Proses Biosintesis Protein

Proses Biosintesis Protein

1. Replikasi

Replikasi atau proses biosintesis DNA berlangsung dengan komponen komponen sebagai berikut : DNA polimerase yaitu enzim yang mengkatalis pemanjangan rantai nukleotida satu dengan yang lainnya, deoksiribonukleat trifosfat berupa dATP, dTTP, dGTP, dCTP. Protein pembentang dan 20 protein enzim lainnya atau sistem replikasi DNA. DNA ligase yang mengkatalis reaksi penyambungan fragmen-fragmen hasil polimerisasi. DNA template ( DNA induk untuk sintesis DNA baru ) dan DNA primer (DNA awal untuk sintesis DNA baru), (Yuwono 2012).

Menurut Adnan (2008), pada untai DNA terdapat 3 model untai DNA, yaitu:

1.      Model Konservatif, dimana heliks ganda induk tetap dalam keadaan utuh, dan sebuah salinan kedua  yang sama sekali baru telah dibuat.

2.      Model Semikonservatif, dimana kedua rantai molekul induk berpisah, dan setiap rantai berfungsi sebagai cetakan untuk mensintesis rantai komplementer yang baru.

3.     

Model Dispersif, yaitu setiap rantai dari kedua  molekul anak  terdiri dari campuran antara bagian rantai lama dan bagian rantai yang baru disintesis.

                                           Gambar 1. Model Replikasi DNA

Replikasi DNA dimulai pada tempat-tempat khusus yang disebut pangkal replikasi (origin of replication). Pangkal replikasi yaitu satu bagian DNA yang mempunyai urutan nukleotida yang spesifik . Protein yang memulai replikasi DNA mengenali urutan ini dan menempel pada DNA, memisahkan kedua untaian dan membuka sebuah ‘gelembung’ replikasi. Tahap pembukaan DNA untai ganda dikatalis oleh 3 macam enzim yaitu :

1.      Helikase adalah sejenis enzim yang berfungsi membuka untai ganda di cabang replikasi, dan memisahkan kedua untai lama.

2.      Enzim untai destabilizing protein , atau single stranded DNA binding protein (SSB) , molekul dari protein pengikat untai tunggal kemudian berjajar disepanjang untai-untai lama yang tidak berpasangan menjaga agar untai-untai ini tetap terpisah selama mereka bertindak sebagai cetakan untuk sintesis untai-untai komplementer yang baru

3.      DNA girase, enzim ini mengkatalis pembukaan untai ganda sebelum proses replikasi dimulai. Replikasi DNA kemudian berjalan dalam dua arah sampai seluruh molekul tersebut disalin, (Yuwono,2012).

 Setiap kromosom eukariot mempunyai ratusan atau ribuan pangkal replikasi. Gelembung replikasi terbentuk dan akhirnya menyatu, sehingga mempercepat penyalinan molekul DNA yang sangat panjang ini. Di setiap ujung gelembung replikasi terdapat cabang replikasi (replication fork), suatu daerah berbentuk huruf Y dimana untai DNA baru mulai memanjang. Pemanjangan DNA baru pada cabang replikasi dikatalis oleh enzim-enzim DNA polimerase. Pada saat nukleotida-nukleotida berjejer dengan basa-basa komplementer sepanjang untaian pola cetakan DNA nukleotida ini ditambahkan oleh polimerase, satu demi satu ke ujung yang baru tumbuh dari untai DNA yang 23 baru. Laju pemanjangan pada bakteri kurang lebih 500 nukleotida per detik sedangkan pada manusia 50 nukleotida per detik (Yuwono,2012).

Struktur untai ganda ini akan mempengaruhi replikasi DNA. DNA polimerase menambahkan nukleotida hanya pada ujung 3' yang bebas dari untai DNA yang sedang terbentuk, tidak pernah pada ujung 5'. Jadi untai DNA baru dapat memanjang hanya pada arah 5'→ 3'. Di sepanjang salah satu untai cetakan, DNA polimerase dapat mensintesa untai komplementer yang kontinu memanjangkan DNA yang baru dengan arah 5'→3'. Untai DNA yang dibuat dengan metode ini disebut leading strand. Untuk memanjangkan untai baru DNA yang lain, polimerase harus bekerja disepanjang cetakan jauh dari cabang replikasi. Untai DNA yang disintesis dalam arah ini disebut lagging strand. Berbeda dengan leading strand, yang memanjang terus menerus, lagging strand pertama kali disintesis sebagai serangkaian segmen. Potongan ini disebut fragmen Okazaki, sesuai dengan nama ilmuwan Jepang yang menemukannya. Panjang fragmen-fragmen ini sekitar 100 sampai 200 nukleotida pada eukariot. Proses ini mengandung satu untai utuh DNA anak mengikuti DNA induk dan satu untai lagi fragmen berupa DNA anak. Fragmen anak ini kemudian dirangkaikan menjadi satu untai utuh oleh enzim DNA ligase sehingga akhirnya satu DNA untai ganda menghasilkan 2 DNA anak untai ganda dan seterusnya (Yuwono,2012).

