Ekspresi Gen

  • Published on
    06-Aug-2015

  • View
    276

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

<ol><li> 1. TUGAS MAKALAH EKSPRESI GEN BIOLOGI SEL DAN MOLEKULER OLEH NAMA : NAFA SAFRUDIN NIM : NPM. 85FA14010 SEKOLAH TINGGI ILMU KESEHATAN BINA MANDIRI GORONTALO 2015 </li><li> 2. 2 MAKALAH EKSPRESI GEN BIOLOGI SEL &amp; MOLEKULER NAFA SAFRUDIN NPM. 85FA14010 KATA PENGANTAR Puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas segalar Rahmat dan HidayahNya sehingga makalah tentang Ekspresi Sel ini dapat diselesaikan dengan baik. Makalah ini adalah tugas pada mata kuliah Biologi Sel dan Molekuler Jurusan Farmasi di Sekolah Tinggi Ilmu Kesehatan Bina Mandiri Gorontalao. Makalah ini disusun berdasarkan berbagai literatur, jurnal, artikel ilmiah dan artikel-artikel yang ada di internet yang dianggap relevan dan dapat dijadikan sebagai acuan pustaka. Kami mengucapkan banyak terima kasih kepada semua puhak yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak langsung hingga terselesaikannya makalah tenta Ekspresi Gen ini. Kami menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari kesempurnaan sehingga kami mengharapkan kritik dan saran dari berbagai pihak demi untuk penulisan makalah di masa yang akan datang. Akhir kata, semoga makalah ini memberikan manfaat baik kepada penyusun sendiri maupun mahasiswa lain yang tertarik ingin mengetahui lebih jauh tentang Ekspresi Gen. PENYUSUN </li><li> 3. 3 MAKALAH EKSPRESI GEN BIOLOGI SEL &amp; MOLEKULER NAFA SAFRUDIN NPM. 85FA14010 DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR ............................................................................................................. 2 DAFTAR ISI ............................................................................................................................3 BAB I PENDAHULUAN ................................................................................................. 4 1.1 Latar Belakang ..............................................................................................4 1.2 Rumusan Masalah .........................................................................................5 1.3 Tujuan ........................................................................................................... 5 1.4 Manfaat ......................................................................................................... 5 BAB II PEMBAHASAN ....................................................................................................6 2.1 Dogma Sentral Genetika Molekuler ............................................................. 6 2.2 Perkembangan Konsep tentang Gen .............................................................7 2.3 Transkripsi .................................................................................................... 8 2.4 Tiga Macam RNA .........................................................................................11 2.5 Kode Genetik 17 2.6 Mekanisme Pengaturan Ekspresi Gen pada Prokariot ..................................22 2.7 Mekanisme Pengaturan Ekspresi Gen pada Eukariot ...................................27 BAB III PENUTUP ............................................................................................................. 32 3.1 KESIMPULAN .............................................................................................32 3.2 SARAN .........................................................................................................32 DAFTAR PUSTAKA ..............................................................................................................33 </li><li> 4. 