RQA New
RQA New
RQA New
Disusun oleh:
Translasi terjadi pada ribosom, yang merupakan struktur makromolekul kompleks yang
terletak di sitoplasma. translasi melibatkan tiga jenis RNA yang semuanya ditranskripsi dari
template DNA (gen kromosom). Selain mRNA, tiga molekul RNA (molekul rRNA) juga hadir
sebagai bagian dari struktur masing-masing dan 40 hingga 60 molekul RNA kecil (molekul
tRNA) berfungsi sebagai adaptor dengan memediasi penggabungan asam amino yang tepat ke
dalam polipeptida sebagai respons. Urutan nukleotida spesifik dalam mRNA. Asam amino
melekat pada molekul tRNA yang benar oleh satu set enzim pengaktif yang disebut aminoacyl-
tRNA synthetases.
Urutan nukleotida dari molekul mRNA diterjemahkan ke dalam urutan asam amino
yang sesuai dengan kode genetik. Beberapa polipeptida yang baru terbentuk mengandung
sekuens asam amino pendek pada amino atau karboksil termini yang berfungsi sebagai sinyal
untuk transpornya ke kompartemen seluler tertentu seperti retikulum endoplasma, mitokondria,
kloroplas, atau nukleus. Protein sekretorik yang baru terbentuk, misalnya mengandung urutan
sinyal pendek pada terminal amino yang mengarahkan polipeptida yang muncul ke membran
retikulum endoplasma. Urutan penargetan yang serupa juga terdapat pada amino termini
protein yang ditujukan untuk impor ke mitokondria dan kloroplas. Beberapa protein nuclear
mengandung ekstensi penargetan di carboxyl termini. Dalam banyak kasus, peptida penargetan
dihilangkan secara enzimatik oleh peptidase spesifik setelah pengangkutan protein ke
kompartemen seluler yang sesuai.
Ribosom dapat dianggap sebagai meja kerja lengkap dengan mesin dan peralatan yang
diperlukan untuk membuat polipeptida. Ribosom tidak spesifik, ribosom dapat mensintesis
polipeptida (urutan asam amino apa pun) yang dikodekan oleh molekul mRNA tertentu, bahkan
mRNA dari spesies yang berbeda. Setiap molekul mRNA diterjemahkan secara simultan oleh
beberapa ribosom, menghasilkan pembentukan polyribosome atau polysome.
Ketika situs sintesis protein diberi label dalam sel yang ditanam untuk interval pendek
di hadapan asam amino radioaktif dan divisualisasikan dengan autoradiografi, hasilnya
menunjukkan bahwa protein disintesis pada ribosom. Pada prokariota, ribosom didistribusikan
ke seluruh sel, pada eukariota, ribosom terletak di sitoplasma, biasanya pada jaringan membran
intraseluler yang luas dari retikulum endoplasma.
Ribosom adalah sekitar setengah protein dan setengah RNA (Gambar 2). Ribosom
terdiri dari dua subunit, satu besar dan satu kecil yang berdisosiasi ketika translasi molekul
mRNA selesai dan bergabung kembali selama inisiasi translasi. Setiap subunit mengandung
molekul RNA besar yang dilipat tempat protein ribosom berkumpul. Ukuran ribosom paling
sering dinyatakan dalam hal laju sedimentasi selama sentrifugasi di unit Svedberg (S). Satu
unit Svedberg setara dengan koefisien sedimentasi (kecepatan / gaya sentrifugal) 10-13 detik.
Ribosom E. coli, seperti ribosom prokariota lainnya memiliki berat molekul 2,5 × 106, ukuran
70S, dan dimensi sekitar 20 nm × 25 nm. Ribosom eukariota lebih besar (biasanya sekitar 80-
an). Namun, ukuran bervariasi dari spesies ke spesies. Ribosom hadir dalam mitokondria dan
kloroplas sel eukariotik lebih kecil (biasanya sekitar 60S).
Walaupun ukuran dan komposisi makromolekul ribosom bervariasi, keseluruhan
struktur tiga dimensi ribosom pada dasarnya sama di semua organisme. Dalam E. coli, subunit
ribosom kecil (30S) mengandung molekul RNA 16S (berat sekitar 6 × 105) ditambah 21
polipeptida yang berbeda, dan subunit besar (50S) berisi dua molekul RNA (5S, berat molekul
sekitar 4 × 104) , dan 23S, berat molekul sekitar 1,2 × 106) ditambah 31 polipeptida. Dalam
ribosom mamalia, subunit kecil mengandung molekul RNA 18S ditambah 33 polipeptida, dan
subunit besar berisi tiga molekul RNA ukuran 5S, 5,8S, dan 28S plus 49 polipeptida. Dalam
organel, ukuran rRNA yang sesuai adalah 5S, 13S, dan 21S.