Fungsi-protein utama yang bekerja dalam replikasi DNA adalah:

1.      Heliks ganda membuka, menyediakan cetakan DNA untai tunggal (kerja enzim helikase dan protein pengikat untai tunggal)

2.       Sintesa leading strand: Priming (enzim primase), elongasi (enzim DNA polimerase),penggantian RNA dengan DNA (enzim DNA polimerase).

3.      Sintesa lagging strand: Priming fragmen Okazaki (enzim primase), elongasi (enzim DNA polimerase), penggantian RNA dengan DNA (enzim DNA polimerase) dan penggabungan fragmen (enzim ligase).

Menurut Adnan (2008), langkah langkah replikasi untai DNA yaitu:

1.     

Pelepasan rantai double helix.

2.     

Pembentukan garpu replikasi.

3.     

Stabilisasi rantai

4.      Proses penambahan primer.

                      

5.      Proses penambahan nukleotida.

6.      Pelepasan primer.

7.      Proses penyambungan.

8.      Terbentuknya rantai baru.

   2. Transkripsi

Transkripsi merupakan sintesis RNA berdasarkan arahan DNA. Kedua asam nukleat menggunakan bahasa yang sama, dan informasinya tinggal ditranskripsi, atau disalin, dari satu molekul ke molekul lain. Persis sebagaiman untai DNA menyediakan suatu cetakan (template) untuk sintesis untai komplementer baru selama replikasi DNA, transkripsi ini menyediakan cetakan untuk susunan nukleotida RNA. Molekul RNA yang dihasilkan merupakan transkripsi penuh dari instruksi instruksi pembangun dari protein dari gen itu. Pada transkripsi hanya salah satu untai DNA yang menjadi cetakan (template). Molekul RNA yang dihasilkan merupakan transkrip penuh dari instruksi-instruksi pembangun-protein suatu gen. Molekul RNA ini disebut messenger RNA (mRNA) (Cambell,2012).

Pada eukariot, setelah molekul mRNA terbentuk dan mengalami modifikasi, mereka berdifusi keluar dari inti dan masuk ke semua bagian sitoplasma, tempat mereka melakukan fungsi selanjutnya. Sedangkan pada prokariot mRNA langsung berfungsi tanpa harus mengalami proses modifikasi karena sel prokariot tidak bermembran inti. Messenger RNA merupakan untai lurus yang panjang yang tersuspensi dalam sitoplasma, berfungsi untuk membawa kode genetik ke sitoplasma untuk pembentukan protein. Molekul ini biasanya terdiri dari beberapa ratus sampai beberapa ribu nukleotida dalam untai yang berpasangan dan mengandung kodon yang sebenarnya merupakan komplementer bahasa (kata-kata) dari suatu gen.

 Pada eukariota, dikenal ada tiga tipe RNA polimerase, yaitu RNA polimerase I, II, dan III. 

1.      RNA polimerase I berfungsi mentranskripsi gen yang mengkode RNA ribosom (rRNA), dan menghasilkan RNA primer yang disebut  pre-r RNA. 

2. RNA polimerase II mentraskripsi gen-gen struktural menjadi RNA primer yang disebut pre-mRNA ,
3. RNA polimerase III, mentranskripsi  gen-gen untuk tRNA dan menghasilkan RNA primer yang disebut pre-tRNA.
4. RNA polimerase selain mengkatalisis pembentukan RNA, juga bekerja membuka kedua pilinan DNA sehingga terpisah menjadi dua rantai, (Yuwono,2012).

Secara umum transkripsi dibedakan menjadi tiga tahap utama, yaitu tahap Permulaan (inisiasi), tahap pemanjangan (elongation), dan tahap pengakhiran (termination).

1.      Tahap Inisisasi Transkripsi

Daerah DNA dimana RNA polymerase melekat dan mengawali transkripsi disebut sebagai promoter. Suatu promoter mencakup titik awal transkripsidan membentang beberapa pasangan nukleotidadari titik awal. Promoter juga menentukan awal dari cetakan kedua untai DNA.

                              Gambar : Promoter pada DNA.

