Langkah-langkah utama yang terlibat dalam mekanisme Sintesis Protein adalah 1. Transkripsi dan 2. Translasi!
Biosintesis protein berada di bawah kendali langsung DNA dalam banyak kasus atau di bawah kendali RNA genetik di mana DNA tidak ada.
Informasi untuk struktur polipeptida disimpan dalam rantai polinukleotida. Pada tahun 1958 Crick mengusulkan bahwa informasi yang ada dalam DNA (dalam bentuk urutan basa) ditransfer ke RNA dan kemudian dari RNA ditransfer ke protein (dalam bentuk urutan asam amino), dan informasi ini tidak mengalir di arah sebaliknya, yaitu dari protein ke RNA ke DNA.
Molekul DNA memberikan informasi untuk replikasi mereka sendiri. Hubungan antara molekul DNA, RNA dan protein ini dikenal sebagai dogma sentral. Temin (1970) melaporkan bahwa retrovirus mengoperasikan pembalikan dogma sentral (aliran informasi terbalik) atau feminisme di dalam sel inang.
RNA genomik dari virus ini pertama-tama mensintesis DNA melalui transkripsi terbalik; proses ini dikatalisis oleh enzim reverse transcriptase, DNA kemudian mentransfer informasi ke messenger RNA yang berperan dalam translasi informasi yang dikodekan untuk membentuk polipeptida.
Mekanisme Sintesis Protein:
(i) Dua langkah utama terlibat dalam sintesis protein; (i) transkripsi, melibatkan transfer informasi genetik dari DNA ke mRNA, dan (ii) translasi, melibatkan translasi bahasa asam nukleat menjadi bahasa protein.
I. Transkripsi:
Transfer informasi genetik dari DNA ke mRNA dikenal sebagai transkripsi. Sebuah RNA polimerase tunggal melakukan sintesis semua RNA (termasuk mRNA, rRNA dan tRNA) pada bakteri. Eu karyotes, di sisi lain mengandung setidaknya tiga polimerase RNA yang berbeda.
Salah satunya terletak di nukleolus ditunjuk sebagai RNA polimerase I atau ‘A’ dan bertanggung jawab untuk sintesis rRNA. RNA polimerase eukariotik kedua ditemukan dalam nukleoplasma, disebut sebagai RNA polimerase II atau ‘B’ dan bertanggung jawab untuk sintesis prekursor mRNA yang disebut RNA nuklir heterogen (HnRNA).
RNA polimerase eukariotik ketiga juga ditemukan dalam nukleoplasma dan disebut RNA polimerase III atau ‘C’ yang bertanggung jawab untuk sintesis 5S RNA dan tRNA. Eukariota juga mengandung RNA polimerase lain di mitokondria dan plastida.
RNA polimerase bakteri terdiri dari empat rantai polipeptida yang berbeda: enzim inti x (dua rantai ∞ dan satu rantai tunggal masing-masing β’ dan β) dan faktor sigma (a)
- Transkripsi mRNA dari DNA:
Di hadapan enzim RNA polimerase yang bergantung pada DNA, pesan genetik yang dikodekan dalam DNA ditranskripsi menjadi mRNA. Dua untai molekul DNA spesifik mengurai dan salah satu dari dua untai ini, bertindak sebagai templat (untai ini disebut untai antisense), dari mana urutan nukleotida yang tepat ditranskripsi menjadi molekul mRNA. Akibatnya, urutan dasar molekul mRNA saling melengkapi dengan untai antisense yang berfungsi sebagai cetakannya. Seperti sintesis DNA, sintesis RNA juga berlangsung dari arah 5′ ke 3′ (5′-»3′).
(a) Transkripsi pada prokariota:
Pada bakteri hanya RNA polimerase tunggal yang mengkatalisis sintesis berbagai jenis RNA. RNA polimerase terdiri dari empat rantai polipeptida (αββ’α 2 ) yang merupakan enzim inti dan faktor sigma (σ), yang secara longgar melekat pada enzim inti. Faktor sigma membantu pengenalan sinyal awal pada molekul DNA dan mengarahkan RNA polimerase dalam memilih situs inisiasi. Dengan tidak adanya σ, enzim inti memulai sintesis RNA secara acak.
Setelah sintesis RNA dimulai, enzim terdisosiasi dan inti menyebabkan pemanjangan mRNAA.
Mekanisme transkripsi pada prokariota dengan demikian melibatkan langkah- langkah berikut:
- Mengikat holoenzim RNA polimerase ke situs promotor. Sejumlah besar lokasi tersebut, sebagian besar sebelum titik awal (yaitu hulu), tetapi jarang juga setelah titik awal (yaitu, hilir), telah teridentifikasi.
- Unwinding DNA, mengarah ke pemisahan dua untai yang hanya satu yang ditranskripsi.
- Disosiasi faktor sigma (a).
- Pemanjangan transkrip mRNA dengan bantuan enzim inti.
- Terminasi sintesis mRNA disebabkan oleh terminasi kodon pada DNA. Pada bakteri sinyal terminasi ini dikenali oleh faktor rho (P).
