REGULASI PROKARYOT

PENGATURAN EKSPRESI GEN PADA PROKARIOTIK

A.    Pengertian Operon

Di dalam sel prokaryot, terdapat beberapa gen struktural yang diekspresikan secara bersama-sama dengan menggunakan suatu promotor yang sama. Kelompok gen semacam ini disebut sebagai “operon”. Misalnya metabolisme laktosa, arabinosa, dan lain-lain. Pada prokaryot, secara umum dikenal dua macam sistem pengendalian ekspresi genetik yaitu pengendalian positif dan pengendalian negatif. Pengendalian (regulasi) pada suatu gen atau operon melibatkan aktivitas suatu gen regulator (Yuwono,2005)

Gen pada sebuah operon diekspresikan secara terkoordinasi. Gen tersebut dapat diaktifkan atau dinonaktifkan. Apabila terjadi ekspresi operon, semua gen yang terdapat di dalamnya mengalami transkripsi. Dalam hal ini terbentuk mRNA polisistronik yang mengkode semua protein operon. mRNA polisistronik ini mengandung banyak rangkaian kodon start dan kodon stop yang memungkinkan pembentukan sejumlah protein dari sebuah transkrip pada tingkat translasi.

Gen untuk protein yang dihasilkan oleh suatu operon disebut gen struktural. Transkripsi gen struktural diatur oleh promotor yang terletak di ujung 5’ operon ke arah hulu dari gen untuk protein. Banyak mekanisme untuk pengaturan sintesis protein yang mempengaruhi pengikatan RNA polimerase ke promotor dan dengan demikian bekerja pada tingkat inisiasi transkripsi. Sebagian protein pengatur berikatan dengan promotor dan merangsang/menghambat pengikatan RNA polimerase. Pada kontrol positif, protein pengatur merangsang transkripsi. Pada kontrol negatif, protein pengatur menghambat transkripsi.

            Transkripsi operon juga dikendalikan oleh faktor sigma (σ) yang berikatan dengan RNA polimerase yang menyebabkan faktor tersebut mengenali dan lebih mudah berikatan dengan promotor tertentu. Mekanisme lain melemahkan transkripsi RNA yang sedang berlangsung. Banyak mekanisme pengatur ini mungkin saling tumpang tindih, bekerja pada operon tunggal untuk memungkinkan berespon dengan cepat terhadap perubahan kondisi.  

 

                        Gambar 1 Regulasi Operon oleh Represor

                        Gambar 2 Cara Kerja Inducer

B.     Regulasi Pada prokariot

Regulasi ekspresi gen banyak dimengerti melalui mekanisme yang dipelajari pada bakteri. Sistem regulasi yang pertama dimengerti ialah system regulasi operan laktosa pada bakteri E. coli oleh Yacob Manot. Regulasi ini berperan dalam mengatur produk si enzim β-galaktosidase, ketika bakteri harus memilih menggunakan laktosa atau glukosa sebagai sumber karbonnya. Dua sistem regulasi yang paling umum yang paling umum dilakukan pada bakteri, yaitu system operan laktosa (operan lac) dan system operan triptopan (operan trp).

Pada operan lac ekspresi gen diatur pada tingkat promoter dengan enzim transkriptase (pengendali transkripsi). Pada operan trp ekspresi diatur dengan cara menghentikan transkripsi bila produk transkripsi, yaitu tryptophan sudah mencapai kuantitas yang dibutuhkan.

Gambar 3 Model Operon

C.    Pengendalian negatif operon laktosa (lac)

System operon lac adalah system pengendalian ekspresi gen-gen yang bertanggung jawab di dalam metabolisme laktosa.

Jika bakteri E.coli yang ditumbuhkan dalam medium yang mengandung sumber karbon glukosa dan laktosa secara bersama-sama, maka E.coli akan menumbuhkan pola pertumbuhan yang spesifik. Setelah melalui fase adaptasi, E.coli memasuki fase eksponensial yang ditandai dengan laju pertumbuhan yang meningkat secara eksponensial kemudian akan mencapai fase stasioner. Setelah mencapai fase stasioner  beberapa saat kemudian bakteri akan tumbuh lagi memasuki fase eksponensial kedua sampai akhirnya mencapai fase stasioner akhir. Dalam fase pertumbuhan semacam ini ada dua fase eksponensial. Pada fase eksponensial pertama E.coli menggunakan glukosa sebagai sumber karbon sampai akhirnya glukosa habis dan E.coli mencapai fase stasioner pertama. Selanjutnya pada fase eksponensial kedua, E. coli menggunakan laktosa setelah glukosa benar-benar habis, pada saat inilah sebenarnya mulai terjadi proses induksi sistem operon laktosa yang akan digunakan untuk melakukan metabolisme laktosa, ini disebut pola pertumbuhan diauksik (diauxic) artinya bantuan, karena kedua macam gula tersebut membantu bakteri untuk tumbuh.

