Genetika Mikroba
Material genetik
bakteri dan terdiri atas kromosom
dan plasmid. Keduanya terdiri atas
DNA. Material genetik virus terdiri atas DNA atau RNA. Dua fungsi utama materi genetik adalah replikasi dan ekspresi. Material genetik harus bereplikasi secara akurat
sehingga dihasilkan 2 replikan (anakan) yang identik dengan induknya. Materi
genetik juga terekspresi dalam bentuk karakter terobservasi atau fenotip.
ORGANISASI GENOM
Molekul DNA yang dapat bereplikasi
sebagai unit genetik pada bakteri disebut replikon. Pada
beberapa bakteri replikon hanya berupa kromosom (genom), tetapi sebagian besar
bakteri replikon terdiri dari kromosom dan plasmid.
Kromosom
Genom bakteri bervariasi dari 0,4x109 Dalton
sampai 8,9x109 Dalton. Jumlah DNA dalam genom menentukan jumlah
maksimum yang informasi genetik yang dapat dikode. Sebagian besar bakteri
memiliki genom
haploid (kromosom tunggal) dan sirkuler.
Namun beberapa bakteri gram positif seperti Borrelia
dan Streptomyces memiliki
kromosom linier. Bakteri gram negatif Agobacterium
tumefaciens memiliki kromosom linier dan sirkuler. Bakteri E. coli saluran pencernaan memiliki
ukuran genom 3X109 Dalton dengan 4.500 kilo pasang basa (kbp). Genom
E. coli tersebut hanya 0,1%
(dibandingkan genom manusia), tetapi mampu mengkode ribuan polipeptida.
Kemampuan bakteri bereplikasi sangat
cepat. E. coli mampu mereplikasi DNA
hanya dalam waktu 40 menit. Namun pada bakteri yang tumbuh cepat replikasi
dapat dimulai sebelum replikasi DNA selesai.
Plasmid
Plasmid adalah material genetik
ektrakromosomal. Ukuran plasmid lebih kecil daripada kromosom. Plasmid biasanya
mengkode polipeptida yang tidak penting bagi pertumbuhan secara langsung.
Plasmid berbentuk sirkuler, tetapi terdapat plasmid berbentuk linier seperti
terlihat pada Borrelia dan Streptomyces. Plasmid dibedakan menjadi
2, yaitu plasmid konjugatif dan non-konjugatif. Plasmid konjugatif adalah
plasmid yang mampu didonorkan ke resepien, sedangkan plasmid non-konjugatif tidak dapat
didonorkan. Plasmid non-konjugatif biasanya berukuran kurang dari 7,5 kbp dan
biasanya berjumlah banyak (10—20 perkromosom). Plasmid didistribusikan secara
acak ke sel anakan.
Meskipun plasmid tidak berperan
langsung dalam pertumbuhan, tetapi plasmid memiliki fungsi penting secara
medis. Fungsi penting plasmid secara medis, yaitu kemampuan plasmid mengkode
polipeptida resistensi antibiotik, toksin, struktur permukaan sel untuk
perlekatan dan kolonisasi. Plasmid yang berperan dalam resistensi antibiotika
disebur plasmid R atau faktor R.
DNA (ASAM NUKLEAT)
Asam nukleat merupakan polimer
nukleotida. Setiap nukleotida terdiri atas fosfat, pentosa, dan basa. Pentosa
asam nukleat adalah ribosa atau deoksiribosa, sedangkan basa asam nukleat
adalah adenin dan guanin (purin) dan timin, urasil, dan sitosin (pirimidin). DNA
berbeda dengan RNA dalam 2 hal, struktur dan komposisi asam nukleat. Struktur
DNA adalah pita heliks ganda (Gambar 8.1), sedangkan RNA adalah pita heliks
tunggal (beberapa virus memiliki RNA ganda). Komposisi gula pentosa dan basa
pirimidin DNA adalah deoksiribosa dan timin dan sitosin. Komposisi gula pentosa
dan basa pirimidin RNA adalah ribosa dan urasil dan sitosin. DNA bakteri baik
kromosom maupun plasmid berbentuk sirkuler.
