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 r eplikasi. Dari D NA ke RNA melalui tahap t ranskripsi. 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 D NA dilakukan dengan cara r eplikasi. Dengan demikian,
 replikasi adalah proses pembuatan (sintesis) D NA baru atau penggandaan  DNA di dalam nukleus. Pada saat  replikasi berlangsung,  DNA induk membentuk kopian D NA anak yang sama persis sehingga D NA induk berfungsi sebagai cetakan untuk pembentukan  DNA baru. Setelah W atson dan Crick menemukan model D NA yang berupa heliks ganda terpilin pada tahun 1953, munculah 3 macam hipotesis tentang cara atau model  DNA bereplikasi (Gambar 3.11), antara lain:

1) Model Konservatif
Menurut hipotesis ini, rantai ganda  DNA induk langsung membentuk salinan berupa rantai ganda  DNA baru tanpa ada pemisahan rantai ganda  DNA induk terlebih dahulu. Replikasi pertama menghasilkan dua rantai ganda  DNA, terdiri dari satu rantai ganda  DNA induk dan satu rantai ganda  DNA yang benar-benar baru. Pada  replikasi kedua, masing-masing rantai ganda  DNA tersebut langsung membentuk salinan  DNA yang baru lagi. Akhirnya, menghasilkan empat buah  DNA. Satu  DNA tetap merupakan  DNA induk yang utuh dan tiga  DNA merupakan  DNA baru.

2) Model Semi Konservatif
Hipotesis model semi konservatif ini dikemukakan oleh  Watson dan Crick, menyatakan bahwa rantai ganda  DNA induk membuka atau memisah terlebih dahulu sehingga terbentuk dua buah rantai tunggal  DNA. Masing-masing rantai tunggal tersebut berfungsi sebagai cetakan untuk membentuk rantai tunggal  DNA baru, melalui pembentukan pasangan basa yang komplementer dengan basa nitrogen D NA induk. Dengan demikian, hasil r eplikasi pertama adalah dua buah D NA. Masing-masing  DNA terdiri dari satu rantai tunggal induk dan satu rantai tunggal yang baru. Pada r eplikasi kedua, masing-masing rantai ganda  DNA tersebut membuka kembali sehingga dihasilkan empat buah  DNA. Dua buah  DNA mengandung rantai tunggal induk dan dua buah  DNA yang lain merupakan rantai  DNA baru.
 
3) Model Dispersif
Rantai ganda D NA hasil r eplikasi pertama maupun r eplikasi ke dua dari  DNA induk mengandung segmen campuran antara rantai  DNA induk dan rantai  DNA baru. Artinya, rantai ganda  DNA salinannya terdiri dari dua rantai tunggal D NA yang masing-masing mengandung segmen (bagian atau potongan)  DNA induk dan segmen  DNA baru. Pada akhir tahun 1950-an,   Matthew Meselson dan Franklin Stahl melakukan percobaan untuk menguji ketiga hipotesis tersebut. Ternyata, hasil percobaannya mendukung hipotesis atau ide dari  Watson dan Crick yaitu model semi konservatif. Replikasi merupakan tahapan rumit yang mengawali sintesis protein. Oleh karena itu, kalian perlu menyimak dengan saksama.
 


Proses  replikasi dimulai pada beberapa daerah spesifi k 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, D NA 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 D NA dan enzim ligase menghubungkan segmen-segmen okazaki, sehingga terbentuk salinan  DNA baru. Nah, D NA baru yang telah terbentuk (identik dengan D NA 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 D NA. Proses pembentukan RNA ini disebut  transkripsi, yang menghasilkan 3 macam RNA seperti yang telah kalian ketahui sebelumnya, yaitu RNA m, RNA t, dan RNA r. Transkripsi terjadi di dalam sitoplasma dan diawali dengan membukanya rantai ganda D NA melalui kerja enzim RNA polimerase. Sebuah rantai tunggal berfungsi sebagai rantai cetakan atau rantai sense,
rantai yang lain dari pasangan D NA 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.

1) 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 t ranskripsi.  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.

2) 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 D NA akan berpasangan dengan basa komplemennya masing-masing sesuai dengan pengaturan pemasangan basa. Adenin berpasangan dengan  urasil dan guanin dengan sitosin (Gambar 3.13).

3) 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 t ranskripsi ini disebut sebagai triplet atau  kodon.

c. Translasi 

Setelah  replikasi  DNA dan  transkripsi RNA m di dalam nukleus, RNA m dari nukleus dipindahkan ke sitoplasma sel. Langkah selanjutnya adalah proses t ranslasi RNA m untuk membentuk protein. Translasi merupakan proses penerjemahan beberapa triplet atau k odon 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 RNA m. Selanjutnya, dari beberapa asam amino (puluhan, ratusan, atau ribuan) tersebut dihasilkan rantai polipeptida spesifi k dan akan membentuk protein spesifi k pula.  Lalu, bagaimana mekanisme  translasi tersebut? Langkah-langkah pada proses  translasi adalah sebagai berikut:
 
1) Inisiasi Translasi
Ribosom sub unit kecil mengikatkan diri pada RNA m yang telah membawa sandi bagi asam amino yang akan dibuat, serta mengikat pada bagian inisiator RNA t. Selanjutnya, molekul besar ribosom juga ikut terikat bersama ketiga molekul tersebut membentuk kompleks inisiasi. Molekul-molekul RNA t mengikat dan memindahkan asam amino dari sitoplasma menuju ribosom dengan menggunakan energi GTP dan enzim.  Bagian ujung RNA t 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 RNA t tertentu pula dengan menghubungkan  antikodon dan  kodon (pengkode asam amino) pada RNA m. Kodon pemula pada proses  translasi adalah AUG, yang akan mengkode pembentukan asam amino metionin. Oleh karena itu,  antikodon RNA t yang akan berpasangan dengan k odon pemula adalah UAC. RNA t tersebut membawa asam amino metionin pada sisi pembawa asam aminonya.
 
2) Elongasi
Tahap pengaktifan asam amino terjadi  kodon demi  kodon sehingga dihasilkan asam amino satu demi satu. Asam-asam amino yang telah diaktifkan oleh kerja RNA t sebelumnya, dihubungkan melalui ikatan peptida membentuk polipeptida pada ujung RNA t pembawa asam amino. Misalnya, RNA t membawa asam amino fenilalanin, maka  antikodon berupa AAA kemudian berhubungan dengan k odon RNA m UUU. Fenilalanin tersebut dihubungkan dengan metionin membentuk peptida. Nah, melalui proses elongasi, rantai polipeptida yang sedang tumbuh tersebut semakin panjang akibat penambahan asam amino.









3) Terminasi
Proses  translasi berhenti setelah  antikodon yang dibawa RNA t bertemu dengan k odon UAA, UAG, atau UGA. Dengan demikian, rantai polipeptida yang telah terbentuk akan dilepaskan dari ribosom dan diolah membentuk protein fungsional.

---

Share : Facebook Twitter Google+ Digg

Jika Anda menyukai Artikel di blog ini, Silahkan klik disini untuk berlangganan gratis via email, Anda akan mendapat kiriman artikel setiap ada artikel yang terbit di Our Akuntansi