Regulasi Eukariot
Regulasi Transkripsi Gen Eukariot
Dimensi Regulasi Gen Eukariot
Regulasi gen dapat dilihat dari bagaimana Tripanosoma dilawan oleh sistem imun. Gen-gen
vsg yang berbeda diekspresikan pada waktu yang berbeda pula, sehingga gen vsg diregulasi secara
temporal. Gen diregulasi dalam dimensi ruang pada eukariot, khususnya organism multiseluler.
Regulasi yang meyebabkan perbedaan pada ekspresi gen menandakan bahwa organism eukariot
multiseluler memiliki fisiologi kompleks, karena gen terekspresi dalam waktu dan ruang tertentu.
Seperti pada prokariot, ekspresi gen pada eukariot melibatkan transkripsi DNA ke RNA dan
translasi selanjutnya RNA menjadi polipeptida. Meskipun demikian, aktivitas awal hingga translasi
pada kebanyakan RNA eukariot adalah ‘diproses’. Selama pemrosesan, RNA memiliki cap ujun 5i
dan polyadenilasi pada ujung 3’, dan dapat berubah secara internal dengan kehilangan skuens intron
noncoding. RNA prokariot tidak memiliki modifikas terminal dan internal tersebut.
Ekspresi gen pada eukariot lebih sulit daaripada prokariot. Hal ini disebabkan karena sel
eukariot memiliki sistem membrane sel yang tergolong rumit. Kompartemen tersebut membagi sel
dalam organel-organel yang terpisah, seperti nucleus yang paling mencolok, sel eukariot juga
memiliki mitokondrio, kloroplas (pada sel tanaman), dan reticulum endoplasma. Setiap organel
tersebut memiliki fungsi yang berbeda. Nukleus menyimpan materi genetic, mitokondria dan
kloroplas merupakan menghasilkan energy dan reticulum mentansport zat dalam sel.
Bagian sel eukariot yang memisah dapat menjadi organel karena ada ekspresi gen. Kejadian
utama, transkripsi DNA menjadi RNA dalam nucleus. Transkrip RNA juga dimodifikasi dalam
nucleus dengan cara caping, polyadenilasi, dan penghilangan intron. Kemudian, hasil mRNA
dikeluarkan ke dalam sitoplasma dimana produk tersebut saling berhubungan dengan ribosom, yang
terletak di membrane reticulum endoplasma. Saat mRNA terhubung dengan ribosom maka mRNA
mentranslasi menjadi polipeptida. Pemisahan fisik pada saat ekspresi gen menjadikan mRNA dapat
melakukan regulasi di tempat tertentu yang berbeda. Regulasi dapat terjadi dalam nucleus pada tahap
DNA atau RNA, atau level RNA atau polipeptida dalam sitoplasma.
a.. Regulasi pada Tingkat Struktur Kromosom
Proses diferensiasi sel berjalan bersamaan dengan proses pertumbuhan dan perkembangan individu. Bersamaan dengan proses mitosis, saat membentuk sel baru, terjadi proses pengkhususan sel anak dengan cara membedakan gen-gen yang akan berekspresi pada kedua sel anak tersebut. Terjadi pemilihan gen-gen yang secara permanen berekspresi dan yang secara permanen tidak berekspresi. Jadi, diferensiasi sel merupakan hasil pemilihan gen-gen yang diekspresikan atau tidak diekspresikan pada sel. Munculnya sel yang terspesialisasi merupakan hasil dari pemilihan gen-gen yang harus berekspresi dan gen-gen yang tidak diaktifkan. Regulasi ekspresi gen pada eukariot berlangsung pada beberapa tingkat, mulai dari tingkat struktur kromosom sampai pada tingkat pascatranslasi.
Proses diferensiasi sel berjalan bersamaan dengan proses pertumbuhan dan perkembangan individu. Bersamaan dengan proses mitosis, saat membentuk sel baru, terjadi proses pengkhususan sel anak dengan cara membedakan gen-gen yang akan berekspresi pada kedua sel anak tersebut. Terjadi pemilihan gen-gen yang secara permanen berekspresi dan yang secara permanen tidak berekspresi. Jadi, diferensiasi sel merupakan hasil pemilihan gen-gen yang diekspresikan atau tidak diekspresikan pada sel. Munculnya sel yang terspesialisasi merupakan hasil dari pemilihan gen-gen yang harus berekspresi dan gen-gen yang tidak diaktifkan. Regulasi ekspresi gen pada eukariot berlangsung pada beberapa tingkat, mulai dari tingkat struktur kromosom sampai pada tingkat pascatranslasi.
