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 :

a) Basa Purin, terdiri atas Adenin (A) dan Guanin (G),

b) Basa Pirimidin, terdiri atas Timin (T) dan Sitosin (C)

I. 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

II. Beberapa sifat rantai DNA antara lain :

Memiliki jumlah pasangan basa yang sama.

Urutan dan Pasangan DNA tiap spesies berbeda

Bersifat stabil

Menyimpan gen

Terdapat fragmen-fragmen yang berulang.

III. Replikasi DNA

Replikasi DNA adalah proses penggandaan DNA baru

menggunakan DNA yang telah ada. Model mengenai proses replikasi

DNA:

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

o DNA yang akan direplikasi:

a. Diputus ikatan hidrogennya oleh helikase memenuhi aturan

downstream, yaitu dari arah 3’ ke 5’ DNA awal.

b. Diluruskan oleh topoisomerase.

o DNA polimerase kemudian mulai membentuk salinan DNA baru dari

titik promoter (awal) ke titik terminator (akhir), memenuhi aturan

downstream.

a. Pada rantai bearah 3’ ke 5’, replikasi DNA berjalan kontinu/tidak

terputus (leading strands).

b. Pada rantai berarah 5’ ke 3’, replikasi DNA berjalan

diskontinu/terputus (lagging strands).

o Rantai yang mengalami lagging strands menghasilkan fragmen

terputus-putus yang disebut fragmen Okazaki.

o 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 :

a) Basa Purin, terdiri atas Adenin (A) dan Guanin (G)

b) 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.

1. Tahapan Sintesis Protein

Pada tahun 1950, Paul Zamecnik melakukan percobaan untuk

mengetahui tahapan dan tempat terjadinya sintesis protein. Paul

menginjeksikan asam amino radioaktif ke tubuh tikus dan berhasil

menjelaskan tempat terjadinya sintesis protein, yaitu di dalam ribosom.

Selanjutnya, penelitian dilakukan bersama dengan Mahlon dan

menyimpulkan bahwa molekul RNA pemindah (RNA t) berperan dalam

sintesis protein. Akhirnya, Francis Crick menemukan bahwa RNA

pemindah harus mengenali urutan nukleotida untuk disusun sebagai asam

amino sesuai pemesanan, yang kemudian dibawa oleh RNA pembawa

pesan.

Tahapan sintesis protein mengikuti aturan dogma sentral, dimana

informasi genetik dipindahkan dari DNA ke DNA melalui tahap replikasi.

Dari DNA ke RNA melalui tahap transkripsi. Selanjutnya dari RNA ke

protein melalui sintesis protein. Sebelum terjadi sintesis protein, DNA pada

struktur nukleosom akan lepas dari protein histon oleh bantuan kerja enzim

polimerase.

Secara umum, proses sintesis protein meliputi tiga tahapan utama,

antara lain:

a. Replikasi DNA

Setiap sel dapat memperbanyak diri dengan cara membelah.

Sebuah sel membelah menjadi 2 sel, 2 sel membelah menjadi 4 sel, 4

sel membelah menjadi 8 sel dan seterusnya. Sebelum sel membelah,

terjadi perbanyakan komponen-komponen di dalam sel termasuk

DNA. Perbanyakan DNA dilakukan dengan cara replikasi. Dengan

demikian, replikasi adalah proses pembuatan (sintesis) DNA baru

atau penggandaan DNA di dalam nukleus. Pada saat replikasi

berlangsung, DNA induk membentuk kopian DNA anak yang sama

persis sehingga DNA induk berfungsi sebagai cetakan untuk

pembentukan DNA baru.

RNA Virus dapat Membentuk DNA. Menurut Baltimore,

Mizushima, dan Temin (1970), beberapa virus dapat mensintesis

DNA dari RNA hasil cetakan yang berantai tunggal. Enzim yang

berperan disebut DNA polimerase bergantung RNA atau

Transkriptase Sebaliknya. (Suryo, Genetika, hlm. 101)

Replikasi merupakan tahapan rumit yang mengawali sintesis

protein. Oleh karena itu, kalian perlu menyimak dengan saksama.

