MK Biologi Molekuler - Regulasi Ekspresi Gen Eukariota

Summary

The video script delves into gene expression regulation in eukaryotic cells, contrasting it with prokaryotes. It highlights the variability of gene expression depending on cell type and function, even with the same genome. The script explains the role of chromatin modification, transcription control, alternative splicing, mRNA degradation, and post-translational modifications in regulating gene expression. It also touches on the impact of these processes on an organism's response to environmental changes.

Takeaways

• 🧬 Eukaryotic organisms are multicellular and have a different gene expression regulation compared to prokaryotes.
• 🌟 Despite having the same genome, different cells within an organism can express genes differently based on their specific needs and functions.
• 🔍 Gene expression in eukaryotes is regulated by the type of cell, which can influence processes like development, growth, cell differentiation, and metabolism.
• 🧵 Eukaryotic genes consist of exons, introns, enhancers, and promoters, which play a role in the regulation of gene expression.
• 🔑 Chromatin modification, such as DNA methylation and histone acetylation, is crucial for gene expression as it affects the accessibility of DNA for transcription.
• 🔄 Transcription control involves various factors and elements like enhancers and silencers that can either increase or decrease gene expression.
• 🔗 Transcription factors are proteins that bind to DNA and play a significant role in the initiation of transcription.
• ✂️ Alternative splicing allows a single gene to produce different proteins by selectively removing introns and combining exons in various ways.
• 📉 Degradation of mRNA and control of translation are post-transcriptional mechanisms that regulate gene expression by determining which mRNAs are degraded or blocked from translation.
• 🛑 Post-translational control of gene expression includes protein processing, transport, and regulation of enzyme activity, as well as protein degradation through the proteasome.

Q & A

What is the main topic discussed in the script?

The main topic discussed in the script is the regulation of gene expression in eukaryotes, highlighting the differences between eukaryotic and prokaryotic gene expression.

How does gene expression vary in eukaryotic cells?

Gene expression in eukaryotic cells varies depending on the cell type, even though all cells contain the same genome. The expression differs based on the needs or functions of each cell type.

What is the role of cell differentiation in gene expression?

Cell differentiation plays a role in gene expression by allowing cells, despite having the same genetic material, to specialize and perform different functions, thus leading to differential gene expression.

What are the key components of a eukaryotic gene structure?

The key components of a eukaryotic gene structure include exons, introns, enhancers, proximal control elements, and promoters, which are regulatory sequences that play a role in gene expression.

How does chromatin modification regulate gene expression?

Chromatin modification regulates gene expression by altering the tightness of the DNA packaging. Methylation of DNA tends to condense chromatin, making it less accessible for transcription, while acetylation of histones loosens chromatin, allowing for transcription to occur.

What is the significance of transcription factors in gene expression control?

Transcription factors are proteins that bind to specific DNA sequences and regulate the initiation of transcription. They can act as activators or repressors, influencing whether a gene is transcribed or not.

Can you explain the concept of alternative splicing in eukaryotes?

Alternative splicing is a process in eukaryotes where different combinations of exons and introns are removed from pre-mRNA, leading to the production of different mRNA and protein isoforms from the same gene.

What is the role of RNA degradation in gene expression regulation?

RNA degradation plays a role in gene expression regulation by determining which mRNA molecules are broken down, thus controlling the availability of mRNA for translation into proteins.

How does post-translational control affect gene expression?

Post-translational control affects gene expression by modifying proteins after they have been synthesized. This can involve protein folding, modification by enzymes, transport to specific cellular locations, and regulation of enzyme activity through effectors and inhibitors.

What is the function of proteasomes in gene expression regulation?

Proteasomes function in gene expression regulation by degrading unneeded or damaged proteins. Proteins targeted for degradation are ubiquitinated and then recognized and broken down by proteasomes, which helps in maintaining cellular protein homeostasis.

How does the lifespan of mRNA differ between prokaryotes and eukaryotes?

In prokaryotes, mRNA has a short lifespan, often degrading within seconds after fulfilling its function, allowing for rapid response to environmental changes. In contrast, eukaryotic mRNA can remain active for hours or even weeks, contributing to a more stable internal environment.

