SINTESIS PROTEIN Atikah Ridhowati / 1306392922 Prodi S-1 Teknik Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Depok ABSTRAK Sintesis protein merupakan proses pencetakan protein dalam sel khususnya ribosom. Protein sendiri adalah senyawa organic yang penting hadir dalam organisme hidup. Mereka sangat penting di hamper semua fungsi sel, meskipun protein spesifik yang terlibat dalam fungsi tertentu. Sintesis protein digunakan untuk menunjukkan terjemahan, yang sebaliknya merupakan bagian utama dalam proses sintesis protein. Ketika dipelajari secara rinci, sintesis protein sangat kompleks. Proses itu sendiri dimulai dengan produksi asam amino yang berbeda, dari yang beberapa berasal dari sumber makanan. Kata Kunci : protein folding, translocation, intiation, elongation, termination, intein splicing A. Pengertian Sintesis Protein Sintesis protein adalah proses dimana asam amino secara linear diatur menjadi protein melalui keterlibatan RNA ribosom, RNA transfer, RNA, dan berbagai enzim. Sintesis protein adalah proses dimana sel-sel individual disusun membentuk protein. Baik asam deoksiribonukleat (DNA) dan semua jenis asam ribonukleat (RNA) akan terlibat dalam proses ini. Enzim dalam inti sel memulai proses sintesis protein dengan terlebih dahulu unwinding (membuka) bagian yang diperlukan dari DNA, sehingga RNA dapat dibuat. Bentuk RNA sebagai salinan satu sisi untai DNA, dan dikirim ke area lain dari sel untuk membantu dalam membawa bersama-sama dari asam amino yang berbeda yang akan membentuk protein. Sintesis protein dinamakan demikian karena protein “disintesis” melalui proses mekanik dan kimia dalam sel.
Gambar 1. Pengertian Sintesis Protein (Sumber: http://www.sridianti.com/wp-content/uploads/2014/07/Pengertian-SintesisProtein-400x239.jpg) Setelah untai RNA telah dibuat dalam inti, disebut RNA (mRNA). mRNA keluar dari nukleus melalui lubang kecil yang disebut pori-pori nuklir, dan bergerak ke area yang lebih besar dari sel, yang dikenal sebagai sitoplasma. Setelah keluar dari inti, mRNA ditarik menuju struktur yang dikenal sebagai ribosom, yang berfungsi sebagai stasiun kerja sel untuk sintesis protein. Pada titik ini, hanya satu sub-unit ribosom yang hadir. Saat mRNA mengikat sub-unit ribosom, memicu pendekatan lain untai RNA, disebut RNA transfer (tRNA). Untai tRNA akan mencari tempat yang tepat untuk mengikat mRNA, dan ketika menemukan, itu akan menempel pada mRNA, sambil memegang sebuah asam
amino pada salah satu ujungnya. Ketika ini terjadi, sub-unit lain dari ribosom tiba untuk membentuk struktur lengkap. Saat ribosom mengelilingi helai RNA, untai lain tRNA mendekat. Untai ini membawa asam amino lain, dan berbeda dari yang pertama. Sekali lagi, tRNA mencari tempat yang tepat untuk mengikat mRNA. Ketika untai kedua dari tRNA di tempat dengan asam amino, dua asam amino mengikat bersama-sama dengan bantuan dari ribosom, serta energi sel dalam bentuk adenosin trifosfat (ATP). Urutan ini berulang, dan rantai asam amino tumbuh lagi. Ketika asam amino semuanya telah ditempatkan dalam urutan yang benar, rantai dilipatan ke dalam bentuk tiga dimensi. Ketika ini terjadi, protein selesai. Setelah protein telah berhasil dibuat, dua sub-unit ribosom terpisah, akan bergabung lagi untuk digunakan nanti. Proses sintesis protein terjadi di berbagai ribosom seluruh sel. Sebuah sel yang beroperasi secara efisien dapat mensintesis ratusan protein setiap detik. B. Peran RNA dalam Sintesis Protein Dalam semua sel hidup, proses menerjemahkan informasi genetik dari DNA ke protein yang melakukan sebagian besar pekerjaan dalam sel dilakukan oleh mesin molekuler yang terbuat dari kombinasi RNA dan protein. Anehnya, itu adalah RNA, bukan protein, yang melakukan pekerjaan penting dalam mesin pembuat-protein ini, yang disebut ribosom. Bentuk dasar dan inti fungsional ribosom dibentuk oleh RNA. RNA telah dipertahankan melalui lebih dari satu miliar tahun evolusi: RNA ribosom pada bakteri dan manusia sangat mirip. Kedua RNA, disebut RNA atau mRNA, menggerakan informasi genetik dari DNA ke ribosom. Messenger RNA menyediakan ribosom dengan cetak biru untuk membangun protein. Asam amino adalah bahan bangunan protein. Setiap asam amino dalam protein dikirim ke ribosom dengan jenis lain dari RNA: RNA transfer (tRNA). Ribosom menggunakan informasi dalam messenger RNA untuk menghubungkan bersama transfer RNA mengikat asam amino dalam urutan yang benar untuk membuat setiap jenis yang berbeda dari protein dalam sel: sel manusia membuat hampir 100.000 jenis protein, masing-masing dengan messenger RNA dengan urutan yang unik. Peran sentral dari RNA dalam sintesis protein diilustrasikan oleh fakta bahwa banyak antibiotik digunakan untuk melawan infeksi dengan mengikat RNA ribosom bakteri dan menghambat produksi protein seluler. Hal ini untuk mencegah bakteri tumbuh. Kesalahan dalam produksi atau urutan komponen RNA dari mesin sintesis protein juga dapat menyebabkan penyakit pada manusia, termasuk, anemia Diamond Blackfan, yang disebabkan oleh cacat dalam produksi ribosom, Dyskeratosis congenita, disebabkan oleh cacat dalam struktur RNA ribosom, dan beberapa bentuk diabetes, miopati dan ensefalopati akibat mutasi pada RNA transfer. C. Peran DNA dalam Sintesis Protein Peran asam deoksiribonukleat atau DNA dalam sintesis protein adalah sebagai cetak biru. Ini adalah panduan untuk struktur protein yang diproduksi. Tanpa DNA, ribosom dalam sel yang diberikan tidak akan tahu apa yang harus dimasukkan kedalam asam amino. DNA memiliki fungsi yang sama pada sel prokariotik dan eukariotik, meskipun ada perbedaan halus. DNA adalah rantai asam nukleat dibagi menjadi dua polimer atau helai. Masingmasing berdiri memiliki satu set asam amino yang terhubung ke asam amino yang berlawanan pada polimer lain untuk menghasilkan struktur yang terlihat seperti tangga pembersih jendela. Urutan asam amino adalah peta genetik informasi yang memberitahu sel bagaimana harus terstruktur dan memberitahu sel-sel bagaimana menggabungkan untuk membentuk organisme yang lebih besar. Informasi ini digunakan secara langsung untuk membangun komponen sel seperti asam ribonukleat (RNA) dan protein. Kehadiran DNA dalam sintesis protein sangat penting. Sintesis protein adalah tindakan menciptakan protein baru dalam sel. Seluruh proses terjadi di dalam ribosom, semacam pabrik protein, dalam sel. Panduan ribosom dalam sel eukariotik dan semua ribosom dalam sel prokariotik mensintesis protein dalam sitoplasma.
