Operon adalah bagian dari materi genetik (atau DNA) yang bertindak sebagai unit tunggal yang diatur yang memiliki satu atau lebih gen struktural, gen operator, gen promotor, gen pengatur, represor dan induser atau korepresor (dari luar). Gen operator, promotor, dan regulator merupakan wilayah pengatur.
Sistem operon umum di prokaritoes. Operon pertama lÐ°Ñ -operon ditemukan oleh Jacob dan Monad (1961). Belakangan sejumlah operon seperti itu ditemukan, misalnya, trp -operon, ara -operon, his – operon, vol -operon. Operasi terdiri dari dua jenis, inducible dan repressible.
Sumber Gambar: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d2/Lac_operon-2010-21-01.png
Sistem Operon Terinduksi – Lac Operon (Gbr 6.34):
Sistem operon yang dapat diinduksi adalah unit materi genetik yang diatur yang diaktifkan sebagai respons terhadap keberadaan bahan kimia. Ini terdiri dari bagian-bagian berikut:
Gen Struktural:
Mereka adalah gen yang sebenarnya mensintesis mRNA. MRNA mengontrol aktivitas metabolisme sitoplasma melalui pembentukan protein atau enzim di atas ribosom. Sebuah operon memiliki satu atau lebih gen struktural. Laktosa atau lac-operon Escherichia coli mengandung tiga gen struktural (Z, Y, A).
Mereka mentranskripsi molekul mRNA poiycistronic yang membantu sintesis tiga enzim—P-galactosidase untuk menghidrolisis laktosa atau galaktosida, permease laktosa atau galaktosida untuk memungkinkan masuknya laktosa dari luar dan tiogalaktosida asetilase atau transasetilase untuk memetabolisme tiogalaktosida beracun yang juga diperbolehkan masuk melalui permease laktosa.
Namun, ketiga enzim tersebut diproduksi dalam konsentrasi molar yang berbeda. Tingkat ekspresi lactoperon yang sangat rendah dan akibatnya enzimnya selalu ada. Awal masuknya laktosa ke dalam bakteri akan terjadi hanya karena aktivitas ini.
Gen Operator:
Ini adalah gen yang secara langsung mengontrol sintesis mRNA atas gen struktural. Itu dimatikan oleh kehadiran represor. Induser dapat menghilangkan represor dan mengaktifkan gen. Gen tersebut kemudian mengarahkan gen struktural untuk mentranskripsi . Gen operator operon lac terbuat dari hanya 27 pasangan basa.
Gen Promotor:
Ini bertindak sebagai sinyal inisiasi yang berfungsi sebagai pusat pengenalan RNA-polimerase asalkan gen operator diaktifkan. RNA polimerase terikat pada gen promotor. Ketika gen operator berfungsi, polimerase bergerak melewatinya dan mencapai gen struktural untuk melakukan transkripsi.
Gen Pengatur (lac i-Gene):
Dalam lac-operon, itu disebut i -gen karena menghasilkan penghambat atau penekan. Represor mengikat gen operator dan menghentikan kerja yang terakhir. Ini memberikan kontrol negatif atas kerja gen struktural.
Penekan:
Ini adalah protein regulator yang disintesis sepanjang waktu (secara konstitutif) oleh gen -regulator i. Represor dimaksudkan untuk memblokir gen operator sehingga gen struktural tidak dapat membentuk mRNA. Ini memiliki dua situs alosterik, satu untuk menempel pada gen operator dan kedua untuk mengikat induser.
Setelah bersentuhan dengan induser, represor mengalami perubahan konformasi sedemikian rupa sehingga tidak dapat bergabung dengan operator. Penekan laktosa atau lac-operon adalah protein yang memiliki berat molekul 160.000. Itu terdiri dari empat subunit, masing-masing memiliki berat molekul 40.000.
Induser:
Ini adalah bahan kimia (substrat, hormon atau metabolit lain) yang setelah bersentuhan dengan represor, mengubah yang terakhir menjadi keadaan pengikatan non-DNA sehingga membebaskan gen operator. Penginduksi lac-operon Escherichia coli adalah laktosa (sebenarnya allolaktosa, atau metabolit laktosa).
TOPI:
Ini adalah aktivator yang disebut protein aktivator katabolik. Ini memberikan kontrol positif pada lacoperon karena jika tidak ada, RNA polimerase tidak dapat mengenali gen promotor. Gennya terletak jauh dari operon tetapi situs reseptor CAP terjadi di dekat promotor lac. CAP mengaktifkan gen lac hanya ketika glukosa tidak ada.
RNA polimerase dikenali oleh gen promotor. Ini melewati gen operator yang dibebaskan dan kemudian mengkatalisis transkripsi mRNA di atas gen struktural. MRNA masuk ke sitoplasma dan membentuk protein atau enzim tertentu. Dari tiga enzim yang diproduksi oleh lac-operon, laktosa-permease dimaksudkan untuk membawa laktosa ke dalam Sel. Î’-galactosidase (= laktase) memecah laktosa menjadi dua komponen, glukosa dan galaktosa. Enzim seperti laktase atau (3-galactosidase yang terbentuk sebagai respon terhadap keberadaan substratnya sering disebut enzim inducible atau adaptive.
Sistem operon yang diinduksi umumnya terjadi pada jalur katabolik. Namun, lac-operon tidak akan tetap beroperasi tanpa batas meskipun terdapat laktosa di lingkungan eksternal .
