Sintesis Protein.docx

SINTESIS PROTEIN: TRANSLASI Informasi genetik dalam molekul mRNA diterjemahkan ke dalam urutan asam amino polipeptida sesuai dengan spesifikasi kode genetik. Proses dimana informasi genetik yang disimpan dalam sekuens nukleotida mRNA ditranslasi, sesuai dengan spesifikasi kode genetik, menjadi sekuens asam amino dalam produk gen polipeptida yang kompleks, yang membutuhkan fungsi sejumlah besar makromolekul. Ini termasuk (1) lebih dari 50 polipeptida dan tiga hingga lima molekul RNA hadir di setiap ribosom (komposisi yang tepat bervariasi dari spesies ke spesies), (2) setidaknya 20 enzim pengaktif asam amino, (3) 40 hingga 60 molekul tRNA berbeda , dan (4) banyak protein larut yang terlibat dalam inisiasi, perpanjangan, dan pemutusan rantai polipeptida. Karena banyak dari makromolekul ini, terutama komponen ribosom, terdapat dalam jumlah besar di setiap sel, sistem translasi merupakan bagian utama dari mesin metabolisme setiap sel.

GAMBARAN UMUM TENTANG SINTESIS PROTEIN Langkah pertama dalam ekspresi gen, transkripsi, melibatkan transfer informasi yang disimpan dalam gen ke perantara messenger RNA (mRNA), yang membawa informasi tersebut ke tempat sintesis polipeptida dalam sitoplasma. Langkah kedua, terjemahan, melibatkan transfer informasi dalam molekul mRNA ke dalam urutan asam amino dalam produk gen polipeptida.

Translasi terjadi pada ribosom, yang merupakan struktur makromolekul kompleks yang terletak di sitoplasma. Translasi melibatkan tiga jenis RNA, yang semuanya ditranskripsi dari templat DNA (gen kromosom). Selain mRNA, tiga hingga lima molekul RNA (molekul rRNA) hadir sebagai bagian dari struktur setiap ribosom, dan 40 hingga 60 molekul RNA kecil (molekul tRNA) berfungsi sebagai adaptor dengan memediasi penggabungan asam amino yang tepat ke polipeptida dalam menanggapi sekuen nukleotida spesifik di mRNA. Asam amino melekat pada molekul tRNA yang benar oleh satu set enzim pengaktif yang disebut aminoacylRNA synthetases. Sekuens nukleotida dari molekul mRNA ditranslasi ke dalam sekuens asam amino yang sesuai sesuai dengan dikte kode genetik. Beberapa polipeptida yang baru lahir mengandung sekuens asam amino pendek pada amino atau karboksil termini yang berfungsi sebagai sinyal untuk transpornya ke kompartemen seluler tertentu seperti retikulum endoplasma, mitokondria, kloroplas, atau nuklei. Protein sekretor yang baru lahir, misalnya, mengandung urutan sinyal pendek pada ujung amino yang mengarahkan polipeptida yang muncul ke membran retikulum endoplasma. Sekuens penargetan yang serupa juga terdapat pada protein amino termini yang ditujukan untuk impor ke mitokondria dan kloroplas. Beberapa protein nuklir mengandung ekstensi penargetan di carboxyl termini. Dalam banyak kasus, peptida penargetan dihilangkan secara enzimatik oleh peptidase spesifik setelah pengangkutan protein ke kompartemen seluler yang sesuai. Ribosom dapat dianggap sebagai meja kerja, lengkap dengan mesin dan peralatan yang diperlukan untuk membuat polipeptida. Mereka tidak spesifik dalam arti bahwa mereka dapat mensintesis polipeptida (urutan asam amino apa pun) yang dikodekan oleh molekul mRNA tertentu, bahkan mRNA dari spesies yang berbeda. Setiap molekul mRNA diterjemahkan secara simultan oleh beberapa ribosom, menghasilkan pembentukan polyribosome, atau polysome.

