Sintesis Protein

SINTESIS PROTEIN

            Sintesis protein merupakan proses penerjemahan kodon- kodon yang terdapat pada mRNA menjadi polipeptida. Polipeptida merupakan rantai asam amino hasil sintesis protein kemudian  berikatan dengan ikatan peptida. Proses sintesis protein ini sangat rumit karena melibatkan berbagai komponen yang terdapat dalam sel. Meskipun demikian, yang berperan penting dalam proses ini adalah kode genetik dan tRNA yang berperan sebagai adaptor yaitu mentransfer asam amino ke ribosom tempat terjadinya sintesis protein. Proses sintesis protein terjadi dalam dua tahapan yaitu transkripsi dan translasi. Proses transkripsi berada pada tahapan pertama dimana pada tahapan ini terjadi pencetakan RNA dengan menggunakan cetakan DNA yang disintesis oleh enzim polymerase. Sedangkan pada tahap kedua terjadi proses translasi yaitu penerjemahan kode genetic mRNA  oleh tRNA menjadi polipetida. Pada tahap translasi ini mRNA keluar dari inti sel kemudian bertemu dengan tRNA menuju ribosom dimana terdiri atas sub unit kecil dan sub unit besar yang selanjutnya semua kodon structural mRNA ditranslasi.

Dalam proses sintesis protein, DNA dan RNA serta fungsi- fungsinya sangat berperan aktif karena didalamnya terdapat gen yang menyimpan informasi genetic yang akan mengkode polipeptida (protein). Protein tersebut berguna dalam pembentukan sel dan metabolisme sel.

Dogma genetik merupakan konsep dasar sifat menurun yang dapat menentukan ciri khas suatu spesies. Dengan kata lain dogma genetik adalah aliran materi dari DNA ke asam amino. Gen merupakan satu unit genetic terkecil yang akan memberikan satu ciri khas yang diturunkan. Genetika modern memberikan batasan gen berdasarkan pada prinsip bahwa gen didefinisikan sebagai suatu rentangan DNA yang menghasilkan satu molekul protein sebagai produk gen. Sebagai pembawa informasi genetika, fungsi utama DNA yaitu: 1) membuat salinan (copy) yang tepat dari dirinya sendiri pada waktu proses replikasi dan 2) meneruskan kode- kode informasi yang dimiliki ke mRNA pada waktu proses transkripsi.

DNA terbentuk dari sub unit yang dinamakan nukleotida dibentuk oleh phosphate, gula doxyribose dan basa nitrogen. Basa nitrogen terdiri atas Adenin (A), Thymin (T), Guanine (G) dan Cytosine (C). Bagian tepi DNA terdiri dari gula pentosa yang berikatan dengan gugus phosphate (PO₄) dengan ikatan phosphodiester. Sedangkan berikatan dengan ikatan hydrogen yang lemah pada bagian tengah. Sebelum terjadi sintesis protein, DNA sebelumnya akan mengalami replikasi yaitu proses penggandaan DNA baru dengan menggunakan DNA yang telah ada. Pada replikasi ini akan menghasulkan DNA menjadi dua kali lipat yang digunakan untuk pembelahan sel. 

Sumber : https://materi78.files.wordpress.com/2013/06/rpsin_bio4.pdf

Gambar 1. Model replikasi DNA

Pada gambar diatas dapat kita ketahui bahwa DNA induk menghasilkan DNA baru yang utuh sebanyak dua rantai. DNA induk akan menjadi rantai yang terputus- putus, masing- masing rantai akan membentuk DNA baru. Enzim yang berperan dalam proses replikasi DNA dikenal DNA- polymerase. Menurut aturan downstream, enzim tersebut kemudian membentuk salinan DNA baru mulai dari titik promotor (awal) hingga titik terminator (akhir). Adapun fungsi dari enzim DNA polymerase ini antara lain: 1) rantai DNA berjalan kontinu/ tidak terputus (leading strands) pada rantai berarah 3’ dan 5’. Sedangkan sebaliknya pada ranta 5’ ke 3’ dimana replikasi berjalan secara diskontinu (terputus/ lagging strands).

DNA baru telah terbentuk melalui pembelahan yang sebelumnya terjadi replikasi. Kemudian akan dilanjutkan proses sintesis protein yaitu proses yang bertujuan hampir sama dengan proses replikasi yaitu sama- sama akan menghasilkan sel menjadi dua kali lipat untuk kebutuhan pembelahan sel. Namun pada sintesis protein, pembentukan RNA baru yang memiliki basa nitrogen berlawanan dengan RNA yang disalin. Pelaksana proses sintesis adalah 3 kategori RNA yaitu : 1) mRNA yang mempunyai kode- kode genetic berasal dari DNA yang akan dibawa ke ribosom, 2) rRNA yang akan memberi bentuk pada protein yang disintesa, dan 3) tRNA yang akan membawa asam- asam amino ke ribosom tempat terjadinya sintesis protein.

Tahapan sintesis protein terdiri atas dua tahap yaitu transkripsi dan translasi. Tahap pertama pada sintesis protein adalah transkripsi, pada proses ini terdapat beberapa langkah hingga terbentuk mRNA. Langkah tersebut adalah ketika terdapat sebagian rantai DNA membuka, pada saat itu juga akan terjadi pembentukan rantai mRNA.

