Regulasi Ekspresi Gen

Regulasi Ekspresi Gen
Author : Chaidar Warianto
Publish : 20-05-2011 10:07:05
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.
Page 1
Regulasi Ekspresi Gen
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).
Page 2