Sintesis Protein

by

Pengertian Sintesis Protein

Sintesis protein secara singkat dapat didefinisikan sebagai proses penerjemahan informasi yang ada pada DNA (sumber materi genetik) yang mengkode asam-asam amino sehingga menjadi rantai peptida (rantai protein).

 

Sintesis protein adalah reaksi yang menghubungkan fungsi DNA dengan penyusunan molekul tubuh yaitu protein. Protein yang dibentuk melalui sintesis protein akan mengalami banyak modifikasi, ada yang menjadi protein struktur, proteksi dan enzim (biokatalisator).

Kita tahu bahwa semua proses atau reaksi dalam tubuh kita hampir tidak terjadi tanpa adanya enzim. Hal ini menunjukan betapa pentingnya enzim dalam tubuh kita, dan proses dasar atau awal pembuatan enzim berasal dari proses sintesis protein.

Komponen-Komponen Sintesis Protein

Komponen-komponen yang berperan dalam proses sintesis protein diantaranya:

  • Inti Sel

Inti-Sel

Inti sel merupakan lokasi diman sumber informasi genetik berada yaitu DNA. Jadi informasi akan diterjemahkan pada sintesis protein bersal dari inti sel.

  • Ribosom

Ribosom

Ribosom merupakan tempat terjadinya proses sintesis protein.

Baca Juga : Pengertian DNA Dan RNA Beserta Fungsi Dan Perbedaannya

  • REK (Retikulum Endoplasma Kasar)

 

REK (Retikulum Endoplasma Kasar) merupakan lokasi dimana ribosom melekat.

  • Asam Amino

Asam amino adalah monomer (unit terkecil) dari suatu peptida atau protein. Protein adalah polimer (gabungan banyak monomer) asam amino, disintesis dalam ribosom sel, dilaksanakan oleh asam nukleat yang terkandung dalam kromatin inti.

  • DNA (deoksiribonucleic Acid)

 

DNA merupakan tempat penyimpanan informasi genetik. DNA tersusun dari rangkaian nukleotida yang berupa gula deoksiribosa, gugus fosfat dan basa nitrogen. Basa nitrogen DNA terdiri dari golongan purin yaitu Adenin (A) dan Guanin (G), serta golongan pirimidin yaitu Timin (T) dan Sitosin (S).

Baca Juga : DNA Adalah

  • RNA (Ribonucleic Acid)

RNA merupakan penyimpan dan penyalur informasi genetik. RNA tersusun dari rangkaian nukleotida yang berupa gula ribosa, gugus fosfat dan basa nitrogen. Basa nitrogen RNA terdiri dari golongan purin yaitu Adenin (A) dan Guanin (G), serta golongan pirimidin yaitu Urasil (U) dan Sitosin (S).

RNA terdiri dari tiga jenis yaitu mRNA, rRNA, dan tRNA.

  • mRNA (Mesenger RNA)

mRNA

mRNA merupakan RNA yang mengandung kodon (kode genetik) hasil transkripsi basa nitrogen pada DNA kromosomal yang menjadi cetakan untuk menentukan urutan asam amino polipeptida.

  • rRNA (Ribosomal RNA)

rRNA merupakan RNA yang berfungsi sebagai komponen struktural penyusun ribosom.

  • tRNA (Transfer RNA)

Transfer-RNA

tRNA merupakan RNA yang membawa asam amino ke ribosom.

Baca Juga : Sel Hewan dan Sel Tumbuhan

  • Enzim
  • RNA polimerase

 

RNA Polimerase merupakan enzim yang berperan dalam proses perangkaian molekul RNA dari molekul DNA.

  • Aminoacyl-tRNA synthetase

Aminoacyl-tRNA synthetase merupakan enzim yang menguntaikan asam amino dengan tRNA.

  • Peptidyl Transferase

Peptidyl-Transferase

Peptidyl Transferase merupakan enzim yang memindahkan dan menyambungkan untai peptida dengan satu asam amino baru ribosom.

Tempat Sintesis Protein

Sintesis protein terjadi di ribosom, yang bisa berada melekat pada REK ataupun berada bebas pada sitoplasma. Setelah selesei disintesis, protein pertama kali mengalami modifikasi pada ogranel badan golgi. Proses pemindahan protein dari RE ke badan golgi melalui struktur gelembung atau sering dinamakan sebagai vesikula.

