Tugas Fisiologi Mikroba Soal 1. Jelaskan definisi feedback inhibition

Tugas Fisiologi Mikroba
Soal
1. Jelaskan definisi feedback inhibition beserta contohnya!
2. Jelaskan pengertian konserted feedback inhibition!
3. Jelaskan mekanisme pengendalian dengan cara represi katabolit beserta contohnya!
Jawaban
1. Feedback inhibition atau end product inhibition merupakan suatu mekanisme
penghambatan aktivitas enzim pertama dalam suatu jalur biosintesis oleh produk akhir dalam
jalur biosintesis tersebut. Reaksi pertama dalam jalur biosintesis menghasilkan produk
intermediet yang digunakan oleh enzim berikutnya sebagai substrat. Dengan demikian,
penghambatan aktivitas enzim pada reaksi pertama dapat menghindarkan sel dari akumulasi
produk akhir dan pembentukan produk intermediet yang tidak diperlukan. Seperti dijelaskan
pada gambar berikut:
Gambar 1. Mekanisme feedback inhibition pada jalur tanpa percabangan
Biosintesis P dari prekursor A dikatalis oleh serangkaian enzim (E1 – En).
Konsentrasi Z yang tinggi menghambat perubahan A menjadi B. Penghambatan terjadi
karena P mampu terikat pada enzim (E1) pada sisi selain sisi katalitik. Akumulasi produk
akhir (P) menghambat enzim (E1) yang mengkatalis reaksi pertama dalam jalur tersebut.
Feedback inhibition juga dapat terjadi pada jalur biosintesis yang bercabang, dimana produk
akhir akan menghambat aktivitas enzim pertama dalam suatu percabangan, seperti pada
gambar 2.
Gambar 2. Mekanisme Feedback nhibition pada jalur percabangan
Dari gambar diatas produk akhir Y maupun Z disintesis dari prekursor yang sama (A)
melalui jalur yang berbeda. Akumulasi Y menyebabkan penghambatan pada enzim (E3) yang
mengkatalis perubahan C menjadi D. Di sisi lain, akumulasi Z menyebabkan penghambatan
pada enzim (E3) yang mengkatalis perubahan C menjadi E. Penghambatan tersebut
menyebabkan C terakumulasi karena tidak digunakan untuk reaksi berikutnya. Akumulasi C
selanjutnya menghambat enzim (E1) yang mengkatalis reaksi pertama dalam jalur tersebut.
Salah satu contoh mekanisme feedback inhibition adalah perubahan L-threonine
menjadi L-isoleucine dalam 5 langkah reaksi. Pada sistem tersebut, enzim pertama (threonine
dehydratase) dihambat oleh isoleusin yang merupakan produk akhir reaksi. Isoleusin bersifat
spesifik artinya tidak ada senyawa intermediet dalam rangkaian reaksi tersebut yang
menghambat threonine dehydratase, demikian juga tidak ada enzim lain dalam rangkaian
reaksi tersebut yang dihambat oleh isoleusin
Gambar 3. Mekanisme Feedback inhibition pada Iso-leusin
2. Concerted feedback inhibition adalah suatu mekanisme penghambatan aktivitas enzim
pertama dalam jalur biosintesis oleh lebih dari satu produk akhir dari biosintesisi tersebut
yang dihasilkann secara bersamaan oleh suatu prekursor, seperti terlihat pada gambar 4. Pada
kasus ini enzim pengatur pada suatu cabang memiliki tempat ganda (multiple site) untuk
efektor alosterik yang berbeda yang akan menghambat aktivitas enzim tersebut.
Gambar 4. Mekanisme concerted feedback inhibition
Berdasarkan gambar tersebut terlihat bahwa produk akhir (P1 dan P2) dalam jalur biosintesis
secara bersama-sama menghambat aktivitas dari enzim pertama dalam jaluar tersebut (A)
Salah satu contoh regulasi concerted feedback inhibition adalah dari keluarga Aspartat.
Gambar 5. Regulasi end product pada keluarga Aspartat (R: Represion, F: Feedback
Inhibition).
Prekursor aspartat menghasilkan end product berupa Asam amino lisin, metionin, dan
isoleusin., dan produk akhir ini menghambat kerja enzim pertama pada jalur ini yaitu
Aspartokinase I, II dan III.
3. Represi katabolit merupakan suatu suatu sistem regulasi dengan mekanisme
penghambatan ekspresi gen yang mengkode sintesis enzim-enzim yang digunakan untuk
metabolisme suatu sumber karbon. Sistem regulasi ini merupakan sistem regulasi pada tahap
inisiasi transkripsi atau regulasi pada tingkat promotor. Pada operon laktosa terdapat tiga
macam gen yaitu lac-Z, lac-Y dan lac-A. Ketiga gen ini masing-masing menyandikan βgalaktosidase, permease dan trans-asetilase. Regulasi operon laktosa dilakukan oleh suatu
protein regulator yang akan berinteraksi dengan promoter. Protein regulator ini akan
menentukan inisiasi translasi. Protein regulator dihasilkan oleh gen regulator. Dalam kasus
operon laktosa terdapat dua gen regulator yaitu gen Lac-i dan gen crp. Gen Lac-i
berhubungan dengan kehadiran laktosa sedangkan gen crp berhubungan dengan kehadiran
glukosa.
Represi katabolit pada operon lac dilakukan melalui protein regulator yang dikenal
sebagai CAP (catabolite activator protein), dan suatu molekul efektor yaitu cAMP (Cyclic
Adenin Monophosphate). Pada bakteri E.coli konsentrasi cAMP yang disintesis oleh enzim
adenil siklase, berkebalikan dengan konsentrasi glukosa dalam sel. Hal ini berarti jika
konsentrasi glukosa rendah, maka konsentrasi cAMP meningkat. Pada saat konsentrasi cAMP
meningkat, yaitu saat konsentrasi glukosa rendah, cAMP akan berikatan dengan CAP dan
mengaktifkan operon lac (gambar 6)
Gambar 6. Mekanisme represi katabolit
Salah satu contohnya yaitu pada bakteri Escherichia coli. Bakteri E-coli mempunyai
kemampuan mensintesis enzim β-galaktosidase sehingga bila laktosa dimanfaatkan sebagai
sumber karbon, maka bakteri tersebut dapat mengubah laktosa menjadi glukosa dan
galaktosa. Namun bila tersedia laktosa dan glukosa, maka bakteri akan lebih memilih glukosa
sebagai sumber karbon karena lebih mudah untuk dimanfaatkan dalam proses metabolisme.
Bakteri ini dapat mengatur gen penyandi β-galaktosidase sesuai dengan pilihan sumber
karbonnya yaitu laktosa dan glukosa. Sistem regulasi pengaturan ini sering disebut dengan
regulasi ekspresi gen atau regulasi operon lac.
Proses regulasi negatif operon laktosa, ada yang berlangsung dengan laktosa dan ada
yang tanpa laktosa. Represi ekspresi gen dilakukan oleh protein represor yang dikode oleh
gen LacI. Represor ini menempel pada daerah operator. Penempelan ini menyebabkan RNA
polimerase tidak dapat melakukan transkripsi gen-gen struktural,yaitu: Lac Z, Lac Y dan Lac
A sehingga dapat dikatakan operon laktosa mengalami represi. Proses represi ini akan terjadi
secara terus-menerus selama tidak ada laktosa di dalam sel. Dengan demikian sel akan
cenderung menggunakan sumber karbon yang sederhana terlebih dahulu, misalnya glukosa
untuk memenuhi kebutuhan selulernya.