Makalah Genetika Lanjutan-Translasi

Makalah Genetika Lanjutan

Ekspresi Genetik: TRANSLASI

Elly Syafriani

Pascasarjana Universitas Andalas

Padang, 2013

TRANSLASI

A. PendahuluanIstilah ekspresi genetik dapat juga diartikan sebagai sintesis

protein, karena proses tahapan dan hasil akhirnya adalah sama. Adapun tahapan ekspresi genetik atau sintesis protein secara garis besar adalah transkripsi dan translasi. Di dalam makalah ini akan lebih lanjut dibahas mengenai translasi.

Translasi adalah proses penerjemahan urutan nukleotida yang ada pada molekul mRNA menjadi rangkaian asam-asam amino yang menyusun suatu polipeptida atau protein (wikipedia.org). Menurut Saefudin (2007), translasi adalah sintesis polipeptida yang sesungguhnya, yang terjadi berdasarkan arahan mRNA. Selama tahapan ini terdapat perubahan bahasa, yaitu sel menterjemahkan (mentranslasi) urutan basa molekul mRNA ke dalam urutan asam amino polipeptida. Translasi hanya terjadi pada molekul mRNA, sedangkan rRNA dan tRNA tidak ditranslasi. Molekul mRNA yang merupakan salinan urutan DNA menyusun suatu gen dalam bentuk kerangka baca terbuka.

Translasi berlangsung di dalam ribosom, yaitu suatu struktur organel sel yang banyak terdapat di dalam sitoplasma. Ribosom terdiri atas dua subunit, yaitu subunit besar dan subunit kecil yang akan menyatu selama inisiasi translasi dan terpisah ketika translasi telah selesai. Tiap ribosom mempunyai 3 tempak pengikatan tRNA, yang masing-masing dinamakan tapak aminoasil (tapak A/site A), tapak peptidil (tapak P/site P), dan tapak E (site E). Molekul aminoasil-tRNA yang baru memasuki ribosom akan terikat di tapak A, sedangkan tRNA yang membawa rantai polipeptida yang sedang diperpanjang terikat di tapak P, dan pelepasan tRNA yang sudah tidak memiliki asam amino karena telah diikatkan pada polipeptida yang sedang diperpanjang, selanjutnya keluar dari ribosom melalui tapak E.

Ukuran ribosom dinyatakan atas dasar laju pengendapannya selama sentrifugasi sebagai satuan yang disebut satuan Svedberg (S). Pada kebanyakan prokariot ribosom mempunyai ukuran 70S, sedangkan pada eukariot biasanya sekitar 80S. Pada bakteri subunit kecil penyusun ribosom disebut dengan 30S. Subunit kecil ribosom bakteri mengandung 16S rRNA dan 21 macam protein dengan berbagai macam tingkat kelarutan. Sedangkan unit besarnya (50S) mengandung 23S rRNA dan 5S rRNA serta 31 protein. Pada eukariot terdapat 18S rRNA dan 28S rRNA serta tipe protein yang lebih banyak.

Gambar 1. RNA ribosom pada organisme prokariot dan eukariot

Sebagai tahapan kedua pada proses ekspresi genetik/sintesis protein, bahan utama yang diperlukan untuk melangsungkan proses translasi ini adalah mRNA yang merupakan hasil akhir dari proses transkripsi (tahapan pertama pada proses ekspresi genetik/sintesis protein). Pada umumnya, mRNA pada prokariot memiliki struktur yang sangat tidak stabil, sedangkan struktur mRNA eukariot bersifat stabil. Perbedaan stabilitas struktur mRNA pada prokariot dan eukariot ini disebabkan adanya struktur modifikasi yang terdapat pada mRNA eukariot, dimana ujung 5’ mengandung gugus “CAP” yang merupakan modifikasi terhadap basa purin (baik A atau G) melalui pengikatan gugus metil dan beberapa senyawa posfat. Sementara itu di ujung 3’-nya terjadi pengikatan residu poliadenil (A+) yang panjangnya dapat mencapai 200 buah residu adenil. Keberadaan modifikasi ujung 5’ dan 3’ ini menjadikan mRNA pada eukariot tidak mudah dicerna baik oleh enzim endonuklease maupun eksonuklease sehingga keberadaannya sangat stabil (Jamsari, 2007).