Ada banyak langkah untuk proses sintesis protein. Penggunaan DNA selama sintesis protein berlangsung dalam tahap yang disebut sintesis asam amino pertama. Tahap kedua disebut transkripsi, dan tahap akhir adalah di mana ribosom menerjemahkan informasi ke dalam protein. Sebuah protein yang disebut helikase membagi terpisah kedua polimer DNA dalam sintesis protein. Salah satu helai akan berisi cetak biru protein sel yang dibutuhkan. Untai ini akan disalin ke RNA (mRNA) ketika mRNA diatur sehingga terdiri dari asam amino berlawanan dengan mereka yang hadir di bagian DNA yang disalin. mRNA kemudian mengambil informasi ke ribosom. Ribosom akan memproses mRNA sehingga menerjemahkan kode asam amino menggunakan kebalikan dari mereka pada mRNA, sehingga kembali rantai akan kembali ke bentuk aslinya. Dari sini, ribosom membuat protein. Organisme tidak mampu mensintesis semua asam amino. Ada sekitar 20 asam amino yang dikenal di dunia, dan manusia dapat mensintesis sekitar 12 dari mereka. Sisanya yang tertelan melalui makanan dan kadang-kadang minum. Sel prokariotik akan mengkonversi DNA dalam sintesis protein langsung ke mRNA. Sel eukariotik, bagaimanapun, pertama menuliskan DNA ke RNA nuklir heterophil (hnRNA). D. Peran Ribosom dalam Sintesis Protein Ribosom adalah struktur dalam sel biologis, dijuluki “pabrik” untuk peran tunggal mereka dalam merakit protein yang membentuk dan mendefinisikan fungsi sel. Protein adalah senyawa kimia kompleks yang telah disebut “bahan bangunan kehidupan.” Rumus instruksional yang dikodekan dalam DNA genetik (asam deoksiribonukleat) dalam inti pusat sel. Sintesis protein adalah bidang biologi molekuler yang mempelajari proses dimana kode DNA ditranslasi menjadi protein fungsional. Peran ribosom dalam sintesis protein sangat penting.
Gambar 2. Diagram Ribosom (Sumber: http://www.sridianti.com/wp-content/uploads/2013/11/diagramribosom.jpg) Pertama, dalam proses yang disebut transkripsi, DNA membuat salinan fungsional dari dirinya sendiri disebut RNA (asam ribonukleat). Ini secara khusus bernama messenger RNA (mRNA) untuk fungsinya untuk memberikan instruksi kode ke ribosom. Sepanjang jalan, RNA membuat salinan terfragmentasi sendiri bernama RNA transfer (tRNA). Salinan ini yang dirilis untuk mengikat dengan senyawa organik bebas dalam sel yang disebut asam amino. Sementara itu, mRNA mengikat ribosom, yang mulai “membaca” informasi dalam proses yang disebut translasi. Informasi tersebut merupakan urutan dari banyak asam amino yang berbeda. Seperti itu sedang dibaca, kode pencocokan tRNA tertarik untuk ribosom dan mentransfer muatan terpasang. Satu demi satu, rantai asam amino sehingga tercipta sampai protein selesai dan sinyal mRNA dirilis dari ribosom. Peran ribosom dalam sintesis protein ini mirip dengan jalur perakitan linier asam amino dalam protein jadi. DNA dan RNA sendiri adalah rantai linear dari empat molekul kimia yang disebut nukleotida – adenin, sitosin, timin pada DNA atau urasil di RNA, dan guanin – disingkat A, C, T atau U, dan G masing-masing. Rantai yang sangat panjang
nukleotida ini di mRNA adalah serupa dengan rekaman ticker yang ribosom membaca dan menerjemahkan ke dalam asam amino merupakan kode yang spesifik. Ribosom yang mereka terbuat dari protein dan untai RNA. Mereka dapat dianggap sebagai memiliki dua subunit fungsional, masing-masing mengikat baik pembawa pesan atau RNA transfer. Ribosom dalam sintesis protein memulai proses perakitan ketika bertemu dengan serangkaian spesifik nukleotida mRNA, yaitu A-U-G Disebut kodon, urutan nukleotida UAG adalah instruksi untuk menghentikan produksi, dan ribosom dua subunit terpisah, melepaskan protein dalam proses. Pada langkah terakhir, ribosom dalam sintesis protein tidak terlibat sama sekali. Dalam proses yang tidak dipahami dengan baik, rantai lurus asam amino yang membentuk protein morphs menjadi bentuk fisik yang telah ditetapkan. Disebut protein folding, faktor yang paling dikutip dalam menentukan bagaimana rantai memampatkan dirinya menjadi bentuk tiga dimensi adalah: suhu, sekitar pelarut seperti air, kehadiran garam, dan daya tarik molekul dan interaksi dari semua ikatan hidrogen protein ini. E. Tempat Sintesis Protein Sintesis protein adalah proses multi-langkah yang mengambil tempat di beberapa lokasi seluler yang berbeda, termasuk inti sel dan pada ribosom. Kode genetik yang berisi instruksi untuk sintesis protein yang terkandung dalam DNA, atau asam deoksiribonukleat, yang disimpan dalam inti sel. DNA ditranskripsi menjadi asam ribonukleat, atau RNA, dalam inti sebelum RNA tersebut diangkut ke sitoplasma di luar inti. Di luar inti, ribosom adalah tempat sintesis protein – ribosom dapat ditemukan di sitosol, bagian cairan seperti sitoplasma, atau melekat pada retikulum endoplasma kasar. Sebuah proses yang dikenal sebagai translasi, dimana transkrip RNA diterjemahkan ke protein fungsional, yang berlangsung di ribosom.
Gambar 3. Tempat Sintesis Protein (Sumber: http://www.sridianti.com/wp-content/uploads/2014/08/struktur-seltumbuhan-400x346.jpg) Lokasi awal sintesis protein adalah inti. Protein sendiri tidak diproduksi dalam jumlah besar dalam organel ini, namun transkrip RNA dari instruksi genetik untuk sintesis protein yang diproduksi di sana. Sebuah ribosom tidak mampu menerjemahkan DNA langsung ke protein, sehingga diperlukan langkah transkripsi perantara. Setelah transkripsi, transkrip RNA pindah dari inti sehingga transkrip dapat diterjemahkan oleh ribosom, yang
tidak hadir dalam jumlah besar di inti. Transkripsi terjadi hampir tanpa henti dalam inti sel, karena ada permintaan seluler yang konstan untuk lebih banyak protein. Translasi, proses di mana sebuah untai RNA digunakan dalam pengembangan protein, mengambil tempat di ribosom. Ribosom menghubungkan asam amino menjadi rantai panjang. Rantai ini umumnya tidak berguna sebagai rantai linear, tetapi sifat-sifat kimia asam amino dan lokasi mereka dalam rantai menyebabkan mereka untuk melipat menjadi bentuk fungsional. Dalam banyak kasus, lipatan ini terjadi selama sintesis – tepat di tempat sintesis protein – sementara dalam kasus lain, protein lain harus membantu dalam proses pelipatan. Beberapa ribosom ada dalam sitosol, atau bagian cairan seperti sitoplasma sel, sementara yang lain ada pada struktur yang disebut retikulum endoplasma kasar. Sebuah ribosom belum tentu terjebak secara permanen ke retikulum endoplasma – ribosom teratur menempel dan meninggalkannya. Struktur berfungsi untuk mengangkut protein tertentu, terutama protein sekretori, untuk lokasi selular yang berbeda. Setelah meninggalkan lokasi tempat mereka disintesis, protein yang dengan sinyal rantai yang menyebabkan mereka untuk diarahkan ke tujuan tertentu ditandai. Tempat sintesis, maka, tidak selalu dekat dengan tempat di mana protein tersebut benar-benar digunakan. F. Mekanisme Sintesis Protein dalam Sel Mekanisme Sintesis Protein dalam sel. Proses sintesis protein terjadi dalam dua langkah utama didorong oleh enzim dalam sel. Pertama, asam deoksiribonukleat (DNA) ditranskripsi menjadi asam ribonukleat (RNA) dengan enzim RNA polimerase. Kedua, RNA kemudian diterjemahkan ke dalam molekul protein oleh ribosom di dalam sel. Transkripsi DNA dan translasi RNA adalah langkah-langkah kunci dalam proses pusat biosintesis protein.
