Kuliah Genetika Molekuler S2 Biologi

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.

4. Tahap-tahap utama dalam ekspresi gen-gen
pengkode protein.
The Central Dogma of Molecular Biology:

5. Garis besar tentang ekspresi gen
"Gene expression“/ ekspresi gen berarti pembentukan protein
atau RNA fungsional oleh gen pengkodenya.
Tahapannya:
1. Transcription/ transkripsi: suatu untai DNA
digunakan sebagai pencetak untuk mensintesis
suatu untai RNA, yang disebut transkrip primer/
primary transcript.
2. RNA processing/ pemrosesan RNA: modifikasi
primary transcript untuk menghasilkan RNA
yang dewasa /mature mRNA (untuk gen
pengkode protein) atau tRNA maupun rRNA
fungsional.

6.  Untuk gen pengkode RNA, (tRNA dan rRNA),ekspresi gen
selesai setelah terbentuknya rRNA atau tRNA yang
fungsional.
 Namun demikian, protein gen memerlukan beberapa tahap
tambahan:
 Nuclear transport/ transportasi keluar inti: mRNA
harus ditransportasikan keluar dr inti ke
sitoplasma untuk proses sintesis protein.
 Protein synthesis/ sintesis protein: di dalam
sitoplasma, mRNA berikatan dengan ribosom,
yang dapat melakukan sintesis polipeptida
berdasarkan sekuen pada mRNA.

7. Transkripsi/ Transcription
 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 adalah pengkode
protein, akan mengalami Capping, splicing, poliadenilasi dan
transportasi ke sitoplasma.
 Setelah itu, melalui proses translasi akan menghasilkan
molekul protein yang diinginkan.

8. 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".

9.  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.

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

11. RNA
Polimerase
Promotor
spesifik
TATA Box
inisiasi
Kodon
ATG
elongasi terminasi
RNA

12. 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.

14. (iii) Synthesis of RNA. RNA
polimerases menggunakan nucleoside
triphosphates (NTPs) untuk menyusun
suatu untai RNA berdasarkan sekuen
pada DNA template.

16. (iv) Termination.
Proses transkripsi berakhir ketika bertemu dengan
sinyal pengakhir AAUAA, sehingga tidak ada
pembentukan ikatan fosfodiester, dan tjd pelepasan
hibrida RNA-DNA kompleks, RNA dan enzim
dibebaskan. Tidak ada lagi basa yang ditambahkan
ke dalam rantai
Transkripsi pada eukaryot lebih kompleks
dibandingkan pada prokaryot, salah satu
penyebabnya karena adanya histon pada eukaryot
yang dapat menghalangi akses polimerase ke
promoter.

18. 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.

19. 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.
Pertambahan panjang selalu terjadi pada arah 5' ke 3‘.
Nukleotida pertama pada ujung 5’ tetap dengan gugus
phosphatnya.

20. 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

21. 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".

22. A typical gene

23. 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.

24.  Elemen promoter 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).

25. 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.

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

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