Adapun perbedaan lain antara mRNA eukariot dan mRNA prokariot lebih jauh dijelaskan oleh Jamsari (2007), sebagai berikut:

1. Sekuens mRNA yang dihasilkan selama proses transkripsi pada organisme prokariot adalah sama dengan sekuens DNA yang merupakan template selama proses transkripsi. Hal ini dikarenakan pada DNA prokariot tidak didapati sekuens intron yang merupakan sekuens struktural DNA. Pada DNA prokariot hanya terdapat sekuens-sekuens ekson (sekuens fungsional DNA) yang ditranskripsikan langsung menjadi mRNA. Berbeda pada eukariot, panjang mRNA yang dihasilkan setelah

proses transkripsi lebih pendek dibandingkan dengan sekuens DNA-nya. Hal ini dikarenakan sekuens DNA pada eukariot terdapat sekuens intron dan ekson, dimana hanya sekuens ekson yang diterjemahkan untuk menjadi mRNA. Penjelasan lebih detailnya yaitu selama proses pembentukan mRNA matang, terjadi proses mRNA splicing, dimana meskipun pada awalnya sekuens intron ditranskripsikan menjadi mRNA tetapi masih bersifat intermediat, sehingga pada tahap splicing, mRNA intermediat akan dibuang dan ujung masing-masing sekuens mRNA yang berasal dari sekuens ekson akan dipersatukan untuk membentuk mRNA yang matang (mature RNA).

2. Lokalisasi mRNA pada organisme prokariot cenderung bersifat tidak berpindah-pindah, sedangkan pada organisme eukariot terjadi transportasi mRNA matang dari nukleus ke sitoplasma.

3. Translasi protein dari mRNA pada prokariot terjadi secara simultan (serempak) mengiringi proses transkripsi mRNA. Meskipun proses pembentukan mRNA belum sepenuhnya selesai, akan tetapi 0,5 menit sejak dimulainya proses transkripsi, ribosom sudah mulai berikatan dengan ujung 5’ mRNA yang sedang dibentuk pada tempat yang sama dimana terjadinya transkripsi mRNA tersebut. Sedangkan pada eukariot, awal proses translasi baru akan dimulai setelah proses transkripsi mRNA benar-benar telah selesai disintesis. Untuk memulai proses translasi, mRNA pada nukleus harus ditransportasikan lebih dahulu ke sitoplasma, oleh karena itu pada eukariot, proses translasi mRNA menjadi protein, baru akan terjadi sekitar 4 jam sejak dimulainya transkripsi mRNA.

B. Proses TranslasiProses translasi secara garis besar dapat dibagi menjadi tiga

tahapan (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 (Aryulina et al., 2004).

Gambaran penting sintesis protein atau translasi adalah proses ini berlangsung dengan arah tertentu sebagai berikut:

1. Molekul mRNA ditranslasi dengan arah 5’3’, tetapi tidak dari ujung 5’ hingga ujung 3’.

2. Polipeptida disintesis dari ujung amino ke ujung karboksil dengan menambahkan asam-asam amino satu demi satu ke ujung karboksil.

Adapun penjelasan lengkap mengenai ketiga tahapan proses translasi adalah sebagai berikut:

1. InisiasiPada dasarnya, tahapan ini terjadi ketika sebuah molekul mRNA

dari hasil transkripsi keluar dari nukleus ke sitoplasma dan terikat pada permukaan ribosom yang kedua subunitnya telah bergabung. Pengikatan ini terjadi karena pada mRNA prokariot terdapat urutan basa tertentu yang disebut sebagai tempat pengikatan ribosom (ribosom binding site) atau urutan Shine-Dalgarno. Sementara itu, pada eukariot pengikatan ribosom dilakukan oleh ujung 5’ mRNA. Dimana pada ujung 5’ mRNA tersebut telah terjadi modifikasi terhadap basa purinnya melalui pengikatan gugus metil dan beberapa senyawa posfat sehingga ujung 5’ mRNA tersebut mengandung “CAP” (capping). Subunit ribosom kecil melekat pada bagian CAP di ujung 5’ mRNA tersebut, dimana di dekat daerah CAP terdapat kodon inisiasi AUG (start kodon), yang akan memberikan sinyal dimulainya proses translasi. Selanjutnya, berbagai aminoasil-tRNA akan berdatangan satu demi satu ke kompleks ribosom-mRNA ini dengan urutan sesuai dengan antikodon dan asam amino yang dibawanya. Urutan ini ditentukan oleh urutan triplet kodon pada mRNA.