KOMPONEN YANG DIPERLUKAN UNTUK SINTESIS PROTEIN: RIBOSOM Dalam E. coli, sekitar 200.000 ribosom merupakan 25 persen dari berat kering setiap sel. Ketika tempat sintesis protein diberi label dalam sel yang ditanam

untuk interval pendek di hadapan asam amino radioaktif dan divisualisasikan dengan autoradiografi, hasilnya menunjukkan bahwa protein disintesis pada ribosom. Pada prokariota, ribosom didistribusikan ke seluruh sel; pada eukariota, mereka terletak di sitoplasma, sering pada jaringan membran intraseluler yang luas dari retikulum endoplasma. Ribosom merupakan setengah protein dan setengah RNA, yang terdiri dari dua subunit, satu besar dan satu kecil, yang berdisosiasi ketika translasi molekul mRNA selesai dan bergabung kembali selama inisiasi translasi. Setiap subunit mengandung molekul RNA besar, molekul RNA dilipat pada tempat protein ribosom berkumpul. Ukuran ribosom paling sering dinyatakan dalam hal laju sedimentasi selama sentrifugasi, di unit Svedberg (S). [Satu unit Svedberg sama dengan koefisien sedimentasi (kecepatan / gaya sentrifugal) 10-13 detik.] Ribosom E. coli, seperti ribosom prokariota lain, memiliki berat molekul 2,5 × 106, ukuran 70S, dan dimensi sekitar 20 nm × 25 nm. Ribosom eukariota lebih besar (biasanya sekitar 80S); Namun, ukuran bervariasi dari satu spesies ke spesies lainnya. Ribosom hadir dalam mitokondria dan kloroplas sel eukariotik yang lebih kecil (biasanya sekitar 60S).

Walaupun ukuran dan komposisi makromolekul ribosom bervariasi, keseluruhan struktur tiga dimensi ribosom pada dasarnya sama di semua organisme. Dalam E. coli, subunit ribosom kecil (30S) mengandung 16S (berat molekul sekitar 6 × 105)

Molekul RNA ditambah 21 polipeptida yang berbeda, dan subunit besar (50S) berisi dua molekul RNA (5S, berat molekul sekitar 4 × 104, dan 23S, berat molekul sekitar 1,2 × 106) ditambah 31 polipeptida. Dalam ribosom mamalia, subunit kecil mengandung molekul RNA 18S ditambah 33 polipeptida, dan subunit besar berisi tiga molekul RNA ukuran 5S, 5,8S, dan 28S plus 49 polipeptida. Dalam organel, ukuran rRNA yang sesuai adalah 5S, 13S, dan 21S. Masayasu Nomura dan rekan-rekannya mampu membongkar 30S subunit ribosom E. coli ke dalam makromolekul individu dan kemudian menyusun kembali subunit 30S fungsional dari komponen. Dengan cara ini, mereka mempelajari fungsi rRNA individu dan molekul protein ribosom. Molekul RNA ribosom, seperti molekul mRNA, ditranskripsi dari cetakan DNA. Pada eukariota, sintesis rRNA terjadi pada nukleolus dan dikatalisis oleh RNA polimerase I. Nukleolus adalah komponen yang sangat khusus dari nukleus yang dikhususkan untuk sintesis rRNA dan rakitannya menjadi ribosom. Gen RNA ribosom hadir dalam susunan duplikasi yang secara bersamaan dipisahkan oleh daerah spacer intergenik. Transkripsi gen rRNA menghasilkan prekursor RNA yang jauh lebih besar daripada molekul RNA yang ditemukan dalam ribosom. Prekursor rRNA ini menjalani pemrosesan posttranskripsi untuk menghasilkan molekul rRNA yang matang. Pada E. coli, transkrip gen rRNA adalah prekursor 30S, yang mengalami pembelahan endonukleolitik untuk menghasilkan rRNA 5S, 16S, dan 23S ditambah satu molekul RNA transfer 4S (Gambar a). Pada mamalia, rRNA 5,8S, 18S, dan 28S dibelah dari prekursor 45S (Gambar b), sedangkan rRNA 5S diproduksi oleh pemrosesan posttranskripsi dari transkrip gen terpisah. Selain pembelahan posttranskripsi dari prekursor rRNA, banyak nukleotida dalam rRNA yang dimetilasi secara posttranskripsi. Metilasi dianggap melindungi molekul rRNA dari degradasi oleh ribonuclease.

