Pengendalian ekspresi genetik ialah aspek penting dimana akan menetukan saat suatu gen itu diaktifkan dan diekspresikan. Tanpa adanya sistem pengendalian yang efisien menyebabkan banyak energi yang terbuang. Pada prokaryot terdapat gen struktural yang diekspresikan secara bersama-sama. Kelompok gen tersebut biasa disebut operon. Terdapat dua sistem pengendalian ekspresi gen yakni pengendalian positif dan pengendalian negatif. Pada pengendalian positif (aktivator), operon dapat diaktifkan sehingga terjadi transkripsi oleh gen regulator. Namun pada pengendalian negatif (represor), transkripsi tidak terjadi karena operon dinon-aktifkan.
Regulasi
operon laktosa (Lac operon) merupakan
sistem yang bertanggung jawab dalam metabolisme laktosa pada bakteri (misalnya Escherichia coli). Regulasi operon
laktosa pertama kali ditemukan oleh Francois Jacob dan Jaques Monod pada E. coli. Apabila E. coli yang ditumbuhkan pada medium kaya sumber karbon dan
laktosa, maka akan menunjukkan pola pertumbuhan yang spesifik. Dalam
pertumbuhannya, E. coli akan
mengalami fase adaptasi dan kemudian memasuki fase eksponensial yang ditandai
dengan laju pertumbuhan yang meningkat. Setelah fase eksponensial berakhir, kemudian mencapai fase stasioner yang pada beberapa saat kemudian terjadi peningkatan
laju pertumbuhan E. coli (fase
eksponensial kedua) hingga memasuki fase stesioner akhir. E. coli pada fase eksponensial menggunakan glukosa
sebagai sumber energi hingga akhirnya glukosa habis sehingga memasuki fase
stasioner pertama. Kemudian pada fase eksponensial kedua, E. coli menggunakan laktosa sebagai sumber
energi karena glukosa yang ada sudah habis. Alasan mengapa pada fase stasioner
pertama menggunakan glukosa sebagai sumber energi disebabkan terjadi proses
induksi sistem operon laktosa yang digunakan untuk metabolisme laktosa. Adanya
glukosa menyebabkan tidak terjadi metabolisme laktosa.
Operon
berperan mengontrol proses biokimia dan hanya ditemukan pada prokaryotik. Lac operon terdiri dari: gen struktural
yang terdiri dari lacZ, lacY, dan lacA; situs operator; dan gen regulator. Pada gen struktural lacZ mengkode enzim β-Galaktosidase
(menghasilkan dua monosakarida yaitu glukosa dan galaktosa), lacY mengkode enzim permease (berperan
dalam pengangkutan laktosa dari luar kedalam sel) dan lacA mengkode Transasetilase. Ekspresi ketiganya dikendalikan oleh
satu promoter yang sama.
Gambar 1. Lac Operon
Metabolisme
laktosa pada pengendalian operon laktosa dipengaruhi oleh lingkungan (medium).
Metabolisme laktosa tidak terjadi apabila: terdapat glukosa dan laktosa;
terdapat glukosa dan tidak ada laktosa; dan tidak ada glukosa dan laktosa.
Metabolisme laktosa tidak terjadi karena tidak adanya transkripsi. Sebaliknya,
apabila tidak terdapat glukosa dan ada laktosa, maka akan terjadi metabolisme
laktosa yang ditandai adanya transkripsi.
