STAT-1
STAT-1 yaitu faktor transkripsi dari keluarga STAT yang merespon stimulasi sitokina interferon,
kandungan senyawa dialil disulfida yang ada pada bawang putih mempunyai kapasitas untuk menginduksi apoptosis pada banyak jenis kanker, menginduksi ekspresi STAT-1,
STAT-2
STAT-2 signal transducer and activator of transcription 2, P113; ISGF-3; STAT113; MGC59816; STAT2 yaitu faktor transkripsi dengan massa 113 kDA dari golongan STAT, ketika terstimulasi sitokina maupun faktor pertumbuhan, STAT-2 terfosforilasi oleh kinase tertentu dan membentuk heterdimer atau homodimer sebelum bermigrasi ke dalam inti sel dan berfungsi sebagai faktor transkripsi. ketika terstimulasi IFN, STAT-2 membentuk kompleks dengan ISGF3G dan STAT-1 ,
STAT-3
STAT-3 signal transducer and activator of transcription 3, acute-phase response factor, APRF, HIES, FLJ20882, MGC16063, STAT3
yaitu faktor transkripsi dari golongan STAT,
protein ini teraktivasi melalui proses fosforilasi sesudah terstimulasi berbagai faktor pertumbuhan seperti LIF ,BMP-2, IFN, EGF, IL-5, IL-6, HGF
dan sitokina,
STAT-4
STAT-4 signal transducer and activator of transcription 4, SLEB11, STAT4
yaitu salah satu faktor transkripsi dari golongan protein STAT.
protein ini berperan sebagai mediasi respon IL-12 terhadap diferensiasi sel TH dan limfosit,
STA1T-5
STA1T-5 signal transducer and activator of transcription 5B, STAT5; STAT5B yaitu salah satu faktor transkripsi dari golongan STAT,
protein ini sebagai mediasi transduksi sinyal yang dipicu berbagai hormon faktor pertumbuhan dan ligan seluler seperti CSF-1 ,IL-2, IL-4,
STAT-6
STAT-6 signal transducer and activator of transcription 6, STAT6B; STAT6C; D12S1644; IL-4-STAT; STAT6 yaitu salah satu faktor transkripsi dari golongan STAT , protein ini berperan dalam diferensiasi sel TH2, dan menginduksi ekspresi BCL2L1/BCL-X(L) yang berperan pada mekanisme anti-apoptosis IL-4.
EUKROMATIN
eukromatin yaitu bentuk terbuka bentuk kurang padat dari kromatin, eukromatin berbentuk padat selama pembelahan sel, namun mengendur menjadi bentuk yang terbuka selama interfase. eukromatin pada pewarnaan histologi kromosom diketahui pada area dengan warna terang.
REKAMAN GENOMIK
rekaman genomik atau genomic imprinting yaitu ekspresi sebuah laler pada organisme dengan sistem reproduksi seksual tidak seimbang dapat menjadi berbeda tergantung pada sumber induk laler itu ,
sebelum ada rekaman genomik, ini dikenal pada awal tahun 1950 sebagai efek induk pada lalat buah, pada tahun 1960 di dalam penelitian perilaku kromosom seksual pada agas di dalam genus Sciara mengenalkan istilah rekaman genomik,
rekaman genomik berperan dalam diferensiasi seksual dan perkembangan embrio, beberapa kelainan pada perkembangan manusia seperti sindrom angelman dan sindrom prader-willi disebabkan proses inaktivasi lokus yang mengikutsertakan proses rekaman genomik,
PROTEIN STAT
protein STAT signal transducer dan activator of transcription yaitu keluarga hormon intraselular dan faktor transkripsi yang berperan dalam aspek seluler seperti kelangsungan hidup, pertumbuhan, diferensiasi , STAT teraktivasi oleh enzim janus kinase dan kelainan pada lintasan STAT ini terjadi pada imunosupresi, tumor, peningkatan angiogenesis ,
golongan STAT terdiri atas STAT-1, STAT-2, STAT-3, STAT-4, STAT-5, STAT-6,
RNA POLIMERASE II
RNA polimerase II yaitu enzim yang ada pada sel-sel eukariotik. Ini mengkatalisis transkripsi DNA untuk mensintesis prekursor dari mRNA dan sebagian besar mikroRNA dan snRNA , sebuah kompleks 550 kDa dari 12 subunit, RNAP II yaitu jenis yang diteliti dari RNA polimerase. banyak faktor transkripsi dibutuhkan oleh RNA polimerase II untuk mengikat promotor gen hulu dan memulai transkripsi.
PENYAMBUNGAN SPLICING RNA
penyambungan RNA atau RNA splicing yaitu pemrosesan RNA di mana transkrip prekursor RNA duta pre-mRNA yang baru dihasilkan ditransformasikan menjadi RNA duta mRNA, messenger RNA matang. selama penjalinan, intron dibuang kemudian ekson disatukan . untuk gen yang dikodekan nukleus, penyambungan terjadi di dalam inti sel baik selama atau sesudah transkripsi. pada gen eukariotik yang mengandung intron, penyambungan untuk membuat molekul mRNA yang bisa ditranslasi menjadi protein. untuk banyak intron eukariotik, penyambungan dilakukan pada serangkaian reaksi yang dikatalisis oleh spliseosom, suatu kompleks ribonukleoprotein nukleus kecil (small nuclear ribonucleoprotein, snRNP). Intron penyambungan sendiri atau ribozim yang dapat mengkatalisis eksisinya sendiri dari molekul RNA induknya,
GENETIKA ARAH-BALIK
genetika arah-balik atau reverse genetics yaitu pendekatan metodologis dalam genetika yang meneliti perubahan pengaruh suatu gen terhadap ekspresi genetik ini berkebalikan dengan genetika klasik yaitu genetika arah-maju dari fenotipe dicari penjelasan genetisnya,
genetika arah-balik mendasarkan diri pada metode pengendalian ekspresi gen yang ada sejak tahun 1990 ,
metode-metode yang dipakai dalam genetika arah-balik ,antaralain:
gene knockout,gene overexpression,genetika mutasi,
insersi-delesi acak atau random indel ,tilling (termasuk ecotilling),
rnai atau gene knockdown,
SINTESIS PROTEIN
Sintesis protein atau biosintesis protein yaitu proses pembentukan partikel protein yang mengikutsertakan sistesis RNA yang dipengaruhi oleh DNA,
proses translasi RNA menjadi protein (sintesis protein) dan asam amino,
pada proses sintesis protein, molekul DNA adalah bahan pengkodean asam nukleat untuk menjadi asam amino yang menyusun protein namun tidak terlibat secara langsung dalam proses ,
molekul DNA pada suatu sel ditranskripsi menjadi molekul RNA, molekul RNA ini yang ditranslasi menjadi asam amino sebagai penyusun protein , sehingga molekul RNA yang langsung terlibat pada proses sintesis protein, hubungan antara molekul RNA, asam amino dan molekul DNA pada proses pembentukan protein dinamakan Dogma sentral biologi yang dijelaskan dengan rangkaian proses DNA membuat DNA dan RNA, RNA membuat protein, yang ditulis pada persamaan DNA >> RNA >> protein. seperti kebanyakan dogma, ada pengecualian pada proses pembentukan protein berdasarkan bukti-bukti yang ditemukan sesudahnya, sehingga dogma ini sama dengan aturan,
sebelum DNA menjadi materi genetik unit pewarisan sifat, protein telah sebagai molekul pengatur metabolisme pada sel , protein sebagai molekul organik yang berperan pada proses perubahan suatu molekul kecil menjadi molekul kompleks,
3 aspek dalam mekasnisme sintesis protein antaralain : 1. mekanisme asam amino penyusun protein pada suatu sel berpisah membentuk protein-protein yang spesifik,
2.lokasi berlangsungnya sintesis protein pada sel 3. mekanisme berpindahnya Informasi atau hasil transformasi dari DNA ke tempat terjadinya sintesis protein;
sintesis protein terjadi di dalam ribosom dan nukleus dengan menghasilkan protein non-spesifik atau sesuai dari mRNA yang di translasi,
pada tahun 1878, teminologi enzim dipakai untuk menyebut katalis biologi yang berperan mempercepat proses biokimia dalam sel, pada tahun 1900 , enzim dinamakan sebagai bagian dari protein oleh emil fischer seorang ahli biokimia dari jerman , sesudah Watson dan Crick menemukan struktur komponen asam nukleat sebagai materi genetik maka penelitian molekul materi genetik menjadi mudah,
pada tahun 1952 Mazia mengatakan bahwa inti sel lebih berfungsi sebagai tempat pergantian dibandingkam sebagai tempat penghasil aktivitas seluler,
DeVries dan Weisman memiliki konsep pengatur aktivitas di dalam sel berada di sitoplasma, pada awal tahun 1900 Wilson, Driesch dan Verwon, mengatakan bahwa inti sel adalah tempat berkumpulnya enzim dan menjadi pusat aktivitas protein.
