Fungsi Ribosom dan Sintesis Protein

Sintesis protein mengkonsumsi lebih banyak energi sel dibanding proses metabolisme lainnya. Pada gilirannya, simpanan protein untuk massa lebih dari komponen lain dari organisme hidup (dengan pengecualian air), dan protein melakukan hampir setiap fungsi sel. Proses translasi, atau sintesis protein, melibatkan decoding pesan mRNA menjadi produk polipeptida.

Asam amino secara kovalen dirangkai dengan ikatan peptida interlinking dalam panjang mulai dari sekitar 50 residu asam amino hingga lebih dari 1.000. Setiap individu asam amino memiliki gugus amino (NH2) dan gugus karboksil (COOH). Polipeptida terbentuk ketika gugus amino dari satu asam amino membentuk ikatan amida (yaitu, peptida) dengan gugus karboksil dari asam amino lain (Gambar 1). Reaksi ini dikatalisasi oleh ribosom dan menghasilkan satu molekul air.

Mesin Sintesis Protein

Selain template mRNA, banyak molekul dan makromolekul berkontribusi pada proses translasi. Komposisi setiap komponen dapat bervariasi antar spesies; misalnya, ribosom dapat terdiri dari jumlah rRNA dan polipeptida yang berbeda tergantung pada organisme. Namun, struktur dan fungsi umum dari mesin sintesis protein sebanding dari bakteri sampai sel manusia. Translasi membutuhkan masukan dari template mRNA, ribosom, tRNA, dan berbagai faktor enzimatik.

Ribosom

Bahkan sebelum mRNA ditranslasi, sel harus menginvestasikan energi untuk membangun masing-masing ribosomnya. Pada E. coli, ada antara 10.000 sampai 70.000 ribosom yang ada di setiap sel pada waktu tertentu. Ribosom adalah makromolekul kompleks yang tersusun dari rRNA struktural dan katalitik, dan banyak polipeptida yang berbeda. Pada eukariota, nukleolus benar-benar terspesialisasi untuk sintesis dan perakitan rRNA.

Ribosom ada di sitoplasma pada prokariota dan di sitoplasma dan retikulum endoplasma kasar pada eukariota. Mitokondria dan kloroplas juga memiliki ribosom sendiri dalam matriks dan stroma, yang terlihat lebih mirip dengan ribosom prokariotik (dan memiliki kepekaan obat yang serupa) daripada ribosom di luar membran luar mereka di sitoplasma. Ribosom berdisosiasi menjadi subunit besar dan kecil ketika mereka tidak mensintesis protein dan bergabung kembali selama inisiasi translasi. Dalam E. coli, subunit kecil digambarkan sebagai 30S, dan subunit besar adalah 50S, dengan total 70S (ingat bahwa unit Svedberg tidak aditif). Ribosom mamalia memiliki subunit kecil 40S dan subunit besar 60S , dengan total 80S. Subunit kecil bertanggung jawab untuk mengikat template mRNA, sedangkan subunit besar secara berurutan mengikat tRNA. Setiap molekul mRNA secara simultan diterjemahkan oleh banyak ribosom, semua protein mensintesis ke arah yang sama: membaca mRNA dari 5 ′ hingga 3 ′ dan mensintesis polipeptida dari N terminus ke C terminus. Struktur mRNA / poli-ribosom lengkap disebut polisom.

tRNA

TRNA adalah molekul RNA struktural yang ditranskripsi dari gen oleh RNA polimerase III. Tergantung pada spesies, 40 hingga 60 jenis tRNA ada di sitoplasma. Berfungsi sebagai adaptor, tRNA khusus mengikat urutan pada template mRNA dan menambahkan asam amino yang sesuai ke rantai polipeptida. Oleh karena itu, tRNA adalah molekul yang benar-benar “menerjemahkan” bahasa RNA ke dalam bahasa protein.

Dari 64 kemungkinan mRNA kodon-atau kombinasi triplet A, U, G, dan C-tiga menentukan penghentian sintesis protein dan 61 menentukan penambahan asam amino ke rantai polipeptida. Dari 61 ini, satu kodon (AUG) juga mengkodekan inisiasi translasi. Setiap tRNA antikodon dapat mendasarkan pasangan dengan salah satu kodon mRNA dan menambahkan asam amino atau mengakhiri translasi, sesuai dengan kode genetik. Sebagai contoh, jika urutan CUA terjadi pada template mRNA dalam bingkai bacaan yang tepat, itu akan mengikat tRNA yang mengekspresikan urutan komplementer, GAU, yang akan dihubungkan dengan asam amino leusin.

ikatan peptida
Gambar 1. Ikatan peptida menghubungkan ujung karboksil dari satu asam amino dengan ujung amino yang lain, mengeluarkan satu molekul air. Untuk kesederhanaan dalam gambar ini, hanya grup-grup fungsional yang terlibat dalam ikatan peptida yang diperlihatkan. sebutan R dan R ‘ mengacu pada sisa dari setiap struktur asam amino.

