Senin, 14 November 2011

MAKALAH SINTESIS PROTEIN

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kandungan informasi DNA, materi genetik, terdapat dalam bentuk urutan nukleotida yang spesifik di sepanjang untai DNA. Tetapi bagaimana informasi tersebut dihubungkan dengan sifat-sifat yang diwarisi suatu organisme? Atau dengan kata lain, apa yang sebenarnya diutarakan oleh gen? Dan bagaimana pesan tersebut diterjemahkan oleh sel ke dalam sifat yang spesifik, seperti rambut coklat atau tipe golongan darah A?

Ingat kembali kacang ercis Mendel. Salah satu karakter yang dipelajari pada kacang ercis adalah panjang batang. Variasi dalam satu gen tunggal menentukan perbedaan antara varietas (tanaman) kacang ercis yang tinggi dan yang kerdil. Mendel tidak mengetahui dasar fisiologis dari perbedaan fenotipik tersebut, namun para ahli tumbuhan menjelaskan sebagai berikut: Kacang yang kerdil kekurangan hormon pertumbuhan yang disebut geberrelin, yang merangsanga pertumbuhan normal pada batang. Kacang yang kerdil jika diberi hormone giberelin akakn menunjukkan perumbuhan yang normal. Apa yang menyebabkan kacang yang kerdil tidak dapat mensintesis hormon giberelin sendiri? Tanaman tersebut ternyata tidak mempunyai suatu protein penting, yaitu suatu enzim yang diperlukan untuk sintesis hormon giberelin.

Contoh di atas menggambarkan bahasan utama dari sintesis protein. Oleh karena pentingnya sintesis protein bagi fungsi dan fisiologi tubuh, maka disusunlah makalah sederhana ini untuk membantu memberikan informasi mengenai sintesis protein

1.2 Tujuan

Tujuan penyusunan makalah ini adalah untuk mengetahui berbagai rangkaian aktivitas sel dalam sintesis protein.

II. PEMBAHASAN

1.1

2.1 Sintesis protein.

Protein mempunyai peranan penting dalam organisasi struktural dan fungsional dari sel. Protein struktural menghasilkan beberapa komponen sel dan beberapa bagian diluar sel seperti kutikula,serabut dan sebagainya. Protein fungsional (enzim dan hormon) mengawasi hamper semua kegiatan metabolisme , biosintesis, pertumbuhan, pernapasan dan perkembangbiakan dari sel. Namun demikian sebuah sel tidak mungkin membuat protein yang dibutuhkan oleh individu yang bersel banyak.

Sintesis protein adalah proses pembentukan protein dari monomer peptida yang diatur susunannya oleh kode genetik. Sintesis protein dimulai dari anak inti sel, sitoplasma dan ribosom.

Sintesis protein melibatkan DNA sebagai pembuat rantai polipeptida. Meskipun begitu, DNA tidak dapat secara langsung menyusun rantai polipeptida karena harus melalui RNA. Seperti yang telah kita ketahui bahwa DNA merupakan bahan informasi genetik yang dapat diwariskan dari generasi ke generasi. Informasi yang dikode di dalam gen diterjemahkan menjadi urutan asam amino selama sintesis protein. Informasi ditransfer secara akurat dari DNA melalui RNA untuk menghasilkan polipeptida dari urutan asam amino yang spesifik. Menurut (Suryo, 2008:59-61) DNA merupakan susunan kimia makromolekular yang komplek, yang terdiri dari tiga macam molekul yaitu : Gula pentose yang dikenal sebagai deoksiribosa, Asam pospat, dan Basa nitrogen, dibedakan atas dua tipe dasar yaitu : pirimidin {sitosin (S) dan timin (T)} dan purin {adenine (A) dan guanine (G)}

Suatu konsep dasar hereditas yang mampu menentukan ciri spesifik suatu jenis makhluk menunjukkan adanya aliran informasi bahan genetik dari DNA ke asam amino (protein). Konsep tersebut dikenal dengan dogma genetik. Tahap pertama dogma genetik dikenal sebagai proses transkripsi DNA menjadi mRNA. Tahap kedua dogma genetik adalah proses translasi atau penerjemahan kode genetik pada RNA menjadi urutan asam amino. Dogma genetik dapat digambarkan secara skematis sebagai berikut.

clip_image001clip_image002DNA transkripsi RNA translasi Protein

2.2 Pengertian Transkripsi dan Translasi

Gen memberi perintah untuk membuat protein tertentu. Tetapi gen tidak membangun protein secara langsung. Jembatan antara DNA dan sintesis protein adalah RNA. RNA secara kimiawi serupa dengan DNA, terkecuali bahwa RNA mengandung ribose, bukan deoksiribosa, sebagai gulanya dan memiliki basa nitrogen urasil, dan bukan timin.