Gambar 2. Proses inisiasi

Sedikit menyimpang dari pembahasan mengenai inisiasi pada proses translasi, penulis ingin menginformasikan sedikit mengenai apa itu tRNA. Jamsari (2007) menjelaskan tRNA adalah molekul adapter yang menghubungkan antara mRNA dengan asam amino yang akan membentuk molekul protein melalui ikatan polipeptida sesamanya. Setiap satu tRNA mewakili satu jenis asam amino spesifik yang berikatan secara kovalen pada ujung 3’. Ikatan spesifik antara mRNA dan tRNA ditentukan oleh sekuens trinukleotid yang berkomplementer dengan kodon pada mRNA yang akan diterjemahkan menjadi asam amino. Struktur sekunder tRNA membentuk struktur “cloverleaf” yang terdiri dari struktur batang yang mengandung loops pita tunggal. Struktur loops pita tunggal tersebut akan membentuk struktur lengan tRNA yang bersifat khusus. Ada empat macam lengan tRNA secara umum, yaitu:

1. Lengan penerima yang mengandung batang pasangan basa yang berakhir pada ujung 3’ yang tidak berpasangan dimana gugus hidroksil 2’ dan 3’ dapat berikatan dengan asam amino yang akan diikatnya.

2. Lengan TφC yang ditandai dengan adanya sekuens triplet TφC (φ= pseudouridine, suatu basa termodifikasi).

3. Lengan antikodon, selalu mengandung sekuens triplet antikodon pada pusat struktur loop.

4. Lengan D, ditandai dengan adanya sekuens basa dihidrouridine, yakni basa nitrogen termodifikasi pada tRNA.

Gambar 3. Struktur sekunder tRNA

Secara umum struktur tRNA bersifat konstant sehingga penomoran dapat dilakukan dari ujung 5’ ke ujung 3’. Kebanyakan tRNA disusun oleh 76 ikatan basa nitrogen, dengan kisaran antara 74-95 basa. Adanya variasi

struktur tRNA disebabkan oleh keberadaan lengan ekstra yang terletak antara TφC dan lengan antikodon.

Berdasarkan jenis lengan ekstra penyusunnya, maka tRNA diklasifikasikan ke dalam 2 kelas, yaitu:

1. tRNA kelas 1, dimana lengan ekstranya mengandung 3-5 basa. Kelas tRNA ini mengandung 75% dari total tRNA yang ada.

2. tRNA kelas 2, dimana lengan ekstranya mengandung 13-21 basa, ditambah dengan 5 basa pada batang utamanya.

Penomoran basa tambahan pada lengan ekstra diberi nomor relatif terhadap struktur umumnya, seperti 17:1 yang berarti terletak antara nukleotid nomor 20 dan 21.

Apabila tRNA “dimuati” dengan asam amino yang berkorelasi dengan antikodonnya, maka struktur tRNA tersebut dinamakan “aminoasetil-tRNA. Asam amino akan berikatan dengan tRNA pada ujung basa 3’ yang selalu mengandung basa nitrogen A (adenin), membentuk ikatan ester pada gugus karboksil ke-2 atau gugus hidroksil ke-3. Untuk setiap jenis asam amino paling tidak ada satu jenis tRNA. Sedangkan penamaan tRNA sesuai dengan jenis asam aminonya yang ditulis dengan huruf “superscript”, contoh: tRNAala, tRNA yang berikatan dengan asam amino alanin. Jika ada dua macam atau lebih tRNA yang mengandung satu jenis asam amino, maka diberi nomor berurut yang ditulis dengan huruf “subscript”, contoh: tRNA1

ala, tRNA2ala. Pengikatan asam amino pada

masing-masing tRNA-nya dikatalisis oleh enzim aminoasetil-tRNA sintetase.

Pengisian tRNA dengan asam amino dikatalisis oleh satu jenis enzim aminoasetil-tRNA sintetase. Ada dua tahap dalam proses tersebut:

1. Asam amino akan bereaksi dengan ATP untuk membentuk aminoasetil-adenilat, dan melepaskan firofosfat. Energi reaksi disediakan melalui pemecahan ATP.