Pada fase stasioner pertama, operon lactisa terdiri atas beberapa gen mulai diaktifkan. Operon laktosa terdiri atas 3 gen struktural utama yaitu gen lacZ (mengkode enzim β galactosidase), gen lacY (mengkode permease galactosida), dan gen lacA (transasetilase thiogalaktosida). Ketiga gen structural yang berbeda tersebut dikendalikan ekspresinya oleh satu promoter yang sama dan menghasilkan satu mRNA yang bersifat polisistronik (polycistronic) karena dalam satu transkrip terdapat lebih dari satu cistron (sinonim dari kata gen). Masing-masing cistron tersebut ditranslasi menjadi tiga polipeptida yang berbeda tetapi semuanya terlibat di dalam metabolisme laktosa. Selain ketiga gen structural tersebut, juga terdapat gen regulator lacl yang mengkode suatu protein repressor (tersusun atas 3.60 asam amino) dan merupakan bagian system  pengendalian operon lactose. Operon lactose dapat dikendalikan secara negative maupun secara positif.

Enzim β galactosidase adalah enzim utama yang digunakan untuk memotong ikatan β galactosidik yang ada pada molekul lactose sehingga dihasilkan dua monosakarida, yaitu glukosa dan galaktosa. Enzim permease galaktosida adalah enzim yang berperanan dalam pengangkutan lactose dari luar ke dalam sel. Enzim yang ketiga yaitu, transasetilase thiogalaktosida, sampai sekarang belum diketahui secara jelas peranannya di dalam metabolisme lactose.

Pengendalian operon laktosa secara negatif dilakukan oleh protein represor yang dikode oleh gen lacl. Repressor lacl adalah suatu protein tetramerik yang tersusun atas empat polipeptida yang identik. Represor ini menempel pada daerah operator (lacO) yang terletak disebelah hilir dari promotor. Operon lac berukuran sekitar 28 pasangan basa. Penempelan represor semacam ini menyebabkan RNA polimerase tidak dapat melakukan transkripsi gen-gen struktural lacZ, lacY, dan lacA sehingga operon laktosa dikatakan mengalami represi. Proses penekanan atau represi semacam ini terjadi terus menerus selama tidak ada laktosa di dalam sel. Inilah yang disebut mekanisme efisiensi seluler karena sel tidak perlu mengaktifkan operon lactose jika memang tidak ada lactose sehingga energy seluler dapat dihemat. Sel akan cenderung untuk menggunakan sumber karbon yang lebih sederhana terlebih dahulu, misalnya glukosa, untuk memenuhi kebutuhan selularnya. Setelah tidak ada lagi glukosa di dalam sel, maka sel akan mencari alternatife sumber karbon yang tersedia. Jika sel E.coli ditumbuhkan dalam medium yang mengandung glukosa dan lactose, maka setelah glukosa benar-benar habis sel akan melakukan metabolism lactose yang ada dengan cara mengaktifkan terlebih dahulu system operon lactose. lactose Proses pengaktifan operon lactose semacam ini disebut sebagai proses induksi.

Induksi operon lactosa dapat terjadi jika ada lactosa di dalam sel. Lactosa yang ada di dalam medium pertumbuhan sel diangkut ke dalam sel dengan menggunakan enzim permease galaktosida. Operon lactose sebenarnya tidak sepenuhnya ketat karena di dalam sel selalu ada produk ekspresi operon ini meskipun pada aras paling dasar. Oleh karena itu, meskipun belum ada induksi sepenuhnya di dalam sel sudah ada produk enzim permease galaktosida. Enzim inilah yang akan mengangkut laktosa ke dalam sel. Demikian pula halnya dengan enzim β galactosidase di dalam sel yang selalu ada dalam jumlah terbatas, meskipun belum ada induksi sepenuhnya, sehingga dapat mengubah lactose menjadi allolactosa. Laktosa adaalh disakarida glukosa/galaktosa yang terikat melalui ikatan β-1,4, sedangkan alloklactosa mempunyai ikatan β-1,6. Allolaktosa ini yang sesungguhnya menjadi inducer untuk mengaktifkan operon lactose Yuwono , 2005).

