Makalah Biologi: Sel ORGANELA YANG TERLIBAT DALAM JALUR BIOSINTESIS PROTEIN DAN TAHAP REAKSI BIOSINTESISNYA

BAB I

PENDAHULUAN

            Untuk menjaga keteraturan metabolisme dan pertumbuhan, sel perlu melakukan pengaturan, antara lain, pengaturan sintesis protein.  Kontrol genetik  yg dilakukan mengacu pada pengendalian transkripsi mRNA yg dibutuhkan untuk sintesis protein.

            Pada sel prokariotik, proses pengaturan ini melibatkan induksi atau represi sintesis enzim oleh protein regulasi yang dapat mengikat DNA , baik memblok atau meningkatkan fungsi RNA polimerase, enzim yang diperlukan untuk transkripsi. Protein regulasi merupakan bagian dari salah satu operon atau regulon.  Regulatory protein dapat berfungsi baik sebagai represor atau aktivator

            Biosintesis protein alami sama dengan ekspresi genetik. Kode genetik yang dibawa DNA ditranskripsi menjadi RNA, yang berperan sebagai cetakan bagi translasi yang dilakukan ribosom. Sampai tahap ini, protein masih "mentah", hanya tersusun dari asam amino proteinogenik. Melalui mekanisme pascatranslasi, terbentuklah protein yang memiliki fungsi penuh secara biologi (Arbayah, Siregar. 1990).

           

  

BAB II

PEMBAHASAN

            Seluruh kegiatan biosintesis, modifikasi hasil biosintesis dan jalur sekresi diaur oleh bahan inti dan dilaksanakan oleh organelle khusus sel. Organella yang berperan dalam proses biosintesi diantaranya Retikulum Endoplasma, Ribosom dan Kompleks Golgi.

A. RETIKULUM ENDOPLASMA

            Retikulum Endoplasma apabila diamati tampak berupa lembaran yang terlipat-lipat, mengelilingi suatu ruangan yang disebut lumen atau sisterna yang berbentuk labirin. Apabila diamati lebih dalam RE terdiri dari tubulus-tubulus, vesikel dan kantong-kantong pipih yang menempati ruang sitoplasma. Membrane RE sifatnya kontiniu dan tidak terputus, serta tertutup membentuk lumen yang memisahkan dengan lingkungan sitoplasma.

            Retikulum Endoplasma terdiri dari dua bentuk yaitu Retikulum Endoplasma kasar atau Retikulum Endoplasma granular disebut demikian karena permukaan luar membrannya ditempeli oleh ribosom dan Retikulum Endoplasma halus atau Retikulum Endoplasma agranular disebut demikian karena permukaan luar membrannya tidak ditempeli oleh ribosom.

Gambar 1. Retikulum endoplasma kasar dan Retikulum endoplasma  halus.

            Keduanya berbeda dalam bentuk dan susunannya, REK merupakan tumpukan kantong-kantong pipih yang disebut sisterna, sedangkan REH merupakan anyaman saluran-saluran halus. Fungsi membrane RE tidak simetris, meskipun ketidaksimetrisan ini tidak hanya tergantung pada ada tidaknya ribosom saja (Sumadi dan Aditya Marianti,2007).

            Beberapa enzim penting yang terdapat pada RE adalah (1) glukosa-6-fosfatase yang berfungsi untuk metabolisme karbohidrat, (2) sitokrom P450 yang berfungsi sebagai transpor elektron dan reaksi hidroksilasi, dan (3) sitokrom b5 yang berfungsi sebagai transpor elektron. Cairan pada lumen RE mengandung holoprotein, glikoprotein, lipoprotein dan sejumlah enzim hidrolase.

B. RETIKULUM ENDOPLASMA SEBAGAI PUSAT BIOSINTESIS SEL

            Butir-butir ribosom pada membran REK akan mensintesis rantai polipeptida, yang elongasinya(pemanjangannya) tidak berada di sitosol melainkan menembus merman RE. sebagian dari polipeptida ini tetapa berada didalam membrane menjadi protein transmemran, sedangkan bagian yang lain dilepas di dalam sisterna RE. Protein transmembran yang dihasilkan diperuntukkan bagi membrane sel organela lainnya, sedangkan protein-protein yang dituangkan kedalam lumen RE diperuntukkan bagi organelle lainnya atau disekresikan.

