SINTESA PROTEIN & KODE GENETIK Marisa, dr.

SINTESA PROTEIN & KODE GENETIK Informasi genetik yang terdapat dalam urut – urutan nukleotida DNA di dalam inti di transkripsi ke urut – urutan nukleotida spesifik dari RNA. Urut – urutan nukleotida dari RNA ini komplementer dengan urut – urutan nukleotida “sense strand” dari gennya. Hasil transkripsi : heterogenous nuclear RNA ( hn RNA ) di proses dalam inti & bagiab – bagiannya muncul dalam RNA sebagai mRNA

Sel mempunyai mekanisme yang perlu untuk menterjemahkan informasi dari urut – urutan AA dari protein spesifik proses ini : TRANSLASI. Molekul RNA tidak punya afinitas terhadap AA. Translasi dari info yang ada pada urutan nukleotida mRNA ke urut – urutan AA, suatu protein memerlukan suatu perantara : molekul adapter. Molekul adapter harus mengenali urut – urutan nukleotida spesifik dari mRNA dan AA spesifik juga. Jadi sel dapat mengarahkan AA spesifik ke urut – urutan yang seharusnya, seperti yang didiktekan oleh mRNA AA itu sendiri & bersentuhan dengan template mRNA.

Pada urut – urutan nukleotida mRNA, untuk tiap AA ada kode sendiri : kode genetik. Molekul adapter yang melakukan translasi dari kode – kode ini ke urut – urutan AA dari protein : tRNA. Tempat untuk pembentukan molekul protein : ribosom. Banyak ribosom dapat menyatu membentuk poliribosom. Dalam sel ada pabrik dimana poliribosom bersatu untuk membentuk macam – macam kelas dari molekul protein. Contoh poliribosom : Roug endoplasmik retikulum yang mensintasa membran protein & protein yang harus di keluarkan sel.

Untuk membentuk protein dibutuhkan 20 AA, paling sedikit harus ada 20 kode yang membentuk kode genetik. Karena hanya ada 4 macam nukleotida dalam RNA, maka tiap kode harus mengandung lebih dari 1 nukleotida purin / pirimidin. Bila kode terdiri dari 2 nukleotida maka akan terbentuk hanya 16 kode ( 4 x 4), bila kode terdiri dari 3 nukleotida akan ada 64 ( 4 x 4 x 4) kode spesifik. Matthaci & Nirenberg : Tiap kode disebut kodon terdiri dari urutan & nukleotida ( Triplet code ), jadi ada 64 triplets untuk 20 AA.

NUKLEOTIDA II U C A G NUKLEOTIDA I NUKLEOTIDA III Phe Leu Ser ser Tyr Tyrr Term Cys Trp leu Pro pro His Gin Arg Ile met Thr Asn Lys Ang Val val Ala Asp Glu Gly

Istilah nukleotida I,II,III menyatakan masing – masing nukleotida pada kodon triplet. U : nukleotida uridin, C : nukleotoda sitosin, A : Nukleotida adenin, G : Nukleotida Guanin. MeT : kodon yang memulai rantai nukleotida ( inisiator ). Term : Kodon yang mengakhiri rantai nukleotida ( terminator ). AUG yang memberi kode MeT brfungsi sebagai kodon inisiator dalam sel – sel mamalia. t dalam mitokondria mamalia AUA memberi kode untuk Met dan UGA untuk Trp, & AGA serta AGG berfungsi sebagai terminator rantai.

3 buah kodon & mengkode AA spesifik disebut non sense kodon 3 buah kodon & mengkode AA spesifik disebut non sense kodon. 2 dari nonsense kodon ini di perlukan sebagai tanda untuk mengakhiri polimerisasi AA pada saat pembentukan molekul protein selesai. Sisa 61 kodon adalah untuk 20 AA mengalami degenerasi dari genetik kode. 64 kodon tsb dibagi menjadi 16 kelompok, diantaranya yang mempunyai 2 basa yang sama pada awalnya.Dari 16 keluarga ini ada yang keempat – empatnya menkode 1 AA disebut Unmixed families,

Keluarga kodon yang mengkode untuk lebih dari satu AA disebut mixed families. Pada 6 dari mixed families ini, kodon dengan U atau C pada posisi III mengkode untuk satu AA, kodon dengan A atau G pada posisi III mengkode untuk AA yang berbeda / chain termination signal ( CT ). 2 kelompok sisanya, kelompok UG & kelompok AU tidak mempunyai pola khusus : unik Jadi nukleotida yang ke III dalam kodon kurang penting dibandingkan ke 2 nukleotoda awal yang menentukan AA yang harus dimasukkan protein, menyebabkan adanya degenerasi dari kode. Pengenalan kodon spesifik dari mRNA oleh tRNA adaptor tergantung pada daerah anti kodon yang komplementer dengan kodon

Untuk kodon tertentu pada mRNA hanya ada satu spesies tRNA yang mengandung anti kodon yang sesuai karena tiap tRNA hanya dapat di bebankan satu AA spesifik, maka kodon juga hanya spesifik hanya untuk 1 AA. Tapi ada tRNA yang dapat memakai anti kodonnya untuk mengenali lebih dari 1 kodon. Fungsi tRNA: Untuk AA yang spesifik ada tRNA yang spesifik Karena tidak ada afinitas antara asam nukleat dengan AA maka pengenalan ini harus dilakukan oleh suatu molekul protein yang dapat mengenali baik tRNA & AA.