Molekul RNA ribosom, seperti molekul mRNA, ditranskripsi dari template DNA. Pada
eukariota, sintesis rRNA terjadi pada nukleolus dan dikatalisis oleh RNA polimerase I.
Nukleolus adalah komponen yang sangat khusus dari nukleus yang dikhususkan untuk sintesis
rRNA dan rakitannya menjadi ribosom. Gen RNA ribosom hadir dalam susunan duplikasi
secara bersamaan dipisahkan oleh daerah intergenik. Transkripsi rRNA ini dapat
divisualisasikan secara langsung dengan mikroskop elektron.
Transkripsi gen rRNA menghasilkan prekursor RNA yang jauh lebih besar daripada
molekul RNA yang ditemukan dalam ribosom. Prekursor rRNA ini menjalani pemrosesan
pasca transkripsional untuk menghasilkan molekul rRNA yang matang. Dalam E. coli,
transkrip gen rRNA adalah prekursor 30S yang mengalami pembelahan endonukleolitik untuk
menghasilkan rRNA 5S, 16S, dan 23S ditambah satu molekul RNA transfer 4S (Gambar 3 a).
Pada mamalia, rRNA 5.8S, 18S, dan 28S dibelah dari prekursor 45S (Gambar 3 b), sedangkan
rRNA 5S diproduksi oleh pemrosesan pasca transkripsi transkrip gen terpisah. Selain
pembelahan post transkripsional dari prekursor rRNA, banyak nukleotida dalam rRNA adalah
post transcriptionally methylated. Metilasi dianggap melindungi molekul rRNA dari
degradasi oleh ribonucleases.
Gambar 3 Sintesis dan pemrosesan (a) prekursor 30S rRNA dalam E. coli dan (b) prekursor
45S rRNA pada mamalia.
Beberapa salinan gen untuk rRNA hadir dalam genom semua organisme. Dalam E. coli,
tujuh gen rRNA (rrnA — rrnE, rrnG, rrnH) didistribusikan di antara tiga situs berbeda pada
kromosom. Pada eukariota, gen rRNA hadir dalam ratusan hingga ribuan salinan. 5.8S-18S-
28S rRNA gen eukariota hadir dalam array tandem di daerah pengatur nukleolus kromosom.
Pada beberapa eukariota, seperti jagung, ada satu pasang pengatur nukleolar (pada kromosom
6 pada jagung). Di Drosophila dan kodok bercakar Afrika Selatan, Xenopus laevis, kromosom
seks membawa pengorganisasi nukleolar. Manusia memiliki lima pasang pengatur nukleolar
yang terletak di lengan pendek kromosom 13, 14, 15, 21, dan 22. Gen 5S rRNA pada eukariota
tidak terletak di daerah pengatur nukleol. Sebaliknya, mereka didistribusikan kromosom
overseveral. Namun, gen rRNA 5S sangat redundan, seperti halnya gen rRNA 5.8S-18S-28S.
Asam amino ~ AMP intermediate biasanya tidak dilepaskan dari enzim sebelum
menjalani langkah kedua dalam sintesis aminoacyl-tRNA, yaitu reaksi dengan tRNA yang
sesuai:
Asam aminoasil ~ tRNA adalah substrat untuk sintesis polipeptida pada ribosom dengan
masing-masing tRNA teraktivasi mengenali kodon mRNA yang benar dan menyajikan asam
amino dalam konfigurasi sterik (struktur tiga dimensi) yang memfasilitasi pembentukan ikatan
peptida.
tRNA ditranskripsi dari gen. Seperti dalam kasus rRNA, tRNA ditranskripsikan dalam
bentuk molekul prekursor yang lebih besar yang menjalani proses posttranskripsi (pembelahan,
pemangkasan, metilasi, dan sebagainya). Molekul tRNA dewasa mengandung beberapa
nukleosida yang tidak ada dalam transkrip gen tRNA primer. Nukleosida yang tidak biasa ini,
seperti inosin, pseudouridin, dihidrouridin, 1-metil guanosin, dan beberapa lainnya, diproduksi
oleh modifikasi empat-nukleosida yang dikatalisis oleh enzim dari empat nukleosida yang
dimasukkan ke dalam RNA selama transkripsi.