Gambar 4. Sistem induksi dan represi pada prokariot (a) Regulasi negative pada system ekspresi gen prokariot. (sumber Yuwono:, 2005)

Selama tidak ada proses induksi, molekul reseptor yang di kode oleh lacl akan selalu menempel pada operon lac. Meskipun demikian, RNA polymerase tetap dapat menempel pada promotor lac, hanya saja tidak dapat melakukan transkripsi karena terhambat oleh molekul repressor yang menempel pada daerah operon. Repressor yang dikode oleh lacl merupakan molekul protein allosterik yang mempunyai sisi pengikatan yang berbeda untuk DNA dan molekul induser. Protein allosterik (allos [latin] artinya lain, sedangkan sterik berasal dari kata stereo yang berarti bentuk) adalah protein yang mempunyai dua sisi pengikatan dengan molekul lain. Jika protein terebut berikatan dengan suatu molekul, maka hal ini akan mengubah bentuk protein pada sisi yang lain sehingga mengubah interaksinya dengan molekul kedua. Molekul induser dapat terikat pada repressor yang berada dalam keadaan bebas di dalam sel maupun pada saat repressor terikat pada DNA. Dengan adanya induser (laktosa yang diubah menjadi alolaktosa) maka molekul induser akan menempel pada repressor. Penempelan tersebut akhirnya mengubah secara allosterik konformasi molekul repressor sehingga repressor tidak dapat menempel lagi pada operator. Oleh karena itu, daerah operator berada dalam keadaan bebas sehingga dapat dilewati oleh RNA polymerase untuk melakukan transkripsi gen lacZ, lacY, dan lacA. Setelah ditranskripsi, tarnskripsi yang membawa kodon-kodon untuk ketiga macam enzim tersebut selanjutnya di translasi menghasilkan enzim  b-galaktosidase dan permase galaktosida dan transasetilase thiogalaktosida. Enzim  b-galaktosidase dan permase galaktosida itulah yang akhirnya digunakan untuk metabolisme laktosa.

D.    Pengendalian positif operon laktosa (lac)

Selain dikendalikan secara negatif, operon lac juga dikendalikan secara positif. Dalam sistem semacam ini operon lac diaktifkan kembali setelah sebelumnya ditekan sampai aras paling dasar (basal level). Pengendalian positif memberikan keuntungan bagi sel karena operon laktosa tetap dalam keadaan nonaktif selama masih tersedia glukosa dalam jumlah banyak. Dalam kasus operon lac, penghilangan represor dari operator tidak cukup untuk mengaktifkan operon tersebut sehingga diperlukan suatu sistem yang bekreja secara positif (mempercepat) proses pengaktifan operon. Pada saat E. coli ditumbuhkan dalam medium yang mengandung dua macam sumber karbon yang berbeda, yaitu glukosa dan laktosa, maka sel tidak perlu mengaktifkan operon laktosa jika di dalam sel masih tersedia glukosa. Hal ini ditunjukkan dalam suatu eksperimen menggunakan E. coli yang ditumbuhkan dalam medium yang mengandung suksinat dan IPTG (isopropil thigaluktosida). IPTG mempunyai struktur yang mirip dengan laktosa sehingga dapat berfungsi sebagai inducer operon laktosa. Pada saat awal ketika IPTG tersedia, b-galaktosidase dapat diekspresikan. Akan tetapi ketika ditambahkan glukosa maka sintesis enzim ini mengalami penurunan yang tajam. Pada awalnya diduga bahwa suatu katabolic glukosa (produk pemecahan glukosa) menjadi penyebab fenomena ini sehingga kemudian dikenal sebagai fenomena represi katabolic atau efek glukosa. Akan tetapi, ketika molekul nukleotida cAMP (cyclic AMP) ditambahkan bersama-sama dengan glukosa, proses represi sintesis b-galaktosidase tidak terjadi. Represi katabolic semacam ini juga terjadi operon yang lain.

