SINTESIS PROTEIN

Sintesis protein adalah proses penyusunan asam-asam amino pada rantai polinukleotida. Informasi yang disandikan dalam suatu gen menentukan ekspresi pada runutan asam-asam amino suatu polinukleotida.

Ada banyak tahapan antara ekspresi genoti ke fenotip.Gen-gen tidak dapat langsung begitu saja menghasilkan fenotip-fenotip tertentu misalnya warna mata hijau, bentuk biji yang lonjong, atau celah pada dagu.Fenotip suatu individu ditentukan oleh aktivitas enzim (protein fungsional). Enzim yang berbeda akan menimbulkan fenotip yang berbeda. Perbedaan satu enzim dengan enzim lainnya ditentukan oleh jumlah jenis dan susunan asam amino penyusun protein enzim. Pembentukan asam amino tersebut ditentukan oleh gen atau DNA.

Ekspresi gen merupakan proses dimana informasi yang dikode di dalam gen diterjemahkan menjadi urutan asam amino selama sintesis protein.

1.       Dogma Sentral Biologi

Dogma sentral mengenai ekspresi gen, yaitu DNA yang membawa informasi genetik ditranskripsi menjadi RNA, dan RNA diterjemahkan menjadi poliptedi.Selama ekspresi gen, informasi genetic ditransfer secara akurat dengan DNA melalui RNA untuk menghasilkan polipeptida dengan urutan asam amino yang spesifik.

Hubungan antara DNA dan RNA dalam penurunan sifat, struktur sel, dan aktivitas sel terangkum dalam konsep dogma sentral.Konsep tersebut dapat diartikan sebagai “sumber dari segala informasi”.Hal tersebut dapat dituliskan sebagai berikut.

                                                                                                                                                                 struktural

DNA        ^replikasi  DNA ^transkripsi     RNA      ^translasi       Protein

                                                                                                                                                         Pengatur

                                        Gambar  Skema dogma sentral

Konsep di atas menerangkan bahwa kunci utama dari sintesis protein adalah DNA, yang merupakan material genetika dari sel. Brgerak ke sebelah kiri, DNA tersebut mampu memproduksi diri sendiri melalui proses replikasi. Bergerak ke kanan, DNA mampu mengawasi pembentukan RNA (melalui proses transkripsi) dan pembentukan protein (melalui proses translasi).

Replikasi DNA terjadi di inti sel pada saat mempersiapkan pembelahan mitosis dan meiosis. Tanpa replikasi, sel anak tidak akan memperoleh informasi yang dibutuhkan untuk melanjutkan kehidupan. Hasil dari proses transkripsi membentuk rantai RNAd yang merupakan salinan dari rantai DNA.

2.      Proses Sintesis

Ekspresi gen merupakan sintesis protein yang terdiri dari dua tahap. Tahap pertama, urutan ranti nukleotida template (cetakan) dari suatu DNA untai ganda disalin untuk menghasilkan satu rantai mmolekul RNA. Proses ini disebut transkripsi dan berlangsung dalam inti sel. Thap kedua merupakan sintesis polipeptida dengan urutan spesifik berdasarkan rantai RNA yang di buat pada tahapan pertama. Proses ini disebut translasi. Proses tersebut membutuhkan pengikatan dan pergerakan ribosom di sitoplasma pada sepanjang rantai RNA untuk menterjemahkan urutan nukleotida rantai RNA tersebut menjadi urutan asam amino untuk membentuk rantai polipeptida. Pada proses ini digunakan istilah penerjemahan karena bahasa pada nukleotida RNA diterjemahkan menjadi bahasa baru, yaitu bahasa asam amino suatu protein.

 

a.       Transkripsi

Transkripsi merupakan sintesis RNA dari salah satu rantai DNA, yaitu rantai cetakan atau senseyang berfungsi sebagai pita cetakan,sedangkan rantai DNA komplemennya di sebut rantai antisense yang berfungsi pada proses replikasi.

Rentangan DNA yang ditranskripsi menjadi molekul RNA disebut unit transkripsi.RNA dihasilkan dari aktivitas enzim RNA polymerase.Enzim RNA polymerase membuka pilinan kedua rantai DNA hingga terpisah dan merangkaikan nukleotida RNA.Enzim RNA polymerase merangkai nukleotida-nukleotida RNA dari arah 5’         3’, saat terjadi perpasangan basa di sepanjang cetakan DNA. Urutan nukleotida spesifik di sepanjang DNA menandai di mana transkripsi suatu gen dimulai dan diakhiri.