MEIOSIS
pada tanaman, meiosis terjadi pada anthers dan ovaries dan menghasiklan meiospor yang perlahan terdiferensiasi menjadi sel gamet ,
pada hewan dan manusia , meiosis terjadi di dalam gonad dan menghasilkan sel gamet seperti spermatosit atau sel telur,
meiosis adalah salah satu cara sel melakukan pembelahan, ciri pembelahan secara meiosis ,antaralain:
jumlah kromosen 1/2 induknya,
pembelahan terjadi 2 kali,
terjadi pada sel kelamin,
jumlah sel anaknya 4,
meiosis hanya terjadi pada jaringan nuftah atau pada fase reproduksi seksual ,pada meiosis terjadi pengurangan jumlah kromosom induk terhadap sel anak. pada meiosis, terjadi perpasangan dari kromosom homolog ,
pada meiosis terjadi 2 kali periode pembelahan sel, yaitu:
pembelahan 1, pada proses meiosis i pada tahap pofase i dna dikemas dalam kromosom,
pembelahan 2 ,
pada akhir profase i terbentuk kromosom homolog yang berpasangan membentuk tetrad,
tahap profase 1 dibagi menjadi 5 subfase, yaitu:
leptonema : benang-benang kromatin membentuk kromosom mengalami kondensasi dan menebal memendek mudah menyerap zat warna ,
zigonema : sentromer membelah menjadi 2 lalu bergerak kearah kutub yang berlawanan,sedang kromosom homolog saling berpasangan ( sinapsis),
pakinema : terjadi duplikasi kromosom,
diplonema : kromosom homolog saling menjauhi, terjadi pelekatan berbentuk x yang dinamakan kiasma yang merupakan tempat terjadinya crossing over,
diakenesis : terbentuk benang-benang spindel , 2 sentriol sampai pada kutub yang berlawanan, nukleus dan membran inti menghilang,
tahap metafase 1 : pasangan kromosom homolog berderet di daerah ekuator, sentromer menuju kutub dan mengeluarkan benang-benang spindel,
tahap anafase i : kromosom homolog berpisah dan bergerak ke kutub yang berlawanan. benang spindel dan seluruh isi sel memanjang ke arah kutub.
EKSPRESI GEN
gen diekspresikan dengan cara ditranskripsi menjadi RNA, dan transkrip ini diterjemahkan menjadi protein melalui proses translasi,
ekspresi gen yaitu proses penggunaan informasi dari suatu gen untuk sintesis produk gen fungsional. produk ini dapat berupa protein, juga gen penyandi non-protein seperti transfer RNA (TRNA) atau gen RNA inti kecil (SNRNA) di mana keduanya adalah produk RNA fungsional,
pada genetika, ekspresi gen sebagai tingkat paling dasar di mana genotipe memunculkan fenotipe, yaitu sifat yang dilihat, kode genetik yang disimpan dalam DNA diterjemahkan oleh ekspresi gen, dan sifat-sifat ekspresi memunculkan fenotipe organisme. fenotipe itu diekspresikan oleh sintesis protein yang mengendalikan bentuk organisme, atau yang berperan sebagai enzim yang mengkatalisasi lintasan metabolisme spesifik yang menjadi ciri organisme. regulasi ekspresi gen penting dalam perkembangan organisme,
proses ekspresi gen dipakai oleh semua makhluk hidup termasuk bakteri dan arkea eukariota, prokariota dan dimanfaatkan oleh virus untuk menghasilkan mesin makromolekul untuk kelangsungan hidupnya,
tahapan pada proses ekspresi gen antaralain transkripsi, penyambungan atau splicing RNA, translasi dan modifikasi pasca-translasi dari protein. regulasi gen berfungsi sebagai substrat untuk perubahan evolusioner, karena mengendalikan waktu, lokasi, dan jumlah ekspresi gen mempunyai efek besar pada fungsi gen dalam sel atau dalam organisme multiseluler, regulasi gen mengendalikan sel kepada fungsi struktur , merupakan dasar untuk diferensiasi sel, morfogenesisn dan adaptasi dari setiap organisme,
proses transkripsi dilakukan oleh RNA polimerase (RNAP), yang memakai DNA (hitam) sebagai cetakan dan menghasilkan RNA (biru),
gen yaitu bentangan DNA yang menyandikan informasi , DNA genomik terdiri atas untai komplementer balik dan 2 untai antiparalel , masing-masing mempunyai ujung 5' dan 3', saat berhubungan dengan gen, kedua untai dinamakan untai cetakan, yang berfungsi sebagai cetak biru untuk menghasilkan transkrip RNA, dan untai penyandi, yang termasuk versi DNA dari sekuens transkrip, untai penyandi secara fisik tidak ikut pada proses penyandian sebab untai cetakan yang dibaca selama transkripsi,
produksi salinan RNA dari DNA ini transkripsi, dan dilakukan di dalam nukleus oleh RNA polimerase, yang menambahkan 1 nukleotida RNA sekaligus ke untai RNA yang tumbuh sesuai dengan aturan basa yang saling melengkapi. RNA ini komplementer dengan untai cetakan DNA 3 '→ 5', yang dengan sendirinya melengkapi komplemen untai penyandian 5 '→ 3'. oleh sebab itu, untai RNA 5 '→ 3' yang dihasilkan identik dengan untai penyandian DNA dengan pengecualian bahwa timin diganti dengan urasil (U) dalam RNA. pembacaan untai penyandian DNA "ATG" secara tidak langsung ditranskripsi melalui untai non-coding sebagai "UAC" dalam RNA.
pada prokariota, transkripsi dilakukan oleh satu jenis RNA polimerase, yang memerlukan sekuens DNA yang dinamakan kotak pribnow dan faktor sigma (faktor σ) untuk memulai transkripsi. pada eukariota, transkripsi dilakukan oleh 3 jenis RNA polimerase, yang masing-masing memerlukan sekuens DNA khusus yang dinamakan promoter dan 1 set protein pengikat DNA ( faktor transkripsi ) untuk memulai proses , RNA polimerase 1 bertanggung jawab untuk transkripsi gen RNA ribosom (rRNA) , RNA polimerase 2 mentranskripsikan semua gen protein-coding namun juga beberapa RNA non-coding (seperti RNA non-coding panjang , snRNA dan snoRNA )
polimerase 2 termasuk domain terminal-C (CTD) yang banyak memiliki residu serin. saat residu ini terfosforilasi, CTD mengikat berbagai faktor protein yang mendorong pematangan dan modifikasi transkrip. RNA polimerase 3 mentranskripsi RRNA 5S, mentransfer gen RNA (tRNA), dan beberapa RNA kecil non-coding (seperti 7SK). transkripsi berakhir saat polimerase menemukan sekuens bernama terminator,
transkripsi gen penyandi protein prokariotik memproduksi informasi RNA (mRNA) yang siap untuk ditranslasi menjadi protein, sedang transkripsi gen eukariotik memproduksi transkrip primer dari RNA (pre-mRNA), yang dimodifikasi untuk menjadi mRNA matang,
modifikasi termasuk 5'capping, yang merupakan rangkaian reaksi enzimatik dengan menambahkan 7-metilguanosin (m7G) ke ujung 5' pre-mRNA sehingga melindungi RNA dari degradasi oleh eksonuklease. tutup m7g diikat oleh heterodimer kompleks pengikat tutup (CBC20/CBC80), yang membantu pengiriman mRNA ke sitoplasma dan melindungi RNA dari de-capping,
modifikasi lain yaitu pembelahan dan polyadenylation ujung 3'. proses ini terjadi bila sekuens sinyal poliadenilasi (5'- AAUAAA-3 ') ada dalam pre-mRNA, yang biasanya antara terminator dan sekuens kode protein , pre-mRNA pertama kali dibelah dan kemudian serangkaian ~ 200 adenin (A) ditambahkan untuk membentuk ekor poli(A), yang melindungi RNA dari degradasi. ekor poli (A) diikat oleh berbagai poly(A)-binding proteins (PABP) yang diperlukan untuk ekspor mRNA dan re-inisiasi translasi,
ilustrasi sederhana ekson dan intron pada pre-mRNA dan pembentukan mRNA matang dengan penyambungan (splicing). UTR yaitu bagian non-coding ekson di ujung mRNA,
modifikasi pre-mRNA eukariotik lainnya yaitu penyambungan RNA (RNA splicing), kebanyakan pre-mRNA eukariotik terdiri atas segmen bergantian yang dinamakan intron dan ekson , selama proses penyambungan, kompleks katalitik protein RNA bernama spliceosome mengkatalisasi 2 reaksi trans-esterifikasi, yang membuang intron dan melepaskannya dalam bentuk struktur menjerat, kemudian menyatukan ekson sebelahnya yang berdekatan bersama. kadang beberapa ekson atau intron bisa disimpan atau dihilangkan dalam mRNA dewasa. proses dinamakan penyambungan alternatif yang menghasilkan serangkaian transkrip berbeda yang berasal dari satu gen, karena transkrip ini berpotensi ditranslasi menjadi protein yang berbeda, penyambungan memperluas kompleksitas ekspresi gen eukariotik.
pengolahan RNA yang luas menjadi keuntungan evolusi dari inti eukariota. pada prokariota, terjadi transkripsi dan translasi secara bersamaan, sedang pada eukariota, membran inti memisahkan 2 proses, memberikan waktu untuk proses pengolahan RNA.
kebanyakan organisme, gen non-coding (ncRNA) ditranskripsi sebagai prekursor yang menjalani proses lebih lanjut. pada RNA ribosom (rRNA), mereka sering ditranskripsi sebagai pre-rRNA yang mengandung 1 atau lebih rRNA. Pre-rRNA dibelah dan dimodifikasi (2′-O-metilasi dan pembentukan pseudouridin) di lokasi tertentu oleh 150 spesies RNA kecil yang dibatasi nukleolus, yang dinamakan snoRNA. SnoRNA berasosiasi dengan protein, membentuk snoRNP. sedang bagian snoRNA didasarkan pada target RNA maka memposisikan modifikasi pada lokasi yang tepat, bagian protein melakukan reaksi katalitik. dalam eukariota, khususnya snoRNP yang dinamakan RNase, MRP memecah pre-rRNA 45S menjadi 5.8S, 18S, rRNA 28S, faktor pengolah RNA dan rRNA membentuk agregat besar yang dinamakan nukleolus,
saat RNA transfer (tRNA), maka urutan 5 'dihilangkan oleh RNase P, sedangkan ujung 3' dihilangkan oleh enzim tRNase Z, dan ekor CCA 3 'yang bukan cetakan ditambahkan oleh nukleotidil transferase. jika RNA-mikro (miRNA), miRNA pertama-tama ditranskripsikan sebagai transkrip primer atau pri-miRNA dengan topi dan ekor poli-A dan diproses menjadi struktur loop-70-nukleotida batang pendek yang dinamakan pre-miRNA dalam inti sel oleh enzim pasha dan drosha , sesudah diekspor, selanjutnya diproses menjadi miRNA matang dalam sitoplasma melalui interaksi dengan dicer endonuklease, yang juga membentuk RNA-induced silencing complex (RISC), yang terdiri dari protein argonaute,
snoRNA dan snRNA di modifikasi sebelum menjadi bagian dari kompleks RNP fungsional. ini dilakukan di kompartemen khusus atau dalam nukleoplasma yang dinamakan badan Cajal. selama proses, basa dimetilasi atau dipseudouridinilasi oleh sekelompok RNA spesifik badan Cajal kecil (scaRNAs), yang mirip dengan snoRNA secara struktural,
pada eukariota, sebagian besar RNA dewasa harus dikirim ke sitoplasma dari nukleus. sedang beberapa fungsi RNA di dalam nukleus, banyak RNA diangkut melalui pori-pori inti dan masuk ke sitosol. ini termasuk semua jenis RNA yang terlibat dalam sintesis protein. kadang , RNA juga diangkut ke bagian sitoplasma tertentu, misalanya seperti sinaps , kemudian ditarik oleh protein motor yang mengikat melalui protein penghubung ke urutan tertentu dinamakan kode pos pada RNA,
selama translasi, tRNA yang diisi dengan asam amino memasuki ribosom dan sejajar dengan triplet mRNA yang benar , ribosom kemudian menambahkan asam amino ke rantai protein tumbuh,
untuk beberapa RNA (RNA non-coding), RNA matang merupakan produk gen akhir, informasi RNA (mRNA), RNA merupakan pembawa informasi yang menyandi untuk sintesis satu atau lebih protein. mRNA membawa sekuens protein tunggal normalnya pada eukariota bersifat monosistronik sedangkan mRNA membawa sekuens protein multipel normalnya pada prokariota disebut polisistronik,
setiap mRNA terdiri dari 3 bagian: area 3' yang tidak diterjemahkan (3'UTR), area 5' yang tidak diterjemahkan (5'UTR) dan area penyandi protein atau bingkai pembacaan terbuka (ORF),
area penyandi membawa informasi untuk sintesis protein yang disandikan oleh kode genetik untuk membentuk triplet. setiap triplet nukleotida dari area penyandi dinamakan kodon dan sesuai dengan situs pengikatan yang saling melengkapi dengan triplet antikodon dalam RNA transfer. RNA transffer dengan urutan antikodon yang sama selalu membawa jenis asam amino yang mirip. asam amino kemudian disusun bersama oleh ribosom sesuai dengan urutan triplet di area penyandi. ribosom membantu mentransfer RNA untuk mengikat RNA informasi dan mengambil asam amino dari masing-masing RNA transfer dan menghasilkan protein tanpa struktur. setiap molekul mRNA ditranslasi menjadi banyak molekul protein, rata-rata ~ 2800 pada mamalia,
pada translasi prokariota, kebanyakan terjadi pada titik transkripsi (ko-transkripsi), sering memakai informasi RNA yang masih dalam proses pembuatan. pada translasi eukariota dapat terjadi di banyak area sel tergantung di mana protein yang ditargetkan. area utama yaitu sitoplasma untuk protein sitoplasma terlarut dan membran retikulum endoplasma untuk protein yang untuk ekspor dari sel atau dimasukkan ke dalam membran sel. protein yang seharusnya diekspresikan pada retikulum endoplasma dikenali sebagian melalui proses translasi. proses ini dikendalikan oleh partikel pengenal sinyal suatu protein yang berikatan dengan ribosom dan mengarahkannya ke retikulum endoplasma saat menemukan peptida sinyal pada rantai asam amino yang baru tumbuh,