Represi katabolik pada operon lac dilakukan melalui protein regulator yang dikenal sebagai CAP (catabolic activator protein) dan suatu molekul efektor
yaitu cAMP. Telah diketahui bahwa E. coli konsentrasi cAMP yang disintesisi
oleh enzim adenil siklase, berkebalikan dengan konsentrasi glukosa dalam sel. Hal
itu berarti bahwa jika konsentrasi glukosa rendah, maka konsentrasi cAMP
meningkat. Pada saat konsentrasi cAMP meningkat, yaitu pada saat konsentrasi
glukosa rendah, cAMP akan berikatan dengan CAP dun mengaktifkan operon lac.

Promotor lac mempunyai dua sisi pengikatan yang berbeda, yaitu sisi
pengikatan untuk RNA polimerase dan sisi pengikatan untuk kompleks CAP‑
cAMP. Kompleks CAP-cAMP terikat pada promotor lac pada daerah diantara
sekuens -72 dan -52 dihitung dari nukleotida pertama operon lac. Sekuens
konsensus sisi pengikatan CAP-cAMP adalah TGTGA. Sisi pengikatan kompleks
CAP-cAMF semacam ini bervariasi dari satu operon dengan operon yang lain,
misalnya pada operon gal sisi pengikatan tersebut terletak pada sekuens -50 dan ‑
23, sedangkan pada operon ara terletak pada daerah -170 dan -78. Meskipun mekanisme rinci pengaktifan operon lac belum diketahui secara jelas, diduga
protein CAP mampu melakukan perubahan pada struktur DNA atau berinteraksi
secara langsung dengan RNA polimerase. Bukti-bukti menunjukkan bahwa
pengikatan kompleks CAP-cAMP pada promotor membantu RNA polimerase
untuk terikat pada Promotor. Salah satu hipotesis mengatakan bahwa kompleks
CAP-cAMP dan RNA polimerase saling bersentuhan karena keduanya melekat
pada sisi yang berdekatan di promotor. Kedekatan ikatan CAP-cAMP dengan
RNA polimerase tersebut menyebabkan ikatan RNA polimerase dengan promotor
menjadi lebih kuat. Pada kasus operon lac, sisi pengikatan CAP-cAMP dengan RNA polimerase tersebut menyebabkan ikatan RNA polimerase dengan promotor menjadi lebih kuat. Pada kasus operon lac, sisi pengikatan CAP-cAMP dengan RNA polimerase memang secara fisik berdekatan, tetapi pada operan ara sisi pengikatan activator teresbut berada cukup jauh dari promotor. Hipotesis mengatakan bahwa CAP-cAMP mampu menyebabkan perubahan pada struktur DNA yaitu dengan mendekatkan hubungan antara kompleks CAP-cAMP dengan RNA polimerase.

Jadi secara umum dapat dijelaskan bahwa pengikatan CAP-cAMP pada promotor menyebabkan RNA polimerase dapat tertarik pada promotor membentuk kompleks promotor tertutup (close promotor complex) yang selanjutnya akan menjadi kompleks promotor terbuka yang siap melakukan ripsi. Pengikatan RNA polimerase pada promotor tersebut difasilitasi oleh CAP-cAMP melalui interaksi protein-protein, pembengkokkan DNA atau kedua-nya.

Gambar 5. Sistem induksi dan represi pada prokariot (b) Regulasi positif pada sistem ekspresi gen prokariot. (Sumber : Yuwono, 2005)

E.     Pengendalian operon triptofan (trp)

Operon trp berperanan di dalam sintesis asam amino triptofan pada E. coli. Operon trp, dikendalikan melalui dua macam mekanisme yaitu : (1) penekanan (represi) oleh produk akhir ekspresi, dan (2) pelemahan (attenuation). Operon ini dikenal secara negatif oleh suatu represor seperti pada operon lac. Meskipun demikian, ada perbedaan fundamental antara kedua operon tersebut. Operon lac adalah operon yang mengkode enzim-enzim katabolik, yaitu enzim yang digunakan untuk merombak suatu senyawa, sedangkan operon trp adalah operon yang mengkode enzim-enzim anabolik yang digunakan untuk sintesis suatu senyawa. Operon untuk enzim katabolik cenderung akan diaktifkan jika ada senyawa yang akan dirombak, misalnya laktosa. Sebaliknya, operon untuk enzim anabolic pada umumnya akan dinonaktifkan jika tersedia senyawa yang akan disintesis, misalnya triptofan, maka operon trp akan dinonaktifkan. Selain dengan mekanisme pengendalian negatif semacam ini, operon trp juga mempunyai mekanisme pengendalian lain, yaitu mekanisme pelemahan yang tidak ada pada operon lac.

