Biosintesis Protein

Metabolisme merupakan aktivitas sel yang amat terkoordinasi, mempunyai tujuan, dan mencakup berbagai kerjasama banyak sistem dengan multi enzim. Ada reaksi penguraian dan ada reaksi pembentukan (biosintesis). Semua reaksi itu terjadi di dalam sel dan berlangsung secara enzimatis dan berada dalam keadaan setimbang.

Kali ini kita akan membahas tentang biosintesis protein atau proses pembentukan protein. Sintesis protein yang berlangsung di dalam sel, melibatkan DNA, RNA dan Ribosom. DNA dalam fungsinya sebagai kode genetik. Kode genetik
adalah suatu informasi dengan menggunakan huruf sebagai lambang basa nitrogen (A, T, C, dan G) yang dapat menerjemahkan macam-macam asam amino dalam tubuh.

Proses ini terjadi secara alami dan terus menerus, tidak pernah berhenti berproses. Proses ini bertujuan untuk menghasilkan protein. DNA dalam fungsinya sebagai kode genetic dengan menghasilkan protein sebagai senyawa utama dalam metabolisme sel tubuh melalui proses yang dikenal dengan istilah Sentral dogma. Pada sentral dogma ini terjadi tiga proses utama, yakni : replikasi, transkripsi dan translasi. Secara sederhana replikasi adalah penggandaan. Dimana monomer DNA membentuk replikat atau kopi yang tepat dari rangkain struktur DNA yang lama, kemudian setelah terbentuk replikat , kemudian terjadi proses pemindahan informasi genetik dari DNA ke RNA, oleh tRNA dan mRNA inilah yang disebut transkkripsi. selanjutnya terjadi perangkaian dari kode-kode genetic yang telah ditranskripsikan tadi yang disebut replikasi. Proses ini akan berhenti pada stop kodon yakni UAA, UAG, UGA.

Untuk lebih jelas nya, berikut uraian lebih lengkap nya tentang biosintesis protein ini,:

Sintesis protein yang berlangsung di dalam sel, melibatkan DNA, RNA dan Ribosom. Penggabungan molekul-molekul asam amino dalam jumlah besar akan membentuk molekul polipeptida. Pada dasarnya protein adalah suatu polipeptida. Setiap sel dari organisme mampu untuk mensintesis protein-protein tertentu yang sesuai dengan keperluannya. Sintesis protein dalam sel dapat terjadi karena pada inti sel terdapat suatu zat (substansi) yang berperan penting sebagai “pengatur sintesis protein”. Substansi-substansi tersebut adalah DNA dan RNA.

DNA dalam fungsinya sebagai kode genetic dengan menghasilkan protein sebagai senyawa utama dalam metabolisme sel tubuh melalui proses yang dikenal dengan istilah Sentral dogma atau “Dogma Central”. Proses ini terjadi secara alami dan terus menerus, tidak pernah berhenti berproses. Sekali lagi proses ini bertujuan untuk menghasilkan protein.

Sentral dogma terdiri dari tiga proses yaitu :

1. Replikasi
   

   Replikasi menyangkut perangkain secara linear satuan-satuan monomer DNA untuk membentuk replikat atau kopi yang tepat dari rangkain struktur DNA yang lama. Proses ini memungkinkan pembentukan 2 molekul anak DNA selama pembelahan sel, masing-masing satu kopi yang tepat dari induk DNA.
   

Replikasi DNA berarti penggandaan. Ada 3 model replikasi DNA yaitu :

1. Model konservatif. Model ini menyatakan bahwa 2 rantai DNA bereplikasi tanpa memisahkan rantai-rantainya.
   
2. Model semi konservatif. Model ini menyatakan bahwa 2 rantai DNA berpisah kemudian bereplikasi.
   
3. Model dispersi. Model ini menyatakan bahwa DNA terpecah menjadi potongan-potongan yang kemudian bereplikasi.
   

   
   
   

4. Transkripsi
   

   Transkripsi menyangkut perangkaian secara linear satuan monomer RNA dengan menggunakan suatu bagian khas yang kecil ( gene ) dari untaian DNA sebagai model. Molekul RNA tidak saja menyediakan cetakan kerja bagi sintesis protein, tetapi juga bekerja sebagai pembawa istimewa untuk asam amino serta juga memperlengkapi tempat tautan dimana sintesis protein akan berkembang.
   

