RESUME INDUKSI DAN REPRESI DI PROKARIOT
Sumber : Gardner
Oleh : Amien Fadli
Produk tertentu dari gen, seperti molekul tRNA, molekul Rrna, protein
ribosom, komponen RNA polimerase dan enzim yang mengkatalis metabolisme adalah
komponen penting dari hampir semua mahluk hidup. Gen yang selalu dan secara
berkelanjutan terekspresi pada suatu sel ini disebut sebagai gen “penjaga
rumah” (housekeeping genes). Sedangkan gen yang terekspresi pada saat
tertentu atau secara konstitutif disebut sebagai gen konstitutif (constitutive genes). Melalui evolusi yang terjadi,
organisme prokaryotik dapat meregulasi gen-gen konstitutif ini sehingga gen
tersebut hanya akan terekspresikan pada saat benar-benar sangat dibutuhkan
untuk bertahan hidup di alam.
Peristiwa
induksi adalah peristiwa
dimana ekspresi suatu gen diaktifkan sebagai akibat adanya suatu senyawa
substrat tertentu pada lingkungan ekstraseluler, dan akan dimatikan jika
substrat dilingkngan eksternalnya telah hilang. Subtansi atau molekul yang memicu adanya induksi ini disebut induktor. Mekanisme represibel atau peristiwa represi adalah
peristiwa ekspresi suatu gen diaktifkan
sebagai akibat dari tidak adanya suatu senyawa substrat tertentu pada
lingkungan ekstraseluler, demikian sehingga ekspresi gen tersebut akan dimatikan.
Model Operon
Induksi dan represi gen
dapat diakatan memiliki mekanisme yang sama. Mekanisme ini pertama kali
diketahui pada tahin 1961. Pada tahun 1961, F Jacob dan J Monod menemukan suatu
set sekuens gen yang saling berdekatan dan tersusun dalam urutan spesifik serta
berfungsi untuk mengatur ekspresi gen konstitutif. Set sekuens gen tersebut
disebut sebagai operon yang tersusun atas empat sekuens gen yakni regulator,
promoter, operator, gen structural.
Regulator adalah sequens
gen yang mengkodekan protein repressor, protein repressor jika berikatan dengan
operator dari suatu gen maka proses transkripsi gen tersebut tidak akan
terjadi. Hal ini dikarenakan ikatan antara protein repressor dengan gen
operator akan menyebabkan RNA Polimerase tidak dapat menempel pada promoter.
Hal ini menyebabkan RNA polymerase tidak akan dapat mentraskripsi gen
struktural. Operator ini biasanya terletak diantara promoter dan gen
struktural. Terjadi atau tidanknya proses trankripsi suatu gen ditentukan oleh
ada dan tidaknya molekul efektor. Ada tidaknya molekul efektor pada lingkungan
intra maupun ekstraseluler akan sangat berpengaruh terhadap aktif tidaknya
protein repressor.
Perbedaan mendasar antara induksi
operon dan represi operon adalah sebagai berikut :
1.
Operon indusibel : protein repressor hanya mampu
berikatan dengan operator jika dia diketemukan dalam kondisi tidak berikatan
dengan molekul efektor.
2.
Operon represibel : protein repressor hanya mampu
berikatan dengan operator jika berikatan
dengan molekul efektor.
Iac, sebuah Operon Indusibel
Jacob
dan Monod merumuskan konsep operon berdasarkan penelitian mereka mengenai
operon lac pada E.colli. Operon lac tersusun atas sebuah promoter,sebuah operator
dan tiga buah gen structural yakni gen z, y, dan a, yang mengkodekan enzim.
Enzim tersebut adalah β-galaktosidase, β-galaktosidase permease dan
β-galaktosidase.
