BAB VI
RIBOSOM DAN SINTESIS PROTEIN
I. PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan tentang ribosom sebagai salah satu organela dalam sel, karakterisasi fisik dan kimianya serta fungsinya secara umum dalam proses sintesis protein.
Setelah mengikuti pokok bahasan ini diharapkan mahsiswa dapat menjelaskan karakterisasi salah satu organela sel yaitu ribosom dan menjelaskan peran ribosom dalam sintesis protein.
II. MATERI A. RIBOSOM
Setiap sel hidup mempunyai ribosom. Ribosom mempunyai ukuran yang sangat kecil dan dapat dilihat dengan bantuan rnikroskop. Ribosom memungkinkan translasi terjadi yaitu suatu transkripsi mRNA diterjemahkan dan protein disintesis tergantung dari informasi yang ada didalamnya. Ribosom secara aktif mengkoordinasi dan membantu proses sintesis polipeptida dan berperan secara aktif sebagai pusat aktivitas banyak proses didalam sel.
Ribosom pada prokaryotes tersebar dalam sitoplasma, sementara pada eukaryotes ribosom juga melekat pada membran sel. Retikulum endoplasma kasar (Rough Endoplasmic Reticulum) adalah suatu suatu retikulum endoplasma dimana banyak ditemukan ribosom melekat padanya, sementara retikulum endoplasma yang tidak mengandung ribosom disebut Retikulum endoplasma halus (Smooth Endopiasinic Reticulum) (Gambar 6.1). Selain itu ribosom juga terdapat pada mitokondria dan kloroplas. Sintesis protein terjadi pada semua tipe ribosom ini. Virus tidak memiliki ribosom, oleh karena itu virus menggunakan ribosom sel induk (host) untuk menerjemahkan informasi genetik.
B. KARAKTERISASI RIBOSOM Karakterisasi Fisik
Monomer atau sub unit ribosom dapat diidentifikasi dengan mengukur nilai pengendapannya dengan sentrifugasi kecepatan tinggi. Dalam kondisi standar, monosom dan sub unit berada dalam keadaan equilibrium (titik
dimana perubahan tidak ditemukan
suspensi. Suatu partikel atau molekul akan berada dalarn posisi tertentu dalam urutan densitas tergantung pada ukuran bentuk dan bobot molekul. Setiap partikel atau molekul mempunyai koefisien sedimentasi yang dinyata
Unit Svedberg (S).
Gambar 6.1. Bagian dari
Ribosom E. co monosom dan sub unit ri 6.2.). Ribosom E. co
Jumlah nilai S dan sub unit selalu Ribosom prokaryotes selain
adalah 80S. Sub unit ribosom sitoplasma eukaryotes terdiri dan sub unit besar 60S dan sub unit kecil 40S (Tabel 6.1).
Ribosom mitokondria dan k ribosom. Ribosom mitokondna bervariasi da
80S pada beberapa protozoa dan jamur. Ribosom k semua sel hijau (Tabel 6.2.).
Tabel 6.1. Karakteristik ribosome sitoplasma (Avers, 1982) Sumber Ribosom
Prokaryotes
Eukaryotes 70S 80S
a rRNA path sub unit 60S hewan adalah 28S, sementara pada tanaman, jamur dan protista adalah 25
dimana perubahan tidak ditemukan lagi) pada daerah tertentu dalam suatu suspensi. Suatu partikel atau molekul akan berada dalarn posisi tertentu dalam urutan densitas tergantung pada ukuran bentuk dan bobot molekul. Setiap partikel atau molekul mempunyai koefisien sedimentasi yang dinyata
Gambar 6.1. Bagian dari sel hati tikus yang menunjukkan retikulm enoplasma kasar dan halus (Avers, 1982).
E. coli adalah 70S dan ini dijadikan standar untuk pengukuran dan sub unit ribosom dan sumber dan spesies yang lain (Gambar li terdiri dan sub unit besar 50S dan sub unit kecil 30S.
Jumlah nilai S dan sub unit selalu lebih besar daripada nilai S monosomnya.
Ribosom prokaryotes selain E. coli juga 70S, sementara untuk eukaryotes adalah 80S. Sub unit ribosom sitoplasma eukaryotes terdiri dan sub unit besar 60S dan sub unit kecil 40S (Tabel 6.1).