Gamba 4. Proses Sintesis Protein (Sumber: http://www.sridianti.com/wp-content/uploads/2013/08/images2.jpg) Transkripsi adalah langkah pertama dalam proses sintesis protein, dan biasanya diprakarsai oleh berbagai sinyal molekul dalam inti sel. Untuk memulai, enzim DNA helikase membuka ritsleting dua untai DNA, memperlihatkan untai template, yang akan mengkode untuk RNA yang akan ditranskripsi. Selanjutnya, enzim RNA polimerase berikatan dengan untai cetakan, bergerak sepanjang dan mensintesiskan untai RNA (mRNA) yang melengkapi untai DNA template. Setiap nukleotida tunggal DNA akan mengkode untuk satu nukleotida RNA yang akan ditambahkan ke untai mRNA. Pada sel eukariotik, mRNA biasanya akan diubah setelah dibuat. Langkah ini dalam proses sintesis protein melibatkan penambahan tutup pada bagian depan, yang biasanya guanin nukleotida termetilasi, dan ekor poli-adenin (ekor poli-A) ke belakang. MRNA juga
akan disambung, karena enzim dalam sel menghapus segmen mRNA yang tidak terlibat langsung dalam coding untuk protein target. Segmen ini dikenal sebagai intron, sedangkan segmen yang terlibat dalam coding untuk protein yang dikenal sebagai ekson. Langkah berikutnya dalam proses sintesis protein terjemahan, di mana kode RNA untuk asam amino tertentu. Proses ini dikatalisis di luar inti oleh ribosom, organel kecil yang terbuat dari RNA ribosom (rRNA) dan protein. Ribosom mengikat kedua untai mRNA dan asam amino yang akan membentuk protein akhir. Setiap set dari tiga nukleotida mRNA akan mengkode untuk satu asam amino tertentu. Ribosom berjalan menuruni untai mRNA, menambahkan satu asam amino pada suatu waktu, sampai mereka mencapai ekor poli-A dan menyelesaikan translasi protein. Kadang-kadang proses sintesis protein melibatkan langkah-langkah tambahan setelah polipeptida telah dibuat. Protein dapat mulai melipat menjadi struktur asli, atau paling stabil konformasi tiga dimensi, dengan interaksi hidrofobik. Karena sel adalah encer, atau berbasis air, lingkungan, sangat polar, dan asam amino hidrofobik akan berkumpul bersama untuk menghindari terkena lingkungan ini. Pengelompokan ke dalam residu hidrofobik memberikan protein stabilitas lebih energik, dan membantu untuk melipat. Sering, protein tidak dapat melipat ke dalam struktur asli mereka atas kemauan sendiri. Dalam hal ini, mereka membutuhkan bantuan chaperonin, satu enzim protein yang mengikat yang baru disintesis polipeptida dan melipat ke dalam bentuk yang benar. Chaperonins dan enzim lainnya juga dapat memperbaiki terdenaturasi, gagal melipat, atau protein lain yang rusak. Perbedaan Sintesis Protein pada Eukariot dan Prokariot Pada proses pre-translasi (transkripsi), produk pertama yang dihasilkan dari proses transkripsi prokariotik dan eukariotik berbeda. Pada prokariotik, hasil dari transkripsi ialah mRNA sedangkan pada eukariotik, hasil pertama dari proses transkripsi ialah tranksrip primer yang kemudian akan mengalami modifikasi (mengikat 7-methyl-guanosine, berpasangan dengan sebuah poly A tail) untuk menghasilkan hnRNA (heterophil nuclear RNA). hnRNA akan mengalami proses splicing intron (bagian gen non-coding) via spliceosomes untuk menghasilkan mRNA. Pada prokariotik, proses transkipsi dan translasi dapat terjadi secara simultan serta proses regulasi sintesis protein lebih sederhana. Pada eukariotik transkipsi terjadi di inti, dan translasi terjadi di sitoplasma dan keduanya tidak dapat berjalan secara bersamaan. Proses regulasi sintesis protein eukariotik lebih kompleks Translasi dalam genetika dan biologi molekular adalah proses penerjemahan urutan nukleotida yang ada pada molekul mRNA menjadi rangkaian asam-asam amino yang menyusun suatu polipeptida atau protein. Translasi hanya terjadi pada molekul mRNA, sedangkan rRNA dan tRNA tidak ditranslasi. Molekul mRNA yang merupakan salinan urutan DNA menyusun suatu gen dalam bentuk single strand. mRNA membawa informasi urutan asam amino. Tahap inisiasi yaitu dimulai dengan mengikat ribosomal subunit kecil pada urutan spesifik rantai mRNA. Ikatan tersebut berada pada urutan 5 dan 11 nukleotid pada mRNA pada kodon AUG. Setelah itu, subunit kecil berikatan dengan molekul tRNA khusus, yang disebut N-formil metionin (fMet), mengenali dan mengikat ke kodon inisiator. Setelah itu, akan terjadi pengikatan dengan subunit besar, membentuk kompleks inisiasi. Inisiator pada prokariotik dan eukariotik juga memiliki perbedaan. Pada prokariotik faktor insiasinya yaitu IF1, IF2, dan IF3 sedangkan pada eukariotik eIF4A, eIF4E dan eIF4G . Dengan terbentuknya kompleks inisiasi, fMet-tRNA menempati lokasi P dari ribosom dan situs A dibiarkan kosong. Ribosom pada dasarnya terbagi menjadi subunit kecil dan subunit besar. Pada prokariotik ribosomal berupa 70S (subunit besar 50S dan subunit kecil 30S) sedangkan pada eukariotik ribosomal berupa 80S (subunit besar 60S dan subunit kecil 40S) Seluruh proses inisiasi difasilitasi oleh protein ekstra, yang disebut faktor inisiasi yang membantu dengan mengikat subunit ribosom dan tRNA ke rantai mRNA. Selanjutnya proses seterusnya tidak ada perbedaan. Tahap Elongasi merupakan tahap terbentuknya tRNA yang mengandung kompleksfMet di situs peptidil (P), tRNA aminoasil dengan urutan antikodon komplementer dapat
mengikat mRNA melalui situs akseptor. Pengikatan ini dibantu oleh faktor-faktor pemanjangan yang bergantung pada energi dari hidrolisis GTP. tRNA membawa rantai asam amino pada situs P dan tRNA yang mengandung asam amino tunggal di situs A, kemudian terjadi rantai asam amino. Penambahan ini terjadi melalui pembentukan ikatan peptida, ikatan nitrogen-karbon yang terbentuk antara subunit asam amino untuk membentuk rantai polipeptida yang dibantu enzim transferase peptidil. Ikatan peptida yang terjadi antara gugus karboksil merupakan ujung dalam rantai peptida yang terletak di lokasi P dan gugus amina pada asam amino dalam kelompok A. Akibatnya, rantai peptida bergeser ke situs A, dengan asam amino asli pada situs A sebagai ujung rantai. tRNA di situs A menjadi RNA peptidil, dan bergeser ke situs P. Sementara itu, ribosom bergerak ke arah 3’ sepanjang mRNA didorong oleh faktor-faktor pemanjangan. Ketika situs A terbuka kembali sehingga tRNA aminoasil berikutnya menghasilkan rantai asam amino peptida. proses berulang-ulang tersebut menciptakan sebuah rantai polipeptida di situs P ribosom. Sebuah ribosom tunggal dapat menerjemahkan 60 nukleotida per detik. Kecepatan ini bisa jauh ditambah ketika menghubungkan ribosom untuk membentuk polyribosomes. Pre-Translasi Pada proses pre-translasi, terjadi proses trankripsi RNA. Proses transkripsi, sesuai namanya merupakan proses pencetakan atau penulisan ulang DNA ke dalam mRNA. Proses ini terjadi di dalam nukleus. Pada tahap ini, setiap basa nitrogen DNA dikodekan ke dalam basa nitrogen RNA. Tahap transkripsi dapat dibagi lagi menjadi tiga tahap, yaitu iniasi, elongasi, dan terminasi. Tahap inisiasi diawali oleh melekatnya enzim RNA polimerase pada pita DNA pada titik awal. Pita DNA akan terbuka, akibatnya basa nitrogen pada pita tersebut menjadi