Post on 14-Jul-2016
description
PROSES SINTESIS PROTEIN
Proses sintesis atau pembentukan protein memerlukan adanya molekul
RNA yang merupakan materi genetik di dalam kromosom, serta DNA sebagai
pembawa sifat keturunan. Informasi genetik pada double helix DNA berupa kode-
kode sandi atau kode genetik. Kode-kode sandi tersebut nantinya akan dibawa
atau dicetak untuk membentuk RNA.
Informasi berupa urutan kode-kode sandi pada RNA akan dirangkai
menjadi asam-asam amino, peptida, polipeptida, sampai terbentuk protein..
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)}.
Protein-protein yang terbentuk akan menyusun sebagian besar komponen
di dalam tubuh. Contoh protein sebagai komponen penyusun tubuh adalah miosin,
aktin, keratin, kolagen, hemoglobin, dan insulin.Variasi dari 20 macam asam
amino yang ada, dapat membentuk protein yang berbeda-beda. Oleh karena itu,
setiap individu akan mempunyai bermacam-macam protein yang berbeda pula
satu sama lain.
Gen adalah sebuah “letak/posisi” pada kromosom yang memuat struktur
yang bertanggung jawab terhadap pewarisan sifat. Struktur yang dimaksud adalah
DNA, yaitu salah satu jenis asam nukleat yang wajib terdapat pada setiap makhluk
hidup dan sering disebut sebagai zat dasar penyusun makhluk hidup.
DNA (deoxiribosa nucleat acid)
Merupakan molekul hidup karena dapat melakukan proses penggandaan
diri (replikasi) dan berdasarkan dari proses inilah proses pembentukan protein
dapat terjadi. DNA merupakan struktur yang berbentuk rantai yang panjang
tersusun atas pensenyawaan phosphat, gula ribosa dan basa nitrogen, DNA
terdiri atas dua rantai yang saling berpilin, sering dingkat dengan sebutan
berpilin ganda (double helix).
DNA berperan dalam pembentukan RNA yang memiliki struktur rantai
yang lebih pendek dan tunggal. Baik DNA maupun RNA memiliki 2 (dua)
pasangan basa nitrogen, yaitu : Basa Purin dan Basa Pirimidin. Pada DNA basa
purin dan pirimidin terdiri atas :
a) Basa Purin, terdiri atas Adenin (A) dan Guanin (G),
b) Basa Pirimidin, terdiri atas Timin (T) dan Sitosin (C)
I. Struktur DNA
Rantai DNA merupakan rantai yang berbentuk panjang serta
berpilin ganda, pada rantai tersebut terdapat ikatan Nukleotida dan
Nukleosida. Perbedaan antara keduanya adalah pada gugus phosphat yang
tidak terdapat pada Nukleosida. Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat dari
gambar ilustrasi berikut :
Sehingga, Nukleotida terdiri atas rangkaian struktur phosphat
sebagai “rangka” DNA yang berikatan dengan struktur Gula Ribosa dan
selanjutnya mengikat salah satu basa nitrogen, purin ataupun pirimidin.
Sedangkan Nukleosida terdiri atas ikatan Gula Ribosa dan Salah satu Basa
Nitrogen, purin ataupun pirimidin.
Basa nitrogen tersebut selalu berpasangan antara basa purin dan
basa pirimidin, basa purin Adenin (A) selalu berpasangan dengan
pasangan basanya Timin (T) dan basa purin Guanin (G) dan begitu juga
sebaliknya. Masing-masing pasangan basa tersebut berikatan antara satu
dengan yang lainnya oleh atom hidrogen, Adenin dan Timin saling
berikatan dengan 2 atom hidrogen sedangkan ikatan antara guanin dan
sitosin dihubungkan dengan 3 atom hidrogen. Dan untuk memecahkan
atau memutuskan ikatan-ikatan tersebut diperlukan suatu struktur protein
lain yang disebut RNA Polimerase
II. Beberapa sifat rantai DNA antara lain :
Memiliki jumlah pasangan basa yang sama.
Urutan dan Pasangan DNA tiap spesies berbeda
Bersifat stabil
Menyimpan gen
Terdapat fragmen-fragmen yang berulang.