            Sintesis protein transmembran dan luminal dilakukan oleh polisoma yang menempel pada membrane RE serta melibatkan dua jenis reseptor. Reseptor pertama untuk mengenali ribosom subunit besar yang akan mengikat ribosom pada membrane RE sehingga memungkinkan terjadinya pemindahan rantai polipeptida dari sitosol ke lumen RE. Sedangkan reseptor kedua mengikat ujung 3’ mRNA yang akan diterjemahkan. Pada mRNA terdapat kodon untuk polipeptida isyarat. Penerjemahan ini terjadi di sitosol yang mempunyai molekul pengenal isyarat (SRP=Signal Recognition Particle). SRP ini akan mengikat polipeptida isyarat segera setelah terbentuk kompleks SRP dan polipeptida isyarat ini akan segere mengikatkan diri pada reseptornya yang terdapat di membrane RE.

            Proses sintesis protein terjadi di REK yang telah diuraikan pada gambar dibawah (a) mRNA menginisiasi sintesis protein dengan mengikat subunit ribosom, (b) segmen pertama dari polipeptida yang baru diterjemahkan dari ribosom adalah sinyal N-terminal.(c) akibat bertubrukan dengan RE sinyal yang sifatnya hidrofobik akan menetrasi kedalam membrane. (d) sintesis protein berjalan terus, pertumbuhan rantai polipeptida meluas menembus membran mengikuti sinyalnya.

Gambar 2. Skema proses sintesis protein di REK yang melibatkan sinyal N-terminal untuk memulai prose terjadinya penempelan ribosom di REK pada waktu proses sintesis protein.

            Jika protein akan disekresikan, seluruh rantai polipeptida mengikuti sinyalnay akan menembus membrane Re dan masuk kedalam ruang RE. Jika protein terbenam didalam membrane, satu atau lebih sinyal stop transfer akan menahan gerakan protein menenmbus membrane. (e) sesudah pertumbuhan polipeptida memanjang memasuki atau melalui membrane RE, sinyal didegradasi oleh enzim peptidase yang terbenam didalam membrane. (f) setelah disintesis lengkap, subunit ribosom terlepas dari mRNA dan lepas dari RE.  mRNA dibebaskan atau terikat pada membran RE dengan ribosom yang lain untuk menerjamahkan pesan yang sama.

            Setelah molekul protein selesai disintesis akan terjadi perpindahan molekul tersebut dari sitosol ke mitokondria, kloroplas, dan peroksisom melibatkan hodrolisis ATP yang terdapat disitosol. Tenaga dari ATP digunakan untuk mengurai lipatan-lipatan molekul protein yang akan dipindahkan. Selain itu untuk menyisipkan dan mendorong masuknya molekul protein kedalam lumen organelle tersebut juga diperlukan  tenaga.

            Selain potein, didalam Re juga terjadi proses sintesis Fosfolipid dan kolesterol. Proses sintesisnya terjadi di membrane RE. fosfolipid dan kolesterol yang disintesis pada umumnya digunakan untuk memperbaiki membrane sel atau membrane organelle yang rusak. Fosfolipid yang disintesis kebanyakan adalah fosfatidilkolin. Fosfatidilkolin disintesis dari gliserol-fosfat dan kolin. Molekul-molekul ini pada walnya berad di sitosol membrane RE kemudian oleh aktivitas protein pemindah yang disebut flipase akan menyebabkan fosfatidilkolin dipindahkan ke sitosol belahan luminal membrane RE, sedangkan fosfatidilserin dan fosfatidil inositol tetap berada di sitosol membrane RE (Sumadi dan Aditya Marianti,2007).

C. RIBOSOM

            Ribosom merupakan tempat sel membuat protein. Sel yang memiliki laju sintesis protein yang tinggi secara khusus memiliki jumlah ribosom yang banyak. Misalnya, sel hati manusia memiliki beberapa juta ribosom. Tidak mengejutkan jika sel yang aktif dalam mensintesis protein juga memiliki nucleoli yang terlihat jelas.

