Materi Sintesis Protein

A.      Sintesis protein

     Sebagian besar pada akhirnya diekspresikan sebagai protein. Proses pengerjaannya disebut ekspresi gen. pertama-tama sekuens deoksinukleotida ditranskripsi dari DNA kedalam sekuens ribonukleotida (RNA kurir atau mRNA). Kemudian sekuens ini ditranslasi kedalam sekuens asam amino untuk membentuk polipeptida. Sekuens asam amino menentukan bagaimana cara molekul melipat untuk menghasilkan protein yang aktif secara biologis.

Dalam sel bakteri,tidak ada membrane yang mengelililngi DNA dan proses transkripsimaupun proses translasi berlangsung pada kompartemen sel  tunggal. Dalam eukariot,inti sel diselungi dengan membrane. Proses transkripsi berlangsung dalam inti sel, dan mRNA harus masuk kedalam sitoplasma untuk ditraslantasikan. Seringkali,hasil polipeptida yang terbentuk segera termodifikasi setelah proses translasi.

Transkripsi

Sebagian besar DNA yang ditranskripsi menghasilkan mRNA,yang kemudian ditranslasi menjadi protein. Namun demikian ,spesi RNA yang paling melimpah adalah RNA ribosom(rRNA)dan RNA transfer(tRNA),yang  tidakmengkode protein,tetapi berfungsi dalam proses translasi. Transkripsi semua gen dilakukan oleh RNA polymerase,yang menggunakan keempat ribonukleosida trifosfat (ATP,GTP,UTP,dan CTP)untuk membentuk rantai RNA,yaitu sekuens yang ditentukan oleh untai cetakan pada DNA. Penambahan nukleotida menjadi bertahap,ikatan fosfodiester terbentuk melalui mekanisme yang sama seperti dijelaskan untuk DNA polymerase. Pertumbuhan rantai RNA  terjadi pada arah 5’ à 3’. Untuk mentranskripsikan bagian  sekuens tertentu ,RNA polymerase terikat pada tapak DNA yang disebut promoter ,tepat dihulu (misalnya,pada sisi  5’) pada tapak awal transkripsi.

Pada eukariot,RNA polymerase memerlukan factor-faktor tambahan untuk melangsungkan transkripsi secara aktif. Beberapa diantara factor-faktor ini diperlukan oleh semua promoter dan disebut factor transkripsi dasar,dan factor lainnya bersifat spesifik untuk gen tertentu atau beberapa jenis sel dan terlibat dalam pengaturan yang tepat dari promoter-promoter itu. Factor-faktor transkripsi  harus mengenal dan mengikat sekuens-sekuens DNA target yang spesifik dan juga mengaktifkan proses transkripsi.

Perjuangan Hasil Transkripsi

Pada prokariot,hasil trankripsi (transkrip)primer memberikan mRNA fungsional,yang siap untuk melakukan proses translasi. Pada eukariot,hasil transkripsi dimodifikasi secara kimiawi sebelum terbentuk sebagai mRNA fungsional. Hal ini dikarenakan gen eukariotik yang akan diekspresikan sebagai protein mengandung sekuens-sekuens penghalang yang tidak ditranslasi yang disebut intron. Intron tersebut dieksisi,atau dipotong,sehingga tersisa sekuen-sekuen yang berhubungan dengan segmen-segmen yang akan ditranslasi,atau ekson, mRNA.

Selain pemotongan,ujung 5’ pada hasil transkripsi harus diberi tudung dengan nukleotida guanine termetilasi. Poliadenilasi akan menghasilkan penambahan ekor poli(A) yang terdiri dari 40 -200 residu pada ujung 3’ hasil transkripsi .

