BAB I. PENDAHULUANA. Latar BelakangSecara fungsional, transkripsi diartikan sebagai transfer informasi genetik yang terdapat dalam urut-urutan nukleotida DNA menuju ke urut-urutan nukleotida RNA atau penyalinan atau perekaman informasi genetik yang ada pada DNA (berupa urutan nukleotida) yang menghasilkan salinan atau rekaman berupa urutan nukleotida RNA dan menggunakan DNA sebagaitemplate(cetakannya) .Transkripsi dapat dipicu oleh rangsangan dari luar maupun tanparangsangan. Pada proses tanpa rangsangan, transkripsi berlangsung terus-menerus (gen-gennyadisebut gen konstitutif atau "gen pengurus rumah",house-keeping genes). Sementara itu, genyang memerlukan rangsangan biasanya gen yang hanya diproduksi sewaktu-waktu; gen-nyadisebut gen regulatorik karena biasanya mengatur mekanisme khusus. Rangsangan akanmengaktifkan bagian promoter. Promoter ini terletak disebelahhulu bagian yang akan disalin(disebuttranscription unit)Transfer informasi genetik dari DNA ditranskripsikan menjadi RNA, namun kita tahu bahwa DNA merupakan untai ganda sedangkan RNA hanya memiliki untai tunggal. Untuk menjawab pertanyaan tersebut dijelaskan pada Gardner dkk (1991) dalam Corebima (2002) bahwa transkripsi terjadi hanya pada satu untaian DNA saja, yang disebut untai sense (sense strand), gen-gen yang berbeda mungkin memiliki untai sense yang berbeda pula. Artinya rantai mana yang dibaca sebagaisenseakan berbeda untuk gen-gen yang berbeda.Gen yang lengkap terdiri dari 3 bagian utama: (1) daerah pengendali (regulatory region) yang disebut promoter yang terletak pada ujung 5, (2) bagian struktural gen yang berisi urutan DNA yang akan ditranskripsikan, dan (3) bagian terminator yang terletak di hilir (downstream) daerah struktural. Dalam proses transkripsi, DNA akan diterjemahkan menjadi kode-kode dalam bentuk RNA. Ada 3 macam RNA hasil transkripsi DNA, yaitu mRNA, tRNA dan rRNA. Molekul tRNA dan rRNA nantinya tidak memasuki tahap translasi, melainkan tetap dalam bentuk RNA karena molekul yang digunakan adalah RNA itu sendiri.Ekspresi gen berperan pada proses penentuan sifat organisme oleh gen. Suatu sifat yang dimiliki oleh organisme merupakan dari metabolisme yang terjadi di dalam sel. Enzim merupakan katalisator yang berperan dalam proses metabolisme. Bila suatu produk metabolisme sudah mencapai kuantitas yang mencukupi, maka reaksinya harus dihentikan. Proses pengaturan ini dilakukan dengan cara menghentikan produksi enzim melalui penghentian ekspresi gen penyandinya. Mekanisme pengaturan ekspresi gen ini disebut dengan regulasi ekspresi gen. Regulasi atau pengendalian ekspresi gen merupakan aspek yang sangat penting bagi jasad hidup. Tanpa sistem pengendali yang efisien, sel akan kehilangan banyak energi yang akan merugikan jasad hidup. Dalam sistem molekuler ada banyak sistem pengendali ekspresi gen yang menentukan kapan suatu gen tertentu diaktifkan dan diekspresikan untuk menghasilkan suatu produk ekspresi. Berdasarkan sel penyusunnya regulasi ekspresi gen dapat dikelompokkan atas regulasi ekspresi gen pada Prokariotik dan eukariotik. Pada Prokariotik, pengendalian ekspresi gen hanya terjadi pada aras transkripsi. Sedangkan pada eukariotik pengendalian ekspresi gen terjadi mulai dari transkripsi sampai pasca translasi. Secara umum regulasi ekspresi gen dapat ditinjau dari tiga sisi, yaitu : sinyal pengendali ekspresi, aras pengendali ekspresi dan mekanisme pengendalian.B. Tujuan1. Untuk memahami tentang regulasi kerja gen dan regulasi transkripsi peralihan cepat on-off pada makhluk hidup prokariot (induksi dan represi)2. Untuk mengetahui tentang apa yang dimaksud dengan model operon dan hal-hal yang terdapat didalamnya.3. Untuk mengetahui tentang inhibisi umpan balik dan enzim-enzim allosterik4. Untuk memahami tentang urut-urutan sementara Ekspresi Gen Selama Infeksi Fag

C. Manfaat

Makalah ini disusun untuk memberi penjelasan dan pemahaman tentang regulasi kerja gen pada prokariot, model operon yang digunakan serta enzim-enzim yang berperan didalamnya dan sangat berguna untuk kita ketahui karena semua berkaitan dengan proses-proses yang terjadi didalam tubuh dan sekitar kita.

