SINTESIS PROTEIN

SINTESIS PROTEIN

A.    PENGERTIAN

Protein merupakan salah satu zat penting yang diperlukan untuk tubuh kita agar tetap sehat. Protein adalah kelompok dari makromolekul organik kompleks dimana di dalamnya terkandung hidrogen, karbon, nitrogen, oksigen dan sulfur serta terdiri dari satu atau beberapa rantai asam amino. Protein mempunyai berbagai fungsi di dalam sel seperti  sebagai struktur sel/jaringan, cadangan energi, pergerakan, transportasi beberapa substansi, mengkatalisa reaksi biokimia, dan melindungi terhadap terjangkitnya penyakit. Kita bisa memperoleh protein dari makanan yang berasal dari hewan ataupun tumbuhan.

Sintesis protein dapat dikatakan sebagai proses pembentukan protein merupakan penyusunan asam amino pada rantai polipeptida. Pada sintesis protein melibatkan DNA (Deoxyribonucleic acid) dan RNA (Ribonucleic acid).

B.     DNA (Deoxyribonucleic acid)

DNA merupakan tempat penyimpanan informasi genetik. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Frances dan James Watson tahun 1953, molekul DNA memiliki struktur heliks beruntai ganda (double helix). DNA adalah makromolekul polinukelotida yang tersusun atas polimer nukleotida yang berulang-ulang, tersusun rangkap, membentuk DNA heliks ganda dan berpilin ke kanan. Setiap nukleotida terdiri dari fosfat, gula pentosa (deoksiriboda) dan basa nitrogen. Pada bagian tepi molekul DNA terdiri dari gula pentosa (deoksiribosa) yang berikatan dengan gugus fosfat (PO₄) dengan ikatan fosfodiester. Sedangkan pada bagian tengah terdiri dari basa nitrogen yang saling berikatan dengan ikatan hidrogen yang lemah

Basa nitrogen yang menyusun nukleotida dikelompokkan menjadi 2 macam yaitu basa purin dan basa pirimidin.

·         Basa purin merupakan basa nitrogen yang strukturnya berupa dua cincin. Yang termasuk basa purin yakni adenin (A) dan guanin (G).

·         Basa pirimidin merupakan basa nitrogen yang strukturnya berupa satu cincin. Yang termasuk basa pirimidin yakni sitosin (C) dan timin (T).

Jadi dapat disimpulkan terdapat 4 macam basa nitrogen pada DNA.  Keempat basa nitrogen tersebut tidak berjumlah sama. Jumlah adenin (A) selalu sama dengan timin (T) pada setiap molekul DNA sedangkan jumlah sitosin (C) selalu sama dengan guanin (G) pada setiap molekul DNA. Hal ini dinamakan sebagai ketentuan Chargaff. Adenin (A) yang selalu berpasangan dengan timin (T) membentuk dua ikatan hidrogen sedangkan sitosin (C) yang berpasangan dengan guanin (G) membentuk tiga ikatan hidrogen.

Struktur pada DNA dapat diibaratkan sebagai sebuah anak tangga dimana “anak tangganya” adalah susunan basa nitrogen dengan ikatan A-T dan G-C. Kemudian untuk “pegangan bagian samping” adalah gula deoksiribosa yang berikatan dengan gugus fosfat dengan ikatan fosfodiester. Kedua rantai polinukleotida DNA yang membentuk double helix tersebut berjajar secara anti parallel.

Gambar 1. Struktur double helix DNA dengan rantai berjajar secara anti parallel

Sumber : www.indogeek.com

C.    RNA (Ribonucleic acid)

RNA merupakan makromolekul yang berfungsi sebagai penyimpan dan penyalur informasi genetik. Struktur dari RNA adalah rantai tunggal nukelotida, pendek dan tidak berpilin. Setiap ribonukleotida terdiri dari 3 gugus molekul antara lain gula ribosa (C₅H₁₀O₅), gugus fosfat dan basa nitrogen.

Gambar 2. Struktur RNA yang memiliki rantai tunggal

Sumber : ayugustina98.blogspot.com

Basa nitrogen yang menyusun ribonukleotida dikelompokkan menjadi 2 macam yaitu basa purin dan basa pirimidin.

