PROTEIN DAN RNA

RESUMEUntuk Memenuhi Tugas Matakuliah Bioteknologiyang dibimbing oleh Prof. Dr. agr. H. Mohamad Amin, M.Si dan Dr. Endang Suarsini, M. Ked

OlehKelas/OFF: A/A

Desy Yanuarita Wulandari(140341807054)Ummul Hasanah (140341807556)

The Learning University

UNIVERSITAS NEGERI MALANGPASCASARJANAPENDIDIKAN BIOLOGI PROGRAM MAGISTERJanuari 2014

RNA DAN SINTESIS PROTEINGen menentukan aktivitas dan fungsi dalam sebuah sel melalui sintesis protein. Beberapa fungsi esensial dari protein adalah sebagai berikut:1. Protein penting untuk struktur sel, contohnya komponen penting pada membran, organel, dan sitoplasma.2. Protein berperan sebagai enzim dalam reaksi esensial sel.3. Protein berperan penting sebagai hormon dan pengkode molekul lainnya yang sel gunakan untuk berkomunikasi.4. Protein reseptor berikatan dengan molekul lainnya, seperti hormon, dan protein transpor yang memungkinkan molekul lain masuk dan keluar sel.5. Protein sebagai antibodi mengenali dan menghancurkan materi asing yang masuk ke tubuh.

Lalu bagaimana DNA membuat protein? DNA tidak membuat protein secara tidak langsung. Untuk mensintesis protein, gen dikopi menjadi mRNA. Sintesis RNA disebut transkripsi (Gambar 1). Adapun sintesis protein disebut dengan proses translasi.Molekul RNA berupa untai tunggal, berbeda dengan DNA yang beruntai ganda. Tapi secara komposisis kimiawi keduanya hampir serupa. Yang membedakan adalah pada basa nitrogen pada RNA adalah urasil, bukannya timin.

Gambar 1. Transkripsi

PENGGANDAAN KODE: TRANSKRIPSIBagaimana DNA digunakan sebagai cetakan untuk membuat RNA?RNA polimerase adalah enzim kunci dalam proses transkripsi. Di dalam nukleus, RNA polimerase melepaskan untaian heliks DNA dan kemudian menggandakan 1 untai DNA menjadi RNA. Tidak seperti replikasi DNA, yang mengkopi semua bagian dari DNA asal, transkripsi terjadi hanya pada segmen kromosom yang mengandung gen. Bagaimana RNA polimerase mengetahui di mana harus memulai transkripsi?Promoter merupakan sekuen spesifik dari nukleotida yang membolehkan RNA polimerase untuk mengikat lokasi spesifik pada gen. Protein yang disebut faktor transkripsi membantu RNA polimerase menemukan promoter dan berikatan pada DNA; sekuen yang disebut enhancers juga berperan penting dalam transkripsi.Setelah RNA polimerase berikatan pada promoter, kemudian membuka untaian DNA menjadi dua untaian. Hanya satu untaian yang disebut untaian cetakan (lawannya dsebut untaian pengkode), yang dikopi oleh RNA polimerase. Kehadiran promoter menentukan untaian mana dari DNA yang akan dicetak. Proses ini hanya dapat berlangsung pada untaian cetakan DNA dengan orientasi 5 ke 3. Ketika RNA polimerase mencapai bagian akhir dari gen, dia akan bertemu dengan sekuen terminasi. Sekuen ini mengikat protein atau pasangan basa untuk membentuk loop atau simpul pada akhir RNA. Hasilnya diperoleh RNA baru dari molekul DNA. TRANSKRIPSI MENGHASILKAN BERBAGAI JENIS RNAKita telah mengetahui bahwa mRNA diproduksi ketika banyak gen dikopi menjadi RNA. Dua tipe RNA lainnya, yaitu transfer RNA (tRNA) dan ribosomal RNA (rRNA), juga diproduksi melalui transkripsi. RNA polimerase yang berbeda akan menghasilkan RNA yang berbeda. Sebagaimana yang telah kita pelajari, hanya mRNA yang membawa informasi yang secara langsung mengkode untuk sintesis protein, tapi tRNA dan rRNA juga penting untuk sintesis protein.PENERJEMAHAN KODE: SINTESIS PROTEINTranslasi terjadi pada sitoplasma sel sebagai proses dengan berbagai tahap yang melibatkan beberapa tipe RNA. Adapun komponen pada proses translasi antara lain:1. mRNA-pengkopian gen. bertindak sebagai pembawa pesan dengan membawa kode genetik, yang dikode oleh DNA, yang informasinya dapat dibaca untuk memproduksi protein. 2. rRNA, komponen penting dari ribosom, yang merupakan organel penting dalam sintesis protein. Ribosom mengenali dan berikatan pada mRNA dan membaca mRNA selama translasi.3. tRNA-molekul yang membawa asam amino ke ribosom selama sintesis protein.