Transkripsi terdiri dari tiga tahap, yaitu inisiasi (permulaan), elongasi (pemanjangan), dan terminasi (pengakhiran) rantai RNA.Transkripsi mensintesis baik RNAd, RNAt, maupun RNAr.Namun, hanya basa nitrogen yang terdapat pada RNAd saja yang nantinya diterjemahkan menjadi asam amino (protein).

 

               

                                                                                Gambar tahapan transkripsi

·         Inisiasi

Daerah DNA dimana RNA polymerase melekat dan mengawali transkripsi disebut sebagai promoter.suatu promoter mencakup titik awal (start point) transkripsi (nukleotida dimana sintesis RNA sebenarnya dimulai)dan biasanya membentang beberapa pasangan nukleotida di depan titik awal tersebut. Selain menentukan dimana transkripsi mulai, promoter juga menentukan yang mana dari kedua untai heliks DNA yang digunakan sebagai cetakan.

·         Elongasi

Pada saat RNA bergerak di sepanjag DNA, pilinan heliks ganda DNA tersebut terbuka secara berurutan kira-kkira 10 hingga 20 basa DNA sekaligus.Enzim RNA polymerase menambahkan nukleotida ke ujung 3’ dari molekul RNA yang sedang “tumbuh” di sepanjang heliks ganda DNA tersebut. Setelah sintesis RNA berlangsung, DNA heliks ganda terbentuk kembali dan molekul RNA baru akan lepas dari cetakan DNA-nya. Transkripsi berlanjut pada laju kira-kira 60 nukleotida per detik pada sel eukariotik.

·         Terminasi

Transkripsi berlangsung sampai RNA polymerase mentranskripsi urutan DNA yang disebut terminator. Terminator merupakan suatu urutan DNA yang berfungsi menghentikan proses transkripsi. Terdapat beberapa mekanisme yang berbeda untuk terminasi transkripsi, yang perinciannya sebenarnya masih kurang jelas.Pada sel prokariotik, transkripsi biasanya berhenti tepat pada saat RNA polymerase mencapai titik terminasi.Sebaliknya, pada sel eukariotik, RNA polymerase terus melewati titik terminasi.Pada titik yang lebih jauh kira-kira 10 hingga 35 nukleotida, RNA yang telah terbentuk terlepas dari enzim tersebut.

b.      Translasi

Dalam proses translasi, sel menginterpretasikan suatu kode genetic menjadi protein yang sesuai. Kode genetic tersebut berupa serangkaian kodon di sepanjang molekul RNAd, interpreternya adalah RNAt.RNAt mentransfer asam amino-asam amino dari “kolam” asam amino di sitoplasma ke ribosom.

Molekul-molekul RNAt tidak semuanya identik.Molekul RNAt membawa asam amino spesifik pada salah satu ujungnya yang sesuai dengan triplet nukleotida pada ujung RNAt lainnya yang disebut antikodon.Misalnya, perhatikan kodon RNAd UUU yang ditranslasi sebagai asam amino fenilalanin.RNAt pembawa fenilalanin memiliki antikodon AAA yang komplemen terhadap UUU agar terjadi reaksi penambahan (transfer) fenilalanin pada rantai polipeptida sebelumnya.

Asosiasi kodon dan antikodon sebenarnya merupakan bagian kedua dari dua tahap pengenalan yang dibutuhkan untuk translasi suatu pesan genetic yang akurat.Asosiasi ini harus didahului oleh pelekatan yang bener antara RNAt dengan asam amino.RNAt yang mengikatkan diri pada kodon RNAd harus membawa hanya asam amino yang tepat ke ribosom.Tiap asam amino digabungkan dengan RNAt yang sesuai oleh suatu enzim spesifik yang disebut aminoasil-RNAt sintetase (aminoacyl_tRNA synthetase).

Ribosom memudahkan pelekatan yang spesifik antara antikodon RNAt dengan kodon RNAd selama sintetis protein.Sebuah ribosom dapat dilihat melalui mikroskop electron, tersusun dari dua subunit, yaitu subunit besar dan subunit kecil. Sub unit ribosom di bangun oleh protein-protein dan molekul-molekul RNAr.