Dalam E. coli, tujuh gen rRNA (rrnA — rrnE, rrnG, rrnH) didistribusikan di antara tiga situs berbeda pada kromosom. Pada eukariota, gen rRNA hadir dalam ratusan hingga ribuan salinan. Gen 5,8S-18S-28S rRNA dari eukariota hadir dalam susunan tandem di daerah pengatur nukleolus dari kromosom. Pada beberapa eukariota, seperti jagung, ada satu pasang pengatur nukleolar (pada kromosom 6 pada jagung). Di Drosophila dan kodok cakar Afrika Selatan, Xenopus laevis, kromosom seks membawa pengatur nukleolus. Manusia memiliki lima pasang organ pengatur nukleolar yang terletak di lengan pendek kromosom 13, 14, 15, 21, dan 22. Gen 5S rRNA pada eukariota tidak terletak di daerah pengatur nukleol. Sebagai gantinya, mereka didistribusikan melalui beberapa kromosom. Namun, gen rRNA 5S sangat redundan, seperti halnya gen rRNA 5.8S-18S-28S.

KOMPONEN YANG DIPERLUKAN UNTUK SINTESIS PROTEIN: RNA TRANSFER Meskipun ribosom menyediakan banyak komponen yang diperlukan untuk sintesis protein, dan spesifikasi untuk setiap polipeptida yang dikodekan dalam molekul mRNA, translasi pesan mRNA yang dikodekan ke dalam urutan asam amino dalam polipeptida membutuhkan satu kelas tambahan molekul RNA, yaitu molekul RNA transfer (tRNA). Pertimbangan kimia menunjukkan bahwa interaksi langsung antara asam amino dan triplet nukleotida atau kodon dalam mRNA tidak mungkin. Jadi, pada tahun 1958, Francis Crick mengusulkan bahwa beberapa jenis molekul adaptor harus menengahi spesifikasi asam amino oleh kodon dalam mRNA selama sintesis protein. Molekul adaptor segera diidentifikasi oleh peneliti lain dan terbukti menjadi molekul RNA kecil (4S, 7095 nukleotida). Molekul-molekul ini, yang pertama disebut molekul RNA (sRNA) terlarut dan selanjutnya mentransfer molekul RNA (tRNA), mengandung sekuens nukleotida triplet, antikodon, yang saling melengkapi dan berpasangan dengan sekuens kodon dalam mRNA selama penerjemahan. Ada satu hingga empat tRNA untuk masing-masing dari 20 asam amino. Asam amino melekat pada tRNA oleh ikatan berenergi tinggi (sangat reaktif) (disimbolkan ~) antara gugus karboksil dari asam amino dan 3-hidroksil termini

dari tRNA. tRNA diaktifkan atau diisi dengan asam amino dalam proses dua langkah, dengan kedua reaksi dikatalisis oleh enzim yang sama, aminoacyl-tRNA synthetase. Setidaknya ada satu aminoetil-tRNA sintetase untuk masing-masing dari 20 asam amino. Langkah pertama dalam sintesis aminoasil-tRNA melibatkan aktivasi asam amino dengan menggunakan energi dari adenosin trifosfat (ATP):

Asam amino ~ AMP perantara biasanya tidak dilepaskan dari enzim sebelum menjalani langkah kedua dalam sintesis aminoacyl-tRNA, yaitu, reaksi dengan tRNA yang sesuai:

