33. 4. Response elements
 Adalah sisi pengenalan dari faktor transkripsi tertentu.
Umumnya terletak dalam 1kb dari transcriptional start
site.

34. PROSES TRANSKRIPSI

35. MAKING MESSENGER RNA: CALLED
TRANSCRIPTION

36. Transkripsi
 Transkripsi: adalah proses pengkopian DNA untuk
menghasilkan transkrip RNA komplemennya / RNA
transcript.
 Ini adalah merupakan tahap pertama dari proses ekspresi dari
setiap gen.
 RNA yang dihasilkan, apabila RNA ini pengkode protein, akan
mengalami splicing, poliadenilasi dan transportasi ke
sitoplasma.
 Setelah itu, melalui proses translasi akan menghasilkan
molekul protein yang diinginkan.

37. Catatan: uracil (U) pada RNA adalah
berpasangan dengan adenine (A) dari DNA.
 Untai DNA yang berperan sebagai pencetak/
template disebut: "template strand", "minus
strand", or "antisense strand".
 Sedangkan untai DNA yang lain disebut:
"non-template strand", "coding strand", "plus
strand", or "sense strand".

38. 1. Inisiasi proses Transkripsi
 RNA polymerase dapat mengenali sisi awal dari
suatu gen, dengan demikian enzim ini
mengetahui dimana harus memulai mensintesis
mRNA.
 Daerah awal pengenalan berupa sekuen DNA
khusus yang berada pada sekuen awal suatu
gen yang disebut dengan promoter.
 Ini mrpkn suatu sekuen unidirectional (satu
arah) pada satu strand DNA yang memberitahu
RNA polymerase tempat mulai serta arah (pada
strand mana) sintesis.

39.  Karena antara DNA coding strand dan RNA
strand adalah komplemen, mereka memiliki
sekuen yang sama kecuali T pada DNA
coding strand diganti dengan U pada untai
RNA.

40. Tahap-tahap utama proses transkripsi
 (i) Terjadinya ikatan antara enzim polimerase pada
situs inisiasi. Sekuen DNA yang menjadi penanda
inisiasi/ dimulainya transkripsi disebut promoter.
 (ii) Unwinding of the DNA double helix (pilinan
double heliks membuka). Enzim yang dapat
embuka double helix disebut
helicase. Polymerases pada prokaryot memiliki
aktivitas sebagai helicase, sedangkan polimerase
pada eukaryot tidak memiliki aktivitas ini.
Membukanya DNA pada eukaryot dilakukan oleh
faktor transkripsi spesifik.

41. Ilustrasi secara skematis proses transkripsi
(a) DNA sebelum transkripsi
(b) selama transkripsi, DNA membukasehingga salah satu untai
DNAnya dapat digunakan sebagai template (pencetak) untuk
mensintesis untai RNA yang komplemen.

42.  (iii) Synthesis of RNA. RNA polimerases
menggunakan nucleoside triphosphates (NTPs)
untuk menyusun suatu untai RNA berdasarkan
sekuen pada DNA template.
 (iv) Termination. Antara Prokaryot dan eukaryot
terdapat perbedaan signal untuk terminasi
transkripsi ini:
 Transkripsi pada eukaryot lebih kompleks
dibandingkan pada prokaryot, salah satu
penyebabnya karena adanya histon pada
eukaryot yang dapat menghalangi akses
polimeras ke promoter.

43. 2. Elongation (pemanjangan) Transkripsi
 RNA polymerase kemudian menambahkan nukleotida
untuk memperpanjang rantai mRNA yang komplemen
dengan strand DNA.
 RNA polymerase menempatkan rNTPs (ribonucleic
nucleotides triphosphates) dengan cara yang sama
seperti yang dilakukan DNA polymerase dalam
mengambi dan menempatkan dNTPs. Namun demikian,
karena sintesis ini hanya berlangsung dalam untai
tunggal dan hanya berlangsung dalam arah 5' ke 3‘,
maka tidak perlu adanya fragmen Okazaki.
 Penting untuk diketahui bahwa sintesis RNA ini
berlangsung dalam satu arah (unidirectional)

44. 3. Termination (pemberhentian) Transkripsi
 Berakhirnya polimerisasi RNA ditandai
dengan terjadinya disosiasi kompleks
transkripsi atau terlepasnya enzim RNA
polimerase beserta kofaktor-kofaktornya
dari untai DNA cetakan, begitu pula halnya
dengan molekul RNA hasil sintesis.
 Hal ini terjadi ketika RNA polimerase
mencapai urutan basa tertentu yang
disebut dengan terminator.