protein...

BAB I

A.    PROTEIN 

Protein (asal kata protos dari bahasa Yunani yang berarti "yang paling utama") adalah senyawa organik kompleks berbobot molekul tinggi yang merupakan polimer dari monomer-monomer asam amino yang dihubungkan satu sama lain dengan ikatan peptida. Molekul protein mengandung karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan kadang kala sulfur serta fosfor. Protein berperan penting dalam struktur dan fungsi semua sel makhluk hidup dan virus.

Kebanyakan protein merupakan enzim atau subunit enzim. Jenis protein lain berperan dalam fungsi struktural atau mekanis, seperti misalnya protein yang membentuk batang dan sendi sitoskeleton. Protein terlibat dalam sistem kekebalan (imun) sebagai antibodi, sistem kendali dalam bentuk hormon, sebagai komponen penyimpanan (dalam biji) dan juga dalam transportasi hara. Sebagai salah satu sumber gizi, protein berperan sebagai sumber asam amino bagi organisme yang tidak mampu membentuk asam amino tersebut (heterotrof).

Protein memiliki peran yang sangat penting pada fungsi dan struktur seluruh sel makhluk hidup. Hal ini dikarenakan molekul protein memiliki kandungan oksigen, karbon, nitrogen, hydrogen, dan sulfur. Sebagian protein juga menagndung fosfor.

Protein pertama kali ditemukan pada tahun 1838 oleh Jöns Jakob Berzelius. Protein adalah salah satu biomolekul raksasa yang berperan sebagai komponen utama penyusun makhluk hidup. Protein membawa kode-kode genetik berupa DNA dan RNA.

Protein merupakan salah satu bio-makromolekul yang penting perananya dalam makhluk hidup. Setiap sel dalam tubuh kita mengandung protein, termasuk kulit, tulang, otot, kuku, rambut, air liur, darah, hormon, dan enzim. Pada sebagian besar jaringan tubuh, protein merupakan komponen terbesar kedua setelah air. Diperkirakan 50% berat kering sel dalam jaringan hati dan daging terdiri dari protein. Sedangkan dalam tenunan daging segar sekitar 20%.

Beberapa makanan yang dapat menjadi sumber protein adalah: daging, telur, ikan, susu, biji-bijian, kentang, kacang, dan polong-polongan.

Seorang Biokimiawan USA dan juga Profesor untuk biokimia di Yale bernama Thomas Osborne Lafayete Mendel pernah melakukan percobaan protein kepada kelinci pada tahun 1914. Sekelompok kelinci diberi makanan protein hewani. Kelompok lain diberi makanan protein nabati. Hasil dari eksperimen ini adalah kelinci yang diberi protein hewani beratnya bertambah lebih cepat daripada kelinci yang diberi makanan berprotein nabati.

Studi yang lain dilakukan oleh seorang peneliti bernama McCay dari Universitas Berkeley. Percobaan yang dilakukannya menunjukan bahwa kelinci yang diberi makanan protein nabati dapat hidup lebih sehat dan hidup dua kali lebih lama dari yang lain.

B.     Manfaat Protein

Manfaat protein bagi tubuh kita sangatlah banyak. Protein sangat mempengaruhi proses  tubuh kita. Diantara manfaat protein tersebut adalah sebagai berikut:

·         Sebagai enzim. Protein memiliki peranan yang besar untuk mempercepat reaksi biologis.

·         Sebagai alat pengangkut dan penyimpan. Protein yang terkandung dalam hemoglobin dapat mengangkut oksigen dalam eritrosit. Protein yang terkandung dalam mioglobin dapat mengangkut oksigen dalam otot.

·         Untuk Penunjang mekanis. Salah satu protein berbentuk serabut yang disebut kolagen memiliki fungsi untuk menjaga kekuatan dan daya tahan tulang dan kulit.

·         Sebagau Pertahanan tubuh atau imunisasi Pertahanan tubuh. Protein ini biasa digunakan dalam bentuk antibodi.

·         Sebagai Media perambatan impuls syaraf.