Perlengkapan Translasi

Sekuens nukleotida dalam  mRNA diubah melalui perlengkapan translasi menjadi sekuens asam amino yang menyusun suatu polipeptida. Perlengkapan ini antar lain tRNA dari ribosom(yang mengandung tRNA dan kumpulan protein yang unik). Fungsi  tRNA adalah sebagai pengadaptasi antara kodon dan asam amino. RNA transfer mengandung kira-kira 80 nukleotida dan mempunyai  jenis struktur sekunder yang umum (daun semanggi)dimana rantainya melipat kebelakang untuk menghasilkan jumlah perpasangan basa intramolekularyang maksimal.

Walaupun sedikitnya terdapat satu tRA untuk setiap asam amino,tidak ada pemisahan satu untuk setiap kodon. Hipotensi goyangan (wobble hypothesis) penyebabkan pembentukan pasangan basa yang tidak biasa antara basa pada posisi ketiga kodon (ujung 3’ triplet) dengan posisi pertama antikodon.  Kemungkinan terbentuknya lebih dari satu jenis pasangan pada posisi ini menjelaskan fakta bahwa bila terdapat lebih dari satu kodon untuk suatu asam amino tunggal,maka pebedaannya biasanya pada posisi ketiga. Perekatan asam amino ke tRNA yang tepat dikerjakan dengan bantuan aminoasil-tRNA sintetase dan hidrolisis ATP. Setiap asam amino mempunyai enzim yang spesifik yang berbeda dengan enzim untuk asam amino lainnya,dan enzim ini akan mengenali semua tRNA untuk asam amino tersebut. Tahap pertama,yaitu aktivasi asam amino,menghasilkan pembentukan antara zat aminoasil-AMP-enzim. Pada tahap kedua,gugus aminoasil dipindahkan ke tRNAnya yang sesuai,asam amino dihubungkan dengan tRNA ini melalui ikatan ester. RNA kurir dan tRNA teraminoasilasi (bermuatan) berinteraksi dalam ribosom. Ribosom terdiri dari subunit kecil dan besar. Subunit kecilnya mempunyai  peranan khusus dalam menginisiasi sintesis polipeptida.

Proses translasi suatu pesan RNA kedalam rantai polipeptida terjadi melalui tiga tahap: inisiasi,elongasi,dan terminasi. Inisiasi melibatkan interaksi dari subunit 30S didaerah terdepan (leader) pada mRNA,yaitu sekitar 20 atau lebih nukleutida sebelum kodon inisiasi,AUG.tRNA inisiator khusus dimuati dengan metionin menempati tapak peptidil (tapak p) pada ribosom. GTP yang terikat kedalam kompleks inisiasi 30S terhidrolisis menjadi terlepas ketika berikatan dengan subunit 50S . pada tahap ini,tapak aminoasil-tRNA (tapak A),yang mampu menampung aminoasil-tRNA,menjadi kosong.

Tahap berikutnya melibatkan elongasi (pemanjangan)rantai polipeptida salah satu komponen dari subunit 50S adalah peptidiltransferase,yang mengirimkan Met pertama (dan pada reaksi selanjutnya,mengirimkan peptide) dari tapak P ke tapak A. untuk  melakukan hal ini,ikatan ester menghubungkan Met dengan tRNA –nya terputus dan aminoasil – tRNA yang berdekatan (AA₂ –taRNA).

Protein merupakan polimer yang panjang dari asam-asam amino. Suatu protein biasanya mengandung sampai 20 asam amino yang berbeda-beda.asam. asam amino kecuali glycin mengandung satu atom yang tidak simetris yang dihubungkan dengan empat gugusan yang berbeda. Biasanya protein mengandung 100-1000molekul asam amino dan mempunyai berat molekul 16000-1000000,yang masing-masing berikatan kovalen yang disebut peptide. Masing –masing ikatan peptide mengandung gugusan karbosil bebas diujung yang satu dan gugus asam amino d ujung lainnya, sedangkan yang lebih dari dua asam amino di sebut polipeptida. Dalam sintesisis protein pada prinsipnya dapat dibuat suatu diagram yang sederhana sbb:

Replication                       transcription                translation

                 DNA                           RNA                           protein