β-galaktosidase berfungsi
untuk memecah laktosa menjadi glukosa dan galaktosa, β-galaktosidase permese
merupakan pompa protein yang memasukkan laktosa kedalam sel, sedangkan
β-galaktosidase transasetilase, memiliki fungsi yang belum diketahui. Operon
lac ini memiliki gen regulator yang disebut dengan gen i. Protein represor dari operon lac yang
dikodekan oleh gen I akan menjadi inaktif apabila berikatan dengan allolactosa
sebagai molekul efektornya.
Operon Trp, Sebuah Operon Repressible
Trp
operon dari E. Coli adalah operan represibel yang terbaik yang sudah dikrtahui.
Kelompok dari lima gen dan sequent regulator yang berdekatan dari trp telah
diteliti. Trp operon represor merupakan produk dari dari gen trpR, yang tidak
terhubungun dekat dengan trp operon. Tidak adanya tryptophan, RNA polymerase
mengikat daerah promoter dan mentranskrip
strucktural gen dari operon. Jika tryptophan tersedia, maka repressor/co-repressor
akan mengikat daerah operator dan mencegah RNA polimerase mengikat promoter.
Produksi dari struktur gen trp operon akan terus berkurang karena penambahan tryptophan ke medium yang disebut
attenuation (terjadi oleh tryptophan-mediate yang berhenti pada transkripsi
trpL daerah di operon).
Control Positif Operon Laktosa Oleh CAP dan AMP
Siklis (CAMP)
Represi
katabolisme (efek glukosa) adalah fenomena glukosa yang mencegah induksi operon
laktosa seperti operon lain mengontrol enzim yang terlibat dalam katabolime
karbohidrat. Represi katabolisme operon laktosa dikenal sebagai media control
positif transkripsi oleh protein regulator yang dinamakan CAP dan molekul
efektor kecil yang dinamakan AMP siklis (Adenosine-3’, 5’-phosphat). Perlu
diperhatikan bahwa promoter lakstosa mengandung dua titik pelakatan yang
terpisah. Yaitu satu untuk RNA polimerase, dan satunya untuk CAP-CAMP complex.
CAP disebut juga sebagai
protein reseptor AMP siklik (CAMP). Kompleks CAP-CAMP harus berikatan pada
promoter laktosa agar operon dapat terinduksi. keduanya merupakan control
positif dari transkripsi operon laktosa. CAP berfungsi sebagai dimer yang
multimerik pada daerah fungsionalnya. CAMP berperan sebagai molekul efektor
yang menggabungkan CAP pada promoter laktosa saat transkripsi operon laktosa. Hanya
compek CAP-CAMP yang melekat pada promoter, pada kasus hilangnya CAMP, CAP
tidak melekat.
Konsentrasi tinggi glukosa
dapat menurubkan konsentrasi intraselular CAMP. Kemungkinan hal tersebut
dikarenakan glukosa menghambat aktivitas adenylcyclase (enzim yang
mengkatalisis perubahan CAMP dari ATP). Saat CAP dan promoter laktosa tidak
membentuk ikatan, maka RNA polymerase tidak dapat berikatan dengan promoter
laktosa. Hasil dari kontrol positif transkripsi dari operon laktosa oleh
CAP-CAMP, transkripsi dai operon laktosa tidak melibihi 2 persen dari induksi
dari adanya glukosa.
PERTANYAAN
- Bagaimana kemungkinan yang terjadi apabila terjadi mutasi pada sekuens operator dan sekuens gen regulator dari suatu operon?
Jika ada mutasi pada sekuens
gen operator pada suatu operon akan mengakibatkan sekuens tersebut tidak dapat
dikenali oleh protein repressor sehingga transkripsi dari gen structural yang
dimiliki oleh operon tersebut berlangsung secara terus menerus dan berjalan
tidak normal. Sedangkan mutasi pada sekuens
gen regulator dapat menyebabkan terbentuknya protein repressor dengan struktur
konfigurasi dan konformasi yang tidak komplemen dengan sekuens operator
sehingga protein repressor tidak dapat berikatan dengan operator dan
menyebabkan den structural dari suatu operon terus- menerus terekspresi.