4 MAKALAH EKSPRESI GEN BIOLOGI SEL &amp; MOLEKULER NAFA SAFRUDIN NPM. 85FA14010 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Munculnya uniseluler dan multi seluler eukariot ditentukan oleh ekspresi gen yang lebih lengkap daripada prokariot. Beberapa nilai yang diekspresikan kode gen protein dapat diatur dalam eukariot yaitu kontrol transkripsi, proses kontrol RNA, transpor kontrol, mRNA tanslasi kontrol, mRNA degradasi kontrol dan degresi protein kontrol. Proses kontrol ini dapat membantu mengkoordinir protein baru dalam perbedaan sel pada waktu yang berbeda (Russel, 1995). Dalam sel-sel prokariotik, sintesis RNA dibantu oleh hanya sejenis polimerasi RNA, sedangkan pada sel-sel eukariotik diketemukan beberapa jenis polimerase. Sehingga pengendalian sintesis protein pada sel prokariotik tergantung pada pengaturan kegiatan satu jenis enzim tersebut agar dapat memastikan mRNA yang mana perlu ditrankripsikan (Subowo, 1995). Eukariot memiliki inti sejati (karion atau nukleus). Inti ini mengandung bagian terbesar dari genom-genom sel eukariot. Genom terbagi dalam seperangkat kromosom yang dipisah sesudah terjadi penggandaan pada peristiwa mitosis. Sel eukariot mengandung organel, yaitu mitokondria dan kloroplast (pada tumbuh-tumbuhan), dan organel-organel ini mengandung sebagian kecil genom lain, terutama dalam bentuk cincin tertutup molekul DNA (Schlegel, 1994). Pada organisme yang inti selnya berdinding (eukariot) AND terdapat di dalam kromosom, artinya didalam inti sel. AND akan tetap berada di dalam inti sel, sedangkan protein dibuat di dalam sitoplasma. Berhubung dengan itu sitoplasma mungkin ikut berperan secara langsung pada sintesa protein. Sebagai pengganti sebuah pita dari double helix, molekul AND digunakan untuk mencetak pita tunggal ARN duta (ARNd); proses ini dinamakan transkripsi (Suryo, 2001). Inti sel. Struktur inti dan cara pembelahan inti merupakan ciri khas dan mendasar membedakan eusit dari sel prokariot. Inti (tahap antara) dibungkus oleh sebuah selongsong inti, yaitu membran berlapis rangkap dan berlobang-lobang. Bahan yang berkaitan dengan pewarisan (genom) dalam bentuk DNA terbagi-bagi dalam sejumlah sub unit, ialah </li><li> 5. 5 MAKALAH EKSPRESI GEN BIOLOGI SEL &amp; MOLEKULER NAFA SAFRUDIN NPM. 85FA14010 kromosom-kromosom. Kromosom-kromosom ini baru nampak waktu terjadi pembelahan inti (Schlegel, 1994). Masalah utama dalam pengkajian ekspresi gen dalam sel eukariotik timbul dari suatu kenyataan bahwa sebagian besar molekul-molekul RNA berada dalam sitoplasma, sedang pengendalian sintesisprotien dan sintesis RNA bedangsung dalam inti. Namun dari masalah- masalah tersebut sebagian telah dapat diperoleh jawabannya teknik dan cara penelitian (Subowo, 1995). 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan uraian latar belakang diatas, maka dapat dirumuskan permasalahan yang akan dipaparkan dalam makalah ini adalah sebagai berikut : 1. Bagaimana dogma sentral genetika molekuler dan perkembangan konsep tentang Gen? 2. Bagaimana tahapan transkripsi dan konsep 3 macam RNA? 3. Bagaimana translasi, khususnya pada prokariot dan kode genetic 4. Bagaimana mekanisme pengaturan ekspresi gen pada prokariot dan mekanisme pengaturan ekspresi gen pada eukariot 1.3 Tujuan Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam pembuatan makalah ini adalah untuk memperoleh pengetahuan dan pemahaman tentang: 1. Dogma sentral genetika molekuler dan perkembangan konsep tentang Gen? 2. Tahapan transkripsi dan konsep 3 macam RNA? 3. Proses translasi, khususnya pada prokariot dan kode genetic 4. Mekanisme pengaturan ekspresi gen pada prokariot dan mekanisme pengaturan ekspresi gen pada eukariot 1.4 Manfaat Hasil penulisan makalah ini diharapkan dapat meningkatkan pemahaman, memberikan penjelasan tentang teori mengenai ekspresi gen dan dapat memberikan informasi dan sumbangan praktis yang bermanfaat pada masyarakat dalam upaya peningkatan pengetahuan tentang ekspresi gen. </li><li> 6. 