bebas. Basa nitrogen pada salah satu pita tersebut akan menjadi cetakan mRNA. Pita DNA ini disebut juga pita bermakna atau sense. Adapun pita yang tidak ditranskripsi disebut pita tak bermakna atau antisense. Enzim RNA polimerase mulai menyintesis RNA dari titik awal pita. Pada tahap elongasi, Enzim RNA polimerase akan terus membentuk mRNA hingga terbentuk pita mRNA. Pita mRNA ini akan terus memanjang. Pada tahap terminasi, enzim RNA polimerase sampai pada tempat pemberhentian (terminal site) DNA, transkripsi akan terhenti. Setelah itu, mRNA dibebaskan dan RNA polimerase terlepas dari DNA. DNA akan kembali seperti bentuknya semula. Hasil dari transkripsi, yakni mRNA selanjutnya akan keluar dari inti sel melalui membran inti menuju sitoplasma. Pengikatan Aminoasil Translasi berlangsung dalam tiga tahapan: pengawalan, pemanjangan, dan pengakhiran. Namun sebelum tahap pengawalan, diperlukan persiapan energetik, oleh karena pembentukan ikatan peptida antara gugus amino dari suatu asam amino dengan gugus karboksil dari asam amino lain terhalangi oleh rintangan termodinamika. Rintangan energetik ini harus dipecahkan dengan cara mengatifkan gugus karboksil dari asam amino prekursor. Dalam proses ini, gugus karboksil asam amino dipautkan ke gugus 3'- atau 2'-hidroksil dari unit ribosa yang berada di ujung 3' tRNA. Senyawa antara teraktivasi ini disebut aminoasil-tRNA. Selain alasan rintangan energi, pembentukan aminoasil-tRNA diperlukan karena asam amino itu sendiri tidak dapat mengenal kodon dalam mRNA. tRNA kemudian menjadi molekul adaptor. Aktivasi asam amino dan pengikatan ke tRNA dipercepat oleh aminoasil-tRNA sintetase, atau disebut juga enzim pengaktif. Paling tidak terdapat satu enzim pengatif tertentu untuk setiap asam amino. Mereka berbeda dalam hal ukuran dan struktur subunit. Langka pertama reaksi pengatifan adalah pembentukan aminoasil-adenilat dari asam amino dan ATP. Hasil dari reaksi ini adalah terikatnya gugus karboksil asam amino dengan gugus fosfat AMP, sehingga dikenal juga dengan nama aminoasil-AMP.
Langka selanjutnya adalah pemindahan gugus aminoasil dari aminoasil-AMP ke suatu molekul tRNA membentuk aminoasil-tRNA, suatu senyawa antara teraktivasi dalam biosintesis protein. Terkadang asam amino yang terikat pada tRNA berada pada ujung 2', terkadang pada ujung 3' gula ribosa tRNA tetapi asam amino teraktivasi dapat berpindah dengan cepat diantara kedua posisi ini. Pembentukan aminoasil tRNA mengkonsumsi energi yang disediakan oleh pemutusan dua ikatan fosfat berenergi tinggi dari molekul tunggal ATP ke AMP ditambah 2 Pi. Yang satu dikonsumsi dalam pembentukan ikatan ester aminoasil-tRNA, yang lain dipakai untuk menyetir reaksi selanjutnya. Energisasi aminoasil-tRNA melalui hidrolisis pirofosfat membuat reaksinya bersifat tidak dapat balik (Irreversible). Pada proses elongasi terdapat aminoacyl-tRNA yang merupakan jenis tRNA yang terikat pada suatu asam amino. Aminoacyl-tRNA bersamaan dengan elongation faktor mengantar asam amino yang hendak disusun menjadi polypeptide menuju ke ribosome. Aminoacyl-tRNA terbentuk dari esterifikasi asam amino tertentu yang spesifik dan kemudian akan berikatan dengan tRNA dengan bantuan enzim Aminoacyl-tRNA synthetase. Aminoacyl-tRNA terbentuk melalui dua tahap. Tahap pertama ialah adenylation asam amino, yang membentuk aminoacyl-AMP: amino acid + ATP ↔ aminoacyl-AMP + PPi Tahap Kedua, residu asam amino ditransfer ke tRNA: aminoacyl-AMP + tRNA ↔ aminoacyl-tRNA + AMP Reaksi bersih aminoasilasi ialah : amino acid + ATP + tRNA ↔ aminoacyl-tRNA + AMP + PPi Proses aminoasilasi menjamin bahwa asam amino yang tepat diikatkan ke tRNA yang tepat. Suatu aminoasil‐tRNA sintetase memiliki ketepatan untuk tRNA‐nya. Hasil dari interaksi yang ekstensif antara keduanya, meliputi sekitar 25 nm2 luas permukaan, dan melibatkan lengan penerima dan loop antikodon tRNA, seperti halnya individu nukleotida pada lengan D dan TΨC. Apabila interaksi enzim dan asam amino kurang ekstensif maka asam amino lebih kecil daripada tRNA dan merupakan masalah yang lebih besar untuk spesifisitasnya karena beberapa asam amino strukturnya serupa. Kesalahan dapat terjadi pada tingkat yang rendah untuk kebanyakan asam amino tetapi kemungkinan sekitar satu aminoasilasi dalam 80 untuk pasangan yang sulit seperti isoleusin dan valin. Pada umumnya kesalahan tersebut dikoreksi oleh aminoasil‐tRNA sintetase itu sendiri Polisom Polisom / Polyribosome ialah kumpulan ribosom yang membentuk rantai dalam pola spiral atau terpilin. Polisom memiliki fungsi untuk mengadakan proses sintesis protein yang lebih kompleks sehingga dapat meningkatkan jumlah produksi protein. Bagian 5' 7methylguanosine cap dan 3' poly(A) tail pada mRNA eukariotik membantu kinerja polisom dalam mensintesis protein. Polyribosomes dapat dijumpai dengan tiga bentuk : bentuk bebas, cytoskeletal bound, and membrane bound. Translasi Biasa Gambar 5. Translasi secara umum
(Sumber : hyperphysics.phy-astr.gsu.edu) Bagian utama kedua dari proses sintesis protein adalah translasi. Bertentangan dengan transkripsi yang terjadi dalam inti, translasi berlangsung dalam sitoplasma sel. Bagian ini dimulai segera setelah mRNA ditranskripsi memasuki sitoplasma. Ribosom hadir dalam sitoplasma segera melekat pada mRNA pada situs tertentu, yang disebut kodon start. Proses translasi dibagi menjadi tiga yaitu :
Inisiasi
Gambar 6. Inisiasi Prokariotik
Gambar 7. Inisiasi Eukariotik
(Sumber : en.wikibooks.org)
(Sumber : en.wikibooks.org)
Penterjemahan mRNA ke dalam rantai polipeptida tidak dimulai dari ujung '5 mRNA. Pada bakteri, translasi hampir selalu dimulai dari 25 nt kearah hilir ujung 5' mRNA. Dalam setiap mRNA dapat disintesis lebih dari unit rantai polipeptida. mRNA yang mengkode dua atau lebih polipeptida ini disebut polisistron (polycistron). Menariknya bahwa setiap protein yang dikode baik itu oleh monosistron dan polisistron memiliki isyarat "mulai" dan "berhenti" pada mRNA. Isyarat-isyarat ini mendefinisikan pengawalan dan pengakhiran setiap rantai polipeptida yang dikode. Hampir semua ujung amino protein yang ditranslasi mRNA. Jenis asam amino awal yanf diinisiasi ialah metionin, dan biasanya termodifikasi. Metionin termodifikasi ini disebut formilmetionin (fMet). Dalam kenyataannya, sintesis protein pada bakteri dimulai dengan fMet, yang dibawah oleh tRNA inisiator disingkat tRNAf yang berbeda dengan tRNA yang membawa metionin normal (disingkat tRNA m). Pembentukan tRNAf dan tRNAm dipercepat oleh aminoasil-tRNA sintetase yang sama, tetapi enzim khusus memformilat gugus amina metionin yang diikat oleh tRNAf dari N10 -formiltetrahidrofolat. Suatu studi terhadap urutan nukleotida daerah yang terproteksi aksi ribonuklease kompleks mRNA ribosom pada saat inisiasi ditemukan kodon AUG (atau GUG) yang sangat terkosenservasi (Gambar 30-28, L. Stryer) serta daerah kaya purin ~10 nt ke arah hulu AUG. Daerah kaya purin ini (disebut urutan Shine-Dagarno) ternyata sebagai tempat berpasangan antara daerah kaya purin di daerah inisiator suatu mRNA dengan ujung 3' 16S