RSS

REGULASI EKSPRESI GENETIK PADA PROKARYOTIK

26 Apr

Secara umum dikenal dua sistem pengendalian ekspresi genetik yaitu pengendalian positip dan pengendalian negatif. Pengendalian positif artinya operon dapat diaktifkan oleh produk ekspresi gen regulator. Sebaliknya , pengendalian  negatif berarti operon tersebut  dinonaktifkan  oleh produk ekspresi gen regulator. Pengendalian positif dan negatif dapat dibedakan  menjadi dua sistem yaitu sistem yang dapat diinduksi ( Inducibel system) dan sistem yang dapat ditekan (repressibel system). Secara skematis sistem yang dapat diinduksi dan sistem yang dapat ditekan  digambarkan sebagai berikut.

Pada gambar sebelah atas (a) adalah gambar mengenai pengaturan ekpresi gen pengendalian negatif, sedangkan pada gambar sebelah bawah (b) adalah gambar mengenai pengaturan ekspresi gen pengendalian positif. Pada gambar pertama dari gambar pengendalian negatif menjelaskan bahwa gen regulator menghasilkan suatu protein represor. Represor ini menempel pd daerah operator yg terletak disebelah hilir promoter. . Penempelan menyebabkan RNA polimerase tidak dapat melakukan transkripsi gen-gen struktural sehingga operon mengalami represi. Pada gambar kedua dari pengendalian negatif menjelaskan bahwa induser melekat pada bagian represor dan mengubah struktur (sisi allosterik) dari represor, sehingga mengubah secara allosterik konformasi molekul represor, kemudian represor tidak dapat menempel lagi pada operator dan represor tidak mampu menghambat trankripsi. RNA polimerase akan terus berjalan. Pada gambar ketiga dari pengendalian negatif menjelaskan bahwa represor yang dihasilkan oleh gen regulator tidak berikatan dengan ko-represor akan tidak aktif dan trankripsi pun akan berjalan. Pada gambar keempat pada pengendalian negatif menjelaskan bahwa represor yang berikatan dengan ko-represor pada sisi allosteriknya akan menghambat transkripsi.

Pada gambar pertama dari pengendalian positif menjelaskan bahwa gen regulator menghasilkan suatu aktivator yang belum aktif, sehingga transkripsi tidak bisa berjalan. Pada gambar kedua dari pengendalian positif menjelaskan bahwa aktivator yang dihasilkan oleh gen regulator berikatan dengan protein induser sehingga aktivator akan tereaktivasi dan trankripsi pun berjalan. Pada gambar ketiga pada pengendalian positif menjelaskan gen regulator yang menghasilkan suatu aktivator yang sudah aktif dan transkripsi akan berjalan. Pada gambar keempat dari pengendalian positif menjelaskan bahwa aktivator akan berikatan dengan  ko-represor sehingga menjadi tidak aktif, maka tidak terjadi transkripsi.

Pengendalian Negatif Operon Lac.

       a. Tanpa laktosa : represi ekspresi gen

Pengendalian operon laktosa secara negatif dilakukan oleh protein repressor yang dikode oleh gen Lac I. Repressor LacI adalah suatu protein tetra merik yang tersusun atas empat polipeptida yang identik. Represor ini menempel pada daerah operator (Lac O) yang terletak disebelah hilir dari promoter. Operator lac berukuran sekitar 28 pasangan basa . Penempelan semacam ini menyebabkan RNA Polimerase tidak dapat melakukan transkripsi gen-gen  struktural Lac Z, Lac Y, Lac A. Sehingga operon laktosa dikatakan mengalami represi. Proses penekanan atau represi semacam ini akan terjadi terus menerus selama tidak ada laktosa dalam sel. Inilah yang disebut mekanisme efisiensi selular karena sel tak perlu mengaktifkan operon laktosa jika memang tidak ada laktosa sehingga energi selularnya dapat dihemat.

          b. Ada laktosa : derepresi ekspresi gen

Eksperesi gen didahului oleh proses pengaktifan operon laktosa.Proses pengaktifan operon laktosa disebut sebagai proses induksi. Induksi operon laktosa dapat terjadi jika ada laktosa di dalam sel. Laktosa yang ada di dalam medium pertumbuhan diangkut ke dalam sel dengan menggunakan enzim permease galaktosida. Operon laktosa tidak sepenuhnya ketat karena  di dalam sel sel selalu ada produk ekspresi operon ini meskipun pada aras paling dasar ( basal level). Oleh karena itu, meskipun belum ada induksi sepenuhnya, di dalam sel sudah ada produk  enzim permease galaktosida. Enzim inilah yang akan mengangkut laktosa ke dalam sel. Demikian pula halnya dengan enzim β- galaktosidase di dalam sel yang selalu ada dalam jumlah yang terbatas, meskipun belum ada induksi sepenuhnya, sehingga dapat mengubah laktosa  menjadi allolaktosa. Allolaktosa inilah yang sesungguhnya menjadi induser untuk mengaktifkan operon laktosa.  Allolaktosa adalah suatu isomer  yang terbentuk dari laktosa , mendepresi operon dengan cara menginaktifkan repressor. Dengan cara ini, enzim untuk metabolisme terinduksi atau transkripsi berjalan. Di bawah ini diberikan  gambar skema  pola regulasi ekspresi operon Lac pada Eschericaia coli