polipeptida terlipat menjadi struktur 3D karakteristik dan fungsional dari koil acak, setiap protein terdapat sebagai polipeptida terbuka atau koil acak saat ditranslasi dari sekuens mRNA menjadi rantai linier asam amino. kemudian, asam amino berinteraksi satu sama lain untuk memproduksi struktur 3D yang terdefinisi , protein terlipat,dinamakan keadaan asli. Struktur 3D yang dihasilkan ditentukan oleh urutan asam amino dogma anfinsen
struktur 3D dimensi yang benar penting untuk fungsi, walaupun beberapa bagian protein fungsional dapat tetap terbuka. kegagalan untuk melipat ke dalam bentuk yang dimaksud menghasilkan protein tidak aktif dengan sifat yang berbeda, seperti prion. penyakit neurodegeneratif adalah hasil akumulasi protein yang gagal melipat. banyak alergi disebabkan oleh lipatan protein, sebab sistem kekebalan tubuh tidak menghasilkan antibodi untuk struktur protein tertentu,
enzim kaperon chaperone membantu protein yang baru terbentuk untuk dilipat ke struktur 3 D yang diperlukan untuk berfungsi. juga kaperon RNA membantu RNA membentuk sempurna , organel yang membantu pelipatan protein pada eukariota yaitu retikulum endoplasma,
protein sekretori dari prokariota atau eukariota dipindahkan untuk memasuki jalur sekretori. protein yang baru disintesis diarahkan ke kanal translokasi eukariotik prokariotik SecYEG atau Sec61 oleh peptida sinyal. efisiensi sekresi protein pada eukariota tergantung peptida sinyal yang telah dipakai,
banyak protein yang dikirimkan untuk bagian lain dari sel selain di sitosol, dan berbagai sekuens pensinyalan atau peptida sinyal dipakai untuk mengarahkan protein ke tempat mereka seharusnya. pada prokariota, ini termasuk proses sederhana sebab kompartmentalisasi sel yang terbatas. tetapi , pada eukariota ada banyak variasi proses penargetan yang berbeda untuk memastikan protein tiba di organel yang benar,
banyak protein diekspor dari dalam sel seperti protein matriks ekstraseluler, enzim pencernaan dan hormon, pada eukariota jalur ekspor berkembang dengan baik dan mekanisme utama untuk ekspor protein ini yaitu translokasi ke retikulum endoplasma, diikuti dengan pengangkutan melalui badan golgi,
warna belang-belang pada kucing adalah hasil dari tingkat ekspresi gen pigmentasi yang berbeda di berbagai area kulit,
regulasi ekspresi gen mengacu pada pengendalian jumlah dan waktu penampilan produk fungsional gen , pengendalian ekspresi memungkinkan sel memproduksi produk gen yang diperlukan ketika diperlukan , ini dapat memberi sel fleksibilitas untuk beradaptasi pada kerusakan sel, rangsangan, lingkungan yang berubah-ubah, sinyal eksternal, regulasi gen memberi kendali sel atas semua fungsi dan struktur ini merupakan dasar morfogenesis, kemampuan beradaptasi setiap organisme, untuk diferensiasi sel,
banyak istilah yang dipakai untuk menggambarkan jenis gen, tergantung bagaimana mereka diatur, seperti:
- Gen housekeeping yaitu gen yang dibutuhkan dalam mempertahankan fungsi seluler dasar dan diekspresikan dalam semua jenis sel organisme. seperti ubiquitin, aktin, GAPDH, beberapa gen housekeeping ditranskripsi konstan dan gen ini dipakai sebagai titik referensi dalam percobaan untuk mengukur tingkat ekspresi gen lain,
- Gen fakultatif yaitu gen yang hanya ditranskripsikan jika dibutuhkan sebagai lawan dari gen konstitutif,
- Gen konstitutif yaitu gen yang ditranskripsi secara terus-menerus sebagai lawan dari gen fakultatif, yang hanya ditranskripsi saat diperlukan,
- Gen yang diinduksi yaitu gen yang tergantung pada posisi dalam siklus sel atau ekspresinya responsif terhadap perubahan lingkungan ,
setiap ekspresi gen bisa dimodulasi, dari langkah transkripsi DNA-RNA ke modifikasi protein pasca-translasi. stabilitas produk gen akhir, apakah itu RNA atau protein, juga berpengaruh pada tingkat ekspresi gen , produk yang tidak stabil menghasilkan tingkat ekspresi rendah. ekspresi gen diatur melalui perubahan dalam jenis dan jumlah interaksi antara molekul yang mempengaruhi translasi RNA dan transkripsi DNA ,
ekspresi gen penting sebab,antaralain:
kontrol ekspresi insulin sehingga memberi sinyal untuk regulasi glukosa darah,
inaktivasi kromosom X pada mamalia betina untuk mencegah overdosis gen yang dikandungnya,
tingkat ekspresi cyclin mengendalikan perkembangan melalui siklus sel eukariotik.
regulasi transkripsional,
saat laktosa muncul dalam prokariota, ia penginduksi dan menonaktifkan penekan sehingga gen untuk metabolisme laktosa bisa ditranskripsi,
regulasi transkripsi dapat dipecah menjadi 3 jalur pengaruh utama yaitu : epigenetik perubahan non-sekuens dalam struktur DNA yang memengaruhi transkripsi, genetik interaksi langsung dari faktor kontrol dengan gen , interaksi modulasi faktor kontrol dengan mesin transkripsi,
faktor transkripsi penekan lambda (hijau) berikatan sebagai dimer ke alur utama target DNA ( biru dan merah ) dan menonaktifkan inisiasi transkripsi, dari PDB : 1LMB ,
Interaksi langsung dengan DNA adalah metode langsung sederhana dimana protein mengubah tingkat transkripsi. gen sering mempunyai beberapa situs pengikatan protein di sekitar area penyandi dengan fungsi spesifik mengatur transkripsi. ada banyak kelas situs pengikatan DNA bernama silencer,enhancer, insulator,
mekanisme untuk mengatur transkripsi bermacam macam, dari memblokir situs pengikatan kunci pada DNA untuk RNA polimerase hingga bertindak sebagai aktivator dan mempromosikan transkripsi dengan membantu pengikatan RNA polimerase,
aktivitas faktor transkripsi dimodulasi oleh sinyal-sinyal intraseluler yang memicu modifikasi protein pasca-translasi termasuk glikosilasi, fosforilasi atau asetilasi, ,
perubahan ini memengaruhi kemampuan faktor transkripsi untuk mengikat, secara langsung atau tidak langsung ke DNA promotor, untuk mendukung perpanjangan molekul RNA yang baru disintesis atau untuk merekrut RNA polimerase,
membran inti pada eukariota mampu mengatur faktor transkripsi dengan durasi kehadirannys dalam nukleus, yang diatur oleh perubahan reversibel dalam struktur mereka dan dengan mengikat protein lain, sinyal endokrin atau rangsangan lingkungan dapat mengakibatkan modifikasi protein pengatur memunculkan kaskade sinyal intraseluler, yang menghasilkan regulasi ekspresi gen,
ada pengaruh efek spesifik sekuens non-DNA pada transkripsi. efek ini dinamakan sebagai epigenetik dan mengikutsertakan modifikasi kimiawi dari DNA, struktur urutan tinggi dari DNA dan protein pengikat DNA non-sekuens spesifik,
efek epigenetik mengubah aksesibilitas DNA menjadi protein sehingga memodulasi transkripsi,
pada eukariota, DNA diatur dalam bentuk nukleosom. bagaimana DNA hijau dan biru melilit inti protein yang terbuat dari histon oktamer pita gulungan, membatasi akses ke DNA. dari PDB : 1KX5 ,
metilasi DNA yaitu mekanisme untuk pengaruh epigenetik pada ekspresi gen dan terlihat pada bakteri dan eukariota yang menghilangkan transkripsi yang diwariskan dan regulasi transkripsi. dalam eukariota, struktur kromatin yang dikendalikan oleh kode histon, mengatur akses ke DNA dengan efek pada ekspresi gen di area heterokromatin dan eukromatin ,
sebagian besar promotor gen mengandung pulau CpG dengan banyak situs CpG. ketika banyak situs CpG promotor gen dimetilasi, gen menjadi dihilangkan, kanker kolorektal mempunyai 33 hingga 66 hitchhiker atau mutasi penumpang dan 3 hingga 6 mutasi driver, tetapi , penghilangan transkripsi lebih penting dibandingkan mutasi dan mengakibatkan kanker. seperti :
pada kanker payudara, represi transkripsional BRCA1 dapat terjadi oleh microRNA-182 yang diekspresikan secara berlebihan dibandingkan dengan hipermetilasi promotor BRCA1 ( ekspresi rendah BRCA1 pada kanker ovarium dan payudara ),
pada kanker kolorektal, sekitar 600 hingga 800 gen secara transkripsi dihilangkan oleh metilasi pulau CpG ( regulasi transkripsi pada kanker). represi transkripsional pada kanker bisa terjadi dengan mekanisme epigenetik lain seperti perubahan ekspresi RNA-Mikro.