KODE GENETIKKode ini bekerja pada tiga unit nukleotida yang disebut kodon, yang terkandung dalam molekul mRNA. Tiap kodon mengkode sebuah asam amino. Seperti yang terlihat pada tabel berikut:

Kode genetik ini juga merupakan kodon yang dapat memberitahu ribosom di mana akan memulai dan mengakhiri translasi. AUG merupakan start codon yang mengkode asam amino metionin dan memberi sinyal untuk memulai translasi. Stop codon adalah UGA, UAA, dan UAG. Ketiganya tidak mengkode suatu asam amino, hanya sebagai kode untuk mengakhiri translasi.

MOLEKUL RIBOSOM DAN TRNARibosom merupakan struktur kompleks yang terdiri atas rRNA dan protein yang membentuk struktur yang disebut subunit. Tiap ribosom mengandung 2 subunit, subunit kecil dan besar. Subunit ini membentuk dua alur, yang disebut A (aminoasil) site dan P (peptidil) site, yang mana tRNA dapat berikatan. Dan E site sebagai tempat molekul tRNA untuk meninggalkan ribosom.

TAHAPAN TRANSLASITranslasi terdiri atas tahapan inisiasi, elongasi, dan terminasi.

Gambar 2. TranslasiINISIASILangkah berikutnya dalam terjemahan inisiasi. Komponen yang memainkan peranan penting dalam inisiasi adalah sebagai berikut. Ada dua subunit ribosom terlibat dalam proses inisiasi. Messenger RNA (mRNA). Aminoasil RNA transfer (tRNA) Guanosin-5-trifosfat (GTP) menyediakan energi untuk proses translasi. Faktor inisiasi (IF) merakit komponen mengambil bagian dalam proses inisiasi.Nukleotida DNA dan RNA terdiri dari untai. Salah satu ujung untai dikenal sebagai 3, sedangkan yang lain dengan 5. Dalam proses inisiasi, subunit kecil ribosom melekat atau terikat ke ujung 5 dari RNA. Protein khusus yang dikenal sebagai Initiation Factor membantu dalam proses pengikatan. eIF3 atau eukariotik Inisiasi Factor membantu dalam mengikat unit ribosom kecil ke mRNA. Seiring dengan ribosom, RNA transfer (tRNA) juga melekat pada mRNA. Ketika tRNA akan melekat pada mRNA, ia membawa asam amino bersama dengan dirinya sendiri.MRNA terdiri dari satu set tiga nukleotida yang disebut kodon. Kodon hadir pada asam nukleat (DNA dan RNA) sesuai dengan asam amino yang hadir dalam protein. Untuk setiap kodon, ada satu set asam nukleat melekat pada ujung tRNA. Ini dikenal sebagai antikodon.tRNA mulai mencari mRNA untuk kodon awal (start codon). Kodon awal hadir pada mRNA ini kebanyakan AUG (Adenin, Urasil, Guanin). Dalam sel-sel organisme eukariotik, asam amino yang sesuai untuk kodon awal adalah metionin. TRNA yang telah membentuk ikatan kovalen dengan metionin selama fase aktivasi translasi menjadi bagian dari struktur kompleks yang disebut kompleks ribosom. Sintesis protein, sehingga dimulai dengan metionin. Sebuah Inisiasi eukariotik Faktor 2 (eIF2) membawa tRNA ke subunit kecil ribosom. Ini melaksanakan hidrolisis GTP. Lebih lanjut mengarah pada pembentukan ribosom yang lengkap diikuti oleh disosiasi subunit kecil dan besar. Ini mengakhiri fase inisiasi dan fase Elongasi dimulai setelahnya.ELONGASIPemanjangan rantai polipeptida dimulai dengan tRNA memasuki situsP ribosom. Lokasi A ribosom sekarang siap untuk menerima aminoasil-tRNA. Pada tahap elongasi, siklus tiga langkah yang diikuti dengan pemanjangan rantai protein berlangsung. Aminoasil secara repat ditempatkan dalam ribosom. Pembentukan ikatan peptida. Setelah setiap pembentukan ikatan peptida, mRNA bergeser oleh satu kodon.TERMINASI/PENYELESAIANIni adalah tahap akhir dari proses translasi. Jika salah satu kodon terminasi memasuki lokasi A ribosom, proses translasi berhenti. Hal ini terjadi karena tRNA tidak mengenali kodon tersebut. Kodon ini dikenali oleh faktor rilis sebagai