Transkripsi merupakan pembentukan/sintesis RNA dari salah satu rantai DNA, sehingga terjadi proses pemindahan informasi genetik dari DNA ke RNA. Fungsi ini disebut fungsi heterokatalis DNA karena DNA mampu mensintesis senyawa lain yaitu RNA. Sebuah rantai DNA digunakan untuk mencetak rantai tunggal mRNA dengan bantuan enzim polimerase. Enzim tersebut menempel pada kodon permulaan, umumnya adalah kodon untuk asam amino metionin. Pertama-tama, ikatan hidrogen di bagian DNA yang disalin terbuka. Akibatnya, dua utas DNA berpisah. Salah satu polinukleotida berfungsi sebagai pencetak atau sense, yang lain sebagai gen atau antisense. Misalnya pencetak memiliki urutan basa G-A-G-A-C-T, dan yang berfungsi sebagai gen memiliki urutan basa komplemen C-T-C-T-G-A. Karena pencetaknya G-A-G-A-C-T, maka RNA hasil cetakannya C-U-C-U-G-A. Jadi, RNA C-U-C-U-G-A merupakan hasil kopian dari DNA C-T-C-T-G-A (gen), dan merupakan komplemen dari pencetak.

Transkripsi DNA akan menghasilkan mRNA (messenger RNA). Pada organisme eukariot, mRNA yang dihasilkan itu tidak langsung dapat berfungsi dalam sintesis polipeptida, sebab masih mengandung segmen-segmen yang tidak berfungsi yang disebut intron. Sedangkan segmen-segmen yang berfungsi untuk sintesis protein disebut ekson. Di dalam nukleus terjadi pematangan/pemasakan mRNA yaitu dengan jalan melepaskan segmen-segmen intron dan merangkaikan segmen-segmen ekson. Gabungan segmen-segmen ekson membentuk satu rantai/utas mRNA yang mengandung sejumlah kodon untuk penyusunan polipeptida. Rantai mRNA ini dikenal sebagai sistron.

Proses transkripsi ini terjadi di dalam inti sel (nukleus). DNA tetap berada di dalam nukleus, sedangkan hasil transkripsinya dikeluarkan dari nukleus menuju sitoplasma dan melekat pada ribosom. Ini dimaksudkan agar gen asli tetap terlindung, sementara hasil kopinya ditugaskan untuk melaksanakan pesan-pesan yang dikandungnya. Jika RNA rusak, akan segera diganti dengan hasil kopian yang baru.

1. Translasi
   

   Translasi meliputi perangkaian secara linear monomer asam amino, dengan menggunakan satu jenis khas RNA lain sebagai cetakan dan jenis khas RNA lain sebagai pembawa dan pengubah asam amino. Ini sesuai dengan proses yang sesungguhnya dalam sintesis protein.
   

Pada proses translasi ini terjadi 3 tahapan:

1. Inisiasi (permulaan)

   Daerah DNA di mana RNA polimerase melekat dan mengawali transkripsi disebut sebagai promoter. Suatu promoter menentukan di mana transkripsi dimulai, juga menentukan yang mana dari kedua untai heliks DNA yang digunakan sebagai cetakan.

2. Elongasi (pemanjangan)

   Saat RNA bergerak di sepanjang DNA, RNA membuka untaian heliks ganda DNA dengan bantuan enzim polimerase, sehingga terbentuklah molekul RNA yang akan lepas dari cetakan DNA-nya.

3. Terminasi (pengakhiran)

   Transkripsi berlangsung sampai RNA polimerase mentranskripsi urutan DNA yang disebut terminator. Terminator yang ditranskripsi merupakan suatu urutan RNA yang berfungsi sebagai kodon terminasi (kode stop) yang sesungguhnya. Pada sel prokariotik, transkripsi biasanya berhenti tepat pada akhir kodon terminasi, yaitu ketika polimerase mencapai titik terminasi sambil melepas RNA dan DNA. Sebaliknya, pada sel eukariotik polimerase terus melewati sinyal terminasi, suatu urutan AAUAAA di dalam mRNA. Pada titik yang jauh kira-kira 10 hingga 35 nukleotida, mRNA ini dipotong hingga terlepas dari enzim tersebut.

Kode Genetik

Informasi yang terdapat dalam rangkaian basa pada DNA dikenal sebagai kode genetik. Kode genetik adalah suatu informasi dengan menggunakan huruf sebagai lambang basa nitrogen (A, T, C, dan G) yang dapat menerjemahkan macam-macam asam amino dalam tubuh. Dengan kata lain, kode genetik adalah cara pengkodean urutan nukleotida pada DNA atau RNA untuk menentukan urutan asam amino pada saat sintesis protein. Macam molekul protein tergantung pada asam amino penyusunnya dan panjang pendeknya rantai polipeptida.