Ribosom mitokondria dan kloroplas juga terdiri dari dua sub unit ribosom. Ribosom mitokondna bervariasi dari ukuran 55S pada hewan sampai 80S pada beberapa protozoa dan jamur. Ribosom kloroplas adalah 70S pada semua sel hijau (Tabel 6.2.).
Tabel 6.1. Karakteristik ribosome sitoplasma (Avers, 1982) Ribosom UnitsRibosom rRNA dalam
Subunits No.Protein dalam Subunit 70S 80S 30S
50S 40S 60Sa
23S,5S 16S 25-28S, 5S, 18S
5.8S
32
rRNA path sub unit 60S hewan adalah 28S, sementara pada tanaman, jamur protista adalah 25-26S
lagi) pada daerah tertentu dalam suatu suspensi. Suatu partikel atau molekul akan berada dalarn posisi tertentu dalam urutan densitas tergantung pada ukuran bentuk dan bobot molekul. Setiap partikel atau molekul mempunyai koefisien sedimentasi yang dinyatakan dalam
m enoplasma
dijadikan standar untuk pengukuran osom dan sumber dan spesies yang lain (Gambar terdiri dan sub unit besar 50S dan sub unit kecil 30S.
lebih besar daripada nilai S monosomnya.
ntuk eukaryotes adalah 80S. Sub unit ribosom sitoplasma eukaryotes terdiri dan sub unit besar
dua sub unit da hewan sampai oroplas adalah 70S pada
Tabel 6.1. Karakteristik ribosome sitoplasma (Avers, 1982) No.Protein dalam Subunit
32-34 21
~30 ~50
rRNA path sub unit 60S hewan adalah 28S, sementara pada tanaman, jamur
Tabel 6.2. Ribosom Organel a (Avers, 1982) Suniber
Subunit Ribosom
Monomer .
Subunit kecil Subuni
Subunit besar kecil
rRNA dan .
t besar Mitokondria
Mitokondria -Hewan 55-60S 30-35S 40-45S 12-13S
a Standar acuan adalah komponen dan monomer ribosom E.coli , tikus dan yeast b Tidak diketahui rRNA .yang mana yang berasal dan kedua sub unit 55. Ada
kemungkinan bahwa kedua rRNA berada pada tiap partikel 55S yang kemungkinan merupakan monomernibosom yang ash.
Gambar 6.2. Struktur ribosom E. coli (Weaver dan Hedrick, 1993)
Karaktcrisasi Kimia
Ribosom terdiri dari 50-80 protein yang berbeda serta 3-4 molekul RNA. Tiap sub unit memiliki serangkaian makromolekul yang berbeda dan unik. Protein ribosom prokaryotes terkarakterisasi lebih baik dibandingkan eukaryotes termasuk jumlah absolut protein dalam tiap sub unitnya. Akan tetapi rRNA pada prokaryotes dan eukaryotes secara relatif sudah terkarakterisasi dengan baik. Sub unit kecil ribosom terdiri dari satu molekul RNA dan sub unit besar terdiri dari minimal dua molekul RNA.
rRNA juga diidentifikasi berdasarkan nilai S-nya. rRNA adalah rantai polinukleotida tunggal dimana pada daerah tertentu mengalami lipatan yang menyebabkan formasi untai ganda. Hal ini disebabkan karena adanya ikatan hidrogen antara pasangan basa yang saling berkomplementer.
C. SINTESIS PROTEIN
Ketepatan terbentuknya protein-protein baru memegang peranan yang sangat penting selama berlangsungnya proses seluler. Asam amino terbentuk sesuai dengan
instruksi genetik dan ribosom memfasilitasi proses translasi dimana messenger RNA (mRNA) diterjemahkan sesuai dengan informasi genetik yang dikodenya.
Informasi dasar mengenai struktur DNA dan RNA dan bagaimana materi dasar tersebut menentukan sintesis suatu protein sangat diperlukan. Perlu diketahui bahwa gen adalah informasi genetik dan DNA adalah substansi di dalam kromosom dimana gen dibuat. Gen didistribusikan ke dalam anak sel ketika sel membelah.