·         Sebagai Pengendalian pertumbuhan.

C.     BIOSINTESA PROTEIN

Sintesis protein merupakan bagian penting yang perlu diketahui jika kita ingin mempelajari mengenai protein. Bagaimana tidak, terdapat lebih dari 30.000 gen di setiap sel tubuh kita, dimana secara teoritis akan dibentuk pula sejumlah besar protein sel yang berbeda. Pembentukannya sendiri melalui beberapa peristiwa kimiawi. Penjelasan tahapan dari sintesa protein tersebut sebagai berikut.

      Tahap Penggabungan dengan ATP

Semisalkan reaksi awal diwakili oleh tiga asam amino terpisah AA₁, AA₂, dan AA₂₀. Tahapan sintesis protein yang pertama adalan setiap asam amino tersebut akan diaktifkan oleh suatu proses kimia yang menggabungkan ATP dengan asam amino untuk membentuk suatu kompleks adenosin monofosfat dengan asam amino, sehingga melepaskan dua ikatan fosfat berenergi-tinggi pada proses tersebut.

      Tahap Pembentukan Kompleks Asam Amino dengan RNA

Dari proses awal penggabungan ATP, sintesis protein berikutnya adalah pembentukan suatu kompleks asam amino dengan RNA. Asam amino yang telah diaktifkan, yang memiliki kelebihan energi, kemudian akan bergabung dengan RNA transfernya yang spesifik untuk membentuk suatu kompleks asam amino-tRNA dan pada waktu yang sama melepaskan adenosin monofosfat. Adenosin monofosfat adalah bentuk pecahan dari ATP, dimana ketika ATP tersebut dipecah dapat langsung menghasilkan adenosin monofosfat dan pirofosfat. Selain itu adenosin monofosfat dapat diperoleh melalu pemecahan ADP dimana akan menghasilkan satu ion fosfat dan adenosim monofosfat.

      Pembentukan Rantai

RNA transfer yang membawa kompleks asam amino kemudain berkontak dengan molekul RNA messenger di dalam ribosom, tempat antikodon RNA transfer melekat sementara pada kodon spesifiknya di RNA messenger sehingga mengatur asam amino dalam rangkaian yang tepat untuk membentuk suatu molekul protein. Kemudian, dalam pengaruh enzim peptidil transferase (sebagai salah satu protein dalam ribosom), ikatan peptida dibentuk di antara asam amono berikutnya, sehingga makin menambah panjang rantai protein. Peristiwa kimia ini membutuhkan energi dari tambahan dua ikatan fosfat berenergi tinggi, sehingga, secara total, empat ikatan berenergi tinggi digunakan untuk setiap penambahan asam amino ke dalam rantai protein. Jadi, sintesis protein merupakan salah satu proses yang paling membutuhkan energi di dalam sel.

Tahap-tahap dalam sintesis protein, secara garis besar dibagi menjadi 2, yaitu transkripsi dan translasi. Baik transkripsi maupun translasi, masing-masing dibagi dibagi lagi menjadi 3 tahap, yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi.

      Transkripsi

Transkripsi adalah proses sintesis RNA dengan menggunakan DNA sebagai cetakan. DNA berlaku sebagai arsitek yang merancang pola penyusunan protein sedangkan RNA yang akan menjadi duta sebagai pembawa informasi genetik berupa kode kode genetik atau kodon-kodon.

RNA hasil transkripsi salah satunya adalah m RNA yang akan berperan sebagai cetakan protein. Basa mRNA akan membetuk rangkaian kodon  (adalah rangkaian 3 basa yang berdampingan pada mRNA yang menyandikan satu asam amino). Pesan genetik mRNA diterjemahkan menjadi rangkaian asam amino berdasarkan sandi genetik.

v  Hal yang perlu diketahui pada proses transkripsi :

ü  Promotor site, adalah titik awal proses transkripsi dimana promotor merupakan rangkaian nukleotida yang dikenali oleh transkriptase /enzim RNA Polimerase dan  tempat melekat dan mulainya proses transkripsi. Pada promotor ditemui 3 titik penting yang berkaitan dengan proses transkripsi, yaitu:

§  Titik isyarat awal, merupakan daerah yang menunjukkan faktor sigma. Yang memberitahukan bahwa dihilir ada  utas DNA yang harus ditranskrip sikan

§  Daerah penempelan, dihilir ditemukan suatu tempat daerah pelekatan enzim transkriptase yang tersusun oleh 7 pasangan basa dengan rangkaian konsensus yang kadang sering disebut kotak pribnow ( pasangan basa AT ) ps bs kaya akan A-T yang lebih mudah terdenaturasi ( lebih mudah membuka pilinan double heliks ) dibandingkan ps bs G-C.

§  Titik awal transkripsi, Merupakan nukleotida DNA pertama yang ditranskripsikan kedalam nukleotida RNA. Pada titik pelekatan ini transkripstase akan berasosiasi erat dengan DNA dan Ribonuleotide akan masuk untuk berpasangan dengan utas cetakan. Titik permulaan biasanya  (90%) merupakan suatu basa Purin

v  Enzim RNA Polimerase, sering disebut dengan RNA Transkriptase untuk membedakannya dengan RNA yang bertugas dalam proses Replikasi.Enzim ini sering dijadikan model suatu organisme. Enzim ini tersusun atas struktur yang kompleks (tersusun atas  +  15 subunit – subunit) aktif yang disebut Holoenzim. Holoenzim terdiri dari enzim inti dan faktor σ (sigma ).

§  Enzim inti : Mengkatalisis sintesis RNA

§  Faktor σ (sigma ) : Mengenali tanda awal transkripsi yang terdapat pada utas DNA cetakan.

§  Sub unit – sub unit ini tidak disatukan dengan ikatan kovalen tetapi dengan ikatan sekunder

v  Antisense ( – ) strand. DNA adalah double strand pada proses transkripsi salah satu dari utas DNA akan menjadi cetakan/template. Sedangkan utas yang satunya akan menjadi utas pendamping  (utas antipararel) bagi utas cetaka. Rangkaian nukleotida RNA yang disintesis merupakan utas anti pararel terhadap utas cetakan atau sama dengan utas pendamping. Utas cetakan disebut Antisense strand (-). Utas yang tidak digunakan sebagai cetakan disebut Antisense strand (+).

v  Terminator. Rangkaian nukleotida pada DNA yang mengisyaratkan bahwa transkripsi harus berakhir. Semua terminator pada prokariot mengandung rangkaian polidrom , tepat sebelum titik penutup. Polidrom adalah dua rangkaian pasangan nukleotida yang terpasang terbalik yang dipisahkan oleh rangkaian nukleotida dengan jarak kecil. Titik penutup adalah pasangan basa AT. Terminator akan menghasilkan RNA dengan struktur pada ujungnya berupa jepitan rambut yang terbentuk akibat adanya pasangan antipararel antara nukleotida ulang terbalik. Disamping itu terbentuk juga utas /rangkaian poli U. Utas jepit rambut berfungsi untuk mengurangi kecepatan atau bahkan menghentikan kerja transkriptase menjelang proses akhir transkripsi.

v  Terminologi / Tahap transkripsi

o    Inisiasi

o    Elongasi

o    Terminasi

1.      Inisiasi

Proses penempelan kompleks RNA polimerase pada promotor site.

2.      Elongasi

Setelah terjadi proses inisiasi subunit σ (faktor sigma) akan melepaskan diri dan sintesis RNA dilanjutkan oleh Core enzim (enzim yang tidak mengandung faktor sigma) menggunakan utas cetakan arah 5¹ – 3¹ dan membutuhkan 4 macam nukleosida (ribonukleosida 5¹trifosfat) yaitu : r-ATP, r-CTP, r-GTP, r-UTP.

