Sintesis Protein

A.       Asal-Usul Penemuan DNA

Gen  terletak  pada  kromosom.  Komponen  kimiawi  kromosom,  DNA  dan  protein, perlu pembuktian yang  mana  yang  merupakan  materi genetik.   Seorang ahli  kesehatan dari  Inggris, Frederick  Griffith,  mempelajari  penyebab  penyakit  pneumonia  pada  mamalia,  yaitu  bakteri Streptococcus  pneumoniae. Dia  mempunyai  2  strain  bakteri,  yaitu  strain yang  dapat  menyebabkan penyakit dan lainnya tidak. Bakteri yang mneyebabkan penyakit memiliki kapsul   yang   menyelubungi   seluruh   sel. Bakteri ini disebut juga bakteri tipe S (singkatan dari smooth). Bakteri yang tidak berbahaya, mempunyai permukaan sel yang kasar, karena tidak diselubungi oleh kapsul. Bakteri ini disebut bakteri tipe R (singkatan dari rough).

Gbr 1. Percobaan Griffifth Sumber : id.wikipedia.org

Berdasarkan percobaan terakhir, Griffith menyimpulkan bahwa bakteri R (kasar) yang hidup telah ditransformasi menjadi bakteri S patogenik oleh suatu zat terwariskan yang belum diketahui dari sel-sel S yang mati yang memungkinkan sel-sel R membuat kapsul.

Hershey  dan  Chase  melakukan  percobaan  untuk  membuktikan  bagian  mana  dari  dua komponen  penyusun  T2  yang  masuk  ke  dalam  sel  bakteri.    Dalam  percobaan  ini  mereka menggunakan isotop radio aktif yang berbeda untuk menandai DNA dan protein.  Pertama kali, T2  ditumbuhkan  dengan E.coli dalam  sulfur  radio  aktif  (35S).  Karena  protein  mengandung sulfur, atom-atom radio aktif ini hanya masuk ke dalam protein faga tersebut. Dengan cara yang serupa,  kultur T2 yang berbeda ditumbuhkan dalam fosfor radio aktif (32P). Karena  DNA  mengandung  fosfor,  bukan  protein,  maka  fosfor  radio  aktif  akan  melekat pada  DNA. Kedua  macam  kultur  mengandung  T2  yang  sudah  berlabel  radio  aktif  tersebut kemudian dibiakkan secara terpisah bersama kultur E. Coli yang non radio aktif.  Setelah terjadi infeksi,  kultur  diblender  untuk  melepaskan  bagian  faga  yang  terdapat  di  luar  sel  bakteri.  Hasil blender kemudian diputar dengan sentrifus, sehingga ada bagian sel yang membentuk pelet di dasar tabung sentrifus.  Bagian lainnya yang lebih ringan berada di dalam cairan (supernatan).   

Dari  hasil  pengamatan  radioaktivitas  di  dalam  pelet  dan  supernatan,  dapat  dibuktikan bahwa  bakteri  yang  terinfeksi  faga  T2  yang  berlabel  radioaktif  pada  proteinnya,  sebagian radioaktifnya ditemukan di dalam supernatan yang mengandung partikel-partikel virus. Hasil ini membuktikan bahwa protein faga tidak memasuki sel inang.  Pada bakteri yang terinfeksi faga T2  yang  DNA-nya  ditandai  dengan  fosfor  radioaktif,  hasil  peletnya  yang  merupakan  materi bakteri,  sebagian  besar  mengandung  unsur  radioaktif  tersebut.    Ketika  bakteri  tersebut dikembalikan   ke   dalam   kultur,   infeksi   terus   berjalan,   dan   melepaskan   faga-faga   yang mengandung fosfor radioaktif.

