Sintesis protein adalah salah satu proses biologis paling fundamental yang mana setiap individu sel membuat protein spesifik untuk tujuan dan fungsi yang spesifik pula. Di dalam proses ini, terlibat DNA (deokyribonucleic acid) dan RNA (ribonucleic acids (RNA).
Proses ini dimulai dalam nukleus sel, di mana enzim membuka bagian spesifik untaian DNA, yang membuat DNA di bagian itu bisa diakses dan bisa mengakses salinan RNA. Molekul RNA ini kemudian bergerak dari nukleus sel ke sitoplasma, di mana proses sintesis dimulai. (Baca: Fungsi DNA dan RNA)
Semua sel berfungsi lewat proteinnya. Fungsi protein ini didefinisikan oleh fungsi molekuler, penempatan di dalam sel dan keterlibatan di proses biologis tertentu. Dengan proses sintesis protein, sel biologis bisa membuat protein baru, yang di lain pihak untuk menyeimbangkan kehilangan protein seluler lewat degradasi dan ekspor.
Pada dasarnya, sel menggunakan informasi genetik (gen) yang terdapat di DNA untuk membuat protein, proses pembuatan protein atau sintesis protein ini dibagi menjadi dua langkah, yaitu transkripsi dan translasi. (Baca: Pembelahan Sel)
Transkripsi
Pada proses ini, gen pada untaian DNA ‘ditulis ulang’ dalam bentuk RNA. Tidak seperti DNA yang mempunyai struktur untaian ganda (double helix), RNA ini hanya mempunyai untaian tunggal (single helix).
Pada organisme eukariotik seperti kita, RNA ini diproses untuk membuat produk akhir, disebut mRNA (messenger RNA). (Baca: Nukleus Sel)
- Translasi
Pada proses ini, mRNA diterjemahkan untuk membentuk protein (atau subunit protein) yang mengandung rentetan asam amino.
Transkripsi
Transkripsi adalah tahap pertama pada ekspresi gen, yang mana informasi dari gen digunakan untuk membangun produk fungsional seperti protein. Tujuan dari transkripsi ini untuk membuat salinan RNA dari untaian gen di DNA.
RNA menyalin, atau mentranskripsi, informasi yang dibutuhkan untuk membangun polipeptida (gabungan asam amino atau protein/subunit protein). Transkripsi eukariotik harus melewati beberapa proses sebelum ditranslasi menjadi protein. (Baca: Perbedaan DNA dan RNA)
RNA polimerase
Enzim utama yang terlibat dalam transkripsi ini adalah RNA polimerase, yang mana menggunakan template (cetakan) DNA untaian tunggal untuk mensintesis untaian RNA.
Lebih spesifik lagi, RNA polimerase membuat untaian RNA pada arah 5′ ke 3′, menambahkan nukleotida baru pada ujung untaian 3′.
- Tahapan Transkripsi
Transkripsi dari gen melalui 3 tahapan proses, yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi. Penjelasan yaitu sebagai berikut:
1. Inisiasi
RNA polimerase terikat pada untaian DNA, yang disebut promoter, yang ditemukan didekat awal dari suatu gen. Setiap gen mempunyai promoternya tersendiri.
Setelah terikat, RNA polimerase memisahkan untaian ganda DNA, menyediakan template atau cetakan untaian tunggal yang siap untuk ditranskripsi.
2. Elongasi
Satu untaian DNA, untaian cetakan, bertindak sebagai cetakan untuk digunakan oleh enzim RNA polimerase. Sambil ‘membaca’ cetakan ini, RNA polimerase membentuk molekul RNA keluar dari nukleotida, membuat sebuah rntai yang tumbuh dari 5′ ke 3′. RNA transkripsi membawa informasi yang sama dari untaian DNA non-template (coding).
3. Terminasi
Urutan yang disebut terminator memberikan sinyal bahwa transkripsi RNA telah selesai. Setelah ditranskripsi, RNA polimerase melepaskan hasil transkripsi RNA.
- Modifikasi RNA Eukariotik
Pada bakteri, RNA hasil transkripsi bisa bertindak langsung sebagai mRNA (messenger RNA). Pada eukariotik, transkripsi dari gen koding-protein disebut pre-mRNA dan harus melalui ekstra proses sebelum bisa ditranslasi secara langsung.
- Eukariotik pre-mRNA harus mempunyai ujung yang dimodifikasi, 5′ cap (di awal) dan 3′ ekor poly-A. Modifikasi ujung untaian mRNA ini bermanfaat untuk meningkatkan stablitas mRNA.
Beberapa pre-mRNA eukariotik melalui proses pemotongan. Pada proses ini, bagian pre-mRNA (disebut introns) dipotong, dan sisa kepingannya (disebut exons) disambung kembali. Pemotongan ini bertujuan agar mRNA mempunyai urutan mRNA yang benar.