Gambar 3. Ribosom bebas maupun  ribosom terikat melimpah jumlahnya dalam mikrograf electron bagian sel pancreas.

            Ribosom membangun protein dalam dua lokasi sitoplasmik. Ribosom bebas tersuspensi dalam sitosol, sementara ribosom terikat dilekatkan pada bagian luar jalinan membrane yang disebut reticulum endoplasmic. Sebagian besar protein yang dibuat oleh ribosom bebas akan berrfungsi didalam sitosol, contohnya ialah enzim-enzim yang mengkatalisi proses metabolism yang bertempat di sitosol. Ribosom terikat umunya membuat protein yang dimaksudkan untuk dimasukkan kedalam membrane, untuk pembungkusan dalam organel tertentu seperti lisosom, atau untuk dikirim ke luar sel. Sel yang terspesialisasi dalam sekresi protein misalnya, sel pancreas dan kelenjer lain yang mensekresi enzim-enzim pencernaan seringkali bagian terbesarnya berupa ribosom terikat. Ribosom terikat dan bebas secar structural identik dan dapat saling bertukar tempat, dan selnay dapat menyesuaikan jumlah relative dari masing-masing jenis ribosom begitu metabolismenya berubah (Neil A. Campbell, 2002).

            Ribosom merupakan organel yang memegang peranan penting dalam proses sintesis protein. Didalam sintesis protein, ribosom dibantu mRNA, tRNA, rRNA, dan faktor-faktor protein.

D. SINTESIS PROTEIN

            Oleh karena molekul DNA sebagai sumber informasi yang terdapat dalam inti, tidak mungkin secara langsung digunakan dalam sitoplasma untuk sintesis protein, maka DNA sebagai sandi perlu disalin dalam sandi lain yaitu sebagai molekul messenger RNA (mRNA). Peristiwa penyalinan molekul DNA menjadi mRNA dinamakan transkripsi. Transkripsi DNA dilakukan untuk setiap satuan 3 nukleotid (kodon), tetapi karena mRNA tidak memiliki basa Timin, melainkan gugus urasil, maka urutan basa pada mRNA akan sedikit berbeda.

            Hasil transkripsi dalam bentuk mRNA ditransportasikan ke sitoplasma melalui lubang-lubang selubung inti. Selanjutnya mRNA akan diterjemahkan (translasi) menjadi polipeptid atau protein dengan dasar bahwa setiap “kata” nukleotid untuk satu jenis asam amino.

            Messenger RNA merupakan untaian molekul nukleotid yang bentuknya komplementer dengan molekul DNA yang dipakai sebagai pola dalam transkripsi. Perbedaan mendasar terhadap DNA yaitu :

a. berbentuk satu untai

b. gugus basa: adenine, cytosine, guanine, urasil

c. gugus gula ribose.

            Cara transkripsi mRNA dengan menggunakan molekul DN sebagai pola yang memerlukan enzim polymerase sebagai berikut :

a. basa T pada DNA ditranskripsi menjadi basa A pada mRNA

b. basa A pada DNA ditranskripsi menjadi basa U pada mRNA

c. basa C pada DNA ditranskripsi menjadi basa G pada mRNA

d. basa G pada DNA ditranskripsi menjadi basa C pada mRNA.

            Setiap kodon (rangkaian 3 nukleotid) pada DNA ataupun transkripsinya pada mRNA akan menentukan jenis asam amino yang akan menyusun polipeptid atau protein ( Subowo, 1995 ).

E. MEKANISME SINTESIS PROTEIN

            Secara garis besar proses sintesis protein terbagi menjadi 3 tahap yaitu :

1. Tahap Pemrakarsaan ( Inisiasi )

            Tahap inisiasi diawali dengan pemisahan ribosom subunit besar dan ribosom subunit kecil. Langkah kedua adalah Met-tRNA berinteraksi dengan GTP, selanjutnya langkah ketiga adalah kombinasi Met-tRNA dan GTP akan bergabung dengan ribosom subunit kecil, akibatnya langkah keempat ribosom subunit kecil akan siap bersatu dengan mRNA dalam suatu reaksi kompleks yang melibatkan hidrolisis ATP, penyatuan ini diawali dengan penempelan tudung 5’ mRNA pada ribosom subunit kecil untuk kemudian ribosom ini akan bergerak terus sepanjang mRNA sampai bertemu dengan kodon pemrakarsa AUG.

