Bagaimana Proses Sintesis Protein Berlangsung

Sarip Hasan, M.Si.

Protein adalah senyawa organik yang penting hadir dalam organisme hidup. Mereka sangat penting di hampir semua fungsi sel, meskipun protein spesifik yang terlibat dalam fungsi tertentu. Protein terdiri dari rantai panjang asam amino, baik yang diatur dalam pola linear atau dilipat untuk membentuk struktur yang kompleks. Berdasarkan kompleksitas struktural, struktur protein diklasifikasikan menjadi empat jenis – primer, sekunder, tersier dan kuaterner. Juga, jenis asam amino memainkan peran penting dalam menentukan ekspresi gen.

Sintesis protein adalah prosedur biologis yang dilakukan oleh sel-sel hidup untuk membuat protein dalam cara langkah-demi-langkah. Seringkali, digunakan untuk menunjukkan terjemahan, yang sebaliknya merupakan bagian utama dalam proses sintesis protein. Ketika dipelajari secara rinci, sintesis protein sangat kompleks. Proses itu sendiri dimulai dengan produksi asam amino yang berbeda, dari yang beberapa berasal dari sumber makanan. Mari kita lihat sekilas proses sintesis protein.

Proses Sintesis Protein

Sintesis protein terdiri dari dua bagian utama – transkripsi dan translasi. Proses ini melibatkan asam ribonukleat (RNA), asam deoksiribonukleat (DNA) dan satu set enzim. Semua jenis asam ribonukleat, yaitu asam ribonukleat messenger (mRNA), asam ribonukleat ribosom (rRNA) dan transfer asam ribonukleat (tRNA) yang diperlukan untuk sintesis protein. Lihat informasi berikut untuk memahami dua bagian dalam proses sintesis protein.

Transkripsi

Transkripsi adalah bagian pertama dalam proses sintesis protein. Ini terjadi dalam inti sel, di mana asam deoksiribonukleat (DNA) bertempat di kromosom. Seperti kita semua tahu, DNA adalah struktur heliks ganda. Dari dua untai paralel, satu bertindak sebagai template untuk menghasilkan mRNA. Sebagai langkah inisiasi transkripsi, RNA polimerase mengikat dirinya ke situs tertentu (daerah promoter) di salah satu untai DNA yang akan bertindak sebagai template.

Setelah keterikatannya dengan untai cetakan DNA, enzim polimerase mensintesis polimer mRNA di bawah arahan template DNA. MRNA untai terus memanjang sampai polimerase mencapai ‘wilayah terminator’ dalam template DNA. Dengan demikian, transkripsi DNA mencakup tiga langkah – inisiasi, elongasi dan terminasi. mRNA Yang baru ditranskripsi dilepaskan oleh enzim polimerase, yang kemudian bermigrasi ke sitoplasma untuk menyelesaikan proses sintesis protein. Mengenal lebih lanjut tentang transkripsi DNA.

Translasi

Bagian utama kedua dari proses ini adalah terjemahan. Bertentangan dengan transkripsi yang terjadi dalam inti, terjemahan berlangsung dalam sitoplasma sel. Bagian ini dimulai segera setelah mRNA ditranskripsi memasuki sitoplasma. Ribosom hadir dalam sitoplasma segera melekat pada mRNA pada situs tertentu, yang disebut kodon start. Asil tRNA amino juga mengikat pada untai mRNA. Fase ini disebut inisiasi.

Ketika ribosom bergerak sepanjang untai mRNA, amino asil tRNA membawa asam amino satu per satu. Tahap ini tertentu disebut elongasi. Pada tahap terminasi, ribosom membaca kodon terakhir dari untai mRNA. Dengan ini, berakhir bagian terjemahan dan rantai polipeptida dilepaskan. Tepatnya bicara, dalam terjemahan, ribosom dan tRNA menempel pada mRNA, yang membaca informasi ini kode dalam rantai tersebut. Dengan demikian sintesis protein dari urutan asam amino tertentu terjadi.