Molekul DNA terdiri dari dua rantai panjang yang saling berlekatan satu sama lain oleh pasangan basa yang saling berkomplementer. Terdapat empat macam sub unit penyusun DNA yaitu deoxyribonucleotides yang mengandung basa adenin (A), cytosin (C), guanin (G) dan thymin (T). Nukleotid satu dengan yang lain dihubungkan dengan ikatan fosfodiester yang menggabungkan karbon 5’ dan deoxyribose yang satu dengan karbon 3’ dan deoxyribose berikutnya.
DNA adalah doule helix dimana basa penyusunnya berada pada bagian dalam double helix dan gula fosfat diluar (Gambar 6.3.). Bukti menunjukkan bahwa basa A berpasangan dengan T dan basa G berpasangan dengan basa C yang disebut pasangan basa Watson-Crick.
Aksi dari suatu gen atau yang lebih sering dikenal sebagai ekspresi gen adalah serangkaian proses dimana informasi genetik diterjemahkan sehingga terbentuk produk yaitu protein atau RNA. Proses ini melibatkan serangkaian proses yang disebut transkripsi dan translasi. Transkripsi adalah proses membuat copy/salinan suatu RNA dari suatu gen yang diatur oleh gen-gen tertentu yang disebut operon. Translasi adalah proses penerjemahan RNA menjadi protein yang secara aktif dikoordinasi oleh ribosom. Berikut
ini adalah contoh gambaran umum bagaimana suatu gen diterjemahkan untuk akhirnya menjadi protein.
Gambar Umum
Gen: ATGAGTAACGCG TACT CATTGCGC
mRNA: AUGAGU&ACGCG
Protein: fMetSerAsnAla Transkrip
Translasi
(a)
Gambar 7.3. Struktur DNA daij RNA (Alberts et a!, 1994) (a)
Gen adalah unit hereditas yang terdiri dari
yang tersusun dari dua rantai polinukleotida panjang yang saling berlekata dengan yang lain oleh ikatan hidrogen
D. PERAN RIBOSOM DALAM SINTESIS PROTEIN Transkripsi
Substansi yang memegang peranan penting dalam proses transkripsi adalah DNA yang digunakan sebagai cetakan untuk
yaitu enzim yang memfasilitasi proses transkripsi. Secara garis besa transkripsi terdiri dari tiga tahap uta
terminasi (Gambar 6.4.)
(b)
Gambar 7.3. Struktur DNA daij RNA (Alberts et a!, 1994) (a) struktur DNA (b) struktur RNA
unit hereditas yang terdiri dari DNA. Molekul DNA adalah double helix dua rantai polinukleotida panjang yang saling berlekata dengan yang lain oleh ikatan hidrogen diantara basa yang saling berpasangan.
D. PERAN RIBOSOM DALAM SINTESIS PROTEIN
Substansi yang memegang peranan penting dalam proses transkripsi adalah DNA yang digunakan sebagai cetakan untuk pembentukan RNA, RNA polymerase yaitu enzim yang memfasilitasi proses transkripsi. Secara garis besa
tiga tahap utama yang meliputi proses inisiasi, elongasi dan h double helix dua rantai polinukleotida panjang yang saling berlekatan satu
basa yang saling berpasangan.
Substansi yang memegang peranan penting dalam proses transkripsi adalah pembentukan RNA, RNA polymerase yaitu enzim yang memfasilitasi proses transkripsi. Secara garis besar proses a yang meliputi proses inisiasi, elongasi dan
Gambar 6.4.Pro
Secara umum proses inisiasi diawali denga
promoter. Setelah terjadi ikatan yang kuat, peluluhan setempat sepanjang 10 bp segera terjadi dan RNA polymerase memulai membentuk rantai RNA. Selanjutnya RNA polymerase mengarahkan pembacaan nukleotida dengan arah
proses elongasi. Produk akhir proses elongasi adalah sa salinan dari untai DNA. Proses transkripsi diakhiri
polymerase pada daerah terminator (Terminasi). Sampai pada daerah transkripsi berhenti dan dengan bantuan pr
DNAnya.
Sintesis protein terjadi pada nbosom. Seperti halnya proses transkripsi terdapat tiga tahap utama terjadinya sintesis protein yang meliputi proses inisiasi, elongasi dan
Translasi
Seperti halnya dengan
tahap utama yang meliputi inisiasi, elongasi dan terminasi. Dalam tahapan proses tersebut beberapa substansi terlibat antara lain ribosom, tRNA, aminoacyl synthetase dan mRNA. Selain itu juga t
(Mg2, K+, NH4+) dan guanosine triphosphate (GTP).
