EKSPRESI GEN

            A. Gambaran Umum

Glucocorticoid hormon bersifat lipophilic dan mudah berdifusi melalui membrane ke sitosol. Di dalama sitosol hormone akan berikatan dengan reseptor sitosolic, hal ini menyebabkan lepasnya protein inhibitor dari reseptor. Reseptor yang telah diaktifkan berdifusi ke dalam nucleus. Di dalam nucleus, kompleks receptor hormone akan berikatan dengan daerah enhancer dari steroid dan setelah itu transkripsi dari gen dapat dimulai.

Proses transkripsi pada sel prokariotik dan sel eukariotik sedikit berbeda karena pada sel prokariotik transkripsi terjadi di inti sel sedangkan translasi terjadi di sitoplasma namun berbeda dengan sel eukariotik. Pada sel eukariotik transkripsi dan translasi terjadi di sitoplasma.

Pada sel prokariotik memiliki kharakteristik gen polisistronik sedangkan pada sel eukariotik memiliki kharakteristik gen monosistronik.

B. Ekspresi Gen pada Prokariotik

Kharakteristik gen pada sel prokariotik adalah polisistronik. mRNA polisistronik berisi kodon lebih dari satu cistron, memiliki kode untuk lebih dari satu protein, dtranskripsikan dari lebih dari satu gen dan memiliki banyak inisiasi dan terminasi kodon.

           Terdapat istilah operon yang artinya dalam proses transkripsi dan translasi terdapat dua atau lebih gen yang dapat diekspresikan. Seperti yang dijelaskan oleh Jacob dan Monod operon adalah sekelompok gen yang diapit secara bersamaan oleh sepasang promoter dan terminator. Pada satu operon gen akan diekspresikan secara bersama melalui inisiasi transkripsi pada promoter yang sama dan akan berakhir pada terminator yang sama. Terdapat tiga gen pada operon laktosa yaitu, lacZ, lacy dan lacA ketiga gen tersebut dapat disebut dengan β-galaktosidase, permease dan transasetilase. Walaupun terdapat tiga gen yang berbeda namun mereka memiliki hubungan fungsi dalam metabolisme ( Muhammad Jusuf,2012 ). Pada operon laktosa terdapat dua gen regulator yaitu gen lac-I dan gen crp. Dengan adanya gen lac-I maka kita akan mengetahui bahwa terdapar keberadaan laktosa sedangkan gen crp berhubungan dengan adanya  glukosa. Gen regulator berfungi untuk mengatur ekspresi gen struktural.

           Laktosa operon ( - ) pada kondisi normal tidak berjalan tetapi sewaktu ada laktosa maka dia akan bekerja hal ini berbeda dengan laktosa triptofan ( + ), pada kondisi normal dia tetap berjalan namun sewaktu dalam media itu terdapat triptofan maka akan berhenti memproduksi triptofan.

           Pada proses regulasi oleh laktosa, gen lac-I akan menghasilkan polipeptida, setiap empat polipeptida akan membentuk satu molekul protein tetramen yang berperan sebagai regulator. Menempelnya protein tetramer pada promoter akan disebut dengan operator. Adanya protein regulator yang menempati operon maka transkriptase tidak dapat melakukan inisiasi transkripsi jadi gen yang ada dibelakang promoter tidak akan terekspresikan. Dengan tidak terekspresikan maka dapat dikatakan bahwa protein regulator sebagi penghalang transkripsi dan hal ini dapat di sebut dengan repressor. Sedangkan activator adalah lawan dari repressor karena activator bersifat mendorong terjadinya ekspresi gen.