Secara keseluruhan, proses sintesis protein melibatkan transkripsi DNA untuk mRNA, yang kemudian diterjemahkan menjadi protein. Dengan demikian, kita telah melihat proses sintesis protein memerlukan koordinasi yang tepat dari RNA, DNA, enzim dan ribosom. Dan prosedur bijaksana langkah sintesis protein juga dikenal sebagai dogma sentral dalam biologi molekuler.

Kontrol gen

Proses Sintesis Protein

Proses sintesis protein tidak terjadi terus-menerus dalam sel. Sebaliknya, hal itu terjadi pada interval diikuti oleh periode genetik “diam.” Demikian sel mengatur dan mengontrol proses ekspresi gen.

Kontrol ekspresi gen dapat terjadi pada beberapa tingkatan dalam sel. Sebagai contoh, gen jarang beroperasi selama mitosis, ketika serat DNA mempersingkat dan menebal untuk membentuk kromatid. Kromatin tidak aktif menjadi lebih rapat dan melingkar erat, dan coiling ini mengatur akses ke gen.

Tingkat lain kontrol gen dapat terjadi selama dan setelah transkripsi. Dalam transkripsi, segmen tertentu dari DNA dapat meningkatkan dan mempercepat aktivitas gen di dekatnya. Setelah transkripsi telah terjadi, molekul mRNA dapat diubah untuk mengatur aktivitas gen. Sebagai contoh, para peneliti telah menemukan bahwa molekul mRNA mengandung banyak bit berguna RNA yang dikeluarkan dalam produksi molekul mRNA akhir. Bit-bit tak berguna dari asam nukleat disebut intron. Sisa potongan mRNA, yang disebut ekson, yang kemudian disambung untuk membentuk molekul mRNA akhir. Dengan demikian, melalui penghapusan retensi intron dan ekson, sel dapat mengubah pesan yang diterima dari DNA dan mengontrol ekspresi gen.

Konsep kontrol gen telah diteliti secara menyeluruh pada bakteri. Dalam mikroorganisme ini, gen telah diidentifikasi sebagai gen struktural, gen regulator, dan gen kontrol (atau daerah kontrol). Tiga unit membentuk unit fungsional yang disebut operon.

Operon telah diperiksa secara rinci dekat dalam bakteri tertentu. Para ilmuwan telah menemukan, misalnya, bahwa karbohidrat tertentu dapat menginduksi kehadiran enzim yang dibutuhkan untuk mencerna karbohidrat tersebut. Ketika laktosa hadir, bakteri mensintesis enzim yang diperlukan untuk memecah laktosa. Laktosa bertindak sebagai molekul penginduksi dengan cara berikut: Dengan tidak adanya laktosa, gen regulator menghasilkan represor, dan represor mengikat ke daerah kontrol disebut operator. Pengikatan ini mencegah gen-gen struktural dari pengkode enzim untuk pencernaan laktosa. Ketika laktosa hadir, bagaimanapun, ia mengikat represor dan dengan demikian menghilangkan represor di lokasi operator. Dengan Operator situs bebas, gen-gen struktural bebas untuk menghasilkan enzim laktosa mencerna mereka.

Sistem operon pada bakteri menunjukkan bagaimana ekspresi gen dapat terjadi pada sel-sel yang relatif sederhana. Gen tidak aktif sampai dibutuhkan dan aktif ketika menjadi perlu untuk menghasilkan enzim. Metode lain kontrol gen yang lebih kompleks dan saat ini sedang diteliti.

Berbagai Macam Fungsi Protein Bagi Tubuh

Protein berjalan hampir di setiap proses metabolisme dalam tubuh Anda, dan mereka adalah bagian dari struktur setiap sel dalam tubuh Anda. Berikut adalah beberapa contoh.

struktur-protein-212×3001

Di antara banyak fungsi protein dalam tubuh adalah untuk membangun dan mengembangkan otot, dan memperbaiki sel yang rusak serta membuat yang baru, bila diperlukan. Protein juga apa yang membantu anak-anak tumbuh dari waktu menjadi janin dalam rahim sepanjang masa remaja. Terbuat dari asam amino, protein yang hadir dalam hewan dan sel manusia.