III. Replikasi DNA
Replikasi DNA adalah proses penggandaan DNA baru
menggunakan DNA yang telah ada. Model mengenai proses replikasi
DNA:
model Konservatif
( DNA induk menghasilkan DNA yang baru secara utuh )
model dispersive
( DNA induk menjadi rantai yang terputus-putus, masing-masing
rantai membentuk DNA baru )
Proses Replikasi DNA menurut model semikonservatif
o DNA yang akan direplikasi:
a. Diputus ikatan hidrogennya oleh helikase memenuhi aturan
downstream, yaitu dari arah 3’ ke 5’ DNA awal.
b. Diluruskan oleh topoisomerase.
o DNA polimerase kemudian mulai membentuk salinan DNA baru dari
titik promoter (awal) ke titik terminator (akhir), memenuhi aturan
downstream.
a. Pada rantai bearah 3’ ke 5’, replikasi DNA berjalan kontinu/tidak
terputus (leading strands).
b. Pada rantai berarah 5’ ke 3’, replikasi DNA berjalan
diskontinu/terputus (lagging strands).
o Rantai yang mengalami lagging strands menghasilkan fragmen
terputus-putus yang disebut fragmen Okazaki.
o Okazaki kemudian diperbaiki oleh ligase agar DNA baru dapat
terbentuk seperti normal.
Proses sintesa protein dimulai dengan pemecahan atau pemutusan
DNA oleh RNA Polimerase, yang kemudian rantai DNA tersebut dikode
oleh RNA m, serangkaian kode DNA yang diterjemahkan tersebut
dinamakan rantai DNA Sense atau Template.
RNA (Ribosa Nucleat Acid)
Dalam rangkaian pembentukan Protein melalui proses penterjemahan
kode, setelah pemotusan atau pemotongan rantai DNA maka langkah
selanjutnya adalah proses penterjemahan yang dilakukan oleh RNA atau ribosa
nucleat acid.
RNA adalah Asam nukleat yang terbentuk dari proses penterjemahan
rantai sense DNA, memiliki struktur rantai yang lebih pendek daripada DNA
karena hanya memuat 3 kode triplet pada tiap rangkaian rantainya. Rantainya
juga tidak berstruktur ganda, hanya berstruktur tunggal. Sama-sama memiliki 2
pasangan basa yaitu basa purin dan basa pirimidin, hanya terdapat perbedaan
pada salah satu jenis basa pirimidinnya. Pasangan Basa pada Rantai RNA
antara lain :
a) Basa Purin, terdiri atas Adenin (A) dan Guanin (G)
b) Basa Pirimidin, terdiri atas Urasil (U) dan Sitosin (C)
RNA terbagi menjadi 3 macam, yaitu :
1. RNA messenger/duta, rantai RNA yang terbentuk sebagai hasil
terjemahan dari rantai DNA sense dalam nukleus.
2. RNA transfer, RNA yang bertugas menterjemahkan rantai RNA
messenger/duta.
3. RNA ribosom, adalah RNA yang berperan dalam menterjemahkan
kodon RNA transfer menjadi rangkaian asam amino.
1. Tahapan Sintesis Protein
Pada tahun 1950, Paul Zamecnik melakukan percobaan untuk
mengetahui tahapan dan tempat terjadinya sintesis protein. Paul
menginjeksikan asam amino radioaktif ke tubuh tikus dan berhasil
menjelaskan tempat terjadinya sintesis protein, yaitu di dalam ribosom.
Selanjutnya, penelitian dilakukan bersama dengan Mahlon dan
menyimpulkan bahwa molekul RNA pemindah (RNA t) berperan dalam
sintesis protein. Akhirnya, Francis Crick menemukan bahwa RNA
pemindah harus mengenali urutan nukleotida untuk disusun sebagai asam
amino sesuai pemesanan, yang kemudian dibawa oleh RNA pembawa
pesan.
Tahapan sintesis protein mengikuti aturan dogma sentral, dimana
informasi genetik dipindahkan dari DNA ke DNA melalui tahap replikasi.
Dari DNA ke RNA melalui tahap transkripsi. Selanjutnya dari RNA ke
protein melalui sintesis protein. Sebelum terjadi sintesis protein, DNA pada
struktur nukleosom akan lepas dari protein histon oleh bantuan kerja enzim
polimerase.
Secara umum, proses sintesis protein meliputi tiga tahapan utama,
antara lain:
a. Replikasi DNA
Setiap sel dapat memperbanyak diri dengan cara membelah.
