SINTESIS PROTEIN: TAHAPAN DAN KARAKTERISTIKNYA - BIOLOGI - 2025

The sintesis protein adalah peristiwa biologis yang terjadi di hampir semua makhluk hidup. Sel terus-menerus mengambil informasi yang disimpan dalam DNA dan, berkat adanya mesin khusus yang sangat kompleks, mengubahnya menjadi molekul protein.

Namun, kode 4 huruf yang dienkripsi dalam DNA tidak langsung diterjemahkan menjadi protein. Molekul RNA yang berfungsi sebagai perantara, disebut messenger RNA, terlibat dalam proses tersebut.

Sintesis protein.
Sumber: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a7/Ribosome_mRNA_translation_es.svg

Ketika sel membutuhkan protein tertentu, urutan nukleotida dari bagian DNA yang sesuai disalin ke dalam RNA - dalam proses yang disebut transkripsi - dan ini kemudian diterjemahkan menjadi protein yang dimaksud.

Aliran informasi yang dijelaskan (DNA ke RNA pembawa pesan dan RNA pesan ke protein) terjadi dari makhluk yang sangat sederhana seperti bakteri ke manusia. Rangkaian langkah ini disebut sebagai "dogma" utama biologi.

Mesin yang bertanggung jawab untuk sintesis protein adalah ribosom. Struktur seluler kecil ini sebagian besar ditemukan di sitoplasma dan berlabuh di retikulum endoplasma.

Apa itu Protein?

Protein adalah makromolekul yang terdiri dari asam amino. Ini merupakan hampir 80% dari protoplasma seluruh sel yang mengalami dehidrasi. Semua protein yang menyusun suatu organisme disebut "proteome".

Fungsinya bermacam-macam dan bervariasi, dari peran struktural (kolagen) hingga transportasi (hemoglobin), katalis reaksi biokimia (enzim), pertahanan melawan patogen (antibodi), antara lain.

Ada 20 jenis asam amino alami yang digabungkan dengan ikatan peptida untuk membentuk protein. Setiap asam amino dicirikan dengan memiliki kelompok tertentu yang memberinya sifat kimia dan fisik tertentu.

Tahapan dan karakteristik

Cara sel menafsirkan pesan DNA terjadi melalui dua peristiwa mendasar: transkripsi dan terjemahan. Banyak salinan RNA, yang telah disalin dari gen yang sama, mampu mensintesis sejumlah besar molekul protein identik.

Setiap gen ditranskripsikan dan diterjemahkan secara berbeda, memungkinkan sel untuk menghasilkan berbagai macam protein dalam jumlah yang bervariasi. Proses ini melibatkan berbagai jalur regulasi seluler, yang umumnya mencakup kendali produksi RNA.

Langkah pertama yang harus dilakukan sel untuk memulai produksi protein adalah membaca pesan yang tertulis pada molekul DNA. Molekul ini bersifat universal dan berisi semua informasi yang diperlukan untuk pembangunan dan perkembangan makhluk hidup.

Selanjutnya, kami akan menjelaskan bagaimana sintesis protein terjadi, memulai proses "membaca" materi genetik dan diakhiri dengan produksi protein itu sendiri.

Transkripsi: dari DNA ke RNA pembawa pesan

Pesan pada heliks ganda DNA ditulis dalam kode empat huruf yang sesuai dengan basa adenin (A), guanin (G), sitosin (C), dan timin (T).

Urutan huruf DNA ini berfungsi sebagai templat untuk membangun molekul RNA yang setara.

Baik DNA dan RNA adalah polimer linier yang terdiri dari nukleotida. Namun, mereka berbeda secara kimiawi dalam dua hal mendasar: nukleotida dalam RNA adalah ribonukleotida dan alih-alih timin basa, RNA memiliki urasil (U), yang berpasangan dengan adenin.

Proses transkripsi dimulai dengan dibukanya heliks ganda di wilayah tertentu. Salah satu dari dua rantai tersebut bertindak sebagai "cetakan" atau cetakan untuk sintesis RNA. Nukleotida akan ditambahkan mengikuti aturan pasangan basa, C dengan G dan A dengan U.

Enzim utama yang terlibat dalam transkripsi adalah RNA polimerase. Ini bertugas mengkatalisasi pembentukan ikatan fosfodiester yang bergabung dengan nukleotida rantai. Rantai memanjang ke arah 5 'hingga 3'.

Pertumbuhan molekul melibatkan protein berbeda yang dikenal sebagai "faktor elongasi" yang bertanggung jawab untuk mempertahankan pengikatan polimerase hingga akhir proses.

Penyambungan RNA messenger

Sumber: Oleh BCSteve, dari Wikimedia Commons Pada eukariota, gen memiliki struktur tertentu. Urutan tersebut diinterupsi oleh unsur-unsur yang bukan merupakan bagian dari protein, yang disebut intron. Istilah lawan ekson, yang meliputi bagian-bagian dari gen yang akan diterjemahkan menjadi protein.

