Plant Protein DNA &RNA Mochammad Roviq DNA mRNA tRNA rRNA Protein

Presentasi berjudul: "Plant Protein DNA &RNA Mochammad Roviq DNA mRNA tRNA rRNA Protein"— Transcript presentasi:

1 Plant Protein DNA &RNA Mochammad Roviq DNA mRNA tRNA rRNA Protein
Fenotip Trankripsi Translasi Jalur biokimia

2 Protein = Proteios = Pratama
In fact, the importance of proteins is underscored by their name, which comes from the Greek word proteios, meaning "first place” Proteins account for more than 50% of the dry mass of most cells, and they are instrumental in almost everything organisms do. Some proteins speed up chemical reactions, while others play a role in structural support storage, transport, cellular communication, movement, and defense against foreign substances

3 Protein for human Globally, about 70% of the human demand for protein is met by the consumption of seeds, either directly, or indirectly by feeding them to animals for meat production, for human nutrition. However, in many plant storage proteins, the content of certain amino acids essential for the nutrition of humans and animals is too low. In cereals, the storage proteins are deficient in threonine, tryptophan, and particularly lysine, whereas in legumes there is a deficiency of methionine. Since these amino acids cannot be synthesized by human metabolism, humans depend on being supplied with them in their food

4 Plant Protein Products of nitrate assimilation are deposited in plants as storage proteins The amino acids formed as products of nitrate assimilation are stored as proteins. These are mostly special storage proteins, which have no enzymatic activity and are often deposited in the cell within protein bodies. Protein bodies are enclosed by a single membrane and are derived from the endomembrane system of the endoplasmic reticulum and the Golgi apparatus or the vacuoles. In potato tubers, storage proteins are also stored in the vacuole

5 The end product of nitrate assimilation is a whole spectrum of amino acids
All amino acids present in the mesophyll cells are exported via the sieve tubes. The sum of amino acids can be regarded as the final product of nitrate assimilation. Synthesis of these amino acids takes place mainly in the chloroplasts. The pattern of the amino acids synthesized varies largely, depending on the species and the metabolic conditions. In most cases glutamate and glutamine represent the major portion of the synthesized amino acids. Glutamate is exchange for malate and glutamine in exchange for glutamate Serine and glycine, represent a considerable portion of the total amino acids present in the mesophyll cells. Large amounts of alanine are often formed in C4 plants.

6 The end products of nitrate assimilation
CO2 assimilation provides the carbon skeletons required for the synthesis of the various amino acids.

7 Most of Enzymes are protein
Life would not be possible without enzymes, most of which are proteins. Enzymatic proteins regulate metabolism by acting as catalysts, chemical agents that selectively speed up chemical reactions without being consumed by the reaction Because an enzyme can perform its function over and over again, these molecules can be thought of as workhorses that keep cells running by carrying out the processes of life.

8 Globulins are the most abundant storage proteins
Storage globulins occur in varying amounts in practically all plants. The most important globulins belong to the legumin and vicilin groups. Both of these globulins are encoded by a multigene family Legumin is the main storage protein of leguminous seeds. In broad bean, for instance, 75% of the total storage protein consists of legumin.

9 Prolamins are formed as storage proteins in grasses
Prolamins are contained only in grasses, such as cereals. Also in glutenin, which occurs in the grains of wheat and rye, monomers are linked by S-S bridges. The glutenin molecules differ in size. The suitability of flour for bread-making depends on the content of high molecular glutenins, and therefore flour from barley, oat, or maize lacking glutenin, is not suitable for baking bread. Since the glutenin content is a critical factor in determining the quality of bread grain, investigations are in progress to improve the glutenin content of bread grain by genetic engineering

10 Protein = Polypeptides
Diverse as proteins are, they are all polymers constructed from the same set of 20 amino acids. Polymers of amino adds are called polypeptides. A protein consists of one or more polypeptides, each folded and coiled into a specific three-dimensional structure PERBEDAAN SENYAWA POLAR DENGAN NON POLAR Senyawa polar dan non polar Ciri-ciri senyawa polar : dapat larut dalam air dan pelarut polar lain memiliki kutub + dan kutub - , akibat tidak meratanya distribusi elektron -memiliki pasangan elektron bebas (bila bentuk molekul diketahui) atau memiliki perbedaan keelektronegatifan Contoh : alkohol, HCl, PCl3, H2O, N2O5 Senyawa polar digambarkan sebagai Ciri-ciri senyawa non polar : tidak larut dalam air dan pelarut polar lain Tidak memiliki kutub + dan kutub - , akibat -tidak memiliki pasangan elektron bebas (bila bentuk molekul diketahui) atau keelektronegatifannya sama Contoh : Cl2, PCl5, H2, N2 Senyawa non polar digambarkan sebagai

11 Protein Satu asam amino terdiri atas satu gugus amino, satu gugus karboksil, satu atom hidrogen, dan satu rantai samping yang terikat pada atom karbon. Susunan tetrahedral keempat gugus tersebut menentukan aktivitas optik asam amino sehingga ada dua bentuk isomer yaitu L-isomer dan D-isomer.

