Operon lac: Perbedaan antara revisi

'''Operon''' ''''' lac''''' adalah [[operon]] yang dibutuhkan dalam transpor dan metabolisme dari [[laktosa]] di ''[[E.coli]]'' dan berbagai macam [[bakteri enterik]] lainnya.<ref name=jou>{{en}} Joung J, Ramm E, Pabo C (2000). "A bacterial two-hybrid selection system for studying protein-DNA and protein-protein interactions". Proc Natl Acad Sci USA 97 (13): 7382–7.</ref> Operon ''lac'' terdiri dari gen structural (''lacZ'', ''lacY'', dan ''lacA''), situs [[operator]], dan gen [[regulator]] yang terdiri dari [[lacCRP]], [[lacP]], dan [[lacO]] yang merupakan situs pengikatan untuk [[reseptor protein cAMP]], [[RNA polimerase]], dan [[represor]] laktosa.<ref name=sri>{{en}}Sristava, S. 2003. ''Understanding Bacteria''. Norwell: Springer</ref>.

Gen struktural dalam ''lac'' operon berfungsi untuk menyandikan protein untuk melakukan fungsinya dalam sel. ''lacZ'' berperan sebagai gen yang mengkodekan protein [[β-galaktosidase]], ''lacY'' berperan dalam mengkodekan protein [[laktosa permease]], sementara ''lacA'' berperan dalam mengkodekan protein [[galaktosida asetiltransferase]].<ref name=russel>{{en}}Russel P, Hertz P, Mcmillan B. 2011. Biology: The Dynamic Science. Belmont:Cengage learning</ref>.

Dalam fungsinya untuk mengkataboli laktosa, laktosa permease yang berada pada [[membran]] [[sitoplasma]] berfungsi untuk mentransport laktosa kedalam sel . Sementara β-galaktosidase yang berada pada permukaan membran sitoplasma berfungsi untuk memecah [[laktosa]] menjadi [[glukosa]] dan [[galaktosa]], dan galaktosida asetiltransferase berfungsi untuk mengikat ikatan [[β-D-galaktosida]] pada laktosa dengan asetil-CoA, sehingga diproduksi CoA dan asetil-β-D-galaktosida yang sampai sekarang belum diketahui fungsi signifikannya dalam [[katabolisme]] laktosa.<ref name=hooper/>.

Gen struktural dalam ''lac'' operon di[[transkripsi]] dalam bentuk [[mRNA]] [[polisistronik]] yang akan di[[translasi]]kan menjadi ketiga enzim tersebut.<ref>Toole G, Toole S. 2004.''Essential A2 Biology for OCR''. Cheltenhem: Nelson thrones</ref>. 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 membuang [[biomassa]] sel hanya untuk mensintesa enzim-enzim tersebut. Transkripsi dimulai dari sebuah promoter (P''lac'').<ref name=win>{{en}}Windelspecht, Michael. 2007. ''Genetics 101''. Westport: ABC-CLIO</ref>.

Situs regulator laktosa memiliki satu gen struktural (''lacI'') dan satu situs pengontrolan (''lacP2''), dimana gen strukturalnya berperan untuk mengkodekan subunit tetramer [[represor]] laktosa, sementara [[situs pengontrolan]] berperan sebagai situs pengikatan RNA polimerase.<ref name=sri/>. Pada keadaan tidak ada inducer, represor mengikat pada lacO secara sterik dan memblokir pengikatan RNA polimerase ke ''lacP2'' dan menghambat insiasi transkripsi dari operon laktosa.<ref name=kim>{{en}} Kimball J. 2006. The Operon. [terhubung berkala]. http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/L/LacOperon.html {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20100611045124/http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/L/LacOperon.html |date=2010-06-11 }} [23 Mar 2009].</ref> Represor juga berperan dalam pemblokiran transkripsi operon regulator laktosa, beserta dengan produksi dirinya sendiri atau disebut sebagai [[autorepresi]].<ref name=hooper>Hooper N, Hames D. 2000. ''Instant Notes in Biochemistry''. Oxford: Taylor & Francis</ref>.