            Selanjutnya langkah kelima adalah penyatuan ribosom subunit kecil dan ribosom subunit besar yang disertai dengan hidrolisisGTP menjadi GDP. Gabungan antara ribosom dengan mRNA dan Met-tRNA menandakan selesainya tahap pemrakarsaan untuk kemudian siap masuk ke tahap pemanjangna atau elongasi.

2. Tahap Pemanjangan (Elongasi)

            Dalam proses elongasi ribosom akan bergerak sepanjang mRNA untuk menerjemahkan pesan yang dibawa oleh mRNA dengan arah gerakan dari 5’ ke 3’. Langkah pertama dari proses elongasi adalah reaksi pengikatan aminoasil tRNA (AA2) dengan GTP. Langkah kedua kompleks ini kemudian terikat pada ribosom sisi A. Langkah ketiga GTP dihidrolisis, Met-tRNA terdapat pada sisi P dan aminoasil-tRNA (AA2) pada sisi A siap untuk membentuk rantai peptida pertama.

            Langkah keempat metionin yang digandeng oleh tRNA inisiato pada sisi P mulai terikat dengan asam amino yang dibawa oleh tRNA pada sisi A dengan ikatan peptide membentuk dipeptida, sehingga sisi P ribosom menjadi kosong. Reaksi ini dikatalis oleh peptidil transferase yang dihasilkan oleh ribosom subunit besar. Langkah kelima petidil tRNA berpindah ke sisi P akibat pergeseran ribosom ke arah 3’ dan terbukalah kodon berikutnya pada sisi A dan siap dimasuki oleh tRNA berikutnya.

            Setelah kedua tempat diribosom terisi oleh tRNA yang menggandeng asam amino masing-masing, asam-asam amino akan berada sangat berdekatan, akibatnya akan terjadi ikatan peptide diantara keduanya. Terjadinya ikatan antara kedua asam amino ini dikatalisis oleh enzim peptidil transferase. Peptidil transferase bekerja sama dengan enzim deasilase-tRNA akan memutuskan ikatan antara tRNA dengan asam amino yang digandengnya.

3. Tahap Penghentian (Terminasi)

            Penerjemahan akan berhenti apabila kodon penghenti (UAA,UAG, atau UGA) masuk ke sisi A. hal ini terjadi karena tidak ada satupun tRNA yang memiliki antikodon yang dapat berpasangan dengan kodon-kodon penghenti. Sebagai ganti molekul tRNA, masuklah factor pembebas atau RF
(Release Factor) ke sisi A. Faktor ini bersama-sama  dengan molekul GTP, melepaskan rantai polipeptida yang telah usai dibentuk dari tRNA yang terakhir. Ribosom kembali terpisah menjadi unit besar dan unit kecil serta kembali ke sitosol untuk kemudian akan berfungsi lagi jika ada penerjemahan baru.

Gambar 4. Tiga tahap utama sintesis protein. Tahap 1 adalah Tahap Pemrakarsaan ( Inisiasi ), tahap 2 Tahap Pemanjangan (Elongasi), dan tahap 3 adalah Tahap Penghentian (Terminasi)

F. KOMPLEKS GOLGI

            Kompleks golgi ditemukan oleh C. Golgi (1898) pada sel saraf yang berbentuk seperti jala, letaknya didekat inti.  Ahli sitologi yang bernama Perrincito (1910) mengemukakan organel aparat golgi terdiri dari sekelompok jalinan (diktiosom).  Penggunaan mikroskop elektron Mollenhauer (1967) menemukan organel aparat golgi, yang banyak dijumpai pada sel hewan dan sel tumbuhan. 

            Sel-sel sekresi (secretory), aparat golgi berfungsi sebagai rantai sekresi.  Bagian kompleks golgi yang berdekatan dengan retikulum endoplasma berbentuk cembung disebut permukaan luar (foming face) dan permukaan dalam berbentuk cembung (maturing face).  Urutan pada waktu sekresi adalah RE – gelembung transisi – permukaan luar – permukaan dalam – gelembung sekresi – membran plasma – luar sel.

