Sintesis Protein: Mesin dan Mekanisme Sintesis Protein

Baca artikel ini untuk mempelajari tentang Sintesis Protein: Mesin dan Mekanisme Sintesis Protein !

Mesin untuk Sintesis Protein:

Ini terdiri dari ribosom, asam amino, mRNA, tRNA dan amino asil tRNA sintetase. mRNA berfungsi sebagai template yang memiliki informasi genetik.

Sumber Gambar : wieber.weebly.com/uploads/1/3/2/0/13208982/8301870_orig.jpg?0

Ribosom adalah tempat sintesis protein. tRNA membawa asam amino yang diinginkan, membaca informasi genetik dan menempatkan asam amino di tempat yang tepat. RNA terbentuk di atas DNA selama transkripsi sementara sintesis protein terjadi di sitoplasma di atas ribosom.

Keduanya terpisah baik dalam ruang maupun waktu. Ini mencegah pencampuran bahan mentah, melindungi DNA dari enzim pernapasan dan mesin ribosom dari nuklease.

1. Ribosom (Gbr. 6.27):

Sintesis protein terjadi di atas ribosom. Oleh karena itu, ribosom juga disebut pabrik protein. Setiap ribosom memiliki dua bagian yang tidak sama, kecil dan besar. Subunit ribosom yang lebih besar memiliki alur untuk mendorong keluar polipeptida yang baru terbentuk dan melindunginya dari enzim seluler.

Subunit yang lebih kecil cocok dengan yang lebih besar seperti topi tetapi meninggalkan terowongan untuk mRNA. Kedua subunit bergabung hanya pada saat pembentukan protein. Fenomena itu disebut asosiasi. Mg ²⁺ sangat penting untuk itu. Segera setelah selesainya sintesis protein, subunit terpisah. Fenomena itu disebut disosiasi.

Ribosom biasanya membentuk roset atau kelompok heliks selama sintesis protein aktif. Mereka dikenal sebagai poliribosom atau polisom (Rich, 1963). Ribosom yang berbeda dari polisom disatukan oleh untaian RNA kurir. Polyribosome membantu menghasilkan sejumlah salinan polipeptida yang sama. Ribosom yang berdekatan dari poliribosom berjarak sekitar 340 A atau 34 nm. Bagian-bagian berbeda dari ribosom yang terhubung dengan sintesis protein adalah:

(i) Terowongan untuk mRNA. Itu terletak di antara dua subunit.

(ii) Alur untuk melewatkan polipeptida yang baru disintesis. Alur adalah bagian dari subunit yang lebih besar.

(iii) Ada tiga situs reaktif—P (D), A dan E (Gambar 6.28). Situs-P (transfer peptidil atau situs donor) bersama-sama disumbangkan oleh dua subunit ribosom. Situs Р(amino-asil atau situs akseptor) terletak di subunit ribosom yang lebih besar. Itu menghadap terowongan antara dua subunit. E atau situs keluar adalah bagian dari subunit yang lebih besar yang menghadap situs terowongan.

(iv) Enzim peptidil transferase adalah ribozim. Ini adalah komponen dari subunit ribosom yang lebih besar (23S rRNA pada prokariota).

(v) Subunit ribosom yang lebih kecil memiliki titik untuk mengenali mRNA dan area pengikatan untuk faktor inisiasi.

2. Asam Amino:

Ratusan jenis protein yang berbeda dapat diproduksi dalam satu sel. Semua jenis protein terbentuk dari asam amino yang sama. Ini adalah pengaturan asam amino dalam polipeptida dan jumlah yang terakhir yang memberikan kekhususan pada protein. Ada sekitar 20 asam amino dan amida yang merupakan blok bangunan atau monomer protein. Mereka terjadi di kumpulan seluler.

3.mRNA:

Ini adalah messenger RNA yang membawa informasi kode dari DNA dan mengambil bagian dalam translasinya dengan membawa asam amino dalam urutan tertentu selama sintesis polipeptida.

