Regulasi Inisiasi Transkripsi pada Bakteri: Memahami Operon Laktosa dalam Pengaturan Genetik

Table of Contents

 

INFOLABMED.COM - Bakteri, sebagai organisme prokariotik, memiliki mekanisme unik dalam mengatur ekspresi gen mereka. 

Salah satu sistem regulasi genetik yang paling dikenal dan dipelajari secara ekstensif adalah operon laktosa pada Escherichia coli (E. coli). 

Penemuan oleh François Jacob dan Jacques Monod pada tahun 1961 mengenai operon ini menjadi landasan utama pemahaman tentang bagaimana bakteri mengontrol transkripsi gen mereka. 

Dalam artikel ini, kita akan membahas lebih dalam tentang regulasi inisiasi transkripsi pada bakteri, dengan menggunakan operon laktosa sebagai contoh sentral.

Operon Laktosa: Sistem Pengaturan Genetik pada E. coli

Operon laktosa adalah sistem yang terdiri dari tiga gen utama, yaitu lacZ, lacY, dan lacA, yang semuanya terlibat dalam pemanfaatan laktosa oleh E. coli. 

Laktosa adalah disakarida yang terdiri dari satu unit glukosa dan satu unit galaktosa. 

Baca juga : Pengertian dan Peran Recognition Sequences dalam Inisiasi Transkripsi

Untuk menggunakan laktosa sebagai sumber energi, E. coli harus mengangkut molekul laktosa ke dalam sel dan memecahnya menjadi glukosa dan galaktosa.

Tiga enzim penting dalam proses ini adalah laktosa permease (yang mengangkut laktosa ke dalam sel), β-galaktosidase (yang memecah laktosa), dan β-galaktosid transasetilase (fungsi spesifiknya masih belum diketahui secara pasti). 

Ketiga gen yang mengkode enzim tersebut berada dalam satu klaster yang disebut operon laktosa.

Pengendalian oleh Gen Pengatur lacI

Selain tiga gen struktural ini, ada satu gen lain yang berperan penting dalam regulasi operon laktosa, yaitu gen lacI. 

Gen ini menghasilkan protein represor yang bertanggung jawab untuk mengontrol ekspresi gen lacZ, lacY, dan lacA. 

Ketika tidak ada laktosa di lingkungan, protein represor ini akan menempel pada DNA di situs operator, yang terletak antara promotor dan gen lacZ. 

Baca juga : Uji Kultur Bakteri

Dengan menempelnya represor pada operator, RNA polimerase tidak dapat mengakses promotor, sehingga transkripsi dari operon laktosa dihentikan.

Induksi oleh Allolaktosa

Ketika E. coli menemukan laktosa, beberapa molekul laktosa akan diubah menjadi isomernya, allolaktosa. 

Allolaktosa ini kemudian berikatan dengan protein represor, menyebabkan perubahan konformasi pada protein tersebut, sehingga ia tidak lagi dapat menempel pada operator. 

Dengan terlepasnya represor, RNA polimerase dapat mengakses promotor dan memulai transkripsi dari gen-gen operon laktosa.

Proses ini memungkinkan sel menghasilkan enzim-enzim yang diperlukan untuk memetabolisme laktosa dalam jumlah besar.

Pengaruh Glukosa pada Operon Laktosa

Selain keberadaan laktosa, tingkat glukosa juga mempengaruhi ekspresi operon laktosa. 

E. coli lebih memilih glukosa sebagai sumber energi, dan jika glukosa tersedia, ekspresi operon laktosa akan ditekan meskipun ada laktosa. 

Fenomena ini dikenal sebagai efek katabolit atau diauxie, yang pertama kali ditemukan oleh Monod pada tahun 1941.

Pengaturan ini melibatkan protein CAP (Catabolite Activator Protein), yang aktif ketika tingkat cAMP (cyclic AMP) tinggi. Jika glukosa tersedia, kadar cAMP rendah, sehingga CAP tidak dapat berikatan dengan DNA dan ekspresi operon laktosa tetap terhenti. 

Sebaliknya, ketika glukosa habis, kadar cAMP meningkat, memungkinkan CAP berikatan dengan situs pengenalan di DNA dan mengaktifkan transkripsi operon laktosa.

Operon: Sistem Pengaturan Umum pada Bakteri

Operon tidak hanya terbatas pada sistem laktosa di E. coli; lebih dari 600 operon telah ditemukan dalam genom bakteri ini. Sistem operon memungkinkan beberapa gen yang berfungsi bersama-sama untuk dikendalikan secara simultan oleh satu promotor. 

Selain operon laktosa, contoh operon lain yang terkenal adalah operon galaktosa dan operon triptofan.

Operon dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis utama: operon yang diinduksi, seperti operon laktosa, dan operon yang ditekan, seperti operon triptofan. 

Pada operon yang diinduksi, gen diaktifkan oleh keberadaan substrat, sedangkan pada operon yang ditekan, gen dinonaktifkan oleh produk akhir jalur biosintesisnya.

Regulasi inisiasi transkripsi pada bakteri, khususnya melalui sistem operon, memberikan wawasan mendalam tentang bagaimana organisme prokariotik dapat mengontrol ekspresi gen mereka secara efisien. 

Operon laktosa adalah contoh yang sangat baik dari bagaimana sinyal lingkungan, seperti keberadaan laktosa atau glukosa, dapat mengontrol ekspresi gen yang diperlukan untuk pemanfaatan sumber energi tertentu. 

Penelitian lebih lanjut tentang sistem operon ini tidak hanya meningkatkan pemahaman kita tentang biologi bakteri, tetapi juga membuka jalan bagi aplikasi dalam bioteknologi dan ilmu kedokteran.

Artikel ini hanya untuk tujuan informasi. Untuk nasihat atau diagnosis medis, konsultasikan dengan profesional.***