Replikasi
DNA
DNA heliks ganda tereplikasi menjadi
2 DNA heliks ganda, di mana ke-2 DNA heliks ganda mewarisi masing-masing 1 pita
DNA induk (Gambar 8.2). Oleh karena itu tipe replikasi DNA adalah
semikonservatif. Replikasi DNA dimulai dari tempat yang disebut awal replikasi (origin of replication).
Replikasi
DNA dimulai dengan terbukanya pita DNA heliks ganda di daerah awal replikasi.
Dengan terputusnya ikatan atarbasa, maka enzim DNA polimerase dapat bekerja
menyintesis pasangan basa baru. Dengan demikian masing-masing pita DNA berperan
sebagai cetakan (template) bagi DNA
anakan. Replikasi DNA bergerak 2 arah (biodireksi)
dengan enzim DNA polimerase berbeda untuk masing-masing arah. Replikasi
berakhir ketika kedua enzim DNA polimerase bertemu (sekitar 180° dari awal
replikasi). Masing-masing DNA polimerase
menyintesis 2 pita DNA anakan dengan cetakan 2 pita induknya. Karena DNA
polimerase bergerak satu arah (dari 3’ ke 5’ DNA induk atau 5’ ke 3’ DNA
anakan), maka terjadi 2 tipe sintesis pita DNA anakan yaitu pita menerus (leading strand) dan pita
sendat (lagging strand). Pita
menerus adalah pita DNA anakan yang dicetak tanpa putus. Pita sendat adalah
pita DNA anakan yang dicetak terputus-putus. Urutan replikasi DNA adalah
pemisahan 2 pita DNA induk, sintesis RNA primer, sintesis DNA anakan,
pengantian RNA primer dengan DNA, dan penyambungan pita DNA anakan (menjadi
pita sirkuler).
EKSPRESI DNA
DNA bakteri terekpresi melalui
beberapa tahapan, yaitu transkripsi, translasi, dan maturasi protein. Disebut
transkripsi karena terjadi sintesis nonidentik dari DNA menjadi RNA. Seperti
diketahui DNA dan RNA berbeda. Disebut traslasi karena urutan RNA diubah
menjadi urutan asam amino. Disebut maturasi karena terjadi proses finishing,
sehingga urutan asam amino awal (nonfungsional) berbeda dengan urutan asam
amino baru (fungsional).
Transkripsi
DNA ditranskripsi menjadi RNA. Pita
DNA yang menjadi cetakan disebut DNA template.
Karena RNA hasil transkripsi membawa “pesan” untuk ditranslasi, maka RNA
tersebut disebut RNA messenger
(mRNA). Urutan basa mRNA sama dengan urutan basa DNA non-template, kecuali timin diganti urasil. Enzim yang berperan dalam
sintesis mRNA adalah enzim RNA polimerase. Urutan DNA yang ditranskrip dapat
terdiri atas 1 gen atau lebih. Transkripsi yang multigen terjadi pada gen-gen
yang terekspresi dalam suatu paket fungsional.
Transkripsi DNA terdiri atas 3
tahap, yaitu inisiasi, pemanjangan, dan penghentian. Inisiasi
melibatkan pengikatan RNA polimerase ke DNA template.
Elongasi adalah proses sintesis mRNA oleh RNA polimerase. Penghentian meliputi
penghentian pemanjangan dan pelepasan mRNA dari DNA template.
Translasi
Proses translasi lebih kompleks
daripada replikasi dan transkripsi. Translasi melibatkan 4 hal, yaitu mRNA,
tRNA, ribosom, dan asam amino. mRNA adalah kode yang akan diterjemahkan. tRNA
adalah penterjemah mRNA. Ribosom adalah
tempat terjadingan penerjemahan. Asam amino adalah hasil terjemahan kode mRNA
oleh tRNA. Ribosom terdiri atas 2 subunit, yaitu subunit besar dan subunit kecil. Ke-2
subunit bergabung jika terjadi translasi.