Namun, kodon mRNA tidak dikenali oleh asam amino tetapi oleh antikodon dari molekul adaptornya (tRNA —> аа-tRNA). Terjemahan terjadi di atas ribosom. MRNA yang sama dapat digunakan berulang kali. Dalam bentuk polisom, dapat membantu mensintesis sejumlah salinan secara bersamaan.

4. tRNA:

Mereka adalah RNA transfer atau larut yang mengambil asam amino tertentu (pada CCA atau ujung 3) dalam proses yang disebut pengisian. TRNA bermuatan mengambil yang sama ke mRNA melalui kodon tertentu yang sesuai dengan antikodonnya.

Sebuah tRNA hanya dapat mengambil asam amino tertentu meskipun asam amino dapat ditentukan oleh 2-6 tRNA. Setiap tRNA memiliki area untuk bersentuhan dengan ribosom (T ¥ C) dan enzim amino asil tRNA sintetase (DHU).

5. Amino-Asil tRNA-Sintetase:

Ini adalah enzim yang membantu menggabungkan asam amino dengan tRNA khususnya. Enzim ini spesifik untuk setiap asam amino. Ini juga disebut enzim pengaktif aa.

Mekanisme Sintesis Protein (Gbr. 6.29—31):

1. (a) Aktivasi Asam Amino:

Ini dilakukan dengan mengaktifkan enzim, yang dikenal sebagai sintetase tRNA aminoasil (Zamecnik dan Hoagland, 1957). Di hadapan ATP, asam amino bergabung dengan sintetase aminoasil-tRNA spesifiknya. Mg2 ⁺ diperlukan.

Ini menghasilkan kompleks enzim amino-asil-adenilat. Energi yang tersedia untuk asam amino selama aktivasi kemudian digunakan dalam pembentukan ikatan peptida.

Hidrolisis pirofosfat dengan bantuan enzim pirofosfatase memberikan energi untuk menggerakkan reaksi awal.

(b) Pengisian atau Aminoasilasi tRNA:

Kompleks bereaksi dengan tRNA spesifik untuk asam amino membentuk kompleks aminoasil-tRNA. Enzim dan AMP dilepaskan. tRNA yang dikomplekskan dengan asam amino kadang-kadang disebut tRNA bermuatan. Asam amino terkait dengan ujung 3-OH tRNA yang dianggap sebagai – gugus COOH,

2. Inisiasi:

Ini membutuhkan faktor yang disebut faktor inisiasi. Ada tiga faktor inisiasi pada prokariota − IF3, IF2 dan IF1. Eucaryotes memiliki sembilan faktor inisiasi − eIF2, eIF3, eIF1, eIF4A, eIF4B, eIf4C, eIF4D, eIF5, eIF6. Dari IF3 atau eIF2 ini melekat pada subunit ribosom yang lebih kecil dalam keadaan terdisosiasi. GTP diperlukan. mRNA menempel pada subunit ribosom yang lebih kecil di wilayah tutupnya.

Tutupnya memiliki nukleotida yang melengkapi ­nukleotida yang ada di ujung 3′ rRNA. Lampiran sedemikian rupa sehingga kodon inisiasi mRNA (AUG atau GUG) datang untuk berbaring di situs-P. Faktor inisiasi yang sudah ada dalam subunit yang lebih kecil mengkatalisis reaksi (eIF2 pada eukariota dan IF3 pada prokariota).

Kompleks tRNA aminoasil khusus untuk kodon inisiasi (metionin-tRNA atau valin-tRNA) mencapai situs-P (situs-D). Antikodon (misalnya, UAC dari tRNA ^Met ) membentuk ikatan hidrogen sementara dengan kodon inisiasi (misalnya, AUG) dari mRNA. Reaksi kodon-antikodon terjadi dengan adanya faktor inisiasi eIF3 pada eukariota dan IF2 pada prokariota. Langkah tersebut juga membutuhkan energi yang disediakan oleh GTP.