Secara lahiriah, protein keratin membentuk lapisan luar kulit Anda (epidermis Anda), kuku, dan rambut Anda. Salah satu alasan yang Anda butuhkan untuk mengambil protein setiap hari karena struktur eksternal tidak pernah berhenti tumbuh. Sedangkan manusia menyimpan lemak dan glukosa dalam tubuh mereka, tubuh benar-benartidak memiliki kelebihan protein tergeletak di sekitar.

adi, ketika ada defisit protein karena fakta bahwa protein diperlukan terus-menerus, protein akan dihapus dari tempat di tubuh di mana ia sedang digunakan. Misalnya, orang dengan anoreksia, yang tidak mengkonsumsi makanan yang cukup, akhirnya mulai memotong serat otot, seperti dari hati mereka, ketika protein dibutuhkan.

Di dalam, jaringan otot penuh dengan protein, dan tulang mengandung protein, juga. Sel darah merah mengandung hemoglobin, yang merupakan senyawa yang terbuat dari heme (mengandung besi dan membawa oksigen) dan globin (protein). Imunoglobulin adalah struktur protein yang dibuat oleh sistem kekebalan tubuh yang berfungsi sebagai antibodi untuk melawan invasi bakteri dan virus dalam tubuh Anda.

Protein juga bergabung dengan zat lain dalam tubuh untuk melakukan fungsi tertentu:

• Lipoprotein adalah kombinasi lipid (lemak) dan protein yang membawa kolesterol ke seluruh tubuh.
• Glikoprotein adalah kombinasi dari karbohidrat (gula) dan protein yang ditemukan dalam membran sel dan lendir saluran pencernaan, serta dalam matriks ekstraseluler. Mereka juga memainkan peran dalam penentuan golongan darah dan pengakuan sel, yang penting dalam pengembangan embrio.
• Phosphoproteins adalah kombinasi dari asam fosfat dan protein yang membuat protein utama dalam susu: kasein. Fosforilasi protein, terutama enzim, adalah cara utama mengatur aktivitas mereka.

Salah satu fungsi yang lebih penting dari protein, bagaimanapun, adalah ketika mereka bertindak sebagai enzim. Protein tertentu, yang dikenal sebagai enzim, ada semata-mata untuk membantu sistem pencernaan memecah makanan ke tempat penyimpanan dan transportasi energi. Gerakan energi adalah apa yang membantu nutrisi mengalir ke seluruh bagian tubuh. Enzim lain juga diperlukan untuk pembekuan darah. Tanpa katalis enzimatik, ancaman kesehatan yang serius dapat terjadi.

Enzim adalah protein yang berfungsi dalam proses kimia, seperti yang terjadi selama proses pencernaan. Enzim berfungsi sebagai katalis – yaitu, mereka membantu untuk mempercepat reaksi, tetapi tidak digunakan atau berubah selama reaksi. Ada enam jenis utama dari enzim:

• Ligases, yang bergabung dengan dua molekul bersama
• Lyases, yang memisahkan dua molekul terpisah
• Hidrolase, yang memisahkan dua molekul terpisah ketika air ditambahkan
• Isomerase, yang menciptakan isomer (struktur kimia yang berbeda yang memiliki rumus kimia yang sama)
• Oxidoreduktase, yang mengkatalisis oksidasi (elektron disumbangkan) reaksi dan pengurangan (elektron diterima) reaksi
• Transferase, yang kelompok kimia transfer dari satu senyawa ke yang lain

Fungsi lain dari protein dalam tubuh adalah untuk mendukung organ yang sehat, termasuk kulit, serta kelenjar yang memproduksi hormon. Tanpa protein, tubuh tidak mampu untuk memperbaiki molekul sel yang rusak, jaringan otot dan organ. Hal ini juga mampu membangun antibodi yang diperlukan untuk mendukung fungsi sistem kekebalan tubuh yang sehat.

Fungsi protein dalam tubuh banyak dan kompleks. Awalnya, bahan yang digunakan untuk membuat protein yang dikumpulkan dari 20 asam amino yang berbeda yang, ketika digabungkan, membuat beberapa jenis protein. Beberapa jenis asam amino yang penting bagi tubuh manusia, tetapi hanya dapat diperoleh dari sumber makanan seperti ikan, daging merah, ayam dan produk susu. Sayuran tertentu, kacang dan beras juga mengandung asam amino, tapi banyak dari ini kurang penting daripada yang berasal dari sumber pangan hewani.