Hershey  dan  Chase  menyimpulkan  bahwa  DNA  virus  masuk  ke  dalam  sel  inang, sementara   sebagian   besar   protein   tetap   berada   di   luar.      Masuknya   molekul   DNA   ini menyebabkan  sel-sel  memproduksi  DNA  dan  protein  virus  baru.    Peristiwa  ini  membuktikan bahwa asam nukleat merupakan materi herediter, bukan protein

Gbr 2. Percobaan Hershey-Chase Sumber : aprilisa.com

 

B.     Hubungan Gen, Asam Nukleat, dan Kromosom

Dalam setiap tubuh makhluk hidup terdapat berjuta – juta sel. Sel merupakan komponen terkecil penyusun makhluk hidup. Dalam setiap sel terdapat nukleus. Dalam nukleus terdapat benda – benda yang mengatur seluruh kegiatan metabolisme tubuh. Benda – benda tersebut disebut kromosom. Kromosom adalah struktur padat yang terdiri atas dua kompenen molekul , yaitu protein dan asam nukleat. Asam nukleat terdiri atas DNA dan RNA. Pada DNA terdapat gen yang mengatur metabolisme dalam tubuh.

1.      Kromosom

Kromosom terdiri dari benang – benang kromatin yang mudah menyerap warna. Kromosom mudah diamati menggunakan mikroskop saat sel mengalami pembelahan pada tahap metafase. Dalam setiap sel tubuh , kromosom selalu berpasangan. Pasangan kromosom itu disebut kromosom homolog.  Kromosom homolog bersifat diploid karena terdiri atas dua sel kromosom. Kromosom dalam sel kelamin tidak berpasangan sehingga bersifat haploid ( 1 set kromosom ).

Ada dua tipe kromosom dalam setiap sel tubuh, yaitu autosom dan gonosom.

a)      Autosom (kromosom tubuh) : tidak menentukan jenis kelamin dan umumnya disingkat A

b)      Gonosom (kromosom kelamin) : menentukan jenis kelamin dan terdiri atas kromosom X dan Y.Gonosom ini berfungsi untuk menentukan jenis kelamin individu yang bersangkutan.

Setiap nukleus manusia mempunyai kromosom berjumlah 46 yang terdiri atas 44 autosom dan 2 gonosom. Penulisan simbol kromosom pada laki – laki = 22 AA + XY, sedangkan pada perempuan = 22 AA + XX atau 44 A + XX.

2.   Gen dan Alel

Apabila diamati menggunakan mikroskop elektron, kromosom terdiri atas substansi genetik yang dapat menentukan sifat individu. Substansi tersebut terdiri atas DNA dan RNA. DNA dan RNA membawa informasi genetik berupa basa – basa nitrogen. Segmen DNA tertentu akan mengkode sifat – sifat tertentu. Segmen – segmen DNA tersebut dinamakan gen.

Gen merupakan satuan terkecil substansi genetik. Gen terletak pada kromosom secara teratur  dalam satu deretan yang berfungsi untuk mengatur proses metabolisme individu serta menyampaikan informasi genetik dari suatu generasi ke generasi berikutnya.

3.  Asam Nukleat

Kromosom terdiri atas asam nukleat dan protein.Ada dua macam asam nukleat, yaitu DNA dan RNA.

a)      DNA (Deoxyribonucleic Acid)

DNA terdiri dari banyak nukleotida (polinukleotida). Setiap nukleotida terdiri atas tida bagian, yaitu gugusan gula ( gula pentosa yang dikenal sebagai deoksiribosa), asam fosfat (penghubung dua gugusan gula) dan basa nitrogen (adenin dan guanin dari golongan purin serta sitosin dan timin dari golongan pirimidin). DNA merupakan dua rantai polinukleotida yang saling terpilin membentuk double helix. Dalam rantai DNA tersebut, sitosis (C ) selalu dihubungkan dengan guanin (G) oleh tiga ikatan hidrogen. Adenin (A)selalu dihubungkan dengan timin (T) oleh dua ikatan hidrogen.

b)      RNA ( Ribonucleic Acid )

RNA merupakan rantai tunggal yang terdiri dari molekul gula D-ribosa (pentosa), gugus fosfat, dan basa nitrogen. Basa nitrogen dalam RNA terdiri atas basa purin yang meliputi adenin (A) dan guanin (G) serta basa primidin yang meliputi urasil (U) dan sintosin (C). Ada tiga tipe RNA sebagai berikut :

1.      rRNA (Ribosoma RNA) terdapat dalam sitoplasma dan berfungsi dalam sintesin protein. rRNA berfungsi untuk mempermudah perkataan yang spesifik antara antikodon tRNA dengan kodom mRNA selama sitesis protein.