pada eukariota, ekspor RNA dibutuhkan sebelum translasi terjadi, adanya ekspor inti ini mengendalikan ekspresi gen. semua transpor baik masuk dan keluar dari nukleus melalui pori-pori inti dan transpor dikendalikan oleh banyak protein ekspor dan impor,
ekspresi gen yang menyandi protein dapat terjadi bila mRNA yang membawa kode bertahan cukup lama untuk ditranslasi. dalam sel umumnya, molekul RNA hanya stabil bila secara khusus dilindungi dari degradasi , degradasi RNA mempunyai kepentingan khusus dalam regulasi ekspresi dalam sel eukariotik yang mana mRNA harus menempuh jarak yang jauh sebelum ditranslasi. pada eukariota, RNA distabilkan oleh modifikasi post-transkripsional tertentu, terutama ekor poliadenilasi dan tutup 5' ,
degradasi mRNA yang dipakai tidak hanya sebagai mekanisme pertahanan dari RNA asing ( dari virus) namun juga sebagai rute destabilisasi mRNA, bila molekul mRNA mempunyai sekuens komplementer untuk RNA kecil pengganggu (siRNA) maka ia ditargetkan untuk dihancurkan melalui jalur interferensi RNA,
neomisin yaitu contoh molekul yang menurunkan ekspresi semua gen protein yang akhirnya mengakibatkan kematian sel; maka bertindak sebagai antibiotik,
regulasi translasi kurang lazim dibandingkan mRNA atau kontrol stabilitas transkripsi namun kadang-kadang dipakai , penghambatan translasi protein yaitu target utama toksin dan antibiotik, sehingga mereka dapat melenyapkan sel dengan mengabaikan kendali ekspresi gen normalnya. penghambat sintesis protein seperti risin dan antibiotik neomisin ,
sesudah sintesis protein berakhir , tingkat ekspresi protein itu bisa diturunkan oleh degradasi protein. ada jalur degradasi protein utama di semua eukariota dan prokariota dengan proteasom , protein yang rusak sering ditandai degradasi dengan menambahkan ubiquitin,
untuk gen yang menyandi protein, tingkat ekspresi bisa dinilai dengan sejumlah metode dengan analogi teknik kuantifikasi mRNA,
teknik kuantifikasi protein seperti western blot terhadap protein yang ingin diteliti metode ini memberi informasi tentang ukuran protein selain identitasnya. sampel ( lisat seluler) dipisahkan pada gel poliakrilamida, ditransfer ke membran dan kemudian diperiksa dengan antibodi terhadap protein yang diinginkan. antibodi dapat dikonjugasikan ke horseradish peroxidase atau fluorofor untuk pencitraan dan atau kuantifikasi. metode memakai basis gel menyebabkan kuantifikasi kurang akurat, namun mempunyai kelebihan yaitu mampu mengidentifikasi modifikasi protein selanjutnya, seperti ubiquitination atau proteolisis dari perubahan ukuran,
hibridisasi in situ embrio drosophila pada tahap perkembangan yang berbeda untuk mRNA yang bertanggung jawab untuk ekspresi hunckback. Intensitas tinggi dari warna biru menandai area dengan kuantitas mRNA hunckback tinggi.
analisis ekspresi bisa dapat ditentukan melalui lokalisasi. melalui antibodi yang ditandai maka mRNA dapat dideteksi dengan untaian mRNA komplementer yang sesuai dan protein dapat dideteksi , sampel dilihat dengan mikroskop untuk mengidentifikasi lokasi mRNA atau protein,
struktur 3D protein berpendar hijau. residu di pusat "barel" bertanggung jawab untuk menghasilkan nyala hijau sesudah mengekspos ke cahaya biru yang lebih berenergi. Dari PDB : 1EMA .
dengan mengganti gen dengan versi baru yang menyatu dengan penanda protein berpendar hijau atau yang serupa, ekspresi bisa langsung diukur dalam sel hidup. yang dilakukan dengan pencitraan dari mikroskop fluoresensi. kloning protein yang tergabung GFP ke lokasi asalnya dalam genom sangat sulit tanpa memengaruhi level ekspresi sehingga metode ini tidak dapat dipakai untuk mengukur ekspresi gen endogen. tetapi , teknik ini banyak dipakai untuk mengukur ekspresi gen yang secara artifisial dimasukkan ke dalam sel, misalnya melalui vektor ekspresi. dengan menggabungkan protein target ke reporter fluoresen, tingkat ekspresi, perilaku protein, lokalisasi seluler dapat berubah ,
ELISA memakai antibodi yang diimobilisasi pada pelat mikrotiter untuk menangkap protein yang diinginkan dari sampel yang ditambahkan ke dalam sumuran. dengan memakai antibodi pendeteksi yang terkonjugasi pada suatu fluorofor atau enzim , jumlah protein yang terikat bisa diukur dengan deteksi kolorimetrik atau fluorometrik , proses deteksi mirip dengan western blot, namun dengan menghindari tahap pemakaian gel, sehingga bisa dicapai kuantifikasi yang lebih akurat,
sistem ekspresi yaitu sistem yang menghasilkan produk gen yang diinginkan. produk seperti protein, atau RNA, seperti ribozim atau tRNA , sistem ekspresi terdiri dari gen, yang biasanya disandikan oleh DNA, dan mesin molekuler yang dibutuhkan untuk mentranskripsi DNA menjadi mRNA dan menerjemahkan mRNA menjadi protein memakai reagen yang ada , contoh nya virus yang mereplikasi mamakai sel inang sebagai sistem ekspresi untuk genom dan protein virus,
doksisiklin juga dipakai dalam aktivasi transkripsional terkendali tetrasiklin "tet-off " dan "tet-on" untuk mengatur ekspresi transgen dalam kultur sel dan organisme,
selain alat biologis ini, konfigurasi DNA tertentu yang dapat dilihat secara alami (penekan, gen, promotor, peningkat) dan mesin yang terkait itu sendiri dinamakan sebagai sistem ekspresi. ini terjadi saat dimana mana sekelompok gen diaktifkan dalam kondisi yang terdefinisi dengan baik, misalnya sistem ekspresi pengalih represor sederhana dalam fag lambda dan sistem operator lac pada bakteri. beberapa sistem ekspresi alami dimodifikasi dan dipakai untuk sistem ekspresi buatan seperti sistem ekspresi tet-off dan tet-on ,
gen kadang dianggap sebagai simpul dalam jejaring, dengan input menjadi protein seperti faktor transkripsi, dan output menjadi tingkat ekspresi gen. nodus melakukan suatu fungsi, operasi dari fungsi ini telah diartikan melakukan pengolahan informasi di dalam sel dan menentukan perilaku seluler.