12 Asam amino Asam amino memiliki gugus fungsional karboksil (-COOH) dan amina (-NH2). Keduanya terikat pada satu atom karbon (C) yang sama (disebut atom C "alfa" atau α). Gugus karboksil memberikan sifat asam dan gugus amina memberikan sifat basa. Dalam bentuk larutan, asam amino bersifat amfoterik: cenderung menjadi asam pada larutan basa dan menjadi basa pada larutan asam. Perilaku ini terjadi karena asam amino mampu menjadi zwitter-ion.

13 R (residue/rantai samping) Asam amino
Perbedaan utama antara satu asam amino dengan yang lainnya terletak pada gugus sampingnya. Rantai samping asam amino dapat dibedakan atas: polar, bermuatan negatif (aspartat, asam glutamat), polar, bermuatan positif (arginin, histidin, lisin), polar, tidak bermuatan (asparagin, glutamin, serin, dan treonin), nonpolar/hidrofobik (alanin, sistein, isoleusin, leusin, metionin, fenilalanin, prolin, triptofan, tirosin, dan valin), netral (glisin).

14 Asam imino Asam amino paling sederhana strukturnya adalah glisin yang hanya mempunyai satu atom hidrogen pada gugus sampingnya. Prolin adalah asam amino yang struktur dasarnya berbeda dari asam amino yang lain karena atom N-nya ada dalam struktur cincin, sehingga prolin lebih sesuai dinamakan asam imino. Struktur prolin yang demikian menyebabkan terjadinya bengkokan pada struktur protein sehingga mempengaruhi arsitektur protein.

15 Asam amino non polar Memiliki gugus R alifatik (Alifatik : bahasa Yunani aleiphar, berarti minyak atau lemak) adalah senyawa organik yang tidak mempunyai gugus fenil (bahasa Inggris: aromatic ring). Glisin, alanin, valin, leusin, isoleusin dan prolin Bersifat hidrofobik.

16 Asam amino dengan gugus R aromatik
Fenilalanin, tirosin dan triptofan Bersifat relatif non polar  hidrofobik Fenilalanin bersama dgn V, L & I  asam amino paling hidrofobik Tirosin  gugus hidroksil , triptofan  cincin indol Sehingga mampu membentuk ikatan hidrogen  penting untuk menentukan struktur enzim

17 Asam amino dengan gugus R bermuatan positif
Lisin, arginin, dan histidin Mempunyai gugus yang bersifat basa pada rantai sampingnya Bersifat polar  terletak di permukaan protein dapat mengikat air. Histidin mempunyai muatan mendekati netral (pada gugus imidazol) dibanding lisin  gugus amino arginin  gugus guanidino Karena histidin dapat terionisasi pada pH mendekati pH fisioligis  sering berperan dlm reaksi enzimatis yang melibatkan pertukaran proton

18 Polar, uncharged amino acids
The side-chains of asparagine (Asn or N) and glutamine (Gln or Q), the amide derivatives of Asp and Glu, respectively, are uncharged but can participate in hydrogen bonding. Serine (Ser or S) and threonine (Thr or T) are polar amino acids due to the reactive hydroxyl group in the side-chain, and can also participate in hydrogen bonding (as can the hydroxyl group of the aromatic amino acid Tyr).

19 Struktur protein #1 Dapat dibedakan dalam empat model :
Struktur primer menyatakan susunan linear asam-asam amino sepanjang rantai polipeptida. Struktur sekunder menggambarkan pola pelipatan (folding) bagian-bagian polipeptida ke dalam struktur yang teratur, misalnya heliks dan lembaran terlipat-β (β pleated sheet)

20 Struktur protein #2 Struktur tersier menggambarkan pelipatan bagian-bagian antara heliks-α dan lembaran- β serta semua interaksi nonkovalen yang menyebabkan terjadinya pelipatan yang sesuai pada suatu rantai polipeptida. lnteraksi nonkovalen tersebut antara lain ikatan hidrogen, ikatan hidrofobik, dan interaksi van der Waals. Struktur kuaterner, menunjukkan interaksi nonkovalen yang mengikat beberapa rantai polipeptida ke dalam satu molekul tunggal protein, misalnya hemoglobin.

21 Look for a moment…….. DNA mRNA tRNA rRNA Protein Fenotip Trankripsi
Translasi Jalur biokimia

22 GENES – PROTEIN - PHENOTIPE

23 Asam nukleat : DNA - RNA Asam nukleat adalah suatu polimer nukleotida yang berperanan dalam penyimpanan serta pemindahan informasi genetik. Satu nukleotida terdiri atas tiga bagian yaitu : Cincin purin atau pirimidin, Molekul gula dengan 5 atom C (pentosa). Gugus fosfat

24 Cincin Purin dan Pirimidin
yaitu basa nitrogen yang terikat pada pada atom C nomor 1 suatu molekul gula (ribosa atau deoksiribosa) melalui ikatan N-glukosidik Basa purin terdiri atas adenine (A) dan guanine (G), serta basa pirimidin yang terdiri atas thymine (T), cytosine (C), dan uracil (U). Baik DNA (deoxyribonucleic acid) maupun RNA (ribonucleic acid tersusun atas A, G, C, tetapi T hanya ada pada DNA sedangkan U hanya ada pada RNA. Akan tetapi ada perkecualian, yaitu bahwa pada beberapa molekul tRNA terdapat basa T, sedangkan pada beberapa bakteriofag DNA-nya tersusun atas U dan bukan basa T.