Penyambungan adalah peristiwa mendasar yang terdiri dari penghapusan intron molekul kurir, untuk melepaskan molekul yang dibangun secara eksklusif oleh ekson. Produk akhirnya adalah RNA pembawa pesan yang matang. Secara fisik, ini terjadi di spliceosome, mesin yang kompleks dan dinamis.

Selain penyambungan, messenger RNA mengalami pengkodean tambahan sebelum diterjemahkan. Sebuah "tudung" ditambahkan yang sifat kimianya adalah nukleotida guanin termodifikasi, dan pada ujung 5 kaki serta ekor beberapa adenina di ujung lainnya.

Jenis RNA

Di dalam sel, berbagai jenis RNA diproduksi. Beberapa gen di dalam sel menghasilkan molekul RNA pembawa pesan dan ini diterjemahkan menjadi protein - seperti yang akan kita lihat nanti. Namun, ada gen yang produk akhirnya adalah molekul RNA itu sendiri.

Misalnya, dalam genom ragi, sekitar 10% gen ragi memiliki molekul RNA sebagai produk akhirnya. Penting untuk menyebutkannya, karena molekul ini memainkan peran mendasar dalam hal sintesis protein.

- RNA ribosom: RNA ribosom adalah bagian dari jantung ribosom, struktur kunci untuk sintesis protein.

Sumber: Jane Richardson (Dcrjsr), dari Wikimedia Commons Pemrosesan RNA ribosom dan perakitan berikutnya menjadi ribosom terjadi dalam struktur nukleus yang sangat mencolok - meskipun tidak dibatasi oleh membran - disebut nukleolus.

- Transfer RNA: ia bekerja sebagai adaptor yang memilih asam amino tertentu dan, bersama dengan ribosom, menggabungkan residu asam amino ke dalam protein. Setiap asam amino terkait dengan molekul RNA transfer.

Dalam eukariota ada tiga jenis polimerase yang, meskipun secara struktural sangat mirip satu sama lain, memainkan peran yang berbeda.

RNA polimerase I dan III mentranskripsi gen yang mengkode RNA transfer, RNA ribosom, dan beberapa RNA kecil. RNA polimerase II menargetkan terjemahan gen yang mengkode protein.

- RNA kecil terkait dengan regulasi: RNA panjang pendek lainnya berpartisipasi dalam regulasi ekspresi gen. Ini termasuk mikroRNA dan RNA kecil yang mengganggu.

MicroRNA mengatur ekspresi dengan memblokir pesan tertentu, dan pesan kecil yang mengganggu menutup ekspresi melalui degradasi langsung dari messenger. Demikian pula, ada RNA inti kecil yang berpartisipasi dalam proses penyambungan RNA pembawa pesan.

Terjemahan: dari messenger RNA ke protein

Setelah messenger RNA matang melalui proses splicing dan berjalan dari nukleus ke sitoplasma sel, sintesis protein dimulai. Ekspor ini dimediasi oleh kompleks pori inti - serangkaian saluran air yang terletak di membran inti yang secara langsung menghubungkan sitoplasma dan nukleoplasma.

Dalam kehidupan sehari-hari, kami menggunakan istilah "terjemahan" untuk merujuk pada konversi kata dari satu bahasa ke bahasa lain.

Misalnya, kita bisa menerjemahkan buku dari bahasa Inggris ke bahasa Spanyol. Pada tingkat molekuler, translasi melibatkan perubahan dari bahasa ke RNA menjadi protein. Lebih tepatnya, ini adalah perubahan dari nukleotida menjadi asam amino. Tapi bagaimana perubahan dialek ini terjadi?

Kode genetik

Urutan nukleotida suatu gen dapat diubah menjadi protein mengikuti aturan yang ditetapkan oleh kode genetik. Ini diuraikan pada awal 1960-an.

Seperti yang dapat disimpulkan oleh pembaca, terjemahan tidak boleh satu atau satu, karena hanya ada 4 nukleotida dan 20 asam amino. Logikanya adalah sebagai berikut: penyatuan tiga nukleotida dikenal sebagai "triplet" dan mereka terkait dengan asam amino tertentu.

Karena ada 64 kemungkinan kembar tiga (4 x 4 x 4 = 64), kode genetiknya mubazir. Artinya, asam amino yang sama dikodekan oleh lebih dari satu triplet.

Kehadiran kode genetik bersifat universal dan digunakan oleh semua organisme hidup yang menghuni bumi saat ini. Penggunaan yang luas ini adalah salah satu homologi molekuler alam yang paling mencolok.

Kopling asam amino untuk mentransfer RNA

Kodon atau triplet yang ditemukan dalam molekul messenger RNA tidak memiliki kemampuan untuk mengenali asam amino secara langsung. Sebaliknya, terjemahan RNA pembawa pesan bergantung pada molekul yang dapat mengenali dan mengikat kodon dan asam amino. Molekul ini adalah RNA transfer.