 Sumber : https://materi78.files.wordpress.com/2013/06/rpsin_bio4.pdf

Gambar 2. Proses transkripsi

Rantai DNA yang mencetak mRNA disebut dengan rantai sense/ template/ kodogen. Sedangkan rantai sense yang tidak mencetak mRNA disebut rantai antisense. Pada rantai DNA sense (kodogen triplet pada rantai mRNA yang disebut dengan kodon. Kodon inilah yang disebut dengan kode genetika dimana asam amino jenis tertentu yang diperlukan dalam sintesis protein akan dikodekan. Asam amino yang dikode oleh triplet kodon yaitu susunan 3 basa nitrogen yang menentukan jenis 20 asam amino berbeda.) akan dijumpai tiga basa nitrogen atau dikenal dengan triplet yang kemudian akan mencetak tiga triplet pada rantai mRNA yang disebut dengan kodon. Kodon inilah yang disebut dengan kode genetika dimana asam amino jenis tertentu yang diperlukan dalam sintesis protein akan dikodekan. Asam amino yang dikode oleh triplet kodon yaitu susunan 3 basa nitrogen yang menentukan jenis 20 asam amino berbeda.

 Sumber : https://materi78.files.wordpress.com/2013/06/rpsin_bio4.pdf

Gambar 3. 3 Basa Nitrogen yang menentukan jenis 20 asam amino

 Untuk setiap satu molekul protein yang terbentuk akan selalu dimulai dengan kodon start yaitu AUG yang mengkodekan methionine. Sedangkan apabila satu molekul protein yang terbentuk berakhir, maka akan selalu diakhiri dengan kodon stop atau kodon terminasi yaitu UAA, UAG atau UGA.

Setelah tahap transkipsi selesai dilanjutkan tahap sintesis protein kedua yaitu proses translasi. Pada tahap ini terdapat 3 sub tahap yang terdiri atas inisiasi (pemrakarsa), elongasi (pemanjangan) dan terminasi (penghentian) yang terjadi di ribosom. Ketiga tahapan yang terjadi pada translasi ini berlangsung berkesinambungan satu sama lain. Sebagai contoh adalah proses sintesis protein pada E.coli.

 Gambar 4. Tahap Inisiasi

Sub tahap pertama adalah pemrakarsaan (inisiasi). Awal dari proses inisiasi adalah menempelnya sub unit kecil pada ribosom ke molekul mRNA. Ribosom sub unit kecil tidak sembarangan tempat ketika menempel pada mRNA, melainkan menempel pada tempat khusu sebelum kodon pemrakarsa dari gen yang akan disalin. Tempat khusus itu disebut dengan tempat pengikat ribosoma, dimana pada E. coli memiliki urutan 5’ – AGGAGGU-3’ yang disebut urutan Shine- Dalgarno. Setelah terikat pada tempatnya, ribosom bergeser kea rah 3’ hingga bertemu dengan kodon AUG. Kodon inilah yang menjadi kodon start pada proses penerjemahan. Proses penerjemahan akan dimulai apabila tRNA telah memuat asam amino berpasangan dengan kodon start yang terletak pada sub unit kecil.

 Gambar 4. Tahap Elongasi

Pada sub tahap kedua yaitu elongasi (pemanjangan). Setelah terjadi pemrakarsa, ribosom sub unit besar menempel pada sub unit kecil. Proses penempelan ini memerlukan hidrolisi molekul GTP yang berkaitan dengan inisiasi dan menghasilkan dua tempat yang berbeda serta terpisah. Dua tempat ini terdiri atas tempat peptidil (tempat P) yang ditempati oleh tRNA met dimana akan tetap berpasangan basa dengan kodon start dan tempat aminosil (tempat A) yang berpasangan dengan kodon kedua dimana masih dalam keadaan kosong. Elongasi akan dimulai apabila tRNA mengikat asam amino yang tepat dan akan masuk ke tempat A kemudian berpasangan basa dengan kodon kedua. Hasil dari keseluruhan proses elongasi ini adalah dipeptide yang terikat pada tRNA yang berada pada tempat A, kemudian ribosom akan bergeser sepanjang mRNA yang menyebabkan aa-a-tRNA berada di tempat P dan RNA yang sudah tidak bermuatan keluar dari tempat P dan tempat A kosong lagi. tRNA yang sudah masuk ke tempat A dan terulang lagi seperti sebelumnya. Ribosom sub unit kecil kedua dapat menempel pada mRNA setelah beberapa daur elongasi (pemanjangan), dan seterusnya hingga terbentuk suatu polisoma. 

 Gambar 5. Tahap Terminasi

Seperti terlihat pada gambar 5 yaitu sub tahap terminasi (pengehntian). Tahap ini adalah tahap pengehentian penerjemahan kodon mRNA oleh tRNA yang akan berhenti apabila kodon stop (UAA, UAG, atau UGA) masuk ke tempat A. Ketika itu tidak ada molekul tRNA yang memiliki anticodon yang dapat berpasangan basa dengan kodon- kodon penghenti. Setelah asam amino dibawa tRNA maka akan bergabung dengan mRNA di ribosom yang selanjutnya akan terjadi ikatan antar asam amino yang membentuk polipeptida. Polipeptida akan terbentuk setelah proses polimerisasi berlangsung.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2014. Replikasi DNA dan Sintesis Protein (online). Dapat diakses di  https://materi78.files.wordpress.com/2013/06/rpsin_bio4.pdf  pada tanggal 22 November 2015.

Issoegianti. 1993. Biologi Sel. Yogyakarta: Depdikbud DIKTI.

Soedigdo, P. 1973. Tinjauan Ulang Mengenai Biokimia DNA dan RNA serta Biosintesa Protein. ITB Jounal. Vol. 7, No. 2, http://journal.itb.ac.id/download.php?file=A73005.pdf&id=594&up=6, 22 November 2015.