jejaring gen dapat dibangun tanpa merumuskan model sebab-akibat yang eksplisit, ini terjadi saat merakit jejaring dari sekelompok data ekspresi besar. korelasi ekspresi dan kovarian dihitung pada sampel dan pengukuran yang besar (pada proteom atau data transkripom ). sumber variasi bisa berbentuk alami (observasional) atau eksperimental, ada cara untuk membangun jejaring ekspresi gen, namun kebanyakan dengan menghitung matriks semua korelasi ekspresi pasangan di semua kondisi, individu atau titik waktu dan mengubah matriks (sesudah ambang batas pada beberapa nilai batas) menjadi representasi grafis di mana nodus mewakili protein , gen dan transkrip dan tepi yang menghubungkan nodus ini mewakili kekuatan hubungan,
teknik eksperimental dibawah ini dipakai untuk mengukur ekspresi gen dan tertulis dalam urutan kronologis, dimulai dengan teknologi yang lebih tua. yang dibagi menjadi 2 golongan berdasarkan tingkat multipleksitasnya,
"teknik low-to-mid-plex":
gen reporter,
northern blot
western blot
hibridisasi in-fluoresen in situ (FISH)
reverse transcription PCR
"teknik plex-tinggi":
SAGE,
microarray DNA,
tilling array,
RNA-sequencing,
basis data ekspresi gen,
"CollecTF": basis data situs yang mengikat faktor transkripsi yang divalidasi secara eksperimental pada bakteri,
"colombos": kumpulan compendia ekspresi bakteri,
TRANSLASI MRNA
translasi dalam biologi molekular dan genetika yaitu proses penerjemahan urutan nukleotida yang ada pada molekul mRNA menjadi rangkaian asam-asam amino yang menyusun suatu protein atau polipeptida , translasi dan transkripsi adalah 2 proses yang menghubungkan gen ke protein. translasi hanya terjadi pada molekul mRNA, sedangkan tRNA dan rRNA tidak ditranslasi. molekul mRNA yang merupakan salinan urutan DNA menyusun suatu gen dalam bentuk kerangka baca terbuka. mRNA membawa informasi urutan asam amino,
proses translasi dari mRNA sebagai bagian dari sintesis protein pada sel eukariota, yaitu proses translasi penerjemahan urutan nukleotida atau kodon yang terdiri atas 3 nukleotida berurutan yang menyandi suatu asam amino tertentu. kodon pada mRNA berpasangan dengan antikodon yang ada pada tRNA. setiap tRNA memiliki antikodon , 3 nukleotida di antikodon tRNA saling berpasangan dengan 3 nukleotida dalam kodon mRNA menyandi asam amino tertentu. proses translasi terjadi pada 3 tahap, yaitu terminasi (penyelesaian), inisiasi dan elongasi (pemanjangan) ,
translasi pada mRNA dimulai pada kodon inisiasi translasi berupa AUG pada RNA atau ATG pada DNA atau kodon pertama ,
penerjemahan terjadi dari urutan basa molekul (yang juga menyusun kodon-kodon setiap 3 urutan basa) mRNA ke dalam urutan asam amino polipeptida. banyak asam amino yang dapat disandikan oleh lebih dari 1 kodon. tempat translsasi ini adalah ribosom, partikel kompleks yang memfasilitasi perangkaian secara teratur asam amino menjadi rantai polipeptida. asam amino yang akan dirangkaikan dengan asam amino lainnya dibawa oleh tRNA. setiap asam amino akan dibawa oleh tRNA yang spesifik ke dalam kompleks mRNA-ribosom. pada proses pemanjangan ribosom akan bergerak terus dari arah 5'3P ke arah 3'OH sepanjang mRNA sambil merangkaikan asam-asam amino , proses akhir yaitu bertemunya kodon akhir dan ribosom pada mRNA,
meskipun mekanisme dasar translasi dan transkripsi sama seperti eukariota dan prokariota, namun ada perbedaan dalam aliran informasi genetik dalam sel itu, sebab bakteri tidak mempunyai nukleus (inti sel), DNA-nya tidak tersegregasi dari perlengkapan pensintesis protein lain dan ribosom, translasi dan transkripsi dipasangkan dengan ribosom menempel pada ujung depan molekul mRNA saat transkripsi masih terus berlangsung. pengikatan ribosom ke mRNA memerlukan situs yang spesifik. sebaliknya, dalam membran inti atau sel eukariot selubung nukleus memisahkan transkripsi dari translasi dalam ruang dan waktu. transkripsi terjadi di dalam inti sel dan mRNA dikirim ke sitoplasma tempat translasi terjadi,
TRANSKRIPSI
dalam genetika, transkripsi atau transcription penyalinan yaitu pembuatan RNA terutama mRNA dengan menyalin sebagian berkas DNA oleh enzim RNA polimerase, transkripsi adalah bagian dari rangkaian ekspresi genetik. di sini, mengubah "huruf " DNA menjadi RNA. yang berubah hanya basa nitrogen timina di DNA yang pada RNA diganti dengan urasil,
transkripsi terjadi di dalam matriks mitokondria dan plastida atau di dalam inti sel ,
transkripsi dapat muncul karena adanya rangsangan dari luar , pada proses tanpa rangsangan, transkripsi berlangsung terus-menerus (gen-gennya dinamakan house-keeping genes, gen konstitutif atau gen pengurus rumah ). kemudian gen yang membutuhkan rangsangan biasanya gen yang hanya dihasilkan sewaktu-waktu gennya dinamakan gen regulatorik sebab mengatur mekanisme khusus, rangsangan akan mengaktifkan bagian promoter inti, segmen gen yang berfungsi sebagai pencerap RNA polimerase yang berada di area hulu bagian yang akan disalin dinamakan transcription unit , tidak jauh dari ujung 5' gen. promoter inti terdiri dari kotak GC, kotak TATA dan kotak CCAAT ,
sebelum RNA polimerase terikat pada promoter inti, faktor transkripsi TFIID membentuk kompleks dengan kotak TATA. Inhibitor dapat mengikat pada kompleks TFIID-TATA dan mencegah terjadinya kompleks dengan faktor transkripsi lain, namun ini bisa dicegah dengan cara TFIIA membentuk kompleks DA-TATA, sesudah itu TFIIF dan TFIIB terikat membentuk kompleks DABF-TATA. sesudah itu RNA polimerase mengikat DABF-TATA, dan disusul TFIIJ, TFIIE dan TFIIH ,
ini terjadi pada area kotak TATA yang berada sekitar 10 sampai 25 pasangan basa di bagian hulu (upstream) dari kodon mulai (AUG). dengan adanya faktor transkripsi ini maka akan menarik enzim RNA polimerase mendekati DNA dan kemudian menempatkan diri pada area yang sesuai dengan kodon mulai (TAC pada berkas DNA). berkas DNA yang ditempel oleh RNA polimerase dinamakan berkas templat, sedang berkas pasangannya dianamakan berkas kode (sebab mempunyai urutan basa yang sama dengan RNA yang dibuat). pada permulaan transkripsi, enzim guaniltransferase menambahkan gugus m7Gppp pada ujung 5' untai pre-mRNA. sejumlah ATP dibutuhkan untuk membuat RNA polimerase mulai bergerak dari ujung 3' (ujung karboksil) berkas templat ke arah ujung 5' (ujung amino). pre-mRNA yang terbentuk dengan demikian berarah 5' → 3'. pergerakan RNA polimerase akan berhenti jika ia menemui urutan basa yang sesuai dengan kodon berhenti, dan deret AAUAAA akan ditambahkan pada pangkal 3' pre-mRNA. sesudah proses berakhir , RNA polimerase akan lepas dari DNA, sedangkan pre-mRNA akan teriris sekitar 20 bp dari deret AAUAAA dan sebuah enzim, poli(A) polimerase akan menambahkan deret antara 150 hingga 200 adenosina untuk membentuk pre-mRNA yang lengkap yang dinamakan mRNA primer,
tergantung pada intensitas, dalam 1 berkas transcription unit beberapa RNA polimerase mampu aktif secara simultan. Intensitas transkripsi ditentukan oleh kondisi sejumlah bagian tertentu pada DNA. ada bagian yang dinamakan enhancer yang memperkuat intensitasnya dan ada bagian yang dinamakan suppressor yang menekan intensitas,
hasil transkripsi yaitu berkas RNA yang masih belum matang dinamakan mRNA primer. di dalamnya ada fragmen berkas untuk protein yang mengendalikan sintesis protein (translasi) selain fragmen untuk dilanjutkan dalam translasi sendiri, ditambah dengan bagian yang nantinya akan dipotong (intron). berkas RNA ini selanjutnya akan mengalami proses pascatranskripsi (post-transcriptional process).