(b) Transkripsi mRNA pada eukariota:
Pada eukariota setidaknya ada dua jenis RNA polimerase. RNA polimerase-A bertanggung jawab untuk sintesis rRNA. RNA polimerase-B menghasilkan sintesis Hn-RNA (RNA nuklir heterogen, dari DNA. Urutan sekitar 200 nukleotida asam adenilat—poli A (asam poli-adenilat) menempel pada ujung 3′ Hn- RNA. Secara bersamaan Hn-RNA hancur pada ujung 5. Produk akhir dikenal sebagai poli-A-mRNA.
Ini berdifusi keluar dari nukleus ke dalam sitoplasma, di mana ia digunakan untuk sintesis protein (Kedua ujungnya membawa urutan nukleotida spesifik. Ujung 5′ molekul mRNA memiliki 7-metil guanosin, sedangkan ujung 3′ berakhir dalam urutan poli A. Urutan nukleotida pada kedua ujung semua molekul mRNA adalah sama, oleh karena itu molekul mRNA dikatakan memiliki ujung yang bertanda.
Pembentukan Aminoacyl-tRNA:
Studi oleh Lipmann dan rekan kerja selama tahun 1950 menunjukkan bahwa asam amino menempel pada molekul tRNA: lampiran ini memiliki dua langkah berikut:
- Langkah pertama terdiri dari pengaktifan asam amino; molekul asam amino bereaksi dengan molekul ATP (adenosin trifosfat) untuk menghasilkan molekul aminoasil-AMP (amino-asil adenilat) dan satu molekul pryophosphate (PP).
- Pada langkah kedua, asam amino dari molekul aminoasil-AMP dipindahkan ke molekul tRNA spesifik dan molekul AMP (adenosin monofosfat) dilepaskan.
Kedua reaksi dikatalisis oleh enzim yang sama, sintetase aminoasil-tRNA. Kompleks asam amino-AMP terikat erat dengan enzim selama seluruh reaksi. Gugus karboksil dari asam amino bereaksi dengan gugus -OH dari residu fosfat AMP untuk membentuk aminoasil adenilat, sementara itu menempel pada salah satu gugus -OH dari ribosa nukleotida adenin terminal untuk menghasilkan aminoasil-tRNA.
Setiap asam amino memiliki aminoacyl tRNA-synthetase yang berbeda, dan beberapa asam amino mungkin memiliki lebih dari satu enzim pengaktif.
II. Terjemahan:
Langkah translasi melibatkan translasi bahasa asam nukleat (tersedia dalam bentuk mRNA) ke dalam bahasa protein.
Proses penerjemahan dapat dibagi menjadi langkah-langkah berbeda berikut ini:
(1) inisiasi
(2) pemanjangan dan
(3) penghentian.
- Inisiasi rantai polipeptida:
Inisiasi rantai polipeptida selalu dibawa oleh asam amino metionin, yang dikodekan oleh kodon AUG. Pada E.coli dua tRNA berbeda menerima methionine—(i) tRNA m bertemu (nonformylatable tRNA) dan (ii) tRNA f bertemu (formylatable tRNA). tRNA f mot menyimpan metionin terformilasi sebagai asam amino pertama dari rantai polipeptida dan dengan demikian memulai pembentukan rantai polipeptida. tRNA m bertemu dengan endapan metionin pada posisi interkalar dalam rantai pasang polipep.
Artinya setiap pesan dimulai dengan kodon AUG.
(i) Inisiasi rantai polipeptida pada prokariota:
Pada prokariota, inisiasi disebabkan oleh metionin terformilasi.
Pada E.coli formylated methion ine diambil oleh tRNA berbeda yang ditunjuk oleh tRNA f met (formylatable tRNA). Metionin pada posisi terkalar dalam rantai polipeptida diendapkan oleh tRNA-tRNA lain yang bertemu (nonformylatable tRNA).
Metionin yang diformulasikan menempel pada tRNA f met membentuk f-met-tRNA f met . Subunit kecil ribosom (30S) melekat pada ujung 5′ mRNA yang membawa kodon AUG untuk membentuk kompleks inisiasi (30S-mRNA). Ini difasilitasi oleh faktor protein inisiasi 1F 3 f-met-tRNA f bertemu dengan kompleks inisiasi membentuk 30S-mRNA-f-met-tRNA f bertemu ; faktor inisiasi 1F 2 sangat penting untuk langkah ini. Ini bergabung dengan subunit besar (50S) menyelesaikan pembentukan ribosom 70S. Asosiasi ini memanfaatkan energi akibat pembelahan satu molekul GTP.
- Pemanjangan Rantai Polipeptida:
Setelah pembentukan kompleks 70S-mRNAf-met-tRNA f bertemu , pemanjangan rantai polipeptida terjadi dengan penambahan asam amino secara teratur dalam langkah-langkah berikut:—
(i) Pengikatan AA-tRNA di situs-A subunit ribosom yang lebih besar:
Kemungkinan besar kompleks tRNA aminoasil (AA-tRNA/- Met-tRNA t bertemu melekat pada situs akseptor pada subunit ribosom yang lebih besar (situs A) dan rantai peptida pembawa tRNA melekat pada situs peptidil atau donornya (P – situs). Proses ini melibatkan molekul GTP yang menyediakan energi yang diperlukan. TRNA aminoasil kedua menempel pada situs-A dan berikatan dengan kodon GCU kedua pada mRNA. Situs-A untuk lampiran tRNA.