Outlines

00:00

🧬 Regulation of Gene Expression in Eukaryotes

This paragraph introduces the topic of gene expression regulation in eukaryotes, contrasting it with prokaryotes. It explains that eukaryotic organisms are multicellular and have a more complex gene expression process due to the presence of introns and exons in their genes. The expression of genes varies depending on the cell type and its function, even though all cells in an organism share the same genome. The paragraph also touches on the role of different cell functions in development, growth, and metabolism. It describes the structure of eukaryotic genes, including exons, introns, enhancers, promoters, and proximal control elements, and how these elements are involved in the regulation of gene expression.

05:01

🔬 Chromatin Modification and Transcription Control

This paragraph delves into the first level of gene expression regulation, which involves chromatin modification. It explains that for transcription to occur, the tightly packed chromatin needs to be loosened. DNA methylation and histone acetylation are key processes that affect chromatin structure, with the former condensing chromatin and the latter loosening it. The paragraph also discusses the role of transcription factors in binding to DNA and initiating transcription, as well as the concept of eukromatin and heterochromatin. Additionally, it mentions how enhancers and silencers, which are non-coding DNA sequences, can influence gene expression from a distance.

10:02

🌐 Complex Regulation of Transcription and Alternative Splicing

The third paragraph continues the discussion on gene expression by focusing on the transcription initiation complex, which is formed by the interaction of transcription factors, enhancers, and RNA polymerase II. It explains how activators and repressors can either enhance or inhibit transcription. The paragraph also introduces the concept of alternative splicing, where different combinations of exons and introns can be spliced to produce different proteins from the same gene. This process allows for a single gene to code for multiple proteins, adding another layer of complexity to gene expression regulation in eukaryotes.

15:06

🛡 Post-Transcriptional and Post-Translational Control of Gene Expression

The final paragraph covers post-transcriptional and post-translational controls of gene expression. It discusses how mRNA degradation and translational blockage can regulate gene expression after transcription. The paragraph explains the role of small RNA molecules, such as siRNA and miRNA, in degrading specific mRNAs and controlling gene expression. It also touches on post-translational modifications, including protein processing, transport, and the regulation of enzyme activity through effectors and inhibitors. The paragraph concludes with a discussion on protein degradation by the proteasome, which is another way to control gene expression at the protein level.

Keywords

💡Eukaryota

Eukaryota refers to a domain of organisms whose cells contain a nucleus enclosed within a nuclear envelope. This is a key concept in the video as it sets the stage for understanding gene expression differences between eukaryotes and prokaryotes. Eukaryotes are generally multicellular organisms, and their gene expression varies depending on the cell type, which is essential for their diverse functions.

💡Gene Expression

Gene expression is the process by which the information from a gene is used in the synthesis of a functional gene product. It is central to the video's theme as it discusses how gene expression differs in eukaryotes compared to prokaryotes. The video explains that even though all cells in a eukaryotic organism have the same genome, the expression of genes can vary greatly depending on the cell's needs and functions.

💡Cell Differentiation

Cell differentiation is the process by which a less specialized cell becomes a more specialized cell type. The video uses this concept to explain how gene expression is regulated differently in various cell types to achieve specific functions. For example, a cell may differentiate into a nerve cell or an epithelial cell, and the gene expression in these specialized cells will differ to meet their unique roles.

💡Chromatin

Chromatin is a complex of DNA and protein that makes up chromosomes in the nucleus of eukaryotic cells. The video discusses how chromatin modification is a crucial step in gene regulation. It can be tightly packed (heterochromatin) or loosely packed (euchromatin), and this packing state influences whether genes can be transcribed.

💡Transcription

Transcription is the first step of gene expression where the information from a gene is copied into mRNA. The video explains that the control of transcription is a key regulatory process in eukaryotes, involving various transcription factors and regulatory elements like enhancers and silencers that can either promote or inhibit the process.

