30
Agu
11

Regulasi Ekspresi Gen pada Prokaryot

Ekspresi gen dimulai dari aktivitas RNA polimerase dalam mentranskrip DNA. Pengikatan RNA polimerase ke DNA terjadi di lokasi khusus yang disebut promotor. Promotor kuat mampu berinteraksi dengan RNA polimerase dan menginisiasi transkripsi dengan cepat. Hal sebaliknya terjadi pada promotor lemah. Transkripsi berjalan dari 3’®5’ DNA template atau mRNA disintesis dari 5’®3’. Transkripsi berakhir ketika RNA polimerase mencapai daerah penghentian atau terminasi. Kemudia RNA polimerase keluar dari DNA, sehingga diperoleh 1 pita mRNA lengkap.

Satu mRNA dapat mengkode 1 atau lebih polipeptida. mRNA yang dapat mengkode lebih dari 1 polipeptida disebut mRNA polisistronik. mRNA polisistronik ditranslasi menghasilkan beberapa polipeptida terpisah dalam sekali translasi. Translasi berlangsung di dalam ribosom. Setelah ditranslasi mRNA akan terdegradasi dengan cepat dalam beberapa menit.

Regulasi Transkripsi

Beberapa mRNA disintesis dengan kecepatan konstan dan terkode menghasilkan enzim konstitutif. Jumlah mRNA dan polipeptida yang diprosuksi dari beberapa enzim konstitutif bervariasi tergantung kekuatan promoternya. Selain promoter, operon berperan dalam menentukan kecepatan transkripsi.  Banyak operon diregulasi secara tidak langsung oleh perubahan kondisi lingkungan. Namun regulasi transkripsi pada promotor dan operon secara langsung dilakukan oleh protein regulasi. Protein regulasi mengikat operon pada daerah yang disebut operator atau lokasi regulasi. Pengikatan protein regulasi pada operator dapat meregulasi transkripsi dalam 2 bentuk, yaitu regulasi positif (menaikan kecepatan) dan regulasi negatif (menurunkan kecepatan) inisiasi transkripsi. Laktosa operon E. coli merupakan contoh regulasi negatif operon.

Selain diregulasi oleh protein regulasi, operon juga diregulasi oleh struktur sekunder mRNA. Struktur sekunder mRNA yang dapat meregulasi transkripsi adalah tusuk konde. Struktur tusuk konde mRNA menghasilkan 3 bentuk regulasi, yaitu penundaan (pausing), atenuasi (attenuation), dan antiterminasi. Ketiga struktur tusuk konde terletak di lokasi sangat dekat. Tusuk konde penundaan terletak di segmen 1 dan 2, tusuk konde atenuasi terletak di segmen 3 dan 4, sedangkan tusuk konde antiterminasi terletak di segmen 2 dan 3 dari segmen operon, tepatnya di urutan pemimpin (leader sequence). Dengan demikian hanya akan dijumpai maksimal 2 tusuk konde pada satu mRNA.

Mutasi nonsense juga dapat menghentikan transkripsi secara prematur pada proses elongasi. Jika pada regulasi atenuasi tidak menghasilkan polipeptida, tetapi pada regulasi nonsense menghasilkan polipeptida. Namun polipeptida hasil regulasi nonsense dapat berfungsi maksimal, sebagian, bahkan tidak sama sekali. Hal ini tergantung lokasi terjadinya mutasi nonsense. Jika mutasi terjadi di urutan awal sampai pertengahan, maka polipeptida yang dihasilkan tidak berfungsi. Namun jika mutasi terjadi pada urutan akhir, maka polipeptida yang dihasilkan dapat berfungsi sebagian atau penuh.

Operon Trp

Pada lingkungan yang terus menerus menghasilkan triptofan yang dibutuhkan sel, pengaturan ekspresi gan juga mulai turut bekerja. Sel berhenti membuat enzim-enzim yang berada di jalur triptofan. Pengaturan ini terjadi pada tingkat transkripsi, sintesis mRNA yang mengkode enzim ini.  Mekanisme dasar pengaturan ini dikenal denga sebutan mekanisme operon.yang ditukan oleh Jacob dan Monod (1961).