Sebuah sel membelah menjadi 2 sel, 2 sel membelah menjadi 4 sel, 4
sel membelah menjadi 8 sel dan seterusnya. Sebelum sel membelah,
terjadi perbanyakan komponen-komponen di dalam sel termasuk
DNA. Perbanyakan DNA dilakukan dengan cara replikasi. Dengan
demikian, replikasi adalah proses pembuatan (sintesis) DNA baru
atau penggandaan DNA di dalam nukleus. Pada saat replikasi
berlangsung, DNA induk membentuk kopian DNA anak yang sama
persis sehingga DNA induk berfungsi sebagai cetakan untuk
pembentukan DNA baru.
RNA Virus dapat Membentuk DNA. Menurut Baltimore,
Mizushima, dan Temin (1970), beberapa virus dapat mensintesis
DNA dari RNA hasil cetakan yang berantai tunggal. Enzim yang
berperan disebut DNA polimerase bergantung RNA atau
Transkriptase Sebaliknya. (Suryo, Genetika, hlm. 101)
Replikasi merupakan tahapan rumit yang mengawali sintesis
protein. Oleh karena itu, kalian perlu menyimak dengan saksama.
Gambar 1. Tahapan replikasi DNA.
Proses replikasi dimulai pada beberapa daerah spesifik dari
rantai DNA, disebut pangkal replikasi. Beberapa tahapan dan enzim
yang berperan dalam sintesis protein, antara lain:
a) DNA helikase, berfungsi untuk membuka rantai ganda DNA
induk.
b) Enzim primase, membentuk primer yang merupakan segmen
pendek dari RNA sebagai pemula untuk terjadinya sintesis
protein.
c) Dari ujung 3´ RNA primer, DNA polimerase menambahkan
pasangan basa nitrogen (dari nukleotida-nukleotida) pada rantai
tunggal DNA induk dan terbentuk rantai DNA yang
bersambungan secara kontinyu (tanpa terpisah-pisah) yang
disebut leading strand.
d) Pada rantai tunggal DNA induk yang lain, DNA polimerase
membentuk lagging strand (merupakan keseluruhan rantai kopian
DNA yang pertumbuhannya tidak kontinyu) dengan
memperpanjang RNA primer-RNA primer di beberapa tempat
sehingga membentuk segmen-segmen DNA baru yang saling
terpisah. Segmen-segmen itulah yang disebut fragmen Okazaki.
e) DNA polimerase yang lainnya, menggantikan RNA primer
dengan DNA dan enzim ligase menghubungkan segmen-segmen
okazaki, sehingga terbentuk salinan DNA baru. Nah, DNA baru
yang telah terbentuk (identik dengan DNA induk) akan
melanjutkan tahapan untuk mensintesis protein yaitu tahapan
transkripsi dan translasi.
b. Transkripsi
Pada tahapan ini, DNA akan membentuk RNA dengan cara
menerjemahkan kode-kode genetik dari DNA. Proses pembentukan
RNA ini disebut transkripsi, yang menghasilkan 3 macam RNA
seperti yang telah kalian ketahui sebelumnya, yaitu mRNA, tRNA,
dan rRNA. Transkripsi terjadi di dalam sitoplasma dan diawali
dengan membukanya rantai ganda DNA melalui kerja enzim RNA
polimerase. Sebuah rantai tunggal berfungsi sebagai rantai cetakan
atau rantai sense, rantai yang lain dari pasangan DNA ini disebut
rantai anti sense. Tidak seperti halnya pada replikasi yang terjadi
pada semua DNA, transkripsi ini hanya terjadi pada segmen DNA
yang mengandung kelompok gen tertentu saja. Oleh karena itu,
nukleotida nukleotida pada rantai sense yang akan ditranskripsi
menjadi molekul RNA dikenal sebagai unit transkripsi.
Transkripsi meliputi 3 tahapan, yaitu tahapan inisiasi,
elongasi, dan terminasi.
Inisiasi (Permulaan)
Jika pada proses replikasi dikenal daerah pangkal replikasi,
pada transkripsi ini dikenal promoter, yaitu daerah DNA sebagai
tempat melekatnya RNA polimerase untuk memulai transkripsi.
RNA polimerase melekat atau berikatan dengan promoter, setelah
promoter berikatan dengan kumpulan protein yang disebut faktor
transkripsi. Nah, kumpulan antara promoter, RNA polimerase,
dan faktor transkripsi ini disebut kompleks inisiasi transkripsi.