·         Basa purin merupakan basa nitrogen yang strukturnya berupa dua cincin. Yang termasuk basa purin yakni adenin (A) dan guanin (G).

·         Basa pirimidin merupakan basa nitrogen yang strukturnya berupa satu cincin. Yang termasuk basa pirimidin yakni sitosin (C) dan urasil (U).

Berdasarkan uraian dari struktur RNA, maka dapat diketahui perbedaannya dengan struktur DNA, yaitu :

·         DNA memiliki rantai ganda, panjang, berpilin (double helix) sedangkan RNA memiliki rantai tunggal, pendek dan tidak berpilin.

·         DNA memiliki gula deoksiribosa sedangkan RNA memiliki gula ribosa.

·         DNA memiliki basa pirimidin yaitu sitosin (C) dan timin (T) sedangkan RNA memiliki basa pirimidin yaitu sitosin (C) dan urasil (U)

Pada RNA, basa purin dan pirimidin yang berkaitan dengan ribosa membentuk suatu molekul yang dinamakan nukleosida atau ribonukleosida. Inilah yang merupakan preskusor dasar untuk sintesis DNA.

RNA merupakan bentuk komplementer (kebalikan) dari DNA. Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut :

·         Basa timin (T) pada DNA menjadi basa adenin (A) pada RNA

·         Basa adenin (A) pada DNA menjadi basa urasil (U) pada RNA

·         Basa sitosin (C) pada DNA menjadi basa guanin (G) pada RNA

·         Basa guanin (G) pada DNA menjadi basa sitosin (C) pada RNA

RNA memiliki 3 tipe antara lain :

1.      mRNA (messenger RNA)

mRNA berbentuk rantai tunggal nukleotida yang panjang dan merupakan RNA terpanjang dalam sel. Panjang pendeknya mRNA berhubungan dengan panjang pendeknya rantai polipeptida yang disusun. mRNA disintesis dari DNA di dalam nukleus. mRNA dapat dikatakan sebagai bentuk komplementer dari molekul DNA dan merupakan hasil cetakan dari molekul DNA.

Contoh :

DNA     →   T  A  C     C  A  A    T   T   G    G  A  C    A  T   T

mRNA  →   A  U  G    G  U  U    A  A  C    C  U  G    U  A  A

Fungsi dari mRNA  yakni mengkopi informasi genetik yang dibawa oleh DNA  serta membawa informasi yang masih berupa kode tersebut dari nukleus menuju ribosom dalam sitoplasma untuk dibentuk menjadi protein. mRNA ini dibentuk hanya jika diperlukan saja dan apabila tugasnya telah selesai maka mRNA akan dihancurkan dalam plasma.

Gambar 3. Struktur mRNA

2.      rRNA (ribosomal RNA)

rRNA berbentuk rantai tunggal nukleotida dimana pada daerah tertentu dapat melipat balik sehingga mirip rantai rangkap. rRNA merupakan RNA yang terbanyak dalam sel. Ada 2 ukuran dari rRNA yaitu :

-          rRNA ukuran kecil, yang terdapat di ribosom sub unit kecil.

-          rRNA ukuran besar, yang terdapat di ribosom sub unit besar.

Proses sintesis rRNA  terjadi didalam nukleus melalui proses transkripsi dengan melibatkan enzim polymerase I. Fungsi dari rRNA antara lain sebagai katalis namun tidak membawa informasi genetik seperti mRNA, sebagai tempat dimana polipeptida disintesis dalam proses translasi, berperan dalam memvalidkan  kode triplet basa nitrogen yang akan ditranslasi oleh ribosom.

Gambar 4. Struktur rRNA

 Sumber : https://id.wikipedia.org

3.      tRNA (transfer RNA)

tRNA merupakan RNA terpendek dengan ukuran molekul yang sangat kecil. tRNA dibentuk di dalam nukleus akan tetapi menempatkan diri dalam sitoplasma. Bentuk dari tRNA adalah daun semanggi bertangan empat, dimana :

-          Tangan ke 1 merupakan ujung perangkat asam amino  yaitu sebagai reseptor.

-          Tangan ke 2 merupakan ujung pengenal kodon yang disebut antikodon.

-          Tangan ke 3 merupakan ujung pengenal enzim bagi asam amino, dan

-          Tangan ke 4 merupakan ujung pengenal ribosom yang cocok untuk masing-masing tRNA nya.

Fungsi dari tRNA adalah mengenal kodon yang telah ditranskripsikan pada mRNA dimana dilakukan oleh antikodon pada tRNA, membawa asam amino ke mRNA di ribosom yang sesuai dengan kodon-kodon pada mRNA, merangkaikan asam amino yang baru dengan asam amino sebelumnya sehingga terbentuk protein. Apabila tugas dari tRNA telah selesai maka tRNA akan kembali ke sitoplasma untuk digunakan lagi pada sintesis berikutnya.

Gambar 5. Struktur tRNA

Sumber : fungsi.web.id

D.    REPLIKASI DNA

Replikasi DNA dapat disebut sebagai peristiwa pembentukan DNA. Ketika suatu sel membelah secara mitosis, tiap-tiap sel hasil pembelahan mengandung DNA penuh dan identik seperti induknya. Dengan demikian, DNA harus secara tepat direplikasi sebelum pembelahan dimulai. Replikasi DNA dapat terjadi dengan adanya sintesis rantai nukleotida baru dari rantai nukleotida lama. Proses komplementasi pasangan basa menghasilkan suatu molekul DNA baru yang sama dengan molekul DNA lama sebagai cetakan dengan bantuan enzim polimerase. Kemungkinan terjadinya replikasi dapat melalui tiga model yaitu :

1.      Model semikonservatif

Pada model ini, dua rantai DNA lama terpisah dan rantai baru disintesis dengan prinsip komplementasi pada masing-masing rantai DNA lama tersebut.

2.      Model konservatif

Pada model ini, dua rantai DNA lama akan tetap dan tidak berubah, berfungsi sebagai cetakan untuk dua dua rantai DNA baru.

3.      Model despersif

Pada model ini, beberapa bagian dari kedua rantai DNA lama digunakan sebagai cetakan untuk sintesis rantai DNA baru.

Gambar 6. Replikasi DNA

Sumber : thophick.blogspot.com

E.     SINTESIS PROTEIN

Sintesis protein merupakan proses pembentukan atau pencetakan protein dalam sel. Secara garis besar, proses sintesis protein dibagi menjadi 2 tahapan taitu transkripsi dan translasi.

1.      Transkripsi

Transkripsi adalah proses pembuatan (penyalinan) mRNA dari  DNA yang terjadi di dalam nukleus. Tahapan ini merupakan proses awal sebelum translasi kode genetik menjadi polipeptida atau protein. Proses transkripsi ini dibantu oleh enzim RNA polymerase. Pada DNA memiliki 2 rantai (double helix) dimana dalam proses ini hanya 1 rantai saja yang berfungsi sebagai template (cetakan). Tahap transkripsi dapat dijabarkan menjadi 3 tahapan yakni inisiasi, elongasi dan terminasi.

·         Inisiasi

Tahap transkripsi diawali dengan cara enzim RNA polymerase melekat pada rantai DNA sehingga rantai bisa membuka. Setelah rantai membuka, salah satu rantai DNA yang akan disalin (DNA template) mulai mendapatkan basa nitrogen pasangannya. Proses ini diawali pada promotor DNA. Promoter DNA merupakan daerah DNA sebagai tempat melekatnya RNA polymerase untuk memulai transkripsi. Sehingga nantinya akan dihasilkan rantai komplemen. Rantai komplemen inilah yang merupakan rantai mRNA. Pada transkripsi ini rantai DNA yang bukan template tidak akan disalin menjadi mRNA karena hanya rantai DNA template yang akan disalin menjadi mRNA.

Pada penyalinan rantai DNA menjadi rantai mRNA, basa adenin (A) akan berkomplemen dengan urasil (U), basa timin (T) akan berkomplemen dengan adenin (A), basa guanin (G) akan berkomplemen dengan sitosin (C), dan basa sitosin (C) akan berkomplemen dengan guanin (G). Dalam hal ini bisa dilihat bahwa adenin tidak berkomplemen dengan timin tetapi dengan urasil. Hal ini dikarenakan basa timin hanya dimiliki oleh DNA saja. Pada mRNA tidak memiliki timin akan tetapi memiliki basa nitrogen urasil (U).

·         Elongasi

Elongasi merupakan proses kelanjutan dari inisiasi. Proses akan dilanjutkan yakni RNA polymerase akan bergerak sepanjang rantai DNA sehingga semua basa nitrogen pada DNA (kode-kode pada DNA) selesei disalin menjadi rantai mRNA. Dengan demikian akan terbentuk rantai mRNA yang panjang.

·         Terminasi

Terminasi adalah akhir dari proses transkripsi. Proses penyalinan DNA menjadi mRNA akan diakhiri pada terminator DNA (stop). Setelah selesai, mRNA yang terbentuk akan dilepaskan dan akan melalui beberapa proses selanjutnya (ini hanya untuk sel eukariotik saja). mRNA yang telah terbentuk ini tidak langsung ditransfer ke sitoplasma tetapi terdapat proses RNA splicing yakni pemotongan dan penyambungan RNA. Pada awalnya gen terdiri atas 2 macam kode yakni ekson dan intron ditranskripsi menghasilkan pre-mRNA karena masih mengandung sekuens intron. Ekson merupakan kode yang dipakai sedangkan intron merupakan kode yang tidak pakai dan akan dibuang. Selanjutnya terjadi proses pemotongan intron dan penyambungan ekson. Sehingga akan terbentuklah mRNA yang matang dan selanjutnya akan ditransfer ke sitoplasma untuk melalui tahap selanjutnya yakni translasi di ribosom.

Gambar 7. Tahapan Transkripsi

Sumber : www.iqbalali.com

Untuk sel prokariotik, mRNA yang telah terbentuk tidak melalui proses selanjutnya untuk menghasilkan mRNA yang matang akan tetapi langsung ke tahap translasi. Hal ini disebabkan sel prokariotik tidak memiliki nukleus. Sehingga proses transkripsi dan translasi terjadi di sitoplasma. Ini juga memungkinkan proses translasi akan berlangsung ketika proses transkripsi masih berlangsung.

Gambar 8. Perbedaan proses transkripsi pada (a) sel prokariotik (b) sel eukariotik

Sumber : http://adzhar-arsyad.blogspot.co.id

2.      Translasi

Translasi merupakan proses pembuatan protein. Dalam hal ini, mRNA yang telah ditansfer ke sitoplasma (tepatnya di ribosom) akan segera diterjemahkan menjadi asam amino – asam amino yang akhirnya membentuk protein. Di ribosom tersusun atas 40% rRNA dan 60% protein. Proses translasi dapat dijabarkan menjadi 3 tahapan yaitu inisiasi, elongasi dan terminasi.

·         Inisiasi

Proses inisiasi merupakan proses pertama kali yang terjadi ketika mRNA sampai di ribosom. Ribosom terdapat 2 jenis yakni ribosom sub unit kecil dan ribosom sub unit besar. Ribosom sub unit kecil akan mengikatkan diri pada mRNA sedangkan ribosom sub unit besar akan mengikat tRNA. Dalam hal ini, mRNA sebagai kodon sedangkan tRNA sebagai antikodon. Kodon merupakan gabungan dari 3 basa nitrogen. Antikodon merupakan komplemen dari kodon. Pada bagian salah satu ujung tRNA membawa antikodon sedangkan ujung yang lainnya membawa satu jenis asam amino tertentu dari sitoplasma. Asam amino yang telah dibawa akan diaktifkan apabila antikodon yang dibawa tRNA menempel (berikatan) dengan kodon pada mRNA. Proses inisiasi ini, akan diawali dengan kodon start (kodon AUG), yang akan mengkode pembentukan asam amino metionin. Oleh sebab itu, antikodon tRNA yang akan berpasangan dengan kodon start adalah UAC. Setelah antikodon UAC menempel (berikatan) dengan kodon AUG maka asam amino pertama yakni metionin akan terbaca. Asam amino metionin ini akan berada di ribosom dan selanjutnya akan digabungkan dengan asam amino yang lainnya.

Gambar 9. Tahapan inisiasi pada translasi

Sumber :  http://dududth.blogspot.co.id

·         Elongasi

Elongasi merupakan proses kelanjutan dari inisiasi. Setelah asam amino yang pertama tadi terbentuk maka akan dilanjutkan dengan tahap pengaktifan asam amino melalui kodon demi kodon sehingga akan dihasilkan asam amino satu semi satu. Beberapa asam amino yang telah aktif ini akan dihubungkan dengan ikatan peptida sehingga membentuk polipeptida. Misalnya asam amino kedua yang dibawa oleh tRNA adalah fenialanin dengan antikodonnya berupa AAA. Dengan demikian maka antikodon AAA akan berikatan dengan kodon UUU pada mRNA. Ini menyebabkan asam amino fenialanin menjadi aktif. Fenialanin ini akan dihubungkan dengan metionin dengan ikatan peptida. Proses elongasi ini akan terus berlanjut sehingga rantai polipeptida akan semakin panjang karena banyaknya asam amino yang terbentuk.

Gambar 10. Tahapan elongasi pada translasi

Sumber :  http://dududth.blogspot.co.id

·         Terminasi

Terminasi merupakan proses akhir dari translasi. Proses ini mulai terjadi ketika kodon yang terbaca adalah kodon-kodon yang mengkode berhentinya sintesis protein. Kodon ini dinamakan kodon stop yang terdiri dari kodon UAA, UAG, dan UGA. Ketika salah satu kodon-kodon tersebut terbaca maka faktor pelepas akan memberhentikan proses sintesis protein. Proses ini akan menghasilkan rantai asam amino yang sangat panjang (polipeptida). Polipeptida dari hasil sintesis protein ini merupakan rantai protein primer. Untuk dapat digunakan dalam tubuh, protein ini harus mengalami modifikasi (pengolahan) terlebih dahulu. Proses modifikasi ini akan dilakukan di badan golgi setelah polipeptida yang terbentuk ditransfer dari Retikulum endoplasma.

Gambar 11. Tahap terminasi pada translasi

Sumber :  http://dududth.blogspot.co.id

DAFTAR PUSTAKA

Adiantoro, Heru. 2010. Makalah Sintesa Protein (online), (diakses 19 November 2015).

Alim, Tanri. 2012. Sintesis Protein dan Kode Genetik (online), (http://www.biologi-sel.com/2012/06/sintesis-protein-dan-kode-genetik.html?m=1, diakses 22 November 2015)

Anonim. 2012. DNA (online), (https://www.google.com/url?sa=t&rct= j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CBwQFjAAahUKEwiE5_iC3JzJAhVLGY4KHfUiAvg&url=http%3A%2F%2Fweb.unair.ac.id%2Fadmin%2Ffile%2Ff_35969_dna2012.pdf&usg=AFQjCNGUNUVrn14rhsgmOgTofdNFavZfTQ&cad=rja, diakses 19 November 2015)

Anonim. _____ . Proses Sintesis Protein (online), (http://www.scribd.com/mobile/doc/74111401/Proses-Sintesis-Protein, diakses 20 November 2015)

Polapelo. 2015. Pengertian Protein (online), (http://www.konsultankolesterol. com/pengertian-protein.html, diakses 19 November 2015)

Priyani, Nunuk. 2004. Struktur Kimia dari DNA (online), (library.usu.ac.id/download/fmipa/biologi-nunuk2.pdf, diakses 21 November 2015)

Winda. 2015. Makalah Sintesis Protein (online), (http://dokumen.tips/documents/makalah-sintesis-protein.html, diakses 22 November 2015)

Zakapedia. 2015. Pengertian RNA, Fungsi, Struktur. Dan Jenisnya (online), (http://www.artikelsiana.com/2015/08/pengertian-rna-asam-ribonukleat-fungsi.html?m=1#, diakses 21 November 2015)