Pengendalian negatif operon trp dilakukan dengan cara menekan ekspresi
gen-gen dalam operon itu pada saat tersedia triptofan dalam jumlah banyak. Operon trip terdiri atas 5 gen struktural, yaitu tripE, D, C, B dan A. Promotor dan operator operon ini terletak pada daerah yang sama. Hal ini berbeda dengan operator lac yang terletak tepat pada sisi sebelah hilir promotor lac. Pada daerah hilir setelah promotor, tetapi sebelum daerah gen struktural, terdapat suatu urutan nukleotida (trpL) yang mengkode suatu polipeptida awal berukuran pendek (leader peptida) yang terdiri atas 14 asam amino dan tidak fungsional sebagai protein. Sekuens gen peptida awal tersebut mempunyai kodon inisiasi translasi AUG diikuti oleh 13 kodon asam amino dan kodon terminasi transalsi UGA. Gen struktural trpE mempunyai kodon inisiasi translasi (AUG) tersendiri yang berbreda dari kodon inisiasi pada sekuens peptida awal. Setelah sekuens trpL terdapat suatu sekuens yang mempunyai fungsi khusus dalam pengendalian dengan mekanisme pelemahan (attenuation) yang disebut sebagai daerah attenuator. Selain itu, juga ada gen regulator operon trp yaitu trpR yang mengkode sintesis aporepresor yang tidak aktif jika tidak ada triptofan.

Pada saat triptofan tidak tersedia, atau hanya tersedia dalam jumlah sangat terbatas, gen trpR hanya menghasilkan aporepresor yang tidak mampu menempel pada daerah operator sehingga RNA polimerase dapat dengan mudah melakukan transkripsi gen-gen struktural trpE, D, C, B dan A setelah melewati daerah attenuator. Sebaliknya, pada saat tersedia triptofan dalam jumlah banyak, aporepresor yang dikode oleh trpR akan berikatan dengan molekul triptofan (disebut sebagai ko-represor) sehingga terjadi perubahan struktural pada protein aporepresor menjadi protein represor yang fungsional. Perubahan struktural tersebut mengakibatkan represor dapat menempel pada daerah promotor operon trp sehingga RNA polimerase tidak dapat melakukan transkripsi gen-gen struktural.

Selain dengan mekanisme pengendalian negatif semacam trp, operon trp juga dikendalikan melalui mekanisme pelemahan. Perlu dipahami bahwa sistem represi operator trp sebenarnya tidak cukup kuat, jauh lebih lemah dibandingkan represor operon lac, sehingga transkripsi gen-gen struktural trp masih dapat terjadi meskipun ada protein represor. Oleh karena itu, diperlukan mekanisme pengendalian yang lain untuk meningkatkan efisiensi selular karena sintesis asam amino triptofan memerlukan banyak energi.

Jika triptofan dalam jumlah banyak, pada awalnya RNA polimerase akan melakukan transkripsi sekuens trpL yang kemudian langsung diikuti dengan transalsi transkrip trpL. Perlu diingat bahwa dalam sistem prokaryot, tarnskripsi akan langsung diikuti dengan translasi, berbeda dengan eukaryot yang memiliki sistem terpisah. Meski trpL dapat ditranskripsi namun proses transkripsi tersebut akan segera diakhiri karena daerah attenuator mempunyai sekuens terminator transkripsi sehingga akhirnya RNA polimerase terlepas dari DNA sebelum mencapai gen-gen struktural trpEDCBA. Sekuens terminator pada daerah attenuator berupa suatu sekuens berulang-terbalik (inverted repeat) yang diikuti oleh delapan pasangan A-T. Dengan adanya sekuens berulang-balik semacam ini, maka transkrip mRNA pada daerah ini akan cenderung mengalami pasangan basa intramolekuler membentuk struktural sekunder jepit rambut (hair pin). Pembentukan struktur jepit rambut yang diikuti dengan rangkaian basa U tersebut menyebabkan ikatan antara transkripsi dengan DNA menjadi tidak stabil sehingga akhirnya transkrip terlepas dan transkripsi tidak dapat dilanjutkan.