Translasi
mRNA oleh ribosom dapat terjadi sebelum transkripsi selesai dan translasi dapat
dilakukan oleh banyak robosom (poliribosom). Mekanisme
demikian memungkinkan pertumbuhan dan respons bakteri yang luar biasa cepat. Translasi
dimulai dari masuknya mRNA ke dalam ribosom (subunit kecil). Urutan translasi
adalah sebagai berikut. mRNA terikat pada subunit kecil ribosom. Dengan
terikatnya mRNA, maka subunit besar berasosiasi dengan subunit kecil
menghasilkan ribosom utuh. Proses penterjemahan berlangsung dengan terjadinya
proses penterjemahan mRNA oleh tRNA menjadi asam amino. Proses penterjemahan
berhenti ketika tRNA mengenali kode berhenti pada mRNA.
Kode awal
mRNA adalah AUG. Proses terjemahan mRNA berlangsung per 3 kode (triplet kodon). Terdapat
64 kode untuk 20 asam amino, sehingga terdapat lebih dari 1kode untuk 1 asam
amino (Tabel 8.1). Dengan demikian terdapat 64 tRNA berasosiasi dengan 20 asam
amino.
Tabel 8.1 Triplet kodon asam amino pada mRNA
Kode pertama
|
Kode kedua
|
Kode ketiga
|
|||
U
|
C
|
A
|
G
|
||
U
|
Fenilalanin
Fenilalanin
Leusin
Leusin
|
Serin
Serin
Serin
Serin
|
Tirosin
Tirosin
Stop
Stop
|
Sistein
Sistein
Stop
Triptofan
|
U
C
A
G
|
C
|
Leusin
Leusin
Leusin
Leusin
|
Prolin
Prolin
Prolin
Prolin
|
Histidin
Histidin
Glutamin
Glutamin
|
Arginin
Arginin
Arginin
Arginin
|
U
C
A
G
|
A
|
Ileusin
Ileusin
Ileusin
Metionin
|
Treonin
Treonin
Treonin
Treonin
|
Asparagin
Asparagin
Lisin
Lisin
|
Serin
Serin
Arginin
Arginin
|
U
C
A
G
|
G
|
Valin
Valin
Valin
Valin
|
Alanin
Alanin
Alanin
Alanin
|
Aspartat
Aspartat
Glutamat
Glutamat
|
Glisin
Glisin
Glisin
Glisin
|
U
C
A
G
|
Maturasi Protein
Proses maturasi terjadi selama
proses translokasi protein dari sitoplasma ke lokasi kerja protein tersebut (di
dalam sel, diluar sel, atau dimebran sel). Protein fungsional lebih pendek
daripada protein mentah hasil sintesis. Bagian protein yang dihilangkan biasanya
pada bagian urutan awal protein mentah. Urutan awal protein mentah berfungsi
dalam proses translokasi protein.
MUTASI
Mutasi adalah perubahan urutan DNA
genom dan diwariskan. Mutasi spontan jarang terjadi pada bakteri. Beberapa
mutasi dapat mengubah karakter fenotip. Para ahli mikrobiologi sepakat bahwa
organisme referensi disebut tipe liar dan turunan
yang mengalami mutasi disebut mutan. Jadi mutan
adalah organisme yang berbeda dengan nenek moyangnya yang liar.
Deteksi Mutan
Media selektif dan difensial sangat
membantu dalam mengisolasi bakteri mutan. Beberapa media selektif dapat
menumbuhkan bakteri mutan tertentu, tetapi tidak menumbuhkan bakteri tipe liar.
Namun kebanyakan media selektif bekerja sebaliknya. Media diferensial dapat
membedakan kenampakan koloni bakteri tipe liar dan mutan. E. coli mutan (resisten streptomisin) biasanya secara spontan
terjadi setiap 109 koloni bakteri E. coli tipe liar (sensitif streptomisin). Mutan E. coli ini dapat mudah diisolasi dengan
media selektif berisi streptomisin. Mutasi yang terjadi pada gen esensial pada
organisme haploid biasanya letal. Meskipun demikian organisme mutan letal dapat
diisolasi dan dipelajari dengan manipulasi faktor-faktor pertumbuhan.
