Tingkat Diferensiasi Sel dan Pengendaliannya!
Semua proses sel dikendalikan oleh enzim (protein). Ini disintesis di dalam sel oleh gen.
Ekspresi gen, yaitu protein yang disintesa olehnya dapat dikontrol pada tiga tingkat yang berbeda dan kontrol ini dilakukan oleh faktor-faktor yang ada dalam sitoplasma. Ini adalah:
I. Diferensiasi yang dilakukan dalam genom:
A. Perubahan kuantum DNA:
Kuantitas DNA dapat ditingkatkan atau dikurangi dan dengan demikian dapat terjadi diferensiasi. Peningkatan atau penurunan dapat disebabkan oleh metode berikut.
- Pengurangan kromatin:
Boveri (1889) mengamati penurunan kromatin pada zigot nematoda Parascaris, ia menemukan bahwa setelah pembelahan pertama, dari sel yang paling dekat dengan kutub hewan, bagian dari bahan kromosom tumpah ke dalam sitoplasma selama pembelahan kedua.
Pada tahap bersel 32, hanya dua sel yang memiliki komplemen gen lengkap (sel germinal primordial), sedangkan sisanya telah mengalami pengecilan kromatin (dugaan sel somatik). Jadi sel blastula yang berbeda memiliki kandungan kromatin yang berbeda dan memiliki diferensiasi kuantitatif. Kuantum DNA diferensial memiliki interaksi nukleo-sitoplasma diferensial. Fenomena serupa telah diperhatikan di beberapa Diptera.
- Amplifikasi gen:
Dalam oosit amfibi, sintesis rRNA sangat aktif. Untuk ini, gen untuk rRNA ada dalam jumlah salinan yang banyak. Genom diploid Xenopus laevis mengandung hampir 1600 salinan gen untuk rRNA dan semuanya dikelompokkan di wilayah pengatur nukleolar.
Masing-masing nukleolus ini secara aktif mensintesis rRNA. Kromosom lampbrush dari oosit Amfibi memiliki salinan ekstra gen tRNA dan mRNA yang mensintesis sejumlah besar molekul ini. Ini memiliki pengaruh peraturan atas proses pembangunan.
- Lesi genetik:
Variasi mutan Xenopus laevis hanya memiliki satu nukleolus, bukan dua normal. Kekurangan bahan nukleolus ini tidak mencegah perkembangan normal. Ketika mutan-mutan ini dikawinkan bersama, keturunannya terdiri dari tiga jenis: Bentuk Normal (2 nu), heterozigot (1 nu) dan mutan homozigot (0. nu) dalam rasio khas Mendel 1: 2: 1. Individu tanpa nukleolus melakukan tidak berkembang melampaui tahap awal. Mutan (Onu) terbentuk karena penghapusan gen 28 S dan 18 S rRNA dari salah satu kromosom.
(B) Perubahan kimia pada DNA:
DNA dapat dimodifikasi secara kimia dengan alkilasi atau metilasi yang enzim yang diperlukan ada di dalam sel. Reaksi mempengaruhi basa nukleotida tertentu dari DNA yang pada gilirannya mengubah hasil lainnya. Dari jumlah tersebut, metilasi terjadi hanya setelah replikasi DNA dan reaksi ini harus terjadi setiap kali setelah replikasi DNA selesai.
II. Kontrol Diferensiasi pada tingkat transkripsi:
Pada tingkat transkripsi selama proses sintesis protein, berbagai gen yang terdapat dalam kromosom embrio yang sedang berkembang dapat dikendalikan dengan metode berikut.
1. Regulasi gen oleh histon:
Molekul beruntai ganda DNA memiliki gugus asam fosfat bebas di permukaan luarnya dan ini dapat membentuk ikatan yang kuat dengan gugus NH +2 dari asam amino dasar rantai histon. Hubungan erat DNA dan histon ini mencegah DNA dari interaksi dengan zat lain dalam sitoplasma sehingga berfungsi sebagai cetakan untuk produksi RNA. Histon menghambat sintesis RNA prima DNA untuk mengurangi aktivitas DNA polimerase. Dengan demikian, histon berfungsi sebagai represor.
2. Regulasi gen oleh protein asam:
Ini adalah fosfoprotein non-histon, dengan triptofan dan tirosin sebagai konstituen utama. Protein ini tetap terkait erat dengan DNA (kompleks bebas histon) dan dianggap lebih penting untuk histon regulasi gen.