Transfer RNA dapat melipat menjadi struktur tiga dimensi kompleks yang menyerupai semanggi. Dalam molekul ini ada daerah yang disebut "antikodon", dibentuk oleh tiga nukleotida berurutan yang berpasangan dengan nukleotida komplementer yang berurutan dari rantai RNA kurir.

Seperti yang telah kami sebutkan di bagian sebelumnya, kode genetiknya berlebihan, sehingga beberapa asam amino memiliki lebih dari satu RNA transfer.

Deteksi dan fusi asam amino yang benar ke RNA transfer adalah proses yang dimediasi oleh enzim yang disebut aminoasil-tRNA sintetase. Enzim ini bertanggung jawab untuk menggabungkan kedua molekul melalui ikatan kovalen.

Pesan RNA diterjemahkan oleh ribosom

Untuk membentuk protein, asam amino dihubungkan bersama melalui ikatan peptida. Proses pembacaan messenger RNA dan pengikatan asam amino spesifik terjadi di ribosom.

Ribosom

Ribosom adalah kompleks katalitik yang terdiri dari lebih dari 50 molekul protein dan berbagai jenis RNA ribosom. Pada organisme eukariotik, rata-rata sel mengandung jutaan ribosom di lingkungan sitoplasma.

Secara struktural, ribosom terdiri dari subunit besar dan kecil. Peran bagian kecil adalah untuk memastikan bahwa RNA transfer dipasangkan dengan benar dengan messenger RNA, sedangkan subunit besar mengkatalisis pembentukan ikatan peptida antar asam amino.

Ketika proses sintesis tidak aktif, dua subunit yang membentuk ribosom dipisahkan. Pada awal sintesis, RNA pembawa pesan bergabung dengan kedua subunit, umumnya di dekat ujung 5 '.

Dalam proses ini, pemanjangan rantai polipeptida terjadi dengan penambahan residu asam amino baru dalam langkah-langkah berikut: pengikatan RNA transfer, pembentukan ikatan peptida, translokasi subunit. Hasil dari langkah terakhir ini adalah pergerakan seluruh ribosom dan siklus baru dimulai.

Perpanjangan rantai polipeptida

Dalam ribosom, tiga situs dibedakan: situs E, P dan A (lihat gambar utama). Proses perpanjangan dimulai ketika beberapa asam amino telah terikat secara kovalen dan ada molekul RNA transfer di situs P.

RNA transfer yang memiliki asam amino berikutnya yang akan digabungkan mengikat ke situs A melalui pasangan basa dengan messenger RNA. Bagian terminal karboksil dari peptida kemudian dilepaskan dari RNA transfer di situs P dengan memutus ikatan energi tinggi antara RNA transfer dan asam amino yang dibawanya.

Asam amino bebas terikat pada rantai, dan ikatan peptida baru terbentuk. Reaksi sentral dalam keseluruhan proses ini dimediasi oleh enzim peptidil transferase, yang ditemukan di subunit besar ribosom. Dengan demikian, ribosom berjalan melalui messenger RNA, menerjemahkan dialek dari asam amino menjadi protein.

Seperti dalam transkripsi, faktor perpanjangan juga terlibat selama penerjemahan protein. Elemen-elemen ini meningkatkan kecepatan dan efisiensi proses.

Menyelesaikan terjemahan

Proses penerjemahan berakhir ketika ribosom bertemu dengan kodon stop: UAA, UAG atau UGA. Ini tidak dikenali oleh RNA transfer dan tidak mengikat asam amino apa pun.

Saat ini, protein yang dikenal sebagai faktor pelepas mengikat ribosom dan menyebabkan katalisis molekul air dan bukan asam amino. Reaksi ini melepaskan ujung karboksil terminal. Akhirnya, rantai peptida dilepaskan ke dalam sitoplasma sel.

Referensi

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biokimia. Edisi ke-5. New York: WH Freeman.
2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Undangan ke Biologi. Panamerican Medical Ed.
3. Darnell, JE, Lodish, HF, & Baltimore, D. (1990). Biologi sel molekuler. New York: Buku Ilmiah Amerika.
4. Hall, JE (2015). Guyton dan Hall buku teks fisiologi medis e-Book. Ilmu Kesehatan Elsevier.
5. Lewin, B. (1993). Gen Volume 1. Kembalikan.
6. Lodish, H. (2005). Biologi seluler dan molekuler. Panamerican Medical Ed.
7. Ramakrishnan, V. (2002). Struktur ribosom dan mekanisme penerjemahan. Sel, 108 (4), 557-572.
8. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Pengantar mikrobiologi. Panamerican Medical Ed.
9. Wilson, DN, & Cate, JHD (2012). Struktur dan fungsi ribosom eukariotik. Perspektif Cold Spring Harbor dalam biologi, 4 (5), a011536.