Apa itu Operon, Operon Lac dan Operon Trp

Operon adalah sekelompok gen yang berhubungan secara fungsional yang dikendalikan oleh operator bersama. Operon terdiri dari beberapa gen yang dikelompokkan bersama dengan promotor dan operator. Operon hadir dalam prokariota (bakteri dan archaea), tetapi tidak ada pada eukariota. Dalam beberapa situasi beberapa operon dikendalikan oleh protein pengatur yang sama; dalam kasus ini operon membentuk sebuah regulon. Operon pertama kali diidentifikasi sebagai mode kontrol ekspresi gen pada tahun 1961 oleh François Jacob dan Jacques Monod.

Struktur Operon

Operon adalah wilayah DNA yang berisi kumpulan gen terkait. Mereka terdiri dari wilayah promotor, operator, dan beberapa gen terkait. Operator dapat ditempatkan baik di dalam promotor atau antara promotor dan gen. RNA polimerase memulai transkripsi dengan mengikat ke wilayah promotor. Lokasi operator penting karena pengaturannya memungkinkan atau mencegah transkripsi gen ke mRNA.

opron lac
Gambar ini menunjukkan struktur operon Lac dan gen represor lacR yang berdekatan.

Fungsi Operon

Operon adalah paket lengkap untuk ekspresi gen dan sintesis polipeptida. Dengan menggabungkan gen terkait, semua polipeptida yang diperlukan untuk fungsi tertentu disintesis sebagai respons terhadap stimulus tunggal. Sebagai contoh, bakteri Escherichia coli mengandung sejumlah gen yang dikelompokan menjadi operon dan regulon: Opren lac yang terlibat dalam degradasi laktosa, operon Trp yang terlibat dalam biosintesis triptofan, dan operon ini yang terlibat dalam biosintesis histidin. Operon ini dihidupkan ketika produk gen dibutuhkan.

Operon dapat berada di bawah kontrol negatif atau positif. Kontrol negatif melibatkan mematikan operon di hadapan represor; ini dapat direpresi atau diinduksi. Operon yang dapat ditekan adalah yang biasanya aktif tetapi dapat ditekan dengan adanya molekul repressor. Represor mengikat ke operator sedemikian rupa sehingga gerakan atau pengikatan RNA polimerase diblokir dan transkripsi tidak dapat dilanjutkan. Operon induksi adalah salah satu yang biasanya mati. Dengan tidak adanya inducer operator diblokir oleh molekul represor. Ketika induser hadir berinteraksi dengan protein represor, melepaskannya dari operator dan memungkinkan transkripsi untuk melanjutkan. Replayible operon umumnya terlibat dalam jalur anabolik, atau sintesis dari komponen penting, sementara operon yang diinduksi umumnya terlibat dalam jalur katabolik, atau pemecahan nutrisi. Kontrol positif dari operon adalah ketika ekspresi gen didorong oleh kehadiran protein pengatur.

Operon lac

Opren lac adalah contoh operon klasik, dan bertanggung jawab untuk degradasi protein susu laktosa. Opren lac adalah operon induksi; dengan tidak adanya laktosa, operator diblokir oleh protein represor. Operon ini terdiri dari promotor dengan operator, dan tiga gen (lacZ, lacY, dan lacA) yang mengkodekan β-galactosidase, permease, dan transacetylase. Tiga gen terlibat dalam pemecahan laktosa menjadi metabolitnya: β-galactosidase memecah laktosa menjadi glukosa dan galaktosa, sementara dua protein lainnya membantu dalam proses metabolisme. Ekspresi Opren lac dikendalikan oleh lacI gen regulator, yang terletak tepat bersebelahan dengan wilayah promotor. LacI mengkodekan protein represor alosterik yang menjaga Opren lac “off”.

Agar Opren lac diaktifkan, molekul inducer harus menonaktifkan protein represor. Molekul inducer dalam sistem ini adalah allolactose, isomer laktosa. Ketika laktosa dan isomernya ada di dalam sel, allolactose akan berikatan dengan situs alosterik pada protein represor, mengubah konformasi dan membuatnya tidak aktif. Ketika protein represor melepaskan dari operator, RNA polimerase dapat berikatan dengan promotor, transkripsi dapat terjadi, dan tiga gen degradasi laktosa dapat disintesis.

Opren lac juga di bawah regulasi gen positif. Sementara penghapusan protein represor di hadapan laktosa diperlukan untuk sintesis lacZ, lacY, dan lacA gen, ekspresi gen akan tetap rendah. Tingkat ekspresi gen dikendalikan oleh jumlah sumber energi yang disukai, glukosa, di dalam sel. Kontrol ini diatur oleh protein pengatur alosterik, protein pengaktif katabolit (CAP). Ketika kadar glukosa dalam sel rendah, molekul organik AMP siklik dalam konsentrasi tinggi. Cyclic AMP mengaktifkan CAP dengan mengikat ke situs alosterik, menyebabkan CAP untuk melekat pada promon operon Lac. Berbeda dengan protein represor, pengikatan CAP ke operon Lac menstimulasi ekspresi gen. Ketika kadar glukosa sel meningkat, tingkat AMP siklik dalam sel menurun, dan protein aktivator akan memutuskan hubungan dari promotor. Transkripsi akan kembali ke level rendah, atau akan mati jika protein represor menyambungkan kembali.

Ekspresi gen operon Lac
Gambar ini menggambarkan operon Lac dan bagaimana ekspresi gennya berada di bawah kendali positif dan negatif.

Operasi Trp

Operon Trp bertanggung jawab untuk sintesis tritofan asam amino ketika tidak tersedia di lingkungan. Operon Trp terdiri dari promotor dengan operator, dan lima gen yang mengkodekan enzim untuk sintesis triptofan. Operon Trp diatur oleh gen regulator trpR, gen yang terletak pada jarak dari operon Trp.

Operon Trp adalah contoh dari operon yang dapat ditekan; itu kecuali dimatikan oleh protein represor. Protein represor disintesis oleh trpR. Sementara protein represor selalu ada di dalam sel, ia disintesis dalam bentuk tidak aktif. Ketika corepressor hadir, dalam hal ini tryptophan, ia mengikat protein represor di situs alosterik. Ini mengubah konformasi dari protein sedemikian rupa sehingga dapat mengikat ke operator dan memblokir transkripsi dengan mencegah pengikatan RNA polimerase ke promotor. Dengan cara ini sel menghemat energi dengan tidak memproduksi triptofan ketika sudah ada.

Related Posts