OPERON

Bakteri sering menanggapi perubahan lingkungan dengan mengatur transkripsi• Seleksi alam telah disukai bakteri yang menghasilkan hanya produk

yang dibutuhkan oleh sel itu.• Sebuah sel dapat mengatur produksi enzim dengan menghambat

umpan balik atau dengan regulasi gen.• Ekspresi gen pada bakteri dikendalikan oleh model operon.

Operon: Konsep Dasar

• Sekelompok gen fungsional terkait dapat berada di terkoordinasi oleh “on-off”• Regulator “switch” yaitu segmen DNA yang disebut operator yang

biasanya diposisikan dalam promotor.• Operon adalah keseluruhan rangkaian DNA yang meliputi operator,

promotor, dan kontrol gen

Definisi

• Sekelompok gen struktural hasil bakteri yang ditranskripsi bersama-sama (bersama dengan promotor dan urutan tambahan yang mengontrol transkripsi) disebut operon.• Sebuah operon adalah sekelompok gen yang ditranskripsi pada saat

yang sama• Mereka biasanya mengendalika proses biokimia yang penting• Mereka hanya ditemukan pada prokariot

• Operon dapat dihentikan prosesnya dengan represor protein

• Represor mencegah transkripsi gen dengan mengikat operator dan menghalangi RNA polimerase

• Represor adalah produk dari gen regulator yang terpisah

• Regulator gen adalah suatu gen yang mengkode produk (protein) dan mengontrol ekspresi gen lainnya.

• Struktural gen adalah suatu gen yang mengkode RNA/produk protein selain regulator.

• Regulasi positif suatu faktor transkripsi diperlukan untuk mengikat promotor untuk memungkinkan RNA polimerase untuk memulai transkripsi.

• Regulasi negative adanya protein yang menempel pada promotor dan menghentikan proses transkripsi.

• Regulasi inducible gen diatur oleh adanya substrat ini (inducer).

• Regulasi repressible gen diatur oleh produk dari jalur enzim (corepressor)

Cluster Gen struktural apakah terkoordinasi dan terkendali• Kode gen untuk protein yang berfungsi dalam jalur yang sama mungkin terletak

berdekatan satu sama lain dan dikendalikan sebagai satu kesatuan yang ditranskripsikan menjadi mRNA polisistronik.

Operon lac mencakup unsur-unsur regulator cis-acting dan gen struktural protein-coding

Represor bisa dalam bentuk aktif atau tidak aktif, tergantung pada keberadaan molekul lain

Sebuah corepressor adalah molekul yang bekerja sama dengan protein represor untuk mengalihkan operon off

Misalnya, E. coli dapat mensintesis asam amino triptofan

Operon trp

Secara default operon trp aktif dan gen untuk sintesis triptofan ditranskripsi

Ketika triptofan hadir, ia mengikat ke protein represor trp, yang ternyata operon off

Represor hanya aktif di hadapan corepressor triptofan tersebut; sehingga operon trp dimatikan (ditekan) jika tingkat triptofan tinggi

Operon repressible dan inducible: Dua jenis regulasi gen negatif• Sebuah operon repressible adalah salah satu yang biasanya mengikat

dari represor untuk operator menutup transkripsi

• Operon trp adalah operon direpresi (repressible)

• Sebuah operon inducible adalah salah satu yang biasanya off; molekul yang disebut inducer menginaktivasi represor dan menghidupkan transkripsi

lac operon

• lac operon adalah operon diinduksi (inducible) dan mengandung kode gen untuk enzim yang digunakan dalam hidrolisis dan metabolisme laktosa

• Dengan sendirinya, represor lac aktif dan beralih menjadi operon lac off

• Sebuah molekul yang disebut inducer menginaktivasi represor untuk mengubah operon lac

Enzim diinduksi (inducible) biasanya berfungsi dalam jalur katabolik; sintesis mereka dipengaruhi oleh sinyal kimia

Enzim direpresi (repressible) biasanya berfungsi dalam jalur anabolik; sintesis mereka ditekan oleh tingginya tingkat produk akhir

Regulasi dari trp operon dan lac operon melibatkan kontrol negatif dari gen karena operon dimatikan oleh bentuk aktif dari represor

Regulasi gen positif• Beberapa operon juga tunduk pada kontrol positif melalui protein stimulasi, seperti

protein katabolit activator (CAP), aktivator transkripsi

• Ketika glukosa (sumber makanan yang disukai E. coli) adalah langka, CAP diaktifkan dengan mengikat dengan AMP siklis (cAMP)

• CAP yang diaktifkan menempel pada promotor lac operon dan meningkatkan afinitas RNA polimerase, sehingga mempercepat transkripsi

• Ketika kadar glukosa meningkat, CAP melepaskan dari operon lac, dan transkripsi kembali ke tingkat normal

• CAP membantu mengatur operon lain yang mengkodekan enzim yang digunakan dalam jalur katabolik

Regulasi transkripsi di prokariotJacob dan Monod (1961):• produk trans-acting• urutan yang berfungsi secara eksklusif dalam DNA cis-acting

• Aktivitas gen diatur oleh interaksi spesifik dari produk trans-acting (biasanya protein) dengan urutan cis-acting (biasanya situs di DNA)

trans-acting Sebuah produk yang dapat berfungsi pada setiap salinan DNA target. Ini berarti bahwa itu adalah protein diffusible atau RNA.

cis-acting Sebuah situs yang mempengaruhi aktivitas dan satunya urutan pada molekul sendiri DNA (atau RNA); Properti ini biasanya berarti bahwa situs tersebut tidak kode untuk protein.

Dalam istilah yang lebih formal:Sebuah gen adalah suatu urutan DNA yang kode untuk produk diffusible (protein / RNA). Fitur penting adalah bahwa produk berdifusi jauh dari situsnya mensintesis untuk bertindak di tempat lain. Setiap produk gen yang bebas untuk menyebar untuk mencari target digambarkan sebagai trans-acting

cis-acting berlaku untuk setiap urutan DNA yang tidak diubah menjadi bentuk lain, tetapi yang berfungsi secara eksklusif sebagai DNA untuk yang secara fisik terkait (dalam beberapa kasus, fungsi urutan cis-acting dalam RNA daripada DNA)

Ingat!

Secara fungsional yang terkait gen dalam sel bakteri sering berkumpul bersama sebagai satu unit transkripsi tunggal disebut sebagai operon.

Sebuah operon meliputi beberapa gen struktural, promotor untuk gen struktural dan situs operator yang mana produk dari gen regulator mengikat

The lac operon E. coli

Pada tahun 1961, Francois Jacob dan Jacques Monod menggambarkan ‘model operon' metabolisme laktosa dalam E. coliKarya ini ditetapkan pada operon sebagai unit dasar kontrol transkripsi pada bakteri