PROTEIN DAN RNA
RESUMEUntuk Memenuhi Tugas Matakuliah Bioteknologiyang dibimbing
oleh Prof. Dr. agr. H. Mohamad Amin, M.Si dan Dr. Endang Suarsini,
M. Ked
OlehKelas/OFF: A/A
Desy Yanuarita Wulandari(140341807054)Ummul Hasanah
(140341807556)
The Learning University
UNIVERSITAS NEGERI MALANGPASCASARJANAPENDIDIKAN BIOLOGI PROGRAM
MAGISTERJanuari 2014
RNA DAN SINTESIS PROTEINGen menentukan aktivitas dan fungsi
dalam sebuah sel melalui sintesis protein. Beberapa fungsi esensial
dari protein adalah sebagai berikut:1. Protein penting untuk
struktur sel, contohnya komponen penting pada membran, organel, dan
sitoplasma.2. Protein berperan sebagai enzim dalam reaksi esensial
sel.3. Protein berperan penting sebagai hormon dan pengkode molekul
lainnya yang sel gunakan untuk berkomunikasi.4. Protein reseptor
berikatan dengan molekul lainnya, seperti hormon, dan protein
transpor yang memungkinkan molekul lain masuk dan keluar sel.5.
Protein sebagai antibodi mengenali dan menghancurkan materi asing
yang masuk ke tubuh.
Lalu bagaimana DNA membuat protein? DNA tidak membuat protein
secara tidak langsung. Untuk mensintesis protein, gen dikopi
menjadi mRNA. Sintesis RNA disebut transkripsi (Gambar 1). Adapun
sintesis protein disebut dengan proses translasi.Molekul RNA berupa
untai tunggal, berbeda dengan DNA yang beruntai ganda. Tapi secara
komposisis kimiawi keduanya hampir serupa. Yang membedakan adalah
pada basa nitrogen pada RNA adalah urasil, bukannya timin.
Gambar 1. Transkripsi
PENGGANDAAN KODE: TRANSKRIPSIBagaimana DNA digunakan sebagai
cetakan untuk membuat RNA?RNA polimerase adalah enzim kunci dalam
proses transkripsi. Di dalam nukleus, RNA polimerase melepaskan
untaian heliks DNA dan kemudian menggandakan 1 untai DNA menjadi
RNA. Tidak seperti replikasi DNA, yang mengkopi semua bagian dari
DNA asal, transkripsi terjadi hanya pada segmen kromosom yang
mengandung gen. Bagaimana RNA polimerase mengetahui di mana harus
memulai transkripsi?Promoter merupakan sekuen spesifik dari
nukleotida yang membolehkan RNA polimerase untuk mengikat lokasi
spesifik pada gen. Protein yang disebut faktor transkripsi membantu
RNA polimerase menemukan promoter dan berikatan pada DNA; sekuen
yang disebut enhancers juga berperan penting dalam
transkripsi.Setelah RNA polimerase berikatan pada promoter,
kemudian membuka untaian DNA menjadi dua untaian. Hanya satu
untaian yang disebut untaian cetakan (lawannya dsebut untaian
pengkode), yang dikopi oleh RNA polimerase. Kehadiran promoter
menentukan untaian mana dari DNA yang akan dicetak. Proses ini
hanya dapat berlangsung pada untaian cetakan DNA dengan orientasi 5
ke 3. Ketika RNA polimerase mencapai bagian akhir dari gen, dia
akan bertemu dengan sekuen terminasi. Sekuen ini mengikat protein
atau pasangan basa untuk membentuk loop atau simpul pada akhir RNA.
Hasilnya diperoleh RNA baru dari molekul DNA. TRANSKRIPSI
MENGHASILKAN BERBAGAI JENIS RNAKita telah mengetahui bahwa mRNA
diproduksi ketika banyak gen dikopi menjadi RNA. Dua tipe RNA
lainnya, yaitu transfer RNA (tRNA) dan ribosomal RNA (rRNA), juga
diproduksi melalui transkripsi. RNA polimerase yang berbeda akan
menghasilkan RNA yang berbeda. Sebagaimana yang telah kita
pelajari, hanya mRNA yang membawa informasi yang secara langsung
mengkode untuk sintesis protein, tapi tRNA dan rRNA juga penting
untuk sintesis protein.PENERJEMAHAN KODE: SINTESIS PROTEINTranslasi
terjadi pada sitoplasma sel sebagai proses dengan berbagai tahap
yang melibatkan beberapa tipe RNA. Adapun komponen pada proses
translasi antara lain:1. mRNA-pengkopian gen. bertindak sebagai
pembawa pesan dengan membawa kode genetik, yang dikode oleh DNA,
yang informasinya dapat dibaca untuk memproduksi protein. 2. rRNA,
komponen penting dari ribosom, yang merupakan organel penting dalam
sintesis protein. Ribosom mengenali dan berikatan pada mRNA dan
membaca mRNA selama translasi.3. tRNA-molekul yang membawa asam
amino ke ribosom selama sintesis protein.
