Sebuah operon terdiri dari sekelompok gen berurutan yang mengatur satu sama lain, yang mengkodekan protein yang terkait secara fungsional, dan yang ditemukan di seluruh genom bakteri dan genom “leluhur”.
Mekanisme pengaturan ini dijelaskan oleh F. Jacob dan J. Monod pada tahun 1961, sebuah fakta yang membuat mereka mendapatkan Hadiah Nobel dalam Fisiologi dan Kedokteran pada tahun 1965. Para peneliti ini mengusulkan dan mendemonstrasikan operasi operon melalui gen yang mengkode enzim yang dibutuhkan oleh Escherichia coli untuk pemanfaatan laktosa.
Diagram grafis untai DNA dengan gen yang menyusun operon laktosa (Promotor, Operator, lacZ, lacY, lacA dan terminator) (Sumber: Llull ~ commonswiki Via Wikimedia Commons)
Operon bertugas mengoordinasikan sintesis protein sesuai dengan kebutuhan setiap sel, yaitu, mereka hanya diekspresikan untuk menghasilkan protein pada waktu dan tempat yang tepat di mana mereka dibutuhkan.
Gen yang terkandung di dalam operon umumnya adalah gen struktural, artinya mereka mengkode enzim penting yang terlibat langsung dalam jalur metabolisme di dalam sel. Ini bisa berupa sintesis asam amino, energi dalam bentuk ATP, karbohidrat, dll.
Operon juga sering ditemukan pada organisme eukariotik, namun, berbeda dengan organisme prokariotik, pada eukariota wilayah operon tidak ditranskripsikan sebagai molekul RNA pembawa pesan tunggal.
Indeks artikel
Penemuan
Kemajuan penting pertama mengenai operon yang dibuat oleh François Jacob dan Jacques Monod adalah untuk mengatasi masalah “adaptasi enzimatik”, yang terdiri dari munculnya enzim tertentu hanya ketika sel berada di hadapan substrat.
Respons sel terhadap substrat seperti itu telah diamati pada bakteri selama bertahun-tahun. Namun, para peneliti bertanya-tanya bagaimana sel menentukan dengan tepat enzim mana yang akan disintesis untuk memetabolisme substrat itu.
Jacob dan Monod mengamati bahwa sel bakteri, dengan adanya karbohidrat mirip galaktosa, menghasilkan -galaktosidase 100 kali lebih banyak daripada dalam kondisi normal. Enzim ini bertanggung jawab untuk memecah -galaktosida sehingga sel menggunakannya secara metabolik.
Jadi, kedua peneliti menyebut karbohidrat tipe galaktosida sebagai “penginduksi”, karena mereka bertanggung jawab untuk menginduksi peningkatan sintesis -galaktosidase.
Demikian pula, Jacob dan Monod menemukan wilayah genetik dengan tiga gen yang dikendalikan secara terkoordinasi: gen Z, yang mengkode enzim -galaktosidase; gen Y, yang mengkode enzim laktosa permease (transpor galaktosida); dan gen A, yang mengkode enzim transasetilase, yang juga penting untuk asimilasi galaktosida.
Melalui analisis genetik selanjutnya, Jacob dan Monod mengklarifikasi semua aspek kontrol genetik operon laktosa, menyimpulkan bahwa segmen gen Z, Y dan A merupakan unit genetik tunggal dengan ekspresi terkoordinasi, yang mereka definisikan sebagai “operon”.
caral operon
Model operon pertama kali secara akurat dijelaskan pada tahun 1965 oleh Jacob dan Monod untuk menjelaskan regulasi gen yang ditranskripsi dan diterjemahkan untuk enzim yang diperlukan dalam Escherichia coli untuk memetabolisme laktosa sebagai sumber energi.
Para peneliti ini mengusulkan bahwa transkrip gen atau set gen yang terletak secara berurutan diatur oleh dua unsur: 1) gen pengatur atau gen represor 2) dan gen operator atau urutan operator.
Gen operator selalu ditemukan di sebelah gen struktural yang ekspresinya bertanggung jawab untuk mengatur, sedangkan gen represor mengkode protein yang disebut “represor” yang mengikat operator dan mencegah transkripsinya.
Transkripsi ditekan ketika represor terkait dengan gen operator. Dengan cara ini, ekspresi genetik dari gen yang mengkodekan enzim yang diperlukan untuk mengasimilasi laktosa tidak diekspresikan dan, oleh karena itu, tidak dapat memetabolisme disakarida tersebut.
Diagram fungsional operon laktosa melalui unsur kontrol yang berbeda. Ini adalah operon “caral” yang digunakan oleh guru biologi untuk mengajarkan fungsi gen-gen ini (Sumber: Tereseik. Karya yang berasal dari gambar G3pro. Terjemahan bahasa Spanyol oleh Alejandro Porto. [CC BY (https://creativecommons.org /licenses/by /3.0)] Melalui Wikimedia Commons)
Saat ini diketahui bahwa pengikatan represor ke operator mencegah, dengan mekanisme sterik, RNA polimerase mengikat ke situs promotor sehingga mulai mentranskripsi gen.