The aminoacyl ~ tRNA adalah substrat untuk sintesis polipeptida pada ribosom, dengan masing-masing tRNA teraktivasi mengenali kodon mRNA yang benar dan menyajikan asam amino dalam konfigurasi sterik (struktur tiga dimensi) yang memfasilitasi pembentukan ikatan peptida. tRNA ditranskripsi dari gen. Molekul tRNA dewasa mengandung beberapa nukleosida yang tidak ada dalam primer gen tRNA transkrip. Nukleosida yang tidak biasa ini, seperti inosin, pseudouridin, dihidrouridin, 1-metil guanosin, dan beberapa lainnya, diproduksi oleh kation-kation yang dimodifikasi pascatranskripsi, yang diaktivasi oleh enzim dari empat nukleosida yang dimasukkan ke dalam RNA selama transkripsi. Sekuens nukleotida lengkap dan struktur semanggi yang diusulkan dari alanine tRNA ragi diterbitkan oleh Robert W. Holley dan rekannya pada tahun 1965.

Struktur tiga dimensi dari tRNA fenilalanin ragi ditentukan oleh studi difraksi sinar-X pada tahun 1974. Antikodon dari masing-masing tRNA terjadi dalam satu lingkaran (daerah yang tidak terikat hidrogen) di dekat bagian tengah molekul.

Harus jelas bahwa molekul tRNA harus mengandung banyak spesifisitas walaupun ukurannya kecil. Molekul tRNA tidak hanya harus (1) memiliki urutan antikodon yang benar, sehingga untuk menanggapi kodon yang tepat, tetapi mereka juga harus (2) dikenali oleh sintetase aminoasil-tRNA yang benar, sehingga mereka diaktifkan dengan asam amino yang benar, dan (3) mengikat ke situs yang sesuai pada ribosom untuk menjalankan fungsi adaptor mereka. Ada tiga situs pengikatan tRNA pada setiap ribosom (Gambar 12.14a-b). Situs A atau aminoasil mengikat aminoasil-tRNA yang masuk, tRNA yang membawa

asam amino berikutnya untuk ditambahkan ke rantai polipeptida yang sedang tumbuh. Situs P atau peptidyl mengikat tRNA yang melekat polipeptida tumbuh. Situs E atau exit mengikat tRNA yang meninggalkan tanpa diisi.

Struktur tiga dimensi ribosom 70S dari bakteri Thermus thermophilus telah dipecahkan dengan resolusi 0,55 nm oleh kristalografi sinar-X. Struktur kristal menunjukkan posisi tiga situs pengikatan tRNA pada antarmuka 50S-30S dan posisi relatif rRNA dan protein ribosom. Meskipun situs pengikatan aminoasil-tRNA sebagian besar terletak pada subunit 50S dan molekul mRNA terikat oleh subunit 30S, kota spesifik untuk pengikatan aminoasil tRNA di setiap situs disediakan oleh kodon mRNA yang membentuk bagian dari situs pengikatan. Ketika ribosom bergerak di sepanjang mRNA (atau ketika mRNA dipindah melintasi ribosom), spesifikasi untuk ikatan aminoasiltRNA di situs A, P, dan E berubah ketika kodon mRNA yang berbeda berpindah ke register di situs pengikatan. Situs pengikatan ribosom dengan sendirinya (minus mRNA) mampu mengikat setiap aminoasil-tRNA.

TRANSLASI: SINTESIS POLIPEPTIDA MENGGUNAKAN TEMPLAT mRNA Molekul mRNA memberikan spesifikasi untuk urutan asam amino dari produk gen polipeptida. Translasi dari urutan nukleotida dalam molekul mRNA menjadi sekuens asam amino dalam produk polipeptida dapat dibagi menjadi tiga tahap: (1) inisiasi rantai polipeptida, (2) perpanjangan rantai, dan (3) pemutusan rantai. Translasi: Inisiasi Rantai Polipeptida Dalam E. coli, proses inisiasi melibatkan subunit ribosom 30S, inisiator khusus tRNA, molekul mRNA, tiga faktor inisiasi protein terlarut: IF-1, IF-2, dan IF-3,