transkripsi yaitu proses perubahan DNA menjadi RNA dengan bantuan RNA polimerase. transkripsi terjadi di nukleus dan hasil RNA akan dikirim menuju sitoplasma untuk tahap translasi. perbedaan DNA dan RNA adalah keberadaan gugus basa Timin (T) pada DNA yang digantikan oleh gugus basa Urasil (U). 3 tahapan transkripsi ,antaralain:
-penempelan RNA polimerase pada DNA (Inisiasi):
RNA polimerase akan menempel pada bagian DNA yang diikat oleh promotor. strand yang akan menjadi cetakan yaitu rantai anti-sense sedangkan rantai sense tidak mengalami proses transkripsi. di lokasi ini transkripsi akan berlangsung dan cetakan RNA dibuat.
-Elongasi:
proses elongasi memerlukan beberapa jenis faktor transkripsi, pada proses ini akan terjadi pemanjangan hasil transkripsi DNA,
-Terminasi:
Transkripsi akan berakhir jika RNA polimerase bertemu dengan terminator yang menyebabkan lepasnya RNA polimerase dari rantai anti-sense DNA.
-Translasi:
Translasi yaitu proses sintesis RNA menjadi protein dengan bantuan ribosom.pada prokariot proses ini terjadi di sitoplasma sedang pada eukariot, proses ini terjadi di retikulum endoplasma tidak semua RNA dapat disintesis menjadi protein, salah satu jenis RNA yang tidak dapat ditranslasi adalah mRNA.
OOGENESIS
oogenesis yaitu penciptaan ovum (sel telur) adalah proses dari bentuk betina gametogenesis yang setara dengan jantan yaitu spermatogenesis. oogenesis melibatkan pengembangan berbagai tahap reproduksi telur sel betina yang belum matang,
DNA REKOMBINAN
recombinant DNA atau DNA rekombinan atau rDNA yaitu DNA buatan yang dibuat dengan cara menggabungkan 2 atau lebih untaian benang DNA yang sebelumnya tidak berpasangan , modifikasi genetik dilakukan dengan memasukkan DNA yang relevan ke dalam DNA organisme yang hidup seperti pada plasmid bakteri, untuk menyandikan suatu sifat seperti antibiotik dan sifat lain, ini berbeda dengan konsep DNA rekombinan yang kombinasi DNAnya tidak terjadi secara alami di dalam sel namun direkayasa. proses menggabungkan DNA yaitu dengan menggabungkan untaian DNA dari 2 organisme yang berbeda. bergabungnya 2 DNA organisme yang berbeda seperti pada suatu plasmid bakteri yang dibantu oleh enzim ligase. teknologi DNA rekombinan melalui teknik pemotongan DNA adalah bukti yang menunjukkan bahwa DNA adalah unit pewarisan,
teknologi DNA rekombinan menyebabkan analisa rekayasa genetik semakin berkembang pada bidang kedokteran, pertanian, transfer gen antar organisme dapat dilakukan di antara organisme-organisme yang dahulu tidak bisa dilakukan , proses transfer gen secara konvensional memakai reproduksi seksual persilangan dapat dihindari, seperti pada produksi jagung “Bt” yang salah satunya tersusun dari gen bakteri yang ditransfer ke tanaman jagung yang membuat jagung tahan terhadap hama penggerek di eropa. penanda molekuler sudah tersedia agar proses seleksi menjadi efektif ,
pada tahun 1972 Paul Berg menggunakan ecoRI untuk menghasilkan DNA rekombinan pertama kali, produk komersial pertama hasil teknologi DNA rekombinan adalah insulin, Penelitian insulin ini dimulai sebelum peraturan tentang pemanfaatan DNA rekombinan dibuat,
pada tahun 1973 chang ,boyer dan cohen dengan bantuan plasmid rekombinan melakukan rekayasa pada bakteri E. coli walaupun teknologi DNA rekombinan pertama kali sudah ada sejak tahun 1970, namun prinsip dasar dalam rekombinasi sudah ditemukan jauh sebelumnya sebab frederick giffith pada tahun 1928 telah menggunakan prinsip dasar dalam rekombinasi ketika meneliti penyakit pneumonia di london,
PLASMID
Plasmid yaitu DNA ekstrakromosomal yang mampu bereplikasi secara autonom yang ditemukan pada sel hidup. di dalam satu sel, ada lebih dari 1 plasmid dengan ukuran bermacam macam tetapi semua plasmid tidak mengkodekan fungsi yang penting untuk pertumbuhan sel itu. plasmid menyandi gen-gen yang diperlukan agar mampu bertahan pada keadaan yang kurang menguntungkan sehingga jika lingkungan kembali normal, DNA plasmid bisa dibuang,
plasmid ditemukan oleh Robert Koch pada tahun 1887, yang mempublikasikan bakteri Bacillus anthracis sebagai penyebab penyakit antraks , 100 tahun kemudian, ilmuwan menemukan bahwa bakteri Bacillus anthracis mempunyai 2 plasmid yang memiliki faktor virulensi penyebab antraks. pada tahun 1952 ahli biologi Joshua Ledenberg berkebangsaan amerika menciptakan istilah plasmid yang berhubungan dengan "penentu keturunan herediter di luar kromosom". W. Hayes dan Joshua Lederberg menyelidiki peristiwa konjugasi pada escherichia coli yang mengikut sertakan plasmid,
"plasmid" termasuk semua materi genetik yang ada secara ekstrakromosomal untuk sebagian dari siklus replikasi, termasuk materi genetik virus. namun, plasmid terdiri atas unsur-unsur genetik yang bereproduksi secara otonom. pada tahun 1968, definisi ini dipersempit menjadi elemen genetik yang ada secara eksklusif atau dominan di luar kromosom dan bisa direplikasi secara mandiri, namun plasmid terbukti merupakan DNA ekstrakromosomal yang mengakibatkan resistensi antibiotik pada golongan bakteri enterik dan bisa ditransmisikan antar sel. maka ilmuwan membuat plasmid yang bisa ditransfer ke sel hidup, seperti sel bakteri dan tanaman,
penamaan plasmid pada mulanya didasarkan pada sifat fenotipe yang disandikan oleh DNA plasmid itu , seperti plasmid ColE1 yang berasal dari E. coli dapat menyandikan bakteriocin colicin . ilmuwan yang membuat plasmid kloning membuat penamaan tersebut berubah. guna standardisasi penulisan plasmid, dipakai huruf "p" diikuti oleh inisial huruf kapital dan angka. huruf kapital diambil dari nama penemu atau laboratorium tempat plasmid itu berasal , angka merupakan kode antara 2 laboratorium tempat plasmid tersebut dibuat. misalnya : pBR322, "p" menyatakan plasmid, BR yaitu nama laboratorium yang pertama kali dikonstruksi (BR dari Bolivar dan Rodriguez, perancang plasmid itu), 322 menyatakan di laboratorium mana plasmid ini dibuat,
kebanyakan plasmid mempunyai struktur sirkuler, namun ada juga plasmid linear yang ditemukan pada mikroorganisme tertentu, seperti streptomyces dan borrelia burgdorferi ,