25 Pentosa dan gugus fosfat
Molekul gula dengan 5 atom C (pentosa). Pada RNA gulanya adalah ribosa, sedangkan pada DNA gulanya adalah deoksiribosa. Perbedaan antara kedua bentuk gula tersebut terletak pada atom C nomor 2. Pada RNA, atom C nomor 2 berikatan dengan gugus hidroksil (OH) sedangkan pada DNA atom C nomor 2 berikatan dengan atom H. Gugus fosfat yang terikat pada atom C nomor 5 melalui ikatan fosfoester. Gugus fosfat inilah yang menyebabkan asam nukleat bermuatan negatif kuat.

26 Ikatan fosfodiester antarnukleotida.
Suatu basa yang terikat pada satu gugus gula disebut nukleosida, sedangkan nukleotida adalah satu nukleosida yang berikatan dengan gugus fosfat. Di dalam molekul DNA atau RNA, nukleotida berikatan dengan nukleotida yang lain melalui ikatan fosfodiester Basa purin dan pirimidin tidak berikatan secara kovalen satu sama lain. Oleh karena itu, suatu polinukleotida tersusun atas kerangka gula-fosfat yang berselang-seling dan mempunyai ujung 5'-P dan 3'-OH. Asam nukleat yang mempunyai ujung demikian umum terdapat di alam, meskipun asam nukleat yang mempunyai ujung 5'-OH dan 3'-P dapat disintesis secara Kimiawi. Semua molekul dalam sel akan berinteraksi satu sama lain. Interaksi antar molekul tersebut akan menentukan sifat-sifat biologis molekul-molekul di dalam sel. Pada Interaksi umumnya interaksi molekular tersebut berupa interaksi nonkovalen, yaitu interaksi antar atom yang tidak terikat secara kovalen satu sama lain. Lkatan kovalen adalah ikatan yang ada di antara atom-atom yang menyusun suatu molekul,misalnya ikatan antara atom H dan C pada molekul CH4. lkatan kovalen adalah ikatan yang paling kuat dan paling stabil antara atom-atom. Sebaliknya, ikatan nonkovalen tidak sekuat ikatan kovalen namun mempunyai peranan penting dalam sel antara lain karena membantu menstabilkan struktur makromolekul dalam sel, misalnya protein dan asam nukleat. Beberapa ikatan nonkovalen yang penting dalam sel antara lain ikatan hidrogen, ikatan ionik, interaksi van der Waals, dan interaksi hidrofobik.

27 Struktur molekul DNA Untai-ganda DNA tersusun oleh dua rantai polinukleotida yang berpilin. Kedua rantai mempunyai orientasi yang berlawanan (antiparalel): Rantai yang satu mempunyai orientasi 5'  3', sedangkan rantai yang lain berorientasi 3'  5'. Kedua rantai tersebut berikatan dengan adanya ikatan hidrogen antara basa odenine (A) dengan thymine (T), dan antara guonine (G) dengan citosine (C). lkatan antara A-T berupa dua ikatan hidrogen, sedangkan antara G-C berupa tiga ikatan hidrogen sehingga ikatan G-C lebih kuat Spesifisitas pasangan basa semacam ini disebut sebagai komplementaritas (complementority) James Watson dan Francis Crick Pada masing-masing rantai DNA ada ujung 5'-fosfat (5'-P) dan ujung 3'-OH

28 Struktur untai putar-kanan (right-handed helix).
Struktur DNA yang dikemukakan Watson dan Crick adalah struktur paling umum terdapat di alam. Struktur semacam ini disebut sebagai struktur untai putar-kanan (right-handed helix). Struktur tersebut dikelompokkan : Molekul DNA tipe B, tipe B mempunyai lekukan besar dan lekukan kecil. Dibandingkan dengan tipe A, lekukan besar pada tipe B lebih mudah mengikat protein tertentu karena lekukan besar pada tipe A lebih dalam. Bentuk A lebih menyerupai konformasi bagian untai-ganda molekul RNA (misalnya pada tRNA).

29 Struktur zig-zag (Z) DNA tipe Z adalah satu-satunya DNA yang untaiannya mempunyai orientasi putar-kiri (left-handed). Molekul DNA tipe semacami ni mempunyai kerangka gula-fosfat yang berbentuk zigzag(sehingga disebut Z). Struktur DNA Z tidak hanya terjadi pada molekul yang mempunyai poli(dC-dG), melainkan juga terjadi pada bagian polinukleotida yang basa-basa purin dan pirimidinnya bergantian misalnya: ACACACAC. Lebih jauh lagi, jika basa-basa purin dan pirimidin yang ada secara bergantian tersebut terletak pada molekul DNA yang panjang misalnya: TGATCCGCGCGCGCAGTCTT....