dan satu molekul GTP. Translasi terjadi pada 70S ribosom, tetapi ribosom berdisosiasi menjadi 30S dan 50S subunit mereka setiap kali mereka menyelesaikan sintesis rantai polipeptida. Pada tahap pertama inisiasi translasi, subunit 30S bebas berinteraksi dengan molekul mRNA dan faktor inisiasi. Subunit 50S bergabung dengan kompleks untuk membentuk ribosom 70S pada langkah terakhir dari proses inisiasi. Sintesis polipeptida dimulai oleh tRNA khusus, yang disebut tRNAfMet, sebagai respons terhadap kodon inisiasi translasi (biasanya AUG, kadang-kadang GUG). Karena itu, semua polipeptida dimulai dengan metionin selama sintesis. Metionin amino-terminal kemudian dibelah dari banyak polipeptida. Dengan demikian, protein fungsional tidak perlu memiliki metionin amino-terminal. Metionin pada inisiator tRNAfMet memiliki gugus amino yang diblokir dengan gugus formil (— CO — H) (dengan demikian subskrip “f” dalam tRNAfMet). tRNA metionin yang berbeda, tRNAMet, merespons kodon metionin internal. Kedua tRNA metionin memiliki antikodon yang sama, dan keduanya menanggapi kodon yang sama (AUG) untuk metionin. Namun, hanya Met metionil-tRNAf yang berinteraksi dengan faktor inisiasi protein IF-2 untuk memulai proses inisiasi.

Dengan demikian, hanya metionil-tRNAfMet yang berikatan dengan ribosom sebagai respons terhadap kodon inisiasi AUG dalam mRNA, meninggalkan metionil-tRNAMet untuk mengikat sebagai respons terhadap kodon AUG internal. Methionyl- tRNAfMet juga berikatan dengan ribosom sebagai respons terhadap kodon inisiator alternatif, GUG (kodon valin bila ada pada posisi internal), yang terjadi pada beberapa molekul mRNA. Inisiasi rantai polipeptida dimulai dengan pembentukan dua kompleks: (1) mengandung faktor inisiasi IF-2 dan metionil- tRNAfMet, dan (2) lainnya mengandung molekul mRNA, subunit ribosom 30S dan faktor inisiasi IF-3. Kompleks subunit/mRNA 30S hanya akan terbentuk dengan adanya IF-3; dengan demikian, IF-3 mengontrol kemampuan subunit 30S untuk memulai proses inisiasi. Pembentukan kompleks subunit / mRNA 30S sebagian tergantung pada pasangan-basa antara sekuens nukleotida dekat ujung 3 dari 16S rRNA dan sekuens di dekat 5 ujung molekul mRNA.

mRNA prokariotik mengandung saluran polipurin yang dikonservasi, konsensus AGGAGG, yang terletak sekitar tujuh nukleotida di hulu dari kodon inisiasi AUG. Hexamer yang dikonservasi ini, yang disebut sekuens Shine-Dalgarno setelah para ilmuwan yang menemukannya, merupakan pelengkap dari sekuens di dekat 3 ujung RNA ribosomal 16S. Ketika sekuen Shine-Dalgarno dari mRNA dimodifikasi secara eksperimental sehingga mereka tidak lagi dapat mendasarkanpasangan dengan 16S rRNA, mRNA yang dimodifikasi tidak diterjemahkan atau diterjemahkan dengan sangat tidak efisien, menunjukkan bahwa pasangan basa ini