3.Jadi untuk fungsi pengenalan ini juga harus ada sedikitnya 20 enzim spesifik. Proses pengenalan & perlekatan ini dilakukan dalam 2 tingkatan reaksi oleh enzim-enzimyang disebut amino asil tRNA sintetase: Terbentuk antara yang aktif =amino asil- AMP-enzim kompleks Komponen enzim-AMP-AA ini akan mengenali tRNA spesifik. Gugus amino asil dilekatkan ke tRNA pada ujung 3’ hidroksil dari Asam amino ini akan terus melekat pada tRNA-nya yang spesifik dengan ikatan ester sampai mengalami polimerisasi pada posisi khusus dari polipeptida yang merupakan prazat molekul protein.

Melihat struktur tRNA jelas bahwa: Ujung 3’ hidroksil yang mengandung urut-urutan ACC yang mengikat AA yaitu ujung-ujung hidroksil dari adenosin akan mengikat AA spesifik dengna ikatan ester. Thymidin-pseudouridin-cytidin loop yang bertanggung jawab terhadap perlekatan aminosil tRNA pada permeabilitas ribosom di tempat sintesis protein. DHU loop = tempat penting untuk pengenalan tRNA untuk enzimnya yang khusus (amino asil-tRNA sintetase). Anti kodon loop terdiri dari 7 nukleotida.

MUTASI Perubahan pada urutan nukleotida dari suatu gen bisa terjadi pergantian 1 basa = transisi, tranversi Transisi = Suatu pirimidin di ganti dengan pirimidin lain / suatu purin di ganti purin lain. Transversi = pergantian 1 purin menjadi 2 pirimidin lain / pergantian 1 pirimidin menjadi 2 purin lain. Bila urut – urutan nukleotida gen mengandung mutasi ini di transkripsi ke molekul mRNA. Maka mRNA ini akan memiliki basa komplementer yang juga berbeda pada tempat tsb.

Perubahan 1 basa pada mRNa dapat berakibat : Tidak ada efeknya karena adanya degenerasi dari kode ini bila perubahan terjadi pada nukleotida III dari suatu kodon. Missense effect : Terjadi bila AA yang berbeda yang dimasukan dalam molekul protein. AA yang salah ini missense dapat diterima & sebagian diterima atau tak dapat diterima oleh fungsi molekul tsb. Bila AA tsb dapat diterima maka molekul tsb hampir tidak dapat dibedakan dengan yang normal. Bila AA tsb sebagian diterima molekul protein tsb fungsinya partiel tapi abnormal.Bila AA tsb tak dapat diterima,molekul protein tsb tak dapat berfungsi normal.

3. Terdiri dari suatu nonsense kodon yang berakibat berakhirnya pembentukan rantai peptida secara prematur sehingga hanya terbentuk suatu plomen dari molekul protein yang sebenarnya, yang kemudian tidak akan berfungsi. Accetable missense HB HIKARI : Pada rantai beta dari HB ini posisi 61 yang seharusnya lisin digantikan oleh asparagil. Partially accetable missense HB S : Posisi G dari rantai beta yang seharusnya glutamat digantikan oleh valin. Fungsinya abnormal & menimbulkan sickle cell anemia, HB tidak dapat mengikat & melepaskan O2 meskipun abnormal.

UnAcceptable missense HB M Fe2+ dari heme dioksidasi menjadi Fe3+ sehingga terbentuk methemoglobin yang tak tak dapat mentransport O2. Altered termination signal HB Icaria : Terminasi normal adalah UAA diubah menjadi AAA sehingga peptida tidak berakhir tapi mendapat tambahan lagi peptida abnormal. INHIBITOR SINTESIS PROTEIN Banyak antibiotik bekerja dengan jalan menghambat menghambat secara spesifik sintesis pada organisme prokariotik yaitu terutama terhadap protein ribosom tapi tidak tixic terhadap organisme eukariotik.

Puromisin : Analog dengan tirosinil-RNA, melakukan inhibisi terhadap sintesis protein pada prokariotik & eukariotik. Toksin Diphteria : suatu exotoxin dari corine bacterium diphteriae menghambat sintesis protein pada mamalia. KODE GENETIK : Untuk membentuk protein perlu 20 AA & paling sedikit harus ada 20 kode genetik. Ada 4 macam nukleotida dalam mRNA. Bila kode genetik terdiri dari : 1 nukleotida : ada 4 kode 2 nukleotida : ada 16 kode 3 nukleotida : ada 64 Kode.

