1.
Mekanisme
Aktivitas Enzim Terinduksi pada Pencernaan Gula Arabinosa
Arabinosa, adalah sebuah gula pentosa, pektin dan gula. Arabinosa
(arabinosa), juga dikenal sebagai gula arabinosa pektin, sering dikaitkan
dengan monosakarida lain untuk heteropolisakarida hadir dalam bentuk pulp
tanaman, koloid, hemiselulosa, asam pectic, pohon konifer, kayu batang,
polisakarida bakteri, dan Beberapa glikosida.
Mekanisme aktivitas pencernaan gula arabinose dapat dilihat pada E. coli. E. coli memiliki mekanisme regulator “inducible positif” berupa
operon arabinosa. Pada umumnya terdapat dua jenis operon yakni operon
terekspresikan seperti pada operon trp, artinya pengikatan triptofan hanya
menekan trasnkripsi yang terjadi sedangkan pada operon terinduksikan seperti
pada operon arabinose yang bersifat “inducible positif” biasanya mati, namun
dapat diinduksi ketika terdapat gula
arabinose.
Arabinosa merupakan gula yang membutuhkan tiga enzim untuk metabolismenya
(dikode oleh araB, araA, dan araD). Gen regulator araC. Gen araBAD (araB, araA,
dan araD) dan araC ditranskripsi dalam arah yang berlawanan. Dua lokasi operator (araO1dan araO2) dan araI yang
merupakan situs DNA terikat.
·
araA
mengkodekan L-arabinosa isomerase, yang mengkatalisis isomerisasi antara
L-arabinosa dan L-ribulosa.
·
AraB
mengkodekan ribulokinase, yang mengkatalisis fosforilasi (L / D) -ribulose
untuk membentuk (L / D) -ribulose 5-fosfat.
·
AraD mengkodekan
L-ribulosa-5-fosfat 4-epimerase, yang mengkatalisis epimerization antara
L-ribulosa 5-fosfat dan D-xylulose 5-fosfat.
Gambar : Operon
arabinose
Dapat
dilihat dari gambar panah spiral yang arahnya masing-masing berlawanan antara
araBAD dan araC yang menunjukkan transkripsi keduanya terjadi dalam arah yang
berbeda. Pada gambar dapat dilihat gen peregulasi araC, yang terletak diluar
operon, dan mengkodekan sebuah protein repressor alosentrik yang dapat
mematikan operon arabinose dengan cara berikatan ke operon ini. Ketika terdapat
Arabinosa (molekul ini dapat disebut sebagai inducer/penginduksi) maka akan
terjadi inaktivasi repressor sehingga menihilkan kemampuan repressor untuk
berikatan ke operator.
Adanya
arabinose yang berikatan ke represor ini
menyebabkan represor yang tadinya berfungsi menekan berubah menjadi activator. Mengaktifkan
operon yang menyebabkan RNA polymerase melekat ke DNA dibagian promoter dan
mentranskripsikan gen-gen operon (araB, araA, dan araD). Bila gula arabinose
tidak ada maka represor akan aktif, dan berikatan ke opetaror yang menyebabkan
operon mati. Jadi, bakteri E. coli
ini bila dalam keadaan kekurangan jenis sumber karbon/gula yang berasal dari
gula utama, maka ketika dilingkungan terdapat banyak gula arabinose akan
menyebabkan terjadinya induksi pada protein repressor sehingga proses pencernaan gula arabinose pun terjadi.
Dalam
konteks regulasi gen, enzim-enzim jalur arabinose disebut enzim-enzim
terinduksikan karena sintetisnya diinduksi oleh sebuah sinyal kimiawi
(L-arabinosa). Sinyal kimia ini mengaktifkan repressor dengan cara berlekatan
dan kemudian melekat ke operator, operon menyala maka terjadilah sintetis enzim
yang berasal dari gen (araBAD) yang mengkodekan enzim yang berfungsi untuk
pencernaan arabinose. AraA menghasilkan L-arabinosa isomerase yang mengubah
L-Arabinosa menjadi L-ribulosa. Kemudian araB menghasilkan L-ribokinase, yang menfosforilasi
L-ribulosa yang sebelumnya menjadi L-ribulosa 5P, melalui penambahan pospat
dari ATP yang diubah menjadi ADP. Selanjutnya araD menghasilkan L-ribulosa 5P
epimerase yang mengubah L-ribulosa 5P menjadi D-xylulose 5P.
Jadi,
melalui induksi L-arabinosa merangsang terbentuknya enzim yang berfungsi dalam
pencernaan arabinose.
2. Mekanisme
cAMP yang bekerja sama dengan suatu protein
Adenosina monofosfat siklik (AMP siklik atau cAMP) adalah molekul
berbentuk cincin yang dibuat dari ATP yang merupakan molekul pensinyalan intraseluler
yang umum (mesenjer kedua) pada sel eukariota. Senyawa ini juga merupakan
pengatur beberapa operon bakteri. ATP diubah menjadi cAMP oleh enzim yang ada
di membran plasma yaitu Adenil siklase sebagai respon terhadap sinyal
ekstraseluler.
Mekanisme cAMP yang
bekerja sama dengan suatu protein dapat dilihat dari regulasi gen positif pada
operon Lac E. coli. Ketika lactose ada dan glukosa dalam jumlah yang sedikit
maka E. coli akan menyintesis enzim-enzim untuk penguraian lactose, disinilah
peran cAMP yang bekerja sama dengan protein yang disebut protein activator
katabolit (CAP) dapat dilihat, dalam kasus ini terjadi akumulasi AMP siklik
(cAMP). Protein peregulasi disebut protein activator katabolit (catabolite
activator protein, CAP) merupakan sebuah activator, protein yang berikatan ke
DNA dan merangsang transkripsi gen. Ketika cAMP berikatan ke protein peregulasi
ini, CAP berubah ke bentuk aktif yang bisa melekat ke situs spesifik pada ujung
hulu operon Lac.
Pada gambar dapat dilihat bahwa ketika lactose
ada dan glukosa tidak ada, maka kadar cAMP meningkat sehingga cAMP mengaktivasi
CAP berlekatan pada daerah promoter sehingga RNA polymerase juga terikat akibat
adanya CAP, karena RNA polymerase memiliki afinitas yang tinggi terhadap CAP,
lalu sintesis enzim pun berlangsung.
Secara lebih rinci pengikatan cAMP ke protein
peregulasi CAP, meningkatkan afinitas RNA polymerase terhadap promoter yang
sebenarnya cukup rendah, meskipun tidak ada repressor yang berikatan ke
operator. Dengan menfasilitasi pengikatan RNA polymerase ke promoter sehingga
meningkatkan laju transkripsi, pelekatan CAP ke promoter merangsang ekspresi
gen secara langsung. Oleh karena itu mekanisme ini tergolong regulasi positif,
dimana cAMP bekerja sama dengan protein activator katabolit (CAP) untuk
merangsang ekspresi gen secara langsung.
Apabila jumlah glukosa dalam sel meningkat,
kadar cAMP menurun, dan tanpa cAMP, CAP terlepas dari operon. Karena CAP
inaktif maka berkuranglah efisiensi RNA polymerase dalam berikatan dengan
promoter, dan transkripsi operon lac hanya berlangsung pada tingkat rendah
meskipun ada laktosa. Secara skematis mekanisme yang bekerja sama dengan suatu
protein dapat digambarkan sebagai berikut