Sebagai molekul adaptor translasi, sangat mengherankan bahwa tRNA dapat memuat begitu banyak spesifisitas ke dalam paket kecil. Pertimbangkan bahwa tRNA perlu berinteraksi dengan tiga faktor: 1) harus dikenali oleh Aminoasil sintetase yang benar (lihat di bawah); 2) mereka harus dikenali oleh ribosom; dan 3) mereka harus mengikat urutan yang benar dalam mRNA.

Aminoasil tRNA sintetase

Proses sintesis pra-tRNA oleh RNA polimerase III hanya menciptakan bagian RNA dari molekul adaptor. Asam amino yang sesuai harus ditambahkan kemudian, setelah tRNA diproses dan diekspor ke sitoplasma. Melalui proses tRNA “pengisian,” setiap molekul tRNA dihubungkan dengan asam amino yang benar oleh sekelompok enzim yang disebut Aminoasil tRNA sintetase. Setidaknya satu jenis aminoasil tRNA sintetase ada untuk masing-masing dari 20 asam amino; jumlah yang tepat dari aminoasil tRNA sintetase bervariasi berdasarkan spesies. Enzim-enzim ini pertama mengikat dan menghidrolisis ATP untuk mengkatalisasi ikatan berenergi tinggi antara asam amino dan adenosin monofosfat (AMP); molekul pirofosfat dikeluarkan dalam reaksi ini. Asam amino aktif kemudian ditransfer ke tRNA, dan AMP dilepaskan.

sebutan
Gambar 2

 

Lipat, Modifikasi, dan Penargetan Protein

Selama dan setelah translasi, asam amino individu dapat dimodifikasi secara kimia, rangkaian sinyal dapat ditambahkan, dan “dilipat” protein baru menjadi struktur tiga dimensi yang berbeda sebagai hasil dari interaksi intramolekul. Urutan sinyal adalah ekor pendek asam amino yang mengarahkan protein ke kompartemen seluler tertentu. Urutan-urutan ini pada ujung amino atau ujung karboksil protein dapat dianggap sebagai “tiket kereta” protein ke tujuan akhirnya. Faktor seluler lainnya mengenali setiap urutan sinyal dan membantu mengangkut protein dari sitoplasma ke kompartemen yang benar. Sebagai contoh, urutan spesifik pada ujung amino akan mengarahkan protein ke mitokondria atau kloroplas (pada tumbuhan). Setelah protein mencapai tujuan selulernya, urutan sinyal biasanya terpotong.

Banyak protein melipat secara spontan, tetapi beberapa protein membutuhkan molekul pembantu, yang disebut chaperone, untuk mencegah mereka berkumpul selama proses pelipat yang rumit. Bahkan jika protein ditentukan dengan tepat oleh mRNA yang sesuai, itu bisa mengambil bentuk yang sepenuhnya disfungsional jika suhu atau kondisi pH abnormal mencegahnya melipat dengan benar.

Ringkasan

Para pemain dalam translasi termasuk template mRNA, ribosom, tRNA, dan berbagai faktor enzimatik. Subunit ribosom kecil terbentuk pada template mRNA baik pada urutan Shine-Dalgarno (prokariota) atau topi 5 ((eukariota). Translasi dimulai pada AWT inisiasi pada mRNA, menentukan metionin. Pembentukan ikatan peptida terjadi antara asam amino sekuensial yang ditentukan oleh template mRNA sesuai dengan kode genetik. TRNA yang dimasukkan memasuki situs ribosom A, dan ikatan asam amino dengan asam amino di situs P. Seluruh mRNA diterjemahkan dalam tiga “langkah” nukleotida dari ribosom. Ketika kodon nonsense ditemukan, faktor pelepas mengikat dan memisahkan komponen dan membebaskan protein baru. Pelipatan protein terjadi selama dan setelah translasi.

Tinggalkan Balasan