30 Replikasi DNA Replikasi ialah proses perbanyakan bahan genetik
Pengkopian rangkaian molekul bahan genetik (DNA atau RNA) sehingga dihasilkan molekul anakan yang sangat identik

31 Model semikonservatif
Model replikasi DNA secara semikonservatif menunjukkan bahwa DNA anakan terdiri atas pasangan untaian DNA induk dan untaian DNA hasil sintesis baru. Model ini memberikan gambaran bahwa untaian DNA induk berperanan sebagai cetakan (template) bagi pembentukan untaian DNA baru. Molekul DNA untai-ganda terdiri atas dua untai molekul DNA yang berpasangan secara komplementer yaitu antara basa nukleotida A dengan T, dan antara C dengan G.

32 Komponen utama replikasi
DNA cetakan, yaitu molekul DNA atau RNA yang akan direplikasi. Molekul deoksiribonukleotida, yaitu dATP, dTTP, dCTP, dan dGTp. Deoksiribonukleotida terdiri atas tiga komponen yaitu: (i) basa purin atau pirimidin, (ii) gula 5-karbon( deoksiribosa) dan (iii) gugus fosfat. Enzim DNA polimerase, yaitu enzim utama yang mengkatalisi proses polimerisasi nukleotida menjadi untaian DNA. Enzim primase, yaitu enzim yang mengkatalisis sintesis primer untuk memulai replikasi DNA. Enzim pembuka ikatan untaian DNA induk, yaitu enzim helikase dan enzim lain yang membantu proses tersebut yaitu enzim girase. Molekul protein yang menstabilkan untaian DNA yang sudah terbuka,yaitu protein SSB (single strand binding protein). Enzim DNA ligase, yaitu suatu enzim yang berfungsi untuk menyambung fragmen-fragmen DNA.

33 Replikasi DNA

34 Mekanisme dasar replikasi
Denaturasi (pemisahan) untaian DNA induk, Peng-"awal"-an( initiation, inisiasi) sintesis DNA. Pemanjangan untaian DNA, Ligasi fragmen-fragmen DNA, dan Peng-"akhir"-an (termination, terminasi) sintesis DNA.

35 Arah replikasi DNA Sintesis untaian DNA yang baru akan dimulai segera setelah kedua untaian DNA induk terpisah membentuk garpu replikasi Pemisahan kedua untaian DNA induk dilakukan oleh enzim DNA helikase Sintesis DNA berlangsung dengan orientasi 5'-P  3'-OH. Oleh karena ada dua untaian DNA cetakan yang orientasinya berlawanan, maka sintesis kedua untaian DNA baru juga berlangsung dengan arah geometris yang berlawanan namun semuanya tetap dengan orientasi 5'  3'

36 Kontinyu - Diskontinyu
Sintesis untaian DNA baru yang searah dengan pembukaan garpu replikasi dapat berlangsung tanpa terputus (sintesis secara kontinu). Untaian DNA yang disintesis secara kontinu semacam ini disebut sebagai untaian DNA awal (leading strand). Sebaliknya sintesis untaian DNA yang berlawanan arah geometrinya dengan arah pembukaan garpu replikasi dilakukan secara tahap demi tahap (sintesis secara diskontinu). Hal ini terjadi karena proses polimerisasi pada untaian DNA ini hanya dapat dilakukan setelah DNA cetakannya membuka seiring dengan membukanya garpu replikasi. Untaian DNA yang disintesis secara lambat semacam ini disebut untaian DNA lambat (lagging strand)

37 Polimerasi Pada untaian DNA awal, polimerisasi DNA berlangsung secara kontinu sehingga molekul DNA baru yang disintesis merupakan satu unit. Sebaliknya, pada untaian DNA lambat polimerisasi dilakukan fragmen demi fragmen. Fragmen-fragmen DNA pendek tersebut pada akhirnya disambung (ligasi) dengan enzim DNA ligase sehingga menjadi unit yang utuh. Fragmen-fragmen DNA pendek yang disintesis tersebut disebut fragmen Okazaki, karena fenomena sintesis DNA secara diskontinu tersebut pertama kali iungkapkan oleh Reiji Okazaki pada tahun 1968

38 Transkripsi : DNA  RNA (mRNA)
Transkripsi adalah proses penyalinan kode-kode genetik yang ada pada urutan DNA menjadi molekul RNA. Tianskripsi adalah proses yang mengawali ekspresi sifat-sifat genetik yang nantinya akan muncul sebagai fenotipe. Urutan nukleotida pada salah satu untaian molekul RNA digunakan sebagai cetakan (template) untuk sintesis molekul RNA yang komptementer

39 Molekul RNA Mololekul RNA yang disintesis dalam proses transkripsi dapat dibedakan menjadi tiga yaitu;(1) mRNA (messenger RNA), (2) tRNA (transfer RNA); dan (3) rRNA (ribosomol RNA). Molekul mRNA adalah RNA yang merupakan salinan kode-kode genetik pada DNA yang dalam proses selanjutnya (yaitu proses translasi),akan diterjemahkan menjadi urutan asam-asam amino yang menyusun suatu, polipeptida yaitu protein tertentu. Molekul tRNA adalah RNA yang berperan membawa asam-asam amino sfesifik yang akan digabungkan dalam proses sintesis protein (tranlasi). Molekul rRNA adalah RNA yang digunakan untuk menyusun ribosom yaitu suatu partikel di dalam sel yang digunakan tempat untuk sintesis protein