Vesikula yang membawa protein dari RE merupakan hasil pelepasan membran pada RE dan bisa melakukan fusi atau penggabungan membran dengan badan golgi. Oleh karena itu, struktur membran pada RE dan badan golgi memiliki persamaan. Selain itu, secara garis besar badan golgi dan RE memiliki persamaan model, yaitu membran yang berlipat-lipat.

Baca Juga : Flagellata adalah

Manfaat Sintesis Protein

Sel-sel tubuh menyintesa protein untuk keperluan tubuh lainnya. Protein-protein tersebut antara lain :

  1. Protein struktural, yaitu protein yang membentuk bagian struktur dari sel, protein membran plasma, membran organel, mikrofilamen, mikrotubul, sentriol dan lain-lain.
  2. Enzim-enzim yang mengatur berbagai reaksi kimia dalam sel.
  3. Protein-protein yang disekresikan keluar sel, misal hormon dan antibody.

Berbagai sel mempunyai berbagai protein yang menentukan sifat-sifat fisik dan kimiawi sel dan membedakan satu sel dari sel-sel lainnya. Misal sel otot banyak mengandung actin dan myosin sedang sel syaraf tidak.

Proses Sintesis Protein

Proses sintesis atau pembentukan protein memerlukan adanya molekul RNA yang merupakan materi genetik di dalam kromosom, serta DNA sebagai pembawa sifat keturunan. Informasi genetik pada double helix DNA berupa kode-kode sandi atau kode genetik. Kode-kode sandi tersebut nantinya akan dibawa atau dicetak untuk membentuk RNA.

Informasi berupa urutan kode-kode sandi pada RNA akan dirangkai menjadi asam-asam amino, peptida, polipeptida, sampai terbentuk protein.. Seperti yang telah kita ketahui bahwa DNA merupakan bahan informasi genetik yang dapat diwariskan dari generasi ke generasi. Informasi yang dikode di dalam gen diterjemahkan menjadi urutan asam amino selama sintesis protein. Informasi ditransfer secara akurat dari DNA melalui RNA untuk menghasilkan polipeptida dari urutan asam amino yang spesifik. Menurut (Suryo, 2008:59-61) DNA merupakan susunan kimia makromolekular yang komplek, yang terdiri dari tiga macam molekul yaitu : Gula pentose yang dikenal sebagai deoksiribosa, Asam pospat, dan Basa nitrogen, dibedakan atas dua tipe dasar yaitu : pirimidin {sitosin (S) dan timin (T)} dan purin {adenine (A) dan guanine (G)}.

Protein-protein yang terbentuk akan menyusun sebagian besar komponen di dalam tubuh. Contoh protein sebagai komponen penyusun tubuh adalah miosin, aktin, keratin, kolagen, hemoglobin, dan insulin.Variasi dari 20 macam asam amino yang ada, dapat membentuk protein yang berbeda-beda. Oleh karena itu, setiap individu akan mempunyai bermacam-macam protein yang berbeda pula satu sama lain.

Gen adalah sebuah “letak/posisi” pada kromosom yang memuat struktur yang bertanggung jawab terhadap pewarisan sifat. Struktur yang dimaksud adalah DNA, yaitu salah satu jenis asam nukleat yang wajib terdapat pada setiap makhluk hidup dan sering disebut sebagai zat dasar penyusun makhluk hidup.

  • DNA (deoxiribosa nucleat acid)

Merupakan molekul hidup karena dapat melakukan proses penggandaan diri (replikasi) dan berdasarkan dari proses inilah proses pembentukan protein dapat terjadi. DNA merupakan struktur yang berbentuk rantai yang panjang tersusun atas pensenyawaan phosphat, gula ribosa dan basa nitrogen, DNA terdiri atas dua rantai yang saling berpilin, sering dingkat dengan sebutan berpilin ganda (double helix).