Karena ukurannya yang kecil (panjangnya paling
banyak 70 hingga 95 nukleotida), tRNA lebih cocok
untuk analisis struktural. Molekul RNA yang lebih
besar terlibat dalam sintesis protein. Urutan
nukleotida lengkap dan struktur semanggi yang
diusulkan dari alanine tRNA ragi (gambar 4)
diterbitkan oleh Robert W. Holley dan rekannya
pada tahun 1965. Struktur tiga dimensi dari tRNA
fenilalanin ragi ditentukan oleh studi difraksi sinar-
X pada tahun 1974 (Gambar 5 ). Antikodon dari
masing-masing tRNA terjadi dalam satu lingkaran
(daerah yang tidak terikat hidrogen) di dekat bagian
tengah molekul.
Molekul tRNA harus mengandung banyak
spesifisitas walaupun ukurannya kecil. Mereka
tidak hanya harus (1) memiliki urutan antikodon
Gambar 4 Urutan nukleotida dan yang benar, sehingga untuk menanggapi kodon
konfigurasi daun semanggi dari alanine yang tepat, tetapi mereka juga harus (2) dikenali
tRNA dari S. cerevisiae. Nama-nama oleh sintetase aminoasil-tRNA yang benar,
nukleosida yang dimodifikasi hadir sehingga mereka diaktifkan dengan asam amino
dalam tRNA ditunjukkan pada inset. yang benar, dan (3) mengikat ke situs yang sesuai
pada ribosom untuk menjalankan fungsi adaptor
mereka.
terdapat tiga situs pengikatan tRNA pada
masing-masing ribosom (Gambar 6). Situs A atau
aminoasil mengikat aminoasil-tRNA yang masuk,
tRNA yang membawa asam amino berikutnya
untuk ditambahkan ke rantai polipeptida yang
sedang tumbuh. Situs P atau peptidyl mengikat
tRNA yang melekat polipeptida tumbuh. Situs E
atau exit mengikat tRNA yang tidak diisi yang
berangkat.
Struktur tiga dimensi ribosom 70S dari
bakteri Thermus thermophilus telah dipecahkan
dengan resolusi 0,55 nm oleh kristalografi sinar-
Gambar 6 struktur ribosom pada E. coli
X. Struktur kristal menunjukkan posisi tiga situs
pengikatan tRNA pada antarmuka 50S-30S dan
posisi relatif rRNA dan protein ribosom. Meskipun situs pengikatan aminoasil-tRNA sebagian
besar terletak pada subunit 50S dan molekul mRNA terikat oleh subunit 30S, kekhususan untuk
pengikatan tRNA aminoasil di setiap situs disediakan oleh kodon mRNA yang membentuk
bagian dari situs pengikatan. Ketika ribosom bergerak di sepanjang mRNA (atau ketika mRNA
diangkut melintasi ribosom), kekhususan untuk ikatan aminoasil-tRNA di situs A, P, dan E
berubah ketika kodon mRNA yang berbeda berpindah ke register di situs pengikatan. Situs
pengikatan ribosom dengan sendirinya (minus mRNA) dengan demikian mampu mengikat
setiap aminoasil-tRNA.
Inisiasi
Tahap inisiasi dari translasi membawa bersama-sama mRNA, sebuah tRNA yang
memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua unit ribosom. Pertama sub unit ribosom
kecil mengikatkan diri pada mRNA dan tRNA inisiator khusus. Sub unit ribosom kecil melekat
pada segmen leader pada ujung 5’ dari mRNA. Pada arah downstream dari mRNA terdapat
kodon inisiasi, AUG (daerah diantara 5 hingga ditemukan AUG merupakan daerah yang tidak
diterjemahkan), yang memberikan sinyal dimulainya proses translasi.
Penyatuan mRNA, tRNA inisiator, dan sub unit ribosom kecil diikuti oleh perekatan
sub unit ribosom besar. Faktor inisiasi dibutuhkan untuk membawa komponen tersebut
bersama-sama. Saat penyelesaian proses inisiasi, tRNA inisiator berada pada tempat P ribosom,
dan tempat A yang kosong siap untuk tRNA aminoasil berikutnya.