Situs promotor adalah “situs” yang dikenali RNA polimerase untuk mengikat dan menyalin gen. Karena tidak dapat mengikat, ia tidak dapat menyalin salah satu gen dalam urutan.
Gen operator terletak di antara wilayah genetik dari urutan yang dikenal sebagai promotor dan gen struktural. Namun, Jacob dan Monod tidak mengidentifikasi wilayah ini pada masanya.
Sekarang diketahui bahwa urutan lengkap yang mencakup gen struktural atau gen, operator dan promotor, pada dasarnya adalah apa yang merupakan “operon”.
Klasifikasi operon
Operon diklasifikasikan menjadi hanya tiga kategori berbeda yang bergantung pada cara mereka diatur, yaitu, beberapa diekspresikan secara terus menerus (konstitutif), yang lain memerlukan beberapa molekul atau faktor spesifik untuk mengaktifkan (diinduksi) dan yang lain diekspresikan terus menerus sampai penginduksinya. diekspresikan (dapat ditekan).
Ketiga jenis operon tersebut adalah:
operon yang dapat diinduksi
Operon jenis ini diatur oleh molekul di lingkungan seperti asam amino, gula, metabolit, dll. Molekul-molekul ini dikenal sebagai penginduksi. Jika molekul yang bertindak sebagai penginduksi tidak ditemukan, gen operon tidak ditranskripsi secara aktif.
Dalam operon yang dapat diinduksi, represor bebas mengikat operator dan mencegah transkripsi gen yang ditemukan di operon. Ketika penginduksi mengikat represor, sebuah kompleks terbentuk yang tidak dapat mengikat represor dan dengan demikian gen operon diterjemahkan.
Operon yang Dapat Ditekan
Operon ini bergantung pada molekul tertentu: asam amino, gula, kofaktor atau faktor transkripsi, antara lain. Ini dikenal sebagai corepressors dan mereka bertindak dengan cara yang benar-benar berlawanan dengan induktor.
Hanya ketika korepresor berikatan dengan represor, transkripsi berhenti dan dengan demikian transkripsi gen yang terkandung dalam operon tidak terjadi. Kemudian transkripsi operon yang dapat direpresi hanya berhenti dengan adanya korepresor.
operon konstitutif
Jenis operon ini tidak diatur. Mereka terus-menerus ditranskripsi secara aktif dan, jika ada mutasi yang mempengaruhi urutan gen-gen ini, kehidupan sel-sel yang mengandungnya dapat terpengaruh dan, secara umum, memicu kematian sel terprogram.
Contoh
Contoh paling awal dan paling dikenal dari fungsi operon adalah operon lak (laktosa). Sistem ini bertanggung jawab untuk mengubah laktosa, disakarida, menjadi glukosa monosakarida dan galaktosa. Tiga enzim bertindak dalam proses ini:
– -galaktosidase, bertanggung jawab untuk mengubah laktosa menjadi glukosa dan galaktosa.
– Laktosa permease, bertanggung jawab untuk mengangkut laktosa dari media ekstraseluler ke bagian dalam sel dan
– Transcetylase, yang termasuk dalam sistem, tetapi memiliki fungsi yang tidak diketahui
Operon trp (triptofan) dari Escherichia coli mengontrol sintesis triptofan, memiliki asam korismat sebagai prekursor. Di dalam operon ini terdapat gen untuk lima protein yang digunakan untuk produksi tiga enzim:
– Enzim pertama, dikodekan oleh gen E dan D, mengkatalisis dua reaksi pertama dari jalur triptofan dan dikenal sebagai sintetase anthranilate
– Enzim kedua adalah gliserol fosfat dan mengkatalisis langkah selanjutnya menjadi sintetase anthranilate
– Enzim ketiga dan terakhir adalah triptofan sintetase, bertanggung jawab untuk memproduksi triptofan dari indole-gliserol fosfat dan serin (enzim ini adalah produk dari gen B dan A)
Referensi
- Blumenthal, T. (2004). Operon pada eukariota. Pengarahan dalam Genomics Fungsional , 3 (3), 199-211.
- Gardner, EJ, Simmons, MJ, Snustad, PD, & Santana Calderon, A. (2000). Prinsip genetika. Prinsip genetika .
- Osbourn, AE, & Lapangan, B. (2009). operon. Ilmu kehidupan seluler dan molekuler, 66 (23), 3755-3775.
- Shapiro, J., Machattie, L., Eron, L., Ihler, G., Ippen, K., & Beckwith, J. (1969). Isolasi DNA operon lac murni. Alam, 224 (5221), 768-774.
- Suzuki, DT, & Griffiths, AJ (1976). Pengantar analisis genetik. WH Freeman dan Perusahaan.