DNA berperan dalam pembentukan RNA yang memiliki struktur rantai yang lebih pendek dan tunggal. Baik DNA maupun RNA memiliki 2 (dua) pasangan basa nitrogen, yaitu :

Basa Purin dan Basa Pirimidin. Pada DNA basa purin dan pirimidin terdiri atas :

  1. Basa Purin, terdiri atas Adenin (A) dan Guanin (G),
  2. Basa Pirimidin, terdiri atas Timin (T) dan Sitosin (C)
  • Struktur DNA

Rantai DNA merupakan rantai yang berbentuk panjang serta berpilin ganda, pada rantai tersebut terdapat ikatan Nukleotida dan Nukleosida. Perbedaan antara keduanya adalah pada gugus phosphat yang tidak terdapat pada Nukleosida. Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat dari gambar ilustrasi berikut :
Sehingga, Nukleotida terdiri atas rangkaian struktur phosphat sebagai “rangka” DNA yang berikatan dengan struktur Gula Ribosa dan selanjutnya mengikat salah satu basa nitrogen, purin ataupun pirimidin. Sedangkan Nukleosida terdiri atas ikatan Gula Ribosa dan Salah satu Basa Nitrogen, purin ataupun pirimidin.

Basa nitrogen tersebut selalu berpasangan antara basa purin dan basa pirimidin, basa purin Adenin (A) selalu berpasangan dengan pasangan basanya Timin (T) dan basa purin Guanin (G) dan begitu juga sebaliknya. Masing-masing pasangan basa tersebut berikatan antara satu dengan yang lainnya oleh atom hidrogen, Adenin dan Timin saling berikatan dengan 2 atom hidrogen sedangkan ikatan antara guanin dan sitosin dihubungkan dengan 3 atom hidrogen. Dan untuk memecahkan atau memutuskan ikatan-ikatan tersebut diperlukan suatu struktur protein lain yang disebut RNA Polimerase.

  • Beberapa sifat rantai DNA antara lain :
  1. Memiliki jumlah pasangan basa yang sama.
  2. Urutan dan Pasangan DNA tiap spesies berbeda
  3. Bersifat stabil
  4. Menyimpan gen
  5. Terdapat fragmen-fragmen yang berulang.
  • Replikasi DNA

Replikasi DNA adalah proses penggandaan DNA baru menggunakan DNA yang telah ada. Model mengenai proses replikasi DNA:

  • model Konservatif

model-Konservatif

( DNA induk menghasilkan DNA yang baru secara utuh )

  • model dispersive

 

( DNA induk menjadi rantai yang terputus-putus, masing-masing rantai membentuk DNA baru )

Proses Replikasi DNA menurut model semikonservatif

 

DNA yang akan direplikasi:

  • Diputus ikatan hidrogennya oleh helikase memenuhi aturan downstream, yaitu dari arah 3’ ke 5’ DNA awal.
    b. Diluruskan oleh topoisomerase.
  • DNA polimerase kemudian mulai membentuk salinan DNA baru dari titik promoter (awal) ke titik terminator (akhir), memenuhi aturan downstream.
  1. Pada rantai bearah 3’ ke 5’, replikasi DNA berjalan kontinu/tidak terputus (leading strands).
  2. Pada rantai berarah 5’ ke 3’, replikasi DNA berjalan diskontinu/terputus (lagging strands).
  • Rantai yang mengalami lagging strands menghasilkan fragmen terputus-putus yang disebut fragmen Okazaki.
  • Okazaki kemudian diperbaiki oleh ligase agar DNA baru dapat terbentuk seperti normal.

Proses sintesa protein dimulai dengan pemecahan atau pemutusan DNA oleh RNA Polimerase, yang kemudian rantai DNA tersebut dikode oleh RNA m, serangkaian kode DNA yang diterjemahkan tersebut dinamakan rantai DNA Sense atau Template.

  • RNA (Ribosa Nucleat Acid)

Dalam rangkaian pembentukan Protein melalui proses penterjemahan kode, setelah pemotusan atau pemotongan rantai DNA maka langkah selanjutnya adalah proses penterjemahan yang dilakukan oleh RNA atau ribosa nucleat acid.

