BERBAGI: SINTESIS PROTEIN

BAB II

PEMBAHASAN

A. Sintesis Protein

Protein mempunyai peranan penting dalam organisasi struktural dan fungsional dari sel. Protein struktural menghasilkan beberapa komponen sel dan beberapa bagian diluar sel seperti kutikula,serabut dan sebagainya. Protein fungsional (enzim dan hormon) mengawasi hamper semua kegiatan metabolisme , biosintesis, pertumbuhan, pernapasan dan perkembangbiakan dari sel. Namun demikian sebuah sel tidak mungkin membuat protein yang dibutuhkan oleh individu yang bersel banyak.

Sintesis protein adalah proses pembentukan protein dari monomer peptida yang diatur susunannya oleh kode genetik. Sintesis protein dimulai dari anak inti sel, sitoplasma dan ribosom.

Sintesis protein melibatkan DNA sebagai pembuat rantai polipeptida. Meskipun begitu, DNA tidak dapat secara langsung menyusun rantai polipeptida karena harus melalui RNA. 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) menyatakan bahwa 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 (C) dan timin (T)} dan purin {adenine (A) dan guanine (G)} membentuk rangkaian kimiawi dengan deoksiribosa.

Suatu konsep dasar hereditas yang mampu menentukan ciri spesifik suatu jenis makhluk menunjukkan adanya aliran informasi bahan genetik dari DNA ke asam amino (protein). Konsep tersebut dikenal dengan dogma genetik. Tahap pertama dogma genetik dikenal sebagai proses transkripsi DNA menjadi mRNA. Tahap kedua dogma genetik adalah proses translasi atau penerjemahan kode genetik pada RNA menjadi urutan asam amino. Dogma genetik dapat digambarkan secara skematis sebagai berikut.

DNA ^transkripsi RNA ^translasi Protein

Pada tahun 1968, Barry Commoner menduga bahwa informasi genetik dapat beralih secara memutar (sirkuler), yaitu dengan DNA mencetak RNA, dan RNA dapat membuat DNA kembali dengan cara transkripsi balik menggunakan enzim DNA polymerase bergantung RNA (disebut juga “transcriptase sebaliknya”).

_{transkripsi translasi}

DNA RNA Protein

^{transkripsi sebaliknya}

Pendapat ini menjadi sebuah hal yang penting bagi Biologi Molekuler karena ditemukannya dogma baru yang selanjutnya disebut “dogma pusat sebaliknya”. Adanya teori tentang dogma pusat semakin mempengaruhi perkembangan pengetahuan sintesis protein karena berawal dari teori itulah kini sintesis protein semakin diketahui dengan jelas proses-prosesnya.

B. Komponen Sintesis Protein

Pembuatan atau penyusunan protein terjadi di dalam masing-masing sel tubuh. Komponen-komponen di dalam sel yang berperan penting dalam terlaksananya proses sintesis protein adalah sebagai berikut:

1. Asam amino

Oleh karena protein adalah polimer dari asam-asam amino, maka proses sintesa protein membutuhkan asam-asam amino sebagai bahan mentah. Asam amino yang umum dijumpai berjumlah 20 dan berkumpul di dalam sitoplasma membentuk suatu “kumpulan asam amino”. Semua asam amino (kecuali prolin) memiliki gugus amino dan karboksil yang bebas seperti tertera di bawah ini.

gugus H H O

amino H N C C OH gugus karboksil

gugus

tambahan

Asam amino satu dengan lainnya berbeda pada gugus tambahannya. Selama sintesa protein, asam-asam amino terangkai oleh peptida yang dihasilkan oleh hidrolisa dari gugus amino dan karboksil.

peptida

H O H O H O H O

H₂N C C OH + H N C C OH H₂N C C N C C OH + H₂O

R₁ H R₂ R₁ H R₂

dipeptida

Polipeptida adalah deretan asam-asam amino, yang dapat terdiri dari 51 asam amino (seperti pada insulin) sampai lebih dari 1000 asam amino (seperti pada fibroin, protein sutera).

2. DNA

DNA merupakan pusat informasi genetik. Ia dapat mengatur sebuah sel dengan informasi yang disampaikannya ke bagian-bagian sel dalam rangka pengaturan sel tersebut.