Ada 4 sekuens pada daerah peptida awal dan attenuator yang dapat membentuk, struktur sekuens jepit rambut. Proses pelemahan transkripsi ditentukan oleh laju translasi peptida awal, relatif terhadap laju transkripsinya. Sekuens 1 dapat membentuk struktur jepit rambut dengan sekuens 2 (1:2), sedangkan sekuens 3 dengan sekuens 4 (3:4). Struktur jepit rambut 3:4 itulah yang berfungsi sebagai terminator transkripsi sebelum RNA polimerase mencapai gen trpE. Sebaliknya, jika terjadi struktur jepit rambut antara 2:3, maka pembentukan struktur 3:4 dapat dicegah,  sehingga tidak ada terminasi transkripsi dan RNA polimerase dapat berjalan mencapai gen trdEDCBA.

Pengaturan pembentukan struktur sekunder 2:3 atau 3:4 dilakukan dengan mengatur laju translasi peptida awal. Sekuens peptida awal mengandung dua kodon triptofan (UGG) yang terletak berurutan pada sekuens 1. Sekuens 1 tersebut dapat membentuk struktur jepit rambut pertama. Keberadaan dua kodon triptofan yang berurutan semacam ini termasuk jarang karena asam amino triptofan sangat jarang ditemukan pada struktur protein; triptofan umumnya hanya ada satu setiap 100 asam amino. Pada saat triptofan tersedia dalam jumlah sedikit maka jumlah tRNA^trp (tRNA yang membawa asam amino triptofan) juga akan berkurang. Keadaan ini menyebabkan ribosom yang melakukan translasi peptida awal akan berhenti pada daerah kodon triptofan yang pertama sehingga terjadi penumpukan ribosom pada daerah ini. Ribosom yang menumpuk pada sekuens kodon triptofan pertama menyebabkan penghambatan pembentukan struktur jepit rambut 1:2, sehingga sekuens 2 dapat membentuk struktur jepit rambut dengan 3 sekuens (2:3). Akibatnya, struktur jepit rambut 3:4 tidak dapat terbentuk sehingga tidak ada terminasi transkripsi oleh RNA polimerase.

Sejalan dengan proses transkripsi dan translasi gen struktur trpEDCBA, maka asam amino triptofan, meningkat, dengan demikian pula dengan tRNAP. Pada keadaan ini ribosom dapat mencapai daerah terminasi translasi (UGA), yang terletak antara sekuens 1 dan 2, karena tidak ada lagi hambatan akibat keterbatasan triptofan sehingga akhirnya ribosom terlepas. Dengan tidak adanya ribosom maka dapat terbentuk struktur jepit rambut 1:2 dan 3:4, sehingga struktur 3:4 dapat berfungsi sebagai terminator transkripsi oleh RNA polimerase.

Pengendalian operon dengan mekanisme serupa (pelemahan) juga terjadi pada operon his pada E.coli yang mempunyai daerah peptida awal dengan kodon histin berurutan sebanyak tujuh buah. Selain itu, operon lain yang juga dikendalikan dengan mekanisme pelemahan adalah operon thr, ilv, leu, dan phe. Pada bakteri Bacillus substilis, mekanisme pengendalian operon trp, dengan mekanisme pelemahan dilakukan dengan cara yang berbeda. Pada saat triptofan tersedia dalam jumlah banyak triptofan berikatan dengan suatu protein yang disebut sebagai TRAP dapat  melekat pada RNA-biding atteniator protein). Pengikatan ini menyebabkan TRAP dapat melekat pada RNA hasil transkripsi gen peptida awal menyebabkan terbentuknya terminator sehingga transkripsi gen-gen trp tidak terjadi. Sebaliknya, pada saat triptofan tidak, tersedia dalam jumlah banyak, TRAP tidak dapat berikatan dengan transkrip gen peptida awal sehingga terbentuk terminator.

F.     Pengendalian Operan ara

            Katabolisme L-arabinosa oleh E-coli melibatkan tiga enzim yang dikode oleh tiga gen berurutan, yaitu araB, araA, dan araD. Aktivitas transkripsi ketiga gen tersebut diatur oleh gen keempat yaitu araC. Lokus araC dan araBAD ditranskripsi dengan arah yang berlawanan oleh suatu daerah promotor sentral. Aktivitas ipromotor araC (P_c) maupun promotor araBAD (P_BAD) distimulasi oleh CAP-cAMP. Operon ara mempunyai dua operator yaitu araO₁ (mengendalikan araC) dan araO₂ (mengendalikan araBAD). Operator araO₂ terletak cukup jauh dari promotor P_BAD (pada posisi-265 dan -294) tetapi masih mampu melakukan pengendalian transkripsi. Sisi pengikatan CAP terletak sekitar 200 bp disebelah hulu dark promotor ara. Protein araC (dikode oleh araC) mempunyai 3 daerah pengikatan yaitu pada araO₂, araO_l, dan pada aral yang dapat dibedakan menjadi dua sub-bagian yaitu aral₁ dan aral₂.