Gambar 1. Tahapan replikasi DNA.

Proses replikasi dimulai pada beberapa daerah spesifik dari

rantai DNA, disebut pangkal replikasi. Beberapa tahapan dan enzim

yang berperan dalam sintesis protein, antara lain:

a) DNA helikase, berfungsi untuk membuka rantai ganda DNA

induk.

b) Enzim primase, membentuk primer yang merupakan segmen

pendek dari RNA sebagai pemula untuk terjadinya sintesis

protein.

c) Dari ujung 3´ RNA primer, DNA polimerase menambahkan

pasangan basa nitrogen (dari nukleotida-nukleotida) pada rantai

tunggal DNA induk dan terbentuk rantai DNA yang

bersambungan secara kontinyu (tanpa terpisah-pisah) yang

disebut leading strand.

d) Pada rantai tunggal DNA induk yang lain, DNA polimerase

membentuk lagging strand (merupakan keseluruhan rantai kopian

DNA yang pertumbuhannya tidak kontinyu) dengan

memperpanjang RNA primer-RNA primer di beberapa tempat

sehingga membentuk segmen-segmen DNA baru yang saling

terpisah. Segmen-segmen itulah yang disebut fragmen Okazaki.

e) DNA polimerase yang lainnya, menggantikan RNA primer

dengan DNA dan enzim ligase menghubungkan segmen-segmen

okazaki, sehingga terbentuk salinan DNA baru. Nah, DNA baru

yang telah terbentuk (identik dengan DNA induk) akan

melanjutkan tahapan untuk mensintesis protein yaitu tahapan

transkripsi dan translasi.

b. Transkripsi

Pada tahapan ini, DNA akan membentuk RNA dengan cara

menerjemahkan kode-kode genetik dari DNA. Proses pembentukan

RNA ini disebut transkripsi, yang menghasilkan 3 macam RNA

seperti yang telah kalian ketahui sebelumnya, yaitu mRNA, tRNA,

dan rRNA. Transkripsi terjadi di dalam sitoplasma dan diawali

dengan membukanya rantai ganda DNA melalui kerja enzim RNA

polimerase. Sebuah rantai tunggal berfungsi sebagai rantai cetakan

atau rantai sense, rantai yang lain dari pasangan DNA ini disebut

rantai anti sense. Tidak seperti halnya pada replikasi yang terjadi

pada semua DNA, transkripsi ini hanya terjadi pada segmen DNA

yang mengandung kelompok gen tertentu saja. Oleh karena itu,

nukleotida nukleotida pada rantai sense yang akan ditranskripsi

menjadi molekul RNA dikenal sebagai unit transkripsi.

Transkripsi meliputi 3 tahapan, yaitu tahapan inisiasi,

elongasi, dan terminasi.

Inisiasi (Permulaan)

Jika pada proses replikasi dikenal daerah pangkal replikasi,

pada transkripsi ini dikenal promoter, yaitu daerah DNA sebagai

tempat melekatnya RNA polimerase untuk memulai transkripsi.

RNA polimerase melekat atau berikatan dengan promoter, setelah

promoter berikatan dengan kumpulan protein yang disebut faktor

transkripsi. Nah, kumpulan antara promoter, RNA polimerase,

dan faktor transkripsi ini disebut kompleks inisiasi transkripsi.

Selanjutnya, RNA polimerase membuka rantai ganda DNA.

Elongasi (Pemanjangan)

Setelah membuka pilinan rantai ganda DNA, RNA polimerase ini

kemudian menyusun untaian nukleotida-nukleotida RNA dengan arah

5´ ke 3´. Pada tahap elongasi ini, RNA mengalami pertumbuhan

memanjang seiring dengan pembentukan pasangan basa nitrogen

DNA. Pembentukan RNA analog dengan pembentukan pasangan basa

nitrogen pada replikasi. Pada RNA tidak terdapat basa pirimidin timin

(T), melainkan urasil (U). Oleh karena itu, RNA akan membentuk

pasangan basa urasil dengan adenin pada rantai DNA. Tiga macam

basa yang lain, yaitu adenin, guanin, dan sitosin dari DNA akan

berpasangan dengan basa komplemennya masing-masing sesuai

dengan pengaturan pemasangan basa. Adenin berpasangan dengan

urasil dan guanin dengan sitosin (Gambar 2).