DNA merupakan singkatan dari deoksiribonucleic acid, yang dalam bahasa Indonesia disebut asam deoksiribonukleat, disingkat ADN. DNA dimiliki oleh semua jenis mahluk hidup kecuali beberapa virus saja. DNA terletak di dalam sel, terutama terdapat pada kromosom. Sebuah pita molekul DNA tersusun atas tiga senyawa kimia, yaitu:

a. Asam pospat,

b. Gula deoksiribosa,

c. Basa nitrogen, yang aterdiri atas 2 tipe dasar, yaitu:

1. Pirimidin, terdiri atas timin (T) dan sitosin (C).

2. Purin, terdiri atas adenine (A) dan guanine (G).

Menurut Waston dan Crick molekul DNA terbentuk sebagai dua pita spiral yang saling berpilin (“double helix”). Di bagian luar terdapat deretan gula pospat yang membentuk tulang punggung dari “double helix” tersebut, didalamnya terdapat basa purin dan pirimidin. Pita spiral tersebut dihubungkan dengan pita spiral yang lain oleh atom hidrogen, yaitu antara pasangan purin dan pirimidin tertentu. Adenin hanya dapat berpasangan dengan timin yang dihubungkan dengan ikatan hidrogen, sedangakan guanin hanya dapat berpasangan dengan sitosin dengan ikatan hidrogen.

Struktur DNA berbentuk double helix yang terdiri dari gula deoksiribosa dan asam pospat sebagai tulang punggung, serta basa nitrogen yang terdiri dari timin, adenin, guanin dan sitosin didalamnya.

Di dalam sintesis protein, DNA berperan sebagai pengatur jenis protein yang akan disintesis. Peran DNA ini disebabkan karena DNA memiliki kode genetik. Kode genetik adalah kode-kode pada DNA yang dapat memberikan informasi kepada bagian sel lain untuk diterjemahkan.

3. RNA

RNA merupakan singkatan dari ribonucleic acid yang dalam bahasa Indonesia disebut asan ribonukleat, disingkat ARN. RNA merupakan molekul genetik dan pembawa segala informasi genetik pada beberapa mahluk hidup seperti virus yang tidak memiliki DNA. RNA yang berfungsi demikian disebut dengan RNA genetik.

Pada sel-sel yang memiliki DNA sebagai penyimpan informasi, terdapat RNA dengan fungsi yang non-genetik. RNA inilah yang berperan penting dalam sintesis protein pada manusia.

Molekul RNA berbentuk pita tunggal, atau pita double tetapi tidak berpilin. Satu pita RNA terdiri atas:

a. Gula ribosa,

b. Asam pospat,

c. Basa nitrogen, yang terbagi atas:

1. Pirimidin, terdiri atas urasil (U) dan sitosin (C)

2. Purin, terdiri atas adenine (A) dan guanine (G)

RNA non-genetik dapat dibedakan menjadi tiga berdasarkan tempat terdapatnya dan fungsinya, yaitu sebagai berikut:

a. RNA duta, disingkat RNAd (“messenger RNA” = mRNA). mRNA berbentuk pita tunggal, terdapat di dalam nukleus, dihasilkan oleh DNA dalam proses transkripsi. Fungsi mRNA adalah sebagai penerima dan pembawa kode genetik dari DNA.

b. RNAp atau RNA pemindah (“transfer RNA” = tRNA). Menurut R. Holley, tRNA dibentuk di dalam nukleus, lalu ditempatkan di dalam sitoplasma. Oleh karena itu, tRNA sering disebut RNA larut (disingkat RNAl, atau “soluble RNA” = sRNA). RNAt berfungsi menerjemahkan kode dari mRNA ke ribosom.

c. RNA ribosom disingkat RNAr (“ribosom RNA” = rRNA). rRNA terdapat di dalam ribosom, tetapi disintesis di dalam nukleus. Fungsi rRNA sampai sekarang belum diketahui, tetapi diduga mempunyai peranan penting dalam berlangsungnya proses sintesis protein yang sempurna.

Struktur mRNA yang terdiri dari basa nitrogen, asam pospat, dan gula ribosa, tersusun atas satu pita saja.

Bentuk tRNA atau RNA pemindah

3. Ribosom

Ribosom adalah struktur makromolekular (organel sel) di dalam sel yang memimpin berbagai interaksi yang ada hubungannya dengan sintesis protein. Ribosom mengandung faktor-faktor yang berfungsi sebagai enzim. Di dalam menjalankan fungsinya, ribosom-ribosom berderet membentuk kelompok yang disebut poliribosom atau polisom. Banyaknya poliribosom menentukan panjangnya suatu protein. Semakin banyak poliribosom, maka protein yang dibentuk akan semakin panjang. Misalnya pembentukan polipeptida hemoglobin dibutuhkan lima ribosom atau dikenal dengan istilah pentamer.