Gambar 6.4.Proses transripsi (Weaver dan Hendrikck,1992)
Secara umum proses inisiasi diawali dengan perlekatan RNA polymerase pada promoter. Setelah terjadi ikatan yang kuat, peluluhan setempat sepanjang 10 bp segera terjadi dan RNA polymerase memulai membentuk rantai RNA. Selanjutnya RNA polymerase mengarahkan pembacaan nukleotida dengan arah 5’
k akhir proses elongasi adalah satu untai RNA yang merupakan DNA. Proses transkripsi diakhiri dengan bertemunya RNA daerah terminator (Terminasi). Sampai pada daerah
transkripsi berhenti dan dengan bantuan protein yang lain RNA terpisah dari
Sintesis protein terjadi pada nbosom. Seperti halnya proses transkripsi terdapat tiga tahap utama terjadinya sintesis protein yang meliputi proses inisiasi, elongasi dan
Seperti halnya dengan proses transkripsi, proses translasi terbagi menjadi tiga tahap utama yang meliputi inisiasi, elongasi dan terminasi. Dalam tahapan proses tersebut beberapa substansi terlibat antara lain ribosom, tRNA, aminoacyl synthetase dan mRNA. Selain itu juga terdapat beberapa protein faktor, ion anorganik
) dan guanosine triphosphate (GTP).
n perlekatan RNA polymerase pada promoter. Setelah terjadi ikatan yang kuat, peluluhan setempat sepanjang 10 bp segera terjadi dan RNA polymerase memulai membentuk rantai RNA. Selanjutnya 3’ pada tu untai RNA yang merupakan n bertemunya RNA ini proses ein yang lain RNA terpisah dari cetakan
Sintesis protein terjadi pada nbosom. Seperti halnya proses transkripsi terdapat tiga tahap utama terjadinya sintesis protein yang meliputi proses inisiasi, elongasi dan
proses transkripsi, proses translasi terbagi menjadi tiga tahap utama yang meliputi inisiasi, elongasi dan terminasi. Dalam tahapan proses tersebut beberapa substansi terlibat antara lain ribosom, tRNA, aminoacyl-tRNA erdapat beberapa protein faktor, ion anorganik
tRNA adalah RNA rantai tunggal (single stranded) yang terdiri dari 75-85 nukleotida. RNA ini bertanggung jawab dalam proses pengenalan kodon pada mRNA.
Pengenalan dimulai dengan pasangan basa yang saling berpasangan antara kodon pada mRNA dan antikodon pada tRNA. Anti codon adalah nukleotida triplet yang terdapat pada daerah tRNA molekul
Aminoacyl-tRNA synthetase adalah enzim yang berperan dalam pengaktifan asam amino, bereaksi dengan ATP. Enzim ini juga membantu proses pelekatan asam amino dengan tRNA. Dan 20 asam amino yang berbeda dikatalisis oleh enzyme yang berbeda. Peran enzim aminoacyl-tRNA dapat digambarkan sebagai berikut:
asam amino + ATP + enzyme
aminoacyl-adenylate-enzim + pryrophosphate (PP) (intermediate)
aminoacyl-adenylate-enzim +tRNA
amnioacyl-tRNA +AMP + enzim
Secara umum proses inisiasi pada translasi dimulai pada urutan “AUG”
(methionine) yang merupakan initiator kodon mRNA (gambar 6.5.). Pada prokaryotes tRNA yang membawa N-formylmethionine dikenal sebagai tMet-tRNA dan pada eukaryotes disebut Met-tRNA. fMet-tRNA berinteraksi hanya dengan inisiator AUG sedangkan Met-tRNA dapat berinteraksi dengan kodon selain AUG pada molekul mRNA. fMet-tRNA atau Met-tRNA hanya berhubungan dengan ribosom inisiasi dan tidak yang lain (tidak pada AUG internal).