Metionin awal yang menerima tRNA diisi dengan metionin non-formilasi ­(tRNA m ^Met ) dalam sitoplasma eukariota dan metionin terformilasi (tRNA f ^Met ) dalam prokariota, plastida, dan mitokondria. tRNA yang terlibat dalam transfer metionin berformilasi berbeda dari tRNA yang mentransfer metionin nonformilasi.

Dengan adanya Mg ²⁺ , subunit ribosom yang lebih besar sekarang bergabung dengan kompleks ^{Met 40S-mRNA-tRNA} untuk membentuk ribosom utuh. Ini membutuhkan faktor inisiasi IF1 pada prokariota dan faktor elFl, eIF4 (Ð , Ð’, C) pada eukariota. Pertemuan dua subunit ribosom disebut asosiasi. Ribosom utuh membungkus kompleks mRNA-tRNA yang ada di situs-P tetapi tetap membuat situs Ð tetap terbuka.

3. Pemanjangan (Pembentukan Rantai Polipeptida). Kompleks tRNA aminoasil mencapai situs Ð dan menempel pada kodon mRNA di sebelah kodon inisiasi dengan bantuan antikodonnya. Langkah tersebut membutuhkan GTP dan faktor elongasi (eEFl pada eucaryotes dan EF-Tu serta EF-Ts pada procaryotes).

Telah ditemukan bahwa pada Escherichia coli protein yang paling melimpah adalah faktor pemanjangan (EF-Tu). Ikatan peptida (—CO —NH—) terbentuk antara gugus karboksil (—COOH) dari asam amino yang melekat pada tRNA di situs-P dan gugus amino (—NH-7) dari asam amino asam yang melekat pada tRNA di situs Ð.

Reaksi ini dikatalisis oleh enzim peptidil transferase yang merupakan enzim RNA. Karena itu, gugus NH ₂ dari asam amino pertama diblokir agar tidak terlibat dalam pembentukan ikatan peptida dengan asam amino lain. Dalam prosesnya, hubungan antara tRNA dan asam amino di situs-P terputus. TRNA bebas dari situs-P meluncur ke situs-E dan dari sana ke luar ribosom dengan bantuan faktor-G. Situs Ð membawa kompleks peptidil tRNA.

Segera setelah pembentukan ikatan peptida pertama dan tergelincirnya tRNA yang dibebaskan dari situs-P, ribosom atau mRNA berputar sedikit. Prosesnya disebut translokasi. Ini membutuhkan faktor yang disebut translocase (EF-G pada prokariota dan eEF2 pada eukariota) dan energi dari GTP. Sebagai hasil translokasi, kodon Ð-site bersama dengan kompleks peptidil-tRNA mencapai situs-P. Kodon baru diekspos di situs Ð. Ini menarik kompleks tRNA aminoasil baru.

Proses pembentukan ikatan dan translokasi berulang. Satu per satu semua kodon mRNA terpapar di situs Ð dan didekodekan melalui penggabungan ­asam amino dalam rantai peptida.

Rantai peptida memanjang. Rantai peptida atau polipeptida yang memanjang terletak pada alur subunit ribosom yang lebih besar untuk melindungi diri dari enzim seluler karena rentan terhadap kerusakan karena sifatnya yang memanjang. Formasi helix dimulai dari kejauhan dengan bantuan chaprones.

Banyak energi yang dikonsumsi dalam sintesis protein. Untuk setiap asam amino tunggal yang tergabung ­dalam rantai peptida, satu molekul ATP dan dua GTP digunakan.

4. Pemutusan:

Sintesis polipeptida dihentikan ketika kodon mRNA yang tidak masuk akal mencapai situs Ð. Ada tiga kodon yang tidak masuk akal— UAA (oker), UAG (kuning), dan UGA (opal). Kodon ini tidak dikenali oleh tRNA mana pun. Oleh karena itu, tidak ada lagi tRNA aminoasil yang mencapai situs Ð.