Dasar Molekuler Mutasi
Mutasi dikelompokan berdasarkan
perubahan strukturan pada DNA (Tabel 8.2). beberapa mutasi terjadi pada segmen
pendek DNA seperti substitusi
nukleotida, mikrodelesi, dan mikro insersi. Mutasi
lainnya dapat terjadi pada segmen panjang DNA seperti delesi, insersi, dan aransemen ulang segmen DNA.
Ketika substitusi nukleotida terjadi pada urutan DNA yang mengkode asam amino,
maka terdapat 3 kemungkinan, yaitu terjadi perubahan asam amino (mutasi missense),
penghentian translasi (mutasi nonsense) dan tidak ada perubahan (mutasi diam). Jika terjadi
mikordelesi atau mikroinsersi 1 atau 2 nukleotida, maka akan terjadi perubahan
pengkodean (frameshift
) asam amino dari awal terjadinya mutasi sampai ke
akhir. Tentusaja frameshift urutan asam amino akan mengubah struktur
polipeptida, sehingga kemungkinan besar terjadi nonfungsional polipeptida.
Tabel 8.2 Jenis jenis mutasi
Perubahan pada DNA
|
Pengaruh terhadap struktur polipeptida
|
Pengaruh terhadap fungsi polipeptida
|
Jenis Mutasi
|
Substitusi nukleotida
Mikrodelesi atau
mikroinsersi
Insersi
Delesi
|
1.
Tidak ada
2.
Substitusi asam amino
3.
Penghentian prematur
Frameshift urutan asam amino
Berubah
Berubah
|
1. Tidak ada
2. Bervariasi
3. Kehilangan fungsi
Kehilangan fungsi
Kehilangan fungsi
Kehilangan fungsi
|
1.
Mutasi diam
2.
Mutasi missense
3.
Mutasi Nonsense
Mutasi frameshift
Insersi
Delesi
|
PERUBAHAN INFORMASI GENETIK
Mikroba jarang bereproduksi secara
seksual. Reprduksi seksual akan meningkatkan probabilitas, sehingga
keanekaragaman genotip dan fenotip terjadi. Namun mikroba khususnya bakteri
mampu melakukan interaksi genetik di antara sesama species maupun genus.
Interaksi genetik ini dapat mengubah karakteristik fenotip, seperti variasi
flagela pada Salmonella, variasi
antigenik permukaan pada Neisseria
dan Borrelia.
Interaksi
genetik pada bakteri dibedakan menjadi 3, yaitu konjugasi, transformasi, dan transduksi. Konjugasi
adalah interaksi genetik secara langsung (terjadi kontak) antara donor dan
resepien. Transformasi adalah interaksi genetik secara tidak langsung antara
donor dan resepien, di mana donor melepaskan materi genetik ke lingkungan,
sedangkan resepien menyerap materi genetik donor tersebut. Transduksi adalah
interaksi genetik secara tidak langsung antara 2 donor dan resepien dan melalui
perantara (bakteriofag), di mana donor menginsersikan materi genetik ke dalam
materi genetik bakteriofag dan resepien menerima materi genetik dari donor
setelah terinfeksi bakteriogag. Hasil interaksi genetik disebut rekombinan.
Konjugasi
Konjugasi memerlukan kontak langsung
antara donor dan resepien. Kontak terjadi melalui jembatan konjugasi (pili) maupun
tanta jembatan konjugasi. Donor merupakan bakteri yang memiliki kemampuan
mendonorkan materi genetik baik melalui jembatan konjugasi (pili) ataupun
tidak. Kemampuan tersebut terletak pada plasmid. Oleh karena itu plasmid yang
mampu mendonorkan materi genetik disebut plasmid F atau plasmid seksual.