BAB II. PEMBAHASAN

Makhluk hidup prokariotik memiliki kemampuan untuk mengatur ekspresi gen-gen tertentu dalam rangka merespon signal-signal lingkungan. Dalam hal ini, ekspresi gen-gen tertentu diaktifkan atau di-on-kan tatkala pada produknya diperlukan untuk pertumbuhan pada suatu kondisi lingkungan dan ekspresi itu akan dihentikan atau di-off-kan bilamana produk-produk itu sudah dibutuhkan lagi untuk pertumbuhan pada lingkungan itu. Jelaslah bahwa kemampuan makhluk hidup meregulasi ekspresi gennya semacam itu akan meningkatkan kesesuaiannya secara keseluruhan (kemampuan untuk tumbuh dan berkembang biak pada kondisi lingkungan yang berjalan). Penghentian ekspresi sesuatu gen yang produknya sudah atau sedang tidak dibutuhkan, memungkinkan sesuatu makhluk hidup prokatiotik menghindari pemborosan energi dan memanfaatkan saja energi yang tersimpan dalam rangka mensintesis produk-produk yang dibutuhkan untuk pertumbuhan pada kondisi lingkungan yang ada. Mekanisme regulasi ekspresi gen makhluk hidup prokariot akan dipaparkan lebih lanjut.Gen-gen tertentu seperti gen-gen RNAr, gen-gen protein ribosom, gen-gen RNA tidak di regulasi sebenarnya diekspresikan pada semua sel sewaktu-waktu apapun kondisi lingkungan yang ada. Produk dari gen-gen itu diperlukan untuk pertumbuhan sel pada seluruh kondisi lingkungan. Namun demikian, produk dari banyak gen lain dibutuhkan untuk pertumbuhan hanya pada kondisi lingkungan tertentu; ekspresi gen-gen tersebut diregulasi sedemikian rupa sehingga produk-produknya disintesis pada saat dibutuhkan. Oleh karena itu, ekspresi gen-gen tersebut secara terus-menerus akan silih berganti di-on-kan dan di-off-kan sebagai respon terhadap perubahan lingkungan.Pada dasarnya ekspresi gen dapat diregulasi di berbagai tingkat seperti transkripsi pemrosesan RNAd, pergantian RNAd, translasi, serta fungsi enzim. Akan tetapi banyak data memperlihatkan bahwa di lingkup makhluk hidup prokariot, regulasi transkripsi adalah yang paling sering terjadi terkait mekanisme kontrol ekspresi gen.Terkait regulasi transkripsi pada makhluk hidup prokariotik maupun eukariotik berbagai mekanisme regulasi dikelompokkan menjadi dua kategori. Kategori pertama yang merupakan kategori yang paling banyak dipahami meliputi mekanisme-mekanisme regulasi yang pengaktifan (turn on) dan penghentian (turn off) ekspresi gen sebagai respon terhadap perubahan lingkungan. Mekanisme-mekanisme regulasi dalam kategori ini sangat penting bagi jasad renik (mikroorganisme) karena kelompok makhluk hidup ini sangat sering mengalami perubahan lingkungan. Dalam hubungan ini terlihat bahwa jasad renik memiliki kelenturan tinggi menyesuaikan dengan proses metabolismenya guna mendukung pertumbuhan dan perkembangbiakan maksimal dalam kondisi-kondisi lingkungan yang sangat beragam. Di kalangan makhluk hidup eukariot, regulasi yang terkait peralihan cepat on-off semacam itu kurang penting; salah satu sebabnya adalah karena sistem sirkulasi makhluk hidup eukariot tinggi menyangga sel-selnya terhadap banyak gangguan akibat perubahan lingkungan.Kategori regulasi transkripsi yang kedua meliputi apa yang disebut sebagai jalur ekspresi gen yang sebelumnya telah diprogram. Pada kasus-kasus semacam ini, beberapa kejadian misalnya infeksi virus, merangsang ekspresi satu perangkat gen. Produk dari satu atau lebih dari gen-gen ini berfungsi melalui peningkatan transkripsi perangkat gen pertama, dan/atau pengaktifan trankripsi suatu perangkat gen yang kedua. Lebih lanjut satu atau dua produk perangkat gen kedua, bekerja dengan mengaktifkan suatu perangkat gen ketiga, dan seterusnya. Pada paparan yang telah dikemukakan, ekspresi gen yang berurutan itu secara genetik telah terprogram sebelumnya, dan gen-gen biasanya tidak dapat diaktifkan diluar urutan tersebut. Urutan-urutan ekspresi gen yang telah terprogram semacam itu pada infeksi virus sudah didokumentasikan dengan baik. Pada kebanyakan urut-urutan ekspresi gen yang telah terprogram terlebih dahulu itu, terlihat bahwa jalur tersebut bersifat siklik. Sebagai contoh, pada infeksi-infeksi virus beberapa kejadian bersangkut paut dengan pengemasan DNA virus atau RNA didalam selubung protein, entah bagaimana tampaknya memasang ulang lagi program sehingga perangkat gen pertama akan diekspresikan lagi bilamana suatu virus turunan secara berturut-turut menginfeksi sel inang lain.