Sangat mudah bagi banyak fungsi protein dalam tubuh untuk luput dari perhatian. Kebanyakan orang memiliki cukup protein untuk mendukung fungsi sel yang sehat, pengembangan antibodi dan pengembangan otot secara alami tanpa perlu membuat upaya khusus untuk melengkapi protein. Namun, individu dalam kekurangan protein, gejala seperti kelelahan, edema, hilangnya massa otot dan penyembuhan luka lambat cenderung terus berlangsung. Kekurangan protein yang tidak umum, tetapi mereka terjadi dan dapat paling sering ditemukan di antara orang yang hidup di daerah miskin di mana kurangnya akses ke makanan kaya protein berkontribusi terhadap gejala.

Untuk memastikan bahwa fungsi protein dalam tubuh didukung oleh asupan makanan yang memadai, para ahli merekomendasikan mengkonsumsi dua atau tiga sumber protein per hari. Menyajikan ukuran untuk setiap pilihan makanan mungkin berbeda. Pilihan makanan juga dapat bervariasi dari daging kaya protein ke berbagai produk susu, biji-bijian, kacang-kacangan atau berbagai kaya protein sumber nabati.

Mengenal Siklus Sel dan Pembelahan Sel

Studi tentang siklus sel berfokus pada mekanisme yang mengatur waktu dan frekuensi duplikasi DNA dan pembelahan sel. Sebagai konsep biologi, siklus sel didefinisikan sebagai periode antara divisi berturut-turut sel. Selama periode ini, isi sel harus akurat direplikasi.

siklus sel didefinisikan sebagai periode antara divisi berturut-turut sel. Selama periode ini, isi sel harus akurat direplikasi.

Mikroskop tahu tentang pembelahan sel selama lebih dari seratus tahun, tapi tidak sampai tahun 1950-an, melalui karya perintis Alma Howard dan Stephen Pelc, mereka menjadi sadar bahwa replikasi DNA berlangsung hanya pada tahap tertentu dari siklus sel dan bahwa fase ini jelas terpisah dari mitosis. Karya Howard dan Pelc mengungkapkan bahwa sel melewati banyak fase diskrit sebelum dan sesudah pembelahan sel. Dari pemahaman ini, para ilmuwan kemudian mengidentifikasi empat fase karakteristik dari siklus sel: mitosis (M), gap 1 (G1), sintesis DNA (S), dan gap 2 (G2). Penelitian fase ini, protein yang mengatur mereka, dan interaksi biokimia yang kompleks yang berhenti atau memulai replikasi DNA dan pembelahan sel (sitokinesis) adalah perhatian utama dari ahli biologi siklus sel.

Kemajuan paling signifikan dalam bidang penelitian datang dengan demonstrasi protein kompleks spesifik yang melibatkan siklin yang penting untuk mengatur perjalanan sel melalui siklus sel. Pengamatan awal ini berasal dari studi biologis sel-sel telur katak membelah dengan cepat dibuahi seperti halnya sel ragi mutan yang tidak bisa membagi. Pengamatan menunjukkan bahwa regulasi siklus sel dilestarikan sepanjang eukariota, yang sejak saat itu terbukti menjadi kasus. Mekanisme pembagian pada bakteri berbeda dari eukariota, dan kontrol siklus sel mereka juga agak berbeda, meskipun ini lagi terkait dengan replikasi DNA.

Meskipun siklus sel adalah proses yang sangat terintegrasi, daerah yang berbeda kepentingan dalam bidang studi ini telah muncul. Misalnya, banyak gen dan protein yang mempengaruhi bagian dari satu fase dari siklus sel yang lain telah diidentifikasi. Ketika ekspresi mereka diubah oleh mutasi atau peraturan menyimpang, mereka biasanya digolongkan sebagai onkogen. Protein lain bertindak untuk menahan sel pada titik-titik yang berbeda dalam siklus (pos pemeriksaan) dan dikenal sebagai gen supresor tumor. Selain dari mereka dengan peran regulasi yang jelas, banyak protein memiliki fungsi penting dalam aspek-aspek lain dari siklus sel, salah satunya adalah replikasi DNA dan organel, yang merupakan proses menarik yang mencakup mekanisme perbaikan sendiri dan self-editing. Bidang lain fokus terutama pada proses mekanis pembelahan sel menjadi dua sel anak pada akhir mitosis dan di kondensasi dan decondensation kromatin.

