Tugas Fisiologi Mikroba Soal 1. Jelaskan definisi feedback inhibition beserta contohnya! 2. Jelaskan pengertian konserted feedback inhibition! 3. Jelaskan mekanisme pengendalian dengan cara represi katabolit beserta contohnya!
Jawaban 1. Feedback inhibition atau end product inhibition merupakan suatu mekanisme penghambatan aktivitas enzim pertama dalam suatu jalur biosintesis oleh produk akhir dalam jalur biosintesis tersebut. Reaksi pertama dalam jalur biosintesis menghasilkan produk intermediet yang digunakan oleh enzim berikutnya sebagai substrat. Dengan demikian, penghambatan aktivitas enzim pada reaksi pertama dapat menghindarkan sel dari akumulasi produk akhir dan pembentukan produk intermediet yang tidak diperlukan. Seperti dijelaskan pada gambar berikut:
Gambar 1. Mekanisme feedback inhibition pada jalur tanpa percabangan
Biosintesis P dari prekursor A dikatalis oleh serangkaian enzim (E1 – En). Konsentrasi Z yang tinggi menghambat perubahan A menjadi B. Penghambatan terjadi karena P mampu terikat pada enzim (E1) pada sisi selain sisi katalitik. Akumulasi produk akhir (P) menghambat enzim (E1) yang mengkatalis reaksi pertama dalam jalur tersebut. Feedback inhibition juga dapat terjadi pada jalur biosintesis yang bercabang, dimana produk akhir akan menghambat aktivitas enzim pertama dalam suatu percabangan, seperti pada gambar 2.
Gambar 2. Mekanisme Feedback nhibition pada jalur percabangan
Dari gambar diatas produk akhir Y maupun Z disintesis dari prekursor yang sama (A) melalui jalur yang berbeda. Akumulasi Y menyebabkan penghambatan pada enzim (E3) yang mengkatalis perubahan C menjadi D. Di sisi lain, akumulasi Z menyebabkan penghambatan pada enzim (E3) yang mengkatalis perubahan C menjadi E. Penghambatan tersebut menyebabkan C terakumulasi karena tidak digunakan untuk reaksi berikutnya. Akumulasi C selanjutnya menghambat enzim (E1) yang mengkatalis reaksi pertama dalam jalur tersebut. Salah satu contoh mekanisme feedback inhibition adalah perubahan L-threonine menjadi L-isoleucine dalam 5 langkah reaksi. Pada sistem tersebut, enzim pertama (threonine dehydratase) dihambat oleh isoleusin yang merupakan produk akhir reaksi. Isoleusin bersifat spesifik artinya tidak ada senyawa intermediet dalam rangkaian reaksi tersebut yang menghambat threonine dehydratase, demikian juga tidak ada enzim lain dalam rangkaian reaksi tersebut yang dihambat oleh isoleusin
Gambar 3. Mekanisme Feedback inhibition pada Iso-leusin
2. Concerted feedback inhibition adalah suatu mekanisme penghambatan aktivitas enzim pertama dalam jalur biosintesis oleh lebih dari satu produk akhir dari biosintesisi tersebut yang dihasilkann secara bersamaan oleh suatu prekursor, seperti terlihat pada gambar 4. Pada kasus ini enzim pengatur pada suatu cabang memiliki tempat ganda (multiple site) untuk efektor alosterik yang berbeda yang akan menghambat aktivitas enzim tersebut.
Gambar 4. Mekanisme concerted feedback inhibition
Berdasarkan gambar tersebut terlihat bahwa produk akhir (P1 dan P2) dalam jalur biosintesis secara bersama-sama menghambat aktivitas dari enzim pertama dalam jaluar tersebut (A) Salah satu contoh regulasi concerted feedback inhibition adalah dari keluarga Aspartat.
Gambar 5. Regulasi end product pada keluarga Aspartat (R: Represion, F: Feedback Inhibition). Prekursor aspartat menghasilkan end product berupa Asam amino lisin, metionin, dan isoleusin., dan produk akhir ini menghambat kerja enzim pertama pada jalur ini yaitu Aspartokinase I, II dan III.
3. Represi katabolit merupakan suatu suatu sistem regulasi dengan mekanisme penghambatan ekspresi gen yang mengkode sintesis enzim-enzim yang digunakan untuk metabolisme suatu sumber karbon. Sistem regulasi ini merupakan sistem regulasi pada tahap inisiasi transkripsi atau regulasi pada tingkat promotor. Pada operon laktosa terdapat tiga macam gen yaitu lac-Z, lac-Y dan lac-A. Ketiga gen ini masing-masing menyandikan βgalaktosidase, permease dan trans-asetilase. Regulasi operon laktosa dilakukan oleh suatu protein regulator yang akan berinteraksi dengan promoter. Protein regulator ini akan
menentukan inisiasi translasi. Protein regulator dihasilkan oleh gen regulator. Dalam kasus operon laktosa terdapat dua gen regulator yaitu gen Lac-i dan gen crp. Gen Lac-i berhubungan dengan kehadiran laktosa sedangkan gen crp berhubungan dengan kehadiran glukosa. Represi katabolit pada operon lac dilakukan melalui protein regulator yang dikenal sebagai CAP (catabolite activator protein), dan suatu molekul efektor yaitu cAMP (Cyclic Adenin Monophosphate). Pada bakteri E.coli konsentrasi cAMP yang disintesis oleh enzim adenil siklase, berkebalikan dengan konsentrasi glukosa dalam sel. Hal ini berarti jika konsentrasi glukosa rendah, maka konsentrasi cAMP meningkat. Pada saat konsentrasi cAMP meningkat, yaitu saat konsentrasi glukosa rendah, cAMP akan berikatan dengan CAP dan mengaktifkan operon lac (gambar 6)
Gambar 6. Mekanisme represi katabolit
Salah satu contohnya yaitu pada bakteri Escherichia coli. Bakteri E-coli mempunyai kemampuan mensintesis enzim β-galaktosidase sehingga bila laktosa dimanfaatkan sebagai sumber karbon, maka bakteri tersebut dapat mengubah laktosa menjadi glukosa dan galaktosa. Namun bila tersedia laktosa dan glukosa, maka bakteri akan lebih memilih glukosa sebagai sumber karbon karena lebih mudah untuk dimanfaatkan dalam proses metabolisme. Bakteri ini dapat mengatur gen penyandi β-galaktosidase sesuai dengan pilihan sumber karbonnya yaitu laktosa dan glukosa. Sistem regulasi pengaturan ini sering disebut dengan regulasi ekspresi gen atau regulasi operon lac. Proses regulasi negatif operon laktosa, ada yang berlangsung dengan laktosa dan ada yang tanpa laktosa. Represi ekspresi gen dilakukan oleh protein represor yang dikode oleh gen LacI. Represor ini menempel pada daerah operator. Penempelan ini menyebabkan RNA
polimerase tidak dapat melakukan transkripsi gen-gen struktural,yaitu: Lac Z, Lac Y dan Lac A sehingga dapat dikatakan operon laktosa mengalami represi. Proses represi ini akan terjadi secara terus-menerus selama tidak ada laktosa di dalam sel. Dengan demikian sel akan cenderung menggunakan sumber karbon yang sederhana terlebih dahulu, misalnya glukosa untuk memenuhi kebutuhan selulernya.