40 Proses transkripsi Beberapa komponen utama yang terlibat adalah:
Urutan DNA yang akan ditranskripsi (cetakan/template) Enzim RNA polimerase, Faktor-faktor transkripsi, dan Prekursor untuk sintesis RNA. Urutan DNA yang ditranskripsi adalah gen yang diekspresikan. Gen dapat diberi batasan sebagai suatu urutan DNA yang mengkode uruton lengkap asam amino suatu polipeptida atau molekul RNA tertentu. Gen yang lengkap terdiri atas tiga bagian urama,yaitu: Daerah pengendali (regulatory region) yang secara umum disebut promoter, Bagian struktural,dan Terminator.

41 Promoter, Gen, Terminator
Promoter adalah bagian gen yang berperanan dalam mengendalikan proses transkripsi dan terletak pada ujung 5'. Bagian struktural adalah bagian gen yang terletak di sebelah hilir (downstream) dari promoter. Bagian inilah yang mengandung urutan DNA spesifik (kode-kode genetik) yang akan ditranskripsi. Terminator adalah bagian gen yang terletak di sebelah hilir dari bagian struktural yang berperanan dalam pengakhiran (terminasi) proses transkripsi Banyak gen eukaryot yang bagian strukturalnyab erselang-selinagn taras ekuensy angm engkodes uatuu rutan spesifik (ekson) dan sekuens yang tidak mengkode urutan spesifik (intron).

42 Mekanisme dasar transkripsi
Transkripsi (sintesis RNA) dilakukan melalui beberapa tahapan yaitu: Faktor-faktor yang mentendalikan transkripsi menempel pada bagian promoter. Penempelan faktor-faktor pengendali transkripsi menyebabkan terbentuknya kompleks promoter yang terbuka (open promoter complex). RNA polimerase membaca cetakan (DNA template) dan mulai melakukan pengikatan nukleotida yang komplementer dengan cetakannya. Setelah terjadi proses pemanjangan untaian RNA hasil sintesis, selanjutnya diikuti dengan proses pengakhiran (terminasi) transkripsi yang ditandai dengan pelepasan RNA polimerase dari DNA yang ditranskripsi

43

44 Karakter kimiawi transkripsi
Prekursor untuk sintesis RNA adalah empat macam ribonukleotida yaitu 5'-trifosfat ATP GTP CTP dan UTP (pada RNA tidak ada thymine). Reaksi polimerisasi RNA pada prinsipnya sama dengan polimerisasi DNA, yaitu dengan arah 5'  3'. Urutan nukleotida RNA hasil sintesis ditentukan oleh cetakannya yaitu urutan DNA yang ditranskripsi. Nukleotida RNA yang digabungkan adalah nukleotida yang komplementer dengan cetakannya. Sebagai contoh, jika urutan DNA yang ditranskripsi adalah ATG, maka urutan nukleotida RNA yang digabungkan adalah UAC. Molekul DNA yang ditranskripsi adalah molekul untai-ganda tetapi yang berperanan sebagai cetakan hanya salah satu untaiannya. Hasil transkripsi berupa molekul RNA untai tunggal.

45 TRASLASI

46 How Cells Read the Genome: From DNA to Protein
Genes can be expressed with different efficiencies. In this example, gene A is transcribed and translated much more efficiently than gene B. This allows the amount of protein A in the cell to be much greater than that of protein B.

47 FROM RNA TO PROTEIN An mRNA Sequence Is Decoded in Sets of Three Nucleotides Once an mRNA has been produced by transcription and processing, the information present in its nucleotide sequence is used to synthesize a protein. Transcription is simple to understand as a means of information transfer: since DNA and RNA are chemically and structurally similar, the DNA can act as a direct template for the synthesis of RNA by complementary base-pairing.

48 Genetic code In contrast, the conversion of the information in RNA into protein represents a translation of the information into another language that uses quite different symbols. Moreover, since there are only 4 different nucleotides in mRNA and 20 different types of amino acids in a protein, this translation cannot be accounted for by a direct one-to-one correspondence between a nucleotide in RNA and an amino acid in protein. The nucleotide sequence of a gene, through the intermediary of mRNA, is translated into the amino acid sequence of a protein by rules that are known as the genetic code

49 Genetic code Any series of three bases (or nucleotides) in the DNAprescribes for an amino acid in the protein chain, or gives a ‘stop transcribing’ signal. The bases are always read from left to right. The chain usually starts with ATG or methionine (Met). Abbreviations used: A, adenine; G, guanine; C, cytosine; T, thymine (or U, uracil in RNA). Ala, alanine; Arg, arginine; Asn, asparagine; Asp, aspartic acid; Cys, cysteine; Gln, glutamine; Glu, glutamic acid; Gly, glycine; His, histidine; Ile, isoleucine; Leu, leucine; Lys, lysine; Met, methionine; Phe, phenylalanine; Pro, proline; Ser, serine; Thr, threonine; Trp, tryptophan; Tyr, tyrosine; Val, valine