Transkripsi merupakan sintesis RNA berdasarkan arahan DNA. Kedua asam nukleat menggunakan bahasa yang sama, dan informasinya tinggal ditranskripsikan atau disalin, dari satu molekul ke molekul lain. Molekul RNA yang dihasilkan merupakan transkrip penuh dari instruksi-instruksi pembangun-protein dari gen itu. Jenis molekul RNA ini disebut RNA mesenjer (mRNA), karena molekul ini membawa pesan dari DNA ke peralatan pensintesis-protein dari sel tersebut.

Translasi merupakan sintesis polipeptida yang sesungguhnya, yang trejadi berdasarkan arahan mRNA. Selama tahapan ini terdapat perubahan bahasa: Sel tersebut harus menerjemahkan (mentranslasi) urutan basa molekul mRNAke dalam urutan asam amino polipeptida. Tempat-tempat translasi ini ialah ribosom, partikel kompleks yang memfasilitasi perangkaian secara teratur asam amino menjadi rantai polipeprtida.

Walaupun mekanisme dasar transkripsi dan translasi serupa untuk prokariota dan eukariota, terdapat suatu perbedaan penting dalam aliran informasi genetik di dalam sel-sel tersebut. Karena bakteri tidak memiliki nukleus, DNA-nya tidak tersegregasi dari ribosom dan perlengkapan pensintasis-protein lainnya. Transkripsi dan translasi dikopel (dipasangkan), dengan ribosom menempel pada ujung depan molekul mRNA sewaktu transkripsi masih terus berlangsung.

Sebaliknya, sel eukariotik, selubung nukleus memisahkan transkripsi dan translasi dalam ruang dan waktu. Transkripsi terjadi di nukleus, dan mRNA dikirim ke sitoplasma, di mana translasi terjadi. Tetapi sebelum mRNA itu meninggalkan nukleus, transkrip-transkrip RNA eukariotik dimodifikasi dengan berbagai cara untuk menghasilkan mRNA akhir yang fungsional. Dengan demikian, dalam proses dua-langkah ini, transkrip gen eukariotik menghasilkan pra-mRNA, dan pemrosesan RNA menghasilkan mRNA akhir.

clip_image004

Gambar 1. Perbedaan sintesis protein (a) prokariotk dan (b) eukariotik

2.3 Triplet Nukleutida dalam kode genetik

Triplet basa nukleotida merupakan unit terkecil dengan panjang seragam yang dapat mengkode seluruh asam amino. Jika setiap susunan yang terdiri dari tiga basah berurutan menentukan satu asam amino, akan ada 64 kemungkinan kata kode yang lebih dari cukup untuk menentukan semua asam amino tersebut. Aliran informasi dari gen ke protein didasarkan pada kode triplet :perintah genetic untuk rantai poipeptida ditulis dalam DNA sebagai satu deret yang terdiri dari kata-kata tiga nukleotida.

Sel tidak dapat secara langsung mentranslasi gen menjadi asam amino. Langkahnya adalah transkripsi, dimana selama transkripsi gen tersebut menentukan ururtan triplet basa disepanjang molekul mRNA. Untaian ini disebut untaian cetakan, karena untaian ini memberikan cetakan untuk menata urutan nukleotida dalam transkrip RNA. DNA yang ada dapat menjadi untaian cetakan dibeberapa daerah dalam suatu molekul DNA, sementara di daerah lain di sepanjang heliks ganda untai komplementerlah yang berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis RNA.

