IV. BIOSINTESIS PROTEIN

1. Pendahuluan2. Kode Genetika3. Biosintesis Protein

1. Pendahuluan

Sintesis protein merupakan proses yang sangat kompleks; informasi genetik yang dikode pada susunan basa DNA diterjemahkan ke dalam 20 macam asam amino.

Selain translasi, sintesis protein juga meliputi modifikasi posttranslational dan tagetting.

Pada organisme modern, protein disintesis oleh ribosom dimana suatu susunan basa mRNA ditranslasi ke dalam deretan asam amino suatu peptida/protein.

2. Kode genetik

Proses translasi, didahului oleh proses transkripsi (me-nyalin susunan basa DNA ke dlm susunan basa mRNA).

Deretan 3 basa pada mRNA dinamakan kodon.

Ada 20 asam amino standar dan ada 4 macam basa nukleotida penyusun DNA.

Jadi ada 43 (=64) kodon untuk mengkode 20 asam amino.

- 61 kodon mengkode untuk 20 macam asam amino

- 3 kodon henti (stop) yaitu UAA, UAG, UGA.

- 1 kodon inisiasi (start) kodon (AUG).

Struktur tiap protein, dan akhirnya tiap biomolekul dan komponen sel, merupakan produk informasi yang terprogram dalam deretan nukleotida dari asam nukleat (DNA) sel.

Kemampuan DNA untuk menyimpan dan mentransfer informasi genetik dari satu generasi ke generasi berikutnya merupakan kondisi dasar dari kehidupan.

Sifat kode genetik

Kode genetik diketahui mempunyai sifat sbb: Degenerasi : beberapa kodon mengkode satu asam

amino yang sama. Spesifik : Tiap kodon merupakan signal untuk

suatu asam amino. Nonoverlapping tanpa punctuation:

Deretan kodon dibaca oleh ribosom dimulai dari AUG (kodon inisiasi) sebagai sesuatu yang kontinu dan diakhiri dengan kodon henti (stop codon).

Universal : dalam tiap spesies kode signal untuk asam amino selalu sama.

Interaksi kodon-antikodon

t-RNA bertindak sebagi adaptor yang diperlukan untuk translasi pesan genetik.

Tiap t-RNA mengikat satu jenis asam amino, dan mempunyai antikodon yang dapat komplementer dengan kodon asam amino ybs.

Misal : Kodon UGC mengikat antikodon ACG.

Pairing relationship of codon and anticodon.

(a) Alignment of the two RNAs is antiparalel

(b) Codon pairing relationships when the tRNA anticodon contains inosinate

Codon-Anticodon base pairing. The pairing of codon UCC with the anticodon GCA ensures that the aminoacid cystein will be incorporated into a growingpolypeptide chain.

3. Biosintesis protein

Biosintesis protein sekurang-kurangnya melibatkan

5 tahapan proses:

1. Aktivasi asam amino:

Suatu asam amino diikatkan pada tRNAnya dg bantuan enzim aminoasil-tRNA sintetase yang spesifik.

As. amino + ATP + tRNA ---> Aminoasil-tRNA + AMP + PPi

Misal:

Alanin + ATP + tRNAala ---> Alanil-tRNAala + AMP + PPi

2. Inisiasi

Subunit 30 S ribosom mengikat mRNA Antikodon pada t-RNA spesifik berpasangan basa

dengan kodon AUG (kodon inisiasi). Subunit 50S Lalu bergabung dengan subunit 30S. Ada 2 tempat pada mRNA untuk interaksi kodon-

antikodon: site P (peptidyl site dan site A (acyl site).

Pada sel eukariot dan prokariot, mRNA dibaca secara simultan oleh sejumlah ribosom (polisom).