rRNA. Daerah pembentukan pasangan kaya purin dan ujung 3' 16S rRNA ini berkisar 3 - 9 nt (nukleotida). Dengan demikian ada dua interaksi yang menentukan dimana sintesis protein dimulai: perpasangan basa-basa mRNA dengan ujung 3' 16S rRNA, dan perpasangan kodon inisiator (AUG, atau GUG) di mRNA dengan antikodon tRNA f. Namun demikian, konsentrasi Mg2+ yang tinggi dalam campuran reaksi in vitro dapat mengakibatkan inisiasi tidak spesifik. Dalam hal demikian, kebutuhan isyarat kodon "mulai" sering tidak dipenuhi. Pembentukan kompleks inisiasi diawali dengan penggabungan mRNA dan formilmetionin-tRNAf dalam ribosom. Dalam penggabungan ini terlibat tiga faktor inisiasi (IF1, IF2 dan IF3). Subunit 30S ribosom pertama membentuk kompleks dengan ketiga faktor ini. Pengikatan GTP ke IF2 memampukan mRNA dan tRNA inisiator bergabung sambil melepaskan IF3. FMet-tRNAf dikenal oleh IF2 dan pelepasan IF3 membolehkan subunit 50S bergabung dalam kompleks. Hidrolisis GTP yang terikat pada IF2 pada saat bergabungnya subunit 50S kedalam kompleks berakibat pelepasan IF1 dan IF2. Hasilnya adalah kompleks inisiasi 70S. Jadi faktor-faktor inisiasi hanya berhubungan dengan pembentukan kompleks inisiasi. Mereka tidak menjadi bagian dari ribosom 70S dan mereka tidak mengambil bagian dalam tahap pemanjangan. Selain faktor-faktor inisasi, protein-protein yang disebut L7 dan L12 subunit 50S berpartisipasi dalam hidrolisis GTP dan menghasilkan kompleks inisiasi produktif. Kedua protein ini identik kecuali ujung terminus L7 terasetilasi. Tetramer L7/L12 berasosiasi dengan 50S seperti tancapan jari tangan. Kedua protein ini juga berpartisipasi dalam hidrolisis GTP selama tahapan elongasi sintesis protein.
Elongasi
Setelah proses inisiasi selesai, proses selanjutnya adalah penerjemahan kodon triplet dan penempelan asam amino sehingga membentuk rantai. Penerjemahan kode ini akan diikuti pengikatan asam amino sesuai kodon oleh tRNA yang kemudian dibawa ke kompleks ribosom dan digabungkan dengan asam amino yang sudah ada sebelumnya. Proses tersebut akan berlangsung sampai munculnya kodon terminasi (UAA, UAG, atau UGA). Tahap pemanjangan sintesis protein dimulai dengan masuknya suatu aminoasil tRNA ke dalam lokasi A ribosom. Jenis aminoasil-tRNA yang masuk bergantung kepada kodon di mRNA yang berposisi di lokasi A. Aminoasil-tRNA yang komplementer dikirim ke lokasi A oleh protein-protein yang disebut faktor-faktor pemanjangan (elongation factors), atau EF-Tu. EF-Tu, seperti juga IF2, mengandung nukleotida guanil terikat dan suatu siklis antara bentuk-bentuk GTP dan GDP. Setelah EF-Tu menempatkan aminoasil-tRNA di lokasi A, GTP dihidrolisis. Bentuk GDP EF-TU lalu melepaskan diri dari kompleks ribosom. Faktor elongasi kedua, yang disebut EF-Ts bergabung dengan kompleks EF-Tu dan menginduksi pelepasan GDP. Akhirnya, GTP mengikat EF-Tu, dan secara bersamaan EFTs dilepas. Bentuk GTP EF-Tu ini lalu siap mengambil kembali aminoasil-tRNA yang lain, dan mengirimkannya ke lokasi A ribosom. Perlu dicatat bahwa EF-Tu tidak mengikat fMettRNAf. Sehingga, tRNA inisiator ini tidak dikirim ke lokasi A ribosom. Sebaliknya, MettRNAm, seperti juga dengan aminoasil-tRNA yang lain, dapat berikatan dengan EF-Tu. Penemuan ini sejalan dengan fakta bahwa kodon AUG tidak dibaca oleh tRNA inisiator. Sebaliknya, IF2 mengenal fMet-tRNAf dan bukan tRNA yang lain. Kepatuhan informasi genetik yang diterjemahkan kemudian bergantung kepada kebenaran aminoasil-tRNA yang dikirim ke lokasi A disaat ikatan peptida dibentuk. Untuk itu harus terjadi pencarian cermat (scrutinization) aminoasil-tRNA yang datang ke lokasi A untuk memastikan bahwa antikodonnya bercocokan dengan kodon mRNA di lokasi A. Proses ini dapat berlangsung dengan hasil coba-gagal (trial and error). Pencarian cermat ini difasilitasi oleh konformasi struktur tiga dimensi EF-TU yang bertanggung-jawab pada interaksi kodon-antikodon. Ikatan peptida tidak akan terbentuk sampai EF-Tu dilepas dari aminoasil-tRNA. Pelepasan ini membutuhkan GTP yang terikat dengan EF-Tu dihidrolisis membentuk GDP. Terdapat selang yang sangat singkat antara hidrolisis GTP ke GDP dengan pelepasan EF-Tu-GDP dari kompleks ribosom. Aminoasil-tRNA yang tidak tepat biasanya meninggalkan ribosom selama interval singkat ini. Sewaktu GTP di EF-TU dihidrolisis, maka terjadi perubahan konformasi EF-Tu, dan mengubah konteks interaksi kodon-antikodon. Aminoasil-tRNA yang benar terikat kuat dengan mRNA baik sebelum atau setelah hidrolisis GTP EF-Tu. Aminoasil-tRNA yang tidak sesuai tidak terikat kuat pada dua keadaan ini, sehingga pencarian cermat berlangsung dua kali dalam dua cara yang berbeda untuk mencapai derajat akurasi yang lebih tinggi. Walaupun demikian, masih juga mengalami kesalahan penerjemahan sekitar 10-4 untuk tiap asam amino. Pembentukan ikatan peptida dipercepat oleh suatu enzim bagian dari subunit 50S, peptidil transferase. Reaksi tersebut akan berlangsung apabilah EF-Tu keluar dari kompleks dan telah terbentuknya kompleks aminoasil-tRNA yang menempati lokasi A ribosom, fMet-tRNA di lokasi P. Peptidil transferase memindahkan formilmetionin teraktivasi dari fMet-tRNAf di lokasi P ke gugus amino aminoasil-tRNA di lokasi A, dan membentuk dipeptidil-tRNA. Akibat aktivasi oleh ATP dalam pembentukan aminoasil-tRNA, maka serangan gugus amino pada ikatan ester membentuk ikatan peptida adalah reaksi yang secara termodinamik dapat berlangsung. Pembentukan ikatan peptida lalu diikuti oleh translokasi. tRNA yang tidak lagi bermuatan asam amino meninggalkan lokasi P, peptidil-tRNA bergerak dari lokasi A ke lokasi P, dan mRNA bergerak dengan jarak 3 nukleotida. Hasilnya, kodon yang baru berada di posisi A dan siap dibaca oleh aminoasil-tRNA yang berkunjung ke tempat itu. Translokasi membutuhkan faktor pemanjangan ketiga yaitu EF-G atau disebut juga translokase. EF-G, seperti juga IF2 dan EF-Tu, berdaur diantara bentuk GTP dan GDP. Bentuk GTP menyetir translokasi. Hidrolisis GTP melepaskan EF-G dari ribosom. Lokasi A menjadi kosong, siap mengikat aminoasil-tRNA yang berkunjung, dan memulai daur pemanjangan berikutnya. o Pembentukkan ikatan peptida
o