Gambar 2. Tahap elongasi transkripsi.

Terminasi (Pengakhiran)

Penyusunan untaian nukleotida RNA yang telah dimulai

dari daerah promoter berakhir di daerah terminator. Setelah

transkripsi selesai, rantai DNA menyatu kembali seperti semula

dan RNA polimerase segera terlepas dari DNA. Akhirnya, RNA

terlepas dan terbentuklah RNA m yang baru.

Pada sel prokariotik, RNA hasil transkripsi dari DNA,

langsung berperan sebagai RNA m. Sementara itu, RNA hasil

transkripsi gen pengkode protein pada sel eukariotik, akan

menjadi RNA m yang fungsional (aktif) setelah malalui proses

tertentu terlebih dahulu. Dengan demikian, pada rantai tunggal

RNA m terdapat beberapa urut-urutan basa nitrogen yang

merupakan komplemen (pasangan) dari pesan genetik (urutan

basa nitrogen) DNA. Setiap tiga macam urutan basa nitrogen pada

nukleotida RNA m hasil transkripsi ini disebut sebagai triplet atau

kodon.

c. Translasi

Setelah replikasi DNA dan transkripsi mRNA di dalam

nukleus, mRNA dari nukleus dipindahkan ke sitoplasma sel.

Langkah selanjutnya adalah proses translasi RNA m untuk

membentuk protein. Translasi merupakan proses penerjemahan

beberapa triplet atau kodon dari RNA m menjadi asam amino-asam

amino yang akhirnya membentuk protein. Urutan basa nitrogen yang

berbeda pada setiap triplet, akan diterjemahkan menjadi asam amino

yang berbeda. Misalnya, asam amino fenilalanin diterjemahkan dari

triplet UUU (terdiri dari 3 basa urasil), asam amino triptofan (UGG),

asam amino glisin (GGC), dan asam amino serin UCA.

Sebanyak 20 macam asam amino yang diperlukan untuk

pembentukan protein merupakan hasil terjemahan triplet dari mRNA.

Selanjutnya, dari beberapa asam amino (puluhan, ratusan, atau ribuan)

tersebut dihasilkan rantai polipeptida spesifik dan akan membentuk

protein spesifik pula.

Gambar 3. Tahapan transkripsi RNA.

Lalu, bagaimana mekanisme translasi tersebut? Langkah-

langkah pada proses translasi adalah sebagai berikut:

Inisiasi Translasi

Ribosom sub unit kecil mengikatkan diri pada mRNA yang telah

membawa sandi bagi asam amino yang akan dibuat, serta mengikat

pada bagian inisiator tRNA. Selanjutnya, molekul besar ribosom juga

ikut terikat bersama ketiga molekul tersebut membentuk kompleks

inisiasi. Molekul-molekul tRNA mengikat dan memindahkan asam

amino dari sitoplasma menuju ribosom dengan menggunakan energi

GTP dan enzim. Bagian ujung tRNA yang satu membawa antikodon,

berupa triplet basa nitrogen. Sementara, ujung yang lain membawa

satu jenis asam amino dari sitoplasma. Kemudian, asam amino

tertentu tersebut diaktifkan oleh tRNA tertentu pula dengan

menghubungkan antikodon dan kodon (pengkode asam amino) pada

mRNA.

Gambar 4. Tahap inisiasi translasi.

Kodon pemula pada proses translasi adalah AUG, yang

akan mengkode pembentukan asam amino metionin. Oleh karena

itu, antikodon tRNA yang akan berpasangan dengan kodon

pemula adalah UAC. tRNA tersebut membawa asam amino

metionin pada sisi pembawa asam aminonya.

