TERJEMAHAN DNA: PROSES PADA EUKARIOTA DAN PROKARIOTA - BIOLOGI - 2025

The terjemahan DNA adalah proses dimana informasi yang terdapat dalam messenger RNA yang dihasilkan selama transkripsi (menyalin informasi dalam urutan DNA sebagai RNA) adalah "diterjemahkan" dalam urutan asam amino oleh sintesis protein.

Dari perspektif seluler, ekspresi gen adalah urusan yang relatif kompleks yang terjadi dalam dua langkah: transkripsi dan terjemahan.

Terjemahan RNA dimediasi oleh ribosom (Sumber: LadyofHats / Domain publik, melalui Wikimedia Commons)

Semua gen yang diekspresikan (apakah mereka mengkode urutan peptida atau tidak, yaitu protein) pada awalnya melakukannya dengan mentransfer informasi yang terkandung dalam urutan DNA mereka ke molekul messenger RNA (mRNA) melalui proses yang disebut transkripsi.

Transkripsi dicapai dengan enzim khusus yang dikenal sebagai RNA polimerase, yang menggunakan salah satu untai komplementer DNA gen sebagai template untuk sintesis molekul "pra-mRNA", yang kemudian diproses untuk membentuk mRNA yang matang.

Untuk gen yang mengkode protein, informasi yang terkandung dalam mRNA matang "dibaca" dan diterjemahkan menjadi asam amino menurut kode genetik, yang menentukan kodon atau triplet nukleotida mana yang sesuai dengan asam amino tertentu.

Spesifikasi urutan asam amino protein, oleh karena itu, bergantung pada urutan awal basa nitrogen dalam DNA yang sesuai dengan gen dan kemudian dalam mRNA yang membawa informasi ini dari nukleus ke sitosol (dalam sel eukariotik); proses yang juga didefinisikan sebagai sintesis protein yang dipandu mRNA.

Mengingat bahwa ada 64 kemungkinan kombinasi dari 4 basa nitrogen yang membentuk DNA dan RNA dan hanya 20 asam amino, asam amino dapat dikodekan oleh triplet (kodon) yang berbeda, itulah sebabnya dikatakan bahwa kode genetik "merosot" (kecuali untuk asam amino metionin, yang dikodekan oleh kodon AUG yang unik).

Terjemahan eukariotik (proses langkah)

Diagram sel eukariotik hewan dan bagian-bagiannya (Sumber: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

Pada sel eukariotik, transkripsi berlangsung di dalam nukleus dan translasi di dalam sitosol, sehingga mRNA yang terbentuk pada proses pertama juga berperan dalam pengangkutan informasi dari nukleus ke sitosol, tempat sel tersebut ditemukan. mesin biosintetik (ribosom).

Penting untuk disebutkan bahwa kompartementalisasi transkripsi dan translasi pada eukariota berlaku untuk nukleus, tetapi tidak sama untuk organel dengan genomnya sendiri seperti kloroplas dan mitokondria, yang memiliki sistem yang lebih mirip dengan organisme prokariotik.

Sel eukariotik juga memiliki ribosom sitosol yang melekat pada membran retikulum endoplasma (retikulum endoplasma kasar), di mana terjadi translasi protein yang ditakdirkan untuk dimasukkan ke dalam membran sel atau yang memerlukan pemrosesan pasca translasi yang terjadi di kompartemen tersebut terjadi. .

- Pemrosesan mRNA sebelum terjemahannya

MRNA dimodifikasi di ujungnya saat ditranskrip:

- Ketika ujung 5 'mRNA muncul dari permukaan RNA polimerase II selama transkripsi, ia segera "diserang" oleh sekelompok enzim yang mensintesis "tudung" yang terdiri dari 7-metil guanylate dan yang terhubung ke nukleotida terminal mRNA melalui hubungan 5 ', 5' trifosfat.

- Ujung 3 'dari mRNA mengalami "pembelahan" oleh endonuklease, yang menghasilkan gugus hidroksil bebas 3' di mana "string" atau "ekor" residu adenin (dari 100 hingga 250) dipasang. satu per satu oleh enzim poli (A) polimerase.

The "5 'hood" dan "poly A tail" memenuhi fungsi dalam perlindungan molekul mRNA terhadap degradasi dan, sebagai tambahan, berfungsi dalam pengangkutan transkrip matang menuju sitosol dan dalam inisiasi dan penghentian terjemahan, masing-masing.