Sintesis peptida dilakukan dengan menggabungkan gugus karboksil salah satu asam amino dengan gugus amina dari asam amino yang lain. Sintesis peptida dimulai dari C-terminus (gugus karboksil) ke N-terminus (gugus amin). Dua molekul asam amino dapat saling berikatan membentuk ikatan kovalen melalui suatu ikatan amida yang disebut dengan ikatan peptida. Ikatan kovalen ini terjadi antara gugus karboksilat dari satu asam amino dengan gugus α amino dari molekul asam amino lainnya dengan melepas molekul air. Tiga molekul asam amino dapat bergabung membentuk dua ikatan peptida, begitu seterusnya sehingga dapat membentuk rantai polipeptida. Translokasi Translokasi merupakan salah satu tahapan yang penting dalam jalur sekresi protein, khususnya pada organisme eukariot. Translokasi suatu protein melewati membran lipid seperti RE secara umum diarahkan oleh peptida sinyal yang terdapat pada ujung N-terminal protein, yang kemudian dipotong oleh suatu enzim saat sintesis protein sedang berlangsung atau setelah sintesis protein selesai. Struktur primer peptida sinyal setiap protein jarang sekali sama, namun pada umumnya terdiri dari beberapa bagian yaitu : N-terminal yang bermuatan positif, daerah pusat hidrofobik, dan sisi pemotongan yang dapat dikenali oleh enzim signal peptidase. Hidrofobisitas peptida sinyal diduga memainkan peran penting dalam translokasi protein dengan cara berinteraksi dengan membran lipid atau dengan beberapa komponen sel lainnya. Proses translokasi protein dari ribosom ke lumen RE yang diarahkan oleh peptide sinyal dibantu oleh suatu partikel pengenal peptida sinyal yang disebut Signal Recognition Particles. Hidrofobisitas peptida sinyal diduga memainkan peran dalam interaksi peptida sinyal dengan SRP. Jika peptida sinyal cukup hidrofobik tetapi tidak terlalu panjang, peptida sinyal dapat dikenali oleh SRP ketika peptida sinyal baru disintesis dan keluar dari ribosom. RP yang mengikat peptida sinyal kemudian akan dikenali oleh reseptor-SRP (SR) yang terdapat pada membran RE. Jadi SRP dan SR berperan dalam memediasi proses pentargetan ko-translasi dari protein membran dan protein sekresi pada semua jenis sel. Baik SRP maupun SR keduanya memiliki domain untuk mengikat Guanosine Tri Phosphate (GTP). Kompleks SRP─SR yang berinteraksi dengan adanya GTP berperan dalam mentargetkan RibosomeNascent Chain complex (RNC) ke aparatus translokasi protein yang terdapat dipermukaan membran yang disebut translokon. Sehingga SRP dan SR berperan sebagai molekul match-makers yang mengantarkan RNC yang mensintesis protein tertentu ke translokon.
Terminasi
Proses elongasi akan diakhiri saat terbacanya rangkaian kodon UAA, UAG, atau UGA. Kodon-kodon tersebut bukan pengkode asam amino, merupakan kodon yang memerintahkan untuk penghentian sintesis protein. Faktor pelepas akan menempel pada ribosom setelah pembacaan kodon stop. Faktor pelepas tersebut menyebabkan terlepasnya mRNA dari ribosom, selanjutnya diikuti dengan pemisahan subunit besar dan kecil ribosom. Hasil dari proses sintesis protein adalah rantai primer protein (rantai polipeptida) yang masih belum fungsional. Untuk menjadi fungsional, protein harus dimodifikasi di badan golgi sesuai kebutuhan sel. o Binding of release factor Pada proses terminasi, biasanya terdapat sebuah release factor, yaitu sebuah protein yang berperan dalam terminasi proses translasi dengan mendeteksi stop kodon dalam mRNA sequences. Pada proses translasi, hampir semua kodon dikenali oleh aminoacyl-tRNA karena aa-tRNA terikat pada asam amino tertentu yang koresponden terhadap antikodonnya. Dalam kode genetic, terdapat stop kodon untuk mRNA sequences, yaitu UAG ("amber"), UAA ("ochre"), dan UGA ("opal" atau "umber"). Walaupun ketiga kodon ini sama seperti kodon lainnya, tetapi aa-tRNA tidak dapat mendekode kodon-kodon
tersebut.Sebuah protein yaitu Release factor akan hadir untuk menterminasi proses sintesis protein bila menemukan stop kodon. Faktor pelepas menghentikan translasi dan menghidrolisis ikatan antara asam amino terakhir pada rantai polipeptida baru dan tRNA-nya Pada proses terminasi translasi prokariotik, terdapat 3 release factors, yaitu : RF1, RF2, dan RF3. RF1 mengenal kodon terminasi UAA and UAG RF2 mengenal UAA and UGA RF3 ialah GTP-binding protein yang mengarahkan dissociation of RF1/RF2 setelah pelepasan peptide Sepeti prokariotik, Pada proses terminasi translasi eukariotik melibatkan 2 release factors: eRF1 dan eRF3. eRF1 mengenal ketiga kode stop kodon. eRF3 ialah ribosome-dependent GTPase yang membantu eRF1 melepaskan polipeptida yang telah sempurna Post Translasi Setelah protein yang disintesis oleh ribosome dengan bantuan translasi mRNA membentuk rantai polipeptida. Rantai-rantai polipeptida ini mengalami post translational modification (PTM) sebelum menjadi produk protein yang matang. Dalam proses post translational ini, rantai polipeptida yang hanya terdiri dari asam-asam amino berbeda ditambahkan gugus fungsi seperti asetat, phosphate, karbohidrat, lipid, dan lain-lain untuk memberikan fungsi khusus terhadap protein tersebut. Tanpa tugas yang jelas dan spesifik, setiap protein sel akan melakukan pekerjaan-pekerjaan yang mungkin bertabrakan dan tidak efisien. Oleh sebab itu, protein yang disintesis oleh kompleks ribosom di sitosol harus mengalami pemrosesaan menuju spesifitas fungsi dan lokasi. Spesifitas fungsi berlangsung melalui pematangan protein seperti pelipatan struktur benar tiga dimensi, dan modifikasi kovalen. Spesifitas lokasi dicapai melalui mekanisme penyasaran ke tempat dimana ia harus melakukan kerja. Baik spesifitas fungsi dan penyasaran berlangsung dalam koridor perintah genetik yang dikandung oleh setiap protein. Kebutuhan penyasaran dan pematangan protein sangatlah nyata pada sel-sel eukariotik, sehingga harus terintegrasi dengan diferensiasi sel itu sendiri. Seingkali tipe‐tipe pemrosesan berbeda terjadi bersama‐sama, yaitu polipeptida dipotong, dimodifikasi dan/atau splicing, serta dilipat pada waktu yang sama untuk membentuk konformasi tiga dimensi yang benar. Selain itu, proses pemotongan atau modifikasi kimiawi dapat juga terjadi setelah protein dilipat, proses ini mungkin sebagai bagian mekanisme pengaturan yang mengkonversi pelipatan protein inaktif menjadi bentuk yang aktif. o Protein Folding
Gambar 8. Protein Folding (Sumber : www.nature.com)
Protein, seperti halnya DNA, merupakan suatu polimer yang mengalami denaturasi dan kemudian disintesis di ribosom yang kemudian membentuk asam amino linear dan tidak bercabang. Protein folding ini termasuk dalam struktur sekunder protein, di mana pada struktur ini terdapat struktur dua dimensi protein sehingga dapat terjadi lipatan (folding) yang beraturan seperti αhelix, β-sheet, turn dan random karena adanya ikatan hidrogen di antara gugusgugus polar dari asam amino dalam rantai protein tersebut. Protein yang merupakan rangkaian dari asam-asam amino ini harus mengalami pelipatan (folding) untuk dapat mencapai struktur aslinya, karena protein hanya dapat berfungsi jika mempunyai struktur asli tersebut. Proses pelipatan dibantu oleh sebuah protein disebut chaperon Pelipatan protein di dalam sel merupakan proses kompleks yang membutuhkan bantuan molekul lain dan energi. Proses pelipatan dimulai dari rantai polipeptida yang baru terbentuk di ribosom yang berbentuk sangat tak beraturan (random coil state) sebelum proses pelipatan. Selain itu, konsentrasi makromolekul dalam sitosol, yang termasuk di dalamnya ribosom, asam nukleat dan protein lain sangat tinggi. Dalam keadaan ini, residu asam amino hidrofobik dari polipeptida naik ke permukaan dan proses pelipatan dari intermediet dapat berlangsung secara tidak tepat dapat mengakibatkan terjadinya misfolding dan agregasi sebelum sintesis selesai. Kegagalan suatu protein dalam proses folding protein (misfolding) ini dapat menyebabkan malfungsi berbagai sistem biologis yang dapat menimbulkan berbagai penyakit, seperti Alzheimer, parkinson, katarak dan kanker.