DNA replication requires several different components:  Helicase– enzyme that catalyzes the “unzipping” of the DNA

strand or breaking of the H bonds DNA polymerase - enzyme that catalyzes the attachment of

one complementary nucleotide at a time to make the complementary DNA (cDNA)

Ligase – enzyme that anneals or joins two strands of DNA Primer - a short nucleotide strand or oligonucleotide; primer

attaches to a site on DNA so synthesis can begin; is actually a short RNA strand which eventually gets removed

Nucleotides - deoxynucleotidetriphospate’s with adenine, cytosine, thymine & guanine (dATP, dCTP, dTTP, dGTP)

3. Elongasi

Polipeptida disintesis berdasar spesifisitas pesan genetik (susunan basa mRNA); dibaca dari arah 5’ --> 3’; sintesis polipeptida berlangsung dari ujung N --> ujung C.

Elongasi dimulai ketika aminoasil-tRNA kedua terikat pada site A disebabkan adanya pasangan basa kodon-antikodon.

Karena pembentukan ikatan peptida ini, maka kedua asam amino terikat pada site A pada mRNA.

tRNA yang bebas pada site P lalu dilepaskan dari ribosom.

Terjadi translokasi, dimana ribosom bergerak sepanjang mRNA.

Ketika ribosom pindah, kodon berikutnya menempati site A dan tRNA pembawa peptida yang sedang tumbuh bergerak ke site P.

Serial dari tahapan-tahapan ini dinamakan siklus elongasi; berulang sampai ada kodon henti (stop codon) masuk ke site A.

4. Terminasi

Rantai peptida dilepas dari ribosom.

Translasi berhenti sebab kodon henti tidak dapat mengikat suatu aminoasil-tRNA.

Selanjutnya suatu faktor pelepas protein terikat pasa site A.

Proses translasi berakhir ketika ribosom melepas mRNA dan berdisosiasi menjadi subunit 30S dan 50S kembali.

5. Pelepasan dan pelipatan (releasing and folding)

Segera setelah dilepas, beberapa polipeptida dapat langsung melipat sendiri tanpa modifikasi.

Beberapa protein perlu mengalami modifikasi (post translational modification) terlebih dahulu sebelum dilepas ke target (tujuan).

Posttranslational modification ini bertujuan untuk : - menyiapkan peptida/protein untuk fungsi khusus. - mengantarkan suatu polipeptida ke lokasi lain yang spesifik (targetting). Post translational modification pada eukariot meliputi: pemecahan peptida, glikosilasi, hidroksilasi,

fosforilasi, modifikasi lipofilik, metilasi, penambahan ggs prostetik, dan pembentukan ikatan disulfida.

Polysome

MODIFIKASI PASCA-TRANSLASI

Pemotongan proteolitik: menghilangkan residu terminal metionin, peptida signal, konversi prekursor inaktif → aktif

Glikosilasi: penambahan komponen gula Hidroksilasi: prolin → hidroksiprolin & lisin → hidroksi lisin

(pd Kolagen) Fosforilasi : penembahan ggs fosfar pad peptida/ asam

amino Modifikasi lipofilik: Penambahan komponen lipid pd protein Metilasi : penambahan ggs metil pada residu asam amino

( misal pd aspartat & lisin) Penambahan ggs prostetik Pembentukan ikatan sulfida: misal pada insulin

Efek antibiotik pada sintesis protein

Antibiotik Efeknya

Kloramfenikol Menghambat peptidiltransferase prokariotSikloheksimide Menghambat peptidiltransferase

eukariotEritromisin menghambat elongasi rantai peptida prokariotStreptomisin Mengikat pada subunit ribosom 30S → kesalahan baca pada mRNATetrasiklin Mengikat pada subunit ribosom 30S → mempengaruhi pengikatan aa-tRNAPuromisin Strk seperti ujung 3’ pd aminoasil-tRNA → protein sintesis prematur

Disruption of peptide bond by puromicyn. (a) The antibiotic puromycin resembles the aminoacyl end of a charged RNA, and it can bind to the ribosomal A site and participate in peptide bond formation.

(b) Peptidyl puroycin