memainkan peran penting dalam terjemahan. Kompleks IF-2/metionil-tRNAf dan kompleks subunit/IF-3 mRNA/30S kemudian bergabung satu sama lain dan dengan faktor inisiasi IF-1 dan satu molekul GTP untuk membentuk kompleks inisiasi 30S yang lengkap. Langkah terakhir dalam inisiasi translasi adalah penambahan subunit 50S ke kompleks inisiasi 30S untuk menghasilkan ribosom 70S lengkap. Faktor inisiasi IF-3 harus dilepaskan dari kompleks sebelum subunit 50S dapat bergabung dengan kompleks; IF-3 dan subunit 50S tidak pernah ditemukan terkait dengan subunit 30S secara bersamaan. Penambahan subunit 50S membutuhkan energi dari GTP dan pelepasan faktor inisiasi IF-1 dan IF-2. Penambahan subunit ribosom 50S ke posisi kompleks inisiator tRNA, metioniltRNAf Met, di situs peptidil (P) dengan antikodon tRNA yang disejajarkan dengan kodon inisiasi AUG dari mRNA. Methionyl- tRNAf

Met

adalah satu-satunya

aminoasil-tRNA yang dapat memasuki situs P secara langsung, tanpa terlebih dahulu melewati situs aminoasil (A). Dengan inisiator AUG diposisikan di situs P, kodon kedua mRNA didaftarkan pada situs A, menentukan spesifisitas pengikatan aminoasil-tRNA di situs tersebut dan menetapkan tahap untuk fase kedua dalam sintesis polipeptida, perpanjangan rantai. Inisiasi translasi lebih kompleks pada eukariota, yang melibatkan beberapa faktor inisiasi yang dapat larut. Namun demikian, keseluruhan prosesnya serupa kecuali untuk dua fitur. (1) Kelompok amino metionin pada inisiator tRNA tidak diformilasi seperti pada prokariota. (2) Kompleks inisiasi terbentuk di 5 ujung mRNA, bukan di situs awal terjemahan Shine-Dalgarno / AUG seperti pada E. coli. Pada eukariota, kompleks inisiasi memindai mRNA, mulai dari ujung 5, mencari kodon inisiasi terjemahan AUG. Jadi, dalam eukariota, translasi sering dimulai pada AUG terdekat dengan 5 terminal molekul mRNA, meskipun efisiensi yang diberikan AUG digunakan untuk memulai penerjemahan tergantung pada sekuens nukleotida yang berdekatan. sekuens inisiasi optimal adalah 5-GCC (A atau G) CCAUGG-3. Purin (A atau G) tiga pangkalan di hulu dari kodon inisiator AUG dan G yang segera mengikutinya adalah yang paling penting — mempengaruhi efisiensi inisiasi dengan sepuluh kali lipat atau lebih. Perubahan pangkalan lain dalam urutan menyebabkan penurunan yang lebih kecil dalam efisiensi inisiasi. Persyaratan urutan ini untuk inisiasi terjemahan optimal dalam

eukariota disebut aturan Kozak, setelah Marilyn Kozak, yang pertama kali mengusulkannya. Seperti prokariota, eukariota mengandung inisiator khusus tRNA, tRNAiMet ("i" untuk inisiator), tetapi gugus amino metionil- tRNAiMet tidak diformilasi. Inisiator metionil- tRNAiMet berinteraksi dengan faktor inisiasi yang larut dan memasuki situs P secara langsung selama proses inisiasi, seperti pada E. coli. Pada eukariota, cap-binding protein (CBP) berikatan dengan 7-metil guanosine di 5 ujung mRNA. Kemudian, faktor inisiasi lainnya berikatan dengan kompleks CBP-mRNA, diikuti oleh subunit kecil (40S) dari ribosom. Seluruh kompleks inisiasi bergerak 5 → 3 sepanjang molekul mRNA, mencari kodon AUG. Ketika triplet AUG ditemukan, faktor inisiasi terdisosiasi dari kompleks, dan subunit besar (60S) berikatan dengan kompleks subunit methionyl-tRNA/mRNA/40S, membentuk ribosom lengkap (80S). Kompleks ribosom/mRNA/tRNA 80S siap untuk memulai fase kedua translasi, perpanjangan rantai. Translasi: Pemanjangan Rantai Polipeptida Proses perpanjangan rantai polipeptida pada dasarnya sama pada prokariota dan eukariota. Penambahan setiap asam amino ke polipeptida yang tumbuh terjadi dalam tiga langkah: (1) pengikatan aminoasil-tRNA ke situs A ribosom, (2) transfer rantai polipeptida yang tumbuh dari tRNA di situs P ke tRNA di situs A dengan pembentukan ikatan peptida baru, dan (3) translokasi ribosom sepanjang mRNA untuk memposisikan kodon berikutnya di situs A (Gambar 12.18).