o
Tidak semua pelipatan protein terjadi secara spontan. Protein berukuran kecil, seperti ribonuclease, dapat melipat secara spontan ketika denaturan (urea) dihilangkan Namun, protein berukuran besar tidak dapat melipat secara spontan. Dua faktor yang mencegah pelipatan spontan protein besar, yaitu: pertama, kecenderungan membentuk agragrat tidak terlarut ketika denaturan dihilangkan; kedua, protein cenderung melakukan jalur pelipatan yang tidak tepat. Cleavage proteolotik Cleavage proteolotik ialah pemotongan protein oleh protease ini dapat membuang segmen‐segmen dari satu atau kedua ujung polipeptida. Hasil pemotongan dapat berupa fragmen protein aktif yang lebih pendekf atau menjadi fragmen‐fragmen protein yang seluruh atau beberapa fragmen protein aktif. Proteolisis polipeptida sering terjadi selama atau setelah translasi dalam sintesis protein pada berbagai protein. Pada tahap ini biasa terjadi pemindahan N-terminal methionine, sinyal peptida, dan/atau konversi dari protein non-aktif atau non-fungsional menjadi protein aktif. Bentuk awal dari protein aktif yang dibentuk dan memiliki gugus fungsional disebut proprotein, dan proproteins disintesis untuk pertama kali dalam bentuk preproprotein. Misalnya, albumin pertama disintesis sebagai preproalbumin dan berisi uncleaved peptide signal. Preproalbumin selanjutnya akan membentuk proalbumin setelah peptida sinyal
dibelah, dan proses lebih lanjut untuk menghapus N-terminal propeptide 6residu menghasilkan bentuk matang dari protein tersebut. Methonine inisiasi (dalam prokariota ialah fMet) dapat dihapus selama terjemahan dari protein yang baru terbentuk. Untuk E. coli, fMet secara efisien dihapus jika residu kedua adalah kecil dan tidak bermuatan. Proses akan tidak efisien jika residu kedua besar dan bermuatan positif atau negatif. Pada prokariota dan eukariota, residu N-terminal dapat menentukan waktu paruh protein sesuai dengan N-end rule. Protein yang ditargentkan menuju organel tertentu memiliki N terminal yang mengandung sinyal peptide yang menghantarkan protein ke tujuannya. Sinyal peptide tersebut dihilangkan dengan proteolisis setelah melalui membrane. Beberapa hormone pada sel eukariotik disintesis sebagai polyprotein yang membutuhkan cleacage proteolytic untuk dipecah menjadi rantai-rantai polipeptida yang lebih pendek. Pemotongan proteolitik mempunyai dua fungsi pada pemrosesan paska translasi, yaitu: 1. Digunakan untuk membuang potongan pendek dari ujung daerah N dan atau C dari polipeptida, meninggalkan suatu molekul tunggal yang pendek yang melipat menjadi protein yang aktif 2. Digunakan untuk memotong poliprotein menjadi bagian‐bagian dengan semua atau beberapa diantaranya adalah potein yang aktif. o Modifikasi kimia Tanpa tugas yang jelas dan spesifik, setiap protein sel akan melakukan pekerjaan-pekerjaan yang mungkin bertabrakan dan tidak efisien. Oleh sebab itu, protein yang disintesis oleh kompleks ribosom di sitosol harus mengalami pemrosesaan menuju spesifitas fungsi dan lokasi. Spesifitas fungsi berlangsung melalui pematangan protein seperti pelipatan struktur benar tiga dimensi, dan modifikasi kovalen. Spesifitas lokasi dicapai melalui mekanisme penyasaran ke tempat dimana ia harus melakukan kerja. Baik spesifitas fungsi dan penyasaran berlangsung dalam koridor perintah genetik yang dikandung oleh setiap protein. Kebutuhan penyasaran dan pematangan protein sangatlah nyata pada sel-sel eukariotik, sehingga harus terintegrasi dengan diferensiasi sel itu sendiri. Tipe modifikasi kimia yang paling sederhana melibatkan penambahan gugus kimia kecil (misalnya suatu asetil, metal atau gugus fosfat) ke rantai sisi asam amino, atau gugus karboksil dari ujung asam amino pada polipeptida. Lebih dari 150 asam amino yang termodifikasi telah didokumentasikan pada protein yang berbeda, dengan setiap modifikasi dilakukan dengan cara yang sangat khusus, asam amino yang sama dimodifikasi dengan cara yang sama dalam setiap kopi protein. Fosforilasi Fosforilasi adalah penambahan gugus fosfat dan merupakan hal penting dalam terjadinya proses signaling. Fosforilasi menyebabkan perubahan konformasi dan membuat protein menjadi lebih hidrofilik. Fosforilasi penting untuk interaksi protein dengan protein lainnya, dan juga dalam degradasi protein. Salah satu jalur fosforilasi yang terjadi pada protein polyQ diinisiasi oleh beberapa neutrophin dan sinyal dari growth factor. Dari beberapa growth factor yang berperan, insulin-like growth factor 1(IGF-1) adalah substansi yang paling berpengaruh didalam proses neuroprotektif, sehingga polyQ tidak akan bersifat neurotoxic. Ikatan neurotrophic factor dengan IGF-1 dengan reseptornya, akan mengaktifkan dua jalur signaling yaitu, mitogen-activated protein kinase (MAPK) dan phosphatidyl-inositol 3-kinase/Akt pathways. Kegagalan signaling dari salah satu neurotrophic atau growth factor, berhubungan dengan insiden terjadinya spinal and bulbar muscular atrophy (SBMA) and Huntington’s disease (HD) (5).Walaupun bukan sebagai penyebab langsung manifestasi penyakit tersebut, namun kegagalan signaling ini memiliki peran penting dalam progresifitas penyakit. PolyQ huntingtin (htt), androgen receptor (AR) and ataxin 1 adalah substrat yang penting dalam jalur Akt. Fosforilasi polyQ htt terjadi pada serine 421 akan menurunkan formasi inclusion boddies dan mengurangi neurotoksisitas pada