Kromosom eukariot tersusun atas dua komponen yaitu DNA dan protein histon. DNA mengandung informasi untuk mengendalikan kehidupan, dan histon berfungsi untuk melindungi DNA dari kerusakan mekanik, misalnya putus saat bergerak pada waktu mitosis dan meiosis. Kromosom yang nampak di bawah mikroskop cahaya pada saat mitosis atau meiosis merupakan hasil penggulungan DNA pada histon. Penggulungan ini berlangsung melalui beberapa tingkat. Kromosom yang berada dalam fase di luar mitosis atau meiosis secara umum berada dalam keadaan tidak tergulung. Sedangkan kromosom yang berada dalam keadaan tergulung gennya tidak berekspresi. Gen-gen yang secara permanen tidak diekspresikan pada suatu jaringan, kemungkinan besar DNAnya berada dalam keadaan tergulung.
b. Regulasi Ekspresi pada Tingkat Transkripsi
Penggulungan dan pengudaran gulungan DNA pada kromosom memberikan arahan penentuan gengen mana yang akan diekspresikan dan gen mana yang tidak akan diekspresikan. Namun demikian masih ada sistem berikutnya yang mengatur berjalannya proses ekspresi. Hanya sebagian kecil gen-gen pada sel tipikal pada tanaman dan hewan yang diekspresikan yaitu gen-gen yang diperlukan untuk fungsi yang telah terspesialisasi. Namun gen-gen yang produknya secara rutin dimanfaatkan oleh semua sel, seperti glikolisis, akan selalu dalam keadaan terekspresi setiap saat.
Pada eukariot tidak dikenal adanya operon seperti yang terdapat pada prokariot, tiap gen mempunyai promotor dan terminator masing-masing. Pada eukariot terdapat lebih banyak protein dan lebih banyak ruas DNA yang terlibat dalam regulasi, protein protein ini disebut faktor transkripsi. Lebih lanjut pada eukariot protein-protein tersebut kelihatan lebih banyak yang berperan sebagai aktivator ketimbang sebagai represor.
Penggulungan dan pengudaran gulungan DNA pada kromosom memberikan arahan penentuan gengen mana yang akan diekspresikan dan gen mana yang tidak akan diekspresikan. Namun demikian masih ada sistem berikutnya yang mengatur berjalannya proses ekspresi. Hanya sebagian kecil gen-gen pada sel tipikal pada tanaman dan hewan yang diekspresikan yaitu gen-gen yang diperlukan untuk fungsi yang telah terspesialisasi. Namun gen-gen yang produknya secara rutin dimanfaatkan oleh semua sel, seperti glikolisis, akan selalu dalam keadaan terekspresi setiap saat.
Pada eukariot tidak dikenal adanya operon seperti yang terdapat pada prokariot, tiap gen mempunyai promotor dan terminator masing-masing. Pada eukariot terdapat lebih banyak protein dan lebih banyak ruas DNA yang terlibat dalam regulasi, protein protein ini disebut faktor transkripsi. Lebih lanjut pada eukariot protein-protein tersebut kelihatan lebih banyak yang berperan sebagai aktivator ketimbang sebagai represor.
c. Regulasi Tingkat Pascatranskripsi
Struktur mRNA eukariot tidak sama dengan RNA prokariotik. Pada hnRNA sebagai molekul hasil transkripsi terdapat ruang intron dan ekson. Bagian intron akan dipotong dan hanya bagian eksonnya yang dipertahankan untuk membentuk membentuk mRNA. Pemilihan ruas intron dan ekson dapat merupakan salah satu cara regulasi. Dengan cara memilih ruas hnRNA mana yang akan diambil (sebagai ekson) atau akan dibuang (sebagai intron), maka dari satu ruas gen yang sama dapat disandikan dua jenis mRNA atau polipepetida.