💡Introns and Exons

Introns are non-coding sequences within a gene that are removed during the processing of pre-mRNA, while exons are the coding sequences that are retained. The video highlights the importance of introns and exons in eukaryotic gene expression, as they contribute to the complexity of gene regulation and the diversity of protein products that can be generated from a single gene.

💡Alternative Splicing

Alternative splicing is a process where different combinations of exons are joined together to produce different mRNA transcripts from the same gene. This is mentioned in the video as a mechanism that allows a single gene to code for multiple proteins, contributing to the diversity of cellular functions in eukaryotes.

💡RNA Degradation

RNA degradation is the process by which RNA molecules, including mRNA, are broken down. The video discusses how the degradation of mRNA is a regulatory mechanism that controls gene expression by determining which mRNA molecules are available for translation into proteins.

💡Translation

Translation is the process by which the information in mRNA is used to synthesize proteins. The video touches on translation as a step that can also be regulated in eukaryotes, for example, through the blocking of translation initiation or the degradation of mRNA before it can be translated.

💡Post-translational Modifications

Post-translational modifications refer to changes made to proteins after they have been synthesized. The video mentions that these modifications can alter protein function, stability, or localization, and they are part of the broader gene expression regulation in eukaryotic cells.

💡Proteasome

The proteasome is a cellular complex that degrades unneeded or damaged proteins by proteolysis. The video explains that the proteasome plays a role in the final stage of gene expression regulation by degrading proteins that are no longer required, thus maintaining cellular homeostasis.

Highlights

Eukaryotic gene expression regulation is complex due to multicellularity and the need for cell-specific functions.

All cells of an organism contain the same genome, yet gene expression varies based on cell type and function.

Gene expression in eukaryotes is regulated by the cell type, which determines when and which genes are expressed.

Eukaryotic genes consist of exons and introns, with regulatory sequences like enhancers and promoters controlling expression.

Chromatin modification, including DNA methylation and histone acetylation, plays a crucial role in gene expression regulation.

DNA methylation condenses chromatin, inhibiting transcription, while histone acetylation relaxes it, allowing transcription.

Transcription factors bind to DNA to regulate the rate of transcription and can form transcription initiation complexes with RNA polymerase II.

Enhancers and silencers are non-coding DNA sequences that can modulate gene expression from a distance.

Alternative splicing allows a single gene to produce different proteins by selectively including or excluding exons.

RNA degradation and translational control are mechanisms that regulate gene expression post-transcriptionally.

Eukaryotic mRNA has a longer lifespan compared to prokaryotic mRNA, influencing the organism's response to environmental changes.

Small RNA molecules, such as siRNA and miRNA, are involved in the degradation of specific mRNAs, controlling gene expression.

Post-translational control of gene expression includes protein processing, transport, and regulation of enzyme activity.

Protein degradation via the proteasome is a key mechanism for controlling gene expression at the protein level.

The process of ubiquitination targets proteins for degradation by the proteasome, recycling them for future use.

Gene expression regulation in eukaryotes is a multi-layered process involving chromatin structure, transcription factors, and post-transcriptional mechanisms.

Transcripts

[Musik]

