PENGENDALI NEGATIF
REGULASI EKSPRESI GENETIK PADA PROKARYOTIK
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 genEksperesi 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