Setiap
bakteri F+ memiliki 1—3 pili yang mampu mengikat protein membran sel resepien
untuk memulai proses inisiasi konjugasi (Gambar 8.4). Setelah terjadi kontak,
maka pili berubah fungsi menjadi jembatan konjugasi. Jembatan konjugasi
biasanya memendek untuk mempermudah proses konjugasi. Plasmid bakteri donor memisah
menjadi 2 pita tunggal dan salah satu untai plasmid ditransfer ke bakteri
resepien. Pada proses transfer pita DNA plasmid, bakteri donor segera mengganti
pita terdonor dengan mekanisme replikasi. Ketika bakteri resepien menerima DNA,
maka dia juga melakukan replikasi untuk DNA baru sehingga DNA plasmid donor
menjadi 2 untai.
Plasmid
F pada E. coli dapat dapat
berintegrasi dengan kromosom bakteri (Gambar 8.5). Hal ini dapat terjadi karena
kromosom dan plasmid F E. coli memiliki
elemen urutan insersi. Integrasi intragenetik disebut mutasi horisontal dan
menghasilkan rekombinan yang mempunyai kemampuan mentransfer kromosom (konjugasi)
tinggi.
Konjugasi
tanpa jembatan konjugasi terjadi pada bakteri gram positif. Bakteri gram
positif menghasilkan adesin untuk agregasi antara sel donor dan sel resepien,
tetapi tidak melibatkan pili. Pada beberapa species Streptococcus resepien menghasilkan feromon seksual untuk menarik Streptococcus donor mendekat dan
melakukan kontak.
Transformasi
Pada
transformasi bakteri donor melepaskan sepotong pita ganda DNA dan bakteri
resepien menerima/menyerap hanya 1 pita DNA saja. Materi genetik yang
ditransfer melalui transformasi dapat DNA kromosom maupun DNA plasmid.
Transformasi alami ditemukan pada Streptococcus
pneumoniae, Haemophilus, Neisseria, Bacillus, dan Staphylococcus. Bakteri yang biasanya tidak mampu (tidak kompeten)
mengambil DNA dari lingkungan dapat menjadi kompeten dengan manipulasi eksperimental, seperti kejutan elektrik
voltase tinggi, kejutan kalsium, penambahan urutan nukleotida tertentu. Bakteri
kompeten juga dapat menyerap semua DNA bakteriofag (transfeksi) maupun seluruh plasmid dan mereplikasikannya di dalam
sel. Namun jika yang terserap hanya sebagian materi geneti, maka materi genetik
tersebut tidak terekspresi dan tereplikasi sebelum terintegrasi ke dalam
replikon.
Transduksi
Pada
transduksi, bakteriofag berfungsi sebagai “carrier”
DNA dari donor ke resepien. Ketika bakteriofag menginfeksi bakteri donor, maka
bakteri donor mengalami lisis (mati) dan bakteriofag melepaskan diri. Namun
ketika bakteriofag menginfeksi bakteri resepien, maka bakteri resepien tidak
mengalami lisis.
Transduksi
dibedakan menjadi transduksi umum (generalized transduction), transduksi
abortif (abortive transduction), dan transduksi khusus (specialized transduction). Transduksi umum menghasilkan rekombinan
yang mampu mengekspresikan DNA donor, sedangkan transduksi abortif tidak.
Transduksi khusus berbeda dengan transduksi umum dalam hal bakteriofag yang
mampu menginfeksi hanya bakteriofag tertentu.
REKOMBINASI
Rekombinasi
melibatkan pemutusan DNA resepien dan pengabungan DNA donor ke DNA induk
menghasilkan hibrida (molekul rekombinan). Enzim khusus yang berperan dalam
rekombinasi DNA adalah eksonuklease, endonuklease, polimerase, dan ligase.
Rekombinasi umum (generalized recombination) melibatkan DNA donor dan resepien
yang memiliki urutan homolog. Perubahan resiprokal dapat terjadi pada
rekombinasi umum. Produk gen recA
sangat penting dalam rekombinasi umum, tetapi produk gen lainnya juga berperan.
