Ekspresi Gen

EKSPRESI GENETIK

Ekspresi genetik merupakan proses penerjemahan sandi genetik yang ada dalam bentuk urutan nukleotida menjadi urutan asam amino protein. Dengan kata lain ekspresi genetik dapat didefinisikan proses pengungkapan gen menjadi fenotip. Ekspresi gen  merupakan proses transkripsi materi genetik (DNA) di dalam sel menjadi RNA dan selanjutnya ditranslasi menjadi polipeptida yang spesifik (Madigan dkk. 2009:225). Sedangkan jika dilihat dari molekuler, ekspresi genetik merupakan proses penyalinan (transkripsi) gen tertentu pada rentangan DNA yang diikuti oleh proses penerjemahan (translasi).

Ekspresi gen berupa siklus yang telah terprogram (preprogramed circuits) dimana mikroorganisme beradaptasi dengan kondisi lingkungan yang beragam. Adaptasi mikroorganisme tergantung pada kemampuan mereka untuk mengaktifkan dan menonaktifkan ekspresi gen tertentu dalam menanggapi perubahan lingkungan. Ekspresi gen akan diaktifkan ketika produk dari gen dibutuhkan untuk pertumbuhan, sebaliknya ekspresi gen akan dinonaktifkan ketika produk dari gen tidak diperlukan lagi. Saat sintesis transkrip den dan terjemahan produk akan memerlukan pengeluaran energy yang cukup besar. Dengan menonakifkan ekspresi gen yang tidak diperlukan inilah organisme akan menghemat energy dan dapat memanfaatkan energy lain untuk mensintesis produk yang akan memaksimalkan pertumbuhan.

Pada sel prokariot dikenal dengan kelompok gen yang disebut operon dan pengendalian ekspresi genetik hanya terjadi pada level transkripsi. Eukariot tidak mengenali sistem operon karena diatur oleh satu promoter sendiri dan  pengendalian ekspresi genetik mulai dari transkripsi pasca– translasi.

Berdasarkan apa yang diketahui tentang regulasi transkripsi, sistem pengaktifan ekspresi gen dilakukan melalui dua mekanisme, yaitu 1) mekanisme yang melibatkan kecepatan mengaktifkan dan menonaktifkan ekspresi gen dalam menanggapi perubahan lingkungan. Mekanisme regulasi jenis ini penting dalam mikroorganisme terhadap perubahan lingkungan yang mendadak. 2) Mekanisme yang merupakan rangkaian atau urutan dari ekspresi gen. Produk dari satu atau lebih dari fungsi- fungsi gen dengan menonaktifkan transkripsi dari set pertama dari gen atau dengan mengaktifkan transkripsi set keduagen. Kemudian satu atau lebih produk dari set kedua bertindak dengan mengaktifkan set ketiga dan seterusnya.

Sistem pengaktifan ekspresi gen dibagi menjadi tiga yaitu konstitutif, induktif, dan represif. Ekspresi gen secara konstitutif diartikan apabila selalu diekspresikan secara terus – menerus  dalam sel. Beberapa produk gen yang merupakan komponen penting dari hamper semua sel antara lain: molekul rRNA, molekul tRNA, protein RNA ribosom, subunit RNA polymerase dan enzim lain yang mengkatalis proses metabolisme. Sedangkan dalam lingkungan alami (saluran usus dan selokan), E.coli sel mungkin menemukan ketiadaan glukosa dan kehadiran laktosa yang relative jarang. Oleh karena itu, pengkodean enzim gen E.coli yang terlibat dalam pemanfaatan laktosa mungkin akan dimatikan pada waktu itu. Apabila sel- sel yang tumbuh pada karbohidrat selain laktosa tersebut mengandung media sumber karbon saja, maka hal itu akan cepat mensintesis enzim yang diperlukan dalam pemanfaatan laktosa. Proses dimana mengaktifkan ekspresi gen dalam menanggapi zat dalam lingkungan ini disebut induksi. Induksi gen merupakan istilah ekspresi gen yang diatur melalui cara ini. Sistem pengaktifan ketiga adalah represi. Proses ini terjadi ketika sel- sel E.coli yang hadir di lingkungan yang mengandung triptofan cukup untuk mendukung pertumbuhan yang optimal maka sintesis lanjutan dari biosintesis triptofan enzim hanya akan membuang energy. Dengan demikian mekanisme ini akan mematikan sintesis dari enzim bios), E.coli intesis triptofan jika triptofan tersedia.

Produk dari pengaturan gen adalah diperlukan untuk memulai ekspresi dari satu atau lebih gen. Produk gen ini diperlukan untuk mematikan satu atau lebih gen. Kontrol positif dan control negative merupakan mekanisme yang dapat dicapai melalui regulasi ekspresi gen induksi, atau menyalakan gen, dan represi atau mematikan gen. Gen regulator akan menghasilkan produk yang diperlukan untuk menghidupkan ekspresi gen dari satu atau lebih gen struktural. Pada mekanisme ini disebut dengan mekanisme control positif. Sedangkan mekanisme kontrol negatif adalah kebalikan dari control positif dimana produk dari regulator diperlukan untuk mematikan ekspresi gen struktural. Regulasi produk gen pada system kontrol positif dan menghentikan (menonaktifkan) ekspresi gen pada system kontrol agent.

Gambar 1. Kontrol negative dan kontrol positif pada (a) system induksi dan (b) system represif

Setelah memahami mengenai kontrol negatif dan kontrol positif, maka selanjutnya kita akan memahami mengenai unit koordinasi pengatur ekspresi gen yang disebut OPERON. Namun sebelumnya akan mempelajari mengenai organisasi gen prokariot dimana didalamnya terdapat istilah promoter, bagian structural dan terminator. Promoter merupakan pengatur ekspresi genetik dimana gen ini pertama dikenali oleh RNA polymerase dan protein regulator untuk memulai transkripsi/ sintesis RNA. Sedangkan bagian structural berfungsi membawa kode genetic dimana kode ini tidak memiliki intron tetapi hanya ada ekson. Dan istilah terakhir yang digunakan adalah terminator yang tidak lain adalah bagian penghentian transkripsi.