KODE GENETIKKode ini bekerja pada tiga unit nukleotida yang
disebut kodon, yang terkandung dalam molekul mRNA. Tiap kodon
mengkode sebuah asam amino. Seperti yang terlihat pada tabel
berikut:
Kode genetik ini juga merupakan kodon yang dapat memberitahu
ribosom di mana akan memulai dan mengakhiri translasi. AUG
merupakan start codon yang mengkode asam amino metionin dan memberi
sinyal untuk memulai translasi. Stop codon adalah UGA, UAA, dan
UAG. Ketiganya tidak mengkode suatu asam amino, hanya sebagai kode
untuk mengakhiri translasi.
MOLEKUL RIBOSOM DAN TRNARibosom merupakan struktur kompleks yang
terdiri atas rRNA dan protein yang membentuk struktur yang disebut
subunit. Tiap ribosom mengandung 2 subunit, subunit kecil dan
besar. Subunit ini membentuk dua alur, yang disebut A (aminoasil)
site dan P (peptidil) site, yang mana tRNA dapat berikatan. Dan E
site sebagai tempat molekul tRNA untuk meninggalkan ribosom.
TAHAPAN TRANSLASITranslasi terdiri atas tahapan inisiasi,
elongasi, dan terminasi.
Gambar 2. TranslasiINISIASILangkah berikutnya dalam terjemahan
inisiasi. Komponen yang memainkan peranan penting dalam inisiasi
adalah sebagai berikut. Ada dua subunit ribosom terlibat dalam
proses inisiasi. Messenger RNA (mRNA). Aminoasil RNA transfer
(tRNA) Guanosin-5-trifosfat (GTP) menyediakan energi untuk proses
translasi. Faktor inisiasi (IF) merakit komponen mengambil bagian
dalam proses inisiasi.Nukleotida DNA dan RNA terdiri dari untai.
Salah satu ujung untai dikenal sebagai 3, sedangkan yang lain
dengan 5. Dalam proses inisiasi, subunit kecil ribosom melekat atau
terikat ke ujung 5 dari RNA. Protein khusus yang dikenal sebagai
Initiation Factor membantu dalam proses pengikatan. eIF3 atau
eukariotik Inisiasi Factor membantu dalam mengikat unit ribosom
kecil ke mRNA. Seiring dengan ribosom, RNA transfer (tRNA) juga
melekat pada mRNA. Ketika tRNA akan melekat pada mRNA, ia membawa
asam amino bersama dengan dirinya sendiri.MRNA terdiri dari satu
set tiga nukleotida yang disebut kodon. Kodon hadir pada asam
nukleat (DNA dan RNA) sesuai dengan asam amino yang hadir dalam
protein. Untuk setiap kodon, ada satu set asam nukleat melekat pada
ujung tRNA. Ini dikenal sebagai antikodon.tRNA mulai mencari mRNA
untuk kodon awal (start codon). Kodon awal hadir pada mRNA ini
kebanyakan AUG (Adenin, Urasil, Guanin). Dalam sel-sel organisme
eukariotik, asam amino yang sesuai untuk kodon awal adalah
metionin. TRNA yang telah membentuk ikatan kovalen dengan metionin
selama fase aktivasi translasi menjadi bagian dari struktur
kompleks yang disebut kompleks ribosom. Sintesis protein, sehingga
dimulai dengan metionin. Sebuah Inisiasi eukariotik Faktor 2 (eIF2)
membawa tRNA ke subunit kecil ribosom. Ini melaksanakan hidrolisis
GTP. Lebih lanjut mengarah pada pembentukan ribosom yang lengkap
diikuti oleh disosiasi subunit kecil dan besar. Ini mengakhiri fase
inisiasi dan fase Elongasi dimulai setelahnya.ELONGASIPemanjangan
rantai polipeptida dimulai dengan tRNA memasuki situsP ribosom.