1. Regulasi transkripsi peralihan cepat on-off pada makhluk hidup prokariot (induksi dan represi)Satu contoh regulasi transkripsi peralihan cepat on-off pada makhluk hidup prokariot yang sangat dikenal adalah mekanisme induksi dan represi. Mekanisme induksi dan represi ini adalah salah satu mekanisme regulasi transkripsi yang memungkinkan kelompok bakteri yang memilikinya, mempunyai keunggulan komparatif, dibanding kelompok yang tidak memilikinya.Mekanisme induksi dan represi ini sangat dikenal pada Eschericia coli. E-coli dan kebanyakan bakteri lain memiliki kemampuan tubuh yang memanfaatkan salah satu macam karbohidrat yang dapat digunakan sebagai sumber energi itu antara lain glukose, sukrose, galaktose, arabinose, dan laktose.Apabila glukose ada didalam lingkungan tempat hidupnya maka macam karbohidrat itulah yang lebih dahulu dimanfaatkan dalam reaksi metabolisme E-coli, sebaliknya apabila tidak ada karbohidrat maka E-coli tetap dapat hidup baik dengan memanfaatkan macam karbohidrat lain yang ada di lingkungan tempat hidupnya.Pada regulasi peralihan cepat induksi, yang diinduksi adalah reaksi transkripsi gen-gen pengkode enzim-enzim yang dibutuhkan pada proses katabolisme. Dalam hal ini terlihat bahwa pada akhirnya, induksi mengubah laju sintesis enzim, dan bukan mengubah aktivitas molekul enzim yang sudah ada. Oleh karena itu, pada dasarnya induksi tidak dibaurkan dengan aktivitas enzim, berupa pengikatan suatu molekul kecil pada enzim yang berakibat terjadinya peningkatan aktivitas enzim (tanpa peningkatan laju sintesisnya)Paparan tentang katabolisme laktose serta regulasi transkripsi gen-gen yang terkait sebenarnya secara prinsip juga berlaku pada katabolisme galaktose atau arabinose yang dimaksud adalah bahwa proses katabolisme galaktose atau arabinose itu adalah proses induksi juga. Dalam hubungan ini, enzim-enzim yang dibutuhkan pada katabolisme galaktose atau arabinose tentu saja juga tergolong enzim-enzim indusibel, demikian pula gen-gen terkait adalah gen indusibel.Gambaran regulasi transkripsi khususnya induksi sebagaimana yang telah dipaparkan, dapat dijumpai pada kondisi alami. Sebagai contoh didalam saluran pencernaan atau didalam selokan, E-coli dapat atau bahkan sangat mungkin mengalami regulasi semcam itu. Untuk sebagian besar waktu atau kesempatan, gen-gen pengkode enzim yang dimanfaatkan pada katabolisme laktose tidak diekspresikan, tetapi disaat laktose masuk didalam saluran pencernaan atau selokan, maka disaat itu juga segera gen-gen itu akan segera diekspresikan sepanjang misalnya tidak ada glukose atau macam gula yang lain.Proses dimana ekspresi gen diaktifkan sebagai respon terhadap keberadaan/kehadiran sesuatu zat dalam lingkungan disebut sebagai induksi. Gen-gen yang ekspresinya diregulasi semacam itu disebut sebagai gen-gen inducible, produk gen itu disebut sebagai enzim-enzim inducible, jika produk itu adalah enzim. Sebaliknya zat atau molekul yang menyebabkan terjadinya induksi itu disebut sebagai inducer.Paparan yang telah di kemukakan sebelumnya tentang regulasi transkripsi, hampir seluruhnya bersangkut paut dengan proses induksi terkait dengan katabolisme. Sebagaimana yang telah dikemukakan regulasi transkripsi juga meliputi proses represi. Dalam hal ini memang sudah diketahui bahwa dikalangan bakteri, terkait anabolisme (sintesis tertentu), ada regulasi transkripsi gen-gen tertentu yang terlibat pada sintesis enzim-enzim yang dibutuhkan, dan regulasi transkripsi gen-gen tertentu itu bersifat represi, bukan bersifat induksi.Bakteri memang memiliki kemampuan untuk mensintesis kebanyakan senyawa organik yang dibutuhkan untuk pertumbuhannya. Senyawa-senyawa organik itu antara lain asam amino, purin serta vitamin. Dalam hal ini terkait sintesis senyawa-senyawa organik itu, diketahui ada regulasi transkripsi yang bersifat represi. Satu contoh terkait tentang hal ini adalah pada proses sintesis asam amino triptofan.Pada saat ini diketahui ada lima gen yang mengkode enzim-enzim yang dibutuhkan pada proses sintesis asam amino triptofan. Kelima gen ini berekspresi pada saat E-coli tumbuh pada medium yang tidak mengandung asam amino triptofan agar supaya asam amino triptofan selalu tersedia dalam jumlah yang cukup untuk sintesis protein.Bilamana E-coli berada dalam medium yang mengandung asam amino triptofan dalam jumlah yang cukup, maka kelima gen tadi tidak lagi berekspresi sehingga sintesis enzim-enzim yang dibutuhkan pada sintesis asam amino triptofan akan terhenti. Dalam hal ini, terhentinya sintesis enzim-enzim itu disebabkan oleh regulasi transkripsi yang tergolong represi. Jelas sekali terlihat bahwa regulasi transkripsi represi itu terjadi karena adanya asam amino triptofan dalam medium tempat tumbuh .Enzim-enzim yang bekerja dalam jalur anabolik seringkali mengalami regulasi represi. Demikian pula regulasi jangan dibaurkan dengan hambatan balik atau feedback inhibition, dimana pengikatan suatu produk akhir ke suatu sistem pertama pada sebuah jalur biosintetik menghambat aktivitas enzim itu (tetapi tidak mempengaruhi sintesisnya).