Sebuah ribosom memiliki struktur yang terdiri dari subunit besar dan subunit kecil. Subunit kecil menjadi tempat melekatnya mRNA. Subunit kecil ini mengandung 3 faktor yang disebut dengan IFsatu, IFdua, dan IFtiga yang masing-masing memiliki peranan yang penting selama proses translasi.

Subunit besar merupakan tempat pembentukan rantai polipeptida. Menurut W.D. Stanfield, subunit ini memiliki tiga sisi yang mengikat tRNA yang masuk, yaitu sisi A (sisi amino asil tRNA) dan sisi P (sisi peptidil tRNA), serta sisi E (sisi exit).

Kedua struktur ribosom tersebut, yaitu subunit besar dan subunit kecil hanya akan berkumpul jika akan mengadakan proses sintesis protein. Dengan kata lain, kedua subunit itu akan berpisah jika tidak akan melakukan proses sintesis protein.

Ribosom terdiri atas subunit kecil dan subunit besar.

Subunit besar memiliki tiga sisi, yaitu sisi E, sisi A, dan sisi P.

C. Polipeptida

1. Struktur polipeptida

Polipeptida merupakan nama lain dari protein. Polipeptida tersusun atas asam amino-asam amino yang terhubung satu sama lain dengan ikatan peptida membentuk diri seperti rantai. Protein merupakan zat yang sangat penting bagi kehidupan mahluk hidup. Kata protein berasal dari bahasa Yunani protos atau proteos yang artinya pertama atau utama. Disebut demikian karena protein memegang peranan penting dalam penyusunan tubuh mahluk hidup, dan jika tidak karena protein yang menyusunnya, maka manusia dan mahluk lainnya tidak akan hidup. Jika kekurangan saja, ia akan sakit, dan jika sudah sangat kronis kekurangannya, maka ia akan mati secara perlahan-lahan.

Sebuah protein tersusun atas asam amino-asam amino dalam jumlah yang banyak. Asam amino merupakan asam karboksilat yang mempunyai gugus amino. Rumus umum dari asam amino adalah sebagai berikut:

Asam karboksilat

Gugus amino

Terdapat dua puluh jenis asam amino yang sampai sekarang sudah diketahui. Asam amino-asam amino tersebut dapat dikelompokkan menjadi asam amino esensial dan asam amino non-esensial. Asam amino esensial adalah asam amino yang tidak dapat dibuat atau disintesis oleh tubuh manusia. Sedangkan asam amino non-esensial adalag asam amino yang dapat dibuat oleh tubuh manusia.

Berikut merupakan jenis asam amino-asam amino yang termasuk essensial dan non-esensial.

Asam amino non-esensial		Asam amino esensial
Triptofan	Isoleusin	Tirosin	Arginin
Treonin	Fenilalanin	Sistein	Glutamin
Metionin	Valin	Serin	Histidin
Lisin	Leusin	Prolin	Alanin
		Glisin	Asparagin
		Asam glutamat	Asam aspartat

Pada pembahasan sebelumnya diketahui bahwa asam amino-asam amino dapat dibuat atau disintesis oleh tubuh. Asam amino tersebut dikodekan dengan sebuah kodon. Sebuah kodon terdiri dari tiga buah nukleotida, yang dengan kata lain terdiri dari tiga gula, tiga asam pospat, dan tiga basa nitrogen. Jadi, satu asam amino dikodekan oleh tiga basa nitrogen.

Pada proses sintesis protein dengan cara transkripsi dan translasi, protein disusun dengan cara penerjemahan kode-kode basa nitrogen menjadi asam amino, dan asam amino-asam amino disusun menjadi sebuah protein. Demikianlah proses yang terjadi pada sebuah sel yang memproduksi protein untuk keperluan dirinya melanjutkan hidup.

2. Fungsi Polipeptida

Protein yang dikonsumsi manusia dan hewan akan berfungsi untuk:

a. Pembentukan dan pertumbuhan tubuh dengan cara berikatan dengan lipid atau lemak, atau zat anorganik seperti fosfor menjadi fosfolipid.

b. Sebagai biokatalis, yaitu protein yang menyusun sebuah enzim, berfungsi untuk mempercapat reaksi-reaksi kimia yang ada di dalam tubuh.

c. Mengangkut berbagai jenis gas. Misalnya jenis protein yang membangun hemoglobin yang berada di dalam sel-sel darah merah (eritrosit), berfungsi mengangkut oksigen dan karbon dioksida dari paru-paru ke seluruh tubuh dan sebaliknya.

d. Sebagai antigen atau antibodi yang melawan zat-zat asing yang masuk ke dalam tubuh manusia, misalnya sel darah putih.

e. Sumber energi. Protein dapat dijadikan sebagai bahan bakar untuk menghasilkan energi jika sumber energi utama, yaitu karbohidrat, sedang mengalami kekurangan, atau karena aktivitas otot yang terlalu aktif.

f. Sebagai zat yang menguatkan ikatan antara tulang dan daging, misalnya tendon dan kolagen.

g. Untuk penyimpanan, misalnya feritin untuk menyimpan besi dalam darah dan gliadin untuk menyimpan asam amino dalam biji gandum yang dorman.