         Glukosa akan mengatur aktivitas CAP melalui pengaturan cAMP pada proses regulasi oleh crp dan glukosa. Antara CAP dan cAMP dapat terbentuk asosiasi hal ini menyebabkan CAP aktif berperan sebagai activator. Kuantitas cAMP berbanding terbalik dengan kuantitas glukosa.dapat diartikan bahwa glukosa dalam jumlah kecil berada di dalam sel maka cAMP dalam sel berjumlah besar. Apabila kuantitas dendah makan cAMP tidak dapat berasosiasi dengan CAP, hal ini akan menyebabkan CAP tidak dapat menjadi activator. Begitu juga sebaliknya ketika glukosa rendah dan cAMP berjumlah besar maka asosiasi cAMP – CAP akan terbentuk dan akan berperan sebagai activator enzim transcriptase.namun saat glukosa meningkat mencapai nilai tertentu cAMP akan menurun, ini akan menyebabkan tidak ada asosiasi cAMP – CAP dan CAP tidak dapat berperan sebagai activator dan transkripsi operon laktosa tidak berlangsung.

           Contohnya pada bakteri E.Coli yang dapat memanfaatkan laktosa dengan baik untuk proses hidupnya. Bakteri E.coli mampu mensintesis β-galaktosidase jadi bakteri tersebut mampu mengubah laktosa menjadi glukosa dan galaktosa.

Laktosa -----------------> Glukosa + Galaktosa

β-galaktosidase

Jika bakteri E.coli di kembangkan dalam media yang mengandung glukosa dan laktosa, maka E.coli akan memanfaatkan glukosa terlebih dahulu sebagai sumber karbonnya karena glukosa merupakan gula sederhana yang sangat mudah diproses tanpa membutuhkan energy atau ATP. Setelah glukosa pada media habis, maka E.coli akan mengubah laktosa menjadi glukosa dan galaktosa, tentu dalam proses inin E.coli memerlukan energy atau ATP untuk mengubahnya. Untuk mengubah laktosa menjadi glukosa dan galaktosa dibantu dengan enzim β-galaktosidase. Adanya laktosa pada media tumbuh E.coli akan mendorong terjadinya ekspresi operon laktosa atau terjadi sintesis β-galaktosidase. 

C. Ekspresi Gen pada Eukariotik

        Molekul mRNA yang monosistronik berisi urutan pengkodean hanya untuk satu polipeptida. mRNA monosistonik berisi kodon dari cistron tunggal, memiliki kode untuk protein tunggal, ditranskripsikan dari gen tunggal dan memiliki satu inisiasi dan terminasi kodon. Di dalam nucleus sel RNA polymerase memulai tugasnya untuk mentranskip. Pada tahap ini ekson terpotong, kemudian intron bergabung dan membentuk mRNA. Sehingga pada transkripsi sel eukariotik hanya terdapat intron yang tersisa bukan ekson. mRNA keluar dari nucleus menuju sitoplasma kemudian di sitoplasma sub unit ribosom saling melekat ke mRNA Pada proses transkripsi kode genetik ( codon ) akan berpasangan dengan asam amino yang mengkodekan suatu protein. Dalam proses ini yang bergerak adalah ribosom nya. Pada tahap ini telah terbentuk rantai polipeptida yang akan menjadi protein. Kontrol transkripsi pada ekspresi gen pada sel eukariotik dapat terjadi walaupun terdapat “packing” DNA dalam nukleosomes. Di sini terdapat kerja enchancer, enchancer berada jauh dari gen ynag sedang diatur. Aktivator akan terikat ke enhancer yang akan menyebabkan activator berinteraksi dengan faktor transkripsi yang berasosiasi dengan RNA polymerase dan kemudian mengaktivasi transkripsi. Faktor transkripsi dan enhancer memeberikan flexibelitas yang besar untuk kontrol.

Sumber :

AB. 2005. Ekspresi Gen Transkripsi dan Translasi. Tersedia : ekspresi gen.pdf ( online ) pada tanggal 28 November 2015

Hartata, Alex.dkk. 2012. Modul Genetika tersedia : bakteri memanfaatkan laktosa.pdf ( online )  pada tanggal 27 November 2015

Sartini Bayu,Eva.2005.Ekspresi Gen pada Sel Eukariotik e-USU Repository. Tersedia: pemuliaan tanaman-eva.pdf (online ) pada tanggal 28 November 2015

Subowo. 1995.Biologi Sel.Angkasa:Bandung