2. Model OperonProses regulasi induksi dan represi ekspresi gen secara operasional terjadi dalam lingkup fungsional perangkat-perangkat gen yang disebut mekanisme model operon. Penjelasan tentang proses regulasi induksi itu pertama kali dipaparkan secara tepat pada 1961 oleh F. Jacob dan J. Monod mengajukan mekanisme model operon untuk menjelaskan regulasi gen-gen pengkode enim-enzim yang dibutuhkan degradasi katabolis laktose pada E-coli. Dijelaskan bahwa transkripsi satu atau seperangkat gen struktural pengkode polipeptida yang berdekatan berdampingan, diregulasi oleh dua elemen pengontrol. Salah satu elemen pengontrol itu di sebut gen regulator atau gen represor. Gen regulator itu mengkode suatu protein represor. Pada kondisi tertentu, protein repressor berikatan pada elemen pengontrol kedua yang disebut operator (urut-urutan operator). Biasanya operator terletak berdekatan berdampingan dengan gen struktural atau gen-gen yang di regulasi. Dalam hal ini apabila protein reseptor berkaitan dengan urut-urutan operator maka gen-gen struktural tidak dapat ditranskripsikan. Hal itu disebabkan karena pengikatan itu mencegah/menghalangi enzim polymerase RNA berikatan pada tapak promoter (atau yang selalu berdekatan berdampingan atau bahkan tumpang tindih dengan urutan di antara promoter dan gen-gen struktural). Sebenarnya promoter belum di kenal/belum teridentifikasi pada proposal Jacob dan monod. Pada saat ini unit lengkap berdekatan berdampingan yang terdiri dari gen structural urut-urutan operator, serta promoter disebut sebagai operon. Gambar 8.3 model operon regulasi transkripsi induksiPengikatan protein represor ke urut-urutan operator ditentukan juga ada atau tidak adanya molekul lain yang disebut molekul efektor. Contoh molekul efektor itu misalnya asam amino dan gula. Terkait mekanisme model operon regulasi transkripsi induksi (disebut model operon induksi), molekul efektor itu disebut induoor, sebaliknya pada mekanisme model operon regulasi transkripsi represi (disebut operon represi) molekul efektor itu disebut sebagai co-reppresor. Di saat bekerja, molekul efektor bekaitan atau membentuk suatu kompleks dangan protein repressor.Perbedaan utama antara operon induksi dan yang represi berkenaan dengan apakah molekul repressor sja atau kompleks molekul repressor-efektor adalah yang berkaitan dengan operator. Pada model operon induksi, molekul protein repressor saja yang bekaitan dengan operator menghentikan transkripsi (Gambar 8.3). bilamana molekul efektor ada, maka molekul itu akan berkaitan dengan molekul represor dan melepaskannya dari ikatan dengan operator, karena kompleks repressor-inducer tidak dapt berikatan dengan operator. Oleh karena itu, jelas terliha bahwa penambahan inducer mendorong terjadinya transkripsi gen-gen structural (Gambar 8.3).Pada model operon represi, molekul represor saja tidak dapat berikatan dengan operator, sebaliknya hanya kpmleks molekul represor-efektor (co-represor) yang hanya mampu berikatan dengan operator (Gambar 8.4). Jelaslah bahwa pada model operon represi, transkripsi gen struktural akan terjadi jika tidak ada molekul efektor, dan sebaliknya transkripsi itu akan terhenti jika ada molekul efektor.

Gambar 8.4Mekanisme model operon regulasi transkripsi represi (Gardner, dkk., 1991)Pada mekanisme model operon baik yang induksi maupun yang represi, seluruh gen structural yang menyadi bagian dari suatu operon ditranskripsikan bersama. Oleh karena itu, RNAd yang dihasilkan pada suatu model operon induksi maupun represi disebut polygenic mRNA atau polycistronic mRNA (Russel. 1992). Dalam hubungan ini, gen-gen stuktural dalam suatu operon dikatakan coordinately expressed (Gardner, dkk., 1991).Regulasi transkripsi induksi maupun represi pada mekanisme model operon sebagaimana yang telah di kemukakan bersifat negatif, karena kerja reseptor menghentikan transkripsi gen-gen structural. Dalam hal ini, model operon sebagaimana yang mula-mula dikemukakan Jacob dan Monod juga bersifat negatif. Regulasi transkripsi semacam itu disebut sebagai negative control system, yang membedakannya dari positive control system. Pada positive control system, kerja produk gen regulator mendorong berlangsungnya proses transkripsi gen-gen structural.

3. Operon : Suatu Regulasi Transkripsi InduksiSalah satu contoh regulasi transkripsi yang bersifat induksi adalah mekanisme operon lactose. Model operon yang di kemukakan oleh Jacob dan Monod terutama didasarkan pada hasil kajian mereka tentang struktur dan kerja operon lactose pada E-coli. Hingga saat ini, operon lac inilah yang banyak diketahui di banding macam operon yang lain.Struktur operon lac terdiri dari promoter, satu operator, dan tiga gen structural yang disebut gen z, y,dan , yang masing-masingnya mengkode enzim -galaktosidase, -galaktosidase permiase adalah pemompaan laktose ke dalam sel E-coli, sedangkan -galaktosidase memecah laktose menjadi galaktose dilain pihak peran dari -galaktosidase teransacetylase belum jelas diketahui. Operon laktose ini diregulasi oleh gen regulator yang disebut gen i, yang mengkode protein represor seukuran 360 asam amino.Berkenaan dengan kerja operon laktose yang menjadi laduser adalah allolactose. Allolactose adalah derivate dari laktose yang terbentuk dengan bantuan enzim -galaktosidase (Gambar 8.4). Bagaimana mungkin allolactose yang merupakan derivat dari laktose dengan bantuan enzim produk operon lac, justru berperan sebagai inclucer Penjelasannya akan di kemukakan lebih lanjut. Sejumlah kecil molekul produk gen struktural z, y, dan sebelumnya disintesa dalam kondisi operon belum terinduksi, asalkan ada tingkat aktivitas enzim yang rendah. Segera setelah terbentuk allolactose akan berikatan dengan represor, sehingga represor terlepas ikatannya dari operator dan dengan cara seperti ini terjadilah induksi transkripsi gen structural z, y, dan sebagaimana yang telah dipaparkan.

