Sintesis Protein Lac Operon

1. Replikasi adalah proses pembentukan/pembelahan 1 (satu) DNA menjadi 2 dengan rumus 2ⁿ.
2. Transkipsi adalah sintesis molekul RNA yang komplemen dengan DNA (DNA sebagai cetakan).
3. Translasi adalah sintesis protein dengan m RNA sebagai cetakan. Berlangsung dir RNA dan tRNA sebagai molekul pembawa asam amino (urutan m RNA “ditranslate” menjadi urutan asam amino).
4. Sistem Regulasi Operon Laktosa

Laktosa adalah gula bisakarida, yaitu gula yang tersusun atas dua molekul gula sederhana, yaitu glukosa dan galaktosa. Laktosa dapat diuraikan menjadi glukosa dan galaktosa dengan bantuan enzim ß-galaktosidase.

Kemampuan bakteri untuk memilih laktosa dan glukosa sebagai sumbe karbon telah memunculkan pertanyaan apakah bakteri akan tetap mensintesis ß-galaktosidase seandainya glukosa yang jadi pilihan. Jawabannya ialah bahwa bakteri mampu mengatur ekspresi gen penyandi ß-galaktosidase sesuai dengan pilihan sumber karbon yaitu laktosa atau glukosa.

Pengaturan ekspresi gen ini disebut sistem regulasi ekspresi gen; dan sistem ini pertama kali dijelaskan oleh Jacob dan Monod. Sistem regulasi yang ditemukan oleh mereka sekarang dikenal sebagai sistem regulasi operon laktosa, Sistem regulasi ini merupakan sitem regulasi pada tingkat inisiasi transkripsi atau regulasi pada tingkat promotor.

Gen-gen pada satu operon akan diekspresikan secara bersamaan melalui inisiasi transkripsi pada promotor yang sama dan berakhir pada terminator yang sama. Pada operon laktosa terdapat tiga gen yaitu lac-Z, lac- Y, dan Lac A, yang masing-masing menyandikan ß-galaktosidase permease, dan transasetilase. Gen-gen yang berada pada satu operon mempunyai hubungan fungsi dalam metabolisme Pengaturan ekspresi operon laktosa dilakukan oleh suatu protein regulator yang akan berinteraksi dengan promotor. Protein regulator tersebut akan menentukan inisiasi translasi yang dilakukan oleh transkriptase. 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 gen crp. Gen Lac i berhubungan dengan kehadiran laktosa, sedangkan gen crp berhubungan dengan kehadiran glukosa. Gen yang diatur tersebut dinamakan gen struktural, sebagai contoh gen lac Z, Lac Y, dan Lac A pada operon laktosa. Jadi gen regulator berperan mengatur ekspresi gen struktural.

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 operator. Penempelan itu terjadi karena ada kecocokan tertentu antara runtunan basa operator dengan protein regulator. Akibat adanya protein regulator yang menempati wilayah operator maka transkriptase tidak dapat melakukan inisiasi translasi, sehingga gen-gen yang terdapat di belakang promotor menjadi tidak terekspresi. Protein regulator seperti di atas bersifat menghalangi atau menekan terjadinya transkripsi, maka disebut inhibitor Lawan sifat dari represor disebut aktivator, yaitu yang bersifat mendorong terjadinya ekspresi gen.

Kehadiran laktosa pada media tumbuh akan mendorong terjadinya ekspresi operon laktosa atau terjadi sintesis ß-galaktosidase. Berarti kehadiran laktosa harus mampu melepaskan protein regulator dari promotor agar terjadi ekspresi gen lac-Z, untuk menghasilkan ß-galaktosidase. Dalam sistem regulasi ini laktosa yang diambil oleh bakteri dapat berinteraksi dengan protein regulator dan asosiasi yang akan mengubah konfigurasi molekul protein regulator. Perubahan konfigurasi pada protein represor menyebabkan protein tersebut menjadi tidak mampu berasosiasi dengan operator. Dengan tidak adanya inhibitor pada promotor maka transkriptase menjadi tidak terhalang untuk melakukan inisiasi transkripsi dan terjadi ekspresi gen-gen pada operon laktosa.

Selain oleh kehadiran laktosa ekspresi operon Lac juga diatur oleh keberadaan glukosa. Bila bakteri telah mengkonversi laktosa menjadi glukosa, dan bila kuantitas glukosa sudah mencukupi maka ß-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 (protein aktivator/ represor). CAP merupakan protein yang berperan mengaktifkan enzim transkriptase, protein ini disandikan oleh gen regulator crp Asosisasi antara CAP dengan transkriptase menyebabkan transkriptase menjadi aktif dan mampu mengkatalisis proses transkripsi, tanpa CAP transkriptase menjadi tidak aktif.