Gambar 6.5. Pembentukan kompleks inisiasi pada sintesis protein prokaryotes (Avers, 1982).(a) ikatan antara mRNA dengan ribosom sub unit 3
bantuan satu atau lebi fMettRNAMet, inisiasi aminoacyl
(c) elongasi dan polipeptida terjadi setelah ribosom sub u berikatan dengan kompleks inisiasi
Pada dasarnya terdapat dua posisi aktif pada ribosom yang dikenal dengan posisi A yaitu tempat masuknya arninoacyl
tRNA yang sudah bebas setelah menempatkan rantai peptidyl pada elongasi dimulai dengan pene
bersamaan dengan ketika peptidyl
Jenis aminoacyl-tRNA yang masuk pada posisi A tergantung
pada mRNA. Selanjutnya terjadi ikatan antara rantai peptidyl pada posisi P dan aminoacyl tRNA pada posisi A yang dikatalis oleh peptidyl transferase.Translokasi (perpindahan peptidyl-tRNA yang sudah diperpanjang) segera terjadi setelah ikatan peptida terbentuk dengan bantuan GTP dan protein translocase (faktor G). tRNA bebas dilepas, ribosom kembali ke posisi semula dengan hasil polypeptida lebih panjang 1 unit asam amino. Ribosom kemudian bergerak ke triplet codon berikutnya.
Gambar 6.5. Pembentukan kompleks inisiasi pada sintesis protein prokaryotes (Avers, 1982).(a) ikatan antara mRNA dengan ribosom sub unit 30
bantuan satu atau lebih faktor inisiasi (Initiation Factors/IF) (b) ikatan , inisiasi aminoacyl tRNA dan pembentukan kompleks inisiasi (c) elongasi dan polipeptida terjadi setelah ribosom sub u
katan dengan kompleks inisiasi dan IF terdisosiasi dan kompleks.
Pada dasarnya terdapat dua posisi aktif pada ribosom yang dikenal dengan posisi A yaitu tempat masuknya arninoacyl-tRNA dan posisi P yaitu tempat pelepasan tRNA yang sudah bebas setelah menempatkan rantai peptidyl pada posisi A. Proses dimulai dengan penerimaan aminoacyl-tRNA pada posisi A yang dapat terjadi eptidyl-tRNA masih terdapat pada posisi P (Gambar 6.6.).
tRNA yang masuk pada posisi A tergantung dari kodon yang t
mRNA. Selanjutnya terjadi ikatan antara rantai peptidyl pada posisi P dan tRNA pada posisi A yang dikatalis oleh peptidyl transferase.Translokasi tRNA yang sudah diperpanjang) segera terjadi setelah ikatan da terbentuk dengan bantuan GTP dan protein translocase (faktor G). tRNA bebas dilepas, ribosom kembali ke posisi semula dengan hasil polypeptida lebih panjang 1 unit asam amino. Ribosom kemudian bergerak ke triplet codon berikutnya.
Gambar 6.5. Pembentukan kompleks inisiasi pada sintesis protein prokaryotes (Avers, 0S dengan h faktor inisiasi (Initiation Factors/IF) (b) ikatan bentukan kompleks inisiasi (c) elongasi dan polipeptida terjadi setelah ribosom sub unit SOS
dan IF terdisosiasi dan kompleks.
Pada dasarnya terdapat dua posisi aktif pada ribosom yang dikenal dengan tRNA dan posisi P yaitu tempat pelepasan posisi A. Proses tRNA pada posisi A yang dapat terjadi posisi P (Gambar 6.6.).
kodon yang terdapat mRNA. Selanjutnya terjadi ikatan antara rantai peptidyl pada posisi P dan tRNA pada posisi A yang dikatalis oleh peptidyl transferase.Translokasi tRNA yang sudah diperpanjang) segera terjadi setelah ikatan da terbentuk dengan bantuan GTP dan protein translocase (faktor G). tRNA bebas dilepas, ribosom kembali ke posisi semula dengan hasil polypeptida lebih panjang 1 unit asam amino. Ribosom kemudian bergerak ke triplet codon berikutnya.
Tahap ini terus berlangsung untuk tiap residu asam amino sampai rantai terminasi ditemukan.