2. Asam amino yang telah teraktivasi ditransfer ke tRNA dan melepaskan AMP.

Aminoasetil-tRNA sintetase mensortir tRNA yang cocok dengan jenis asam aminonya. Jenis tRNA yang mewakili asam amino yang sama disebut dengan “isoaccepting tRNAs”, dan kesemuanya dikatalisis oleh enzim sintetase yang sama.

Kembali lagi membahas tentang tahap inisiasi pada proses translasi. Lebih rinci, inisiasi sintesis protein ini dilakukan oleh aminoasil-

tRNA khusus, yaitu tRNA yang membawa metionin (dilambangkan sebagai metionil-tRNAi

Met). Hal ini berarti bahwa sintesis semua polipeptida selalu dimulai dengan metionin (start kodon). Khusus pada prokariot akan terjadi formilasi gugus amino pada metionil-tRNA i

Met

(dilambangkan sebagai metionil-tRNAfMet) yang mencegah terbentuknya

ikatan peptida antara gugus amin tersebut dengan gugus karboksil asam amino pada ujung polipeptida yang sedang diperpanjang sehingga asam amino awal pada polipeptida prokariot selalu berupa f-metionin. Pada eukariot metionil-tRNAi

Met tidak mengalami formilasi gugus amin, tetapi molekul ini akan bereaksi dengan protein-protein tertentu yang berfungsi sebagai faktor inisiasi (IF-1, IF-2, IF-3). Selain itu, baik pada prokariot maupun eukariot, terdapat pula metionil-tRNA yang metioninnya bukan merupakan asam amino awal (dilambangkan sebagai metionil-tRNAMet) (biomol.edublogs.org).

Kompleks inisiasi pada prokariot terbentuk antara mRNA, metionil-tRNAf

Met, dan subunit kecil ribosom (30S) dengan bantuan protein IF-1, IF-2, IF-3, serta sebuah molekul GTP. Pembentukan kompleks inisiasi ini diduga difasilitasi oleh perpasangan basa antara suatu urutan di dekat ujung 3’ rRNA berukuran 16S dan sebagian urutan pengarah (leader sequence) pada mRNA. Selanjutnya, kompleks inisiasi bergabung dengan subunit besar ribosom (50S), dan metionil-tRNAf

Met

terikat pada tapak P. Berpasangannya triplet kodon inisiasi pada mRNA dengan antikodon pada metionil-tRNAf

Met di tapak P menentukan urutan triplet kodon dan aminoasil-tRNAf

Met berikutnya yang akan masuk ke tapak A. Pengikatan aminoasil-tRNAf

Met berikutnya, misalnya alanil-tRNAala, ke tapak A memerlukan protein-protein elongasi EF-Ts dan EF-Tu (biomol.edublogs.org).

Gambar 4. Perbedaan inisiasi pada proses translasi prokariot dan eukariot

2. Elongasi

Pada tahap ini, asam amino - asam amino berikutnya ditambahkan satu per satu pada asam amino pertama (metionin). Pembentukan ikatan peptida antara gugus karboksil pada metionil-tRNAf

Met di tapak A dikatalisis oleh enzim peptidil transferase, suatu enzim yang terikat pada subunit ribosom 50S (berfungsi mengkatalisis pembentukan ikatan peptida yang menggabungkan polipeptida yang memanjang ke asam amino yang baru tiba). Reaksi ini menghasilkan dipeptida yang terdiri atas f-metionin dan alanin yang terikat pada tRNAala di tapak A (peptida awal memisahkan diri dari tRNA tempat pelekatannya semula, dan asam amino pada ujung karboksilnya berikatan dengan asam amino yang dibawa oleh tRNA yang baru masuk) (biomol.edublogs.org).

Langkah berikutnya adalah translokasi, yang melibatkan (1) perpindahan f-met-ala-tRNAala dari tapak A ke tapak P dan (2) pergeseran posisi mRNA pada ribosom sepanjang tiga basa sehingga triplet kodon yang semula berada di tapak A masuk ke tapak P, dan yang dari tapak P akan bergeser ke tapak E (tapak pelepasan tRNA yang sudah tidak memiliki peptida). Dalam contoh ini triplet kodon yang bergeser dari tapak A ke tapak P tersebut adalah triplet kodon untuk alanin. Triplet kodon berikutnya, misalnya penyandi serin, akan masuk ke tapak A dan proses seperti di atas hingga translokasi akan terulang kembali. Translokasi memerlukan aktivitas faktor elongasi berupa enzim yang biasa dilambangkan dengan EF-G (biomol.edublogs.org).