6 MAKALAH EKSPRESI GEN BIOLOGI SEL &amp; MOLEKULER NAFA SAFRUDIN NPM. 85FA14010 BAB II PEMBAHASAN 2.1 Dogma Sentral Genetika Molekuler salah satu fungsi dasar yang harus dijalankan oleh DNA sebagai materi genetik adalah fungsi fenotipik. Artinya, DNA harus mampu mengatur pertumbuhan dan diferensiasi individu organisme sehingga dihasilkan suatu fenotipe tertentu. Fenotipe organisme sangat ditentukan oleh hasil interaksi protein-protein di dalam sel. Setiap protein tersusun dari sejumlah asam amino dengan urutan tertentu, dan setiap asam amino pembentukannya disandi (dikode) oleh urutan basa nitrogen di dalam molekul DNA. Rangkaian proses ini, mulai dari DNA hingga terbentuknya asam amino, dikenal sebagai dogma sentral genetika molekuler. DNA RNA asam amino replikasi transkripsi translasi Gambar 1. Diagram dogma sentral genetika molekuler Perubahan urutan basa di dalam molekul DNA menjadi urutan basa molekul RNA dinamakan transkripsi, sedangkan penerjemahan urutan basa RNA menjadi urutan asam amino suatu protein dinamakan translasi. Jadi, proses tanskripsi dan translasi dapat dilihat sebagai tahap-tahap ekspresi urutan basa DNA. Namun, tidak semua urutan basa DNA akan diekspresikan menjadi urutan asam amino. Urutan basa DNA yang pada akhirnya menyandi urutan asam amino disebut sebagai gen. Dengan demikian, secara kimia gen adalah urutan basa nitrogen tertentu pada molekul DNA yang dapat dieskpresikan melalui tahap-tahap transkripsi dan translasi menjadi urutan asam amino tertentu. Di atas telah kita katakan bahwa sejumlah asam amino dengan urutan (sekuens) tertentu akan menyusun sebuah molekul protein. Namun, setiap molekul protein sendiri dapat dilihat sebagai gabungan beberapa subunit yang dinamakan polipeptida. Oleh karena itu, muncul pertanyaan tentang hakekat sebuah gen : tiap gen menyandi satu protein ataukah tiap gen menyandi satu polipeptida ? </li><li> 7. 7 MAKALAH EKSPRESI GEN BIOLOGI SEL &amp; MOLEKULER NAFA SAFRUDIN NPM. 85FA14010 Perkembangan konsep tentang gen dapat diikuti semenjak awal abad ke-20 ketika seorang dokter sekaligus ahli biokimia dari Inggris, Sir Archibald E. Garrod, mengajukan konsep satu gen mutan satu hambatan metabolisme. Garrod mempelajari sejumlah penyakit metabolik bawaan pada manusia dan menyimpulkan bahwa setiap gangguan metabolisme bawaan yang menimbulkan penyakit tertentu, misalnya alkaptonuria, disebabkan oleh satu gen mutan resesif. 2.2 Perkembangan Konsep tentang Gen Sekitar 50 tahun kemudian dua orang peneliti, G. W. Beadle dan E.L. Tatum, mempelajari mutasi gen pada jamur Neurospora crassa dengan menumbuhkan berbagai strain mutan hasil iradiasi menggunakan sinar X atau sinar ultraviolet pada medium lengkap dan medium minimal. Medium minimal adalah medium untuk pertumbuhan mikroorganisme yang hanya mengandung garam-garam anorganik, sebuah gula sederhana, dan satu macam vitamin. Mutan yang digunakan adalah mutan dengan hanya satu kelainan, yang untuk mendapatkannya dilakukan silang balik dengan strain tipe liar. Mutan hasil silang balik dengan nisbah keturunan tipe liar : mutan = 1 : 1 dipastikan sebagai mutan dengan hanya satu kelainan (mutasi). Strain tipe liar, sebagai kontrol, mampu tumbuh baik pada medium lengkap maupun pada medium minimal, sedangkan strain mutan hanya mampu tumbuh pada medium lengkap. Strain-strain mutan ini kemudian dianalisis lebih lanjut untuk mengetahui macam faktor pertumbuhan yang diperlukannya dengan cara melakukan variasi penambahannya ke dalam medium minimal. Sebagai contoh, mutan yang hanya tumbuh pada medium minimal yang ditambah dengan tiamin adalah mutan yang mengalami mutasi pada gen untuk biosintesis tiamin. Dengan cara seperti ini Beadle dan Tatum memperlihatkan bahwa tiap mutasi menyebabkan kebutuhan akan pemberian satu macam faktor pertumbuhan. Selanjutnya, dengan mengorelasikan hasil analisis genetik dengan hasil analisis biokimia terhadap strain- strain mutan Neurospora tersebut dapat diketahui bahwa tiap mutasi menyebabkan hilangnya satu aktivitas enzim. Maka, konsep satu gen mutan satu hambatan metabolisme bergeser menjadi satu gen satu enzim. Dalam perkembangan berikutnya, setelah diketahui bahwa sebagian besar enzim tersusun dari beberapa polipetida, dan masing-masing polipeptida merupakan produk gen yang </li><li> 8. 