D. Mekanisme Sintesis Protein

Sintesis protein merupakan proses terbentuknya protein yang terdiri dari 2 tahap yaitu tahap transkripsi dan tahap translasi. Tahap transkripsi adalah tahap dimana pada saat pembentukan mRNA di dalam nukleus dari DNA template dengan dibantu oleh enzim polimerase. Tahap translasi adalah tahap dimana mRNA keluar dari inti sel dan bertemu dengan tRNA lalu dibantu oleh Ribosom yang terdiri dari sub unit besar dan sub unit kecil.

1. Transkripsi

Pada organisme eukariot (memiliki dinding inti sel), DNA terdapat pada kromosom, artinya bahwa DNA berada si dalam inti sel. DNA akan tetap berada di dalam sel, sedangkan protein dibuat di dalam sitoplasma. DNA tidak ikut berperan secara langsung dalam pembuatan protein, tetapi pita double helix DNA sangat berperan penting dalam terbentuknya mRNA.

Transkripsi adalah proses pembentukan molekul RNA dari DNA. Proses transkripsi memerlukan kerja sekelompok enzim yang disebut dengan RNA polimerase. Untuk memulai proses ini, dibutuhkan adanya sinyal atau tanda yang berupa gen tertentu. Gen yang menjadi tanda itu adalah kodon AUG. Tempat mulainya transkripsi ini disebut hulu, atau dikodekan dengan bentuk 5`. Proses dimulainya transkripsi dikenal dengan istilah inisiasi. Pada pengakhiran proses transkripsi, ada daerah yang disebut hilir yang sering ditandai dengan bentuk 3`. Proses diakhirinya transkripsi dikenal dengan istilah terminasi. Proses transkripsi selalu berjalan dari hulu ke hilir, artinya selalu berjalan menurut arah 5` ke 3`.

Sudah kita ketahui bahwa DNA memiliki dua untai atau dua pita. Pada proses transkripsi, hanya satu untai saja yang berfungsi sebagai pencetak RNA. Pita DNA yang mencetak mRNA ini dikenal dengan istilah DNA “sens”. Pita DNA komplementer (pelengkap) lainnya yang tidak mencetak mRNA disebut DNA “antisens”().

Proses antara inisiasi dan terminasi adalah proses pemanjangan atau dikenal dengan proses elongasi. Pita mRNA dengan pita DNA memiliki panjang yang berbeda. Untaian RNA lebih pedek dari pada untaian DNA. Di dalam satu untai DNA double helix bisa terjadi beberapa proses transkripsi yang menghasilkan beberapa untai mRNA.

Informasi yang diterjemahkan dari DNA ke RNA adalah basa nitrogennya. Jika pada untai DNA sens terdapat basa nitrogen adenin (A), maka pada rantai mRNA akan diterjemahkan sebagai basa nitrogen urasil (U). Jika pada untai DNA sens terdapat basa nitrogen guanin (G), maka pada untai mRNA akan diartikan sebagai basa nitrogen sitosin (S). Hal ini berlaku sebaliknya. Untai inisiasi pada DNA-pun akan diterjemahkan menjadi untai terminasi pada mRNA, dan sebaliknya.

mRNA yang telah selesai dicetak (dalam arti telah selesai menerima informasi genetik dari DNA) akan meninggalkan DNA, keluar dari inti sel melalui pori-pori membran inti sel menuju sitoplasma untuk melanjutkan proses translasi.

RNA dibuat dari untai DNA. Tahap transkripsi terdiri dari tiga tahap, yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi.

2. Translasi

Pada proses ini, mRNA telah keluar dari inti sel. Sekali mRNA keluar dari inti sel dan telah berada dalam sitoplasma, maka mRNA akan bergabung dengan satu atau lebih ribosom yang memungkinkan asam-asam amino disusun menjadi rantai polipeptida sesuai dengan kode genetik yang diamanahkan pada rantai mRNA. Jadi proses translasi merupakan proses pemindahan informasi genetik dari RNA ke protein.

