Protein(Sintesis Protein)Aulia Rahmi Harianti-1306370631-Urasil

AbstrakSintesis protein adalah prosedur biologis yang dilakukan oleh sel-sel hidup untuk membuat protein. Seringkali, protein tersebut digunakan untuk menunjukkan terjemahan, yang sebaliknya merupakan bagian utama dalam proses sintesis protein. Proses itu sendiri dimulai dengan produksi asam amino yang berbeda, yang berasal dari beberapa sumber makanan yang berbeda pula. Ketika dipelajari secara rinci, sintesis protein sangat kompleks. Namun, secara garis besar sintesis protein terbagi menjadi 2 tahap, transkripsi dan translasi. Dimana proses dari masing-masing transkripsi dan translasi terbagi lagi menjadi : inisiasi, elongasi, dan terminasi. Setiap sel prokariotik dan sel eukariotik menjalankan proses sintesis protein dengan ciri khas masing-masing. Untuk itu, dalam tulisan ini akan dibahas lebih dalam mengenai perbedaan sintesis protein pada sel prokariotik dan sel eukariotik.

Kata Kunci : protein, sintesis protein, transkripsi, translasi, inisiasi, elongasi, terminasi, sel prokariotik, sel eukariotik

Pembahasan1. Pengertian Sintesis ProteinSintesis protein adalah proses pembentukan protein dari monomer peptida yang diatur susunannya oleh kode genetik. Syarat-syarat agar terjadi sintesis protein adalah yang pertama harus ada 20 asam amino yang ada di sitoplasma, dimana asam amino merupakan bahan baku dari sintesis protein itu sendiri. Kedua adalah harus ada DNA yang merupakan perancang dari sintesis protein. Ketiga adalah adanya m-RNA, r-RNA, t-RNA sebagai pelaksana sintesis protein. Sumber energi untuk melakukan sintesis protein adalah ATP, dan enzim yang bertindak dalam sintesis protein adalah enzim RNA polymerase.

2. Proses Sintesis ProteinProses terjadinya sintesis protein adalah melalui dua tahap utama, yaitu transkripsi dan translasi.2.1 Transkripsi

Gambar 1. Transkripsi: Inisiasi, Elongasi, Terminasi(sumber: http://utminers.utep.edu)Transkripsi merupakan sintesa RNA dari salah satu rantai DNA, yaitu rantai cetakan atau sense. Sedangkan rantai komplemennya disebut rantai antisense. Rentangan DNA yang ditranskripsi menjadi molekul RNA disebut unit transkripsi. Informasi dari DNA untuk sintesis protein dibawa oleh mRNA. RNA dihasilkan dari aktivitas enzim RNA polymerase. Enzim polymerase membuka pilinan kedua rantai DNA hingga terpisah dan merangkaikan nukleotida RNA. Enzim RNA polymerase merangkai nukleotida-nukleotida dari arah 5 3, saat terjadi perpasangan basa di sepanjang cetakan DNA. Urutan nukleotida spesifik di sepanjang cetakan DNA menandai dimana transkripsi suatu gen dimulai dan diakhiri. Transkripsi sendiri meliputi 3 tahap, yaitu: a. Inisiasi, merupakan daerah DNA dimana RNA polimerase melekat dan mengawali transkripsi disebut sebagai promoter. Suatu promoter menentukan dimana transkripsi dimulai, juga menentukan yang mana dari kedua untai heliks DNA yang dignakan sebagai cetakan.b. Elongasi Saat RNA bergerak di sepanjang DNA, RNA membuka pilinan heliks ganda DNA, sehingga terbentuklah molekul RNA yang akan lepas dari cetakan DNA-nya.c. Terminasi Transkripsi berlangsung sampai RNA polymerase mentranskripsi urutan DNA yang disebut terminator. Terminator yang ditranskripsi merupakan suatu urutan RNA yang berfungsi sebagai sinyal terminasi yang sesungguhnya. Pada sel prokariotik, transkripsi biasanya berhenti tepat pada akhir sinyal terminasi; yaitu polymerase mencapai titik terminasi sambil melepas RNA dan DNA. Sebaliknya, pada sel eukariotik polymerase terus melewati sinyal terminasi, suatu urutan AAUAAA di dalam mRNA. Pada titik yang lebih jauh kira-kira 10 hingga 35 nukleotida, mRNA ini dipotong hingga terlepas dari enzim tersebut.

