Mekanisme sintesis protein pada ribosom 70S meliputi tahapan sebagai berikut:
1. Transkripsi:
Proses sintesis protein dimulai dengan pelepasan untaian molekul DNA. Satu untai molekul DNA bertindak sebagai cetakan untuk pembentukan mRNA. MRNA dibentuk sesuai dengan kode triplet DNA melalui proses penyalinan atau transkripsi.
Gambar Courtesy: images.fineartamerica.com/false-color-tem-of-ribosom-photo-researchers-inc.jpg
Segera setelah mRNA terbentuk, ia meninggalkan nukleus dan mencapai sitoplasma di mana ia menempel dengan subunit 30S ribosom. MRNA membawa kodon triplet untuk sintesis protein.
2. Penempelan mRNA dengan ribosom 30S dan pembentukan poliribosom:
Dalam sel prokariotik telah diamati bahwa sebelum proses sintesis protein, ribosom terjadi dalam keadaan terdisosiasi dan tidak aktif. MRNA berikatan dengan subunit ribosom 30S dengan adanya faktor protein F2 . Segera N-formylmethionyl-tRNA (F-met-t RNAf) berasal dari sitoplasma dan berikatan dengan kodon triplet pertama (AUG atau AUA) dari mRNA untuk memulai proses sintesis protein dan membentuk kompleks inisiasi.
Pembentukan kompleks inisiasi dibantu oleh GTP (Guanosine triphosphate) dan 3 faktor protein (F 1 , F 2 dan F 3 ). Setelah pembentukan kompleks inisiasi, subunit ribosom 30S bersatu dengan subunit ribosom 50S untuk membentuk ribosom 70S. Penyatuan subunit ribosom terjadi dengan adanya ion Mg++ dan faktor F1 dan F2 .
Kode mRNA tidak hanya dibaca oleh satu ribosom tetapi banyak ribosom bergerak dan membaca kode mRNA. Ketika banyak ribosom berikatan dengan mRNA, pembentukan polisom atau poliribosom terjadi.
3. Pemindahan asam amino ke tempat sintesis protein:
Asam amino ditransfer dari kumpulan asam amino intraseluler ke ribosom oleh tRNA. Proses transfer terjadi dalam berbagai tahapan yaitu sebagai berikut.
(a) Aktivasi asam amino:
Masing-masing dari 20 asam amino terjadi di sitoplasma dalam keadaan tidak aktif. Setiap asam amino sebelum menempel dengan tRNA spesifiknya diaktifkan oleh enzim pengaktif spesifik yang dikenal sebagai aminoasil sintetase dan ATP. Asam amino bebas bereaksi dengan ATP, menghasilkan produksi aminoasil adenilat dan pirofosfat:
AA + ATP + enzim → AA ~ AMP – enzim + PP
Asam amino Aminoasil sintetase Aminoasil adenilat Kompleks pirofosfat sintetase
Produk reaksi aminoasil adenilat terikat pada enzim dalam bentuk kompleks monokovalen. Kompleks enzim aminoasil adenilat ini kemudian teresterifikasi menjadi molekul tRNA spesifik. Sel memiliki setidaknya 20 enzim sintetase aminoasil untuk 20 asam amino. Setiap enzim spesifik dan menempel dengan asam amino spesifik tanpa kesalahan apapun.
(b) Penempelan asam amino teraktivasi ke tRNA:
Aminoacyl adenylate tetap terikat dengan enzim sampai bertabrakan dengan molekul tRNA spesifik. Kemudian, gugus karboksil asam residu asam amino aminoasil adenilat dipindahkan ke gugus 3 OH ribosa terminal adenosin pada ujung CCA tRNA. Akibatnya AMP dan enzim dilepaskan dan produk akhir tRNA aminoasil dibentuk dengan metode berikut:
‘A’ = situs aminoasil atau situs decoding, ‘P’ = situs peptidil atau situs kondensasi, ‘E’ = situs yang ada,
AA 1 = N-formil metionin.
AA 2 = treonin.
AA—AMP—Enzim + tRNA → AA —tRNA + AMP + Enzim
Aminoacyl adenylate dan enzim Aminoacyl—tRNA
Aminasil-tRNA bergerak menuju tempat sintesis protein, yaitu ribosom dengan mRNA.