50 Kode genetik Di alam ada 20 macam asam amino yang umum terdapat di dalam struktur polipeptida jasad hidup. Masing-masing asam amino mempunyai kodon yang spesifik sedangkan nukleotida hanya ada 4 macam yaitu A, U, G, dan C (Tabel1 2.2). Jika suatu kodon hanya terdiri atas dua nukleotida maka hanya akan ada 42 = 16 asam amino, tetapi apabila kodon disusun oleh 3 nukleotida maka akan diperoleh 43 (= 64) asam amino. S Sedangkan jumlah asam amino yang umum diketahui ada pada jasad hidup hanya 20 macam. Beberapa kodon diketahui mengkode asam amino yang sama. Fenomena ini dikenal sebagai genetic code redundancy (degeneracy)

51 Tranlasi Translasi adalah proses penerjemah urutan nucleotida yang ada pada molekul mRNA menjadi rangkaian asam-asam amino yang menyusun suatu polipeptida atau protein. Hanya molekul mRNA yang ditranslasi, sedangkan rRNA dan tRNA tidak ditranslasi. Molekul mRNA merupakan transkrip (salinan) urutan DNA yang menyusun suatu gen dalam bentuk ORF (open reading frame, kerangka baca terbuka) Molekul rRNA adalah salah satu molekul penyusun ribosom, yakni organel tempat berlangsungnya sintesis protein, tRNA adalah pembawa asam-asam amino yang akan disambungkan menjadi rantai polipeptida

52 Reading frames The three possible reading frames in protein synthesis.
In the process of translating a nucleotide sequence (blue) into an amino acid sequence (red), the sequence of nucleotides in an mRNA molecule is read from the 5’ end to the 3’ end in consecutive sets of three nucleotides. In principle, therefore, the same RNA sequence can specify three completely different amino acid sequences, depending on the reading frame. In reality, however, only one of these reading frames contains the actual message. Suatu ORF dicirikan oleh: (1) kodon inisiasi translasi, yaitu urutan ORF ATG (pada DNA) atau AUG (pada mRNA), (2) serangkaian urutan nukleotida yang menyusun banyak kodon, dan (3) kodon terminasi translasi, yaitu TAA (UAA pada mRNA). TAG (UAG pada mRNA) atau TGA (UGA pada mRNA)

53 Kodon (kode genetik) Kodon (kode genetik) adalah urutan nukleotida yangterdiri atas 3 nukleotida yanq berurutan (sehingga sering disebut sebagai triplet codon, yang menyandi suatu kodon asam amino tertentu, misalnya urutan ATG (AUG pada mRNA) mengkode asam amino metionin, Kodon inisiasi translasi merupakan kodon untuk asam amino metionin yang mengawali struktur suatu polipeptida (protein). Pada prokaryot, asam amino awal tidak berupa metionin tetapi formil metionin (fMet). Wobble base-pairing between codons and anticodons. If the nucleotide listed in the first column is present at the third, or wobble, position of the codon, it can base-pair with any of the nucleotides listed in the second column. Thus, for example, when inosine (I) is present in the wobble position of the tRNA anticodon, the tRNA can recognize any one of three different codons in bacteria and either of two codons in eucaryotes. The inosine in tRNAs is formed from the deamination of guanine (see Figure 6–55), a chemical modification that takes place after the tRNA has been synthesized

54 Dalam proses translasi, rangkaian nukleotida pada mRNA akan dibaca tiap tiga nukleotida sebagai satu kodon untuk satu asam amino, dan pembacaan dimulai dari urutan kodon metionin (ATG pada DNA atau AUG pada RNA)

55 Ada beberapa aspek yang perlu diketahui mengenai kode genetik, yaitu:
Kode genetik bersifat tidak saling tumpang-tindih (non-overlappind kecuali pada kasus tertentu, misalnya pada bakteriofag Tidak ada sela (gap) di antara kodon satu dengan kodon yang lain. Tidak ada koma di antara kodon. Kodon bersifat degenerotea, buktinya ada beberapa asam amino yang mempunyai lebih dari satu kodon. Secara umum, kodon bersifat hampir universal karena pada beberapa organel jasad tinggi ada beberapa kodon yang berbeda dari kodon yang digunakan pada sitoplasm

56 Kodon - Antikodon Dalam proses translasi, setiap kodon berpasangan dengan antikodon yang sesuai yang terdapat pada molekul tRNA. Sebagai contoh, kodon metionin (AUG) mempunyai komplemennya dalam bentuk antikodon UAC yang terdapat pada tRNAMet Pada waktu tRNA yang membawa asam amino diikat ke dalam sisi A pada ribosom, maka bagian antikodonnya berpasangan dengan kodon yang sesuai yang ada pada sisi A tersebut. Oleh karena itu, suatu kodon akan menentukan asam amino yang disambungkan ke dalam polipeptida yang sedang disintesis di dalam ribosom

57 Translasi berlangsung di Ribosom
Translasi berlangsung di dalam ribosom. Ribosom disusun oleh molekul rRNA dan beberapa macam protein. Ribosom tersusun atas dua yaitu subunit kecil dan subunit besar. The RNA-binding sites in the ribosome. Each ribosome has one binding site for mRNA and three binding sites for tRNA: the A-, P-, and E-sites (short for aminoacyl-tRNA, peptidyl-tRNA, and exit, respectively).

