Kode gen untuk protein, dan protein mendikte fungsi sel.
Oleh karena itu, ribuan gen yang diekspresikan dalam sel tertentu menentukan apa yang dapat dilakukan sel tersebut.
Selain itu, setiap langkah dalam aliran informasi dari DNA ke RNA ke protein memberikan sel dengan pos pemeriksaan potensial untuk mengatur sendiri fungsinya dengan menyesuaikan jumlah dan jenis protein yang dibuatnya.
Pada waktu tertentu, jumlah protein tertentu dalam sel mencerminkan keseimbangan antara jalur biokimia sintetik dan terdegradasi dari protein tersebut. Di sisi sintetis dari keseimbangan ini, ingatlah bahwa produksi protein dimulai dengan transkripsi (DNA menjadi RNA) dan dilanjutkan dengan translasi (RNA menjadi protein).
Dengan demikian, kontrol proses ini memainkan peran penting dalam menentukan protein mana yang ada dalam sel dan dalam jumlah berapa.
Selanjutnya, cara sel memproses transkrip RNA dan protein yang baru dibuat juga memiliki pengaruh besar pada tingkat protein.
Bagaimana ekspresi gen diatur?
Konsep: Jumlah dan jenis molekul mRNA dalam sel mencerminkan fungsi sel itu. Bahkan, ribuan transkrip diproduksi setiap detik.
Mengingat statistik ini, tidak mengherankan bahwa pos pemeriksaan utama untuk ekspresi gen biasanya di awal proses produksi protein; awal transkripsi.
Transkripsi RNA membuat pos pemeriksaan yang efisien karena banyak protein dapat dibuat dari satu molekul mRNA.
Pemrosesan transkripsi memberikan tingkat regulasi tambahan untuk eukariota, dan keberadaan nukleus memungkinkan hal ini.
Ekspresi Gen Pada prokariota , translasi transkrip dimulai sebelum transkripsi selesai, karena kedekatan ribosom dengan molekul mRNA baru.
Ekspresi Gen pada eukariota , bagaimanapun, transkrip dimodifikasi dalam nukleus sebelum diekspor ke sitoplasma untuk diterjemahkan.
Transkrip eukariotik juga lebih kompleks daripada transkrip prokariotik. Misalnya, transkrip primer yang disintesis oleh RNA polimerase mengandung urutan yang tidak akan menjadi bagian dari RNA matang.
Urutan intervensi ini disebut intron dan dikeluarkan sebelum mRNA matang meninggalkan nukleus. Daerah transkripsi yang tersisa, yang mencakup daerah pengkode protein, disebut ekson, dan mereka disambung untuk menghasilkan mRNA matang.
Transkrip eukariotik juga dimodifikasi akhir, yang mempengaruhi stabilitas dan terjemahannya.
Tentu saja, ada banyak kasus di mana sel harus merespon dengan cepat terhadap perubahan kondisi lingkungan. Dalam situasi ini, pos pemeriksaan peraturan mungkin berguna setelah transkripsi.
Sebagai contoh, perkembangan awal pada kebanyakan hewan bergantung pada kontrol translasi karena sangat sedikit transkripsi yang terjadi selama pembelahan sel pertama setelah pembuahan.
Oleh karena itu, telur mengandung banyak transkrip mRNA yang berasal dari ibu sebagai kumpulan yang siap untuk diterjemahkan setelah pembuahan.
Di sisi penurunan keseimbangan, sel dapat dengan cepat menyesuaikan kadar proteinnya melalui degradasi enzimatik dari transkrip RNA dan molekul protein yang ada.
Kedua tindakan tersebut menghasilkan penurunan jumlah protein tertentu. Seringkali perincian ini terkait dengan peristiwa tertentu di dalam sel. Siklus sel eukariotik memberikan contoh yang baik tentang bagaimana degradasi protein terkait dengan peristiwa seluler.
Siklus ini dibagi menjadi beberapa fase, yang masing-masing dicirikan oleh protein siklin berbeda yang bertindak sebagai pengatur utama untuk fase tersebut.
Sebelum sel dapat berkembang dari satu fase siklus sel ke fase berikutnya, ia harus memecah cyclin yang menjadi ciri fase tertentu dari siklus tersebut. Jika cyclin tidak terdegradasi, siklus berhenti berlanjut.
Bagaimana sel yang berbeda mengekspresikan gen yang mereka butuhkan?
Hanya sebagian kecil dari gen dalam sel yang diekspresikan pada satu waktu. Keragaman profil ekspresi gen yang merupakan karakteristik dari tipe sel yang berbeda muncul karena sel-sel ini memiliki set regulator transkripsi yang berbeda.
Beberapa regulator ini bekerja untuk meningkatkan transkripsi, sementara yang lain mencegah atau menekannya.