4. Inisiasi sintesis protein:
Seperti yang telah kami sebutkan bahwa inisiasi sintesis protein pada bakteri Escherichia coli (E. coli) melibatkan pembentukan kompleks 70S. Di dalamnya mRNA selalu memiliki kodon triplet pertama sebagai AUG pada awalnya (yaitu, ujung 5′). Kodon AUG adalah kode untuk metionin asam amino.
Metionin tetap diformulasikan dan memiliki peran yang sangat penting dalam memulai proses sintesis protein. Dalam setiap jenis protein formil metionin menempati tempat pertama dalam molekul dan ketika molekul protein disintesis sepenuhnya maka formil metionin sering terlepas dari molekul protein yang baru disintesis oleh aktivitas enzim hidrolitik.
Karena dalam sintesis protein rantai peptida selalu tumbuh secara berurutan dari gugus terminal bebas amino (—NH 2 ) menuju ujung karboksil (—COOH), fungsi formil metionin —tRNA (AA 1 †”tRNA dalam gambar 38.22 dan 38.23) adalah untuk memastikan bahwa protein disintesis ke arah itu.
Dalam formil metionin—tRNA, gugus amino (—NH 2 ) diblokir oleh gugus formil sehingga hanya gugus —COOH yang tersedia untuk bereaksi dengan gugus —NH 2 dari asam amino kedua (AA 2 ). Dengan cara ini sintesis rantai protein mengikuti urutan yang benar.
5. Pemanjangan rantai polipeptida:
Dengan pembentukan ribosom 70S fungsional (yaitu, 70S—mRNA—F bertemu tRNA), pemanjangan rantai polipeptida disebabkan oleh penambahan asam amino secara teratur dan pergerakan relatif ribosom dan mRNA dengan adanya molekul GTP, sehingga kodon triplet baru tetap tersedia untuk tRNA aminoasil baru di decoding atau situs ‘A’ ribosom di setiap langkah. Dengan demikian, F-bertemu tRNA, harus berpindah dari situs decoding (situs ‘A’) ke situs peptidil atau situs ‘P’ sebelum aminoasil-tRNA kedua (yaitu, AA 2 tRNA) dapat berikatan dengan kodon triplet berikutnya yang terjadi pada decoding atau ‘A’ situs ribosom.
Aminoacyl-tRNA (AA 2 tRNA) berikatan dengan kodon situs ‘A’ dengan adanya GTP dan dua protein, yang disebut faktor transfer (ditunjuk Tn dan Ts) yang tetap terkait dengan ribosom. Selama proses pengikatan ini, sebuah kompleks terbentuk antara GTP, transfer factor dan aminoacyl tRNA (viz., AA 2 -tRNA), yang pada akhirnya menyimpan aminoacyl tRNA di situs ‘A’ ribosom dengan melepaskan transfer factor-GDP fosfat kompleks dan anorganik.
Pada langkah berikutnya, karena pergerakan relatif ribosom dan mRNA dengan adanya molekul GTP tunggal, kodon triplet berikutnya (yaitu kodon UUU pada gambar 38.21 dan 38.22) tersedia untuk tRNA aminoasil berikutnya (yaitu AA 3 -tRNA) . ) di situs ‘A’ ribosom. Pada tahap ini, f met-tRNA terjadi pada keluar dari situs ‘E’, sedangkan AA 2 -tRNA terjadi pada situs peptidil ‘P’. Sekarang, sebuah enzim yang dikenal sebagai transferase I melepaskan tRNA dari formil-metionin (f-met atau AA 1 ) dan membalik formil-metionin menjadi aminoasil-tRNA (AA 2 -tRNA) yang terikat di situs peptidil atau ‘P’. Faktor ‘G’ seharusnya melepaskan tRNA yang habis atau terdeasilasi dari situs ‘E’ ribosom.