Bagaimana siklus sel mempengaruhi kehidupan kita sehari-hari?

Memang, sebagian besar kanker adalah hasil dari pembelahan sel yang tidak pantas, seringkali berasal dari penyimpangan dalam regulasi siklus sel normal. Penelitian yang cukup diarahkan untuk mengidentifikasi perubahan dalam pengaturan protein siklus sel, baik sebagai target untuk intervensi terapeutik dan sebagai penanda biologis yang dapat menunjukkan prognosis untuk tumor. Selain itu, bidang biologi sel induk berhubungan erat dengan regulasi siklus sel karena sel-sel pluripoten dapat membagi perlahan-lahan selama jangka waktu yang lama dan belum memulai pertumbuhan dan diferensiasi bila diperlukan. Daerah lain penelitian saat ini termasuk menyelidiki regulasi siklus sel dalam pertumbuhan organ dan regenerasi, di mana sel-sel dorman dapat diaktifkan kembali ke dalam kondisi replikatif.

Bagaimana ilmuwan mempelajari siklus sel? Awalnya, studi siklus sel adalah pelestarian mikroskopi, tapi hari ini banyak teknik-teknik khusus selain yang banyak digunakan dalam sel dan biologi molekuler diterapkan. Pemilahan sel ‘aktifasi-fluoresensi’ telah memungkinkan ahli biologi untuk kedua mengidentifikasi sel-sel pada titik-titik tertentu dari siklus sel dan mengisolasi mereka. Hal ini dimungkinkan untuk memantau bagaimana sel-sel yang telah terkena agen yang berbeda dapat kemajuan melalui siklus. Pusat untuk identifikasi dan isolasi gen kunci telah memiliki kemampuan untuk mengisolasi sel-sel ragi mutan sensitif temperatur yang dapat diblokir pada tahap tertentu dari siklus untuk studi lebih dekat. Kemampuan untuk menyinkronkan kultur sehingga semua sel berada pada titik yang sama dalam siklus sel juga telah menjadi anugerah untuk menangkap sekilas mekanisme umum dan mengisolasi protein kunci.

Meskipun kita sekarang tahu banyak tentang regulasi siklus sel, jelas bahwa kita memiliki jalan panjang untuk pergi, khususnya dalam memahami kompleksitas interaksi antara berbagai besar protein yang sudah diidentifikasi. Penelitian saat ini telah mengidentifikasi sejumlah besar jalur sinyal, banyak terdiri dari beberapa gen, yang terlibat dalam mengatur perkembangan melalui siklus. Beberapa jalur tersebut dapat berinteraksi, dan pengetahuan tentang interaksi ini akan sangat penting untuk mengembangkan strategi yang efektif untuk intervensi dalam kanker dan kelainan pertumbuhan lainnya, seperti cacat perkembangan. Selain itu, bagaimana siklus sel merespon kerusakan DNA merupakan bidang penelitian aktif karena penyimpangan acak dalam replikasi dan bahkan racun lingkungan dapat mempengaruhi untai DNA yang rentan.

Pada akhirnya, keberhasilan terapi stem berbasis sel akan tergantung pada pengetahuan rinci tentang bagaimana sel dapat dipertahankan melalui berbagai divisi tanpa kehilangan potensi mereka untuk membedakan atau berubah menjadi prekursor tumor. Studi tentang siklus sel memiliki relevansi besar bagi kesehatan, kesejahteraan, dan biologi dari semua organisme, dari pertumbuhan dan perkembangan organisme ini, kanker dan penuaan manusia, dengan potensi untuk penyakit dan perbaikan cedera melalui terapi stem sel .