Selanjutnya, RNA polimerase membuka rantai ganda DNA.
Elongasi (Pemanjangan)
Setelah membuka pilinan rantai ganda DNA, RNA polimerase ini
kemudian menyusun untaian nukleotida-nukleotida RNA dengan arah
5´ ke 3´. Pada tahap elongasi ini, RNA mengalami pertumbuhan
memanjang seiring dengan pembentukan pasangan basa nitrogen
DNA. Pembentukan RNA analog dengan pembentukan pasangan basa
nitrogen pada replikasi. Pada RNA tidak terdapat basa pirimidin timin
(T), melainkan urasil (U). Oleh karena itu, RNA akan membentuk
pasangan basa urasil dengan adenin pada rantai DNA. Tiga macam
basa yang lain, yaitu adenin, guanin, dan sitosin dari DNA akan
berpasangan dengan basa komplemennya masing-masing sesuai
dengan pengaturan pemasangan basa. Adenin berpasangan dengan
urasil dan guanin dengan sitosin (Gambar 2).
Gambar 2. Tahap elongasi transkripsi.
Terminasi (Pengakhiran)
Penyusunan untaian nukleotida RNA yang telah dimulai
dari daerah promoter berakhir di daerah terminator. Setelah
transkripsi selesai, rantai DNA menyatu kembali seperti semula
dan RNA polimerase segera terlepas dari DNA. Akhirnya, RNA
terlepas dan terbentuklah RNA m yang baru.
Pada sel prokariotik, RNA hasil transkripsi dari DNA,
langsung berperan sebagai RNA m. Sementara itu, RNA hasil
transkripsi gen pengkode protein pada sel eukariotik, akan
menjadi RNA m yang fungsional (aktif) setelah malalui proses
tertentu terlebih dahulu. Dengan demikian, pada rantai tunggal
RNA m terdapat beberapa urut-urutan basa nitrogen yang
merupakan komplemen (pasangan) dari pesan genetik (urutan
basa nitrogen) DNA. Setiap tiga macam urutan basa nitrogen pada
nukleotida RNA m hasil transkripsi ini disebut sebagai triplet atau
kodon.
c. Translasi
Setelah replikasi DNA dan transkripsi mRNA di dalam
nukleus, mRNA dari nukleus dipindahkan ke sitoplasma sel.
Langkah selanjutnya adalah proses translasi RNA m untuk
membentuk protein. Translasi merupakan proses penerjemahan
beberapa triplet atau kodon dari RNA m menjadi asam amino-asam
amino yang akhirnya membentuk protein. Urutan basa nitrogen yang
berbeda pada setiap triplet, akan diterjemahkan menjadi asam amino
yang berbeda. Misalnya, asam amino fenilalanin diterjemahkan dari
triplet UUU (terdiri dari 3 basa urasil), asam amino triptofan (UGG),
asam amino glisin (GGC), dan asam amino serin UCA.
Sebanyak 20 macam asam amino yang diperlukan untuk
pembentukan protein merupakan hasil terjemahan triplet dari mRNA.
Selanjutnya, dari beberapa asam amino (puluhan, ratusan, atau ribuan)
tersebut dihasilkan rantai polipeptida spesifik dan akan membentuk
protein spesifik pula.
Gambar 3. Tahapan transkripsi RNA.
Lalu, bagaimana mekanisme translasi tersebut? Langkah-
langkah pada proses translasi adalah sebagai berikut:
Inisiasi Translasi
Ribosom sub unit kecil mengikatkan diri pada mRNA yang telah
membawa sandi bagi asam amino yang akan dibuat, serta mengikat
pada bagian inisiator tRNA. Selanjutnya, molekul besar ribosom juga
ikut terikat bersama ketiga molekul tersebut membentuk kompleks
inisiasi. Molekul-molekul tRNA mengikat dan memindahkan asam
amino dari sitoplasma menuju ribosom dengan menggunakan energi
GTP dan enzim. Bagian ujung tRNA yang satu membawa antikodon,
berupa triplet basa nitrogen. Sementara, ujung yang lain membawa
satu jenis asam amino dari sitoplasma. Kemudian, asam amino
tertentu tersebut diaktifkan oleh tRNA tertentu pula dengan
menghubungkan antikodon dan kodon (pengkode asam amino) pada
mRNA.