Ini mengikuti tahap proses perpanjangan berikutnya yang melibatkan sintesis ikatan peptida melalui reaksi antara gugus amino bebas dari asam amino yang masuk (yaitu, AA 2 ) dan gugus karboksil dari asam amino pertama (AA 1 ) yang merupakan diesterifikasi menjadi tRNA. Enzim yang mengkatalisis reaksi ini disebut transferase peptidil (atau peptida sintetase) dan merupakan bagian integral dari subunit 50S. Energi untuk sintesis ikatan peptida berasal dari pemutusan ikatan ester antara asam amino dan tRNA-nya.
Jadi, selama pemanjangan rantai polipeptida, setiap tRNA bermuatan atau dimuat (Aminoacyl tRNA) memasuki decoding atau situs ‘A’, bergerak ke situs kondensasi atau ‘P’, mentransfer asam aminonya ke ujung karboksil polipeptida, bergerak ke situs keluar, di mana rantai polipeptida ditransfer ke tRNA yang berdekatan di situs kondensasi, dan tRNA kemudian dilepaskan dari ribosom.
Proses ini dikenal sebagai translokasi. Ini menghasilkan kodon ketiga yang masuk ke situs A dan tRNA yang sesuai yang diisi dengan asam amino ketiga akan berikatan di situs A. Proses pembentukan ikatan peptida dan translokasi akan berulang.
Jadi, saat mRNA bergerak sehubungan dengan ribosom, semua kodon akan terpapar di situs A dan rantai peptida tumbuh. Urutan kejadian yang terlibat dalam pemanjangan ini harus berlangsung sangat cepat karena telah dihitung bahwa, E. coli yang tumbuh dalam kondisi optimal, rantai polipeptida dari sekitar 40 asam amino dapat diproduksi dalam 20 detik.
6. Pemutusan dan pelepasan rantai polipeptida:
Ketika sintesis rantai polipeptida selesai sesuai dengan kodon mRNA, maka terjadi proses pemutusan dan pelepasan rantai polipeptida. Pemutusan rantai polipeptida dan pelepasan rantai lengkap dari ribosom dikendalikan oleh dua faktor.
Terminasi rantai ditunjukkan oleh tiga triplet terminasi khusus pada mRNA yang pada bakteri adalah UAG, UAA dan UGA. Ini adalah apa yang disebut kodon non-sense yang tidak menyandikan asam amino apa pun. Rantai polipeptida, bagaimanapun, masih terikat pada tRNA yang pada gilirannya melekat pada mRNA.
Rantai dilepaskan dari ribosom di bawah arahan tiga protein berbeda yang disebut faktor pelepasan dan diberi nama R 1 R 2 dan S. Ini terikat pada ribosom dan mengontrol hidrolisis ikatan ester antara tRNA dan rantai polipeptida. Setelah rantai diakhiri dan dilepaskan, ribosom terpisah dari mRNA dan berdisosiasi menjadi dua subunitnya karena aksi faktor F3. Ia siap memasuki siklus baru sintesis polipeptida.
7. Modifikasi polipeptida yang dilepaskan:
Rantai polipeptida yang dilepaskan mengandung metionin yang diformulasikan pada salah satu ujungnya. Deformylase enzim menghilangkan gugus formil metionin. Enzim exopeptidase dapat menghilangkan beberapa asam amino dari ujung terminal-N atau ujung terminal-C dari rantai polipeptida.
Pada tahap ini polipeptida (protein) memiliki struktur utamanya; setidaknya sebagian dari banyak protein memiliki struktur sekunder dalam bentuk alfa-helix. Rantai protein kemudian dapat melipat dirinya sendiri, membentuk ikatan internal (termasuk menyimpan ikatan disulfida) yang menstabilkan struktur tersiernya menjadi pola lipatan yang tepat dan rumit. Dua atau lebih struktur tersier dapat bersatu menjadi struktur kuarter fungsional. Misalnya, hemoglobin terdiri dari empat rantai polipeptida, dua rantai a identik dan dua rantai P identik. Suatu protein tidak menjadi enzim aktif sampai ia mengambil pola tersier atau kuaternernya.
Proses inisiasi, elongasi, dan terminasi melibatkan mediasi beberapa faktor protein dan hidrolisis GTP (guanosin trifosfat) untuk menghasilkan energi. Langkah-langkah terperinci yang dibahas berlaku untuk prokariota dan dengan beberapa modifikasi juga untuk eukariota.
