BAB I

PENDAHULUAN

 

Mekanisme yang melibatkan regulasi ini ("mekanisme epigenetik") yang umum dibahas adalah gen berpindah (jumping gene) atau transposon, metilasi atau etilasi DNA dan protein (histon), paramutasi, imprinting.

Adapun tujuan dari makalah ini adalah untuk mengetahui mekanisme regulasi ekspresi suatu gen.

Manusia memiliki berbagai jenis sel yang memiliki DNA yang sama. Namun, hal itu dapat menjadi berbeda dikarenakan sel tersebut mensintesis dan membentuk seperangkat RNA yang berbeda. Selain itu terkadang gen dapat merubah ekspresinya sebagai respon signal dari luar seperti pada hormon glucocorticoid. Hormon ini akan merangsang sel liver untuk menginduksi enzim tyrosine aminotransferase. Enzim ini akan mengubah tyrosine menjadi glukosa. Hormon ini hanya akan bekerja pada saat tubuh kekurangan glukosa. Kontrol ekspresi gen terjadi baik pada eukariot dan prokariot, hanya kontrol ekspresi gen yang terjadi pada eukariot bersifat lebih kompleks.

Pada bakteri terdapat gen polisistronik yaitu kumpulan beberapa gen yang diatur oleh satu gen regulator. Hal ini menyebabkan saat proses transkripsi akan langsung dihasilkan beberapa protein. Umumnya, kontrol ekspresi gen pada prokariot diatur pada inisiasi transkripsi dan diatur oleh dua sekuen yaitu sekuen pada basa -35 yang sekuennya TTGACA dan sekuen pada posisi basa -10 yang sekuennya TATAAT. Sekuen ini berperan sebagai promotor. Kontrol ekspresi yang terjadi dapat berupa represi dan atenuasi. Sebagai contoh kontrol ekspresi gen yang terjadi dengan represi pada operon lac pada Escherichia coli.Pada operon ini, gen lacI akan mengkodekan protein reseptor dan menempel pada daerah operator sehingga transkripsi terhenti. Namun apabila terdapat inducer berupa laktosa dalam jumlah banyak, laktosa mampu berikatan dengan represor sehingga represor terlepas dari daerah operator dan RNA polimerase dapat melakukan transkripsi. Sedangkan contoh kontrol ekspresi gen dengan atenuasi pada operon triptofan.Apabila triptofan banyak, maka translasi oleh ribosom akan terjadi dengan cepat sehingga terbentuk loop yang akan menahan RNA polimerase untuk berhenti. Sedangkan ketika triptofan telah menjadi sedikit, ribosom akan berjalan lambat dan RNA polimerase akan melakukan transkripsi dengan cepat sehingga banyak hasil transkripsi dan triptofan.

Kontrol ekspresi gen yang terjadi pada eukariot diawali pada tahap:

1. Inisiasi transkripsi

Dengan adanya pengaruh enhancer yang akan berikatan dengan daerah promotor untuk meningkatkan aktivitas RNA polimerase.

2. Proses transkripsi dan modifikasi

Hal ini berupa adanya proses intron splicing sehingga hanya tersisi bagian ekson.

3. Kestabilan transkripsi

Saat hasil transkripsi dibawa dari inti sel menuju sitosol akan terjadi pemendekan ekor poli-A oleh enzim (DAN)pada 3' ke 5' yang berasosiasi dengan 5'cap.

4. Modifikasi translasi

Modifikasi ini terjadi dalam bentuk modifikasi kovalen disebabkan adanya modifikasi kimia seperti asetilasi, metilasi, dan disulfida bond formation. Contoh, molekul insulin dihasilkan dalam bentuk inaktif yang terdiri dari satu polipeptida dan untuk aktivasinya polipeptida tersebut akan dipotong menjadi dua bagian dan dihubungkan dengan jembatan disulfida.

Laktosa adalah gula bisakarida yang tersusun atas glukosa dan galaktosa. Laktosa dapat diuraikan menjadi glukosa dan galaktosa dengan bantuan enzim β-galaktosidase. Bakteri E. coli dalam hidupnya dapat memanfaatkan baik laktosa maupun glukosa tergantung gula mana yang tersedia di lingkungan. Bakteri E. coli mempunyai kemampuan mensintesis β-galaktosidase sehingga bila laktosa yang dimanfaatkan sebagai sumber karbon maka bakteri tersebut akan mampu mengubah laktosa menjadi galaktosa. Namun bila tersedia laktosa dan glukosa maka bakteri akan memilih glukosa sebagai sumber karbon, karena glukosa merupakan gula yang lebih langsung dimanfaatkan dalam proses metabolisme.

            Pengaturan ekspresi operon laktosa dilakukan oleh suatu protein regulator yang akan berinteraksi dengan promoter, yang akan menentukan berjalan atau inisiasi trankripsi yang dilakukan oleh transcriptase. Protein pengatur dihasilkan oleh gen regulator, yaitu gen yang produk ekspresinya berperan mengatur ekspresi gen lain. Dalam kasus operon laktosa terdapat dua gen regulator yaitu gen lac-I dan crp. Gen lac-i berhubungan dengan kehadiran laktosa, sedangkan crp berhubungan dengan  kehadirab glukosa. Gen yang diatur tersebut dinamakan gen structural. Sebagai contoh gen lacZ, lacY dan lacA pada operon laktosa. Jadi gen regulator berperan mengatur ekspresi gen structural.  