Translasi di bagi menjadi tiga tahap (sama seperti pada transkripsi) yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi. Semua tahapan ini memerlukan factor-faktor protein yang membantu RNAd, RNAt dan ribosom selama proses translasi. Inisiasi dan elongasi rantai polipeptida juga membutuhkan sejumlah energy.Energy ini disediakan oleh GTP (guanosin triphosphat), suatu molekul yang mirip dengan ATP.

·         Inisiasi

Tahap inisiasi dari translasi terjadi dengan adanya RNAd, sebuah RNAt yang memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua subunit ribosom.Pertama, subunit ribosom kecil mengikatkan diri pada RNAd dan RNAt inisiator.Subunit ribosom kecil melekat pada tempat tertentu di ujung 5’ RNAd. Di dekat tempat pelekatan ribosom subunit kecil pada RNAd terdapat kodon inisiasi AUG, yang memberikan sinyal dimulainya proses translasi. RNAt inisiator, yang membawa asam amino metionin, melekat pada kodon inisiasi AUG.

Oleh karenanya, persyaratan inisiasi adalah kodon RNAd harus mengandung triplet AUG dan terdapat RNAt inisiator berisi antikodon UAC yang membawa metionin. Jadi pada setiap proses translasi, metionin selalu menjadi asam amino awal yang diingat. Triplet AUG dikatakan sebagai start codon karena berfungsi sebagai kodon awal translasi.

 

·         Elongasi

Pada tahap elongasi dari translasi, asam amino-asam amino berikutnya ditambahkan satu per satu pada asam amino pertama (metionin).Kodon RNAd pada ribosom membentuk ikatan hydrogen dengan antikodon molekul RNAt yang dikomplemen dengannya.Molekul RNAr dari subunit ribosom besar berfungsi sebagai enzim, yaitu mengkatalisis pembentukan ikatan peptide yang menggabungkan polipeptida yang memanjang ke asam amino yang baru tiba.Pada tahap ini, polipeptida memisahkan diri dari RNAt tempat perletakannya semula, dan asam amino pada ujung karboksilnya berikatan dengan asam amino yang dibawa oleh RNAt yang baru masuk.

Saat RNAd berpindah tempat, antikodonnya tetap berikatan dengan kodon RNAt. RNAd bergerak bersama-sama dengan antikodon ini dan bergeser ke kodon berikutnya yang akan ditranslasi. Sementara itu, RNAt sekarang tanpa asam amino karena telah diikatkan pada polipeptida yang sedang memanjang.Selanjutnya RNAt keluar dari ribosom.Langkah ini membutuhkan energy yang disediakan oleh hidrolisis GTP.

RNAd bergerak melalui ribosom ke satu arah saja, mulai dari ujung 5’. Hal ini sama dengan ribosom yang bergerak 5’          3’ pada RNAd. Hal yang penting di sini adalah ribosom dan RNAd bergerak relative satu sama lain, dengan arah yang sama, kodon demi kodon. Siklus elongasi menghabiskan waktu kurang dari 1/10 detik dan terus berlangsung hingga rantai polipeptidanya lengkap.

 

·         Terminasi

Tahap akhir translasi adalah terminasi. Elongasi berlanjut hingga ribosom mencapai kodon stop. Triplet basa kodon stop adalah UAA,UAG, atau UGA. Kodon stop tidak mengkode suatu asam amino melainkan bertindak sebagai sinyal untuk menghentikan translasi.

 

3.      Kode genetika

Kode genetika merupakan suatu pengkodean urutan triplet basa nitrogen DNA dan RNA pada proses sintesis protein. Setiap kode triplet basa nitrogen akan menghasilkan suatu jenis asam amino.