Gambar 8.5Operon lac (operon induksi) pada e-coliGen lac i (gen regulator), operator, serta promoter pada mulanya teridentifikasi ditemukannya muatan-muatan yang diisolasi dalam daerah-daerah itu. Dalam hubungan ini sudah diketahui bahwa mutasi yang terjadi dalam daerah lac i dan operator seringkali berakibat terjadinya sintesis enzim-enzim katabolisme laktose terus-menerus. Muatan-muatan di daerah lac i dan operator yang sudah diketahui masing-masing adalah i- dan oc. Mutasi-mutasi itu terdeteksi pada pasisi peta gen maupun terdeteksi dengan bantuan perilakunya pada posisi cis atau trans terhadap gen structural. Paparan lebih lanjut terkait muatan i- dan o- pada merozygot E-coli.Genotipe merozigot i+ o+ z+ y+ a+ li+ o+ z- y- a- maupun i+ o+ z- y- o- li+ o+ z+ y+ a+ bersifat inducible dalam pemanfaatan laktose sebagai sumber karbon seperti halnya sel-sel wild type yang bergenotip i+ o+ z+ y+ a+, karena z+ y+ a+ masing-masing dominan terhadap z- y- a-. Genotip merozigot i+ o+ z+ y+ a+ li- o+ z+ y+ a+ juga bersifat inducible dalam pemanfaatan laktose, karena i+ domonan terhadap i- (masih ada molekul protein represor).Genotip merozygot i+ o+ z+ y+ a+ li- o+ z- y- a- maupun i+ o+ z- y- a- li- o+ z+ y+ a+ juga bersifat inducible. Dalam hal ini terlihat bahwa gen i mengkode suatu produk yang mampu berdifusi yang mempengaruhi ekspresi gen-gen structural yang terletak dalam posisi cis maupun trans.Di lain pihak, genotip merozigot i+ oc z- y- a- li+ o+ z+ y+ u+ bersifat inducible, sedangkan genotip merozygot i+ oc z+ y+ a+ li+ o+ z- y- a- tidak bersifat inducible tetapi konstitutif. Fenomena tersebut memperlihatkan bahwa oc menimbulkan ekspresi gen-gen struktural secara terus-menerus jika gen-gen tersebut terletak pada kromosom yang sama dengan posisi oc, dan bahwa operator adalah tempat/tapak pengikatan represor serta sama sekali tidak mengkode suatu produk baik yang dapat berdifusi maupun yang tidak dapat berdifusi.Di samping mutan gen i diketahui ada pula gen mutan i-d dan i-s. Gen mutan i-d dominan terhadap gen+. Gen mutan i-d terkait dengan ketidakmampuan heteromultimer yang mengndung polipeptida wild type maupu mutan, berkaitan dengan mutan-mutan operator. Gen mutan i-3 (superrpressed) menyebabkan operon lac berubah menjadi yang tidak inducible. Dalam hal ini operan lac tidak terinduksi jika konsentrasi inducer normal, dan baru akan sedikit terinduksi jika konsentrasi inducer sangat tinggi.Mutasi promoter tidak mengubah potensi operon lac untuk terinduksi, sebaliknya mengubah tingkat ekspresi gen disaat terinduksi dan tidak terinduksi. Pada saat itu frekuensi inisiasi operon lac (yang terkait efisiensi pengikatan polymerase RNA) berubah.Promoter lac mengandun dua komponen yang berbeda fungsinya. Kedua komponen itu adalah tapak pengikatan polimerase RNA serta suatu tapak pengikatan proterin lain yang disebut CAP.4. Operon trp: Suatu Contoh Operon RepresiOperon berukuran sekitar 7010 pasang nukleotida (np). Struktur operon trp (tryptofan) pada E-coli ditunjukkan pada Gambar 8.5. struktur itu telah diungkap oleh C.Yanofsky dkk. Bagan regulsi transkripsi pada operon trp sudah di tunjukkan pada Gambar 8.5 terlihat juga bahwa letak regulator operon trp (yang disebut trp R) relative jauh dari posisi operon trp.Operon trp E-coli terdapat lima gen structural yaitu trp E (1560 np), trp D (1590 np), trp C (1353 np), trp B (1191 np), dan trp A (804 np), serta promoter i atau pi (40 np), gen structural itu mengkode protein enzim-enzim yang terlibat pada reaksi biokimia sintesis asam amino tryptofan. Gen regulator trp mengkode protein represor yang terlibat langsung pada operon trp.Seluruh daerah operator trp terletak di dalam daerah promoter i yang lebih kuat (pl). daerah promoter 1 menjorok masik ke dalam daerah trp L , sejauh sekitar 18 pasang nukleotida. Di samping p1 ada pula promoter lain yang lemah yang disebut p2, yang terletak diujung distal trp D dari daerah operator 1. Kerja p2 sedikit meningkatkan tingkat basal transkripsi terus-menerus gen trp C, trp B, dan trp A. pada operon trp ditemukan juga dua urut-urutan terminasi transkripsi (t dan t) yang yerletak kearah hilir dari trp A, demikian pula ditemukan suatu daerah di dalam trp I , yang disebut attenuator () yang menjalankan suatu tiggkat control kedua tahap ekspresi operon trp.Sebagaiman yang telah ditunjukkan pada Gambar 8.4, disaat tidak ada triptofan (co-repersor), polymerase RNA berikatan pada daerah promoter dan selanjutnya mentranskripsikan gen-gen structural. Sebaliknya disaat ada triptofan, kompleks co-represor/represor berikatan pada daerah operator sehingga menghalangi pengikatan poimerase RNA pada promoter, karena seperti yang terlihat pada Gambar 8.4, operator sepenuhnya berada di dalam daerah promoter.Laju transkripsi operon trp disaat tidak ada triptofan adalah 70 kali lebih tinggi di banding jaju transkripsi disaat ada triptofan. Pada mutan-mutan trp R yang tidak dapat membuat represor, laju sintesis dari enzim-enzimyang dibutuhkan pada biosintesis triptofan (yang merupakan produk gen-gen structural operon triptofan) juga masih berkurang atau lebih rendah sekitar 10 kali dengan penambahan triptofan ke dalam medium. Pengurangan tersebut bersangkut-paut dengan saat tingkat regulasi ekspresi operon triptofan yang kedua yang disebut attenuasi. Dalam hal ini, attenuasi terjadi karena terminasi transkripsi yang diperantarai triptofan di daerah trp L (leader RNAd) dari operon.5. Kontrol Positif Operon lac oleh CAP dan cyclic AMP.Model operon yang diajukan oleh Jacob dan Monod untuk menjelaskan induksi biosintesis enzim-enzim yang terlibat pada pemanfaatan laktose disaat gula tersebut ditambahkan ke dalam medium yang sedang ditumbuhi E-coli. Di lain pihak sudah lama diketahui bahwa adanya glukose mencegah induksi operon lac maupun operon-operon lain yang mengontrol enzim yang terlibat pada katabolisme karbohidrat (misalnya operon rabinose dan operon galaktose). Fenomena tersebut disebut represi katabolit atau efek glukosa. Fenomena tersebut memperlihatkan bahwa glucose adalah gula utama yang pertama kali dipilih untuk dipakai di banding macam gula lain yang memang kurang efisien sebagai sumber energi.Represi katabolit ternyata berlangsung melalui kontrol positif transkripsi oleh suatu protei regulator yang disebut CAP (Catabolite Activator Protein) serta oleh suatu molekul efektor kecil yang disebut cyclle atau adenosine-3,5-phosphate. Berkenaan dengan hal ini kadang-kadang Cap juga disebut sebagai protein represor cyclic AMP.Kompleks CAP-cAMP akan berikatan pada