2.2 Post TranskripsiSaat proses transkripsi selesai dilakukan, mRNA yang terbentuk dari proses transkripsi melalui proses terminasi yang berbeda antara sel prokariotik maupun dalam sel eukariotik. Pada sel prokariotik, mRNA yang terbentuk tidak melalui tahap modifikasi lanjut sebelum ditranslasi. Dalam sel prokariotik, proses transkripsi dan translasi juga dapat berlansung secara bersamaan karena tidak ada modifikas dari mRNA tersebut. Pada sel eukariotik hasil transkripsi dari mRNA dinamakan pre-mRNA, dimana pre-mRNA akan dimodifikasi lebih lanjut sebelum memasuki proses translasi pada ribosom. Dalam banyak kasus, beberapa interior dari mRNA dipotong, dan bagian yang tersisa dipisahkan bersama. Modifikasi inilah yang memproduksi molekul mRNA yang siap untuk proses translasi.a. Perubahan Masing-Masing Ujung mRNASetiap masing-masing ujung dari pre-mRNA dimodifikasi sebelum meninggalkan nukleus. Ujung 5 mendapatkan penambahan topi setelah transkripsi dari nukleotide ke 20 hingga 40, yaitu bentuk modifikasi dari nukleotida guanin (G). Pada ujung 3dari molekul pre-mRNA juga dimodifikasi, ebuah enzim menambahkan 50 hingga 250 nukeleotida adenin (A) yang akan membentuk poly-a tail. Modifikasi topi maupun poly-A tail ini memiliki beberapa fungsi, yaitu (1) untuk memfasilitasi keluarnya mRNA dari nukleus, (2) menjaga molekul mRNA dari degradasi oleh enzim hidrolitik, (3) modifikasi ini membantu ujung 5 untuk menempel pada ribosom saam mRNA sampai ke sitoplasma.

Gambar 2. RNA processing: penambahan topi 5 dan polyA-tail(sumber: http://www.nature.com)Pada gambar 1 terlihat molekul mRNA pada sel eukariotik dengan topi dan ekor. Juga tampak pada gambar bagian UTR pada ujung 5 dan ujung 3. UTR adalah bagian dari mRNA yang tidak akan ditranslasi menjadi protein, tapi memiliki fungsi lain untuk mengikat ribosom.b. Pemisahan Gen dan RNA SplicingTahap yang luar biasa dari proses RNA dalam sel eukariotik adalah penghilangan jumlah porsi yang besar dari molekul RNA yang telah disintesis, seperti cut-paste yang disebut dengan RNA splicing.

Gambar 3.RNA processing(sumber: http://www.nature.com)

Panjang rata-rata dari transkripsi dalam DNA manusia adalah 27.000 pasang nukleotida, hal ini mengakibatkan transkripsi primer yang juga panjang. Padahal, hanya dibutuhkan 1.200 nukleotida pada RNA untuk di coding untuk menjadi ukuran rata-rata protein dari 400 asam amino. Tandanya, kebanyakan gen dari eukariotik dan transkrip RNA nyamemiliki bagian noncoding yang panjang, yaitu daerah yang tidak akan ditranslasi. Yang lebih mengejutkan adalah kebanyakan dari bagian noncoding tersebut berada diantara bagian coding dari RNA. Dengan kata lain, urutan nukelotida DNA yang dikode untuk polipeptida eukariotik biasanya tidak kontinyu, melainkan terbagi menjadi beberapa segmen. Segmen noncoding dari asam nukleat yang terletak diantara segmen coding dinamakan entervening sequences, atau introns. Bagian yang lain dinamakan exons. Exons inilah yang biasanya akan ditranslasi kedalam urutan asam amino, kecuali pada bagian UTR. Dengan ini kita dapat menyimpulkan bahwa exon adalah urutan RNA yang akan dibawa meninggalkan nukleus.Saat pembuatan transkripsi primer, enzim RNA Polimerasi II mentranskripsi baik bagian exon maupun intron dari DNA, namun RNA yang memasuki sitoplasma adalah RNA yang telah dimodifikasi. Bagian introns dipotong, dan bagian exons bergabung yang membentuk rutan koding molekul RNA yang kontinyu. Proses ini dinamakan dengan RNA splicing. Proses RNA splicing terjadi saat ada sinyal untuk melakukan proses tersebut, adalah sebuah nukleotida pendek pada ujung masing-masing intron. Partikel kecil tersebut dinamakan small nuclear ribonucleoproteins, yang disingkat dengan snRNPs (dibaca snurps), yang mengenali daerah splicing. snRNPs terletak pada nukleus dan terbentuk dari molekul RNA dan protein. Molekul RNA pada snRNPs dinamakan snRNA small nuclear RNA, masing-masing dari molekul snRNA memiliki panjang sekitar 150 nukleotida. Beberapa dari molekul snRNPs yang berbeda bergabung dengan protein tambahan untuk membentuk pemasangan yang lebih besar yang disebut dengan spliceosome. Spliceosome berinteraksi dengan beberapa daerah tertentu sepanjang intron, yang akan mengakibatkan lepasnya intron yang kemudian akan terdegradasi, dan kemudian menyambung exon yang sebelumnya diapit oleh intron.

