sintesis protein

SINTESIS PROTEIN

Gen bersama rangkaian DNA-nya mempengaruhi sifat makhluk hidup. Bagaimana itu bisa terjadi? Jawaban singkat dari pertanyaan tersebut adalah karena DNA dapat mengendalikan sintesis protein. Mengapa sintesis protein sangat penting?

Pada tingkat biokimia, protein sangatlah penting. Protein merupakan pembentuk sel, bagian dari molekul-molekul dan enzim. Enzim yang sebagian besar terbuat dari protein bertanggung jawab bagi pembentukan hampir semua makromolekul (molekul besar) pada sel. Sintesis protein sendiri adalah proses pembentukan protein dari monomer peptida yang diatur susunannya oleh kode genetik. Dibawah ini merupakan bagan mengenai sintesis protein :

Seperti yang terlihat dari bagan, bahwa sintesis protein terjadi melalui dua tahap, yaitu  transkripsi dan  translasi. Proses sintesis protein juga dibantu oleh asam nukleat lain, yakni RNA (ribonucleic acid).

1.     RNA (Ribonucleic Acid)

Selain DNA, di dalam sel prokariotik dan eukariotik terdapat asam nukleat lain yang disebut RNA. RNA adalah polimer ribonukleotida. Susunan RNA terdiri ats gugus fosfat, gula pentosa, dan basa nitrogen. Pada RNA terdapat pita, pita tersebut dapat berbentuk pita tunggal atau pita ganda tidak berpilin. Terdapat beberapa perbedaan pada RNA dan DNA, yakni :

Tabel Perbedaan antara DNA dan RNA

Pembeda	DNA	RNA
·        Letak ·        Bentuk Pita ·        Fungsi ·        Basa nitrogen ·        Gula	Di dalam nukleus, plastida, mitokondria Double Helix Pengendali faktor keturunan dan sintesis RNA Purin  (adenin dan guanin) Pirimidin (timin dan sitosin) Deoksiribosa	Di dalam nukleus, sitoplasma, matriks, plastida dan ribosom Tunggal, ganda tak berpilin Berperan dalam aktivitas sintesis protein Purin (adenin dan guanin) Pirimidin (Urasil dan sitosin) Ribosa

Berdasarkan sifatnya, RNA dapat dibedakan menjadi RNA genetik dan RNA nongenetik. RNA genetik umumnya terdapat pada virus dan berfungsi layaknya DNA bagi virus, bertanggung jawab dalam membawa unsur genetik (genom virus). Adapun RNA nongenetik  tidak  berfungsi layaknya DNA. Mahkluk hidup umumnya memiliki DNA maupun RNA.

Berdasarkan letak dan fungsinya dalam sintesis protein, RNA dibedakan atas messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA), dan ribosom RNA (rRNA).

• Messenger RNA (mRNA) atau disebut juga RNA duta, merupakan RNA terbesar dan terpanjang. RNA ini membentuk pita panjang dan berfungsi sebagai pola cetakan pembentuk polipeptida. Oleh karena itu, RNA ini disebut juga kodon karena merupakan hasil transkripsi DNA di dalam inti sel.
• Transfer RNA (tRNA) merupakan RNA pendek yang bertindak sebagai penerjemah kodon dari mRNA sehingga disebut juga antikodon. RNA ini berfungsi juga mengikat asam-asam amino yang  akan disusun menjadi pita polipeptida di ribosom. Pada RNA-t terdapat bagian yang berfungsi sebagai antikodon yang berhubungan dengan kodon bagian lain yang berfungsi mengikat asam amino.
• Ribosom RNA (rRNA) merupakan RNA yang terdapat di dalam ribosom. RNA ini berupa pita tunggal tidak bercabang dan fleksibel. Hingga kini fungsi rRNA belum banyak diketahui, namun diduga berkaitan dengan sintesis protein.

2.     Mekanisme Sintesis Protein

Seperti yang telah Anda ketahui, DNA menentukan sifat makhluk hidup. DNA menentukan urutan asam amino pada setiap protein yang disintesis. Proses sintesis protein adalah proses yang kompleks. Dalam proses tersebut diperlukan 20 macam asam amino; mRNA dan tRNA sebagai pelaksana; ATP sebagai sumber energi; enzim RNA polimerase.

Secara garis besar, sintesis protein dilakukan melalui dua tahap, yaitu tahap transkripsi dan tahap translasi.

a.       TRANSKRIPSI

Proses transkripsi, sesuai namanya merupakan proses pencetakan atau penulisan ulang DNA ke dalam mRNA. Proses ini terjadi di dalam nukleus.

Pada tahap ini, setiap basa nitrogen DNA dikodekan ke dalam basa nitrogen RNA. Misalnya, jika urutan basa nitrogen DNA adalah ACG TAG CTA, maka urutan mRNA hasil transkripsi adalah UGC AUC GAU. Dibawah ini merupakan contoh transkripsi urutan basa nitrogen DNA ke dalam mRNA :

Tahap transkripsi dapat dibagi lagi menjadi tiga tahap, yaitu iniasi, elongasi, dan terminasi.

1)     Inisiasi

Tahap ini diawali oleh melekatnya enzim RNA polimerase pada pita DNA pada titik awal. Pita DNA akan terbuka, akibatnya basa nitrogen pada pita tersebut menjadi bebas. Basa nitrogen pada salah satu pita tersebut akan menjadi cetakan mRNA. Pita DNA ini disebut juga pita bermakna atau  sense. Adapun pita yang tidak ditranskripsi disebut pita tak bermakna atau  antisense. Enzim RNA polimerase mulai menyintesis RNA dari titik awal pita.