RNA adalah Asam nukleat yang terbentuk dari proses penterjemahan rantai sense DNA, memiliki struktur rantai yang lebih pendek daripada DNA karena hanya memuat 3 kode triplet pada tiap rangkaian rantainya. Rantainya juga tidak berstruktur ganda, hanya berstruktur tunggal. Sama-sama memiliki 2 pasangan basa yaitu basa purin dan basa pirimidin, hanya terdapat perbedaan pada salah satu jenis basa pirimidinnya. Pasangan Basa pada Rantai RNA antara lain :

  1. Basa Purin, terdiri atas Adenin (A) dan Guanin (G)
  2. Basa Pirimidin, terdiri atas Urasil (U) dan Sitosin (C)

RNA terbagi menjadi 3 macam, yaitu :

  1. RNA messenger/duta, rantai RNA yang terbentuk sebagai hasil terjemahan dari rantai DNA sense dalam nukleus.
  2. RNA transfer, RNA yang bertugas menterjemahkan rantai RNA messenger/duta.
  3. RNA ribosom, adalah RNA yang berperan dalam menterjemahkan kodon RNA transfer menjadi rangkaian asam amino.

Tahapan Proses Sintesis Protein

Sintesis protein oleh sel-sel tubuh melalui dua tahap yaitu, transkripsi dan translasi.

  • Transkipsi

Transkipsi merupakan suatu proses dimana informasi genetika yang terdapat pada DNA dicopikan kepada mRNA (mesenger RNA), proses ini terjadi di dalam nukleus atau inti sel dan dikatalisasi oleh enzim RNA polimerase.

Transkipsi merupakan sintesis RNA dari salah satu rantai DNA. Hanya satu strand (pita) saja dari dua strand DNA yang ada ditranskripsikan menjadi mRNA. Hal ini disebabkan karena hanya pada satu strand DNA saja yang mengandung urutan tertentu dari nukleotida yang disebut promoter. Promoter ini bisa mengaktifkan RNA polimerase untuk memulai proses transkripsi. Strand yang ditranskripsikan disebut sense strand, sedangkan yang tidak ditrnskripsikan disebut antisense strand.

RNA dihasilkan dari aktivitas enzim RNA polimerase. Enzim RNA polimerase membuka pilinan ke dua rantai DNA hingga terpisah dan merangkaikan nukleotida RNA. enzim RNA polimerase merangkaikan nukleotida-nukleotida RNA dari arah 5’ → 3’, saat terjadi perpasangan basa di sepanjang cetakan DNA. Urutan nukleotida spesifik di sepanjang DNA menandai dimana transkipsi suatu gen dimulai dan diakhiri.

Transkipsi terdiri dari tiga tahap, yaitu inisiasi (permulaan), elongasi (pemanjangan), dan terminasi (pengakhiran) rantai RNA. DNA bisa ditranskripsikan menjadi mRNA, tRNA, maupun rRNA. Namun hanya basa nitrogen yang terdapat pada mRNA saja yang nantinya diterjemahkan menjadi asam amino (protein).

Baca Juga : Pemasaran – Menurut Para Ahli, Konsep, Manajemen, Tujuan, Contoh, Jenis & Syarat

  • Inisiasi

Daerah DNA dimana RNA polimerase melekat dan mengawali transkripsi disebut sebagai promoter. Suatu promoter mencakup titik awal (start point) transkripsi (nukleotida dimana sintesis RNA sebenarnya dimulai) dan biasanya membentang beebrapa pasangan nukleotida di depan titik awal tersebut. Selain menentukan diman transkripsi dimulai, promoter juga menentukan yang mana dari kedua untai heliks DNA yang digunakan sebagai cetakan. DNA yang digunakan ini disebut DNA-template (DNA-acuan). Tiga-tiga basa DNA template disebut kodogen, dan tiga-tiga basa yang dicetak pada nukleotida mRNA ditentangnya disebut kodon.

  • Elongasi

Pada saat RNA bergerak di sepanjang DNA, pilinan heliks ganda DNA tersebut terbuka secara berurutan kira-kira 10 hingga 20 basa DNA sekaligus. Enzim RNA polimerase menambahkan nukleotida ke ujung 3’ dari molekul RNA yang sedang “tumbuh” di sepanjang heliks ganda DNA tersebut. Setelah sintesis RNA berlangsung, DNA heliks ganda terbentuk kembali dan molekul RNA baru akan lepas dari cetakan DNA-nya.