Molekul mRNA lebih merupakan komplementer daripada identik dengan cetakan DNA nyakarena basa RNA disusun pada cetakan tersebut berdasarkan aturan pemasangan basa. Pasangan ini serupa dengan pasangan yang terbentuk selama replikasi DNA, kecuali bahwa U, RNAuntuk mengganti T, berpasangan dengan A. Dengan demikian, apabiala untai DNA ditranskripsi, triplet basa ACC dalam DNA menyediakan cetakan uintuk UGG dalam molekulmRNA terasebut. Triplet basa mRNA ini disebut kodon.

clip_image006

Gambar 2. Kode triplet

clip_image008

Gambar 3. Kamus kode genetik

2.4 Sintesis dan Pemrosesan RNA

RNA mesenjer, pembawa informasi dari DNA ke peralatan pensintesis-protein sel, ditranskripsi dari untai cetakan suatu gen. enzim yang disebut RNA polimerase membuka pilinan kedua untai DNA sehingga terpisah dan mengaitkannya bersama-sama nukleotida pasangan-basa pada saat nukleotida- nukleotida ini membentuk pasangan-basa di sepanjang cetakan DNA. RNA polimerase dapat menambahkan hanya ke ujung 3’ dari polimer yang sedang tumbuh. Dengan demikian, molekul RNA memanjang dalam arah 5’→ 3’. Urutan nukleotida spesifik di sepanjang DNA menandai di mana transkripsi suatu gen dimulai dan diakhiri. Rentangan DNA yang ditranskripsi menjadi molekul RNA disebut unit traskripsi.

Bakteri hanya memiliki satu tipe RNA polimerase yang mensintesis tidak saja mRNA tetapi juga tipe RNA lain yang berfungsi dalam sintesis protein. Sebaliknya, eukariota memiliki tiga tipe RNA polimerase dalam nukleusnya, diberi nomor I, II, dan III. Tipe yang digunakan untuk sintesis mRNA ialah RNA polimerase II.

Transkripsi memiliki tiga tahapan sebagai berikut:

A. Pengikatan RNA polimerase dan inisiasi transkripsi

Daerah DNA di mana RNA polimerase melekat dan mengawali transkripsi disebut promoter. Suatu promoter mencakup titik-awal transkripsi dan biasanya membentang beberapa lusin pasangan nukleotida “upstream” dari titik-awal. Promoter ini juga menentukan yang mana dari kedua untai heliks DNA yang digunakan sebagai cetakan.

Dalam prokariota, RNA polimerase itu sendiri secara khusus mengenali dan mengikatkan dirinya dengan promoternya. Sebaliknya, dalam eukariota, suatu kumpulan protein yang disebut faktor transkripsi menjadi perantara antara pengikatan polimerase dan insiasi transkripsi. Hanya setelah faktor transkripsi tertentu diikat pada promoter barulah RNA polimerase mengikatkan diri pada promoter tersebut. Susunan yang lengkap antara faktor transkripsi dan RNA polimerase yang mengikatkan diri pada promoter disebut kompleks inisiasi transkripsi. Begitu polymerase terikat kuat pada DNA promoter, kedua untai DNA mengulur dan enzim mulai mentranskripsi untai cetakannya.

clip_image010

Gambar 4. Inisial transkripsi pada promoter eukariotik

B. Elongasi untai RNA

Pada saat Rna bergerak di sepanjang DNA, RNA it uterus membuka pilinan heliks-ganda tersebut, memperlihatkan kira-kira 10-20 basa DNA sekaligus untuk berpasangan dengan nukleotida RNA. Enzim ini menambahkan nukleotida ke ujung 3’ dari molekul RNA yang sedang tumbuh begitu enzim itu berlanjut di sepanjang heliks-ganda tersebut. Pada saat sintesis RNA berlangsung, heliks-ganda DNA terbentuk kembali dan molekul RNA batu akan lepas dari cetakan DNA-nya. Transkripsi berlanjut pada laju kira-kira 60 nukleotida per detik pada eukariota.

