Pengendalian Operon Triptofan

Operon merupakan kelompok gen struktural yang diekspresikan secara terkoordinasi dan simultan dibawah kontrol suatu sinyal regulasi tunggal (promotor). Umumnya, kelompok gen struktural ini terlibat dalam suatu rangkaian reaksi metabolisme yang sama. Hal ini menjadikan proses ekspresi genetik di dalam sel menjadi lebih efisien. Adapun sistem pengendalian ekspresi genetik terdiri atas dua jenis, yaitu: pengendalian positif dan negatif yang melibatkan aktivitas suatu gen regulator. Apabila suatu operon dapat diaktifkan oleh produk ekspresi gen regulator (aktivator) maka digolongkan sebagai pengendalian positif. Sebaliknya, pengendalian negatif terjadi ketika suatu operon dinonaktifkan oleh produk ekspresi gen regulator (represor). Produk gen regulator (aktivator atau represor) bekerja dengan cara menempel pada sisi pengikatan protein regulator pada daerah promotor gen yang diaturnya. Pengendalian ekspresi gen umumnya dipelajari pada suatu organisme prokariot, seperti bakteri E. coli. Salah satu sistem pengendalian yang umum pada suatu bakteri yaitu: sistem operon triptofan (operon trp).

Operon trp adalah operon yang digunakan atau ditranskripsikan secara bersama-sama untuk mengkode komponen yang diperlukan dalam produksi asam amino triptofan. Operon trp memiliki lima gen struktural, yaitu: trpE, trpD, trpC, trpB, dan trpA. Selain itu, terdapat pula promotor yang berikatan dengan RNA polimerase, gen represor (trpR) yang mensintesis protein spesifik, serta pengarah peptida (trpL) dan urutan atenuator yang memungkinkan terjadinya regulasi. Operon trp, dikendalikan melalui dua macam mekanisme, yaitu: penekanan (represi) oleh produk akhir ekspresi dan pelemahan (attenuation).

Struktur operon trp

Gambar 1. Struktur operon trp

Ketika terjadi pengikatan represor trp oleh triptofan, maka akan mengakibatkan terjadinya perubahan konformasi. Hal ini memungkinkan represor akan berikatan dengan operator trp dan menghalangi ekspresi operon trp. Sisi operator trp akan bertumpang tindih dengan promotor, sehingga pengikatan represor memblokir pengikatan RNA polimerase.Laju sintesis enzim dalam sel dapat dipengaruhi oleh perbedaan konsentrasi triptofan. Ketika represi diangkat dan transkripsi dimulai, laju transkripsi diatur oleh proses regulasi kedua yang disebut atenuasi transkripsi. Proses ini menyebabkan transkripsi diinisiasi secara normal, tetapi tiba-tiba dihentikan sebelum terjadi transkripsi gen operon.

Apabila konsentrasi triptofan tinggi, maka tRNA bermuatan triptofan (Trp-tRNATrp) juga akan memiliki konsentrasi yang tinggi. Hal ini memungkinkan ribosom melakukan translasi secara cepat melewati dua kodon Trp pada sekuens 1 dan memblokir sekuens 2 sebelum sekuens 3 disintesis oleh RNA polimerase. Keadaan ini menyebabkan, sekuens 2 ditutupi oleh ribosom. Selanjutnya, ketika sekuens 3 disintesis maka tidak tersedia pasangan sekuens 3 yang mengakibatkan struktur atenuator (sekuens 3 dan 4) dibentuk dan transkripsi dihentikan. Keadaan ini menjelaskan bahwa pengikatan triptofan akan menghambat proses  transkripsi sehingga digolongkan sebagai regulasi negatif pada operon trp.

Mekanisme operon trp pada triptofan konsentrasi tinggi

Gambar 2. Mekanisme operon trp pada triptofan konsentrasi tinggi

Mekanisme operon trp pada triptofan konsentrasi rendah

Gambar 3. Mekanisme operon trp pada triptofan konsentrasi rendah

Triptofan di dalam sel juga dapat berada pada keadaan dengan konsentrasi rendah. Hal ini menyebabkan ribosom berada pada dua kodon Trp dalam sekuens 1 (Gambar 4), akibat dari muatan tRNATrp yang kurang tersedia. Sekuens 2 tetap bebas sementara sekuens 3 disintesis. Kondisi ini memungkinkan kedua sekuens berpasangan dan dapat melanjutkan proses transkripsi. Selanjutnya, proporsi transkripsi atenuasi akan mengalami penurunan yang disebabkan terjadinya penurunan konsentrasi triptofan. Keadaan ini menjelaskan bahwa pengikatan triptofan memfasilitasi terjadinya transkripsi.

Sumber Pustaka:
D.L. Nelson, M.M. Cox, A.L. Lehninger, Principles of Biochemistry, 4th ed., Freeman, New York, 2008.

Written by: Ridho Brilliantoro

© copyright 2014. All Rights Reserved.

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s