2)      Elongasi (pemanjangan)

Enzim RNA polimerase akan terus membentuk mRNA hingga terbentuk pita mRNA. Pita mRNA ini akan terus memanjang. Oleh karena itu, tahap ini disebut tahap elongasi atau pemanjangan.

3)      Terminasi

Pada saat enzim RNA polimerase sampai pada tempat pemberhentian (terminal site) DNA, transkripsi akan terhenti. Setelah itu, mRNA dibebaskan dan RNA polimerase terlepas dari DNA. DNA akan kembali seperti bentuknya semula. Hasil dari transkripsi, yakni mRNA selanjutnya akan keluar dari inti sel melalui membran inti menuju sitoplasma.

b.     TRANSLASI

Tahap translasi adalah tahap penerjemahan kode mRNA oleh tRNA ke dalam urutan asam amino. Tahap ini terjadi di dalam sitoplasma dengan bantuan ribosom. Ribosom merupakan salah satu organel dalam sitoplasma yang berperan dalam sintesis protein. Ribosom terdiri atas dua bagian, yaitu ada sub unit besar dan sub unit kecil . Ribosom mengandung protein dan rRNA.

Subunit besar dan subunit kecil pada ribosom

Proses Pembentukan mRNA

Tahap translasi mirip tahap transkripsi. Keduanya menggunakan enzim untuk membuat  rantai polimer polinukleotida pada transkripsi dan polipeptida pada translasi. Pada proses translasi juga terjadi tahap inisiasi, elongasi, dan terminasi.

Pada tahap translasi kode genetik atau  kodon dari mRNA diterjemahkan menjadi rangkaian asam amino. Apakah kodon itu? Kodon merupakan urutan tiga basa nitrogen pada mRNA. Setiap urutan tiga basa tersebut memiliki arti khusus yang dapat diterjemahkan dalam proses translasi. Urutan tiga basa tersebut dikenal sebagai  triplet. Misalnya, AUG, AAA, UCA, dan UUA.

Kodon pada mRNA dikenali oleh antikodon pada tRNA. Jika urutan triplet pada mRNA adalah AUG AAA UCA UUA maka urutan antikodonya adalah UAC UUU AGU AAU. Triplet antikodon terletak pada salah satu sisi tRNA. Pada sisi yang lain, tRNA membawa asam amino yang sesuai dengan pesanan kodon.

(a) Letak sisi antikodon dan tempat melekatnya asam amino pada tRNA. (b) Struktur tiga dimensi tRNA.

Dari 64 macam triplet kodon, terdapat 61 macam yang dapat mengodekan 20 macam asam amino. Akibatnya, terdapat beberapa asam amino yang dapat dikodekan oleh lebih dari satu triplet atau disebut juga kodon sinonim. Tiga triplet lainnya tidak mengodekan asam amino, tetapi berfungsi sebagai  kodon stop , triplet yang memerintahkan penghentian proses translasi. Selain kodon stop, terdapat juga kodon start yang memerintahkan dimulainya proses translasi, yaitu kodon AUG dan berfungsi juga sebagai pengode asam amino metionin. Agar lebih memahami mengenai kode genetik, perhatikan tabel dibawah ini !

Translasi dimulai ketika mRNA dan tRNA inisiator berikatan dengan ribosom subunit kecil. Molekul tRNA inisiator merupakan molekul yang membawa asam amino pertama dan merupakan komplemen kodon AUG (kodon  start). Biasanya membawa asam amino metionin. Antikodon pada tRNA inisiator adalah UAC. Setelah itu, ribosom subunit besar berikatan dengan ribosom subunit kecil. Fase inisiasi ini sempurna setelah terbentuknya ribosom yang fungsional.

Tahap Inisiasi Pada Translasi

Elongasi terjadi setelah tRNA kedua berikatan dengan kodon selanjutnya setelah kodon start. Misalnya, kodon lain setelah kodon start adalah GUC, maka akan berikatan dengan antikodon tRNA CAG yang membawa asam amino valin. Kedua asam amino, metionin dan valin, akan berikatan dengan bantuan enzim peptidil transferase.

Setelah metionin dan valin berikatan, tRNAmet yang awalnya membawa metionin, dilepaskan dari ribosom. Kemudian, ribosom bergerak pada molekul mRNA sepanjang satu kodon. Pergerakan ini membuat tRNAval bergerak ke tempat yang ditinggalkan tRNAmet . Molekul tRNA ketiga, kemudian berikatan dengan kodon mRNA ketiga dan membawa asam amino lainnya. Proses elongasi ini terus mengikatkan asam amino hingga terbentuk rantai polipeptida.

Langkah Elongasi Pada Translasi

Translasi terhenti ketika ribosom mencapai kodon stop pada mRNA. Kodon  stop tidak berikatan dengan tRNA, namun ia berikatan dengan protein khusus yang disebut release factors (faktor pelepas). Faktor pelepas menghentikan translasi dan menghidrolisis ikatan antara asam amino terakhir pada rantai polipeptida baru dan tRNA-nya

Pada proses sintesis protein, satu macam gen umumnya hanya mengatur satu sintesis polipeptida. Polipeptida yang terbentuk terlebih dahulu dimodifikasi untuk menjadi protein yang fungsional. Misalnya, beberapa polipeptida harus disatukan untuk membentuk satu protein yang memiliki fungsi tertentu.