3.      Terminasi

Transkripsi berlangsung sampai ditemukannya tanda untuk berhenti. Tanda terminasi yang sederhana adalah bagian DNA yang dengan urutan basa GC disebut palidrome dan diikuti oleh bagian DNA yang kaya akan basa AT. Bila genom tidak mengandung palidrome maka terminasi menggunakan protein Rho.

      Translasi

Translasi adalah proses penerjemahan kode genetik oleh tRNA ke dalam urutan asam amino. Translasi menjadi tiga tahap, yaitu inisiasi, elongasi, dan terminasi. Semua tahapan ini memerlukan faktor-faktor protein yang membantu mRNA, tRNA, dan ribosom selama proses translasi. Inisiasi dan elongasi rantai polipeptida juga membutuhkan sejumlah energi. Energi ini disediakan oleh GTP (guanosin triphosphat), suatu molekul yang mirip dengan ATP.

1. Inisiasi

Tahap inisiasi terjadi jika adanya tiga komponen, yaitu mRNA, sebuah tRNA yang memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua sub unit ribosom.  mRNA yang keluar dari nukleus menuju sitoplasma di datangi oleh ribosom, kemudian mRNA masuk ke dalam “celah” ribosom. Ketika mRNAmasuk ke ribosom, ribosom “membaca” kodon yang masuk. Pembacaan dilakukan untuk setiap 3 urutan basa hingga selesai seluruhnya. Sebagai catatan ribosom yang datang untuk membaca kodon biasanya tidak hanya satu, melainkan beberapa ribosom yang dikenal sebagai polisom membentuk rangkaian mirip tusuk sate, di mana tusuknya adalah “mRNA” dan dagingnya adalah “ribosomnya”.

Dengan demikian, proses pembacaan kodon dapat berlangsung secara berurutan. Ketika kodon I terbaca ribosom (misalnya kodonnya AUG), tRNA yang membawa antikodon UAC dan asam amino metionin datang. tRNA masuk ke celah ribosom. Ribosom di sini berfungsi untuk memudahkan perlekatan yang spesifik antara antikodon tRNA dengan kodon mRNA selama sintesis protein. Sub unit ribosom dibangun oleh protein-protein dan molekul-molekul RNA ribosomal

2. Elongasi

Pada tahap elongasi dari translasi, asam amino-asam amino ditambahkan satu per satu pada asam amino pertama (metionin). Ribosom terus bergeser agar mRNA lebih masuk, guna membaca kodon II. Misalnya kodon II UCA, yang segera diterjemahkan oleh tRNA berarti kodon AGU sambil membawa asam amino serine. Di dalam ribosom, metionin yang pertama kali masuk dirangkaikan dengan serine membentuk dipeptida.

Ribosom terus bergeser, membaca kodon III. Misalkan kodon III GAG, segera diterjemahkan oleh antikodon CUC sambil membawa asam amino glisin. tRNA tersebut masuk ke ribosom. Asam amino glisin dirangkaikan dengan dipeptida yang telah terbentuk sehingga membentuk tripeptida. Demikian seterusnya proses pembacaan kode genetika itu berlangsung di dalam ribosom, yang diterjemahkan ke dalam bentuk asam amino guna dirangkai menjadi polipeptida.

Kodon mRNA pada ribosom membentuk ikatan hidrogen dengan antikodon molekul tRNA yang baru masuk yang membawa asam amino yang tepat. Molekul mRNA yang telah melepaskan asam amino akan kembali ke sitoplasma untuk mengulangi kembali pengangkutan asam amino. Molekul rRNA dari sub unit ribosom besar berfungsi sebagai enzim, yaitu mengkatalisis pembentukan ikatan peptida yang menggabungkan polipeptida yang memanjang ke asam amino yang baru tiba.

3. Terminasi

Tahap akhir translasi adalah terminasi. Elongasi berlanjut hingga kodon stop mencapai ribosom. Triplet basa kodon stop adalah UAA, UAG, dan UGA. Kodon stop tidak mengkode suatu asam amino melainkan bertindak sinyal untuk menghentikan translasi. Polipeptida yang dibentuk kemudian “diproses” menjadi protein.