sintesis protein adalah peristiwa biologis yang terjadi di hampir semua makhluk hidup . Sel terus-menerus mengambil informasi yang disimpan dalam DNA dan, berkat kehadiran mesin khusus yang sangat kompleks, mengubahnya menjadi molekul protein.
Namun, kode 4 huruf yang dienkripsi dalam DNA tidak langsung diterjemahkan ke dalam protein. Molekul RNA yang berfungsi sebagai perantara, disebut messenger RNA, terlibat dalam proses tersebut .
Sintesis protein. Sumber: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a7/Ribosome_mRNA_translation_es.svg
Ketika sel membutuhkan protein tertentu, urutan nukleotida dari bagian DNA yang sesuai disalin ke dalam RNA – dalam proses yang disebut transkripsi – dan ini pada gilirannya diterjemahkan ke dalam protein yang bersangkutan.
Aliran informasi yang dijelaskan (DNA ke RNA pembawa pesan dan RNA pesan ke protein) terjadi dari makhluk yang sangat sederhana seperti bakteri ke manusia . Serangkaian langkah ini disebut sebagai “dogma” utama biologi .
Mesin yang bertanggung jawab atas sintesis protein adalah ribosom . Struktur seluler kecil ini ditemukan sebagian besar dalam sitoplasma dan berlabuh ke retikulum endoplasma .
Indeks artikel
Apa itu protein?
Protein adalah makromolekul yang tersusun dari asam amino . Ini merupakan hampir 80% dari protoplasma dari seluruh sel dehidrasi. Semua protein yang membentuk suatu organisme disebut “proteom”.
Fungsinya banyak dan beragam, dari peran struktural (kolagen) hingga transportasi (hemoglobin), katalis untuk reaksi biokimia (enzim), pertahanan terhadap patogen (antibodi), antara lain.
Ada 20 jenis asam amino alami yang bergabung melalui ikatan peptida untuk membentuk protein. Setiap asam amino ditandai dengan memiliki kelompok tertentu yang memberikan sifat kimia dan fisik tertentu.
Tahapan dan karakteristik
Cara sel menginterpretasikan pesan DNA terjadi melalui dua peristiwa mendasar: transkripsi dan translasi. Banyak salinan RNA, yang telah disalin dari gen yang sama, mampu mensintesis sejumlah besar molekul protein identik.
Setiap gen ditranskripsi dan diterjemahkan secara berbeda, memungkinkan sel untuk menghasilkan jumlah yang bervariasi dari berbagai macam protein. Proses ini melibatkan berbagai jalur regulasi seluler, yang umumnya mencakup kontrol produksi RNA.
Langkah pertama yang harus dilakukan sel untuk memulai produksi protein adalah membaca pesan yang tertulis pada molekul DNA. Molekul ini bersifat universal dan berisi semua informasi yang diperlukan untuk pembangunan dan pengembangan makhluk organik.
Selanjutnya kita akan menjelaskan bagaimana sintesis protein terjadi, memulai proses “membaca” materi genetik ini dan berakhir dengan produksi protein itu sendiri.
Transkripsi: dari DNA ke messenger RNA
Pesan pada heliks ganda DNA ditulis dalam kode empat huruf yang sesuai dengan basa adenin (A), guanin (G), sitosin (C), dan timin (T).
Urutan huruf DNA ini berfungsi sebagai templat untuk membangun molekul RNA yang setara.
Baik DNA dan RNA adalah polimer linier yang terdiri dari nukleotida. Namun, mereka berbeda secara kimiawi dalam dua hal mendasar: nukleotida dalam RNA adalah ribonukleotida dan bukannya basa timin, RNA memiliki urasil (U), yang berpasangan dengan adenin.
Proses transkripsi dimulai dengan pembukaan heliks ganda di wilayah tertentu. Salah satu dari dua untai bertindak sebagai “templat” atau templat untuk sintesis RNA. Nukleotida akan ditambahkan mengikuti aturan pasangan basa, C dengan G dan A dengan U.
Enzim utama yang terlibat dalam transkripsi adalah RNA polimerase. Ini bertugas mengkatalisis pembentukan ikatan fosfodiester yang bergabung dengan nukleotida rantai. Rantai memanjang ke arah 5 ‘ke 3’.
Pertumbuhan molekul melibatkan protein berbeda yang dikenal sebagai “faktor pemanjangan” yang bertanggung jawab untuk mempertahankan pengikatan polimerase hingga akhir proses.
Penyambungan messenger RNA
Sumber: Oleh BCSteve [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], dari Wikimedia Commons
Pada eukariota , gen memiliki struktur tertentu. Urutannya diinterupsi oleh unsur-unsur yang bukan bagian dari protein, yang disebut intron. Istilah ini berlawanan dengan ekson, yang mencakup bagian gen yang akan diterjemahkan menjadi protein.
splicing adalah peristiwa besar yang melibatkan penghapusan intron dari molekul kurir untuk menghasilkan molekul yang dibangun secara eksklusif oleh ekson. Produk akhirnya adalah RNA pembawa pesan yang matang. Secara fisik, itu terjadi di spiceosome, mesin yang kompleks dan dinamis.
