Cara Membedakan Bagaimana Lac Operon Diatur?

gen adalah sintesis rantai polipeptida dari protein fungsional berdasarkan informasi yang dikodekan oleh gen tertentu. Jumlah sintesis protein tertentu dapat diatur oleh regulasi ekspresi gen. Ekspresi diferensial gen dapat dicapai selama berbagai langkah sintesis protein . Namun, regulasi ekspresi gen berbeda pada gen eukariotik dan prokariotik . Lac operon adalah sekelompok gen yang bertanggung jawab untuk metabolisme laktosa E.coli . Regulasi ekspresi operon lac dicapai sebagai respons terhadap kadar laktosa dan glukosa dalam medium. Regulasi operon lac digunakan sebagai contoh utama regulasi gen prokariotik dalam studi biologi molekuler dan seluler pengantar.

Topik bahasan kami tentang:

1. Apa itu Regulasi Ekspresi Gen – Definisi, Regulasi Ekspresi Gen 2. Apa itu Lac Operon – Definisi, Struktur, Fungsi Produk Gen 3. Bagaimana Lac Operon Diatur – Lac repressor, CAP

Istilah Kunci: Catabolite Activator Protein (CAP), E. coli, Ekspresi Gen, Glukosa, Lac Operon, Lac Repressor, Metabolisme Laktosa

Yang perlu anda ketahui tentang Regulasi Ekspresi Gen

Regulasi ekspresi gen adalah istilah untuk berbagai mekanisme yang digunakan oleh sel untuk meningkatkan atau menurunkan produksi produk gen tertentu (protein atau RNA ). Hal ini dicapai selama berbagai langkah sintesis protein seperti yang dijelaskan di bawah ini.

1. Tingkat replikasi – Mutasi yang terjadi selama replikasi DNA dapat menyebabkan perubahan ekspresi gen.
2. Tingkat transkripsi – Transkripsi gen tertentu dapat dikontrol oleh represor dan aktivator.
3. Tingkat pasca-transkripsi – Ekspresi gen dapat dicapai selama modifikasi pasca-transkripsi seperti penyambungan RNA.
4. Tingkat translasi – Translasi molekul mRNA dapat dikontrol oleh berbagai proses seperti jalur interferensi RNA.
5. Tingkat pasca-translasi – Sintesis protein dapat diatur pada tingkat pasca-translasi dengan mengontrol modifikasi pasca-translasi.

Namun, regulasi ekspresi gen pada prokariota terutama dicapai selama inisiasi transkripsi. Ini melibatkan aktivator yang secara positif mengatur ekspresi gen dan penekan yang secara negatif mengatur ekspresi gen. Regulasi ekspresi gen pada langkah yang berbeda dari sintesis protein ditunjukkan pada gambar 1 .

Gambar 1: Regulasi Ekspresi Gen

Yang perlu anda ketahui tentang Lac Operon?

Lac operon adalah istilah untuk sekelompok gen yang bertanggung jawab untuk metabolisme laktosa E. coli. Maka dari itu, operon lac adalah unit fungsional genom E. coli . Semua gen dalam operon lac dikendalikan oleh satu promotor. Maka dari itu, semua gen dalam operon ditranskripsikan bersama. Produk gen adalah protein yang bertanggung jawab untuk mengangkut laktosa ke dalam sitosol sel dan pencernaan laktosa menjadi glukosa. Glukosa digunakan dalam respirasi sel untuk menghasilkan energy dalam bentuk ATP . Operon lac mungkin ada di banyak bakteri enterik lainnya juga. Struktur operon lac ditunjukkan pada gambar 2 .

Gambar 2: Lac Operon

Operon lac terdiri dari tiga gen yang dikendalikan oleh satu promotor. Gen-gen tersebut adalah lacZ , lacY , dan lacA . Gen-gen ini dikodekan untuk tiga enzim yang terlibat dalam metabolisme laktosa yang dikenal sebagai beta-galaktosidase, beta-galaktosida permease, dan beta-galaktosida transasetilase. Beta-galaktosidase terlibat dalam pemecahan laktosa menjadi glukosa dan galaktosa . Beta-galaktosida permease tertanam dalam membran sel, memungkinkan pengangkutan laktosa ke dalam sitosol. Beta-galaktosida transasetilase terlibat dalam transfer gugus asetil dari asetil Co-A ke beta-galaktosida. Transkripsi operon lac menghasilkan molekul mRNA polikistronik yang menghasilkan ketiga produk gen dari satu molekul mRNA. Umumnya, produk gen lacZ dan lacY cukup untuk katabolisme laktosa.

Selain ketiga gen tersebut, operon lac terdiri dari sejumlah daerah pengatur tempat berbagai protein dapat mengikat untuk mengontrol transkripsi. Urutan pengaturan kunci dalam operon lac adalah promotor, operator, dan situs pengikatan protein aktivator katabolit (CAP). Promotor berfungsi sebagai situs pengikatan untuk RNA polimerase , enzim yang bertanggung jawab untuk transkripsi gen. Operator berfungsi sebagai situs regulasi negatif yang mengikat represor lac . Situs pengikatan CAP berfungsi sebagai situs regulasi positif tempat CAP mengikat.

Bagaimana Lac Operon Diatur?