Saru keuntungan penting dari pengelompokan gen-gen yang fungsinya berhubungan menjadi satu unit transkripsi adalah bahwa satu saklar on-off dapat mengontrol keseluruhan kelompok yang berisis gen-gen yang fungsinya berhubungan. Saklar ini adalah segmen DNA yang disebut dengan operator. Operator meregulasi RNA polimerase ke gen-gen sehingga memungkinkan membuat gen turn on atau turn off. Operator terletak   antara promoter dan gen-gen operon.

Pada mekanisme operon trp, gen pengatur yang dikenal dengan sebutan trpR mensintesis protein represor yang dalam kondisi inaktif. Pada kondisi seperti ini operon dalam kondisi on dan sintesis triptofan dapat terus dilaksanakan. Sintesis dapat dilakukan karena gen pengkode enzim yang memperantarai sintesis triptofan terus menerus ditranskripsi. Gen ini dapat ditranskripsi karena tidak ada halangan bagi RNA polimerase berikatan dengan promoter  kemudian mentranskripsi gen-gen operon.

Pada kondisi triptofan tersedia dalam jumlah besar di medium kondisi yang terjadi akan berubah. Protein represor yang dihasilkan oleh gen pengatur akan berikatan dengan triptofan. Adanya ikatan ini akan membuat represor aktif dan kemudian mengenali operator dan beriikatan dengan operator. Ketika represor berikatan dengan operator maka akan menghalangi RNA polimerase untuk melakukan transkripsi. Hal ini dapat terjadi karena posisi operator berada diantara promoter (tempat mula-mula RNA polimerase berikatan) dan gen-gen operon.

 Operon Lac

Mekanisme operon trp dikenal dengan sebutan operon represibel karena transkripsinya diinhibisi oleh suatu molekul kecil yang spesifik. Kebalikannya operon indusibel akan distimulasi ketika suatu molekul kecil yang spesifik berinteraksi denga suatu protein pengatur.

Ketika bakteri E.coli berada pada medum yang tidak mengandung lakstosa maka bakteri tidak mengeluarkan enzim  β-galaktosidase. Namun 15 menit setelah pemberian laktosa maka bakteri kemudian mengeluarkan enzim tersebut. Pengaturan kapan bakteri mengeluarkan enzim pencerna laktosa ini dilakukan dengan mekanisme operon indusibel.

Ketika di lingkungan tidak terdapat laktosa maka gen pengatur (LacI) akan mengkode protein represor yang mengikatkan dirinya ke operator. Dengan adanya pengikatan ini maak RNA polimerase yang telah melekat pada promoter tidak dapat melakukan transkripsi gen-gen operon.

Ketika lingkungan menyediakan laktosa dalam julah yang besar maka alolaktosa yakni isomer yang terbentuk dari laktosa akan berikatan dengan protein yang dihasilkan oleh gen pengatur. Karena protein repressor berikatan dengan alolaktosa maka konformasinya berubah dan tidak lagi sesuai dengan promoter. Karena itu RNA polimerase dapat dengan mudah melakukan transkripsi gen-gen ada operon ini. Jadi mekanisme kerja anatar operon lac dan operon trp berlawanan. Adanya subsransu luar pada operon trp akan menghalangi ekspresinya sedangkan pada operon lac justru meningkatkannya.

Regulasi Translasi

Lokasi pengikatan mRNA pada ribosom yaitu urutan komplementer ujung 3’ rRNA 16S. Interaksi rRNA 16S dengan mRNA menghasilkan kompleks yang dapat menginisiasi sintesis protein. Kontrol translasi tergantung pada jumlah tRNA, produksi ribosom dan jumlah ribosom bebas. Jumlah tRNA pasti mempengaruhi kecepatan translasi, karena tRNA membawa asam amino untuk mentranslasi mRNA. Semakin banyak produksi ribosom, maka semakin cepat proses translasi. Semakin sedikit jumlah ribosom bebas, maka semakin cepat translasi. Beberapa ribosom bebas dapat menghambat translasi mRNA polisistronik yang seharusnya dikode (Cahscient, 2008).


0 Responses to “Regulasi Ekspresi Gen pada Prokaryot”



  1. Tinggalkan sebuah Komentar

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: