REGULASI EKSPRESI GEN

REGULASI EKSPRESI GEN

Gen merupakan unit molekul DNA atau RNA dengan panjang molekul tertentu yang membawa informasi mengenai urutan asam amino yang lengkap suatu protein atau yang menentukan struktur lengkap suatu molekul rRNA atau tRNA (Yuwono, 2005 : 79). Gen dapat diwariskan dan diekspresikan.

Ekspresi gen merupakan rangkaian proses penerjemahan informasi genetik dalam bentuk urutan basa pada DNA atau RNA menjadi protein (Moran, 634). Ekspresi gen adalah suatu rangkaian kompleks yang melibatkan banyak faktor. Salah satu ciri penting pada sistem jasad hidup adalah keteraturan sistem. Oleh karena itu dalam ekspresi gen proses pengendalian (regulasi) sistem menjadi bagian mendasar dan penting. Secara umum dapat dikatakan bahwa proses ekspresi genetik dimulai dan diatur sejak pra inisiasi transkripsi. Mekanisme pengaturan ekspresi gen ini disebut dengan regulasi ekspresi gen.

Regulasi 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. Regulasi ekspresi gen paling banyak dimengerti melalui mekanisme yang dipelajari pada bakteri. Baca selanjutnya..

Bakteri Escheria coli merupakan salah satu jasad hidup prokariotik yang paling banyak dipelajari aspek fisiologi dan molekulernya. Bakteri ini mempunyai lebih dari 4.000 gen yang berbeda dan sekarang jasad ini telah selesai dipetakan dan diketahui urutan nukleotidanya secara lengkap. Jasad ini memiliki DNA yang lebih sederhana dan lebih sedikit mengandung pasangan basa nukleotida, berbentuk sirkuler. Jasad ini juga memiliki operon yang nantinya berperan dalam regulasi ekspresi gen.

Masih termasuk dalam regulasi ekspresi gen adalah proses diferensial sel pada eukariotik multiseluler. Semua makhluk hidup termasuk manusia berasal dari satu sel, sehingga semua sel yang berasal dari sel awal ini akan mempunyai kandungan genetik yang sama. Melalui proses diferansial sel akan dihasilkan berbagai jaringan dan organ. Dalam suatu organ disintesis suatu produk, sedangkan pada organ lain disintesis produk yang lain. Jadi walaupun semua sel tersenut mempunyai kandungan genetik yang sama, ternyata terdapat gen-gen yang diekspresikan hanya pada organ tertentu.

A. Ekspresi Gen

Ekspresi gen merupakan rangkaian proses penerjemahan informasi genetik, dalam bentuk urutan basa pada DNA atau RNA, menjadi protein. Ekspresi genetik adalah suatu rangkaian proses kompleks yang melibatkan banyak faktor. Salah satu ciri penting pada jasad hidup adalah keteraturan sistem (Lehninger, 2004:1084).

Ekspresi gen di dalam sel memerlukan dua proses yaitu transkripsi dan translasi. Transkripsi adalah proses penyalinan kode-kode genetik yang ada pada urutan DNA menjadi RNA. Transkripsi adalah proses yang mengawali ekspresi sifat-sifat genetik (Yuwono, 2010:133). Urutan nukleotida pada salah satu untaian molekul DNA digunakan sebagai cetakan (template) untuk sintesis molekul RNA. Molekul RNA yang disintesis adalah mRNA (messenger RNA), tRNA (transfer RNA) dan rRNA (ribosomal RNA). Molekul mRNA adalah RNA yang merupakan salinan kode-kode genetik pada DNA yang dalam proses selanjutnya (pada proses translasi) akan diterjemahkan menjadi urutan asam-asam amino yang menyusun suatu polipeptida atau protein tertentu. tRNA  adalah RNA yang berperan membawa asam-asam amino spesifik yang akan digabungkan dalam sisntesis protein (translasi). Molekul rRNA adalah RNA yang digunakan untuk menyusun ribosom, yaitu partikel sel yang digunakan sebagai tempat untuk sintesis protein.

Dalam transkripsi beberapa komponen utama yang terlibat adalah : (1) urutan DNA yang akan ditranskripsi, (2) enzim RNA polimerase, (3) faktor-faktor yang ditranskripsi dan (4) prekursor untuk sintesis RNA. Urutan DNA yang ditranskripsi adalah gen yang yang diekspresikan. Secara garis besar gen merupakan suatu urutan DNA yang mengkode urutan lengkap asam amino suatu polipeptida atau molekul RNA tertentu.

Secara umum gen prokatiotik tersusun atas atas tiga bagian utama yaitu ; daerah pengendali yang disebut promoter, bagian struktural dan terminator. Promoter adalah bagian gen yang berperan dalam mengendalikan proses transkripsi dan terletak pada ujung. Bagian struktural adalah bagian yang terletak pada hilir dari promoter. Bagian inilah yang mengandung urutan DNA spesifik yang akan ditranskripsi. Terminator adalah bagian gen yang terletak di sebelah hilir dari bagian struktural yang berperan dalam pengakhiran proses transkripsi. Secara umum struktur gen digambarkan sebagai berikut :

Untitled

Gen-gen yang bertanggung jawab dalam jalur kimia tertentu biasanya diorganisasikan dalam struktur operon. Operon adalah organisasi beberapa gen struktural yang ekspresinya dikendalikan satu promoter yang sama. Dalam operon terdapat operator, yaitu urutan nukleotida yang terletak diantara promoter dan bagian struktural dan merupakan tempat pelekatan protein represor. Masing-masing gen struktural tersebut mengkode protein  yang  berbeda,  tetapi  protein  tersebut  digunakan  untuk   rangkaian   proses metabolisme  yang  sama. Salah satu contoh adalah operon lac.

Operon lac terdiri atas   tiga  macam  gen  struktural  yang  mengkode tiga  macam  enzim  yaitu, gen Z (mengkode β–galaktosidase), gen Y  (mengkode permease) dan gen A (mengkode trans-asetilase). Ketiga macam gen tersebut diatur ekspresinya oleh satu promoter yang sama. Aktivitas promoter diatur oleh gen represor yang mengkode protein represor. Struktur operon lac pada bakteri E.Coli digambarkan sebagai berikut :

Untitled2

Pada waktu ditranskripsi operon lac akan menghasilkan satu untaian mRNA yang membawa kode-kode genetik untuk tiga macam polipeptida berbeda. Oleh karena itu mRNA disebut juga sebagai mRNA polisistronik. Selanjutnya mRNA yang polisistronik tersebut akan ditranslasi menghasilkan tiga macam protein yang mempunyai fungsi yang berbeda dalam proses metabolisme laktosa.

B. Regulasi Ekspresi Gen

Regulasi ekspresi gen merupakan proses pengaturan dalam penterjemahan informasi genetik. Regulasi ekspresi gen adalah suatu pengendalian gen yang berfungsi untuk memunculkan fenotipe dari genotipe. Proses pengaturan ini dilakukan dengan cara menghentikan produksi enzim, melalui penghentian gen penyandinya. Regulasi ekspresi gen pada bakteri dimulai dari proses transkripsi. Ini artinya jika suatu protein (yang dikodekan oleh gen) diperlukan, protein akan ditranskripsi. Sedangkan jika  suatu protein (yang dikodekan oleh gen) tidak diperlukan, maka protein tidak akan ditranskripsi.

Pengendalian ekspresi gen merupakan aspek penting bagi jasad hidup. Tanpa sistem pengendalian yang efisien, sel akan kehilangan banyak energi yang justru merugikan jasad hidup. Bakteri E.coli merupakan salah satu contoh jasad hidup prokariotik yang paling banyak dipelajari aspek fisiologi dan molekulernya. Dalam sistem molekulernya bakteri ini mempunyai banyak sistem pengendalian ekspresi genetik yang menentukan kapan suatu gen tertentu diaktifkan dan diekspresikan untuk menghasilkan suatu produk ekspresi.

Pengendalian suatu gen melibatkan aktivitas gen regulator (Lehninger, 2004: 1082). Secara umum dikenal dua sistem pengendalian ekspresi gen, yaitu: pengendalian positif dan negatif. Pengendalian positif pada suatu operon artinya operon  diaktifkan oleh produk gen regulator. Sebaliknya, pengendalian negatif berarti operon tersebut dinonaktifkan oleh produk ekspresi gen regulator. Pengendalian positif membutuhkan protein untuk terjadinya transkripsi, sedangkan pengendalian negatif membutuhkan protein untuk menghambar terjadinya transkripsi.

Produk gen regulator ada dua macam yaitu : aktivator dan represor. Aktivator berperan dalam pengendalian secara positif, dan represor berperan dalam pengendalian secara negatif. Produk gen regulator bekerja dengan cara menempel pada sisi pengikatan protein regulator pada daerah promoter gen yang diaturnya. Pengikatan aktivator atau represor pada promoter ditentukan oleh keberadaan molekul efektor yang biasanya berupa molekul kecil seperti asam amino, gula dan metabolit serupa lainnya. Molekul efektor yang mengaktifkan ekspresi gen disebut induser. Sedangkan yang bersifat menekan ekspresi gen disebut represor.

Lebih jauh pengendalian positif dan negatif dapat dibedakan menjadi dua sistem yaitu sistem yang dapat diinduksi (inducible system) dan sistem yang dapat ditekan (repressible system).

C. Induksi Dan Represi Operon

      Pengendalian secara negatif pada operon artinya operon dinoaktifkan oleh produk gen regulator (represor), sehingga bila represor ini menempel pada operator akan dapat menghambat transkripsi.  Operon dapat diaktifkan dengan cara diinduksi. Induksi operon terjadi apabila ada molekul efektor dalam sel. Molekul efektor merupakan molekul yang mengikat protein dan dapat merubah aktivitas protein. Molekul efektor yang dapat meningkatkan aktivitas protein disebut dengan induser. Dalam hal ini induser akan berikatan dengan represor, untuk kemudian mengubah struktur dari represor. Hal ini mengakibatkan represor tidak dapat lagi berikatan dengan operator. Dengan demikian transkripsi dapat berjalan. Secara skematis sistem pengendalian negatif dapat digambarkan sebagai berikut :

Untitled3

Dari gambar dapat dijelaskan bahwa pada pengendalian negatif dilakukan oleh protein represor yang dihasilkan oleh gen regulator. Pada gambar satu, represor ini menempel pada operator. Penempelan menyebabkan RNA polimerase tidak dapat melakukan transkripsi gen-gen struktural, sehingga operon mengalami represi (penekanan). Proses ini akan terjadi secara terus menerus selama tidak ada induser di dalam sel. Ini disebut dengan mekanisme efisiensi seluler karena sel tidak perlu mengaktifkan operon jika memang tidak ada induser sehingga energi seluler dapat dihemat. Pada gambar dua, menjelaskan  jika ada induser maka, induser melekat pada bagian represor dan mengubah struktur dari represor, sehingga mengubah allosterik konformasi molekul represor. Hal ini mengakibatkan represor tidak dapat menempel lagi pada operator dan represor tidak mampu menghambat transkripsi, sehingga  RNA polimerase akan terus berjalan. Pada gambar ketiga, represor yang dihasilkan pada gen regulator tidak berikatan dengan ko-represor akan menjadi tidak aktif dan transkripsi pun akan tetap berjalan. Terakhir pada gambar ke empat represor yang berikatan dengan ko-represor pada sisi allosteriknya akan menghambat transkripsi.

      Pada sistem pengendalian positif pada gen operon, operon diaktifkan oleh produk gen regulator, yaitu aktivator. Aktivator dapat bekerja (diaktifkan) bila ada induser. Kemudian aktivator yang telah berikatan dengan induser akan menempel pada operator. Dengan demikian transkripsi dapat berjalan. Transkripsi dapat dihentikan kembali bila ada ko-represor. Ko-represor dapat berikatan dengan aktivator dan menonaktifkan kerja aktivator. Secara skematis pengendalian positif operon dapat digambarkan sebagai berikut :

Untitled4

Berdasarkan gambar dapat dijelaskan bahwa pengendalian positif operon diaktifkan oleh produk ekspresi gen regulator. Pada gambar pertama menjelaskan bahwa gen regulator menghasilkan suatu aktivator yang belum aktif, sehingga transkripsi tidak bisa berjalan. Pada gambar kedua menjelaskan bahwa aktivator yang dihasilkan oleh gen berikatan dengan protein induser sehingga aktivator akan mengalami reaktivasi dan transkripsi pun berjalan. Pada gambar ketiga gen regulator yang menghasilkan aktivator yang sudah aktif dan transkripsi pun berjalan. Pada gambar ke empat menjelaskan bahwa aktivator akan berikatan dengan ko-represor sehinggan menjadi tidak aktif, sehingga tidak akan terjadi transkripsi.

About these ads

Berikan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s