Selain penyambungan, RNA messenger mengalami pengkodean tambahan sebelum diterjemahkan. Sebuah “tudung” ditambahkan yang sifat kimianya adalah nukleotida guanin yang dimodifikasi, dan di ujung 5 ‘dan ekor beberapa adenin di ujung lainnya.
jenis RNA
Di dalam sel, berbagai jenis RNA diproduksi. Beberapa gen dalam sel menghasilkan molekul RNA pembawa pesan dan ini diterjemahkan menjadi protein – seperti yang akan kita lihat nanti. Namun, ada gen yang produk akhirnya adalah molekul RNA itu sendiri.
Misalnya, dalam genom ragi, sekitar 10% gen ragi memiliki molekul RNA sebagai produk akhirnya. Penting untuk disebutkan, karena molekul-molekul ini memainkan peran mendasar dalam hal sintesis protein.
– RNA ribosom : RNA ribosom adalah bagian dari jantung ribosom , struktur kunci untuk sintesis protein.
Sumber: Jane Richardson (Dcrjsr) [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], dari Wikimedia Commons
Pemrosesan RNA ribosom dan perakitan selanjutnya menjadi ribosom terjadi dalam struktur nukleus yang sangat mencolok – meskipun tidak dibatasi oleh membran – yang disebut nukleolus .
– Transfer RNA: berfungsi sebagai adaptor yang memilih asam amino tertentu dan, bersama dengan ribosom , menggabungkan residu asam amino ke dalam protein. Setiap asam amino terkait dengan molekul RNA transfer.
Dalam eukariota ada tiga jenis polimerase yang, meskipun secara struktural sangat mirip satu sama lain, memainkan peran yang berbeda.
RNA polimerase I dan III menyalin gen yang mengkode RNA transfer, RNA ribosom, dan beberapa RNA kecil. RNA polimerase II menargetkan translasi gen yang mengkode protein.
– RNA Kecil Terkait dengan Regulasi: RNA pendek lainnya berpartisipasi dalam regulasi ekspresi gen. Ini termasuk microRNA dan RNA kecil yang mengganggu.
MicroRNA mengatur ekspresi dengan memblokir pesan tertentu, dan yang kecil yang mengganggu menutup ekspresi melalui degradasi langsung dari pembawa pesan. Demikian pula, ada RNA nuklir kecil yang berpartisipasi dalam proses penyambungan messenger RNA.
Terjemahan: dari messenger RNA ke protein
Setelah RNA pembawa pesan matang melalui proses penyambungan dan berjalan dari nukleus ke sitoplasma sel, sintesis protein dimulai. Ekspor ini dimediasi oleh kompleks pori nukleus – serangkaian saluran berair yang terletak di membran nukleus yang secara langsung menghubungkan sitoplasma dan nukleoplasma.
Dalam kehidupan sehari-hari, kita menggunakan istilah “terjemahan” untuk merujuk pada konversi kata dari satu bahasa ke bahasa lain.
Misalnya, kita dapat menerjemahkan buku dari bahasa Inggris ke bahasa Spanyol. Pada tingkat molekuler, translasi melibatkan perubahan dari bahasa ke RNA menjadi protein. Lebih tepatnya, itu adalah perubahan dari nukleotida menjadi asam amino. Tapi bagaimana perubahan dialek ini terjadi?
Kode genetik
Urutan nukleotida gen dapat diubah menjadi protein mengikuti aturan yang ditetapkan oleh kode genetik. Ini diuraikan pada awal 1960-an.
Seperti yang dapat disimpulkan oleh pembaca, translasi tidak boleh satu atau satu, karena hanya ada 4 nukleotida dan 20 asam amino. Logikanya adalah sebagai berikut: penyatuan tiga nukleotida dikenal sebagai “kembar tiga” dan mereka terkait dengan asam amino tertentu.
Karena ada 64 kemungkinan kembar tiga (4 x 4 x 4 = 64), kode genetiknya berlebihan. Artinya, asam amino yang sama dikodekan oleh lebih dari satu triplet.
Keberadaan kode genetik bersifat universal dan digunakan oleh semua organisme hidup yang menghuni bumi saat ini. Penggunaan yang luas ini adalah salah satu homologi molekuler alam yang paling mencolok.
Kopling asam amino untuk mentransfer RNA
Kodon atau triplet yang terdapat pada molekul messenger RNA tidak memiliki kemampuan untuk mengenali asam amino secara langsung. Sebaliknya, translasi RNA messenger bergantung pada molekul yang mampu mengenali dan mengikat kodon dan asam amino. Molekul ini adalah RNA transfer.