Gambar 5. Proses translokasi pada proses translasi

Saat mRNA bertranslokasi (berpindah tempat) antikodonnya tetap berikatan dengan kodon tRNA. mRNA bergerak bersama-sama dengan antikodon ini dan bergeser ke kodon berikutnya yang akan ditranslasi. Sementara itu, tRNA yang sudah tidak memiliki asam amino karena telah berikatan dengan polipeptida yang sedang memanjang akan keluar dari ribosom (melalui tapak E). Langkah ini membutuhkan energi yang disediakan oleh hidrolisis GTP. mRNA bergerak melalui ribosom ke satu arah saja, mulai dari ujung 5’. Hal ini sama dengan ribosom yang bergerak 5’ 3’ pada mRNA. Hal yang terpenting adalah ribosom dan mRNA

bergerak relatif satu sama lain, dengan arah yang sama, kodon demi kodon. Siklus elongasi menghabiskan waktu kurang dari 1/10 detik dan terus berlangsung hingga rantai polipeptidanya lengkap (Aryulina et al., 2004).

Gambar 6. Proses Elongasi pada translasi

3. Terminasi Tahap akhir translasi adalah terminasi (perhentian perpanjangan

rantai polipeptida). Pemanjangan atau elongasi rantai polipeptida akan terus berlangsung hingga suatu triplet kodon yang menyandi terminasi memasuki tapak A. Sebelum suatu rantai polipeptida selesai disintesis terlebih dahulu terjadi deformilisasi pada f-metionin menjadi metionin. Terminasi ditandai oleh terlepasnya mRNA, tRNA di tapak P, dan rantai polipeptida dari ribosom. Selain itu, kedua subunit ribosom pun memisah. Pada terminasi diperlukan aktivitas dua protein yang berperan sebagai faktor pelepas atau releasing factors, yaituu RF-1 dan RF-2 (biomol.edublogs.org).

Gambar 7. Proses Terminasi pada translasi

C. Pasca TranslasiSelama proses translasi dan sesudahnya, rantai polipeptida yang

terbentuk mulai menggulung dan melipat secara spontan membentuk protein fungsional dengan konformasi yang spesifik. Konformasi ini berupa suatu molekul tiga dimensi dengan struktur sekunder dan tersier. Pelipatan protein dibantu oleh suatu protein chaperon. Langkah tambahan yang dilakukan sebelum dikirim ke target adalah memberikan modifikasi secara kimiawi. Pada asam amino terentu dilakukan penambahan gula, lipid, gugus fosfat atau penambahan-penambahan lain (Sarmoko, 2011).

D. KesimpulanDari penjelasan yang telah penulis jabarkan di atas mengenai

proses translasi pada ekspresi genetik atau sintesis protein, dapat penulis tarik kesimpulan bahwa mRNA pada organisme eukariot jauh lebih stabil dibandingkan pada organisme prokariot. Walaupun demikian, sebenarnya keseluruhan mekanisme proses translasi yang terjadi pada organisme eukariot secara gambaran umumnya adalah sama dengan mekanisme proses translasi pada organisme prokariot. Hanya ada beberapa bagian tertentu saja yang berbeda. Sehingga, keseluruhan proses translasi baik pada organisme prokariot maupun di organisme eukariot hanya terdiri dari 3 tahapan, yaitu: inisiasi, elongasi, dan terminasi.

Daftar Pustaka

Anonim. Translasi (diakses dari laman http://id.wikipedia.org/wiki/Translasi_(genetik) pada tanggal 7 Oktober 2013; 08.45 Wib).

Anonim. Translasi (diakses dari laman http:// biomol . edublogs.org/files/2010/02/BAB-VI- TRANSLASI . pdf pada

tanggal 7 Oktober 2013; 08.50 Wib).

Aryulina et al. 2004. Biologi SMA. Esis : Jakarta.

Jamsari. 2007. Bioteknologi Pemula. Unri Press : Pekanbaru.

Saefudin. 2007. Genetika. FPMIPA, Universitas Pendidikan Indonesia : Bandung.

Sarmoko. 2011. From Gene to Protein. Departemen Farmasi, Universitas Sudirman.