gantinya, dan mereka memicu reaksi yang disebut hidrolisis. Protein terbentuk sebagai hasil dari seluruh proses ini, dilepaskan dari ribosom dan akhirnya proses translasi berakhir.Pada sel prokariotik, 18 asam amino yang diproduksi per detik dan 1000 asam amino yang dihasilkan dalam bakteri. Sintesis protein adalah proses penting yang terjadi di ribosom sel-sel makhluk hidup dan bentuk translasi merupakan bagian penting dari itu.KONTROL EKSPRESI GENProses ekspresi gen akan berhubungan degan produksi mRNA. Tidak semua gen akan ditranskripsi dan translasi pada waktu yang sama. Itulah sebabnya ada perbedaan ekspresi gen antara sel otak, sel hati, dan juga sel kulit. Suatu gen akan terekspresi pada waktu tertentu sebagai suatu respon faktor internal maupun eksternal. Faktor tersebut misalnya perubahan suhu, nutrisi, hormon, ataupun sinyal kimia lainnya. Lalu bagaimana sel itu bisa aktif dan tidak aktif sebagai respon dari sinyal-sinyal tersebut?. Inilah yang disebut dengan regulasi gen. Salah satunya adalah dengan regulasi transkripsi. Pada proses ini, akan ada kontrol dari banyaknya produksi mRNA. Bagaimana sel bisa tahu bahwa gen tersebut harus aktif atau harusnya tidak aktif?. Hal ini berhubungan dengan struktur promotor. Promotor ditemukan pada bagian upstream (ujung 5) dari urutan gen. Pada eukariot, umumnya promotor memiliki urutan TATA box (TATAAAAA) dan CAAT box (GGCCAATCT). Untuk organisme eukariot, RNA polymerase tidak dapat berikatan dengan promotor bila faktor transkripsi belum ada. Pada beberapa gen juga terdapat struktur yang disebut dengan enhancer. Enhancer biasanya terdapat pada bagian upstream dan bisa juga pada bagian downstream. Enhancer mengikat protein regulasi yang berfungsi sebagai aktivator. Aktivator ini akan berinteraksi dengan dengan faktor transkripsi dan RNA polymerase untuk menstimulasi proses transkripsi. Setiap sel memerlukan aktivator yang berbeda. Misalnya, hormon testosteron dapat menjadi aktivator untuk ekspresi gen. Hormon ini akan berikatan dengan struktur khusus pada enhancer yaitu andorgen response element (5-TGTTGT-3). Sehingga pada lelaki akan mengalami pertumbuhan sekunder yang melibatkan otot dan rambut. Namun, adanya aktivator ini tidak akan memberikan efek pada semua sel. Hanya sel yang memiliki andorgen-response element saja yang akan memberikan respon.

BAKTERI MENGGUNAKAN OPERON UNTUK MEREGULASI GEN EKSPRESI. Operon adalah struktur gen pada bakteri. Gen pada operon ini dapat diregulasi sebagai respon perubahan yang ada dalam sel. Operon dapat distimulasi ataupun dihambat tergantung pada nutrien yang ada pada lingkungan. Misalnya Lac Operon. Lac operon mengandung 3 gen yaitu: lacZ, mengkode enzim B-galactosidase lacY, mengkode enzim permease lacA, mengkode enzim acetylase

Gambar 3. Lac Operan dari BakteriLac operon ini diregulasi oleh adanya lac repressor yang dikode oleh gen lacI. Jika tidak ada laktosa, represor akan berikatan dengan operator (promotor lac operon). Karena adanya ikatan antara represor dengan operator, maka RNA polymerase diblok untuk berikatan dengan promoter sehingga tidak ada proses transkripsi gen Z,Y, dan A. Namun, jika ada laktosa, maka lacose akan berikatan dengan represor sehingga mencegah repressor untuk berikatan dengan operator dan transkripsi tetap berlangsung.

Gambar 4. Caenorhabditis elegansPada Caenorhabditis elegans ditemukan RNA untai ganda yang tidak mengkode protein disebut siRNA (short interfening RNA). Terdapat pula microRNA yang tidak mengkode protein. miRNAs adalah molekul regulasi yang berfungsi untuk menonaktifkan silencing ekspresi gen.