C ort dan splicing

Setelah transkripsi, mRNA "primer" dengan dua ujungnya yang dimodifikasi, masih ada dalam nukleus, menjalani proses "penyambungan" di mana sekuens intronik umumnya dihilangkan dan ekson yang dihasilkan digabungkan (pemrosesan pasca transkripsi). , dengan mana transkrip matang diperoleh yang meninggalkan nukleus dan mencapai sitosol.

Penyambungan dilakukan oleh kompleks riboprotein yang disebut spliceosome (spliceosome anglicism), terdiri dari lima ribonukleoprotein kecil dan molekul RNA, yang mampu "mengenali" daerah yang akan dihilangkan dari transkrip primer.

Dalam banyak eukariota terdapat fenomena yang dikenal sebagai "penyambungan alternatif", yang berarti bahwa berbagai jenis modifikasi pasca-transkripsi dapat menghasilkan protein atau isozim berbeda yang berbeda satu sama lain dalam beberapa aspek urutannya.

- Ribosom

Ketika transkrip yang matang meninggalkan nukleus dan diangkut untuk diterjemahkan ke dalam sitosol, transkrip tersebut diproses oleh kompleks translasi yang dikenal sebagai ribosom, yang terdiri dari kompleks protein yang terkait dengan molekul RNA.

Ribosom terdiri dari dua subunit, satu "besar" dan satu "kecil", yang bebas berdisosiasi di dalam sitosol dan mengikat atau berasosiasi pada molekul mRNA yang diterjemahkan.

Pengikatan antara ribosom dan mRNA bergantung pada molekul RNA khusus yang berasosiasi dengan protein ribosom (RNA ribosom atau rRNA dan RNA transfer atau tRNA), yang masing-masing memiliki fungsi spesifik.

TRNA adalah "adaptor" molekuler, karena melalui satu ujung mereka dapat "membaca" setiap kodon atau triplet dalam mRNA matang (dengan komplementaritas basa) dan melalui ujung lainnya mereka dapat mengikat asam amino yang dikodekan oleh kodon "baca".

Molekul rRNA, di sisi lain, bertugas untuk mempercepat (mengkatalisasi) proses pengikatan setiap asam amino dalam rantai peptida yang baru lahir.

Sebuah mRNA eukariotik dewasa dapat "dibaca" oleh banyak ribosom, sebanyak yang diindikasikan oleh sel. Dengan kata lain, mRNA yang sama dapat menghasilkan banyak salinan dari protein yang sama.

Mulai kodon dan bingkai bacaan

Ketika mRNA matang didekati oleh subunit ribosom, kompleks riboprotein "memindai" urutan molekul tersebut sampai menemukan kodon awal, yang selalu AUG dan melibatkan masuknya residu metionin.

Kodon AUG mendefinisikan kerangka pembacaan untuk setiap gen dan, terlebih lagi, menentukan asam amino pertama dari semua protein yang diterjemahkan di alam (asam amino ini berkali-kali dihilangkan setelah penerjemahan).

Hentikan kodon

Tiga kodon lain telah diidentifikasi sebagai kodon yang menyebabkan terminasi terjemahan: UAA, UAG, dan UGA.

Mutasi yang melibatkan perubahan basa nitrogen dalam triplet yang mengkode asam amino dan menghasilkan kodon stop dikenal sebagai mutasi nonsense, karena menyebabkan penghentian proses sintesis secara dini, yang membentuk protein yang lebih pendek.

Daerah yang belum diterjemahkan

Di dekat ujung 5 'dari molekul mRNA dewasa ada daerah yang tidak diterjemahkan (UTR), juga disebut urutan "pemimpin", yang terletak di antara nukleotida pertama dan kodon awal terjemahan ( AUG).

Daerah UTR yang tidak diterjemahkan ini memiliki situs khusus untuk mengikat ribosom dan pada manusia, misalnya, panjangnya sekitar 170 nukleotida, di antaranya terdapat daerah pengatur, situs pengikat protein yang berfungsi dalam pengaturan terjemahan, dll.

- Mulai menerjemahkan

Terjemahan, serta transkripsi, terdiri dari 3 fase: fase inisiasi, fase perpanjangan, dan terakhir fase terminasi.

Inisiasi

Ini terdiri dari perakitan kompleks translasi pada mRNA, yang menguntungkan pengikatan tiga protein yang dikenal sebagai Faktor Inisiasi (IF) IF1, IF2 dan IF3 ke subunit kecil ribosom.