C. Terminasi transkripsi

Transkripsi berlangsung sampai RNA polimerase mentranskripsi urutan DNA yang disebut terminator. Terminator yang ditranskripsi yakni, suatu urutan RNA berfungsi sebagai sinyal terminasi yang sesungguhnya. Pada sel prokariotik, transkripsi biasanya berhenti tepat pada akhir sinyal terminasi; ketika polimerase mencapai titik tersebut polimerase melepas RNA dan DNA. Sebaliknya, pada sel eukariota polymerase ini terus melewati sinyal terminasi, suatu urutan AAUAAA di dalam pra-mRNA. Pada titik yang lebih jauh kira-kira 10-35 nukleotida, pra-mRNA ini dipotong hingga terlepas dari enzim tersebut. Tempat pemotongan pada RNA juga merupakan tempat untuk penambahan ekor poli(A)−salah satu langkah pemrosesan RNA.

clip_image012

Gambar 5. Tahapan transkripsi

2.5 Pemrosesan RNA

Enzim-enzim dalam nukleus eukariotik memodifikasi pra-mRNA dalam berbagai cara sebelum pesan genetiknya disampaikan ke sitoplasma. Selama pemrosesan RNA ini, kedua ujung transkrip primer biasanya diganti.

Setiap ujung molekul pra-mRNA dimodifikasi dengan cara tertentu. Ujung 5’, ujung yang pertama dibuat selama transkripsi, segera ditutup dengan bentuk nukleotida guanin (G) yang termodifikasi. Ujung 5’ ini memiliki sedikitnya dua fungsi penting. Pertama, ujung unu melindungi mRNA dari perombakan oleh enzim hidrolitik. Kedua, setelah mRNA mencapai sitoplasma, ujung 5’ ini berfungsi sebagai bagia dari tanda “lekatkan di sini” untuk ribosom.

Ujung lain molekul mRNA, ujung 3’, juga dimodifikasi sebelum pesannya meninggalkan nukleus. Pada ujung 3’ ini suatu enzim menambahkan ekor poli(A) yang terdiri atas 30 hingga 200 nukleotida adenin. Seperti tutup 5’, Ekor poli(A) ini menghambat (menginhibisi) degradasi RNA dan membantu ribosom melekat padanya. Ekor poli(A) ini juga tampaknya mempermudah ekspor mRNA dari nukleus.

clip_image014

Gambar 6. Penambahan tutup 5’ dan ekor poli(A) RNA

Tahap yang paling mengagumkan dari pemrosesn RNA di dalam nucleus eukariotik adalah pemindahan sebagian besar molekul RNA yang mula-mula disintesis−pekerjaan potong dan−tempel yang disebut penyambungan RNA (RNA splicing). Panjang rata-rata unit transkripsi di sepanjang moleku DNA eukariotik adalah 8000 nukleotida, sehingga transkrip RNA primer juga di sepanjang itu.

clip_image016

Gambar 7. Penyambungan RNA

Tetapi hanya dibutuhkan kira-kira 1200 nukleotida untuk mengkode protein yang ukuran rata0rata asam aminonya 400. Ini berarti bahwa sebagian besar gen eukariotik dan transkrip RNA-nya memiliki rentangan nukleotida bukan-pengkode, disebut intron. Daerah lain disebut ekson, karena daerah ini akhirnya diekspresikan−artinya ditranslasi menjasi asam amino.

RNA polymerase mentranskripsi intron maupun ekson dari DNA, yang menciptakan molekul terlalu besar. Intron dipotong dan ekson bergabung menjadi satu untuk membentuk suatu molekul mRNA dengan urutan pengkode yang kontinu.

Sinyal-sinyal untuk penyambungan RNA merupakan urutan nukleotida pendek pada ujung-ujung intron. Partikel yang disebut ribonukleoprotein nukleus kecil (snRNP), mengenali tempat-tempat penyambungan ini. RNA dalam partikel snRNP disebut RNA nukleus kecil (snRNA).