Kode genetik / kodon terdiri dari 3 nukleotida disebut triplet code. Ada 64 kodon untuk 20 AA 1 AA bisa dikenali beberapa kodon , 3 kodon tidak mengkode AA spesifik : CT / codon terminator : Mengakhiri polimerisasi AA. Ci / Codon inisiator : Memulai Polimerisasi AA, disebut nonsense codon. UAA-UAG & UGA merupakan CT codon yang merupakan akhir sintesis protein. Kodon-kodon ini tidak dibaca oleh tRNA tadi oleh protein –protein spesifik yang disebut Release factor.

Start signal untuk sintesis protein lebih kompleks Start signal untuk sintesis protein lebih kompleks. Rantai polipeptida pada bakteri dimulai dengan formylmethionine ( tMeT ), dibawa oleh tMeT-tRNA yang mengenali kodogen. AUG:AUG juga kodon untuk methiom. AUG:merupakan bagian dari imtation signal. CARA PENGANALAN KODON OLEH ANTI KODON Hipothesa : Tiap dari kodon berkomplementer dengan basa dari anti kodon. “Satu anti kodon hanya mengenali satu kodon”. Kenyataan dapat mengenali beberapa kodon. Misalnya : alanin tRNA mengenali GCU-GCC-GCA.

Crick : Basa I Antikodon Basa III Kodon C A U G I A atau G U atau C U I C atau A

Alanin tRNA : Anti Kodon Anti Kodon Anti kodon 3’ C - G - I 5’ 3’ C - G - I 5’ 3’ C - G - I 5’ 5’ G - C - U 3’ 5’ G - C - C 3’ 5’ G - C - A 3’ Kodon Kodon Kodon Ribosom : 70S ribosom 50S subunit : 235 RNA – 55 RNA 30 Protein 30S subunit : 16S RNA 20 Protein

Organel dari sintesa protein sangat kompleks, 200A0 Terdiri dari : Subunit Besar Subunit Kecil RNA Protein Translasi sangat komplek Mengkoordinasi kerja sama antara 100 macam Makromolekul, antara lain : Ribosom tRNA mRNA Enzim Faktor

Protein disintesis dengan arah amino ke karboksil, penambahan AA pada ujung karboksil dari rantai peptida yang sedang tumbuh. mRna ditranslasi dengan arah 5’ ke 3’. Sintesis pada bakteri dimulai oleh formil metionin transfer RNA = fMET tRNA = tRNA f. tRNA f berbeda dengan tRNA m yang memasukan methidin. Start signal untuk memulai sintesis protein bukan hanya terdiri dari satu kodon saja. tRNA f & tRNA m sama-sama dapat mengenali kodon AUG, karena anti kodon keduanya sama yaitu CAU. tRNA f tidak akan mengikat AUG yang mengikat metionin. tRNA m tidak akan mengikat AUG yang merupakan start dari sintesis protein.

INITIATION : Sintesis protein dimulai dengan 30S initation kompleks, yang terdiri dari : 30S subunit ribosom mRNA fMET – tRNA f GTP Initiation faktor : IF I,II,III 50S subunit ribosom bergabung ; terbentuk 70S inti atom kompleks. fMET – tRNA f menempati IF ( Leptidyl ) site A ( minoacyl ) site masih kosong.

Pembentukan ikatan peptida. ELONGATION : Pengikatan aminoasil-tRNA ( Pengenalan kodon ), aminoasil-tRNA masuk ke A-site. tRNAnya tergantung kodon yang ada di A-site. Diperlukan GTP & protein elongation factors. Pembentukan ikatan peptida. Enzim peptidil transferase yang merupakan bagian dari subunit 50S. Bagian formil metionin di P-site ditransfer ke gugus amino dari aminoasil-tRNA di A-site, terbentuk dipeptidil-tRNA.

3. Translokasi : tRNA f meningkatkan P-site. Dipeptidil-tRNA pindah dari A-site ke P-site. mRNA bergerak 3 nukleotida (1 kodon) ke arah 5’,kodon berikut siap dibaca oleh aminoasil-tRNa lain. A-site kosong : siap mengikat aminoasil-tRNA yang cocok dengan kodon. BEBERAPA RIBOSOM SEKALIGUS MELAKUKAN TRANSLASI TERHADAP 1 MOLEKUL mRNA : Efisiensi terhadap pemakaian mRNA. Poliribosom / polisom : ribosom-ribosom yang terikat pada satu molekul mRNA. Kerapatan maximum : 1 ribosom / 80 nukleotida.

Ribosom yang terdekat kutub 5’ rantai polipeptidanya terpendek. Ribosom yang terdekat kutub 3’ hampir menyelesaikan proteinnya. Ribosom tersebut bekerja sendiri-sendiri. TERMINASI : Aminoasil tRNA tidak terkaitke A-site kalau kodonnya UAA-UGA-UAG ( CT ).. Tidak ada tRNA yang anti kodonnya cocok dengan kodon-kodon tersebut. CT di kendalikan oleh release factors. RF : Mengenali UAA – UAG. RF : Mengenali UAA – UGA.

Pengikatan RF ke CT di A-site akan mengaktifkan peptidal transferase, yang menghidrolisa ikatan antara polipeptida dengan tRNA di P-site, rantai polipeptida meninggalkan ribosom. Ribosom 70S : 50S + 30S.

SAMPAI JUMPA di “XENOBIOTIK”