Sebagai contoh pada tikus, enzim amilase yang dihasilkan oleh kelenjar ludah dengan yang dihasilkan pada hati. Pada lalat buah, perbedaan antara lalat jantan dan betina ditentukan oleh gugus protein, yang satu khas pada jantan dan yang lain pada betina. Kedua protein ini disandikan oleh gen yang sama, yang berbeda hanya pada cara pemilihan intron dan eksonnya.
d. Regulasi pada Tingkat Translasi
Setelah mRNA masuk ke dalam sitoplasma akan terjadi proses translasi menghasilkan protein. Regulasi dapat terjadi pada tahapan ini, yang meliputi berbagai cara termasuk pendegradasian mRNA, inisiasi translasi, pengaktifan protein, dan degradasi protein.
Ada tiga metode utama yang sudah diketahui dari sel-sel eukariotik untuk meregulasi pembuatan proteinnya pada tahap translasi :
1. Dengan cara mengubah waktu paruh atau stabilitas mRNA.
2. Dengan mengontrol inisiasi dan laju trnaslasi.
3. Modifikasi protein setelah translasi.
e. Regulasi pada tingkat mRNA
Panjang pendeknya umur mRNA akan menentukan kuantitas protein yang disintesis, mRNA yang berumur panjang akan menghasilkan protein lebih banyak daripada yang dihasilkan mRNA berumur pendek. Bakteri mempunyai mRNA yang berumur sangat pendek, dalam beberapa menit akan didegradasi oleh enzim. Oleh karena itu, bakteri sangat mudah mengubah proteinnya sehubungan dengan penyesuaian diri dengan perubahan lingkungan. Berbeda dengan bakteri, mRNA eukariot berumur panjang, beberapa jam bahkan sampai beberapa minggu. Contoh mRNA yang berumur panjang adalah mRNA yang terdapat pada sel darah merah vertebrata. Pada sel darah merah avertebrata, mRNA berperan sebagai pabrik pembuat protein hemoglobin. Pada sebagian besar spesies vertebrata, mRNA hemoglobin sangat stabil, mungkin berumur sama dengan sel darah merah yang mengandungnya. Pada burung, mRNA berumur sekitar satu bulan. Lebih panjang lagi pada reptil, amphibi, dan ikan dimana mRNAnya dipakai berulang untuk translasi.
f. Regulasi pada Inisiasi Translasi
Terdapat sejumlah protein yang berfungsi mengatur jalannya translasi. Contohnya, sel darah merah mempunyai protein yang berfungsi sebagai inhibitor terhadap inisiasi translasi mRNA hemoglobin. Protein inhibitor ini akan menjadi tidak aktif bila ada senyawa heme. Senyawa heme yaitu senyawa penyusun hemoglobin yang berfungsi untuk mengikat Fe. Bila ada heme maka polipeptida penyusun hemoglobin dapat disintesis, dan kemudian akan berasosiasikan dengan heme membentuk molekul hemoglobin.
g. Regulasi Pasca Translasi
Sebelum menjadi protein aktif atau fungsional, polipeptida hasil transkripsi akan mengalami suatu pemrosesan agar dapat membentuk struktur fungsionalnya. Pemrosesan ini melibatkan pemotongan rantai polipeptida atau penambahan asam amino baru atau senyawa lain seperti karbohidrat pada rantai polipeptida. Sebagai contoh polipeptida yang akan ditranspor melewati membran akan mengandung ruas signal transpor dibagian hulu rantainya. Ruas signal transpor akan berperan membawa polipeptida melewati pori-pori membran. Ruas signal ini akan dipotong setelah polipeptida melewati membran. Insulin aktif mengandung dua rantai asam amino, namun kedua rantai tersebut berasal dari satu polipeptida hasil transkripsi. Translasi menghasilkan prapreinsulin yang mengandung ruas signal dan ruas preinsulin. Insulin akan ditranspor melewati membran. Setelah melalui membran ruas signal dipotong sehingga menyisakan ruas preinsulin. Selanjutnya preinsulin dipotong kembali menghasilkan dua rantai insulin fungsional
Struktur mRNA eukariot tidak sama dengan RNA prokariotik. Pada hnRNA sebagai molekul hasil transkripsi terdapat ruang intron dan ekson. Bagian intron akan dipotong dan hanya bagian eksonnya yang dipertahankan untuk membentuk membentuk mRNA. Pemilihan ruas intron dan ekson dapat merupakan salah satu cara regulasi. Dengan cara memilih ruas hnRNA mana yang akan diambil (sebagai ekson) atau akan dibuang (sebagai intron), maka dari satu ruas gen yang sama dapat disandikan dua jenis mRNA atau polipepetida.