  • Terminasi

Transkripsi berlangsung sampai RNA polimerase mentranskripsi urutan DNA yang disebut terminator. Terminator merupakan suatu urutan DNA yang berfungsi menghentikan proses transkripsi. Terdapat beberapa mekanisme yang berbeda untuk terminasi transkripsi. Pada sel prokariotik, transkripsi biasanya berhenti tepat pada saat RNA polimerase mencapai titik terminasi. Sebaliknya, pada sel eukariotik, RNA poimerase terus melewati titik terminasi. Pada titik yang lebih jauh kira-kira 10 hingga 35 nukleotida, RNA yang telah terbentuk terlepas dari enzim tersebut. Kemudian mRNA akan keluar dari inti sel dan masuk ke dalam sitosol melalui nukleopore.

Satu molekul DNA bisa mengandung berjuta-juta urutan nukleotida, hanya sebagian kecil dari molekul DNA ini yaitu hanya beratus-ratus basa nitrogen saja yang ditranskipsikan menjadi molekul mRNA. Bagian dari molekul DNA ini disebut gen, karena dapat menghasilkan satu molekul mRNA, dan umumnya satu molekul mRNA akan menghasilkan satu polipeptida (protein) pada proses selanjutnya yang disebut translasi. Jadi satu molekul DNA mengandung berbagai gen atau bisa memberikan informasi untuk membentuk berbagai protein. mRNA yang terbentuk masih mengalami modifikasi yaitu beberapa urutan nukleotida yang bersal dari transkripsi bagian DNA yang disebut intron dihilangkan, sedangkan yang disebut exon dipertahankan.

  • Translasi

Translasi merupakan proses dimana informasi urutan triplet basa nitrogen pada mRNA dipakai untuk menentukan urutan-urutan asam amino pada suatu protein yang akan dibentuk.

Dalam proses translasi, sel menginterpretasikan suatu kode genetik menjadi protein yang sesuai. Kode genetik triplet (tiga nukleotida pada urutan mRNA) yang dapat diterjemahkan menjadi urutan asam amino pada peristiwa translasi disebut kodon. Interpreternya adalah tRNA. tRNA mentrasfer asam amino-asam amino dari “kolam” asam amino di sitoplasma ke ribosom. Molekul tRNA membawa asam amino spesifik pada salah satu ujungnya yang sesuai dengan triplet nukleotida pada ujung tRNA lainnya yang disebut antikodon.

Baca Juga : 20 Contoh Teks Eksposisi Beserta Strukturnya

Asosiasi kodon dan anti kodon sebenarnya merupakan bagian kedua dari dua tahap pengenalan yang dibutuhkan untuk translasi suatu pesan genetik yang akurat. Asosiasi ini harus didahului oleh pelekatan yang benar antara tRNA dengan asam amino. tRNA yang mengikatkan diri pada kodon mRNA harus membawa hanya asam amino yang tepat ke ribosom. Tiap asam amino digabungkan dengan tRNA yang sesuai oleh suatu enzim spesifik yang disebut aminoacyl-tRNA synthetase.

mRNA mempunyai urutan-urutan basa nitrogen yang disebut kodon. Setiap kodon terdiri dari tiga (triplet) basa nitrogen. Karena ada empat macam basa nitrogen (Adenine = A, Guanine = G, Cytosine = C, dan Uracil = U) maka kombinasi yang mungkin dari triplet basa nitrogen dengan kemungkinan maksimal 64 macam kombinasi (64 macam kodon). Setiap kodon melambangkan/mengodekan satu asam amino. Karena dalam protein hanya terdapat 20 macam asam amino, maka satu asam amino bisa dikodekan oleh beberapa kodon.

 

Tabel susunan kodon RNA dan asam amino yang di kode kodon tersebut.

Ditemukan oleh Nirenberg pada escherichia coli (bakteri colon).

Translasi terbagi menjadi tiga tahap, yaitu inisiasi (permulaan), elongasi (pemanjangan) dan terminasi (pengakhiran). Semua tahap ini memerlukan fakto-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 (Adenosin triphosphat).