Pada keadaan tidak ada laktosa ataupun ''[[inducer]]'' lainnya, represor tetap akan mengikat ''lacO'' dan menghalangi terjadinya transkripsi karena pengikatan RNA polimerase diblokir pada situs ''lacP'', tetapi konsentrasi represor akan menurun karena terjadi protein ''[[turnover]]'' atau mengalami degradasi dan [[dilusi]] oleh [[pertumbuhan]] dan [[pembelahan sel]], sehingga ''lacO'' akan dilepas oleh represor secara berkala, dan RNA polimerase dapat mengikat pada ''lacP'' dan menginiasasi transkripsi.<ref name=hooper/>. Sintesis mRNA yang terjadi seperti ini dinamakan sebagai ''[[sneak synthesis]]''.<ref name=russel/>. [[Translasi]] mRNA polisistronik yang terjadi akan menghasilkan ketiga enzim yang menjadi stuktural dari lac operon dengan konsentrasi yang rendah.<ref name=russel/>. Enzim pada konsentrasi rendah ini dinamakan sebagai [[level basal]] dari enzim, sehingga sel tidak akan pernah kehilangan enzim untuk katabolisme laktosa.<ref name=win/>.

Ketika terdapat inducer, seperti [[isopropil-β-D-tiogalaktosida]] ([[IPTG]]) ditambahkan kedalam media yang terdapat populasi bakteria pengkatabolit laktosa, operon laktosa akan aktif. Laju pembentukan β-galaktosidase, permease, dan transasetilase akan meningkat pesat sampai pada keadaan jenuh atau maksimum selama kondisi lingkungan tidak berubah.<ref name=smo>Smolke, Christina. 2010. ''The Metabolic Pathway Engineering Handbook: Fundamentals''. New York: CRC Press</ref>. IPTG dapat diambil oleh bakteri, akibat aktivitas permease yang terbentuk karena level basal dari enzim dan akan tetap terkonsentrasi di [[membran plasma]].<ref name=bol/>. IPTG akan mengikat represor dan mengalami [[perubahan konformasi]], sehingga represor akan berada pada keadaan [[inaktif]]nya, dan tidak dapat mengikat ke operator lagi, sehingga RNA polimerase akan dengan mudah mengikat pada ''lacP'' dan meng[[inisiasi transkripsi]] tanpa adanya represor.<ref name=hooper/>. Segera setelah RNA polimerase menginisiasi transkripsi, RNA polimerase yang lain akan langsung mengikat ke promoter dan memulai transkripsi lagi, sehingga akan terdapat banyak mRNA dari operon laktosa, tetapi translasi yang terjadi tidak dapat dilakukan seperti halnya pada transkripsi.<ref name=bol/>. Translasi yang terjadi setelah mRNA pertama hanya akan dimulai ketika mRNA pertama selesal ditranslasi, tetapi masing-masing mRNA dapat ditranslasi berulang, sekitar 40-50 kali sehingga konsentrasi enzim yang terbentuk akan makin besar.<ref name=bol>Bolsover SR, Shephard EA, White HA, Hyams JS. 2011. ''Cell Biology: A Short Course''. New Jersey: John Wiley & sons</ref>.

Dalam percobaannya untuk mendeteksi aktivitas operon laktosa, biasanya digunakan [[absorbansi cahaya]] untuk mengukur [[unit enzim]] yang terbentuk, seperti penambahan senyawa tidak berwarna [[ortho-nitrophenol galaktosida]] ([[ONPG]]) yang berfungsi untuk mengukur kadar β-galaktosidase yang akan menghasilkan warna kuning seiring waktu dan aktivitas enzimnya.<ref name=panno/>. ONPG akan terpecah menjadi galaktosa dan [[nitrofenol]] yang berwarna kuning, tidak seperti IPTG, ONPG bukanlah ''inducer'' <ref name=smo/>

Jika biosintesa tidak diregulasi, maka sel akan dengan cepat terpenuhi dengan mRNA dan [[enzim]] yang tidak berguna karena [[sintesis]] dari molekul-molekul ini membutuhkan banyak [[energi]], sementara energi yang dibutuhkan untuk membuat molekul tersebut lebih baik dialokasikan untuk [[perbaikan sel]] ataupun [[reproduksi sel]].<ref name=jou/>. Selebihnya lagi, katabolisme berlebihan akan membuat banyak [[produk katabolit]] untuk keluar dari sel dan membutuhkan [[protein transport]] lebih banyak. Karena protein transport glukosa dan enzim katabolitnya diproduksi pada kadar yang tinggi, akan sangat tidak berguna untuk menginduksi operon untuk utilisasi gula lain, ketika terdapat glukosa sebagai sumber makanan. Karena alasan-alasan ini, maka regulasi untuk mengatur kadar mRNA, dan enzim dibutuhkan<ref name=panno>Panno J. 2005. ''The Cell: Evolution of the First Organism''. New York: Infobase Publishing</ref>