Ini akan menghentikan aktivitasnya dengan akumulasi glukosa dan galaktosa di dalam sel di luar kapasitas bakteri untuk metabolisme mereka. Lac-operon juga di bawah kendali regulasi positif.
Sistem Operon yang Dapat Ditekan (Gbr. 6.35):
Sistem operon yang dapat ditekan umumnya ditemukan di jalur anabolik. Operon aktif dan enzim yang diproduksi oleh gen strukturalnya biasanya ada di dalam sel. Fungsi operon dihentikan ketika konsentrasi produk akhir melewati nilai ambang batas. Contoh sistem represibel adalah tryptophan atau trp operon dari Escheri chia coli. Itu juga dikerjakan oleh Jacob dan Monod dan terdiri dari yang berikut:
Gen Struktural:
Gen terhubung ke transkripsi mRNA. MRNA menerjemahkan informasi kode mereka dalam sintesis polipeptida. Polipeptida memunculkan zat protein termasuk enzim. Tryptophan operon memiliki lima gen struktural—trp E, D, С, B, A. Mereka membentuk enzim untuk lima langkah sintesis triptofan.
Gen Operator:
Ini mengontrol fungsi gen struktural. Biasanya itu terus diaktifkan karena aporepressor yang dihasilkan oleh gen regulator tidak dapat sepenuhnya memblokir gen operator. Gen operator dimatikan ketika corepressor tersedia bersama dengan porepressor.
Gen Promotor:
Ini adalah situs untuk pengikatan awal RNA-polimerase. Yang terakhir berjalan dari gen promotor ke gen struktural asalkan gen operator diaktifkan.
Komponen Wilayah Regulasi Lainnya:
Dua komponen daerah pengatur terjadi antara gen operator dan gen struktural E. Mereka adalah urutan pemimpin (L) dan attenuator (A). Urutan pemimpin terlibat dalam mengendalikan attenuator. Attenuator membantu dalam mengurangi sintesis triptofan ketika hadir dalam jumlah yang cukup tanpa mematikan operon.
Gen Pengatur (trp R):
Ini membentuk komponen protein untuk kemungkinan memblokir aktivitas gen operator. Gen regulator operon triptofan terletak pada jarak yang jauh dari operon yang tersisa.
Aporepresor:
Ini adalah zat protein yang disintesis oleh gen regulator. Aporepressor membentuk komponen represor untuk memblokir kerja gen operator. Untuk ini diperlukan corepressor. Ketika yang terakhir tidak tersedia dalam kekuatan yang tepat, gen operator tetap diaktifkan karena dengan sendirinya, aporepressor tidak dapat menghalangi kerja gen operator.
Korepresor:
Ini adalah komponen represor nonprotein yang juga merupakan produk akhir dari reaksi yang dikatalisis oleh enzim yang dihasilkan melalui aktivitas gen struktural. Produk akhir sering digunakan dalam beberapa reaksi lain sehingga jarang terakumulasi dan karenanya tidak berfungsi sebagai korepresor.
Namun, setiap kali terakumulasi atau tersedia dari sumber luar, produk akhir menjadi korepresor, bergabung dengan aporepresor, membentuk represor dan memblokir gen operator.
Gen struktural sekarang menghentikan transkripsi. Fenomena ini dikenal sebagai represi umpan balik. Ini menggunakan kontrol negatif. Dalam operon triptofan, triptofan (asam amino) berfungsi sebagai korepresor.
Perbedaan antara Induksi dan Represi:
Induksi:
- Ini adalah pengaktifan operon yang biasanya tetap dimatikan.
- Induksi disebabkan oleh substrat baru yang akan ditangani dan dimetabolisme.
- Umumnya terhubung dengan jalur katabolik.
- Gen pengatur dari operon, yang dapat menjalani induksi, menghasilkan represor yang menghalangi gen operator.
- Induksi adalah penghilangan represor suatu operon oleh metabolit penginduksi.
- Inducer adalah substrat, hormone atau hasil sampingannya.
- Ini menghasilkan transkripsi dan terjemahan.
Represi:
- Mematikan operon yang biasanya tetap aktif.
- Represi disebabkan oleh peningkatan pembentukan atau ketersediaan suatu metabolit.
- Represi sebagian besar terhubung dengan jalur anabolik.
- Gen pengatur dari operon, yang dapat mengalami represi, menghasilkan bagian dari represor yang disebut aporepresor. Hal yang sama tidak dapat memblokir gen operator.
- Represi adalah pemblokiran gen operator operon melalui kompleks represor yang dibentuk oleh penyatuan aporepresor yang dibentuk oleh gen regulator dan korepresor yang sebenarnya merupakan produk jalur anabolik.
- Repressor adalah senyawa yang dibentuk oleh aporepressor dan corepressor yang umumnya merupakan produk akhir dari jalur metabolisme.
- Represi menghentikan transkripsi dan translasi.
Keuntungan Regulasi Gen:
- Sejumlah gen terkait yang diperlukan untuk aktivitas metabolisme tertentu dapat diaktifkan atau dinonaktifkan secara bersamaan.
- Regulasi gen memungkinkan sel menyesuaikan metabolisme sesuai kebutuhan perubahan dan perkembangan lingkungan.
- Ekonomis karena mensintesis enzim hanya bila diperlukan.
- Regulasi gen membantu dalam pertumbuhan dan diferensiasi.
- Sangat membantu dalam kelancaran penyelesaian reaksi berantai.