Berikut adalah protein yang terbentuk dari asam amino pada sintesis protein :

Kelainan metabolisme pembawaan

Ada beberapa kelainan turun temurun dari metabolisme, diantaranya :

• Albinisme
  
• Alkaptonuria
  
• Congenital hiper amonemia
  
• Diabetes mellitus
  
• Fruktosa intolerans
  
• Galaktosamia
  
• Kekurangan gluktosa 6-fosfat dehidrogenase
  
• Penyakit glikogen storage
  
• Encok
  
• Hemophilia
  
• Kekurangan lactase
  
• Penyakit refsum ( David, S. Page. 394 )
  

Kelainan metabolisme asam amino dan protein

Fenilketonuria

Fenilketonuria (Fenilalaninemia, Fenilpiruvat oligofrenia) adalah suatu penyakit keturunan dimana tubuh tidak memiliki enzim pengolah asam amino fenilalanin, sehingga menyebabkan kadar fenilalanin yang tinggi di dalam darah, yang berbahaya bagi tubuh.
Dalam keadaan normal, fenilalanin diubah menjadi tirosin dan dibuang dari tubuh. Tanpa enzim tersebut, fenilalanin akan tertimbun di dalam darah dan merupakan racun bagi otak, menyebabkan keterbelakangan mental.

Penyakit air kencing Maple

Anak dengan penyakit ini tidak melakukakn metabolisme tertentu, sehingga produk asam amino bertammbah, menyebabkan neurologic berubah termasuk ketidakpedulian dan keterbelakangan mental.

Homocystunaria

Anak dengan homocystunaria tidak dapat melakukan metabolisme asam amino homocysteine, dimana dengan adanya produk samping yang beracun menyebabkan beberapa gejala, bergantung cacat enzim tertentu.

Penyakit Glisinuria Hiperoksaluria primer

Kelainan metabolisme glisin serta ekresi glisin dalam urin yang berlebihan. Ekresi terus menerus oksalat dalam urin yang tinggi, yang tidak ada hubunganya dengan intake oksalat dalam makanan, oksalat yang berlebihan berasal dari endogen (dari glisin). Dianggap sebagai kelainan metabolisme glioksilat dihubungkan dengan kegagalan untuk mengubah glioksilat menjadi format atau mengubahnya menjadi glisin dengan transaminasi.

Penyakit Tirosinosis

Tirosinosis merupakan suatu kondisi langka akibat cacat dalam metabolisme asam amino dan ditransmisikan sebagai sifat autosom-resesif. Hal ini ditandai dengan ekskresi jumlah berlebihan asam parahydroxyphenylpyruvic, produk setengah dari tirosin, dalam urin.

Penyakit Tirosinemia

Tyrosinemia atau tirosinose adalah kesalahan metabolisme bawaan , biasanya dari lahir, yang dihasilkan dari kekurangan dari enzim oksidase asam p-hydroxyphenylpyruvate, yang mengubah asam homogentisat ini, mengakibatkan akumulasi tirosin dalam tubuh. Penyakit ini secara genetik heterogen, dan setidaknya ada tiga jenis ditentukan oleh gen terletak pada kromosom 15q (tipe I), 16 (tipe II) dan 12q (tipe III).

Penyakit Alkaptonuria

Alkaptonuria adalah kondisi yang langka di mana urin yang dikeluarkan seseorang berwarna gelap ketika bersentuhan dengan udara. penyakit ini bersifat menurun.

Penyakit Histidinemia

Histidinemia merupakan kondisi yang diwariskan ditandai dengan darah tinggi tingkat asam amino histidin, sebuah blok bangunan protein paling. Histidinemia disebabkan oleh kekurangan (defisiensi) dari enzim yang memecah histidin. Histidinemia biasanya tidak menyebabkan masalah kesehatan, dan kebanyakan orang dengan kadar tinggi histidin tidak menyadari bahwa mereka memiliki kondisi ini. Kombinasi histidinemia dan komplikasi medis selama atau segera setelah lahir (seperti kurangnya sementara oksigen) mungkin meningkatkan kesempatan seseorang mengembangkan cacat intelektual, masalah perilaku, atau gangguan belajar.

Penyakit Imidazolaminoaciduria

Adanya asam amino dalam urin. Jumalah Asam amino dalam urin mungkin menigkat akibat dari gangguan metabolisme, penyakit hati kronis atau gangguan ginjal.

Penyakit Prolinemia

Prolinemia atau Hyperprolinemia, adalah suatu kondisi yang terjadi ketika asam amino prolin tidak dipecah dengan baik oleh enzim oksidase prolin atau pyrroline-5-karboksilat dehydrogense, menyebabkan membangun dari prolin dalam tubuh.

Mutasi pada ALDH4A1 dan PRODH gen menyebabkan hyperprolinemia.