Gambar 4. snRNPs dan spliceosomes dalam splicing pre-mRNA(sumber: http://www.nature.com)snRNAs mengkatalisis proses ini, dan juga berpartisipasi saat pembentukan spliceosome dan pengenalan daerah splicing.

2.3 Perbedaan Transkripsi pada Sel Prokariotik dan Sel Eukariotik Pada sel-sel prokariotik1. Organisme sederhana, mempunyai kromosom tunggal dan tidak memiliki organel.Tidak mempunyai membran inti, tidak ada batas tegas antara inti sel dan sitoplasma sel2. Proses transkripsi dan translasi terjadi di sitoplasma, karena tidak ada membran inti.3. Tidak terjadi pemrosesan mRNA kecuali pada arkaebakteria, gen-gen bakteri tidak mengandung intron. Dengan demikian, bakteri dapat memulai translasi mRNA menjadi protein walaupun mRNA belum selesai ditranskripsikan. ( Susan, 2006 )4. Gen prokariot :PromotorMengendalikan transkripsi terletak pada ujung 5StrukturalTerletak di hilir promoter, mengandung urutan DNA yang akan ditranskripsiTerminator Memberi sinyal pada RNA Polimerase untuk menghentikan transkripsi. Proses terminasi dipengaruhi oleh :1.Urutan nukleotida (rho independent)2.Protein / faktor rho (rho dependent)5. Gen prokariot diorganisasikan dalam satu sistem operon 1 promoter untuk mengendalikan seluruh gen struktural6. Sifat ekspresi gen mRNA adalah polisistronik; dalam satu transkrip terkandung >1 rangkaian kodon (sistron) polipetida yang berbeda.7. Tidak terjadi Splicing karena tidak terdapat intron dalam satu strand mRNA hasil transkripsi. (kecuali pada beberapa Archaea tertentu)8. Tidak terjadi proses Capping dan Poliadenilasi. Hasil sintesis dari RNA polimerase dapat langsung melanjutkan proses transkripsi.

Pada sel-sel eukariotik1. Organisme kompleks, mempunyai kromosom lebih dari satu, memiliki organel organel yang lengkap. Mempunyai membran inti, sehingga ada batas tegas antara inti sel dan sitoplasmanya.2. Proses transkripsi terjadi di dalam inti sel, translasi terjadi di sitoplasma, karena terdapat membran yang membatasi keduanya. 3. Transkrip mRNA primer di proses sebelum dilepaskan dari nukleus sebagai molekul-molekul mRNA matang. Pada awalnya kebanyakan transkrip primer eukariotik (pre-mRNA) adalah mosaik dari daerah daerah pengkode (ekson) dan daerah-daerah bukan pengkode ( intron). Sebelum mRNA meninggalkan nukleus untuk menjadi mRNA sitoplasmik yang matang, daerah-daerah bukan pengkode harus disingkirkan secara tepat, dan ekson-ekson harus disambungkan. Sebagai tambahan, sebuah nukleotida guain yang tidak bisa ( disebut cap atau topi/tudung) dilekatkan ke ujung 5, sedangkan serangkaian nukleotida adenin ( disebut ekor poli-A) dilekatkan keujung 3 mRNA. 4. Gen eukariotik :Gen kelas 1 (ditranskripsi oleh RNA polimerase 1) 18SrRNA, 28SrRNA dan 5,8SrRNA. Mengandung promotor antara dan utama.Gen kelas 2 (ditranskripsi oleh RNA polimerase 2)Mengkode protein dan beberapa RNA berukuran kecil di dalam nukleus. Terdiri dari : mRNA, snRNAGen kelas 3 : Mengkode tRNA 5SrRNA5. Tidak ada sistem operon , bersifat spesifik.6. Sifat ekspresi gen mRNA Monosistronik : 1 transkrip yang dihasilkan hanya mengkode satu macam produk ekspresi gen. 1 mRNA membawa 1 macam rangkaian codon untuk 1 macam polipeptida. 7. Terjadi Splicing karena dalam satu strand mRNA hasil transkripsi yang akan diterjemahkan, terdapat intron dan ekson berselang-seling.8. Dikarenakan transkripsi terjadi di nukleus, maka perlu adanya penambahan gugus Methyl pada ujung 5 (Capping) dan gugus Poly-A Tail pada ujung 3 (Poliadenilasi),sebelum berlanjut pada proses translasi di sitoplasma.