Transfer RNA dapat melipat menjadi struktur tiga dimensi kompleks yang menyerupai semanggi. Dalam molekul ini ada daerah yang disebut ” antikodon “, dibentuk oleh tiga nukleotida berurutan yang berpasangan dengan nukleotida komplementer berurutan dari rantai RNA pembawa pesan.
Seperti yang kita sebutkan di bagian sebelumnya, kode genetik berlebihan, sehingga beberapa asam amino memiliki lebih dari satu RNA transfer.
Deteksi dan fusi asam amino yang benar ke RNA transfer adalah proses yang dimediasi oleh enzim yang disebut aminoasil-tRNA sintetase. Enzim ini bertanggung jawab untuk menggabungkan kedua molekul melalui ikatan kovalen.
Pesan RNA didekode oleh ribosom
Untuk membentuk protein, asam amino dihubungkan bersama melalui ikatan peptida. Proses membaca messenger RNA dan pengikatan asam amino spesifik terjadi di ribosom.
Ribosom
Ribosom adalah kompleks katalitik yang terdiri dari lebih dari 50 molekul protein dan berbagai jenis RNA ribosom. Pada organisme eukariotik, rata-rata sel mengandung jutaan ribosom di lingkungan sitoplasma.
Secara struktural, ribosom terdiri dari subunit besar dan kecil. Peran bagian kecil adalah untuk memastikan bahwa RNA transfer dipasangkan dengan benar dengan RNA pembawa pesan, sedangkan subunit besar mengkatalisis pembentukan ikatan peptida antara asam amino.
Ketika proses sintesis tidak aktif, dua subunit yang membentuk ribosom dipisahkan. Pada awal sintesis, RNA pembawa pesan bergabung dengan kedua subunit, umumnya di dekat ujung 5 ‘.
Dalam proses ini, pemanjangan rantai polipeptida terjadi dengan penambahan residu asam amino baru dalam langkah-langkah berikut: pengikatan RNA transfer, pembentukan ikatan peptida, translokasi subunit. Hasil dari langkah terakhir ini adalah pergerakan seluruh ribosom dan siklus baru dimulai.
Perpanjangan rantai polipeptida
Tiga situs dibedakan dalam ribosom: situs E, P, dan A (lihat gambar utama). Proses pemanjangan dimulai ketika beberapa asam amino telah terikat secara kovalen dan ada molekul RNA transfer di situs P.
Transfer RNA yang memiliki asam amino berikutnya yang akan dimasukkan mengikat ke situs A dengan memasangkan basa dengan RNA pembawa pesan. Bagian terminal karboksil dari peptida kemudian dilepaskan dari RNA transfer di situs P, dengan memutus ikatan energi tinggi antara RNA transfer dan asam amino yang dibawanya.
Asam amino bebas melekat pada rantai, dan ikatan peptida baru terbentuk. Reaksi sentral dalam seluruh proses ini dimediasi oleh enzim peptidil transferase, yang ditemukan di subunit besar ribosom. Jadi, ribosom berjalan melalui RNA pembawa pesan, menerjemahkan dialek dari asam amino menjadi protein.
Seperti dalam transkripsi, faktor pemanjangan juga terlibat selama translasi protein. Unsur-unsur ini meningkatkan kecepatan dan efisiensi proses.
Penyelesaian terjemahan
Proses translasi berakhir ketika ribosom bertemu dengan kodon stop: UAA, UAG atau UGA. Ini tidak dikenali oleh RNA transfer apa pun dan tidak mengikat asam amino apa pun.
Pada saat ini, protein yang dikenal sebagai faktor pelepas mengikat ribosom dan menyebabkan katalisis molekul air dan bukan asam amino. Reaksi ini melepaskan ujung karboksil terminal. Akhirnya, rantai peptida dilepaskan ke dalam sitoplasma sel.
Referensi
- Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biokimia. edisi ke-5. New York: WH Freeman.
- Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Undangan Biologi . Ed. Medis Panamerika.
- Darnell, JE, Lodish, HF, & Baltimore, D. (1990). Biologi sel molekuler . New York: Buku Ilmiah Amerika.
- Hall, JE (2015). Guyton and Hall buku teks fisiologi medis e-Book . Ilmu Kesehatan Elsevier.
- Lewin, B. (1993). gen Volume 1. Kembalikan.
- Lodish, H. (2005). Biologi seluler dan molekuler . Ed. Medis Panamerika.
- Ramakrishnan, V. (2002). Struktur ribosom dan mekanisme translasi. Sel , 108 (4), 557-572.
- Tortora, GJ, Funke, BR, & Kasus, CL (2007). Pengantar mikrobiologi . Ed. Medis Panamerika.
- Wilson, DN, & Cate, JHD (2012). Struktur dan fungsi ribosom eukariotik. Perspektif Cold Spring Harbor dalam biologi , 4 (5), a011536.