Perikatan pada prometer lac hanyalah oleh kompleks Cap-cAMP. Oleh karena itu jika tidak ada cAMP, maka CAP tidak dapat berikatan pada prometer lac. Dalam hal ini cAMP berperan sebagai molekul efektor yang menentukan/memastikan efek CAP terhadap transkripsi operon lac. Kosentrasi cAMP dalam sel sensitif terhadap ada atau tidak adanya glukose, telah diketahui bahwa kosentrasi glukose yang tinggi akan mengakibatkan penurunan tajam terhadap kosentrasi cAMP dalam sel.Mekanisme bagaimana glukose mengontrol kosentrasi cAMP belum jelas diketahui, termasuk belum diketahui apakah mekanisme itu dipengaruhi langsung oleh glukose atau oleh beberapa metabolit yang terbentuk pada saat cukup banyak kosentrasi glukose, yang menghambat aktivitas adenylcyclase. Adenylsiklase adalah enzim yang mengkatalisasi pembentukan cAMP dari ATP.Pada saat ini mutan kadaan/kejadian yang mengakibatkan terhambatnya transkripsi gen-gen struktual pada operon lac adalah bahwa jiwa jika tidak ada cAMP atau ada tetapi sangat sedikit, maka CAP tidak dapat berikatan pada promoter operon lac. Enzim polimerase RNA tidak dapat berikatan secara efisien promoter operan lac, kondisi inilah secara langsung menghambat transkripsi gen-gen struktural operon lac. Dalam hubungan ini sudah diketahui pula bahwa jika glukose ada maka transkripsi operan lac tidak pernah melampaui z peran dari transkripsi