2.4 Translasi Translasi merupakan sintesis polipeptida yang terjadi di bawah arahan mRNA. Selama tahap ini terjadi perubahan bahasa. Sel harus menerjemahkan atau mentranslasi sekuens basa molekul mRNA menjadi sekuens asam amino polipeptida. Tempat terjadinya translasi ini adalah di ribosom. Dalam proses translasi, suatu sel menginterpretasi suatu pesan genetik dan membentuk protein yang sesuai. Pesan tersebut berupa serangkaian kodon di sepanjang molekul mRNA, interpreternya adalah RNA transfer (tRNA). Fungsi tRNA adalah mentransfer asam-asam amino dari kolam asam amino sitoplasmanya ke ribosom. Ribosom menambahkan tiap asam amino yang dibawa oleh tRNA ke ujung rantai polipeptida yang sedang tumbuh. Ketika tiba di ribosom, molekul tRNA membawa asam amino spesifik pada salah satu ujung. Pada ujung lainnya terdapat triplet nukleotida yang disebut antikodon yang berdasarkan aturan pemasangan basa mengikatkan diri pada kodon komplementer di mRNA. Pada translasi bisa dibagi menjadi 3 tahapan seperti pada transkripsi, yeitu inisiasi, elongasi dan terminasi. Untuk inisiasi dan elongasi rantai dibutuhkan sejumlah energi, energy disediakan oleh GTP.

a. Tahap inisiasiMembawa bersama-sama mRNA, sebuah tRNA yang memuat asam amino pertama dari polipeptida dan dua subunit ribosom. Pertama, subunit ribosom kecil mengikatkab diri pada mRNA dan tRNA inisiator khusus. Subunit ribosom kecil melekat pada segmen leader pada ujung 5 dari mRNA. Penyatuan mRNA, tRNA inisiator dan subunit ribosom kecil diikuti oleh perlekatan subunit ribosom besar, menyempurnakan kompleks inisiasi translasi. Saat penyelesaian proses inisiasi, tRNA inisiator berada pada tempat P dari ribosom, dan tempat A yang kosong siap untuk tRNA-aminoasil berikutnya. Sintesis polipeptida dimulai pada ujung aminonya.

Gambar 5. Inisiasi Translasi(Sumber: http://www.mun.ca)

b. Tahap elongasiPada tahap elongasi dari translasi, asam-asam amino ditambahkan satu per satu pada asam amino pertama. Tiap penambahan melibatkan partisipasi beberapa protein yang disebut faktor elongasi dan terjadi dalam siklus tiga tahap : 1. Pengenalan kodon2. Pembentukan ikatan peptide3. Translokasi

Gambar 6. Elongasi Translasi(sumber : http://bio1151.nicerweb.com)

c. Tahap terminasiElongasi berlanjut hingga kodon stop mencapai tempat A di ribosom. Triplet basa yang istimewa ini (UAA, UAG, dan UGA) tidak mengkode suatu asam amino melainkan bertindak sebagai sinyal untuk menghentikan translasi. Suatu protein yang disebut sebagai faktor pelepas langsung mengikatkan diri pada kodon stop di tempat A. Fakntor pelepas ini menyebabkan penambahan molekul air, bukan asam amino, pada rantai polipeptida. Reaksi ini menghidrolisis polipeptida yang sudah selesai ini dari tRNA yang berada di tempat P, melepaskan polipeptida dari ribosom.