clip_image018

Gambar 8. Pemrosesan RNA

2.6 Translasi

Dalam proses translasi suatu sel menginterpretasi suatu pesan genetic dan membentuk protein yang sesuai. Pesan tersebut berupa serangkaian kodon di sepanjang mRNA, interpreternya adalah RNA transfer (tRNA). Fungsi tRNA adalah mentrasfer asam – asam amino dari kolam sitoplasma ke ribosom. Ribosom menambahkan tiap asam amino yang dibawa tRNA keujung rantai polipeptida yang sedang tumbuh. Beriku gambar proses translasi:

clip_image019clip_image020clip_image022

Gambar 9. Translasi : konsep dasar

a. Struktur dan Fungsi tRNA

Seperti mRNA dan tipe RNA seluler lain, molekun RNA transfer ditranskripsi dari cetakan DNA. Pada sel eukariotik, seperti mRNA, tRNA dibuat di dalam nucleus dan harus diangkut dari nucleus ke sitoplasma, tempat terjadinya translasi. Baik pada sel prokariotik maupun eukariotik, tiap molekul tRNA digunakan berulang kali, mengambil desain asam aminonya dalam sitosol, menyimpan muatan ini di ribosom, dan meningglkan ribosom untuk mengambil muatan lainnya.

Molekul tRNA terdiri atas untai tunggal RNA yang panjangnya hanya 80 nukleotida. Untai RNA melipat ke belakang terhadap dirinya sendiri membentuk molekul dengan struktur tiga dimensi yang diperkuat interaksi antara bagian-bagian yang berbeda dari rantai nukleotida. Basa-basa nukleotida di daerah tertentu dari untai tRNA membentuk ikatan hydrogen dengan basa-basa komplementer dari daerah lain. Berikut meru[akan gambar RNA transfer :

clip_image023

a) Struktur dua dimensi dari molekul tRNA yang spesifik untuk asam amino fenilalanin. b) struktur tiga dimensi berbentuk L dari tRNA. c) bentuk yang disederhanakan untuk tRNA . Antikoden secara konvensional ditulis 3’ → 5’ untuk menyesuaikan dengan kodon yang ditulis 5’→ 3’. Untuk pembuatan pasangan basa, untai RNA harus antiparalel, seperti DNA. Contohnya antikodon 3’-AAG-5’ berpasangan dengan kodon mRNA 5’-UUC-3’

clip_image024clip_image026

Gambar 10. Struktur RNA transfer

b. Sintetase tRNA Aminoasil

Pengikatan kodon-antikodon sebenarnya merupakan bagian kedua dari dua tahap pengenalan yang dibutuhkan untuk translasi suatu pesan genetic yang akurat. Prngikatan ini harus didahului oleh pemasangan yang benar antara tRNA dengan asam amino. tRNA yang mengikatkan diri pada kodon mRNA yang menentukan asam amio tertentu, harus membawa hanya asam amino tersebut ke ribosom. Tiap asam amino digabungkan dengan tRNA yang sesuai oleh suatu enzim spesifikyang disebut sintetase tRNA-aminoasil. Tempat aktif dari tiap tipe sintetase tRNA aminoasil hanya cocok untuk kombinasi asam amino dan tRNA yang spesifik. Enzim sintetase ini mengkatalisis penempelan kovalen dari asam amino pada tRNA-nya dalam suatu proses yang digerakkan oleh hidrolisis ATP. tRNA aminoasil yang dihasilkan dilepaskan dari enzim tersebut dan membawa asam aminonya ke rantai polipeptida yang sedang tumbuh didalam ribosom.

clip_image027Berikut merupakan gambar sintetase tRNA-aminoasil menggabungkan asam amino spesifikke tRNA:

clip_image028clip_image030

Gambar 11. Sintetase tRNA-aminoasil

c. Ribosom

Ribosom memudahkan pemasangan yang spesifik antara antikodon tRNA dengan kodon mRNA selama sintesis protein. Ribosom tersusun dari subunit kecil dan subunit besar, subunit tersebut dibangun oleh protein-protein dan molekul RNA yang disebut RNA ribosom. Pada eukariotik, subunit tersebut disintesis di nucleus. Gen RNA ribosom pada DNA kromosomal ditranskripsi, dan RNA tersebut diproses dan disusun dengan protein-protein yang diambil dari sitoplasma. Sub unit ribososm yang dihasilkan kemudian diekspor melaui pori-pori nucleus ke sitoplasma. Baik pada eukariota maupun prokariota, subunit besar dan kecil bergabung untuk membentuk ribosom fungsional hanya ketika kedua subunit tersebut terikat pada molekul mRNA. Karena sebagian sel mengandung ribuan ribosom, rRNA merupakan tipe RNA yang paling banyak.