Dapat diketahui bahwa satu molekul protein disusun oleh beberapa molekul kecil yang dikenal sebagai asam amino. Urutan dan jenis asam amino di dalam sel akan menentukan jenis dan fungsi protein yang dihasilkan. Sementara itu, struktur asam amino ditentukan oleh triplet basa nitrogen pada DNA dan RNA.Dalam hal ini, triplet basa nitrogen pada DNA membawa informasi sintesis protein.Selanjutnya, triplet basanitrogen RNA, yang dikenal sebagai kodon.
Gambar 

Gen tertentu membawa informasi yang dibutuhkan untuk membuat protein dan informasi itulah yang disebut sebagai kode genetik. Dengan kata lain, kode genetik adalah cara pengkodean urutan nukleotida pada DNA atau RNA utnuk menentukan urutan asam amino pada saat sintesis protein. Informasi pada kode genetik ditentukan oleh basa nitrogen pada rantai DNA yang akan menentukan susunan asam amino.

Dalam tahun 1968 nirenberg, khorana dan Holley menerima hadiah nobel untuk penelitian mereka yang sukses menciptakan kode-kode genetik yang hingga sekarang kita kenal. Seperti kita ketahui asam amino dikenal ada 20 macam.Yang menjadi masalah bagaimana 4 basa nitrogen ini dapat mengkode 20 macam asam amino yang diperlukan untuk mengontrol semua aktifitas sel?
Para peneliti melakukan penelitian pada bakteri E. Coli mula mula digunakan basa nitrogen singlet maka diper oleh 4 asam amino saja yang dapat diterjemahkan padahal ke 20 asam amino ini harus diterjemahkan semua agar protein yang dihasilkan dapat digunakan, kemudian para ilmuwan mencobalagi dengan kodon duplet dan baru dapat untuk menterjemahlkan 16 asam amino ini pun belum cukup juga. Kemudian dicoba dengan triplet dan dapat menterjemahkan 64 asam amino hal ini tidak mengapa sekalipun melebihi 20 asam amino toh dari 64 asam amino yang diterjemahkan ada yang memilii simbul/fungsi yang sama diantaranya (kodon asam assparat(GAU dan GAS) sama dengan asam
asam tirosin(UAU,UAS) sama juga dengan triptopan(UGG) bahkan ini sangat menguntungkan pada proses pembentukkan protein karena dapat menggantikan asam amino yang kemungkinan rusan selain itu dari 20 asam amino diantaranya ada yang berfungsi sebagai agen pemotong gen atau tidak dapat bersambung lagi dengan doubel helix asam amino yang berfungsi sebagai agen pemotong gen diantaranya (UAA,UAG,UGA)
beberapa sifat dari kode triplet diantaranya :
1. Kode genetik ini mempunyai banyak sinonim sehingga hampir setiap asam amino

dinyatakan oleh lebih dari sebuah kodon. Contoh semua kodon yang diawali dengan

SS memperinci prolin,(SSU,SSS,SSA dan SSG) semua kodon yang diawali dengan AS

memperinci treosin(ASU,ASS,ASA,ASG).
2. Tidak tumpang tindih,artinya tiada satu basa tungggalpun yang dapat mengambil

bagian dalam pembentukan lebih dari satu kodon,sehingga 64 itu berbeda-beda

nukleotidanya.
3. Kode genetik dapat mempunyai dua arti yaitu kodon yang sama dapat memperinci

lebih dari satu asam amino.
4. Kode genetik itu ternyata universal

Tiap triplet yang mewakili informasi bagi suatu asam amino tertentu dinyatakan sebagai kodon.Kode genetika bersifat degeneratif dikarenakan 18 dan 20 macam asam amino ditentukan oleh lebih dari satu kodon, yang disebut kodon sinonimus.Hanya metionin dan triptofan yang memiliki kodon tunggal.Kodon sinonimus tidak ditempatkan secara acak, tetapi dikelompokkan.Kodon sinnonimus memiliki perbedaan pada urutan basa ketiga.

Gambar Kode genetika

Keterangan gambar  kode genetika:

Phe      : Fenilalanin                                        Ile        : Isoleusin

Leu      : Leusin                                                Met     : Metionin

Ser       : Serin                                                  Thr       : Treonin

Tyr       : Tirosin                                               Asn      : Asparagin

Cys       : Sistein                                                Lys       : Lisin

Trp       : Triptofan                                           Val       : Valin

Pro       : Prolin                                                 Ala       : Alanin

His       : Histidin                                              Asp      : Asam Aspartat

Gln       : Glutamin                                           Glu       : Asam glutamat

Arg      : Arginin                                              Gly       : Glisin

Kodon stop : UAA,UAG, UGA