Bagaimana Lac Operon Diatur? - Perbedaan Antara

Bagaimana Lac Operon Diatur?

Ekspresi gen adalah sintesis rantai polipeptida dari protein fungsional berdasarkan informasi yang dikodekan oleh gen tertentu. Jumlah sintesis protein tertentu dapat diatur oleh regulasi ekspresi gen. Ekspresi diferensial gen dapat dicapai selama berbagai langkah sintesis protein. Namun, regulasi ekspresi gen berbeda pada gen eukariotik dan prokariotik. Lac operon adalah sekelompok gen yang bertanggung jawab untuk metabolisme laktosa E.coli. Peraturan ekspresi lac operon dicapai sebagai respons terhadap kadar laktosa dan glukosa dalam medium. Peraturan lac operon digunakan sebagai contoh terpenting dari regulasi gen prokariotik dalam studi biologi molekuler dan seluler.

Bidang-bidang Utama yang Dicakup

1. Apa itu Peraturan Ekspresi Gen
- Definisi, Peraturan Ekspresi Gen
2. Apa itu Operasi Lac
- Definisi, Struktur, Fungsi Produk Gen
3. Bagaimana Lac Operon Diatur?
- Lac represor, CAP

Istilah Kunci: Catabolite Activator Protein (CAP), E. coli, Ekspresi Gen, Glukosa, Lac Operon, Represor Lac, Metabolisme Laktosa


Apa itu Peraturan Ekspresi Gen

Regulasi ekspresi gen mengacu pada berbagai mekanisme yang digunakan oleh sel untuk meningkatkan atau menurunkan produksi produk gen tertentu (protein atau RNA). Ini dicapai selama berbagai langkah sintesis protein seperti yang dijelaskan di bawah ini.

  1. Tingkat replikasi - Mutasi yang terjadi selama replikasi DNA dapat menyebabkan perubahan ekspresi gen.
  2. Tingkat transkripsional - Transkripsi gen tertentu dapat dikontrol oleh represor dan aktivator.
  3. Level pasca transkripsional - Ekspresi gen dapat dicapai selama modifikasi pasca transkripsional seperti penyambungan RNA.
  4. Tingkat terjemahan - Penerjemahan molekul mRNA dapat dikontrol oleh berbagai proses seperti jalur interferensi RNA.
  5. Tingkat pasca-terjemahan - Sintesis protein dapat diatur pada tingkat pasca-translasi dengan mengendalikan modifikasi pasca-translasi.

Namun, regulasi ekspresi gen pada prokariota terutama dicapai selama inisiasi transkripsi. Ini melibatkan aktivator yang mengatur secara positif ekspresi gen dan penekan yang mengatur ekspresi gen secara negatif. Regulasi ekspresi gen pada berbagai tahap sintesis protein ditunjukkan pada Gambar 1.


Gambar 1: Peraturan Ekspresi Gen

apa yang Lac Operon

Itu lac operon mengacu pada sekelompok gen yang bertanggung jawab untuk metabolisme laktosa E. coli. Oleh karena itu, lac operon adalah unit fungsional dari E. coli genom. Semua gen dalam lac operon dikendalikan oleh satu promotor. Karenanya, semua gen dalam operon ditranskripsikan bersama. Produk gen adalah protein yang bertanggung jawab untuk mengangkut laktosa ke dalam sitosol sel dan pencernaan laktosa menjadi glukosa. Glukosa digunakan dalam respirasi seluler untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP. Itu lac operon dapat hadir di banyak bakteri enterik lainnya juga. Struktur lac operon ditampilkan dalam Gambar 2.


Gambar 2: Lac Operon

Itu lac operon terdiri dari tiga gen yang dikendalikan oleh promotor tunggal. Gen-gen ini lacZ, renda, dan lacA. Gen-gen ini dikodekan untuk tiga enzim yang terlibat dalam metabolisme laktosa yang dikenal sebagai beta-galactosidase, beta-galactoside permease, dan beta-galactoside transacetylase. Beta-galactosidase terlibat dalam pemecahan laktosa menjadi glukosa dan galaktosa. Beta-galactoside tertanam di dalam membran sel, memungkinkan pengangkutan laktosa ke dalam sitosol. Beta-galactoside transacetylase terlibat dalam transfer grup asetil dari asetil Co-A ke beta-galactoside. Transkripsi dari lac operon menghasilkan molekul mRNA polikistronik yang menghasilkan ketiga produk gen dari molekul mRNA tunggal. Secara umum, lacZ dan renda produk gen cukup untuk katabolisme laktosa.

Selain ketiga gen itu, lac operon terdiri dari sejumlah wilayah peraturan dimana berbagai protein dapat mengikat untuk mengontrol transkripsi. Urutan peraturan utama dalam lac operon adalah situs pengikat, operator, dan pengikat protein katabolit aktivator (CAP). Itu promotor berfungsi sebagai situs pengikatan untuk RNA polimerase, enzim yang bertanggung jawab untuk transkripsi gen. Itu operator berfungsi sebagai situs peraturan negatif yang mana lac mengikat represor. Itu Situs pengikat CAP berfungsi sebagai situs peraturan positif yang mengikat CAP.