Penegendalian  positif

Pengaturan gen diartikan sebagai positif  hanya ketika suatu  molekul aktivator berinteraksi langsung dengan genom untuk mengubah transkripsi ke keadaan on. Selain dikendalikan secara negatif, operon lac juga dikendalikan secara positif. Dalam sistem semacam ini operon Lac diaktifkan kembali setelah sebelumnya ditekan sampai aras yang paling dasar (basal level). Pengendaliaan ini memberikan keuntungan bagi sel karena operon laktosa tetap dalam keadaan  non-aktif selama masih tersedia glukosa dalam jumlah yang banyak. Dalam kasus operon lac, penghilangan represor dari operator tidak cukup untuk mengaktifkan operon tersebut sehingga diperlukan suatu sistem yang bekerja secara positif (mempercepat) proses pengaktifan operon. Pada saat E.coli ditumbuhkan  dalam medium yang mengandung dua macam sumber karbon yang berbeda, yaitu glukosa dan galaktosa, maka sel tidak perlu mengaktifkan operon laktosa jika dalam sel masih tersedia glukosa.

Represi katabolit pada operon  Lac dilakukan melalui protein regulator  yang dikenal sebagai CAP (catabolite activator protein) dan suatu molekul efektor yaitu cAMP. Pada saat konsentrasi cAMP meningkat, yaitu pada saat konsentrasi glukosa rendah, maka cAMP akan berikatan dengan CAP dan mengaktifkan operon lac.  Operon lac mempunyai dua sisi pengikatan yang berbeda, yaitu sisi pengikatan untuk RNA polimerase dan sisi pengikatan untuk kompleks CAP- cAMP. Kompleks  CAP- cAMP terikat pada promoter lac, pengikatan kompleks CAP-cAMP pada promoter membantu RNA polimerase untuk terikat pada promoter. Pengikatan CAP-cAMP pada promoter membentuk kompleks tertutup yang selanjutnya mekjadi kompleks terbuka yang siap melakukan transkripsi.

            Bagaimana sel E. coli mengetahui konsentrasi glukosa , dan bagaimana informasi itu disampaikan ke genom ? Jawabannya mekanisme tersebut menagandalkan interaksi antara protein pengatur allosterik dengan suatu molekul organik  yang berukuran kecil. Molekul itu adalah AMP siklik (cAMP), yang ber akumulasi bila glukosa tidak ada. Protein pengaturnya adalah protein reseptor cAMP (c AMP receptor protein atau CRP), dan protein ini merupakan aktivator transkripsi. Ketika cAMP mengikatkan diri ke lokasi alosterik pada CRP , protein akan berubah ke bentuk aktifnya, dan dapat mengikatkan diri pada suatu tempat tertentu di sebelah promoter lac. Penempelan CRP pada DNA ini membuat RNA polimerase lebih mudah mengikatkan diri pada promoter di dekatnya dan memulai proses transkripsi operon. Karena CRP merupakan protein pengatur yang langsung menstimulasi ekspresi gen. Mekanisme ini dapat disebut sebagai pengaturan positif. Jika jumlah dari glukosa di dalam sel meningkat, konsentrasi cAMP menurun,   dan CRP akan lepas dari operon Lac (Yuwono.2005).

            Kontrol positif , protein reseptor cAMP

RNA polimerase memiliki afinitas yang rendah terhadap promoter dari operon lac terkecuali dibantu oleh protein pengatur yang disebut protein reseptor cAMP (CRP), yang mengikatkan diri pada suatu tempat di DNA yang terletak di sebelah promoter.. Molekul CRP dapat menempel pada DNA hanya ketika berasosiasi dengan AMP siklik (cAMP), yang konsentrasinya di dalam sel akan meningkat ketika konsentrasi glukosa menurun. Jika glukosa sedikit , cAMP mengaktifkan CRP , dan operon lac menghasilkan sejumlah besar mRNA untuk jalur laktosa. Tetapi ketika ada g;ukosa, cAMP jarang (sedikit), CRP tidak dapat menstimulasi transkripsi . Oleh karena itu , walau laktosa tersedia , sel cenderung akan mengkatabolis glukosa , menggunakan enzim yang selalu ada. Sistem pengaturan ini memastikan bahwa E. coli akan berpindah untuk mengkonsumsi laktosa dan katabolit-katabolit sekunder lainnya hanya jika glukosa tidak tersedia (Campbell, 2002).

TULISAN INI DISUSUN OLEH NURBAETY, S.Pd

 
Tinggalkan komentar

Ditulis oleh pada 26 April 2011 in Biomolekuler

 

Tag: , ,

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

 
%d blogger menyukai ini: