PROSES SINTESIS PROTEIN

A.      Gen, Kromosom, DNA

Gambar Hubungan gen, DNA, dan kromosom. 

1.         Gen

Gen merupakan unit fungsional yang diturunkan berkaitan dengan ruas DNA yang mengkode suatu polipeptida tertentu. Gen tidak sama dengan genom. Genom merupakan keseluruhan sekuense DNA pada organisme (seluruh material genetik).

2.         Kromosom

Kromosom adalah material genetik yang dapat dilihat selama pembelahan sel pada fase prometafase atau metafae. Kromosom merupakan bentukan pengemasan DNA.

Gambar  Kromosom.

3.         DNA

DNA merupakan tempat penyimpana informasi genetik yang berupa gen.  DNA berada di dalam nucleus. Penemuan DNA diawali oleh Bapak Genetika “Mendel” yang merupakan penemu pertama mengenai pewarisan sifat. Kemudian muncul penelitian-penelitian mengenai DNA yang dimulai dari Fred Giffith (1928) dengan menggunakan strain S (viruline) dan strain R (non-viruline) kemudian ditemukannya adanya transformasi DNA. Adanya transformasi DNA dikuatkan melalui penelitian yang dilakukan oleh Oswald Avery (1928). Selanjutnya penelitian Franklin (1951) yang mengunakan pengambilan gambar melalui sinar X-ray untuk menemukan kristal DNA. Selanjutnya penelitian DNA yang sudah menjelaskan bahwa DNA adalah double helix adalah Waton & Crick (1953).

Gambar Struktur DNA Double Helix. 

Rantai molekul DNA berpilin satu sama lainnya yang disebut dengan double helix. DNA merupakan gabungan dari nukleotida. Tiap-tiap nukleotida terdiri atas basa nitrogen, gula, dan fosfat. Nukleotida-nukelotida ini kemudian tersambung dalam satu rantai ikatan phospodiester yang kuat yang menyambungkan phospat dengan gula pentose (C5) sehingga sulit untuk dipisahkan. Sedangkan untuk menyambungkan basa nitrogen yang saling berikatan yaitu Adenin dengan Timin dan Guanin dengan Sitosin menggunakan ikatan hidrogen yang ikatannya sangat lemah sehingga mudah untuk dipisahkan. Dua strand DNA bersifat anti parallel (arahnya berlawanan). Sesuai dengan Chargaff’s Rule maka (A=T) dan (G=C) besar A+G = T+C.

B.       Replikasi DNA

Replikasi DNA terjadi ketika proses duplikasi kromosom. Rantai DNA baru dibentuk berdasarkan urutan nukleotida pada DNA yang digandakan. Proses replikasi diperlukan ketika sel akan membelah diri dan semua sel turunan memiliki informasi genetik yang sama. Proses replikasi DNA dimulai dengan memisahkan ikatan hidrogen antar basa nitrogen. Selanjutnya masing-masing rantai hasil duplikasi berfungsi sebagai template untuk rantai baru. Nukleotida baru akan bergerak menuju komplementer dengan bantuan enzim DNA Polymerase. Replikasi DNA dibagi menjadi 3 jenis yaitu: semi konserfatif, konserfatif, dan dispersive. Namun yang sesuai hanyalah pada jenis replikasi DNA semi konserfatif dimana ada randai DNA ganda kemudian rantai tersebut melepas sehingga terbentuk DNA baru.

Gambar Replikasi DNA.

C.      Perbedaan RNA dan DNA

Pembeda	DNA	RNA
Gula	Deoxyribusa (kehilangan 1 oxigen pada C2)	Ribusa
Rantai	Double stranded	Single stranded
Basa Nitrogen	Adenin, Timin, Guanin, Sitosin	Adenin, Urasil, Guanin, Sitosin
Tipe	-	Terdapat 3 tipe RNA: -       mRNA (membawa informasi genetik ke ribosom) -       rRNA (bersama dengan protein membentuk ribosom) -       tRNA (transfer asam amino ke ribosom)

D.     Sintesis Protein

Sintesis protein merupakan pembentukan rantai popipeptida dari protein-protein yang saling dihubungkan menggunakan ikatan peptida. Ekspresi gen merupakan proses di mana informasi yang dikode di dalam gen diterjemahkan menjadi urutan asam amino selama sintesis protein. Sintesis protein terdapat dua tahapan yaitu transkripsi dan translasi.

Gambar Proses Sintesis Protein.

A.  Transkripsi 

Transkripsi merupakan tahapan sintesis RNA dari DNA template, yaitu rantai sense, sedangkan rantai komplemennya disebut rantai antisense. mRNA merupakan pembawa informasi genetik pada proses sintesis protein yang akan dibawa ke ribosom. Pembentukan mRNA dengan bantuan enzim RNA polimerase. Adanya enzim polimerasi dapat memecah ikatan hidrogen sehingga membuka pilinan kedua rantai DNA hingga terpisah dan dibentuklah rantai nukleotida RNA. Sebelum mRNA masuk pada tahapan translasi maka mRNA akan dikeluarkan dari nucleus menuju sitoplasma melalui celah inti (nuclease pore).

Gambar Tahapan Transkripsi.

B. Translasi 

Dalam proses translasi, sel menginterpretasikan informasi genetik dan membentuk protein yang sesuai dengan yang diterjemahkan. mRNA setelah dikeluarkan dari inti sel maka setelah berada di sitoplasma sub unit kecil ribosom akan mengikat mRNA, setelah mRNA menempel pada sub unit kecil ribosom, barulah sub unit besar ribosom ikut bergabung. Setelah mRNA menempel pada  ribosom, molekul tRNA membawa asam amino spesifik pada salah satu ujungnya dan menerjemahkan molekul mRNA. tRNA mentransfer asam amino dari sitoplasma ke ribosom. 

Gambar Proses Translasi.

Kodon dan antikodon harus didahului oleh pelekatan yang benar antara tRNA dengan asam amino. tRNA yang telah membawa asam amino tertentu sesuai dengan urutan antikodon yang dibawanya, baru tRNA menterjemahkan kodon mRNA. Tiap asam amino digabungkan dengan tRNA yang sesuai oleh suatu enzim spesifik yang disebut aminoacyl-tRNA synthetase.  Ribosom memudahkan pelekatan yang spesifik antara antikodon tRNA dengan kodon mRNA selama sintesis protein. Sub unit ribosom dibangun oleh protein-protein dan molekul-molekul RNA yang disebut RNA ribosomal.  Kemudian dari asam-asam amino yang terbentuk maka asam amino tersebut di ikat oleh ikatan peptida sehingga terbentuk rantai polipeptida.

Translasi menjadi tiga tahap (sama seperti pada transkripsi) yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi. Semua tahapan ini memerlukan faktor-faktor protein yang membantu mRNA, tRNA, dan ribosom selama proses translasi. Inisiasi dan elongasi rantai polipeptida juga membutuhkan sejumlah energi. Energi ini disediakan oleh GTP (guanosin triphosphat), suatu molekul yang mirip dengan ATP. 

1. Inisiasi

Tahap inisiasi dari translasi terjadi dengan adanya start mRNA dan sebuah tRNA yang memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua sub unit ribosom. Pertama, sub unit ribosom kecil mengikatkan diri pada mRNA dan tRNA inisiator khusus (lihat gambar). Sub unit ribosom kecil melekat pada tempat tertentu di ujung 5` dari mRNA. Pada arah ke bawah dari tempat pelekatan ribosom sub unit kecil pada mRNA terdapat kodon inisiasi AUG, yang membawa asam amino metionin, melekat pada kodon inisiasi. 

2. Elongasi

Pada tahap elongasi dari translasi, asam amino ditambahkan satu per satu pada asam amino pertama (metionin). Kodon mRNA pada ribosom membentuk ikatan hidrogen dengan antikodon molekul tRNA yang baru masuk yang membawa asam amino yang tepat. Molekul rRNA dari sub unit ribosom besar berfungsi sebagai enzim, yaitu mengkatalisis pembentukan ikatan peptida yang menggabungkan polipeptida yang memanjang ke asam amino yang baru tiba. 

3. Terminasi

Tahap akhir translasi adalah terminasi. Elongasi berlanjut hingga kodon stop mencapai ribosom. Triplet basa kodon stop adalah UAA, UAG, dan UGA. Kodon stop tidak mengkode suatu asam amino melainkan bertindak sebagai sinyal untuk menghentikan translasi.

E.       Sintesis Protein Pada Sel Eukariotik Dan Prokariotik

Sel Eukariotik	Sel prokariotik

Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa pada sel prokariotik seluruh proses sintesis protein berada pada satu ruang yang sama yaitu pada sitoplasma. Sedangkan pada sel eukariotik sintesis protein terjadi pada inti sel dan sitoplasma. Hal ini dikarenakan pada sel prokariotik tidak memiliki inti sel.

DAFTAR PUSTAKA

Rachmadiarti F, dkk. 2007. Biologi Umum. Surabaya : Unipress.

Nuraziza, A.N. 2015. Online : http://www.academia.edu/4590317/Sintesis_Protein.html.

Diakses pada tanggal 20 November 2015 pukul 19.42.