Biasanya, transkripsi dimulai ketika RNA polimerase mengikat apa yang disebut urutan promotor pada molekul DNA.
Urutan ini hampir selalu ditemukan di bagian hulu dari titik awal transkripsi, meskipun urutan ini dapat ditemukan di bagian hilir mRNA.
Dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti telah menemukan bahwa sekuens DNA lain, yang dikenal sebagai sekuens penambah, juga memainkan peran penting dalam transkripsi dengan menyediakan situs pengikatan untuk protein pengatur yang memengaruhi aktivitas RNA polimerase.
Pengikatan protein pengatur ke urutan penambah menyebabkan perubahan struktur kromatin yang mempromosikan atau menghambat pengikatan RNA polimerase dan faktor transkripsi. Struktur kromatin yang lebih terbuka dikaitkan dengan transkripsi gen aktif. Sebaliknya, struktur kromatin yang lebih kompak dikaitkan dengan aktivitas transkripsi.
Beberapa protein pengatur mempengaruhi transkripsi beberapa gen. Ini terjadi karena ada banyak salinan situs pengikatan protein pengatur dalam genom sel.
Akibatnya, protein pengatur dapat memiliki fungsi yang berbeda untuk gen yang berbeda, dan ini adalah mekanisme di mana sel dapat mengoordinasikan pengaturan banyak gen sekaligus.
Bagaimana ekspresi gen meningkat atau menurun sebagai respons terhadap perubahan lingkungan?
Pada prokariota, protein pengatur sering dikendalikan oleh ketersediaan nutrisi. Hal ini memungkinkan organisme seperti bakteri untuk dengan cepat menyesuaikan pola transkripsi mereka dalam menanggapi kondisi lingkungan.
Lebih lanjut, situs pengatur pada DNA prokariotik umumnya terletak dekat dengan situs promotor transkripsi, dan ini memainkan peran penting dalam ekspresi gen.
Untuk melihat contoh cara kerjanya, bayangkan bakteri dengan kelebihan asam amino yang menandakan “aktif” beberapa gen dan “mati” gen lainnya.
Dalam contoh khusus ini, sel mungkin ingin “menghidupkan” gen untuk protein yang memetabolisme asam amino dan mematikan gen untuk protein yang mensintesis asam amino.
Beberapa asam amino ini akan mengikat protein pengatur positif yang disebut aktivator. Protein aktivator mengikat ke situs regulasi di DNA dekat daerah promotor yang bertindak sebagai saklar on / off.
Pengikatan ini memfasilitasi aktivitas RNA polimerase dan transkripsi gen di dekatnya. Namun, pada saat yang sama, asam amino lain akan mengikat protein pengatur negatif yang disebut represor, yang pada gilirannya mengikat situs pengatur pada DNA yang secara efektif memblokir pengikatan RNA polimerase.
Kontrol ekspresi gen pada eukariota lebih kompleks daripada pada prokariota. Secara umum, lebih banyak protein pengatur yang terlibat, dan situs pengikatan pengatur dapat ditemukan cukup jauh dari situs promotor transkripsi.
Lebih lanjut, ekspresi gen eukariotik umumnya diatur oleh kombinasi beberapa protein pengatur yang bekerja bersama, memungkinkan fleksibilitas yang lebih besar dalam kontrol ekspresi gen.
Seperti disebutkan di atas, sekuens penambah adalah sekuens DNA yang dihubungkan oleh protein aktivator, dan dapat ditemukan ribuan pasangan basa dari promotor, baik hulu atau hilir gen.
Dipercaya bahwa pengikatan protein aktivator menyebabkan DNA keluar, menghubungkan protein aktivator secara fisik berdekatan dengan RNA polimerase dan protein lain dalam kompleks yang mendorong inisiasi transkripsi.
Jenis sel yang berbeda mengekspresikan set karakteristik regulator transkripsi. Faktanya, ketika organisme multiseluler berkembang, kumpulan sel yang berbeda di dalam organisme ini mengaktifkan dan menonaktifkan kombinasi regulator tertentu.
Pola perkembangan seperti itu bertanggung jawab atas berbagai jenis sel yang ada dalam organisme dewasa.
kesimpulan
Untuk hidup, sel harus mampu merespon perubahan lingkungan. Pengaturan dua langkah utama produksi protein (transkripsi dan translasi) sangat penting untuk kemampuan beradaptasi ini.
Sel dapat mengontrol gen mana yang ditranskripsi dan transkrip mana yang diterjemahkan; Selanjutnya, mereka dapat memproses transkrip dan protein secara biokimia untuk mempengaruhi aktivitas mereka.
Regulasi transkripsi dan translasi terjadi pada prokariota dan eukariota, tetapi jauh lebih kompleks pada eukariota.