Walaupun ribosom eukariota dan prokariota mirip dalam struktur dan fungsinya, ribosom eukariota sedikit lebih besar dan sedikit berbeda dengan ribosom prokariota dalam komposisi molekulernya. Perbedaan tersebut memiliki pengaruh medis yang penting. Obat-obat tertentu dapat melumpuhkan ribosom prokariota tanpa menghambat kemampuan ribosom eukariota membuat protein. Obat ini termasuk tetrasiklin dan streptomisin, digunakan sebagai antibiotic untuk melawan infeksi bakteri.

Struktur suatu ribosom mereflesikan fungsinya untuk mengumpulkan mRNA dengan tRNA pembawa asam amino. Selain satu tempat pengikatan pengikatan untuk mRNA, tiap ribosom memiliki tiga tempat pengikatan untuk tRNA. Berikut merupakan gambar anatomi ribosom:

clip_image031clip_image032clip_image034

Gambar 12. Anatomi suatu ribosom

d. Tiga Pembentukan Polipeptida

1) Inisiasi

Tahap inisiasi dari translasi membawa bersama-sama mRNA, sebuah tRNA yang memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua subunit ribosom. Pertama subunit ribosom kecil mengikatkan diri pada mRNA dan tRNA inisiator khusus. Berikut merupakan gambar inisiasi transkripsi:

clip_image035clip_image036clip_image038

Gambar 13. Inisiasi translasi

2) Elongasi

Pada tahap ini asam amino ditambahkan satu per satu pada asam amino pertama. Tiap penambahan mengakibatkan partisipasi beberapa protein yang disebut factor elongasi. Berikut merupakan tahapan atau siklus elongasi transkripsi:

clip_image039clip_image040clip_image042

Gambar 14. Siklus elongasi translasi

3) Terminasi

Merupakan tahap akhir translasi. Berikut merupakan gambar dari tahapan terminasi:

1. Ketika suatu ribosom mencapai suatu kodon terminasi pada untai mRNA, tempat A pada ribosom itu menerima suatu protein yang disebut factor pelepas sebagai ganti tRNA.

2. Faktor pelepas menghidrolisis ikatan antara tRNA di dalam tempat P dan asam amino terakhir dan rantai polipeptida. Polipeptida ini kemudian dilepaskan dari ribosom.

3. Kedua subunit ribosom dan komponen penyusun yang lain terdisosiasi.

clip_image043clip_image045

Gambar 15. Terminasi

Mekanisme Sinyal untuk mengarahkan protein ke RE

Suatu polipeptida yang ditujukan untuk endomembran atau untuk sekresi dari sel dimulai dengan pepptida sinyal, suatu rentangan asam amino yang mengarahkan ke RE. Gambar berikut merupakan sintesis protein secretor dan pengimporannya secara simultan ke RE.

clip_image046clip_image047clip_image049

Gambar 16. Mekanisme sinyal untuk mengarahkan protein ke RE

Ringkasan dari transkripsi dan translasi di dalam sel digambarkan sebagai berikut:

clip_image050clip_image051clip_image053

Gambar 17. Ringkasan transkripsi dan translasi dalam sel eukariotik

III. KESIMPULAN

Berdasarkan pembahasan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:

1. Transkripsi memiliki tiga tahapan, yaitu pengikatan RNA polymerase dan inisiasi, elongasi untai RNA, dan terminasi transkripsi.

2. RNA mesenjer, pembawa informasi dari DNA ke peralatan pensintesis-protein sel, ditranskripsi dari untai cetakan suatu gen. enzim yang disebut RNA polimerase membuka pilinan kedua untai DNA sehingga terpisah dan mengaitkannya bersama-sama nukleotida pasangan-basa pada saat nukleotida- nukleotida ini membentuk pasangan-basa di sepanjang cetakan DNA.

3. Translasi memiliki tiga tahapan, yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi.

4. Pada tahap elongasi translasi terdapat tiga faktor elongasi, yaitu pengenalan kodon, pembentukan ikatan peptida, dan translokasi.



Related Article:

 
Copyright 2010 ARTIKEL. All rights reserved.
Themes by Bonard Alfin l Home Recording l Distorsi Blog