Proses translasi dibantu dengan bantuan molekul-molekul perantara lain yang terdapat di dalam sitoplasma, yaitu tRNA atau RNA pemindah. tRNA berfungsi untuk mengikat asam amino pada satu ujungnya, sedangkan ujung yang lain mampu untuk mengenal kodon mRNA untuk tempat melekatnya asam amino yang dia ikat.

Asam amino yang terdapat di dalam sitoplasma akan diikat oleh tRNA. Pengikatan ini dibantu dengan menggunakan energi yang berupa ATP (adenin tripospat). ATP berfungsi untuk mengaktifkan asam amino agar siap untuk diangkut ke subunit ribosom.

Translasi meliputi tiga tahapan, yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi.

Proses pertama translasi disebut dengan inisiasi atau permulaan. mRNA yang telah keluar dari inti sel (nukleus) dan sudah berada di sitoplasma akan bersatu dengan subunit kecil ribosom. Ribosom akan menempel pada mRNA yang memiliki kodon AUG. Kodon ini merupakan kodon penanda yang menandai akan dimulainya sintesis protein. Kodon AUG adalah kode kodon untuk asam amino metionin. Kodon AUG biasanya ada di ujung 5`. Setelah ditemukan kodon ini, maka akan dilanjutkan dengan tahapan translasi selanjutnya, yaitu tahap elongasi atau perpanjangan.

Tahap kedua yaitu tahap elongasi. Setelah kodon AUG ditemukan, tRNA akan membawa asam amino dari sitoplasma yang memiliki kode UAS sebagai terjemahan dari metionin. Setelah metionin diterjemahkan, subunit besar ribosom akan bersatu dengan subunit kecil yang membentuk ribosom yang sempurna. Setelah menerjemahkan metionin, kodon-kodon selanjutnya akan terbaca dan akan diterjemahkan dengan cara yang sama.

tRNA membawa asam amino masuk ke dalam subunit besar dan melekat pada sisi A, lalu akan dilepaskan pada sisi P. tRNA akan keluar melalui sisi E pada bagian subunit besar ribosom.

Misal setelah AUG terdapat kodon ASG. Maka tRNA akan mencarikan terjemahan dari kodon itu, yaitu UGS, yang berarti kode untuk asam amino treonin. Kodon treonin itu akan diangkut oleh tRNA memasuki bagian sisi A dan melepaskannya pada sisi P. tRNA akan keluar dari ribosom melalui sisi E pada subunit besar untuk membawa asam amino yang lainnya. Demikian proses yang terjadi sampai terbentuk untaian yang cukup panjang, sampai ditemukan kode untuk menghentikan proses ini.

Tahap ketiga yaitu tahap terminasi atau penghentian sintesis protein. Tahap ini terjadi karena terdapat kode-kode yang menandai mRNA untuk menghentikan proses pengangkutan asam amino. Kode-kode itu berbentuk kodon UAA, UAG, atau UGA. Jika salah satu kodon itu ditemukan oleh tRNA, maka secara langsung proses sintesis protein akan terhenti karena tRNA tidak mengikat asam amino kembali.

Setelah selesai tahap terminasi, maka secara otomatis ribosom akan berpisah antara subunit besar dan subunit kecilnya, serta asam amino akan membentuk zat lain yang sedang dibutuhkan oleh sel. Sub unit besar dan subunit kecil akan bersatu kembali jika akan dilakukan proses sintesis kembali.

Berikut merupakan gambar proses sintesis protein yang meliputi transkripsi dan translasi sampai terbentuk polipeptida yang berupa rantai.

BAB II

PENUTUP

Kesimpulan

1. Sintesis protein adalah proses pembentukan protein dari monomer peptida yang diatur susunannya oleh kode genetic yang melibatkan DNA sebagai pembuat rantai polipeptida. Sintesis protein dimulai dari anak inti sel, sitoplasma dan ribosom.

2. Sintesis protein terdiri dari 2 tahap yaitu tahap transkripsi dan tahap translasi.

3. Tahap transkripsi adalah tahap dimana pada saat pembentukan mRNA di dalam nukleus dari DNA template dengan dibantu oleh enzim polimerase.

4. Tahap translasi adalah tahap dimana mRNA keluar dari inti sel dan bertemu dengan tRNA lalu dibantu oleh Ribosom yang terdiri dari sub unit besar dan sub unit kecil.

5. Pelaksana proses sintesis yaitu mRNA, tRNA, dan rRNA. Sumber energinya Adenosin Triphosphat (ATP). Bahan sintesis protein berupa asam amino. Dan enzim yang diperlukan untuk transkripsi adalah RNA polimerase.