Penyakit Hidroksiprolinemia

Tidak adanya enzim yang mengkatalisa perubahan 4hidroksi L-prolin menjadi prolin 3-hidroksi karboksilat. Gejala klinisnya yaitu retardasi mental yang berat, kenaikan kadarhidroksiprolin dalam plasma, ekskresi hidroksiprolin dan peptidahidroksiprolin dalam urine yang banyak.

Penyakit Hiperlisinemia

Hiperlisinemia adalah Suatu keadaan yang ditandai dengan adanya kenaikan lisin plasma yang mencolok dan dapat terjadi sebagai gangguan menetap/ periodik.

Penyakit Hiperlisinemia persisten

Hiperlisinemia persisten adalah gangguan resesif autosom yang jarang terjadi. Hiperlisinemia persisten disebabkan oleh defisiensi enzim sistem kompleks lisin ketoglutarat reduktase/system sakaropin dehidrogenase yang lazim ada.

Penyakit Sistinuria

Sistinuria adalah suatu penyakit yang jarang terjadi, yang menyebabkan dikeluarkannya asam amino sistin ke dalam air kemih dan seringkali menyebabkan pembentukan batu sistin didalam saluran kemih.

Penyakit Sistinosis

    Sistinosis adalah penyakit dimana terjadi abnormalitas pada zat cystine. Penyakit ini adalah yang sangat langka dan belum bisa diobati sepenuhnya. Sistinosis / Cysitinosis merupakan penyakit turunan, dimana cystine diproduksi dalam sel-sel tubuh secara berlebihan. Jika tubuh kelebihan cystine, sel-sel akan memadat karena cystin akan saling bergabung dan membentuk kristal.

Penyakit Hipervalinemia

Hipervalinemia, juga disebut valinemia adalah penyakit metabolik yang sangat jarang. Metabolik memblokir ketoaciduria rantai bercabang secara bersamaan mempengaruhi tiga asam amino, menunjukkan adanya cacat katabolik dalam mekanisme.umum. Hal ini ditandai dengan peningkatan kadar dalam darah dan urin dari asam amino yang disebut valin karena kekurangan enzim, valin transaminase, yang diperlukan untuk metabolisme (pemecahan) dari valin. Metabolit yang menumpuk semua asam organik, yang menumpuk dalam cairan tubuh dan diekskresikan dalam urin.

Penyakit Maple Syrup urine disease

Maple syrup urine disease (MSUD) atau Maple sirup penyakit kencing adalah kelainan bawaan di mana tubuh tidak mampu untuk memproses blok bangunan protein tertentu (asam amino) dengan benar. Kondisi ini mendapatkan namanya dari bau manis khas dari air seni bayi yang terkena dampak.

Dimulai pada awal masa bayi, kondisi ini ditandai dengan pemberian makan yang buruk, muntah, kekurangan energi (kelesuan), dan keterlambatan perkembangan. Jika tidak diobati, sirup maple penyakit kencing dapat menyebabkan kejang, koma, dan kematian

Penyakit Intermitent branched chain ketonuria

Karena kekurangan enzim yang terlibat dalam metabolisme asam amino, ditandai dengan kencing yang berbau seperti keturunan penyakit sirup maple.

Penyakit Isovalericacidemia

Isovaleric asidemia adalah gangguan langka di mana tubuh tidak mampu memproses protein tertentu dengan benar. Hal ini diklasifikasikan sebagai gangguan asam organik, yang merupakan kondisi yang mengarah ke penumpukan abnormal asam tertentu yang dikenal sebagai asam organik. Tingkat abnormal asam organik dalam darah (asidemia organik), urin (aciduria organik), dan jaringan dapat menjadi racun dan dapat menyebabkan masalah kesehatan yang serius.

Biasanya, tubuh memecah protein dari makanan menjadi bagian-bagian lebih kecil yang disebut asam amino. Asam amino dapat diproses lebih lanjut untuk menyediakan energi untuk pertumbuhan dan pembangunan. Orang dengan asidemia isovaleric memiliki tingkat memadai dari enzim yang membantu memecah asam amino tertentu yang disebut leusin.

Penyakit Hartnup’s disease

Hartnup adalah gangguan resesif autosomal disebabkan oleh gangguan netral (yaitu, monoaminomonocarboxylic) asam amino transportasi di membran brush border apikal dari usus kecil dan tubulus proksimal ginjal. Pasien datang dengan letusan kulit pellagralike, ataksia serebelar, dan aminoaciduria bruto.

DAFTAR PUSTAKA

Thenawijaya, Maggy.1995. Dasar – Dasar Biokimia. Jakarta : Erlannga

Poedjiadji. Anna. 2006. Dasar- Dasar Biokimia. Jakarta : Universitas Indonesia

Page, S David. Prinsip Biokomia. 1989. Jakarta : Erlangga