Jika introns tidak dibuang, introns akan ditranslasi bersama dengan exons, memproduksi polipeptida ‘sampah’.
Translasi
Selama translasi, sel ‘membaca’ informasi pada messenger RNA (mRNA) dan menggunakannya untuk membuat sebuah protein. Sebenarnya, mRNA ini tidak selalu mengkoding protein secara keseluruhan, kadang mRNA hanya mengkoding subunit protein atau polipeptida (rantai asam amino). (Baca: Metabolisme Asam Amino)
Pada sebuah mRNA, instruksi untuk membuat polipeptida adalah RNA nukleotida (Adenine, Uracil, Cytosine, Guanine) yang dibaca dalam kelompok tiga nukleotida, kelompok tiga ini disebut kodon.
Ada 61 kodon untuk asam amino, setiap kodon itu ‘dibaca’ untuk membangun asam amino tertentu dari 20 asam amino yang biasanya ditemukan di protein. Satu kodon, AUG, mempunyai fungsi untuk membangun asam amino methionine dan juga bertindak sebagai start codon untuk memberi sinyal mulai pada pembangunan protein. (Baca: Metabolisme Seluler)
Ada 3 kodon yang tidak membuat asam amino, kodon ini dinamakan stop codon, UAA, UAG, dan UGA, yang memberitahu sel jika pembuatan polipeptida telah selesai. Koleksi hubungan asam amino-kodon ini disebut kode genetik, karena hal ini memungkinkan sel untuk mengkoding mRNA menjadi rantai asam amino.
Bagaimana mRNA ‘dibaca’ untuk membuat polipeptida? Ada dua jenis molekul yang memiliki peran penting dalam translasi, yaitu tRNA dan ribosom.
- Transfer RNA (tRNA)
Transfer RNA atau tRNA adalah molekul ‘jembatan’ yang menghubungkan kodon mRNA kepada asam amino yang dia koding. Satu ujung dari setiap tRNA mempunyai sekuens (urutan) 3 nukleotida yang disebut antikodon, yang mana bisa mengikat ke kodon spesifik mRNA. Bagian ujung tRNA lainnya membawa asam amino yang dikoding oleh kodon.
- Ribosom
Ribosom adalah struktur di mana polipeptida atau protein dibuat. Ribosom ini terbuat dari protein dan RNA (ribosomal RNA, atau rRNA). Setiap ribosom mempunyai 2 subunit, yang besar dan yang kecil. Ribosom menyediakan set slot di mana tRNA bisa menemukan kodon yang sesuai dengan cetakan mRNA dan mengirimkan asam aminonya.
Slot ini disebut situs A, P, dan E. Tidak hanya itu, ribosom juga bisa bertindak sebagai enzim, mengkatalisasi reaksi kimia yang menghubungkan asam amino bersama untuk membuat sebuah rantai. (Baca: Fungsi Ribosom)
- Tahapan dalam Translasi: Inisiasi
Pada tahap inisiasi atau permulaan, ribosom merakit di sekitar mRNA untuk dibaca dan tRNA pertama yang membawa asam amino metionin (yang cocok dengan start codon, AUG). Setting ini, disebut kompleks inisiasi, diperlukan agar tahap translasi bisa dimulai.
- Elongasi: Memperpanjang Rantai
Elongasi adalah tahap di mana rantai asam amino diperpanjang. Pada elongasi, mRNA dibaca satu kodon sekali, dan asam amino yang sesuai dengan kodon ditambahkan ke rantai protein.
Selama elongasi, tRNA bergerak melewati situs A, P, dan E dari ribosom. Proses ini diulang terus menerus saat kodon baru dibaca dan asam amino baru ditambahkan ke rantai.
- Terminasi
Terminasi adalah tahap di mana rantai polipeptida dilepaskan. Proses ini dimulai ketika stop codon (UAG, UAA atau UGA) memasuki ribosom, membuat rantai polipeptida terpisah dari tRNA dan lepas keluar dari ribosom.
Setelah terminasi, polipeptida mungkin masih perlu dilipat menjadi bentuk 3 dimensi, melalui pemrosesan lebih lanjut (seperti pembuangan asam amino) dan dikirim ke tempat yang tepat di dalam sel, atau bergabung dengan polipeptida lain sebelum bisa berfungsi sebagai protein dan melakukan tugasnya.
Protein adalah molekul penting bagi organisme, karena molekul ini bertindak sebagai penyusun tubuh organisme itu sendiri. Protein tidak lain adalah suatu rantai asam amino (yang disebut polipeptida/subunit protein) yang dibuat dalam inti sel.
Proses sintesis protein ini melewati tahapan panjang yang melibatkan DNA dan kode genetik, transkripsi dan translasi kode genetik menjadi protein.