58 Transkripsi - Tranlasi
Pada jasad prokaryot, translasi sudah dimulai sebelum proses transkripsi (sintesis mRNA) selesai dilakukan. Dengan demikian, proses transkripsi dan translasi pada prokaryot berlangsung secara hampir serentak. Sebaliknya pada eukoryot, proses translasi baru dapat berlangsung jika proses transkripsi (sintesis mRNA yang matang) sudah selesai dilakukan. Hal ini disebabkan oleh perbedaan dalam hal struktur sel antara prokaryot dengan eukaryot

59 Proses Translasi Proses translasi berlangsung melalui tiga tahapan utama, yaitu: (1 ) inisiasi (initiation), (2) pemanjangan (elongation) poli-asam amino, dan (3) pengakhiran (termination) translasi. Oleh karena itu, ada sekitar 20 macam tRNA yang masing-masing membawa asam amino spesifik, karena di alam ada sekitar 20 asam amino yang menyusun protein alami. Masing-masing asam amino diikatkan pada tRNA yang spesifik melalui proses yang disebut sebagaiI RNA charging (penambahan muatan berupa asam amino)

60 Aminoasil tRNA Sebelum inisiasi translasi di lakukan, diperlukan molekul tRNA (aminoasil tRNA) yang berfungsi membawa asam amino spesifik. The structure of the aminoacyl-tRNA linkage. The carboxyl end of the amino acid forms an ester bond to ribose. Because the hydrolysis of this ester bond is associated with a large favorable change in free energy, an amino acid held in this way is said to be activated. (A) Schematic drawing of the structure. The amino acid is linked to the nucleotide at the 3’ end of the tRNA (B) Actual structure corresponding to the boxed region in (A). There are two major classes of synthetase enzymes: one links the amino acid directly to the 3¢-OH group of the ribose, and the other links it initially to the 2’-OH group. In the latter case, a subsequent transesterification reaction shifts the amino acid to the 3’ position. As in Figure 6–56, the “R group” indicates the side chain of the amino acid

61 Inisiasi translasi (eukariyot)
Kodon inisiasi adalah metionin Molekul tRNA inisiator disebut sebagai tRNAiMet. Ribosom bersama-sama dengan tRNAiMet dapat menemukan kodon awal dengan cara berikatan dengan ujung 5' (tudung), kemudian melakukan pelarikan (scanning) transkrip ke arah hilir (dengan arah 5'  3') sampai menemukankodon awal (AUG). Menurut model scanning tersebut, ribosom memulai translasi pada waktu menjumpai sekuens AUG yang pertama kali

62 Kodon inisiasi Meskipun demikian, penelitian pada 699 mRNA eukaryot menunjukkan bahwa sekitar 5-1 0% AUG yang pertama bukanlah kodon inisiasi. Pada kasus semacam ini, ribosom akan melewati satu atau dua AUG sebelum melakukan inisiasi translasi. Sekuens AUG yang dikenali sebagai kodon inisiasi adalah sekuens yang terletak pada sekuens konsensus CCRCCAUGG (R adalah purin: A atau G). Pengenalan sekuens AUG sebagai kodon inisiasi banyak ditentukan oleh tRNAiMet. Perubahan antikodon pada tRNAiMet menyebabkan dikenalinya kodon lain sebagai kodon inisiasi

63 Pemanjangan polipeptida
Proses pemanjangan polipeptida disebut sebagai proses elongation yang secara umum mempunyai mekanisme yang serupa pada prokaryot dan eukaryot. Proses pemanjangan terjadi dalam tiga tahapan, yaitu: (1) pengikatan aminoasil-tRNA pada sisi A yang ada di ribosom,( 2) pemindahan rantai polipeptida yang tumbuh dari tRNA yang ada pada sisi P ke arah sisi A dengan membentuk ikatan peptida, dan (3) translokasi ribosom sepanjang mRNA ke posisi kodon selanjutnya yang ada di sisi A. Di dalam kompleks ribosom, molekul fMet- tRNAiMet menempati sisi P (peptidil)

64 Penyisipan Sisi yang lain pada ribosom, yaitu sisi A (aminoasil), masih kosong pada saat awal sintesis protein. Molekul tRNA pertama tersebut (fMet- tRNAiMet ) berikatan dengan kodon AUG (atau GUG) pada mRNA melalui antikodon-nya. Tahap selanjutnya adalah penyisipan aminoasil-tRNA pada sisi A. Macam tRNA (serta asam amino yang dibawa) yang masuk pada sisi A tersebut tergantung pada kodon yang terletak pada sisi A. Penyisipan aminoasil-tRNA yang masuk ke posisi A tersebut dilakukan oleh suatu protein yang disebut faktor pemanjangan Tu (elongotion factor Tu, EF-Tu).