TRNA situs-P dihidrolisis dan polipeptida lengkap dilepaskan dengan adanya faktor pelepas yang bergantung pada GTP. Ini adalah tunggal (eRFl) pada eukariota dan dua (RF1 dan RF2) pada prokariota. Pada procaryotes RF1 khusus untuk UAG dan UAA. RF2 khusus untuk UAA dan UGA. RF3 yang bergantung pada GTP (eRF3 dalam ragi) diperlukan untuk melepaskan RF dari ribosom.

Ribosom bergerak di atas kodon yang tidak masuk akal dan melepaskan rantai mRNA. Dua subunit ribosom terpisah atau mengalami disosiasi dengan adanya faktor disosiasi (DF).

Pada prokariota, metionin terformilasi umumnya merupakan asam amino inisiasi. Ini dapat mengalami deformasi (dengan bantuan enzim deformilase) atau kadang-kadang dihilangkan dari polipeptida (oleh enzim aminopeptidase). Metionin awal biasanya tidak disimpan dalam eukariota.

Pada suatu waktu beberapa polipeptida disintesis dari mRNA yang sama oleh poliribosom di mana sejumlah ribosom melekat pada untai mRNA yang sama. Setiap ribosom dari poliribosom membentuk jenis polipeptida yang sama. Pembentukan sejumlah salinan polipeptida yang sama secara bersamaan dari mRNA dengan bantuan polisomik disebut amplifikasi translasi.

Saat dilepaskan dari ribosom, polipeptida hanya memiliki struktur primer. Ini melilit dan melipat lebih jauh untuk memiliki struktur sekunder dan tersier. Suatu polipeptida dapat diasosiasikan dengan polipeptida lain untuk menghasilkan struktur i-lipit yang kemudian membentuk struktur tersier dan kuartemari.

Dalam kasus poliribosom sitoplasma bebas, polipeptida atau protein dilepaskan dalam sitoplasma (sitosol) di mana mereka digunakan untuk sintesis lebih banyak sitoplasma ­, beberapa enzim dan komponen organel sel seperti nukleus, mikrotubulus, mikrofibril, mikrobodi, dll.

Beberapa protein juga memasuki komposisi organel semi-otonom seperti plastida dan mitokondria meskipun mereka membuat sendiri sebagian dari kebutuhan protein mereka dengan poliribosom mereka sendiri. Poliribosom yang melekat pada membran retikulum endoplasma menghasilkan protein yang dapat masuk ke dalam lumennya (Gambar 6.27 B) atau menjadi terintegrasi ke dalam membrannya.

Protein yang dilepaskan ke lumen ER umumnya mencapai aparatus Golgi untuk modifikasi seperti pembentukan enzim hidrolitik dan glikosilasi (penambahan residu gula). Protein yang dimodifikasi dikemas dalam vesikel untuk ekspor atau pembentukan lisosom, enzim dinding sel, membran plasma, dll.

Sintesis protein dihambat pada bakteri oleh antibiotik tertentu. Ini membentuk dasar untuk mengobati infeksi bakteri tertentu.

Penghambatan Sintesis Protein Bakteri Antibiotik:

Antibiotika

Memengaruhi

Streptomisin Tetrasiklin Kloramfenikol Eritromisin Neomisin Puromisin Rifampisin dan Aktinomisin

Menghambat inisiasi terjemahan dan menyebabkan salah baca. Menghambat pengikatan aminoacyl-tRNA ke ribosom Menghambat transferase peptidil dan pembentukan ikatan peptida. Menghambat translokasi mRNA sepanjang ribosom Menghambat interaksi tRNA dengan mRNA. Mengikat terminal-c rantai peptida yang sedang tumbuh dan menyebabkan penghentian dini rantai polipeptida protein pada prokariota dan eukariota. Menghambat sintesis RNA dengan menghambat RNA polimerase.