Gambar 7. Terminasi Translasi(sumber: http://kvhs.nbed.nb.ca)

2.5 Perbedaan Translasi pada Sel Prokariotik dan Sel Eukariotik Sel Prokariotik1. RNA Polimerase menempel langsung pada DNA di promoter tanpa ada ikatan dengan protein tertentu.2. Subunit Ribosomal : 70S(=unit Svedberg , ukuran berdasarkan perbandingan sedimentasi). Terdiri dari : bagian besar 50S dan bagian kecil 30S.3. Inisiator : IF 1, IF2, IF3, GTP4. Faktor Release : RF 1 (5-UAA-3 & 5-AG-3); RF 2 (5-UAA-3 & 5-UGA-3);RF 3 (Merangsang pelepasan RF 1)

Sel eukariotik1. Terdapat transkripsi faktor , berupa protein sebagai tempat menempelnya RNA polymerase2. Subunit Ribosomal : 80S (bervariasi dari spesies ke spesies). Terdiri dari bagian besar 60S dan 40S untuk bagian kecil. 3. Inisiator : eIF4A, eIF4E, eIF4G4. Faktor Release :eRF1 eRF3 (mengenali stop codon)

2.6 Kode genetikaKode genetik adalah cara pengkodean urutan nukleotida pada DNA atau RNA untuk menentukan urutan asam amino pada saat sintesis protein. Informasi pada rantau DNA yang akan menentukan susunan asam amino. Tahun 1968 Nirenberg, Khorana dan Holley menerima hadiah nobel untuk penelitiannya dalam menciptakan kode-kode geneti yang sering dikenal dengan asam amino yang ada 20 macam asam amino. Para peneliti melakukan penelitian pada bakteri E. Coli yang awalnya menggunakan basa nitrogen singlet sehingga akan diperoleh 4 asam amino yang bisa diterjemahkan padahal ke 20 asam amino ini harus diterjemahkan semua agar protein yang dihasilkan dapat digunakan. Akhirnya para ilmuwan ini melakukan lagi percobaan dengan menggunakan kodon duplet namun baru bisa menerjemahkan 16 asam amino dan hasilnya pun masih kurang akhirnya percobaan yang terakhir dengan menggunakan triplet dan hasilnya 64 asam amino. Asam amino yang dihasilkan pada percobaan yang terakhir melebihi dari 20 macam asam amini yang seharusnya diterjemahkan. Namun,hal ini tidak menjadi masalah karena dari 64 asam amino yang diterjemahkan mempunyai symbol atau fungsi yang sama seperti kodon asam assparat (GAU dan GAS) sama dengan asam tirosin (UUA,UAS).

2.6 Sifat Kode Genetikaa.Kode genetik ini mempunyai banyak sinonim sehingga hampir setiap asam amino dinyatakan oleh lebih dari sebuah kodon. Contoh semua kodon yang diaawali dengan SS memperinci prolin,(SSU,SSS,SSA dan SSG)b.Tidak tumpang tindih artinya tiada satu basa tungggalpun yang dapat mengambilbagian dalam pembentukan lebih dari satu kodon,sehingga 64 itu berbeda-beda nukleotidanya.c.Kode genetik dapat mempunyai dua arti yaitu kodon yang sama dapat memperinci lebih dari satu asam amino.d.Kode genetik itu ternyata universalTiap triplet yang mewakili informasi bagi suatu asam amino tertentudinyatakan sebagai kodon. Kode genetika bersifat degeneratif dikarenakan 18 dan20 macam asam amino ditentukan oleh lebih dari satu kodon, yang disebut kodon sinonimus.Hanya metionin dan triptofan yang memiliki kodon tunggal.Kodonsinonimus tidak ditempatkan secara acak, tetapi dikelompokkan.Kodonsinnonimus memiliki perbedaan pada urutan basa ketiga.

KesimpulanBerdasarkan pembahasan diatas, dapat disimpulkan bahwa,1. Syarat-syarat agar terjadi sintesis protein adalah yang pertama harus ada 20 asam amino yang ada di sitoplasma. Kedua adalah adanya DNA yang merupakan perancang dari sintesis protein. Ketiga adalah adanya m-RNA, r-RNA, t-RNA sebagai pelaksana sintesis protein. Serta sumber energi untuk melakukan sintesis protein adalah ATP, dan enzim-enzim yang terkait dalam sintesis protein.2. Sintesis protein terbagi menjadi 2 tahap, yaitu transkripsi dan translasi.3. Proses transkripsi adalah sintesa RNA dari salah satu rantai DNA, yaitu rantai cetakan atau sense4. Proses translasi adalah sintesis polipeptida yang terjadi di bawah arahan mRNA

Daftar PustakaAlbert, Johnson. 1994. Molecular Biology of The Cell. USA: Garland Science.Nelson, David L dan Michael M. Cox. 2008. Lehninger Principles of Biochemistry. New York: WH Freeman and Company.Karp, Geral. 2006. Cell and Molecular Biology. United States of America: Wiley.