Kompleks DNA-histone tetap inert terhadap transkripsi, sehingga protein asam berinteraksi dengan histone dasar, menempatkan histone gen kritis tertentu sebagai promotor sehingga gen dapat ditranskripsi.
3. Regulasi gen dengan heterokromatisasi:
Heterokromatin interfase memiliki beberapa peran spesifik dalam regulasi gen. Misalnya, sintesis protein sangat sedikit pada manusia di mana sel darah mengandung banyak heterokromatin terkondensasi, sedangkan pada sel darah putih, sintesis protein sangat sedikit karena kurangnya heterokromatin terkondensasi.
AKU AKU AKU. Kontrol Diferensiasi pada tingkat terjemahan:
Pesan yang dibawa oleh mRNA harus diterjemahkan dan asam amino yang dibutuhkan diambil untuk membentuk berbagai protein. Ini melibatkan beberapa langkah sehingga selalu ada kemungkinan berbagai kontrol yang ada di setiap level.
Mekanisme pengaturan penting yang ada di tingkat penerjemahan adalah sebagai berikut:
1. Pergerakan mRNA dari nukleus ke sitoplasma:
Ada kemungkinan bahwa semua mRNA yang meninggalkan nukleus tidak dapat mencapai sitoplasma. Mungkin ada kehilangan bit mRNA yang berarti terjemahannya mungkin tidak benar. Jika beberapa mRNA dicegah mencapai sitoplasma maka terjemahannya juga mungkin berbeda.
2. Retensi kerusakan mRNA di dalam nukleus:
MRNA dapat diteruskan ke sitoplasma atau dapat terdegradasi atau rusak karena berbagai faktor. Degradasi dapat terjadi pada beberapa bagian untaian mRNA yang menghasilkan terjemahan diferensial.
3. Penyamaran mRNA:
Setelah mRNA disamarkan, terjemahan tidak mungkin dilakukan. Masking membutuhkan kerja agen lain untuk bertindak. Masking mungkin tidak seluruhnya tetapi sebagian sehingga menimbulkan perbedaan dalam penerjemahan.
4. Pengaruh molekul pengatur spesifik pada mRNA:
Molekul pengatur tertentu yang ada dalam sitoplasma dapat berasosiasi dengan mRNA dan dengan demikian mencegah mRNA memainkan perannya dalam translasi. Asosiasi mungkin sebagian atau lengkap.
5. Penghancuran mRNA:
Kadang-kadang mRNA dapat mencapai ribosom secara utuh tetapi dapat dihancurkan karena kekuatan tertentu yang mungkin ada. Ini mencegah atau mengubah karya terjemahan sehingga menghasilkan diferensiasi.
6. Inaktivasi Ribosom:
Ribosom yang biasanya memainkan peran penting dalam sintesis protein mungkin tidak aktif sehingga protein tertentu tidak dapat terbentuk. Setelah beberapa waktu, ribosom juga dapat diaktifkan. Fenomena ini menyebabkan jeda sementara dalam penerjemahan.
7. Perubahan pelipatan rantai polipeptida yang baru lahir:
Selama sintesis protein, rantai polipeptida membentuk prekursor protein. Ini terjadi dengan melipat. Setiap perubahan dalam pola lipat dapat mengubah struktur dan menghasilkan diferensiasi.
8. Perubahan yang terjadi pada faktor-faktor yang mempengaruhi sintesis protein:
Banyak faktor seperti hormon, enzim, dll. menghasilkan diferensiasi dengan memengaruhi jalur sintesis protein. Hormon ditemukan sangat efektif dalam arah ini, dan mereka membawa perubahan ini melalui jalur yang berbeda.
Mereka mungkin bertindak sebagai penekan gen. Ketika suntikan hidrokortison diberikan pada tikus, laju sintesis RNA meningkat di hati. Demikian pula jika estrogen disuntikkan, endometrium uterus menunjukkan aktivitas yang hebat. Terlihat bahwa kortison merangsang sekresi empat enzim: Triptofan pirolase, Tirosin transaminase, Glutamat alanin transaminase, dan Arginase. Hormon juga dapat mempengaruhi aktivitas enzim pada tingkat translasi. Hormon memengaruhi aktivitas gen kromosom dengan terlokalisasi di nukleus. Hormon lebih spesifik organ daripada spesifik gen.