plasmid ditemukan dalam bentuk DNA utas ganda yang kebanyakan tersusun menjadi kumparan terpilin. Struktur kumparan terpilin terjadi karena enzim topoisomerase membuat sebagian DNA utas ganda lepas (tidak terikat) selama replikasi plasmid berlangsung. struktur kumparan terpilin akan mengakibatkan DNA plasmid berada dalam konformasi yang dinamakan covalently closed circular (ccc) lingkaran tertutup kovalen namun jika kedua utas DNA terlepas maka plasmid akan kembali dalam keadaan sebelumnya (tidak terpilin) dan konformasi ini dinamakan sebagai open circuler (oc),
2 jenis integrasi plasmid ke dalam bakteri inang: - plasmid non-integrasi bereplikasi seperti contoh atas, episom, contoh bawah, dapat berintegrasi ke dalam kromosom inang,
agar plasmid dapat mereplikasi secara mandiri dalam sel, maka harus mempunyai urutan DNA yang bertindak sebagai origin replikasi , unit replikasi diri, maka plasmid, dinamakan replikon. sebuah replikon bakteri bisa terdiri dari beberapa elemen seperti gen untuk protein inisiasi replikasi spesifik plasmid (rep), unit-unit berulang yang dinamakan iteron, kotak DnaA, dan area yang mengandung banyak AT disebelahnya.plasmid yang lebih besar dapat membawa gen spesifik untuk replikasi plasmid tersebut sedang
plasmid yang lebih kecil memakai enzim replikasi inang untuk menghasilkan salinannya sendiri, beberapa jenis plasmid menyisipkan ke dalam kromosom inang, dan plasmid integratif ini kadang dinamakan sebagai episome pada prokariota,
representasi skematis dari plasmid pbr322, salah satu plasmid pertama yang dipakai secara luas sebagai vektor kloning,
plasmid telah dihasilkan secara komersil oleh produsen untuk dipakai sebagai vektor kloning.agar dapat dipakai sebagai vektor kloning, plasmid harus mempunyai syarat , yaitu mempunyai situs pemotongan enzim restriksi untuk memudahkan penyisipan DNA ke dalam vektor plasmid, berukuran kecil, mempunyai jumlah salinan yang tinggi (high copy number), mempunyai gen pelapor dan gen penanda seleksi ,
plasmid dapat untuk membuat banyak protein dengam cara menumbuhkan bakteri yang mengandung plasmid yang menyimpan gen yang diinginkan. sama seperti bakteri yang menghasilkan protein untuk memberikan resistensi antibiotik, bakteri juga bisa diinduksi untuk menghasilkan protein dari gen yang dimasukkan, ini cara yang murah dan mudah untuk menghasilkan protein yang disandi secara genetik, seperti insulin,
plasmid dapat dipakai untuk transfer gen ke sel manusia sebagai pengobatan potensial dalam terapi gen sehingga dapat mengekspresikan protein yang diharapkan dalam sel. terapi gen memerlukan penyisipan gen terapeutik di lokasi target kromosom yang telah dipilih sebelumnya dalam genom manusia. vektor plasmid salah satu dari banyak pendekatan yang dipakai untuk tujuan ini. zinc finger nucleases (ZFNs) memicu kerusakan untai ganda spesifik lokasi pada genom DNA dan mengakibatkan rekombinasi homolog. plasmid pembawa ZFN mampu membantu mengantarkan gen terapeutik ke area tertentu sehingga kerusakan sel, mutasi penyebab kanker, atau respons kekebalan tubuh bisa dihindari,
plasmid dipakai untuk merekayasa sel induk embrionik tikus untuk menghasilkan model penyakit genetik tikus. efisiensi terbatas teknik berbasis plasmid menghalangi pemakaian dalam penciptaan model sel manusia yang lebih akurat. tetapi , perkembangan teknik rekombinasi virus nukleasi zn finger dan adeno-associated memungkinkan terciptanya generasi baru model penyakit manusia isogenik,
untuk mencegah pembuang plasmid dari sel yang tidak lagi memerlukanya ,ada mekanisme nya yaitu beberapa plasmid menyandikan protein yang mampu membunuh sel yang membuangnya. mekanisme ini dinamakan ketergantungan plasmid (plasmid addiction) yang diklasifikasikan menjadi 3 jenis berdasarkan aksi yang dilakukan protein antitoksin yang disandikan plasmid. ketiga jenis aksi ini adalah menghambat ekspresi toksin , berinteraksi dengan toksin, melindungi target yang akan diserang toksin,
ekstraksi DNA plasmid (large preparation) dengan kit,
plasmid dipakai untuk memurnikan sekuens tertentu, sebab mereka dapat dimurnikan dari sisa genom. untuk kloning molekuler dan untuk pemakaiannya sebagai vektor, maka plasmid diisolasi,
metode untuk mengisolasi DNA plasmid dari bakteri, yaitu dengan bulkprep,largeprep,miniprep (mini preparation) atau maxiprep,
miniprep dipakai dengan cepat mengetahui apakah kebenaran plasmid di salah satu klon dari beberapa klon bakteri. hasilnya adalah sedikit DNA plasmid yang tidak murni, cukup dengan enzim restriksi dan untuk teknik kloning. largeprep memakai volume yang jauh lebih besar. largeprep sebagai miniprep yang ditingkatkan dengan pemurnian tambahan. ini menghasilkan DNA plasmid yang sangat murni dalam jumlah banyak beberapa ratus mikrogram , banyak kit komersial dibuat untuk melakukan ekstraksi plasmid pada berbagai skala,tingkat otomatisasi dan kemurnian,
pemakaian plasmid sebagai teknik dalam biologi molekuler didukung oleh perangkat lunak bioinformatika , program ini merekam sekuens DNA dari vektor plasmid, membantu memprediksi lokasi pemotongan enzim restriksi, dan merencanakan manipulasi. contoh paket perangkat lunak membantu melakukan seluruh percobaan in silico sebelum melakukan eksperimen basah yang menangani peta plasmid adalah vectorfriends, vector nti, webdsv,ape, clone manager, geneconstructionkit, geneious, compiler genome, labgenius, lasergene, macvector, pdraw32, serial cloner, banyak plasmid dibuat selama bertahun-tahun dan peneliti membagikan plasmid ke basis data plasmid seperti BCCM/LMBP atau organisasi nirlaba addgene , peneliti dapat meminta plasmid dari basis data itu untuk melakukan penelitian, peneliti mengunggah urutan (sekuens) plasmid dalam basis data NCBI,
PASANGAN BASA
pasangan basa adenin dan timin yang terhubung dengan 2 ikatan hidrogen,
pasangan basa guanin dan sitosin yang terhubung dengan 3 ikatan hidrogen,
2 nukleotida dalam DNA atau RNA yang saling komplementer terhubung oleh ikatan hidrogen dinamakan pasangan basa (base pair bp),
dalam pasangan basa watson-crick, guanin (G) dengan sitosin (C) dalam DNA,adenin (A) membentuk pasangan basa dengan timin (T), ,pada RNA, timin (T) digantikan oleh uracil (U),,
pasangan basa juga adalah mekanisme dasar bagi kodon pada mRNA untuk dikenali oleh tRNA pada saat translasi dalam pembentukan protein,