Sub-sub unit ribosom (30S dan 50S) biasanya saling memisah ketika tidak terlibat
dalam translasi. Untuk memulai translasi, sebuah senyawa inisiator akan terbentuk: sub-unit
ribosom 30S sebuah mRNA, N-formyl methionine tRNA bermuatan (fMET-tRNAtMet), dan
faktor-faktor inisiasi (IF1, IF2, IF3). Faktor-faktor inisiasi (dan juga elongasi serta terminasi)
merupakan protein yang terkait secara longgar dengan ribosom. Faktor-faktor ini ditemukan
ketika ribosom terisolir dan dicuci, sehingga kehilangan kemampuannya dalam melakukan
sintesis protein.Hidrolisis GTP menjadi GDP + Pi (phosfat inorganic, PO4-3 menghasilkan
perubahan-perubahan konformasional; perubahan-perubahan ini membuat senyawa inisiasitor
menggabungkan 50S sub-unit ribosomal untuk membentuk ribosom utuh, lalu membuat faktor-
faktor inisiasi dan GDP bisa dilepaskan. Seringkali hidrolisis dari sebuah nucleoside
triphosphate (misalnya, ATP, GTP) dalam sebuah sel muncul untuk melepaskan energi dalam
ikatan posfat yang digunakan dalam proses metabolis. Namun dalam proses translasi, hidrolisis
merubah bentuk GTP sehingga GTP dan faktor-faktor inisiasi dapat dilepaskan dari ribosom
setelah partikel 70S terbentuk. Sehingga hidrolisis GTP dalam translasi dimaksudkan untuk
perubahan konformasional, bukan untuk pembentukan ikatan kovalen.
Inisiasi sintesis protein di
prokariot
Pada sel-sel bakteri dan pada
mitokondria, formilmetionil-tRNAF
memulai sintesis setiap rantai-rantai
protein. Pada E coli Terjadi
transformilase dari E coli. Di
samping fMet-tRNAF, inisiasi
sintesis protein pada sel-sel bakteri
juga membutuhkan tiga protein yang
diikat pada ribosom, tetapi bukan
merupakan bagian struktural ribo-
som sendiri. Satu faktor, faktor
inisiasi 3 (IF-3) diperlukan untuk
pengenalan mRNA, IF-1 dan IF-2
diperlukan untuk menempatkan
mRNA dan fMet-tRNA pada ribosom-ribosom. Sampai sejauh eksperimen analog yang telah
dilakukan, dalam hal fungsional IF-IF dari sel-sel mamalia menyerupai bakteri.
Banyak eksperimen, namun sedikit yang diketahui dari langkah-langkah dini pada
inisiasi sintesis protein. bahwa mRNA pertama mengikat ke subunit ribosomal terkecil. Pada
skema ini subunit 30S membawa IF-3. Pada penambahan berikutnya dari IF-2 dan GTP, fMet-
tRNA mengikat urutan AUG pada mRNA, membentuk kompleks yang mantap. Eksperimen
lain menyatakan bahwa ribosom 30S pertama berinteraksi dengan fMet-tRNA. Pada langkah
berikutnya mRNA mengikat. mRNA diikat dengan cara fungsional pada reaksi yang juga
membutuhkan dua faktor inisiasi lain. Subunit yang lebih besar ditambahkan pada suatu reaksi
di mana GTP dipecah memberikan GDP dan fosfat anorganik; IF-2 bekerja sebagai GTPase
pada reaksi ini. Hidrolisis GTP pada proses ini menghasilkan perubahan bangunan pada
partikel 50S sehingga kompleks inisiasi menyesuaikan diri untuk menerima pencantelan
aminoasil-tRNA yang berikutnya yang diprogramkan oleh pesuruh.
Translokasi
Tahap selanjutnya dalam
pemanjangan adalah translokasi ribosom
dalam kaitannya dengan tRNA dan RNA
pembawa pesan. Faktor pemanjangan
yang pada awalnya disebut sebagai
translokasi ini akan mengkatalisis proses
translokasi. Ribosom harus dirubah dari
kondisi pratranslokasi menjadi kondisi
pasca-translokasi melalui aktifitas EF-G,
yang secara fisik menggerakkan RNA
pembawa pesan dan tRNA terkait.
Pergerakan ini dituntaskan melalui
hidrolisis sebuah GTP menjadi GDP
setelah EF-G memasuki ribosom pada area A. Setelah pascatranslokasi pertama tercapai, tRNA
yang telah dipakai dalam area E akan dilepaskan, sehingga akan menyisakan ribosom yang
siap menerima sebuah tRNA muatan baru dalam area A. Langkah translokasi membutuhkan
energi yang disediakan oleh hidrolisis GTP. mRNA bergerak melalui ribosom ke satu arah
mulai dari ujung 5’.