Kontrol ekspresi gen pada Bakteri

Gen adalah urutan nukleotida yang menyandikan suatu protein / polipeptida. Dalam suatu genom terdapat banyak sekali gen. Namun gen-gen tersebut tidak diekspresikan secara bersamaan. Gen hanya diekspresikan ketika protein yang dikodekan dibutuhkan oleh spesies tersebut. Ada gen yang hanya sekali diekspresikan, bahkan juga ada gen yang sama sekali tidak diekspresikan. Oleh karena itu, sel memerlukan suatu kontrol atau regulasi untuk mengatur kapan suatu gen akan diekspresikan dan kapan harus berhenti diekspresikan. Ada beberapa kontrol ekspresi gen pada Bakteri, yaitu :

a. Repressor

Repressor adalah protein regulator ekspresi gen yang dapat menghambat proses transkripsi karena menghalangi RNA polimerase berikatan dengan DNA. Contoh repressor dapat dilihat dari regulasi gen penyandi asam amino triptofan (trp gene) pada bakteri . Triptopan disandikan oleh oleh 5 unit gen yang disebut dengan operon menghasilkan serangkaian mRNA panjang. Ketika akan ditranskripsi, RNA polimerase berikatan dengan promotor yang letaknya di sebelum gen pertama. Setelah RNA polimerase berikatan dengan promotor, proses transkripsi mulai berlangsung.

Proses transkripsi pada operon di regulasi oleh suatu repressor yang dapat berikatan dengan bagian operator dari mRNA. Repressor baru bisa aktif berikatan dengan bagian operator dari mRNA jika repressor telah mengikat asam amino triptofan yang ada di media. Ketika repressor aktif berikatan dengan bagian operator, repressor aktif juga menutupi bagian promotor karena letak bagian operator dan promotor berdekatan bahkan kadang saling overlapping. Hal tersebut menyebabkan proses transkripsi tidak dapat berlangsung dan tidak akan terbentuk asam amino triptofan.

Namun ketika asam amino triptofan tidak tersedia, tidak ada ikatan antara repressor dan asam amino triptofan, sehingga repressor tidak aktif dan tidak bisa mengikat DNA. Akibatnya RNA polimerase dapat berikatan dengan promotor, proses transkripsi bisa berlangsung dan disintesis asam amino triptofan.

Kontrol ekspresi gen pada Bakteri, Kontrol ekspresi gen, triptofan, asam amino triptofan, sintesis asam amino triptofan

Gambar 1. Regulasi ekspresi gen trp operon; ketika terdapat triptofan dalam media bakteri, proses transkripsi tidak dapat berjalan karena RNA polimerase tidak bisa menempel pada DNA, sebaliknya ketika triptofan tidak ada pada media bakteri, transkripsi gen trp operon bisa berjalan. Sumber : Biology: Peter H. Raven et al

b. Aktivator

Ada beberapa promoter pada gen bakteri yang sulit mengikat RNA polimerase sehingga gen jarang terekspresi. Gen tersebut hanya dapat terekspresi jika suatu protein regulator yang disebut dengan transcriptional activator membantu memperkuat ikatan antara promoter dan RNA polimerase. Contoh transcriptional activator adalah catabolite activator protein (CAP) yang menginisiasi transkripsi gen pada E. coli untuk memanfaatkan sumber makanan lain jika tidak tersedia glukosa. Ketika konsentrasi glukosa rendah, konsentrasi cyclic AMP (cAMP) dalam sel akan naik. cAMP kemudian akan berikatan dengan protein CAP, menyebabkan protein CAP dapat mengikat kuat promotor sehingga promotor diaktifkan dan proses transkripsi dapat berlangsung.

transcriptional activator, transcriptional activator adalah catabolite activator protein (CAP), cyclic AMP (cAMP), CAP

Gambar 2. Mekanisme kerja catabolite activator protein ; ketika konsentrasi glukosa turun, konsentrasi cAMP akan naik dan berikatan dengan CAP menyebabkan RNA pilimerase dapat berikatan dengan promotor. Sumber : Biology: Peter H. Raven et al

c. Kombinasi antara repressor dan aktivator.