            Enzim yang terdapat pada kompleks golgi diantaranya adalah glikosiltransferase, oksidoreduktase, fosfatase, kinase, transferase dan mannosidase.  Untuk enzim tanda pada aparat golgi adalah glikosiltransferase.  Enzim ini berfungsi sebagai biosintesis glikoprotein dan glikolipid.  Pengemasan protein maupun lipid berkarbohidrat tinggi diawali di RE dan dilanjutkan di aparat golgi, atau hanya terjadi pada aparat golgi saja.  Sintesis pectin dan hemiselulosa dinding sel tumbuhan hanya berlangsung di aparat golgi.

1. Biosintesis Glikoprotein.

            Glikoprotein merupakan bahan utama dalam sekresi berbagai kelenjar endokrin maupun eksokrin, sebagai substansi dasar intraseluler, dan komponen membran sel.

            Kompleks  Golgi mempunyai bentuk/ukuran berubah-ubah, hal ini berkaitan dengan adanya fungsi sintesis glikoprotein dan glikolipid.  Apabila glikoprotein dan glikolipid yang disintesis lebih banyak, maka simpanannya juga lebih banyak sehingga aparat golgi juga lebih besar.

            Glikoprotein yang dipergunakan untuk penyusunan membran plasma tidak pernah dilepaskan pada lumen kompleks golgi, tetapi membentuk Vesikula dan akhirnya berfusi dengan membran plasma. Sedangkan Glikoprotein untuk sekretoris dilepaskan ke lumen, kemudian terjadi pertunasan dan membentuk Vesikula yang akhirnya menuju permukaan sel untuk dikeluarkan/disekresikan (Reksoatmodjo,S.M.I, 1994).

BAB III

PENUTUP

            Seluruh kegiatan biosintesis, modifikasi hasil biosintesis dan jalur sekresi diaur oleh bahan inti dan dilaksanakan oleh organelle khusus sel. Organella yang berperan dalam proses biosintesi diantaranya Retikulum Endoplasma, Ribosom dan Kompleks Golgi

Ada tiga proses dalam mekanisme sintesis protein yaitu:

1. Pemrakarsaan (Initiation)

            Menempelnya ribosom sub unit kecil pada mRNA tidak pada sembarang tempat, melainkan pada pada tempat khusus sebelum kodon pemrakarsaan dari gen yang akan di salin, tempat khusus ini disebut tempat pengikat ribosom. Pada mRNA eukariotik tidak memiliki tempat pengikat ribosom, sebagai gantinya mereka memiliki struktur tudung.

2. Perpanjangan (Elongation)

            EF-Tu dan EF-Ts. GTP diperlukan sebagai penghasil tenaga. dua buah tempat tRNA terisi oleh tRNA yang bermuatan asam amino, dan kedua asam amino inio berada sangat berdekatan, terjadilah ikatan peptida antara gugus karboksil dari Fmet dan gugus amin dari asam amino yang kedua. reaksi ini menggunakan katalisator enzim transferase peptidil, yang kemungkinan merupakan kombinasi beberapa jenis protein ribosomal.

3. Pemberhentian (Terminator)

            Pemberhentian terjadi apabila kodon berhenti (UAA, UAG, atau UGA) masuk ke tempat A. Tidak ada molekul tRNA satu pun yang memiliki anti kodon yang dapat berpasangan basa dengan kodon-kodon penghenti. Sebagai ganti molekuil tRNA, masuklah factor pembebas RF ke tempat A

DAFTAR PUSTAKA

Arbayah, Siregar. 1990. Biologi Sel. Bogor: IPB

Campbell, Neil A. 2002. Biologi Edisi Kelima Jilid I. Jakarta: Erlangga

Reksoatmodjo,S.M.I. 1994. Biologi Sel. Jakarta: ProyekPembinaan dan      Peningkatan Mutu Tenaga Kependidikan

Subowo. 1995. Biologi Sel. Bandung: Percetakan Angkasa

Sumadi, dan Marianti, Aditya. 2007. Biologi Sel. Yogyakarta: Graha Ilmu