asalamualaikum warahmatullahi

wabarakatuh Selamat pagi salam sejahtera

buat kita semua topik hari ini adalah

regulasi ekspresi Gin pada

eukariot eukariota adalah e organisme

umumnya adalah organisme multiseluler

sehingga ekspresinya akan berbeda proses

ekspresinya atau regulasi ekspresinya

akan berbeda dengan pada

prokaryiota pada eukariot

ekspresi Gin itu bervariasi tergantung

tipe selnya meskipun semuanya mempunyai

genom yang sama jadi setiap sel

sebenarnya mempunyai genom yang sama

tetapi ekspresinya bisa berbeda-beda

tergantung kebutuhan atau fungsi dari

masing-masing selbut tersebut jadi Gen

Mana yang akan diekspresikan dan kapan

akan diekspresikan itu sangat tergantung

dengan jenis selnya jadi fungsi sel itu

kita tahu ada bermacam-macam bisa jadi

berfungsi dalam proses perkembangan

eh organisme atau

perembungankkembangan tumbuhan ee

berfungsi pada diferensiasi sel atau

bisa juga berfungs

pada

metabolisme apa diferensiasi sel itu

adalah spesialisasi sel jadi tadi sudah

saya katakan meskipun setiap sel

mengandung gen yang sama kalau mempunyai

fungsi yang berbeda maka yang

diekspresikan akan berbeda-beda pula

jadi gambar di sini ditunjukkan sel satu

ada satu sel mengalami mitosis kemudian

berdiferensiasi yang satu menjadi sel

saraf yang satu menjadi sel epitelial

maka ekspresi pada sel saraf maupun akan

berbeda dengan ekspresi pada sel

epitelial karena fungsinya

berbeda nah secara umum eh gen dari

eukariot itu tersusun atas yang seperti

terlihat di sini jadi yang paling

penting itu yang kanan itu ada ekson

intron ekson intron itu adalah bagian

dari gen struktural sebelah kiri itu ada

enhasser ada proximal control Element

promoter itu adalah regulatory sequence

atau sequens-squuen yang berperanan

untuk meregulasi

ekspresi jadi berbeda dengan pada

prokariot tadi Jada prokariot tidak ada

intron pada eukariot itu ada intron Nah

selanjutnya eh terjadi proses-proses

yang berkaitan

dengan

ekspresi dari suatu gen- gen struktural

ini menjadi

protein kontrol dari ekspresi gen itu

melalui beberapa atau ada beberapa tahap

yaitu melalui pertama kromatin

modification atau modifikasi kromatin

yang melibatkan metilasi DNA atau

asetilasi

histon yang kedua pengontrolan pada

proses

transkripsi yang ketiga itu alternatif

splicing keempat degradasi dari MrNa

setelah selesai diekspresikan kelima

adalah memblok translasi jadi translasi

dihentikan ee di sini kita lihat Eh

bagaimana DNA dipek atau disusun di

dalam kromosom jadi yang bagian atas E

maaf dari bawah dulu itu adarom rosom

jadi kromosom dalam

ee fase metafase Nah kalau diuraikan

kita lihat kromosom ini tersusun atas

kromatin jadi benang kromatin ya jadi

benang kromatin dan kalau dilihat lebih

dalam lagi itu kromatin tersusun atas

nukleosom-nukleosom yang dihubungkan

dengan DNA

lingker nukleosom itu tersusun atas inti

yang berubah molekul histon atau protein

histon dan ada semacam pengancingnya

yang disebut sebagai atau merupakan

histon

H1 Nah kalau DNA sendiri diuraikan DNA

linkernya tadi diuraikan akan terlihat

sebagai eh yang paling atas itu

merupakan DNA Doel Helix yang tersusun

atas nukleotida

nukleotida jadi seperti itu packing dari

DNA pada eukariot

Nah sekarang berkaitan dengan regulasi

ekspresi genin tadi saya Sebutkan yang

pertama adalah modifikasi kromatin

Mengapa perlu dilakukan modifikasi

kromatin karena seperti kita lihat tadi

kalau kromatin dalam bentuk terpek dalam

packing Yang rapat maka tidak bisa

terjadi transkripsi jadi harus diuraikan

dulu agar kemudian transkripsi terjadi

ya jadi di sini regulasi tadi dengan eh

metilasi DNA itu DNA metilasi atau

metilasi DNA itu berfungsi untuk membuat

menjadi erat jadi menjadi kompek gitu