Rekombinasi lokasi khusus (site-specific recombination) hanya
dapat terjadi pada lokasi khusus pada DNA donor dan resepien. Produk gen recA tidak berperan dalam rekombinasi
lokasi khusus. Integrasi molekul DNA bakteriofag 1 ke kromosom E. coli pada lokasi khusus (attachment site; att) merupakan contoh
rekombinasi lokasi khusus
Kloning
Banyak
metode untuk menghasilkan hibridisasi DNA secara in vitro (DNA rekombinan).
Metode tersebut meliputi isolasi gen khusus pada replikon hibrid, menentukan
urutan nukleotida, dan membuat mutasi pada lokasi yang ditentukan (site-directed mutation). Klon adalah populasi organisme atau
molekul yang diperoleh dari reproduksi aseksual dari nenek moyang tunggal.
Kloning gen adalah proses penggabungan gen asing ke replikon DNA hibrid.
Kloning gen dapat terekspresi pada sel yang cocok dan fenotipnya dapat
dianalisis.
Beberapa
konsep dasar dalam kloning gen adalah sebagai berikut. Pertama harus tersedia
fragmen DNA donor (diperoleh dengan metode mekanik atau enzimatik).
Dipersiapkan enzim endonuklease retriksi khususnya klas II, sehingga dihasilkan
fragmen dengan kedua ujung yang siap disisipkan (ujung lancip atau ujung rata),
mempersiapkan vektor kloning dapat berupa fag, plasmid tergantung ukuran DNA
yang hendak disisipkan (fag dan plasmid hanya menerima 10 kb DNA asing, cosmid
fag P1 mampu menerima 100 kb DNA asing). Vektor kloning harus dapat mengenali
promotor dan regulator ekspresi lainnya dari DNA asing. Kedua menghasilkan
replikon hibrid yang terdiri atas fragmen DNA donor dan vektor kloning dengan
enzim ligase untuk meggabungkan DNA donor ke vektor kloning (Gambar 8.7).
Terakhir mengintroduksikan replikon hibrid ke dalam sel yang cocok sehingga
dapat dilihat ekspresi gen asing yang disisipkan. Introduksi replikon hibrid
dapat secara langsung (transformasi atau transfeksi) atau secara tidak langsung
(transduksi)
Tabel 8.3 Spesifikasi enzim endonuklease
retriksi klas II
Enzim
|
Diisolasi dari
|
Daerah pengenalan
|
Struktur fragmen
|
|
kilobasa
|
5’®3’
|
|||
Sau3A
NlaIII
DpnI
SspI
PstI
EcoRI
ClaI
NorI
|
Staphylococcus aureus
Neissaria lactamica
Diplococcus pneumoniae
Sphaerotilus natans
Providencia stuartii
Escherichia coli
Caryophanon latum
Nocardia otitidis-caviarum
|
4
4
4
6
6
6
6
8
|
¯GATC
CATG¯
GA¯TC
AAT¯AAT
CTGCA¯G
G¯AATTC
AT¯CGAT
GC¯GGCCGC
|
Lancip ujung 5’
Lancip ujung 3’
Rata
Rata
Lancip ujung 3’
Lancip ujung 5’
Lancip ujung 5’
Lancip ujung 5’
|
REGULASI
EKSPRESI GEN
Fenotip bakteri ditentukan oleh properti
genotip dan kondisi pertumbuhan. Perubahan kondisi pertumbuhan pada kultur
murni bakteri sering menghasilkan adaptasi fisiologik terprediksi pada semua
populasi. Adaptasi fisiologik biasanya berasosiasi dengan perubahan aktivitas
metabolisme. Arus metabolisme merupakan jalur biokimiawi yang dikontrol oleh
enzim baik enzim tersintesis baru dan enzim terdahulu. Karena enzim merupakan
ekspresi gen, maka regulasi ekspresi gen menentukan adaptasi fisiologik
bakteri.
Ekspresi
gen dimulai dari aktivitas RNA polimerase dalam mentranskrip DNA. Pengikatan
RNA polimerase ke DNA terjadi di lokasi khusus yang disebut promotor. Promotor
kuat mampu berinteraksi dengan RNA polimerase dan menginisiasi transkripsi
dengan cepat. Hal sebaliknya terjadi pada promotor lemah. Transkripsi berjalan
dari 3’®5’ DNA template atau mRNA disintesis dari 5’®3’. Transkripsi berakhir ketika RNA polimerase mencapai
daerah penghentian atau terminasi. Kemudia RNA polimerase keluar dari DNA,
sehingga diperoleh 1 pita mRNA lengkap.