2.      mRNA (Messenger RNA) berupa rantai tunggal yang relatif panjang. mRNA dibentuk dalam nukleus dan berfungsi membawa kode genetik (kodon) dari DNA ke ribosom.

3.      tRNA  (Transfer RNA ) terdapat dalam sitoplasma dan berfungsi menerjemahkan kodon dari mRNA menjadi asam amino. Asam amino dibawa oleh tRNA ke ribosom.Pada salah satu ujung tRNA terdapat tiga rangkaian basa pendek disebut antikodon. Salah satu asam amino tertentu akan melekat pada ujung tRNA yang berseberangan dengan ujung antikodon. Pelekatan ini merupakan cara agar tRNA berfungsi. Pengurutan asam amino sesuai dengan urutan kodon pada mRNA.

C.       Pengertian Sintesis Protein

Sintesis protein adalah proses pembentukan protein yang melibakan sintesis RNA yang dipengaruhi oleh DNA. Sintesis protein juga dapat diartikan sebagai serangkaian tahap mulai dari proses penggandaan DNA, pembentukan RNA serta penerjemahan menjadi protein. Sekuens asam amino menentukan bagaimana cara molekul melipat untuk menghasilkan protein yang aktif secara biologis.

Dalam sel bakteri,tidak ada membrane yang mengelililngi DNA dan proses transkripsi maupun proses translasi berlangsung pada kompartemen sel  tunggal. Dalam eukariot,inti sel diselungi dengan membrane. Proses transkripsi berlangsung dalam inti sel, dan mRNA harus masuk kedalam sitoplasma untuk ditraslantasikan. Seringkali,hasil polipeptida yang terbentuk segera termodifikasi setelah proses translasi.

D.     Tahap Replikasi

Replikasi DNA adalah proses penggandaan DNA baru menggunakan DNA yang telah ada. Berbagai model replikasi DNA telah dijabarkan menjadi tiga hal:

Gbr 3. Konservatif                                                                  Sumber : materi78.co.nr

Gbr 4. Dispertif                                                                     Sumber : materi78.co.nr

Gbr 5. Semikonservatif                                                                   Sumber : materi78.co.nr

    

Pada model konservatif, DNA induk menghasilkan DNA yang baru secara utuh. Pada model konservatif, DNA induk terpisah menjadi dua buah rantai, masing-masing rantai membentuk DNA baru. Pada model dispertif, DNA induk menjadi rantai terputus-tupus, masing-masing rantai membentuk DNA baru. Sampai saat ini hanya model semikonservatif yang digunakan.

Dalam proses replikasi, DNA melibatkan seluruh komponen-komponen, yaitu DNA dan berbagai enzim yang berperan, seperti DNA, enzim helikase, enzim topoisomerase, enzim DNA polimerase, dan enzim ligase. Proses replikasi DNA dapat digambarkan sebagai berikut : 

Gbr 6. Replikasi DNA                                                               Sumber : materi78.co.nr

a)      DNA yang akan direplikasi diputus ikatan  hidrogennya oleh  helikase, yaitu  dari arah  3’ ke 5’ DNA awal. Kemudian diluruskan oleh topoisomerase.

b)      DNA  polimerase kemudian  mulai  membentuk   salinan DNA   baru   dari   titik promoter (awal) ke  titik terminator (akhir). Pada rantai bearah 3’ ke 5’, replikasi DNA  berjalan  kontinu/tidak terputus (leading strands). Pada  rantai  berarah  5’  ke  3’,  replikasi  DNA berjalan diskontinu/terputus (lagging strands).

c)      Rantai   yang   mengalami lagging   strands menghasilkan  fragmen  terputus-putus  yang disebut  fragmen Okazaki.

d)      Fragmen  Okazaki  kemudian  diperbaiki  oleh ligase agar   DNA   baru   dapat   terbentuk  seperti normal.