Gen lac-I akan menghasilkan suatu polipeptida, yang kemudian setiap empat polipeptida akan membentuk satu molekul protein tetramer yang berperan sebagai regulator. Dalam proses regulasi, protein tetramer ini akan menempel pada suatu wilayah promotor yang disebut operon. Penempelan itu terjadi karena ada kecocokan tertentu antara runtunan basa operator dengan protein regulator, akibat adanya protein regulator yang menempati wilayah operator maka trankriptase tidak dapat melakukan inisiasi traskripsi, sehingga gen-gen terdapat dibelakang promoter menjadi tidak terekspresi. Protein regulator seperti diatas bersifat menghalangi atau menekan terjadinya traskripsi, maka disebut repressor. Lawan dari sifat repressor disebut aktivator., yaitu yang bersifat mendorong terjadinya  ekspresi gen. kehadiran laktosa pada media tumbuhyn akan mendorong terjadinya ekspresi operon laktosa atau terjadi sintesis β-galaktosidase. Berarti kehadiran laktosa harus melepaskan protein regulator dari promotor agar terjadi ekspresi gen lacZ untuk menghasilkan β-galaktosidase. Dalam sisten regulasi ini, laktosa yang diambil oleh bakteri dapat berinteraksi dengan protein regulator dan asosiasi tersebut akan mengubah konfigurasi molekul protein regulator. Perubahan konfigurasi pada protein represor menyebabkan protein tersebut menjadi tidak mampu berasosiasi dengan operato. Dengan tidak adanya inhibitor pada promoter maka transcriptase menjadi tidak terhalang untuk melakukan inisiasi transkripsi, dan terjadi ekspresi gen-gen pada operon laktosa.

Bila bakteri telah menkonversi laktosa menjadi glikmosa, dan bila kuantitas glukosa sudah mencukupi maka harus β-galaktosidase harus dihentikan sintesisnya. Regulasi oleh glukosa ini disebut represi katabolit atau represi glukosa. Proses regulasi ini melibatkan tiga komponen yaitu glukosa, cAMP (cyclic AMP), dan CAP. CAP merupakan protein yang mengaktifkan enzim transcriptase, protein ini disandikan oleh regulator  gen carp.  Asosiasi antara CAP dengan transcriptase menyuebabakan transcriptase menjadi aktif dan mampun menkatalisis proses transkripsi. Tanpa CAP maka transcriptase menjadi tidak aktif.

Regulasa oleh crp dan glukosa : glukosa mengatur aktifitas CAP melalui pengaturan cAMP. Antara CAP dan cAMP dapat terbnetuk asosiasi, dan asosiasi ini akan menyebabkan CAP aktif berperan sebagai activator; CAP yang terbebas dari cAMP tidak berperan sebagai activator.kuantitas Camp berbanding terbalik dengan glukosa. Saat glukosa di dalam sel berjumlah kecil cAMP ditemukan berada dalam jumlah besar, dan bila kuantitas glukosa dalam sel meningkat maka cAMP akan menurun. Dalam keadaan kuantitas rendah, cAMP tidak dapat berasosiasi dengan CAP, akibatnya CAP tidak dapat menjadi aktivator.

Jadi pada saat glukosa rendah Camp berada dalam jumlah besar dan membentuk asosiasi Camp-CAP yang berperan menjadi activator enzim traskriptase, sehingga terjadi transkrifsi operon laktosa. Ketika glukosa meningkat sampai jumlah tertentu cAMP menurun sehingga tidak terbentuk asosiasi cAMP-CAP dan CAP tidak dapat berperan sebagai activator dan transkrifsi operon laktosa tidak berlangsung.

Kontrol ekspresi gen terjadi baik pada eukariot dan prokariot, hanya kontrol ekspresi gen yang terjadi pada eukariot bersifat lebih kompleks.

Pengaturan ekspresi operon laktosa dilakukan oleh suatu protein regulator yang akan berinteraksi dengan promoter, yang akan menentukan berjalan atau inisiasi trankripsi yang dilakukan oleh transcriptase. Protein pengatur dihasilkan oleh gen regulator, yaitu gen yang produk ekspresinya berperan mengatur ekspresi gen lain.

Adapun saran saya dalam membuat makalah ini yaitu masih banyak kekurangan dalam penyusunan makalah ini, kami harapkan masukan-masukan dari para pembaca sekalian.

DAFTAR PUSTAKA

Gen. http://id.wikipedia.org/wiki/Gen. (23 Januari 2010).

Regulasi ekspresi gen prokariot : regulasi operon laktosa; pdf (23 Januari 2010).

Regulasi_gen.htm. http://wikipedia.com. (20 Januari 2010).