Lokasi A ribosom sekarang siap untuk menerima aminoasil-tRNA. Pada
tahap elongasi, siklus tiga langkah yang diikuti dengan pemanjangan
rantai protein berlangsung. Aminoasil secara repat ditempatkan
dalam ribosom. Pembentukan ikatan peptida. Setelah setiap
pembentukan ikatan peptida, mRNA bergeser oleh satu
kodon.TERMINASI/PENYELESAIANIni adalah tahap akhir dari proses
translasi. Jika salah satu kodon terminasi memasuki lokasi A
ribosom, proses translasi berhenti. Hal ini terjadi karena tRNA
tidak mengenali kodon tersebut. Kodon ini dikenali oleh faktor
rilis sebagai gantinya, dan mereka memicu reaksi yang disebut
hidrolisis. Protein terbentuk sebagai hasil dari seluruh proses
ini, dilepaskan dari ribosom dan akhirnya proses translasi
berakhir.Pada sel prokariotik, 18 asam amino yang diproduksi per
detik dan 1000 asam amino yang dihasilkan dalam bakteri. Sintesis
protein adalah proses penting yang terjadi di ribosom sel-sel
makhluk hidup dan bentuk translasi merupakan bagian penting dari
itu.KONTROL EKSPRESI GENProses ekspresi gen akan berhubungan degan
produksi mRNA. Tidak semua gen akan ditranskripsi dan translasi
pada waktu yang sama. Itulah sebabnya ada perbedaan ekspresi gen
antara sel otak, sel hati, dan juga sel kulit. Suatu gen akan
terekspresi pada waktu tertentu sebagai suatu respon faktor
internal maupun eksternal. Faktor tersebut misalnya perubahan suhu,
nutrisi, hormon, ataupun sinyal kimia lainnya. Lalu bagaimana sel
itu bisa aktif dan tidak aktif sebagai respon dari sinyal-sinyal
tersebut?. Inilah yang disebut dengan regulasi gen. Salah satunya
adalah dengan regulasi transkripsi. Pada proses ini, akan ada
kontrol dari banyaknya produksi mRNA. Bagaimana sel bisa tahu bahwa
gen tersebut harus aktif atau harusnya tidak aktif?. Hal ini
berhubungan dengan struktur promotor. Promotor ditemukan pada
bagian upstream (ujung 5) dari urutan gen. Pada eukariot, umumnya
promotor memiliki urutan TATA box (TATAAAAA) dan CAAT box
(GGCCAATCT). Untuk organisme eukariot, RNA polymerase tidak dapat
berikatan dengan promotor bila faktor transkripsi belum ada. Pada
beberapa gen juga terdapat struktur yang disebut dengan enhancer.
Enhancer biasanya terdapat pada bagian upstream dan bisa juga pada
bagian downstream. Enhancer mengikat protein regulasi yang
berfungsi sebagai aktivator. Aktivator ini akan berinteraksi dengan
dengan faktor transkripsi dan RNA polymerase untuk menstimulasi
proses transkripsi. Setiap sel memerlukan aktivator yang berbeda.
Misalnya, hormon testosteron dapat menjadi aktivator untuk ekspresi
gen. Hormon ini akan berikatan dengan struktur khusus pada enhancer
yaitu andorgen response element (5-TGTTGT-3). Sehingga pada lelaki
akan mengalami pertumbuhan sekunder yang melibatkan otot dan
rambut. Namun, adanya aktivator ini tidak akan memberikan efek pada
semua sel. Hanya sel yang memiliki andorgen-response element saja
yang akan memberikan respon.
BAKTERI MENGGUNAKAN OPERON UNTUK MEREGULASI GEN EKSPRESI. Operon
adalah struktur gen pada bakteri. Gen pada operon ini dapat
diregulasi sebagai respon perubahan yang ada dalam sel. Operon
dapat distimulasi ataupun dihambat tergantung pada nutrien yang ada
pada lingkungan. Misalnya Lac Operon. Lac operon mengandung 3 gen
yaitu: lacZ, mengkode enzim B-galactosidase lacY, mengkode enzim
permease lacA, mengkode enzim acetylase
Gambar 3. Lac Operan dari BakteriLac operon ini diregulasi oleh
adanya lac repressor yang dikode oleh gen lacI. Jika tidak ada
laktosa, represor akan berikatan dengan operator (promotor lac
operon). Karena adanya ikatan antara represor dengan operator, maka
RNA polymerase diblok untuk berikatan dengan promoter sehingga
tidak ada proses transkripsi gen Z,Y, dan A. Namun, jika ada
laktosa, maka lacose akan berikatan dengan represor sehingga
mencegah repressor untuk berikatan dengan operator dan transkripsi
tetap berlangsung.
Gambar 4. Caenorhabditis elegansPada Caenorhabditis elegans
ditemukan RNA untai ganda yang tidak mengkode protein disebut siRNA
(short interfening RNA). Terdapat pula microRNA yang tidak mengkode
protein. miRNAs adalah molekul regulasi yang berfungsi untuk
menonaktifkan silencing ekspresi gen.