Regulasi ekspresi gen yang merupakan kombinasi antara repressor dan aktivator dapat dengan mudah dilihat pada lac operon dari E. coli. lac operon tersebut bertanggung jawab dalam menghasilkan enzim laktosa.

lac operon, lac operon yang bertanggung jawab untuk regulasi ekpresi gen perombak laktosa

Gambar 3. lac operon pada E. Coli; terdiri dari CAP binding site, promotor, operator, dan tiga gen yang diperlukan untuk merombak laktosa. Sumber : Biology: Peter H. Raven et al

lac operon mempunyai 2 protein regulator, yaitu aktivator dan repressor. Aktivator pada lac operon adalah catabolite activator protein (CAP). Ketika tidak ada sukrosa dalam sel, memicu terbentuknya cAMP yang kemudian berikatan dengan CAP menyebabkan CAP dapat berikatan dengan DNA sehingga promotor menjadi aktif. Sebaliknya, ketika sukrosa ada dalam sel, konsentrasi cAMP dalam sel rendah, CAP tidak dapat berikatan dengan DNA sehingga promotor tetap menjadi aktif.

Protein regulator yang kedua adalah repressor. Repressor akan mengikat bagian operator jika dalam sel tidak ada laktosa. Selain berikatan dengan bagian operator, repressor juga menutupi bagian promotor karena letak bagian operator dan promotor berdekatan bahkan kadang saling overlapping. Hal tersebut menyebabkan RNA polimerase tidak bisa mengikat promotor sehingga menyebabkan gen tidak bisa ditranskripsi. Namun jika dalam sel terdapat laktosa, laktosa akan berikatan dengan repressor, menyebabkan struktur sisi aktif repressor berubah sehingga repressor tidak bisa berikatan dengan promotor. Hal tersebut menyebabkan RNA polimerase bisa mengikat promotor dan proses transkripsi DNA berlangsung serta disintesis enzim untuk memanfaatkan laktosa sebagai sumber energi.

Adanya 2 protein regulator tersebut penyebabkan lac operon mempunyai regulasi ekspresi gen yang sangat menarik yaitu :

1. ketika dalam media bakteri terdapat glukosa dan laktosa, gen tidak terekspresi karena CAP tidak bisa mengikat promotor menyebabkan proses transkripsi tidak bisa berlangsung.

2. ketika dalam media bakteri terdapat glukosa namun tidak terdapat laktosa, gen tidak terekspresi karena CAP tidak bisa mengikat promotor menyebabkan proses transkripsi tidak bisa berlangsung.

3. ketika dalam media bakteri tidak terdapat glukosa dan laktosa, gen tidak terekspresi karena repressor akan mengikat daerah operator yang juga menutupi daerah promotor menyebabkan proses transkripsi tidak bisa berlangsung.

4. ketika dalam media bakteri tidak terdapat glukosa namun terdapat laktosa, gen akan terekspresi karena CAP bisa berikatan dengan promotor dan repressor tidak mengikat daerah operator.

bagaimana regulasi ekspresi gen, bagaimana regulasi lac operon

Gambar 4. a) dan b) Repressor berikatan dengan major grove DNA, menyebabkan DNA polimerase tidak bisa mengikat promotor sehingga transkripsi tidak bisa berjalan; c). Transkripsi dapat berlangsung ketika CAP terikat dengan DNA dan repressor tidak mengikat DNA. Sumber : Biology: Peter H. Raven et al

Postingan Terkait :
Mengapa Ukuran Sel Makhluk Hidup itu Kecil?

Endosimbiosis Merupakan Permulaan Sel Eukariotik

Kenapa Manusia Tidak Bisa Melihat Benda Kecil?

Pola Penalaran Deduktif dan Induktif

Ciri-Ciri Makhluk Hidup