kromatinnya tapi kebalikannya asetilasi

histon itu menyebabkan eh kromatin itu

menjadi longgar Lus sehingga bisa

dna-nya itu ditranskripsi nah eh

kromosom atau kromatin yang longgar itu

disebut sebagai e kromatin sementara

yang yang kompek itu

heterokromatin nah jadi ketika dia

longgar seperti gambar yang di kanan itu

ya Yang biru itu maka RNA polimerase itu

akan bisa berikatan dengan operator

seperti yang terjadi pada ee prokariot

dan kemudian menyebabkan transkripsi

terjadi

Eh ini lebih detail mengenai regulasi

kromatin jadi histon asetilasi histon

itu menyeb

transcription ftor atau faktor

transkripsi faktor yang menyebabkan

transkripsi bisa terjadi dapat berikatan

dengan DNA menyebabkan transkripsi

terjadi sehingga terbentuk eukromatin

tadi ya jadi dengan histon asetilasi itu

kromatin menjadi longgar sedangkan

metilasi histon sebaliknya kebalikan

dari histon asetilasi itu terjadi

setelah sintesis DNA selesai ber sudah

dilakukan ini

menyebabkan laju transkripsi akan

menurun dan

eh kemudian transkripsi itu bisa juga

berhenti jadi dua hal ini regulasi

kromatin itu memungkinkan atau mengatur

Apakah transkripsi bisa terjadi atau

tidak jadi ini regulasi yang awal

selanjutnya adalah kontrol transkripsi

jadi pengontrolan pada proses

transkripsi ini melibatkan beberapa eh

Faktor atau elemen ada kontrol elemen

yang berupa DNA eh yang biasanya

dikelompokkan sebagai enhancer dan

silencer jadi enhance dari katanya

enhancer itu akan meningkatkan sementara

kebalikannya silencer itu menyebabkan

penurunan

ekspresi selanjutnya adalah

transcription Factor atau faktor

transkripsi itu bisa dikelomp menjadi

dua aktivator dan

represor transcription Factor ini berupa

protein jumlahnya banyak jadi banyak

sekali transcription Factor yang bisa

jadi satu transcription Factor itu

mengatur ekspresi dari satu genin atau

beberapa bisa mengatur

eh ekspresi dari suatu gen atau

transkripsi dari suatu

gen nah yang ketiga adalah coordinate

control of gen Vi simil control elem

jadi ee

ada kontrol secara bersama-sama dari

beberapa gen melalui elemen-elemen yang

sudah disebutkan di atas jadi bisa jadi

genin yang berbeda dikontrol oleh

transcription Factor atau kontrol elemen

yang

sama regulasi transkripsi itu melibatkan

RNA polimerasio 2 dan faktor-faktor

transkripsi tadi sudah disebutkan faktor

transkripsi itu meny menyebabkan

atauembat DNA tahu bahwa akan atau perlu

dilakukan transkripsi jadi RNA

polimerase 2 ini akan menempel pada

promoter khususnya pada bagian yang

disebut sebagai tat box untuk memulai

terjadinya

transkripsi selanjutnya elemen kontrol

tadi

Eh yang enhancer atau silencer itu

merupakan noncoding sequen dari DNA mana

transkrips faktor itu bisa

berikatan selanjutnya

eh hal yang perlu diketahui mengenai

regulasi transkripsi adalah bahwa

enhancer tadi yaitu kontrol elemen tadi

posisinya biasanya jauh dari gen atau

intron jadi posisinya bisa jauh jadi

tidak harus berdekatan dengan

operator sedangkan aktivator bind to

enhance to the non transcription of CH

jadi biasanya dia akan berikatan ee

dengan

ee bagian yang menyebabkan terjadi

transkripsi dari suatu gen nah kompleks

dari transcription Factor

enhancertivor aktivator dan RNA

polimerase 2 ini disebut sebagai

transcription initiation complex nah ini

harus ada harus terjadi Kompleks ini

agar transcription bisa terjadi nah n

kebalikan dari aktivator ada represor

Jadi kalau aktivator itu meng-enhance

jadi membuat atau terjadinya suatu

transkripsi represor ini menghambat

ekspresi dari suatu gen dengan

menghentikan transkripsi atau memblok

atau menghalangi

aktivator berikatan dengan

enhancer jadi seperti itu yang terjadi

ini jadi gambarannya seperti ini jadi

tadi dikatakan enhancer itu berada jauh