E.      Tahap Transkripsi

Transkripsi DNA adalah pembentukan mRNA dari DNA di inti sel. Komponen yang terlibat adalah DNA dan enzm RNA polimerase. Tahap-tahapnya terdiri dari 3 tahap, yaitu inisisasi,elongasi, terminasi.

Gbr 7. Transkripsi DNA                                          Sumber : materi78.co.nr

 

a)     Tahap inisiasi. Setelah RNA polimerase berikatan ke promoter, untai-untai DNA membuka dan polimerase menginisiasi sintesis RNA di titik promoter pada untai cetakan. b)    Tahap elongasi. Polimerase bergerak menggilir, membuka DNA dan memperpanjang transkrip RNA 5’ à 3’. Setelah transkripsi, untai-untai DNA kembali membentuk heliks ganda. c)     Tahap terminasi. Pad akhirnya, transkrip RNA dilepaskan dan polimerase melepaskan diri dari DNA.

Tahapan proses transkripsi hampir sama dengan tahap replikasi DNA. mRNA dibuat dengan menyalin rantai DNA yang disebut DNA sense sedangkan DNA yang tidak disalin DNA antisense. DNA sense ini akan ditranskripsikan oleh enzim RNA polimerase menghasilkan kodon atau mRNA. Transkripsi ini dimulai dari tahap inisiasi, elongasi, dan terminasi.

       

Gbr 8. Tahap inisiasi, Elongasi, Terminasi Sumber : perpustakaancyber.com

 

F.      Tahap Translasi

Tahap translasi adalah penerjemahan mRNA oleh tRNA di sitoplasma, terutama ribosom. Tahapan translasi dapat dijabarkan sebagai berikut :

Gambar 9. Gambaran translasi                       Sumber : materi78.co.nr

Adapun tahap-tahap translasi dimulai dari tahap inisiasi, terminasi, elongasi dapat dijabarkan oleh gambar berikut :

Gambar 10. Inisiasi translasi                  Sumber : Pustekkom  Depdiknas, 2008

1.     Subunit ribosom kecil berikatan dengan sebuah molekul mRNA pada subunit ini. tRNA inisiator dengan antikodon UAC brpasangan basa dengan kodon mulai, AUG. tRNA ini mengangkut asam amino metionin (Met). 2.     Kedatangan ribosom sub unit besar meengkapi kompleks inisisasi. tRNA pada situs P sedangkan situs A untuk tRNA yang membaa asm amino berikutnya.

Gambar 11. Elongasi translasi Sumber : Pustekkom  Depdiknas, 2008

 

Gambar 12. Terminasi translasi Sumber : Pustekkom Depdiknas, 2008

G.     Perbedaan Sel Eukariotik dan Prokariotik dalam Sintesis Protein

 

Gambar 13. Perbedaan Prokariotik dan Eukariotik                          Sumber : www.gurungeblog.com

Perbedaan prokariotik dan Eukariotik pada sintesis protein, dapat dijelaskan sebagai berikut dalam tabel:

Prokariotik	Eukariotik
Proses transkripsi dan translasi terjadi di sitoplasma karena tidak mempunyai membran nukleus	Proses transkripsi terjadi dalam nukleus sedangkan proses translasi di sitoplasma
Tidak adanya protein histon pada struktur kromosomnya, kromosom tidak tersusun rapi (tersebar)	Adanya protein histon pada struktur kromosomnya, kromosom tersusun rapi.
Tidak terjadi splicing karena tidak terdapat intron dalam satu strand mRNA hasil transkripsi.	Terjadi splicing karena terdapat intron dan axon berselang-seling dalam satu strand mRNA hasil transkripsi.
Tidak terjadi proses capping dan poliadenilasi. Hasil sintesis RNA polimerase langsung melanjutkan ke proses translasi	Karena terjadi dalam nukleus, perlu ada penambahan gugus methylpada ujung 5’ (Capping) dan gugus Poly- A Tail pada ujung 3’ (Poliadenilasi) sebelum berlanjut ke proses translasi di sitoplasma