Pada eukariot, kompleks inisiasi terbentuk dengan cara

yang lebih rumit yang melibatkan banyak protein initiation factor.

1. RNA polymerase melekat pada promoter.

2. RNA polymerase membuka strand DNA.

3. RNA nukleotida menempel pada DNA template.

4. RNA polymerase menghubungkan RNA nukleotida

Proses inisiasi dimulai ketika ribosom subunit kecil

berikatan dengan mRNA. Inisiator tRNA yang membawa

metionin berikatan pada daerah AUG yang mengkode asam

amino metionin. Selanjutnya ribosom sub unit besar akan

menempel Pada ribosom subunit kecil. Catatan, sisi A dan sisi P

merupakan tempat pengikatan tRNA.

Elongasi

Tahap pengaktifan asam amino terjadi kodon demi kodon

sehingga dihasilkan asam amino satu demi satu. Asam-asam amino

yang telah diaktifkan oleh kerja tRNA sebelumnya, dihubungkan

melalui ikatan peptida membentuk polipeptida pada ujung tRNA

pembawa asam amino. Misalnya, tRNA membawa asam amino

fenilalanin, maka antikodon berupa AAA kemudian berhubungan

dengan kodon mRNA UUU. Fenilalanin tersebut dihubungkan dengan

metionin membentuk peptida. Nah, melalui proses elongasi, rantai

polipeptida yang sedang tumbuh tersebut semakin panjang akibat

penambahan asam amino.

Gambar 5. Tahap elongasi translasi.

Keterangan :

a. tRNA membawa antikodon AAA & asam amino

(fenilalanin)

b. antikodon AAA berpasangan dengan kodon mRNA

c. pembentukan ikatan peptide

d. pemanjangan rantai polipeptida & ribosom siap

menerima tRNA selanjutnya.

Terminasi

Proses translasi berhenti setelah antikodon yang dibawa

tRNA bertemu dengan kodon UAA, UAG, atau UGA. Dengan

demikian, rantai polipeptida yang telah terbentuk akan dilepaskan

dari ribosom dan diolah membentuk protein fungsional.

Tahap-tahap teminasi translasi:

elongasi akan berhenti swtelah ribosom mencapai kodon stop

triplet kodon stop yaitu UAA, UAG, UGA

kodon stop bertindak sebagai sinyal untuk menghentikan

translasi

selanjutnya polipeptida yang terbentuk lepas dari ribosom.

Gambar 6. Proses Terminasi translasi.

Pada tahap terminasi, ribosom membaca kodon terakhir

dari untai mRN. Dengan ini berakhir bagian terjemahan dan rantai

polipeptida dilepaskan.

Simpulan singkat langkah sintesis protein berlangsung sebagai berikut:

AND mencetak ARNd dalam proses transkripsi yang berlangsung

didalam inti

ARNd keluar dari dalam inti bergabung dengan ribosom di sitoplasma

Datang ARNt membawa asam amino yang sesuai dengan kodon.

Terjadi ikatan antar asam amino sehingga terbentuk protein.

Berikut ini adalah kode sintesa asam amino:

DAFTAR PUSTAKA

Almatsier, S..2003. Prinsip Dasar Ilmu Gizi. Jakarta : Gramedia.

Campbell, Neil A. 2010. Biologi Edisi Kedelapan Jilid 1. Jakarta: Erlangga

Dinas Pendidikan.2012.Insight Sintesis Protein.Sman 1 Nunukan Selatan

Kimball, John W. 1992. Biologi. Jakarta: Erlangga.

Lechninger, A.L. 1998. Dasar-Dasar Biokimia.. Jakarta: Erlangga.

McGilvery,Robert W., 1996. Biokimia Suatu Pendekatan Fungsional. Surabaya:

Airlangga University Press.

Poedjiadi,Anna.2006.Dasar-Dasar Biokimia.Jakarta : Universitas Indonesia.

Stryyer Lubert ,2000.Biokimia Edisi 4.Jakarta:Penerbit Buku Kedokteran EGC.