penderita Huntington Disease. Pada Huntington disease sudah ditemukan enam tempat lainnya untuk fosforilasi, yaitu serine 536, 1181 , 1201, 2076, 2653 and 2657 . Dari beberapa jenis tempat ini, serine 1181 dan 1201adalah tempat fosforilasi oleh CDK5. CDK5 juga diketahui melakukan fosforilasi didaerah serine 434. Fosforilasi di kedua tempat ini diketahui menurunkan toksisitas dari protein polyQ. (6,7). Fosforilasi PolyQ (androgen receptor)AR yang terjadi pada serines 215 dan 792, akan menyebabkan berkurangnya ikatan ligand an menurunkan toksisitas pada penyakit SMBA. Beberapa penelitian telah membuktikan beberapa lokasi fosforilasi dari polyQ AR, diantaranya serines 16, 83, 96, 258, 310,426, 516 dan 651 (8). Fosforilasi dari polyQ AR oleh MAPK pada serine 516 berhubungan dengan peningkatan toksisitas pada penyakit SMBA, namun fosforilasi pada serines 426 dan 516, akan mengakibatkan fenomena yang berlawanan, yaitu penurunan toksisitas. Fosforilasi yang terjadi pada polyQ AR didapatkan juga pada tyrosine 269 dan 365, menghasilkan peningkatan transaktivasi AR dan proliferasi androgen– independent kanker prostat, namun tidak diketahui hubungannya terhadap sel-sel saraf, apakah bersifat toksik atau tidak .Jika fosforilasi pada htt dan AR menimbulkan efek neuroprotektif, fosforilasi dari ataxin 1 pada serine 776 akan meningkatkan stabilisasi polyQ dan pembentukan inclusion boddies (9). Sulfonasi Sulfonasi atau lebih dikenal sebagai Tyrosine Sulfonasi ialah modifikasi post translasional di mana gugus sulfat menempel pada residu tyrosine pada suatu molekul protein. Protein yang telah disekresi dan bagian ekstraseluler dari membrane protein yang melewati badan golgi biasanya tersulfonasi. Sulfonasi hanya terdapat pada sel hewan dan tumbuhan, sedangkan pada prokariotik dan ragi tidak terjadi sulfonasi. Sulfonasi sendiri berfungsi untuk memperkuat interaksi antara molekulmolekul protein. Reaksi sulfonasi dikatalisir oleh katalis tyrosylprotein sulfotransferase (TPST) yang terdapat pada badan golgi. Isoprenyl Isoprenilasi ialah sebuah proses penambahan molekul hidrofobik ke dalam suatu protein. Gugus fungsi prenyl yang menempel pada protein ialah (3-methylbut-2-en-1-yl). Gugus isoprenyl sendiri sangat berguna terutama pada pengikatan protein-protein melalui specialized prenyl-binding domains. Glikosilasi Glikosilasi merupakan salah satu modifikasi protein setelah sintesis protein selesai. Glikosilasi terjadi dengan cara penambahan komponen gula pada suatu protein menjadi glikoprotein. Glikosilasi penting untuk penanda protein-protein ekstraseluler. Misalnya glikoprotein dapat dikenali dengan baik karena adanya protein pengenal glikoprotein yang dinamakan lektin, yang berasal dari biji kacangkacangan. Tipe modifikasi yang lebih kompleks adalah glikolisasi, penempelan sisi rantai karbohidrat besar ke polipeptida . Ada dua tipe umum glikolisasi, : Glikolisasi terpaut O adalah penempelan sisi rantai gula lewat gugus hidroksil suatu serin atau asama amino threonin. Glikoliasai terpaut N melibatkan penempelan melalui gugus amino pada sisi rantai aspargin. Lipidasi Lipidasi ialah sebuah proses penambahan gugus lipid pada suatu protein menjadi lipoprotein. Lipoprotein sendiri berfungsi untuk mengatur keluar masuknya air ke dalam jaringan sel makhluk hidup. Selain itu, proses lipidasi dapat membentuk berbagai senyawa dalam tubuh seperti enzim, adhesion, antigen maupun toksin. Metilasi Metilasi merupakan penambahan gugus metil pada residu asam amino dengan bantuan katalis/enzim metilase. Biasanya proses metilasi banyak ditemukan pada aspartat dan lisin. Fungsi dari metilasi ialah regulasi ekspresi gen, regulasi fungsi protein, dan proses RNA.
o
Intein splicing Intein adalah urutan penyela pada beberapa protein, mirip intron pada mRNA. Intein harus dibuang(splicing) dan exteins disambung menjadi protein aktif. Intein splicing adalah reaksi intramolekuler dari suatu protein di mana segmen internal dari protein (intein) dihilangkan dari suatu rantai polipeptida dengan ligasi eksternal protein C-terminal dan N-terminal (disebut extein). Bagian perpotongan dari intein splicing biasanya berada pada daerah cysteine atau serine, di mana merupakan asam amino yang mengandung sisi nucleophilic. Reaksi intein splicing tidak membutuhkan kofaktor ataupun sumber energy seperti ATP atau GTP. Biasanya, proses splicing ini dikaitkan dengan pre-mRNA splicing. Tipe tipe intein splicing dikategorikan menjadi empat kelas, yaitu : maxiintein splicing, mini-intein splicing, trans-splicing intein, dan alanine intein splicing. Maxi-intein splicing memiliki bagian splicing di terminal N dan C yang mengandung endonuclease domain. Sedangkan mini-intein splicing memiliki kesamaan dengan Maxi-intein splicing di terminal N dan C, tetapi tidak memiliki endonuclease domain. Trans-splicing intein ialah intein yang terpisah di mana terbagi dalam N-termini dan C-termini. Alaine inteins splicing memiliki splicing junction pada bagian alanine, bukan cystine atau serine.
RINGKASAN Sintesis protein (bahasa inggris: protein synthesis) yang disebut juga biosintesis protein adalah proses pembentukan partikel protein dalam bahasan biologi molekuler yang didalamnya melibatkan sistesis RNA yang dipengaruhi oleh DNA. Dalam proses sintesis protein, molekul DNA adalah sumber pengkodean asam nukleat untuk menjadi asam amino yang menyusun protein tetapi tidak terlibat secara langsung dalam prosesnya. Molekul DNA pada suatu sel ditranskripsi menjadi molekul RNA. Molekul RNA inilah yang ditranslasi menjadi asam amino sebagai penyusun protein. Dengan demikian molekul RNA lah yang terlibat secara langsung dalam proses sintesis protein. Hubungan antara molekul DNA, RNA, dan asam amino dalam proses pembentukan protein dikenal dengan istilah "Dogma sentral biologi” yang dijabarkan dengan rangkaian proses DNA membuat DNA dan RNA, RNA membuat protein, yang dinyatakan dalam persamaan DNA >> RNA >> Protein. Seperti kebanyakan dogma, terdapat pengecualian pada proses pembentukan protein berdasarkan bukti-bukti yang ditemukan setelahnya, sehingga dogma ini akhirnya disebut sebagai aturan. DAFTAR PUSTAKA Anonim (2013) Pelipatan Protein : Sisi Gelap Protein. [online]. Tersedia pada : http://himamia.mipa.uns.ac.id/2013/05/15/pelipatan-protein-sisi-gelap-protein/ (diakses Sabtu, 14 Maret 2015). Berg,J.M., Tymoczko,J.L., dan Stryer,L. (2002) Biochemistry, 5th Edition. New York : W.H. Freeman. Permana, D. (2013) Peptida Sinyal, Faktor Penting dalam Translokasi Protein. [online]. Tersedia pada : http://blog.sivitas.lipi.go.id/blog.cgi?isiblog&1286417631&&&1036006740& &1369273651&dani017& (diakses Sabtu, 14 Maret 2015).
