REGULASI TRANSKRIPSI PADA EUKARIOT

Ekspresi gen dimulai dari aktivitas RNA polimerase dalam mentranskrip DNA. Pengikatan RNA polimerase ke DNA terjadi di lokasi khusus yang disebut promotor. Promotor kuat mampu berinteraksi dengan RNA polimerase dan menginisiasi transkripsi dengan cepat. Hal sebaliknya terjadi pada promotor lemah. Transkripsi berjalan dari 3’à5’ DNA template atau mRNA disintesis dari 5’à3’. Transkripsi berakhir ketika RNA polimerase mencapai daerah penghentian atau terminasi. Kemudia RNA polimerase keluar dari DNA, sehingga diperoleh 1 pita mRNA lengkap. Satu mRNA dapat mengkode 1 atau lebih polipeptida. mRNA yang dapat mengkode lebih dari 1 polipeptida disebut mRNA polisistronik. mRNA polisistronik ditranslasi menghasilkan beberapa polipeptida terpisah dalam sekali translasi. Translasi berlangsung di dalam ribosom. Setelah ditranslasi mRNA akan terdegradasi dengan cepat dalam beberapa menit.

Regulasi ekspresi gen merupakan proses pengaturan dalam penterjemahan informasi genetik. Regulasi ekspresi gen adalah suatu pengendalian gen yang berfungsi untuk memunculkan fenotipe dari genotipe. Proses pengaturan ini dilakukan dengan cara menghentikan produksi enzim, melalui penghentian gen penyandinya. Regulasi ekspresi gen pada bakteri dimulai dari proses transkripsi. Ini artinya jika suatu protein (yang dikodekan oleh gen) diperlukan, protein akan ditranskripsi. Sedangkan jika  suatu protein (yang dikodekan oleh gen) tidak diperlukan, maka protein tidak akan ditranskripsi.

Pengendalian suatu gen melibatkan aktivitas gen regulator. Secara umum dikenal dua sistem pengendalian ekspresi gen, yaitu: pengendalian positif dan negatif. Pengendalian positif pada suatu operon artinya operon  diaktifkan oleh produk gen regulator. Sebaliknya, pengendalian negatif berarti operon tersebut dinonaktifkan oleh produk ekspresi gen regulator. Pengendalian positif membutuhkan protein untuk terjadinya transkripsi, sedangkan pengendalian negatif membutuhkan protein untuk menghambar terjadinya transkripsi.

Produk gen regulator ada dua macam yaitu : aktivator dan represor. Aktivator berperan dalam pengendalian secara positif, dan represor berperan dalam pengendalian secara negatif. Produk gen regulator bekerja dengan cara menempel pada sisi pengikatan protein regulator pada daerah promoter gen yang diaturnya. Pengikatan aktivator atau represor pada promoter ditentukan oleh keberadaan molekul efektor yang biasanya berupa molekul kecil seperti asam amino, gula dan metabolit serupa lainnya. Molekul efektor yang mengaktifkan ekspresi gen disebut induser. Sedangkan yang bersifat menekan ekspresi gen disebut represor. Lebih jauh pengendalian positif dan negatif dapat dibedakan menjadi dua sistem yaitu sistem yang dapat diinduksi (inducible system) dan sistem yang dapat ditekan (repressible system).

§   Induksi dan Represi Operon

Pengendalian secara negatif pada operon artinya operon dinonaktifkan oleh produk gen regulator (represor), sehingga bila represor ini menempel pada operator akan dapat menghambat transkripsi.  Operon dapat diaktifkan dengan cara diinduksi. Induksi operon terjadi apabila ada molekul efektor dalam sel. Molekul efektor merupakan molekul yang mengikat protein dan dapat merubah aktivitas protein. Molekul efektor yang dapat meningkatkan aktivitas protein disebut dengan induser. Dalam hal ini induser akan berikatan dengan represor, untuk kemudian mengubah struktur dari represor. Hal ini mengakibatkan represor tidak dapat lagi berikatan dengan operator. Dengan demikian transkripsi dapat berjalan. Secara skematis sistem pengendalian negatif dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 1. Sistem Pengendalian Negatif pada Regulasi Ekspresi Gen