Terdapat banyak komponen polipeptida antara lain faktor elongasi ( pada gambar 6.7. faktor elon
yang berlangsung secara normal. Dalam hal
GTP, dan kompleks yang terjadi bergabung dengan aminoacyl Suatu aminoacyl-tRNA hanya terikat pada
suatu peptidyl-tRNA. Setelah berikatan dengan ribosom, GTP dan kompleks terhidrolisis oleh enzim GTPase dimana enzim
faktor G pada proses transloksi.
Gambar .6. Proses elongasi rantai polipeptida path ribosom (Avers, 1982)
gsung untuk tiap residu asam amino sampai rantai terminasi
Terdapat banyak komponen-komponen yang terlibat dalam proses sintesis polipeptida antara lain faktor elongasi (Elongation Factorsf/EF). Seperti yang terlihat gambar 6.7. faktor elongasi harus ada dalam proses elongasi rantai polipeptida yang berlangsung secara normal. Dalam hal ini faktor elongasi (EF) bergabung dgn GTP, dan kompleks yang terjadi bergabung dengan aminoacyl-tRNA menuju posisi A.
tRNA hanya terikat pada posisi A dimana pada posisi P terdapat tRNA. Setelah berikatan dengan ribosom, GTP dan kompleks terhidrolisis oleh enzim GTPase dimana enzim ini akan menghidrolisis GTP kedua dan
aktor G pada proses transloksi.
elongasi rantai polipeptida path ribosom (Avers, 1982)
gsung untuk tiap residu asam amino sampai rantai terminasi
komponen yang terlibat dalam proses sintesis ). Seperti yang terlihat s ada dalam proses elongasi rantai polipeptida faktor elongasi (EF) bergabung dgn tRNA menuju posisi A.
posisi A dimana pada posisi P terdapat tRNA. Setelah berikatan dengan ribosom, GTP dan kompleks n menghidrolisis GTP kedua dan
elongasi rantai polipeptida path ribosom (Avers, 1982)
Sebelum polipeptida dilepaskan dari ribosom terjadi pemutusan ikatan antara asam amino terakhir pada rantai dan tRNA. dimana asam amino melekat. Pelepasan tRNA dan polipeptida memerlukan signal kodon terminasi (UAA, UGA, UAG) dengan bantuan fakto terminasi. Gambar 6.8. menunjukkan siklus kerja subunit ribosom pada proses sintesis protein.
Gambar 6.7. Diagram yang memperlihatkan komponen-komponen yang terlibat dalam perpanjangan rantai polipeptida (Avers, 1982)
Gambar 6.8. Siklus sub unit ribosom pada prokariotik dan eukariotik (Avers, 1982)
Gambar 6.9. Diagram yang memperlihatkan proses umum ekspresi suatu gen (Avers, 1982).
Dari penjelasan sebelumnya dapat disimpulkan bahwa secara umum banyak substansi terlibat dalam sintesis protein yang diantaranya adalah DNA dan minimum tiga macam RNA (mRNA, rRNA dan tRNA) (Gambar 6.9). Disamping itu terdapat protein regulasi serta enzim-enzim yang berperan dalam replikasi, enzim yang diperlukan untuk sintesis RNA, katalist protein ribosom, aminoacyl-tRNA synthetase dan enzim lain yang berhubungan dengan koordinasi sintesis protein.
E. TUGAS DAN CONTOR SOAL TUGAS:
1. Diskusikan dengan teman sekelas bagaimana suatu gen dapat terekspresi menjadi protein! Lengkapi penjelasan anda dengan diagram!
2. Carilah sumber di perpustakaan’ atau sumber bacaan yang lain bagaimana ribosom berperan dalam proses elongasi rantai polipeptida!
CONTOH SOAL:
1. Ribosom adalah
2. Dimanakah ribosom ditemukan pada prokaryotes dan eukaryotes?
3. Sebutkan tiga. tahap utama pembentukan rantai polipeptida!
III. PENUTUP Ringkasan
• Ribosom tersusun atas dua subunit yang berukuran tidak sama. Masing-masing sub unit terdiri dari 20 atau lebih protein yang berbeda dan satu atau lebih molekul rRNA yang berbeda.
• Sintesis polipeptida terjadi pada sekelompok ribosom yang disebut polisom.
• Proses transkripsi dan translasi terjadi melalui tiga tahap, inisiasi, elongasi dan terminasi.
Pada pokok bahasan benkutnya akan diterangkan bagaimana proses pembangkitan energi dalam sel.