6. Regulasi Kompleks Operon araOperon lac yang terkait fungsi represor dan karakteristik kontrol protein aktivator (CAP), protein regulator utama dari operon ara memperlihatkan efek regulasi negatif maupun positif terhadap transkripsi gen-gen struktural operon ara, tergantung pada kondisi lingkungan. Disamping itu komponen regulator yang mengontrol transkripsi operon ara yang mencangkup pula satu elemen yang bekerja dari suatu jark lebih dari 200 psangan nukleotida terpisah dari prometer yang dikontrolnya.Opero arabinose E coli mengandung tiga gen struktural yang mengkode tiga enzim yang dilibatkan pada katabolisme arabinase. Ketiga gen struktural itu ditranskripsikan bersama yang bermula dari suatu promoter yang disebut PBAD, suatu RNAd. Dalam hubungan ini pula juga dikemukakan bahwa pengangkutan aktif arabinose kedalam sel dilakukan oleh produk gen araE, araF dan araG, sekalipun lokasi ketiga gen ini jauh dari operan araBAD,Protein regulator utama dari operan ara yang disebut operan araC dihasilkan dari suatu transkrip yang bermula dari suatu promoter yang disebut Pc. Letak promoter Pc sejauh sedikit lebih dari 100 pasangan nukleotida terpisah dari PBAD. PBAD dan Pc memulai transkripsi dalam arah yang berlawanan. Protein araC bekerja sebagai suatu regulator negatif (represor) transkripsi gen-gen struktural araB, araA dan araD dari promoter PBAD disaat tidak ada arabinose dari cAMP. Sebaiknya, protein itu berkerja sebagai regulator positif (aktivator) terhadap araC promoter PBAD bilamana ada arabinose dan cAMP. Dalam hal ini jelas terlihat bahwa protein araC bekerja sebagai regulator positif atau negatif terhadap transkripsi gen-gen struktural araB, araA, dan araD, tergantung pada ada atau tidak adanya molekul efektor (dalam hal ini arabinose dan cAMP). Pada saat ini telah diketahui pula bahwa tapak pengikatan protein araC juga terdapat pada suatu tapak lain yang disebut Q2 (Q adalah singkatan dari operator sedangkan 2 adalah yang kedua), disamping pada tapak dalam daerah araA letak Q2 adalah sejauh 211 pasangan nukleotida kearah hulu dari tapak pengikatan protein araC dalam daerah arah 1. Insersi atau delesi semacam itu akan memutar satu tapak pengikat protein araC seperti bagian sekitar heliks ganda relatif ke tapak pengikatan protein araC yang lain. Keadaan inilah yang terutama mempersulit protein dimer araC berikatan pada aral dan araQ2 untuk berinteraksi sehingga membentuk lengkungan yang dibutuhkan untuk respirasi.Bilamana struktur lengkungan itu terbentuk, maka struktur itu pasti mencegah/menghalangi atau berinteraksi dengan pengikat polimerase RNA pada prometer operon yang berdekatan (PBAD). Pada saat arabinoseda cAMP operon ini diinduksi. Lebih lanjut pada kondisi ini protein araC sudah diketahui menjadi aktivator transkripsi operon, sekalipun mekanisme bagaimana arabinose menyebabkan protein berperan sebagai regulator positif transkrips masih belum diketahui. Keadaan selanjutnya memungkinkan enzim polimerase RNA berikatan pada tapak PBAD menginislasi transkrip gen-gen struktural operon ara1.7. Kontrol Operon trp melalui AttenuasiTerkait kontrol operon trp, saat ini diketahui ada suatu tingkat regulasi ekspresi yang kedua. Pada mutan trpR yang tidak dapat membentuk protein represor, penambahan triptofan kedalam suatu kultur sel yang sedang tumbuh pada kondisi tidak ada triptofan, akan berakibat terjadinya penurunan laju sintesis enzim-enzim biosintetik triptofan sebesar 10 kali. Demikian pula delesi yang menghilangkan sebagian daerah trpL berakibat terjadinya peningkatan laju ekpresi operon trp. Dalam hal ini, efek dari delesi ini tidak terkait represin, peningkatan laju ekspresi itu tetap terjadi pada keadaan ter-represi maupun tidak ter-represi.Tingkat regulasi operon trp yang kedua itu disebut attenuasi, sedangkan urut-urutan dalam daerah trpL yang mengontrol fenomena tersebut disebut atenuator. Urut-urutan atenuator yang terikat pada RNA dari daerah trpL.Atenuase terjadi melalui control terminasi transkripsi pada suatu tapak di delesi ujung urt-urutan leader RNAd yang berakibat terjadinya terminasi yang iremator. Terminasi transkripsi operon trp yang premature ini hanya terjadi kalau ada tRNAtrp yang sudah bermuatan triptofan, ini mengakibatkan hasil transkripsi urut-urutan leader hanya sepanjang 10 nukleotida.Daerah attenuator memiliki suatu urut-urutan pasangan nukleotida yang secara esensial identik dengan signal-signal terminasi transkripisi yang ditemukan di ujung kebanyakan operon bakteri, termasuk operon trp. Signal-signal terminasi ini mengandung sebuah polindrom yang kaya G-C yang diikuti oleh beberapa pasang basa AT. Transkripsi signal-signal terminasi ini menghasilkansebuah RNA (nascent) yang berpotensi membentuk suatu struktur jepitan rambut yang diikuti oleh beberapa nukleotida berbasah.Bilamana sebuah transkripsi yang sedang tumbuh membenntuk struktur jepitan rambut, struktur ini menimbulkan suatu perubahan konformasi terhadap enzim polymerase RNA terkait, yang berakibat terhentinya transkripsi didalam daerah perpasangan basa DNA-RNA selanjutnya yang memiliki ikatan hydrogen yang lebih lemah [(A:U)n]. Karena itu jelas terlihat bahwa kemampuan attenuator menghentikan transkripsi secara premature bersangkut paut dengan urut-urutan nukleotidanya.Signal terminasi transkripsi yang nanti pada bakteri adalah suatu daerah yang merupakan simetri dyad yang diikuti oleh pasangan basa AT. Daerah simetri dyad menghasilkan urut-urutan pada RNAd yang membentuk struktur serupa jepitan rambut, pada dasarnya adalah urutan pasangan basa untuk terminasi transkripsi yang pertama yang terdapat diujung operon trp. Ada triptofan ribosom yang mentranslasikan RNAd untuk membentuk peptida lalu berhenti pada salah satu dari kodon trp. Hal ini memberi kesempatan terbentuknya perpasangan basa antara urut-urutan leader di posisi nukleotida 74-75 dan 118-119 utuh. Lebih lanjut struktur ini mencegah pembentukan struktur jepitan rambut termasuk transkripsi. Dengan demikian transkripsi berlangsung sacara terus sepanjang sisa operon trp. Apabila triptofan ada, sebuah ribosom dapat melakukan translasi melewati kodon mencapai kodon terminasi peptida leader UGA; dan dengan cara ini, ikatan hydrogen antara nukleotida di posisi 103-119 dan posisi 126-134. Dengan demikian transkripsi terhenti pada urut-urutan etenuator, tidak berlanjut ke daerah operon yang tersisa.Regulasi transkripsi melalui atenuasi tidak hanya ditemukan pada operon lima operon lain, yaitu operon thr, ilu, leu, phe, dan his sudah diketahui regulasi melalui atenuasi. Diantara keenam operon itu, operon trp dan mungkin juga operon phe diregulasi juga oleh represi. Dilain pihak operon his yang semula diduga di regulasi oleh represi, pada saat ini seluruhnya diregulasi oleh/melalui atenuasi.8. Inhibisi Umpan Balik dan Enzim-Enzim AllosterikAdanya konsentrasi yang cukup sesuatu produk akhir seperti histidin atau tripin pada suatu jalur biosintetik seringkali berakibat terhambatnya enzim pertama pada jalur tersebut. Fenomena itu disebut sebagai inhibisi balikan atau inhibisi produk akhir. Tapi fenomena ini tidak sama dengan represi, yang terjadi akibat inhibisi sintesis enzim.Enzim-enzim yang sensitif terhadap inhibisi balikan sudah diketahui mempunyai suatu tapak (atau tapak-tapak) pengikatan produk akhir, disamping tapak pengikatan substrat. Berkenaan dengan beberapa enzim multimetrik tapak pengikatan produk akhir atau tapak pengikatan regulator terletak pada suatu subunit (polipeptida) berbeda dari tapak pengikatan substrat. Pada saat mengikat produk akhir enzim-enzim itu mengalami perubahan konformasi, yang disebut transisi allosterik. Perubahan konformasi atau transisi allosterik mengurangi afinitas enzim terhadap substratnya, dan protein-protein yang mengalami perubahan konformasi disebut protein allosterik.9. Urut-urutan sementara Ekspresi Gen Selama Infeksi FagSemua kasus yang telah di kaji telah diketahui bahwa regulasi ekspresi gen yang berurutan selama infeksi fag terutama terjadi pada transkripsi.Tiga dari virus-virus, bakteri yang paling ekstensif dipelajari (fag E.coli dan T7, serta fag Bacillus subtitis SPOI), ekspresi gen yang berurutan dikontrol dengan cara modifikasi spesifitas promoter polymerase RNA, melalui sintesis sebagai polymerase RNA yang baru atau melalui penambahan polymerase RNA sel inang yang diinduk fag.