(ii) Pembentukan ikatan peptida:
Ikatan peptida terbentuk antara gugus COOH dari peptidil tRNA di situs-P dan gugus-NH2 dari aminoasil tRNA di situs-A. Setelah pembentukan ikatan peptida, tRNA dari situs-P dilepaskan dan rantai polipeptida ditransfer ke tRNA yang ada di situs-A.
(iii) Gerakan tRNA peptidil dari situs-A ke situs-P:
Segera setelah tRNA dari situs-P dilepaskan, peptidil-tRNA dari situs-A bergeser kembali ke situs-P. Prosesnya selesai dengan bantuan molekul GTP dan transfer factor atau enzim translocase.
Selama proses ini ribosom bergeser sepanjang mRNA ke arah 5-3′, sehingga kodon berikutnya pada mRNA tersedia di situs-A. Ini membutuhkan faktor G dan GTP.
Saat satu ribosom bergerak sepanjang mRNA, titik inisiasi pada mRNA menjadi bebas. Ini dapat membentuk kompleks inisiasi dengan subunit 30S dari ribosom lain. Dengan cara ini, sejumlah ribosom menempel pada satu molekul mRNA. Kompleks ini dikenal sebagai kompleks poliribosom.
Selama proses sintesis protein, sejumlah ribosom dapat terlihat melekat pada molekul mRNA tunggal pada satu waktu, masing-masing dengan rantai polipeptida yang sedang terbentuk, ukuran rantai polipeptida pada ribosom yang berbeda menjadi berbeda.
Masih ada lagi faktor inisiasi IF1; yang merupakan yang terkecil dari tiga faktor inisiasi (IF1- 9500 dalton, IF2 – 73.000 dalton; IF3 = 23.000 dalton) dan yang perannya tidak dipahami dengan jelas. Itu bisa berkaitan dengan membantu pelepasan IF2 dari kompleks inisiasi.
(iv) Inisiasi rantai polipeptida pada eukariota:
Pada eukariota, inisiasi rantai polipeptida dibawa oleh met-tRNA khusus tetapi metioninnya tidak terformilasi (karena tRNA f bertemu tidak ada pada tanaman dan enzim transformasi tidak ada pada hewan). Pada eukariota, unit yang lebih kecil (40 S) dari ribosom berasosiasi dengan tRNA inisiator yang dikenal sebagai tRNAy f met .
40S + Met-tRNA saya bertemu 40S- Met-tRNA saya bertemu
40S – Met-tRNA + mRNA –> 40S-mRNA-met- tRNA bertemu
40S – mRNA-bertemu-tRNA saya bertemu + 60S –> 80S -mRNA-bertemu- tRNA saya bertemu
Dalam eukariota setidaknya ada sepuluh faktor inisiasi yang berbeda. Ini adalah elF1, eIF2, eIF3, eIF4A, eIF4B, eIF4C, eIF4D, eIF4F, eIF5 dan eIF6. eIF3 dan eIF2 analog dengan IF2 dan IF3 prokariota.
- Pengakhiran Polipeptida:
Ini disebabkan oleh adanya salah satu dari tiga kodon terminasi, yaitu UAA, UAG dan UGA. Kodon terminasi ini dikenali oleh salah satu dari dua faktor pelepasan RF1 dan RF2 pada E.coli. Dari faktor pelepasan ini RF1 mengenali UAA dan UAG, sedangkan RF2 mengenali UGA dan UAA. Mereka membantu ribosom untuk mengenali kembar tiga ini.
Faktor pelepasan tampaknya bekerja pada A’ karena tRNA penekan yang mampu mengenali kodon terminasi dapat bersaing dengan faktor pelepasan dengan masuk ke situs A’. Faktor rilis ketiga RF3 tampaknya merangsang aksi RF1 dan RF2.
Untuk reaksi pelepasan, tRNA polipeptidil harus ada di situs ‘P’ dan faktor pelepasan membantu dalam pemisahan gugus karboksil antara polipeptida dan tRNA terakhir yang membawa rantai ini. Polipeptida kemudian dilepaskan dan ribosom berdisosiasi menjadi dua subunit dengan bantuan IF-3.
Pada eukariota hanya satu faktor pelepasan yang diketahui, yaitu eRF1.
- Modifikasi Rantai Polipeptida yang Dirilis:
Gugus formil dari asam amino pertama, metionin, dari rantai polipeptida yang dilepaskan dihilangkan oleh enzim deformilase. Beberapa enzim lain seperti ekspeptidase menghilangkan beberapa asam amino baik dari ujung terminal-N atau ujung terminal-C atau dari kedua ujung rantai polipeptida. Akhirnya rantai polipeptida ini sendiri atau bersama dengan rantai lain dilipat untuk mengambil struktur tersier atau kuaterner dan dimodifikasi menjadi enzim fungsional.