Kompleks "pra-inisiasi" yang dibentuk oleh faktor-faktor inisiasi dan subunit ribosom kecil, pada gilirannya, mengikat dengan tRNA yang "membawa" residu metionin dan kumpulan molekul ini berikatan dengan mRNA, di dekat kodon start. AGUSTUS.

Peristiwa ini mengarah pada pengikatan mRNA ke subunit ribosom besar, yang mengarah pada pelepasan faktor inisiasi. Subunit ribosom besar memiliki 3 situs pengikatan untuk molekul tRNA: situs A (asam amino), situs P (polipeptida), dan situs E (keluar).

Situs A mengikat antikodon dari aminoasil-tRNA yang melengkapi mRNA yang sedang diterjemahkan; situs P adalah tempat asam amino ditransfer dari tRNA ke peptida yang baru lahir dan situs E adalah tempat asam amino ditemukan di tRNA "kosong" sebelum dilepaskan ke dalam sitosol setelah asam amino dikirim.

Representasi grafis dari fase inisiasi dan perpanjangan terjemahan (Sumber: Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) melalui Wikimedia Commons)

Pemanjangan

Fase ini terdiri dari "pergerakan" ribosom di sepanjang molekul mRNA dan terjemahan setiap kodon yang "membaca", yang menyiratkan pertumbuhan atau pemanjangan rantai polipeptida saat lahir.

Proses ini membutuhkan faktor yang disebut faktor elongasi G dan energi dalam bentuk GTP, yang mendorong translokasi faktor elongasi di sepanjang molekul mRNA saat ditranslasikan.

Aktivitas peptidil transferase dari RNA ribosom memungkinkan pembentukan ikatan peptida antara asam amino berturut-turut yang ditambahkan ke rantai.

Penghentian

Terjemahan berakhir ketika ribosom bertemu dengan salah satu kodon terminasi, karena tRNA tidak mengenali kodon ini (mereka tidak menyandikan asam amino). Protein yang dikenal sebagai faktor pelepasan juga mengikat, yang memfasilitasi pelepasan mRNA dari ribosom dan disosiasi subunitnya.

Terjemahan prokariotik (proses langkah)

Pada prokariota, seperti pada sel eukariotik, ribosom yang bertanggung jawab untuk sintesis protein ditemukan di sitosol (yang juga berlaku untuk mesin transkripsi), sebuah fakta yang memungkinkan peningkatan cepat dalam konsentrasi sitosol protein. ketika ekspresi gen yang menyandikannya meningkat.

Meskipun bukan proses yang sangat umum pada organisme ini, mRNA primer yang dihasilkan selama transkripsi dapat mengalami pematangan pasca transkripsi melalui "penyambungan". Namun, yang paling umum adalah mengamati ribosom yang melekat pada transkrip primer yang menerjemahkannya pada saat yang sama ditranskripsikan dari urutan DNA yang sesuai.

Mengingat hal di atas, terjemahan pada banyak prokariota dimulai pada ujung 5 ', karena ujung 3' mRNA tetap melekat pada DNA cetakan (dan terjadi bersamaan dengan transkripsi).

Daerah yang belum diterjemahkan

Sel prokariotik juga menghasilkan mRNA dengan daerah yang tidak diterjemahkan yang dikenal sebagai "kotak Shine-Dalgarno" dan urutan konsensusnya adalah AGGAGG. Terbukti, daerah UTR bakteri jauh lebih pendek daripada sel eukariotik, meskipun mereka menggunakan fungsi yang sama selama penerjemahan.

Proses

Pada bakteri dan organisme prokariotik lainnya, proses translasi sangat mirip dengan sel eukariotik. Ini juga terdiri dari tiga fase: inisiasi, perpanjangan dan penghentian, yang bergantung pada faktor prokariotik tertentu, berbeda dari yang digunakan oleh eukariota.

Elongasi, misalnya, bergantung pada faktor elongasi yang diketahui seperti EF-Tu dan EF-Ts, daripada faktor G eukariota.

Referensi

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2007). Biologi molekuler sel. Ilmu Garland. New York, 1392.
2. Clancy, S. & Brown, W. (2008) Terjemahan: DNA ke mRNA menjadi Protein. Pendidikan Alam 1 (1): 101.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Pengantar analisis genetik. Macmillan.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Biologi sel molekuler. Macmillan.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.
6. Rosenberg, LE, & Rosenberg, DD (2012). Gen dan Genom Manusia: Sains. Kesehatan, Masyarakat, 317-338.