2.      Tahap Elongasi Untai RNA

Pada saat RNA bergerak di sepanjang DNA, RNA terus membuka pilinan heliks ganda tersebut, memperlihatkan basa DNA untuk berpasangan dengan nukleotida RNA. Enzim menambahkan nukleotida ke ujung 3’ dari molekul RNA yang sedang tumbuh begitu enzim itu berlanjut di sepanjang heliks ganda tersebut. Pada sintesis RNA berlangsung, heliks ganda DNA terbentuk kembali dan molekul RNA baru akan lepas dari cetakan DNA nya.

Gambar : Proses Elongasi untai RNA.

3.      Tahap Terminasi Transkripsi

Transkripsi berlangsung sampai RNA polymerase mentranskripsi urutan DNA yang disebut terminator. Terminator yang ditranskripsi yakni suatu urutan RNA yang berfungsi sebagai sinyal terminasi yang sesungguhnya.

                                                                                                                    

3). Translasi

Translasi (translation = penerjemahan) adalah sintesis polipeptida yang diarahkan oleh RNA. Pada proses translasi, sel menginterpretasikan suatu pesan genetik dan membentuk protein yang sesuai dengan pesan tersebut. Pesan tersebut berupa serangkaian kodon di sepanjang molekul mRNA, interpreternya adalah RNA transfer (tRNA). Fungsi tRNA adalah mentransfer asam-asam amino dari sitoplasmanya ke ribosom tempat molekul protein dibentuk sewaktu protein disintesis. Tiap jenis tRNA biasanya hanya bergabung dengan satu jenis asam amino dari 20 asam amino. Suatu sel tetap menjaga sitoplasmanya agar mempunyai persediaan ke 20 asam amino, baik dengan mensintesisnya dari senyawa-senyawa lain atau dengan mengambilnya dari larutan di sekitarnya. Ribosom menambahkan tiap asam amino (yang dibawa tRNA ) ke ujung rantai polipeptida yang sedang tumbuh. Saat molekul mRNA meluncur melalui ribosom, kodon-kodon ditranslasi satu per satu menjadi asam amino. Interpreternya adalah molekul tRNA, masing masing dengan anti kodon spesifik di satu ujung dan asam amino spesifik diujung lainnya. Suatu tRNA menambahkan muatan asam aminonya ke rantai polipeptida yang sedang tumbuh saat antikodon tersebut berkaitan dengan kodon komplementer pada mRNA.Molekul-molekul tRNA tidak semuanya identik. Kunci untuk menstranslasi pesan genetik menjadi urutan asam amino spesifik adalah setiap tipe molekul tRNA yang menghubungkan kodon mRNA tertentu dengan asam amino tertentu. Ketika tiba di ribosom, molekul tRNA telah membawa asam amino spesifik pada salah satu ujung. Pada ujung lainnya terdapat triplet nukleotida yang

disebut antikodon yang akan mengikatkan diri pada kodon komplementer di mRNA, (Yuwono,2012)..

Pada pembentukan polipeptida translasi terbagi atas tiga tahapan, yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi.

1.      Inisiasi.

Translas membawa mRNA secara bersama sama, sebuah tRNA yang memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua sub unit ribosom. Pertama, subunit ribosom kecil mengikatkan diri pada mRNA dan tRNA inisiator khusus.subunit ribosom kecil melekat pada segmen leader pada ujung 5’ dari mRNA.

2.      Elongasi.

Pada tahap elongasi dari translasi, asam asam amino ditambahkan satu per satu pada asam amino.

a.       Pengenalan kodon: kodon mRNA pada A site dari ribosom membentuk ikatan hydrogen dengan anticodon molekultRNA yang baru masuk dan membaw asam amino yang tepat. Proses ini membutuhkan hidrolissis GTP.

b.      Pembentukan ikatan peptid: molekul rRNA dari subunit ribosom besar berfungsi sebagai riboszim untuk mengkatalisis pembentukan ikatan peptide yang menghubungkan polipeptida yang memanjang dari P site ke asam amino yang baru tiba di A site.

c.       Translokasi: tRNA bergerak dari P site ke E site untuk dilepaskan.

3.      Terminasi

Tahap akhir translasi adalah terminasi. Elongasi berlanjut hingga kododn stop mencapai tempat A site di ribosom . Triplet basa yang istimewa UAA, UAG,dan UGA tidak mengkode suatu asam amino melainkan bertindak sebagai sinyal untuk menghentikan translasi. Protein releas factor mengikatkan diri pada kodon stop di tempat A site. (Cambell, 2012)

Daftar Pustaka

Cambel, dkk.2012. Biologi Jilid 1. Jakarta: Erlangga.

Yuwono.2012. Bioinformatika. Palembang.

Adnan. 2012. Biologi Sel. Makassar. Alauddin University Press.