Pada saat tidak tersedia arabinosa, sehingga tidak diperlukan enzim untuk katabolisme, protein araC melakukan pengendalian negatif dengan cara menempel pada araO₂ dan aral₁. Penempelan itu menyebabkan DNA membengkok sehingga menekan transkripsi operon araBAD. Sebaliknya, jika arabinosa tersedia, terjadi perubahan konfirmasi protein araC sehingga protein regulator tersebut tidak dapat menempel pada araO₂ melainkan melekat pada aral₁ dan aral₂. Hal ini menyebabkan penghilangan struktur bengkokkan DNA yang sebelumnya menekan operon ara BAD sehingga operon ini dapat ditranskripsi dan translasi menghasilkan enzim-enzim yang digunakan untuk metabolisms arabinosa.

Protein araC sendiri juga dapat diatur aras sintetisnya dengan mekanisme autoregulasi. Gen araC ditranskripsi kearah kiri dari promotornya (P_C) sementara disemailah kirinya (disemailah hulu dari araC) terdapat operator araO₁. Pada saat konsentrasi araC meningkat, protein ini akan menempel pada araO₁ sehingga  akhirnya menghambat transkripsi araC kearah kiri (kearah hulu dari lokus araC). Penghambatan transkripsi araC ini pada akhirnya akan mengurangi jumlah protein represor sehingga tidak disintesisi dalam jumlah berlebihan.

G.    Pengendalian Operon gal

            Operon gal pada E. coli terdiri atas tiga gen struktural, yaitu galE, galT, dan galK yang ditranskripsi dari dua promotor yang saling tumpang tindih pada sisi sebelah hulu dari galE. Operon ini selain bertanggung jawab dalam metabolisme galaktosa sebagai sumber karbon, juga berperan dalam mengubah UDP-glukosa menjadi UDP-galaktosa pada waktu tidak ada galaktosa. Meskipun transkripsi kedua promotor gal dapat diinduksi oleh galaktosa, tetapi produk galE dalam aras dasar selalu dibutuhkan pada saat tidak tersedia galaktosa. Operon gal juga diatur oleh sistem represi katabolic. Pada saat konsentrasi cAMP tinggi, kompleks CAP-cAMP akan menstimulasi transkripsi dari promotor pertama sekaligus menekan promotor kedua sehingga terbentuk produk gen-gen struktural operon gal. Sebaliknya, jika bakteri ditumbuhkan dalam medium yang mengandung glukosa, sehingga konsentrasi cAMP rendah, maka transkripsi dimulai dari promotor kedua yang terletak disemailah hulu promotor pertama. Keadaan ini menyebabkan disintesisinya enzim-enzim gal pada aras dasar (basal level). Kedua promotor gal tersebut dikendalikan secara negatif oleh produk gen galR yang tidak terikat dengan operon gal.

 SO,,,,,,,,

1.      Operon adalah kelompok gen pada prokariotik yang diekspresikan secara bersama-sama dengan menggunakan suatu promotor yang sama

2.      Dua sistem regulasi yang paling umum dilakukan pada bakteri, yaitu system operan laktosa (operan lac) dan system operan triptopan (operan trp).

3.      System operon lac adalah system pengendalian ekspresi gen-gen yang bertanggung jawab di dalam metabolisme laktosa.

4.      Operon trp berperanan di dalam sintesis asam amino triptofan pada E. coli. Operon trp, dikendalikan melalui dua macam mekanisme yaitu : (1) penekanan (represi) oleh produk akhir ekspresi, dan (2) pelemahan (attenuation).

Katabolisme L-arabinosa oleh E-coli melibatkan tiga enzim yang dikode oleh tiga gen berurutan, yaitu araB, araA, dan araD. Aktivitas transkripsi ketiga gen tersebut diatur oleh gen keempat yaitu araC. Lokus araC dan araBAD ditranskripsi dengan arah yang berlawanan oleh suatu daerah promotor s