Regulasi ekspresi gen dalam gen prokariotik terjadi melalui operon yang dapat diinduksi di mana berbagai jenis protein mengikat, baik mengaktifkan atau menekan transkripsi operon berdasarkan kebutuhan sel. Lac operon adalah operon yang dapat diinduksi. Hal ini memungkinkan penggunaan laktosa, disakarida, dalam produksi energy dengan mengubahnya menjadi glukosa yang dapat dengan mudah digunakan dalam respirasi sel, ketika glukosa tidak tersedia untuk sel. Operon lac diatur dalam status “matikan” dan “hidupkan” berdasarkan keberadaan glukosa dalam sel. Represor lac bertanggung jawab atas mode ‘mematikan’ operon lac sementara CAP bertanggung jawab atas mode ‘menghidupkan’ operon lac .

Lac Represor

Represor lac adalah istilah untuk sensor laktosa, yang memblokir transkripsi operon lac dengan adanya glukosa. Penggunaan glukosa dalam respirasi sel membutuhkan langkah-langkah yang lebih sedikit dalam produksi energy bila dibandingkan dengan laktosa. Maka dari itu, ketika glukosa tersedia di dalam sel, glukosa siap dipecah di jalur seluler untuk menghasilkan energy. Selain itu, bila glukosa digunakan dalam respirasi, penggunaan laktosa untuk tujuan sebelumnya harus dihindari untuk mencapai efisiensi maksimum respirasi seluler. Dalam situasi ini, penyumbatan transkripsi operon lac dicapai dengan pengikatan represor lac ke wilayah operator operon lac . Umumnya, wilayah operator tumpang tindih dengan wilayah promotor. Maka dari itu, ketika represor lac mengikat ke wilayah operator, RNA polimerase tidak mampu mengikat ke wilayah promotor karena wilayah promotor lengkap tidak tersedia. Ketika glukosa sudah tersedia di dalam sel dan laktosa tidak tersedia, represor lac mengikat erat ke wilayah operator, menghambat transkripsi operon lac . Regulasi operon lac ditunjukkan pada gambar 3 .

Gambar 3: Regulasi Lac Operon

Protein Aktivator Katabolit (CAP)

Protein CAP adalah istilah untuk penekan glukosa yang mengaktifkan transkripsi operon lac . Ketika sel kehabisan glukosa dan laktosa tersedia di dalam sitosol, represor lac kehilangan kemampuannya untuk mengikat dengan DNA. Maka dari itu, ia mengapung dari wilayah operator, membuat wilayah promotor tersedia untuk mengikat RNA polimerase. Ketika laktosa tersedia, beberapa molekul diubah menjadi alolaktosa , isomer kecil laktosa. Pengikatan alolaktosa pada represor lac menyebabkan terlepasnya alolaktosa dari daerah operator. Maka dari itu, alolaktosa berfungsi sebagai penginduksi, memicu ekspresi operon lac . Selanjutnya, operon lac dianggap sebagai operon yang dapat diinduksi juga.

Namun, RNA polimerase saja tidak dapat mengikat sempurna ke wilayah promotor. Maka dari itu, CAP membantu pengikatan ketat RNA polimerase ke promotor. Ini mengikat ke situs pengikatan CAP di hulu ke promotor. Pengikatan CAP ke DNA diatur oleh molekul kecil yang dikenal sebagai AMP siklik (cAMP) . cAMP berfungsi sebagai sinyal lapar yang dibuat oleh E. coli tanpa adanya glukosa. Pengikatan cAMP ke CAP mengubah konformasi CAP, memungkinkan pengikatan CAP ke situs pengikatan CAP dari lac operon. Namun, cAMP hadir dalam sel ketika kadar glukosa sangat rendah di dalam sel. Maka dari itu, aktivasi operon lac hanya dapat dicapai ketika glukosa tidak tersedia untuk sel. Kesimpulannya, aktivasi operon lac dapat dicapai ketika glukosa tidak tersedia dan laktosa tersedia di dalam sel. Ketika baik glukosa maupun laktosa tidak ada di dalam sel, lac repressor tetap mengikat lac operon, mencegah transkripsi operon.

Kata terakhir

Operon lac adalah operon yang dapat diinduksi di mana protein yang dibutuhkan oleh metabolisme laktosa hadir dalam kelompok gen. Maka dari itu, transkripsi operon lac menghasilkan molekul mRNA polikistronik yang mampu mensintesis banyak produk gen. Operon lac diekspresikan hanya dengan tidak adanya glukosa dan adanya laktosa di dalam sel untuk respirasi seluler. Represor lac mengikat ke wilayah operator operon lac ketika glukosa sudah tersedia, dan laktosa tidak tersedia. CAP mengikat operator operon lac , membantu transkripsi ketika glukosa tidak tersedia, dan laktosa sudah tersedia. Maka dari itu, sel menjadi mampu memanfaatkan laktosa dalam respirasi sel untuk menghasilkan energy.

Sumber gambar:

1. “Kontrol ekspresi gen” Oleh ArneLH – Karya sendiri (CC BY-SA 3.0) melalui Commons Wikimedia 2. “Lac operon1” (Domain Publik) melalui Commons Wikimedia 3. “Lac operon” (CC BY 2.0) melalui Commons Wikimedia

Sumber bacaan:

1. “Regulasi Gen Prokariotik.” Lumen / Biologi Tanpa Batas, Tersedia di sini . 2. “Operon lac.” Khan Academy, Tersedia di sini . 3. “Lac Operon: Regulasi Ekspresi Gen pada Prokariota.” Biologi, Kelas Byjus, 21 November 2017, Tersedia di sini .