65 Translokasi Penyisipan ini dibantu dengan proses hidrolisis GTP menjadi GDP Setelah sisi P dan A terisi, maka tahap selanjutnya adalah pembentulan ikatan peptidil yang dikatalisis oleh enzim peptidil transferase. Molekul fMet- tRNAiMet yang ada pada sisi P dipindahkan ke sisi A sehingga terbentuk dipeptidil tRNA. Setelah tahap ini sisi P hanya berisi tRNA yang kosong, sedangkan sisi-A berisi dipeptidil-tRNA. Selanjutnya terjadi proses translokasi yaitu pemindahan dipeptidil-tRNA dari sisi A ke sisi P, sedangkan molekul tRNA kosong yang tadinya menempati sisi P ditranslokasi ke sisi E (exrt). Pada proses translokasi ini mRNA bergerak sepanjang tiga nukleotida sehingga kodon berikutnya terletak pada posisi A untuk menunggu masuknya aminoasil-tRNA berikutnya. Proses translokasi memerlukan GTP dan faktor pemanjangan G (elongotion factor G, EF-G).

66 Skema proses pemanjangan polipeptida
Proses pemanjangan polipeptida berlangsung sangat cepat Ribosom membaca kodon-kodon pada mRNA dari ujung 5‘3'. Hasil proses translasi adalah molekul polipeptida yang mempunyai ujung amino dan ujung karboksil. Ujung amino adalahu jungy angp ertamak ali disintesisd an merupakan hasil penerjemahan kodon yang terletak pada ujung 5‘ pada mRNA, sedangkan ujung yang terakhir disintesis adalah gugus karboksil. Ujung karboksil merupakan hasil penerjemahan kodon yang terletak pada ujung 3' pada mRNA. Oleh karena itu, sintesis protein berlangsung dari ujung amino ke ujung karboksil

67 Translasi akan berakhir pada waktu salah satu dari ketiga kodon terminasi (UAA, UGA, UAG) yang ada pada mRNA mencapai posisi A pada ribosom. Dalam keadaan normal tidak ada aminoasil-tRNA yang membawa asam amino sesuai dengan ketiga kodon tersebut. Oleh karena itu, jika ribosom mencapai salah satu dari ketiga kodon terminasi tersebut, maka proses translasi berakhir Terminasi

68 PROTEIN TARGETING Both in prokaryotes and eukaryotes, newly synthesized proteins must be delivered to a specific subcellular location or exported from the cell for correct activity. This phenomenon is called protein targeting.

69 Secretory proteins Secretory proteins have an N-terminal signal peptide which targets the protein to be synthesized on the rough endoplasmic reticulum (RER). During synthesis it is translocated through the RER membrane into the lumen. Vesicles then bud off from the RER and carry the protein to the Golgi complex, where it becomes glycosylated. Other vesicles then carry it to the plasma membrane. Fusion of these transport vesicles with the plasma membrane then releases the protein to the cell exterior.

70 Plasma membrane proteins
Plasma membrane proteins are also synthesized on the RER but become inserted into the RER membrane (and hence ultimately the plasma membrane) rather than being released into the RER lumen. The plasma membrane protein may pass once through the plasma membrane (Type I and Type II integral membrane proteins) or may loop back and forth, passing through many times (Type III integral membrane protein). The orientation of the protein in the membrane is determined by topogenic sequences within the polypeptide chain.

71 Proteins of the endoplasmic reticulum
Proteins destined for the RER have an N-terminal signal peptide, are synthesized on the RER, are translocated into the RER lumen or inserted into the RER membrane. C-terminal amino acid sequences (KDEL in soluble RER lumen proteins, KKXX in type I integral membrane proteins) are recognized by specific receptor proteins and retain the proteins in the ER

72 Lysosomal proteins Lysosomal proteins are targeted to the lysosomes via the addition of a mannose 6-phosphate signal that is added in the cis-compartment of the Golgi and is recognized by a receptor protein in the trans-compartment of the Golgi. The protein is then transported by specialized vesicles to a late endosome that later matures into a lysosome. The mannose 6-phosphate receptor recycles back to the Golgi for re-use.

73 Mitochondrial and chloroplast proteins
Most mitochondria and chloroplast proteins are made on free cytosolic ribosomes, released into the cytosol and then taken up into the organelle. Uptake into the mitochondrial matrix requires a matrix-targeting sequence and occurs at sites where the outer and inner mitochondrial membranes come into contact. The process is mediated by hsp70 and hsp60 proteins and requires both ATP hydrolysis and an electrochemical gradient across the inner mitochondrial membrane. Targeting of proteins to other compartments of mitochondria or chloroplasts requires two signals.

74 Nuclear proteins Proteins destined for import into the nucleus typically require a nuclear localization signal, four to eight amino acids long, located internally in the protein. Uptake occurs via nuclear pores and requires ATP hydrolysis.

75 TERIMA KASIH