OPERON: PENEMUAN, MODEL, KLASIFIKASI, CONTOH - BIOLOGI - 2025

Sebuah operon terdiri dari sekelompok gen secara berurutan memerintahkan yang mengatur satu sama lain, bahwa protein encode yang secara fungsional terkait, dan yang ditemukan di seluruh genom bakteri dan "leluhur" genom.

Mekanisme pengaturan ini dijelaskan oleh F. Jacob dan J. Monod pada tahun 1961, fakta yang membuat mereka mendapatkan Penghargaan 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 grafik untai DNA dengan gen yang membentuk operon laktosa (Promotor, Operator, lacZ, lacY, lacA dan terminator) (Sumber: Llull ~ commonswiki Via Wikimedia Commons)

Operon bertanggung jawab untuk mengkoordinasikan sintesis protein sesuai dengan kebutuhan setiap sel, yaitu, operon hanya diekspresikan untuk menghasilkan protein pada waktu dan tempat yang tepat di mana mereka dibutuhkan.

Gen yang terkandung dalam operon umumnya adalah gen struktural, yang berarti bahwa 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 biasa ditemukan pada organisme eukariotik, namun berbeda dengan organisme prokariotik, pada eukariota daerah operon tidak ditranskripsi sebagai molekul RNA messenger tunggal.

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.

Respon sel terhadap substrat telah diamati pada bakteri selama bertahun-tahun. Namun, para peneliti bertanya-tanya bagaimana sel menentukan dengan tepat enzim mana yang harus disintesis untuk memetabolisme substrat itu.

Jacob dan Monod mengamati bahwa sel bakteri, dengan adanya karbohidrat mirip galaktosa, menghasilkan β-galaktosidase 100 kali lebih banyak daripada dalam kondisi normal. Enzim ini bertanggung jawab untuk memecah β-galaktosida sehingga sel menggunakannya secara metabolik.

Oleh karena itu, kedua peneliti tersebut menyebut karbohidrat tipe galaktosida sebagai "penginduksi", karena keduanya bertanggung jawab untuk mendorong peningkatan sintesis β-galaktosidase.

Demikian pula, Jacob dan Monod menemukan wilayah genetik dengan tiga gen yang dikendalikan secara terkoordinasi: gen Z, yang mengkode enzim β-galaktosidase; gen Y, yang mengkode permease enzim laktosa (pengangkutan 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 dari operon laktosa, menyimpulkan bahwa segmen gen Z, Y dan A merupakan satu unit genetik dengan ekspresi terkoordinasi, yang mereka definisikan sebagai "operon".

Model operon

Model operon pertama kali dideskripsikan secara akurat pada tahun 1965 oleh Jacob dan Monod untuk menjelaskan regulasi gen yang ditranskripsikan dan diterjemahkan untuk enzim yang dibutuhkan dalam Escherichia coli untuk memetabolisme laktosa sebagai sumber energi. .

Para peneliti ini mengusulkan bahwa transkrip gen atau set gen yang ditempatkan secara berurutan diatur oleh dua elemen: 1) gen pengatur atau gen penekan 2) dan gen operator atau urutan operator.

Gen operator selalu terletak di sebelah gen struktural yang ekspresinya bertanggung jawab untuk mengatur, sedangkan kode gen penekan untuk protein yang disebut "penekan" yang mengikat operator dan mencegah transkripsi.

Transkripsi ditekan ketika penekan dihubungkan dengan gen operator. Dengan cara ini, ekspresi genetik dari gen yang mengkode enzim yang diperlukan untuk mengasimilasi laktosa tidak diekspresikan dan, oleh karena itu, tidak dapat memetabolisme disakarida tersebut.

Diagram fungsional operon laktosa melalui elemen kontrolnya yang berbeda. Ini adalah operon "model" yang digunakan oleh guru biologi untuk mengajarkan fungsi gen-gen ini (Sumber: Tereseik. Karya berasal dari gambar G3pro. Terjemahan bahasa Spanyol oleh Alejandro Porto. Via Wikimedia Commons)

Saat ini diketahui bahwa pengikatan penekan ke operator mencegah, dengan mekanisme sterik, bahwa RNA polimerase berikatan dengan situs promotor sehingga ia mulai mentranskripsi gen.