dari genin jadi disebut sebagai distal

control elemen jadi karena jauh letaknya

nah bagaimana dia bisa mempengaruhi Nah

di sini seperti ditunjukkan di bagian du

gambar 2 itu terjadi pelengkungan

sehingga posisi enhancer yang jauh ini

bisa kemudian mendekat ke bagian

promoter dan menyebatkan seperti yang

terjadi di gambar tig ikatan antara

enhancer

kemudian eh mediator protein itu bisa

jadi transcription Factor RNA polimerase

dan eh transcription Factor yang lain

mungkin yang bisa ber eh berikatan

dengan RNA polimerase maupun enhancer

sehingga membentuk transcription

initiation

kompleks selanjutnya yang ketiga untuk

ekspresi gen itu ada alternatif spliing

RNA atau sering dikatakan juga editing

Nah kita tahu bahwa pada eh eukariot itu

ada beberapa

ekson maupun

intron jadi bagian yang berperan sebagai

intron atau ekson yang ada beberapa pada

eukariot ini tidak selalu semuanya

diliing tidak selalu semuanya juga

dibiarkan jadi alternatif mana intron

atau ekson yang akan Maaf intron mana

intron yang diplicing dihilangkan dan

mana Ekon yang ditinggalkan itu

menentukan nanti hasil transkripsi jadi

Protein apa yang dihasilkan sehingga

pada

eukariot alternative splicing itu bisa

menyebabkan satu DNA yang sama

menghasilkan protein yang berbeda

beda

selanjutnya kontrol dari ekspresi Gin

adalah degradasi of MrNa jadi degradasi

RNA dan blockate of translation jadi ini

ketika sudah saya transkripsi maka RNA

MrNa tadi yang membentuk atau mengontrol

pembentukan protein yang tertentu itu

akan didegradasi di sini ada yang

namanya si s RNA dan m RNA di mana ini

mempengaruhi atau menentukan mana MrNa

yang akan

didegradasi Nah selanjutnya juga

menentukan blokade atau penghentian

translasi nah ini

eh perbandingan degradasi MrNa pada

prokariot dan

eukariot Jadi kalau pada prokariot

umumnya MrNa itu waktu hidupnya itu

pendek jadi dalam hit hungan hanya

second detik Ya hanya detik saja itu

akan terdegradasi begitu sudah selesai

menjalankan fungsinya sehingga

menyebabkan pada prokariot itu

Eh cepat sekali responnya terhadap per

perubahan lingkungan nah berbeda dengan

eukariot eh MrNa itu bisa Survive bisa

tetap aktif selama berjam-jam bahkan

berminggu-minggu sehingga menyebabkan

kondisi internal dari suatu organisme

bisa konstan dan tidak Mudah terpengaruh

oleh perubahan lingkungan

nah ini adalah eh en RNA yang bisa yang

terdiri dari m RNA atau mikro RNA atau

dan yang kedua short interfering RNA

atau S RNA ini adalah bagaimana caranya

tadi m RNA maupun

sna itu menyebabkan degradasi dari MrNa

tertentu yang sudah tidak diperlukan

lagi Eh

selanjutnya kontrol ekspresi Gin itu

adalah melalui posst translasi jadi

Sudah translasi sudah ber eh terjadi

terbentuk polipeptida maka

kemudian terjadi Processing protein dan

transport jadi transport pemindahan

protein dari tempat produksinya tadi ke

eh daerah-daerah yang

diperlukan kemudian terjadi juga kontrol

enzim Aktivitas enzim melalui efektor

dan inhibitor juga ada

degradasi dengan menggunakan proteasom

eh

eh yang terjadi pada akhir dari proses e

kontrol dari ekspresi Gin

ini Jadi ini degradasi protein oleh

proteasom Jadi terlihat di sini ada

protein yang perlu

didegradasi kemudian ada ubi kuitin yang

akan berikatan dengan protein yang perlu

didegradasi tadi dan juga ada proteasom

jadi ketika protein sudah

terubikuitinate jadi Sudah berikatan

dengan obikuitin maka proteasum akan

mengenali dan kemudian

meop jadi

membungkus protein yang perlu

didegradasi ini kemudian di degradasi

dan kemudian di

recycle jadi demikian eh e hal-hal yang

berkaitan dengan proses regulasi

ekspresi genin pada EU kar Terima kasih

wasalamualaikum warahmatullahi

[Musik]

[Musik]

wabarakatuh m