Satu
mRNA dapat mengkode 1 atau lebih polipeptida. mRNA yang dapat mengkode lebih
dari 1 polipeptida disebut mRNA polisistronik. mRNA polisistronik ditranslasi
menghasilkan beberapa polipeptida terpisah dalam sekali translasi. Translasi
berlangsung di dalam ribosom. Setelah dutranslasi mRNA akan terdegradasi dengan
cepat dalam beberapa menit.
Regulasi
Transkripsi
Beberapa
mRNA disintesis dengan kecepatan konstan dan terkode menghasilkan enzim
konstitutif. Jumlah mRNA dan polipeptida yang diprosuksi dari beberapa enzim
konstitutif bervariasi tergantung kekuatan promoternya. Selain promoter, operon
berperan dalam menentukan kecepatan transkripsi. Banyak operon diregulasi secara tidak
langsung oleh perubahan kondisi lingkungan. Namun regulasi transkripsi pada
promotor dan operon secara langsung dilakukan oleh protein regulasi. Protein
regulasi mengikat operon pada daerah yang disebut operator atau lokasi
regulasi. Pengikatan protein regulasi pada operator dapat meregulasi
transkripsi dalam 2 bentuk, yaitu regulasi
positif (menaikan kecepatan) dan regulasi
negatif (menurunkan kecepatan) inisiasi transkripsi. Laktosa operon E. coli merupakan contoh regulasi
negatif operon.
Selain diregulasi oleh protein regulasi, operon juga
diregulasi oleh struktur sekunder mRNA. Struktur sekunder mRNA yang dapat
meregulasi transkripsi adalah tusuk konde. Struktur tusuk konde mRNA
menghasilkan 3 bentuk regulasi, yaitu penundaan
(pausing), atenuasi (attenuation), dan antiterminasi. Ketiga struktur tusuk
konde terletak di lokasi sangat dekat. Tusuk konde penundaan terletak di segmen
1 dan 2, tusuk konde atenuasi terletak di segmen 3 dan 4, sedangkan tusuk konde
antiterminasi terletak di segmen 2 dan 3 dari segmen operon, tepatnya di urutan pemimpin (leader sequence).
Dengan demikian hanya akan dijumpai maksimal 2 tusuk konde pada satu mRNA.
Mutasi nonsense juga dapat menghentikan transkripsi
secara prematur pada proses elongasi. Jika pada regulasi atenuasi tidak
menghasilkan polipeptida, tetapi pada regulasi nonsense menghasilkan
polipeptida. Namun polipeptida hasil regulasi nonsense dapat berfungsi
maksimal, sebagian, bahkan tidak sama sekali. Hal ini tergantung lokasi
terjadinya mutasi nonsense. Jika mutasi terjadi di urutan awal sampai
pertengahan, maka polipeptida yang dihasilkan tidak berfungsi. Namun jika
mutasi terjadi pada urutan akhir, maka polipeptida yang dihasilkan dapat
berfungsi sebagian atau penuh.
Regulasi
Translasi
Lokasi
pengikatan mRNA pada ribosom yaitu urutan komplementer ujung 3’ rRNA 16S.
Interaksi rRNA 16S dengan mRNA menghasilkan kompleks yang dapat menginisiasi
sintesis protein. Kontrol translasi tergantung pada jumlah tRNA, produksi
ribosom dan jumlah ribosom bebas. Jumlah tRNA pasti mempengaruhi kecepatan
translasi, karena tRNA membawa asam amino untuk mentranslasi mRNA. Semakin
banyak produksi ribosom, maka semakin cepat proses translasi. Semakin sedikit
jumlah ribosom bebas, maka semakin cepat translasi. Beberapa ribosom bebas
dapat menghambat translasi mRNA polisistronik yang seharusnya dikode.
No comments