Sebagai contoh pada tikus, enzim amilase yang dihasilkan oleh kelenjar ludah dengan yang dihasilkan pada hati. Pada lalat buah, perbedaan antara lalat jantan dan betina ditentukan oleh gugus protein, yang satu khas pada jantan dan yang lain pada betina. Kedua protein ini disandikan oleh gen yang sama, yang berbeda hanya pada cara pemilihan intron dan eksonnya.
d. Regulasi pada Tingkat Translasi
Setelah mRNA masuk ke dalam sitoplasma akan terjadi proses translasi menghasilkan protein. Regulasi dapat terjadi pada tahapan ini, yang meliputi berbagai cara termasuk pendegradasian mRNA, inisiasi translasi, pengaktifan protein, dan degradasi protein.
Ada tiga metode utama yang sudah diketahui dari sel-sel eukariotik untuk meregulasi pembuatan proteinnya pada tahap translasi :
1. Dengan cara mengubah waktu paruh atau stabilitas mRNA.
2. Dengan mengontrol inisiasi dan laju trnaslasi.
3. Modifikasi protein setelah translasi.
e. Regulasi pada tingkat mRNA
Panjang pendeknya umur mRNA akan menentukan kuantitas protein yang disintesis, mRNA yang berumur panjang akan menghasilkan protein lebih banyak daripada yang dihasilkan mRNA berumur pendek. Bakteri mempunyai mRNA yang berumur sangat pendek, dalam beberapa menit akan didegradasi oleh enzim. Oleh karena itu, bakteri sangat mudah mengubah proteinnya sehubungan dengan penyesuaian diri dengan perubahan lingkungan. Berbeda dengan bakteri, mRNA eukariot berumur panjang, beberapa jam bahkan sampai beberapa minggu. Contoh mRNA yang berumur panjang adalah mRNA yang terdapat pada sel darah merah vertebrata. Pada sel darah merah avertebrata, mRNA berperan sebagai pabrik pembuat protein hemoglobin. Pada sebagian besar spesies vertebrata, mRNA hemoglobin sangat stabil, mungkin berumur sama dengan sel darah merah yang mengandungnya. Pada burung, mRNA berumur sekitar satu bulan. Lebih panjang lagi pada reptil, amphibi, dan ikan dimana mRNAnya dipakai berulang untuk translasi.
f. Regulasi pada Inisiasi Translasi
Terdapat sejumlah protein yang berfungsi mengatur jalannya translasi. Contohnya, sel darah merah mempunyai protein yang berfungsi sebagai inhibitor terhadap inisiasi translasi mRNA hemoglobin. Protein inhibitor ini akan menjadi tidak aktif bila ada senyawa heme. Senyawa heme yaitu senyawa penyusun hemoglobin yang berfungsi untuk mengikat Fe. Bila ada heme maka polipeptida penyusun hemoglobin dapat disintesis, dan kemudian akan berasosiasikan dengan heme membentuk molekul hemoglobin.
g. Regulasi Pasca Translasi
Sebelum menjadi protein aktif atau fungsional, polipeptida hasil transkripsi akan mengalami suatu pemrosesan agar dapat membentuk struktur fungsionalnya. Pemrosesan ini melibatkan pemotongan rantai polipeptida atau penambahan asam amino baru atau senyawa lain seperti karbohidrat pada rantai polipeptida. Sebagai contoh polipeptida yang akan ditranspor melewati membran akan mengandung ruas signal transpor dibagian hulu rantainya. Ruas signal transpor akan berperan membawa polipeptida melewati pori-pori membran. Ruas signal ini akan dipotong setelah polipeptida melewati membran. Insulin aktif mengandung dua rantai asam amino, namun kedua rantai tersebut berasal dari satu polipeptida hasil transkripsi. Translasi menghasilkan prapreinsulin yang mengandung ruas signal dan ruas preinsulin. Insulin akan ditranspor melewati membran. Setelah melalui membran ruas signal dipotong sehingga menyisakan ruas preinsulin. Selanjutnya preinsulin dipotong kembali menghasilkan dua rantai insulin fungsional
Ditulis Oleh :
M. Agung Faturohman (1700017073)
Elisa Pratiwi (1700017077)
Husna Fitri (1700017084)
Komentar
Posting Komentar