Bagaimana Lac Operon Diatur

Pengaturan ekspresi gen dalam gen prokariotik terjadi dengan cara operon diinduksi di mana berbagai jenis protein mengikat, baik mengaktifkan atau menekan transkripsi operon berdasarkan persyaratan sel. Lac operon adalah operon yang diinduksi. Ini memungkinkan penggunaan laktosa, suatu disakarida, dalam produksi energi dengan mengubahnya menjadi glukosa yang dapat dengan mudah digunakan dalam respirasi seluler, ketika glukosa tidak tersedia untuk sel. Itu lac operon diatur dalam keadaan "mati" dan "nyalakan" berdasarkan keberadaan glukosa dalam sel. Itu lac represor bertanggung jawab untuk mode ‘matikan’ dari lac operon sementara CAP bertanggung jawab atas mode 'aktifkan' pada lac operon.

Lac Represor

Itu lac represor mengacu pada sensor laktosa, yang menghalangi transkripsi lac operon di hadapan glukosa. Penggunaan glukosa dalam respirasi seluler membutuhkan langkah-langkah lebih sedikit dalam produksi energi bila dibandingkan dengan laktosa. Oleh karena itu, ketika glukosa tersedia dalam sel, itu mudah dipecah di jalur seluler untuk menghasilkan energi. Selain itu, ketika glukosa digunakan dalam respirasi, penggunaan laktosa untuk tujuan sebelumnya harus dihindari untuk mencapai efisiensi maksimum respirasi seluler. Dalam situasi ini, penyumbatan transkripsi lac operon dicapai dengan mengikat represor lac ke wilayah operator dari lac operon. Secara umum, wilayah operator tumpang tindih dengan wilayah promotor. Karena itu, ketika lac Jika represor mengikat ke daerah operator, RNA polimerase tidak dapat mengikat ke daerah promotor karena daerah promotor lengkap tidak tersedia. Ketika glukosa tersedia di dalam sel dan laktosa tidak tersedia, itu lac represor mengikat erat ke wilayah operator, menghambat transkripsi lac operon. Peraturan lac operon ditampilkan dalam gambar 3.


Gambar 3: Peraturan Lac Operon

Catabolite Activator Protein (CAP)

Protein CAP mengacu pada penekan glukosa yang mengaktifkan transkripsi dari lac operon. Ketika sel kehabisan glukosa dan laktosa sudah tersedia di dalam sitosol, itu lac represor kehilangan kemampuannya untuk mengikat dengan DNA. Oleh karena itu, itu mengapung dari wilayah operator, membuat wilayah promotor tersedia untuk mengikat RNA polimerase. Ketika laktosa tersedia, beberapa molekul diubah menjadi allolaktosa, isomer kecil laktosa. Ikatan allolactose ke lac represor menyebabkan melonggarnya dari wilayah operator. Oleh karena itu, allolactose berfungsi sebagai penginduksi, memicu ekspresi lac operon. Selanjutnya, lac operon dianggap sebagai operon yang diinduksi juga.

Namun, RNA polimerase saja tidak dapat mengikat dengan sempurna ke daerah promotor. Oleh karena itu, CAP membantu dalam pengikatan ketat RNA polimerase ke promotor. Ini mengikat situs pengikatan CAP hulu ke promotor. Pengikatan CAP dengan DNA diatur oleh molekul kecil yang dikenal sebagai AMP siklik (cAMP). CAMP berfungsi sebagai sinyal kelaparan yang dibuat oleh E. coli tanpa adanya glukosa. Pengikatan cAMP ke CAP mengubah konformasi CAP, memungkinkan pengikatan CAP ke situs pengikatan CAP lac operon. Namun, cAMP hadir dalam sel ketika kadar glukosa sangat rendah di dalam sel. Oleh karena itu, aktivasi lac operon hanya dapat dicapai ketika glukosa tidak tersedia untuk sel. Kesimpulannya, aktivasi lac operon dapat dicapai ketika glukosa tidak tersedia dan laktosa tersedia di dalam sel. Ketika glukosa dan laktosa tidak ada di dalam sel, maka lac represor tetap mengikat ke lac operon, mencegah transkripsi operon.

Glukosa

Laktosa

Mekanisme

Peraturan

Tidak hadir

Menyajikan

CAP mengikat ke situs pengikatan CAP

Ekspresi operon lac

Menyajikan

Tidak hadir

lac represor mengikat wilayah operator

Penekanan operon lac

Kesimpulan

Itu lac operon adalah operon diinduksi di mana protein yang dibutuhkan oleh metabolisme laktosa hadir dalam kelompok gen. Oleh karena itu, transkripsi lac operon menghasilkan molekul mRNA polikistronik yang mampu mensintesis berbagai produk gen. Itu lac operon diekspresikan hanya dengan tidak adanya glukosa dan adanya laktosa di dalam sel untuk respirasi sel. Itu lac mengikat represor ke wilayah operator lac operon ketika glukosa tersedia, dan laktosa tidak tersedia. CAP mengikat ke operator lac operon, membantu transkripsi ketika glukosa tidak tersedia, dan laktosa sudah tersedia. Oleh karena itu, sel menjadi mampu memanfaatkan laktosa dalam respirasi sel untuk menghasilkan energi.

Gambar milik:

1. "Kontrol ekspresi gen" Oleh ArneLH - Pekerjaan sendiri