Gambar 4. Tahap inisiasi translasi.
Kodon pemula pada proses translasi adalah AUG, yang
akan mengkode pembentukan asam amino metionin. Oleh karena
itu, antikodon tRNA yang akan berpasangan dengan kodon
pemula adalah UAC. tRNA tersebut membawa asam amino
metionin pada sisi pembawa asam aminonya.
Pada eukariot, kompleks inisiasi terbentuk dengan cara
yang lebih rumit yang melibatkan banyak protein initiation factor.
1. RNA polymerase melekat pada promoter.
2. RNA polymerase membuka strand DNA.
3. RNA nukleotida menempel pada DNA template.
4. RNA polymerase menghubungkan RNA nukleotida
Proses inisiasi dimulai ketika ribosom subunit kecil
berikatan dengan mRNA. Inisiator tRNA yang membawa
metionin berikatan pada daerah AUG yang mengkode asam
amino metionin. Selanjutnya ribosom sub unit besar akan
menempel Pada ribosom subunit kecil. Catatan, sisi A dan sisi P
merupakan tempat pengikatan tRNA.
Elongasi
Tahap pengaktifan asam amino terjadi kodon demi kodon
sehingga dihasilkan asam amino satu demi satu. Asam-asam amino
yang telah diaktifkan oleh kerja tRNA sebelumnya, dihubungkan
melalui ikatan peptida membentuk polipeptida pada ujung tRNA
pembawa asam amino. Misalnya, tRNA membawa asam amino
fenilalanin, maka antikodon berupa AAA kemudian berhubungan
dengan kodon mRNA UUU. Fenilalanin tersebut dihubungkan dengan
metionin membentuk peptida. Nah, melalui proses elongasi, rantai
polipeptida yang sedang tumbuh tersebut semakin panjang akibat
penambahan asam amino.
Gambar 5. Tahap elongasi translasi.
Keterangan :
a. tRNA membawa antikodon AAA & asam amino
(fenilalanin)
b. antikodon AAA berpasangan dengan kodon mRNA
c. pembentukan ikatan peptide
d. pemanjangan rantai polipeptida & ribosom siap
menerima tRNA selanjutnya.
Terminasi
Proses translasi berhenti setelah antikodon yang dibawa
tRNA bertemu dengan kodon UAA, UAG, atau UGA. Dengan
demikian, rantai polipeptida yang telah terbentuk akan dilepaskan
dari ribosom dan diolah membentuk protein fungsional.
Tahap-tahap teminasi translasi:
elongasi akan berhenti swtelah ribosom mencapai kodon stop
triplet kodon stop yaitu UAA, UAG, UGA
kodon stop bertindak sebagai sinyal untuk menghentikan
translasi
selanjutnya polipeptida yang terbentuk lepas dari ribosom.
Gambar 6. Proses Terminasi translasi.
Pada tahap terminasi, ribosom membaca kodon terakhir
dari untai mRN. Dengan ini berakhir bagian terjemahan dan rantai
polipeptida dilepaskan.
Simpulan singkat langkah sintesis protein berlangsung sebagai berikut:
AND mencetak ARNd dalam proses transkripsi yang berlangsung
didalam inti
ARNd keluar dari dalam inti bergabung dengan ribosom di sitoplasma
Datang ARNt membawa asam amino yang sesuai dengan kodon.
Terjadi ikatan antar asam amino sehingga terbentuk protein.
Berikut ini adalah kode sintesa asam amino:
DAFTAR PUSTAKA
Almatsier, S..2003. Prinsip Dasar Ilmu Gizi. Jakarta : Gramedia.
Campbell, Neil A. 2010. Biologi Edisi Kedelapan Jilid 1. Jakarta: Erlangga
Dinas Pendidikan.2012.Insight Sintesis Protein.Sman 1 Nunukan Selatan
Kimball, John W. 1992. Biologi. Jakarta: Erlangga.
Lechninger, A.L. 1998. Dasar-Dasar Biokimia.. Jakarta: Erlangga.
McGilvery,Robert W., 1996. Biokimia Suatu Pendekatan Fungsional. Surabaya:
Airlangga University Press.
Poedjiadi,Anna.2006.Dasar-Dasar Biokimia.Jakarta : Universitas Indonesia.
Stryyer Lubert ,2000.Biokimia Edisi 4.Jakarta:Penerbit Buku Kedokteran EGC.