Sel-sel yang terinfeksi fag T7, gen-gen awal ditranskripsikan oleh polymerase RNA E.coli, dan satu dari gen-gen itu akan mengkode polymerase RNA T7, yang selanjutnya akan mengkatalisasi seluruh gen akhir (yang mengkode protein-protein structural T7, lysozim, dan sebagainya).Fag bacillus subtilis SPO1 memiliki jalur ekspresi gen berurutan yang sedikit lebih kompleks, melibatkan tiga prangkat gen. masing-masing gen itu disebut gen awal, tengah dan akhir; sesuai dengan waktu ekspresinya selama reproduksi fag. Gen-gen awal SPO1 ditranskripsikan oleh polymerase RNA Basutilis, satu dari produk-produk gen awal adalah suatu polipeptida yang berikatan pada polymerase RNA sel inang, mengubah spesifitasnya sedemikian rupa, sehingga polymerase itu kemudian mentranskripsikan gen-gen tengah SPO1. Lebih dua produk dari gen-gen tengah adalah polipeptida-polipeptida yang berasosiasi dengan polymerase RNA B.sbitilis, selanjutnya mengubah spesifitasnya sehingga akhirnya mentranskripsikan gen-gen akhir SPO1.Fag T4 memiliki pola ekspresi gen berurutan yang jauh lebih kompleks, mencakup beberapa modifikasi yang berbeda tahap polymerase RNA sel inang. Oleh karena itusecara keseluruhan terlihat bahwa terkait dengan virus bakteri, control ekspresi gen yang berurutan yang telah teramati terutama berlangsung pada level transkripsi, dan di perantarai oleh interaksi urutan polymerase-polimerase RNA yang spesifitas.

BAB III. PENUTUP1) Kesimpulan Operonlacadalahoperonyang dibutuhkan dalam transpor dan metabolisme darilaktosadiE.colidan berbagai macambakteri enteriklainnya. Operonlacterdiri dari gen structural (lacZ,lacY, danlazZ), situsoperator, dan genregulatoryang terdiri darilacCRP,lacP, danlacOyang merupakan situs pengikatan untukreseptor protein cAMP,RNA polimerase, danrepresorlaktosaGen struktural dalamlacoperon berfungsi untuk menyandikan protein untuk melakukan fungsinya dalam sel.lacZberperan sebagai gen yang mengkodekan protein-galaktosidase,lacYberperan dalam mengkodekan proteinlaktosa permease, sementaralacAberperan dalam mengkodekan proteingalaktosida asetiltransferase. Dalam fungsinya untuk mengkataboli laktosa, laktosa permease yang berada padamembransitoplasmaberfungsi untuk mentransport laktosa kedalam sel . Sementara -galaktosidase yang berada pada permukaan membran sitoplasma berfungsi untuk memecahlaktosamenjadiglukosadangalaktosa, dan galaktosida asetiltransferase berfungsi untuk mengikat ikatan-D-galaktosidapada laktosa dengan asetil-CoA, sehingga diproduksi CoA dan asetil--D-galaktosida yang sampai sekarang belum diketahui fungsi signifikannya dalamkatabolismelaktosa. Gen struktural dalamlacoperon ditranskripsidalam bentukmRNApolisistronikyang akan ditranslasikanmenjadi ketiga enzim tersebut. Dengan diproduksinya ketiga enzim tersebut secara bersamaan, maka regulasi produk gen akan menjadi lebih efisien, karena tidak selamanya bakteri menggunakan laktosa sebagai sumber energinya, dan hanya digunakan ketika terdapat laktosa dalam jumlah banyak, sehingga tidak membuangbiomassasel hanya untuk mensintesa enzim-enzim tersebut. Transkripsi dimulai dari sebuah promoter

2) SaranKami menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun selalu kami harapkan demi kesempurnaan makalah ini.

DAFTAR PUSTAKA

Anonimus. 2008. Bahan Ajar Genetika, Pendidikan Biologi, Universitas Negeri Malang.Yuwono Tribowo. 2002 Biologi Molekuler, Universitas Gajah Mada, Erlangga.https://www.google.com/search?q=video+model+operon&oq=video+model+operon&aqs=chrome..69i57j0l5.22749j0j7&sourceid=chrome&es_sm=122&ie=UTF-8#q=apa%20itu%20operon%20lacyoutube.com/model-operon-lachttp://id.wikipedia.org/wiki/Operon_lac