8 MAKALAH EKSPRESI GEN BIOLOGI SEL &amp; MOLEKULER NAFA SAFRUDIN NPM. 85FA14010 berbeda, maka konsep terbaru tentang gen yang dianut hingga kini adalah satu gen - satu polipeptida. Sebagai contoh, enzim triptofan sintetase pada Escherichia coli terdiri atas dua buah polipeptida, yaitu polipeptida dan polipeptida . Polipeptida merupakan produk gen trpA, sedangkan polipeptida merupakan produk gen trpB. sinarX atau sinar uv spora seksual konidia tipe liar silang balik medium lengkap medium minimal riboflavin piridoksin tiamin asam pantotenat niasin inositol kholin asam folat asam nukleat Gambar 2. Diagram percobaan yang memperlihatkan satu gen satu enzim 2.3 Transkripsi Tahap pertama ekspresi gen adalah transkripsi atau sintesis molekul RNA dari DNA (gen). Sintesis RNA mempunyai ciri-ciri kimiawi yang serupa dengan sintesis DNA, yaitu 1. Adanya sumber basa nitrogen berupa nukleosida trifosfat. Bedanya dengan sumber basa untuk DNA hanyalah pada molekul gula pentosanya yang tidak berupa deoksiribosa tetapi ribosa dan tidak adanya basa timin tetapi tetapi digantikan oleh urasil. Jadi, keempat nukleosida trifosfat yang diperlukan adalah adenosin trifosfat (ATP), guanosin trifosfat (GTP), sitidin trifosfat (CTP), dan uridin trifosfat (UTP). 2. Adanya molekul cetakan berupa untai DNA. Dalam hal ini hanya salah satu di antara kedua untai DNA yang akan berfungsi sebagai cetakan bagi sintesis molekul RNA. Untai DNA ini mempunyai urutan basa yang komplementer dengan urutan basa RNA hasil transkripsinya, dan disebut sebagai pita antisens. Sementara itu, untai DNA pasangannya, yang mempunyai urutan basa sama dengan urutan basa RNA, disebut sebagai pita sens. Meskipun demikian, sebenarnya transkripsi pada umumnya tidak </li><li> 9. 9 MAKALAH EKSPRESI GEN BIOLOGI SEL &amp; MOLEKULER NAFA SAFRUDIN NPM. 85FA14010 terjadi pada urutan basa di sepanjang salah satu untai DNA. Jadi, bisa saja urutan basa yang ditranskripsi terdapat berselang-seling di antara kedua untai DNA. 3. Sintesis berlangsung dengan arah 5 3 seperti halnya arah sintesis DNA. 4. Gugus 3- OH pada suatu nukleotida bereaksi dengan gugus 5- trifosfat pada nukleotida berikutnya menghasilkan ikatan fosofodiester dengan membebaskan dua atom pirofosfat anorganik (PPi). Reaksi ini jelas sama dengan reaksi polimerisasi DNA. Hanya saja enzim yang bekerja bukannya DNA polimerase, melainkan RNA polimerase. Perbedaan yang sangat nyata di antara kedua enzim ini terletak pada kemampuan enzim RNA polimerase untuk melakukan inisiasi sintesis RNA tanpa adanya molekul primer. Tahap-tahap transkripsi Transkripsi berlangsung dalam empat tahap, yaitu pengenalan promoter, inisiasi, elongasi, dan teminasi. Masing-masing akan dijelaskan sebagai berikut: 1. Enzim RNA polimerase mengikat untai DNA cetakan pada suatu daerah yang mempunyai urutan basa tertentu sepanjang 20 hingga 200 basa. Daerah ini dinamakan promoter. Baik pada prokariot maupun eukariot, promoter selalu membawa suatu urutan basa yang tetap atau hampir tetap sehingga urutan ini dikatakan sebagai urutan konsensus. Pada prokariot urutan konsensusnya adalah TATAAT dan disebut kotak Pribnow, sedangkan pada eukariot urutan konsensusnya adalah TATAAAT dan disebut kotak TATA. Urutan konsensus akan menunjukkan kepada RNA polimerase tempat dimulainya sintesis. Kekuatan pengikatan RNA polimerase oleh promoter yang be...</li></ol>