Situs promotor adalah "situs" yang dikenali RNA polimerase untuk mengikat dan mentranskripsi gen. Karena tidak dapat mengikat, ia tidak dapat mentranskripsikan gen mana pun dalam urutan tersebut.

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 sekuens lengkap yang mencakup gen struktural atau gen, operator dan promotor, pada dasarnya adalah apa yang disebut sebagai "operon".

Klasifikasi operon

Operon diklasifikasikan menjadi hanya tiga kategori berbeda yang bergantung pada cara pengaturannya, yaitu ada yang diekspresikan secara kontinyu (konstitutif), yang lain memerlukan beberapa molekul atau faktor tertentu untuk diaktifkan (diinduksi) dan yang lainnya diekspresikan terus menerus hingga bahwa induser 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 ini dikenal sebagai penginduksi. Jika molekul yang bertindak sebagai induser tidak ditemukan, gen operon tidak ditranskripsikan secara aktif.

Dalam operon yang dapat diinduksi, penekan bebas mengikat operator dan mencegah transkripsi gen yang ditemukan dalam operon. Ketika induser mengikat ke penekan, sebuah kompleks terbentuk yang tidak dapat mengikat penekan 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 bertindak dengan cara yang sangat berlawanan dengan induktor.

Hanya ketika korepresor berikatan dengan represor, transkripsi berhenti dan transkripsi gen yang terdapat dalam operon tidak terjadi. Kemudian transkripsi operon yang dapat ditekan hanya berhenti dengan kehadiran korepresor.

Operon konstitutif

Jenis operon ini tidak diatur. Mereka terus-menerus ditranskripsikan secara aktif dan, jika terjadi mutasi yang memengaruhi urutan gen ini, kehidupan sel yang mengandung gen tersebut dapat terpengaruh dan, secara umum, memicu kematian sel terprogram.

Contoh

Contoh fungsi operon yang paling awal dan paling dikenal adalah operon lac (laktosa). Sistem ini bertanggung jawab untuk mengubah laktosa, disakarida, menjadi glukosa dan galaktosa monosakarida. Tiga enzim bekerja dalam proses ini:

- β-galactosidase, bertanggung jawab untuk mengubah laktosa menjadi glukosa dan galaktosa.

- Permease laktosa, bertanggung jawab untuk mengangkut laktosa dari media ekstraseluler ke bagian dalam sel dan

- Transcetylase, yang termasuk dalam sistem, tetapi fungsinya tidak diketahui

Operon trp (triptofan) dari Escherichia coli mengontrol sintesis triptofan, dengan asam korismat sebagai prekursornya. Di dalam operon ini terdapat gen untuk lima protein yang digunakan untuk produksi tiga enzim:

- Enzim pertama, yang dikodekan oleh gen E dan D, mengkatalisis dua reaksi pertama dari jalur triptofan dan dikenal sebagai sintetase antranilat

- Enzim kedua adalah gliserolfosfat dan mengkatalisis langkah-langkah selanjutnya untuk sintetase antranilat

- Enzim ketiga dan terakhir adalah sintetase triptofan, bertanggung jawab untuk memproduksi triptofan dari indole-gliserol fosfat dan serin (enzim ini merupakan produk dari gen B dan A)

Referensi

1. Blumenthal, T. (2004). Operon pada eukariota. Pengarahan dalam Genomik Fungsional, 3 (3), 199-211.
2. Gardner, EJ, Simmons, MJ, Snustad, PD, & Santana Calderón, A. (2000). Prinsip genetika. Prinsip genetika.
3. Osbourn, AE, & Field, B. (2009). Operon. Ilmu kehidupan seluler dan molekuler, 66 (23), 3755-3775.
4. Shapiro, J., Machattie, L., Eron, L., Ihler, G., Ippen, K., & Beckwith, J. (1969). Isolasi DNA lac operon murni. Alam, 224 (5221), 768-774.
5. Suzuki, DT, & Griffiths, AJ (1976). Pengantar analisis genetik. WH Freeman dan Perusahaan.