Dari gambar dapat dijelaskan bahwa pada pengendalian negatif dilakukan oleh protein represor yang dihasilkan oleh gen regulator. Pada gambar satu, represor ini menempel pada operator. Penempelan menyebabkan RNA polimerase tidak dapat melakukan transkripsi gen-gen struktural, sehingga operon mengalami represi (penekanan). Proses ini akan terjadi secara terus menerus selama tidak ada induser di dalam sel. Ini disebut dengan mekanisme efisiensi seluler karena sel tidak perlu mengaktifkan operon jika memang tidak ada induser sehingga energi seluler dapat dihemat. Pada gambar dua, menjelaskan  jika ada induser maka, induser melekat pada bagian represor dan mengubah struktur dari represor, sehingga mengubah allosterik konformasi molekul represor. Hal ini mengakibatkan represor tidak dapat menempel lagi pada operator dan represor tidak mampu menghambat transkripsi, sehingga  RNA polimerase akan terus berjalan. Pada gambar ketiga, represor yang dihasilkan pada gen regulator tidak berikatan dengan ko-represor akan menjadi tidak aktif dan transkripsi pun akan tetap berjalan. Terakhir pada gambar ke empat represor yang berikatan dengan ko-represor pada sisi allosteriknya akan menghambat transkripsi.

Pada sistem pengendalian positif pada gen operon, operon diaktifkan oleh produk gen regulator, yaitu aktivator. Aktivator dapat bekerja (diaktifkan) bila ada induser. Kemudian aktivator yang telah berikatan dengan induser akan menempel pada operator. Dengan demikian transkripsi dapat berjalan. Transkripsi dapat dihentikan kembali bila ada ko-represor. Ko-represor dapat berikatan dengan aktivator dan menonaktifkan kerja aktivator. Secara skematis pengendalian positif operon dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 2. Sistem Pengendalian Positif pada Regulasi Ekspresi Gen

Berdasarkan gambar dapat dijelaskan bahwa pengendalian positif operon diaktifkan oleh produk ekspresi gen regulator. Pada gambar pertama menjelaskan bahwa gen regulator menghasilkan suatu aktivator yang belum aktif, sehingga transkripsi tidak bisa berjalan. Pada gambar kedua menjelaskan bahwa aktivator yang dihasilkan oleh gen berikatan dengan protein induser sehingga aktivator akan mengalami reaktivasi dan transkripsi pun berjalan. Pada gambar ketiga gen regulator yang menghasilkan aktivator yang sudah aktif dan transkripsi pun berjalan. Pada gambar ke empat menjelaskan bahwa aktivator akan berikatan dengan ko-represor sehinggan menjadi tidak aktif, sehingga tidak akan terjadi transkripsi.

Selain diregulasi oleh protein regulasi, operon juga diregulasi oleh struktur sekunder mRNA. Struktur sekunder mRNA yang dapat meregulasi transkripsi adalah tusuk konde. Struktur tusuk konde mRNA menghasilkan 3 bentuk regulasi, yaitu penundaan (pausing), atenuasi (attenuation), dan antiterminasi. Ketiga struktur tusuk konde terletak di lokasi sangat dekat. Tusuk konde penundaan terletak di segmen 1 dan 2, tusuk konde atenuasi terletak di segmen 3 dan 4, sedangkan tusuk konde antiterminasi terletak di segmen 2 dan 3 dari segmen operon, tepatnya di urutan pemimpin (leader sequence). Dengan demikian hanya akan dijumpai maksimal 2 tusuk konde pada satu mRNA.

Mutasi nonsense juga dapat menghentikan transkripsi secara prematur pada proses elongasi. Jika pada regulasi atenuasi tidak menghasilkan polipeptida, tetapi pada regulasi nonsense menghasilkan polipeptida. Namun polipeptida hasil regulasi nonsense dapat berfungsi maksimal, sebagian, bahkan tidak sama sekali. Hal ini tergantung lokasi terjadinya mutasi nonsense. Jika mutasi terjadi di urutan awal sampai pertengahan, maka polipeptida yang dihasilkan tidak berfungsi. Namun jika mutasi terjadi pada urutan akhir, maka polipeptida yang dihasilkan dapat berfungsi sebagian atau penuh.

Dibuat oleh kelompok 4 yang beranggotakan:

Alfi Nurcahyasari (1700017086)

Nuri Dwi Astuti    (1700017085)

Novilia S.               (1700017090)