  • Inisiasi

Tahap inisiasi dari translasi terjadi dengan adanya mRNA, sebuah tRNA yang memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua sub unit ribosom. Ujung mRNA yang telah masuk ke sitoplasma akan terikat dengan ribosom unit kecil (40S) yang kemudian mengikat ribosom unit besar (60S).

Selanjutnya ribosom akan mengikat dua molekul tRNA yang antikodonnya komplementer terhadap kodon mRNA. Di dekat tempat pelekatan ribosom sub unit kecil pada mRNA terdapat kodon inisiasi AUG, yang memberikan sinyal dimulainya proses translasi. tRNA inisiator, yang membawa asam amino metionin, melekat pada kodon inisiasi AUG.

Baca Juga : Kloroplas – Pengertian, Fungsi, Ciri, Cara, Manfaat Dan Skemanya

Oleh karenanya, persyaratan inisiasi adalah kodon mRNA harus mengndung triplet AUG dan terdapat tRNA inisiator berisi antikodon UAC yang membawa metionin. Jadi, pada setiap proses translasi, metionin selalu menjadi asam amino awal yang diingat. Triplet AUG dikatakan sebagi start codon karena berfungsi sebagai kodon awal translasi.

  • Elongasi

Pada tahap elongasi dari translasi, asam amino-asam amino berikutnya ditambahkan satu per satu pada asam amino pertama (metionin). Kodon mRNA pada ribosom membentuk ikatan hidrogen dengan antikodon molekul tRNA yang komplemen dengannya. Molekul rRNA dari sub unit ribosom besar (60S) berfungis sebagai enzim, yaitu mengkatalis pembentukan ikatan peptida yang menyambungkan polipeptida yang memanjang dengan asam amino yang baru tiba. Enzim yang menyambungkan polipeptida dengan asam amino baru di ribosom ini dinamakan enzim peptidyl transferase.

Kemudian polipeptida memisahkan diri dari tRNA tempat pelekatannya semula, dan asam amino pada ujung karboksilnya berikatan dengan asam amino yang dibawa oleh tRNA yang baru masuk.

 

Saat mRNA berpindah tempat, kodonnya tetap berikatan dengan antikodon tRNA. mRNA bergerak bersama-sama dengan antikodon ini dan bergeser ke kodon berikutnya yang akan ditranslasi.

Sementara itu, tRNA sekarang tanpa asam amino karena telah diikatkan pada polipeptida yang sedang memanjang. Selanjutnya tRNA keluar dari ribosom. Langkah ini membutuhkan energi yang disediakan oleh hidrolisis GTP.

  • Terminasi

Elongasi berlanjut hingga ribosom mencapai suatu urutan triplet basa nitrogen tertentu yang disebut termination ribosom atau kodon stop, maka polimerisasi asam amino akan terhenti sampai di situ.

Triplet basa kodon stop adalah UAA, UAG atau UGA. Kodon stop tidak mengkode suatu asam amino melainkan bertindak sebagai sinyal untuk menghentikan translasi.

Setelah proses translasi selesai, protein yang sudah disintesis itu bisa ditambahkan gugus karbohidrat atau dipecah menjadi polipeptida-polipeptida kecil atau yang lainnya.

Hal ini disebut proses post-translasi. Dengan demikian satu gen bisa membentuk satu protein atau juga bisa membentuk beberapa protein, bergantung pada proses post-translasi.

Baca Juga : Bagian Bagian Sel Hewan Dan Tumbuhan

Sewaktu proses translasi berlangsung, di dalam sitoplasma terbentuk peptida-peptida yang tertentu urutannya (terdiri dari 15 – 30 asam amino) yang disebut peptida signal.

Bila peptida signal terbentuk maka peptida ini akan mengikatkan diri dengan reseptor protein yang terdapat pada permukaan reticulum endoplasma, dengan demikian menarik pula ribosom sehingga melekat pada reticulum endoplasma dan protein yang disintesisnyaakan masuk ke sisterna reticulum endoplasma, kemudian disekresikan ke luar sel atau akan membentuk protein membran plasma.

Demikian penjelasan artikel diatas tentang Sintesis Protein – Pengertian, Skema, Diagram, Proses, Tahap semoga bisa bermanfaat bagi pembaca setia kami