Selama langkah 3, polypeptide-tRNA yang baru lahir dan tRNA yang tidak bermuatan ditranslokasi dari situs A dan P ke situs P dan E. Tiga langkah ini diulang secara siklik selama proses perpanjangan. Pada langkah pertama, suatu aminoasil-tRNA masuk dan terikat pada situs ribosom, dengan spesifikasi yang disediakan oleh kodon mRNA dalam register dengan situs A. Tiga nukleotida dalam antikodon dari aminoasil-tRNA yang masuk harus berpasangan dengan nukleotida dari kodon mRNA yang ada di situs A. Langkah ini membutuhkan faktor perpanjangan Tu yang membawa molekul GTP (EF-Tu.GTP). GTP diperlukan untuk ikatan aminoasil-tRNA di situs A tetapi tidak dibelah sampai ikatan peptida terbentuk. Setelah pembelahan GTP, EF-Tu. PDB dilepaskan dari ribosom. EF-Tu. GDP tidak aktif dan tidak akan berikatan dengan aminoasil-tRNA. EF-Tu. PDB dikonversi ke EF-Tu yang aktif. GTP terbentuk oleh faktor perpanjangan Ts (EF-Ts), yang menghidrolisis satu molekul GTP dalam proses. EF-Tu berinteraksi dengan semua aminoasil-tRNA kecuali metionil-tRNA.

Langkah kedua dalam perpanjangan rantai adalah pembentukan ikatan peptida antara gugus amino dari aminoasil-tRNA di situs A dan ujung karboksil dari rantai polipeptida tumbuh yang melekat pada tRNA di situs P. Ini memisahkan rantai yang tumbuh dari tRNA di situs P dan secara kovalen bergabung dengan rantai ke tRNA di situs A. Reaksi kunci ini dikatalisis oleh transferase peptidil, suatu aktivitas enzimatik yang dibangun ke dalam subunit 50S ribosom. Selama langkah ketiga dalam perpanjangan rantai, peptidyl-tRNA yang ada di situs A dari ribosom ditranslokasi ke situs P, dan tRNA yang tidak bermuatan di situs P dipindahkan ke situs E, ketika ribosom bergerak tiga nukleotida ke arah 3 ujung molekul mRNA. Langkah translokasi membutuhkan GTP dan elongation factor G (EF-G). Translokasi peptidyl-tRNA dari situs A ke situs P membuat situs A tidak dihuni dan ribosom siap untuk memulai siklus berikutnya dari perpanjangan rantai. Perpanjangan satu polipeptida eukariotik, serat protein sutra, dapat divisualisasikan dengan mikroskop elektron dengan menggunakan teknik yang dikembangkan oleh Oscar Miller, Barbara Hamkalo, dan rekannya. Sebagian besar protein terlipat di permukaan ribosom selama sintesisnya. Namun, fibroin tetap memanjang dari permukaan ribosom dalam kondisi yang digunakan oleh Miller dan rekan kerja. Akibatnya, rantai polipeptida yang baru tumbuh dengan panjang yang meningkat dapat terlihat melekat pada ribosom saat dipindai dari ujung 5 mRNA ke ujung 3. Fibroin adalah protein besar dengan massa lebih dari 200.000 dalton; disintesis pada polyribosom besar yang mengandung 50 hingga 80 ribosom. Perpanjangan rantai polipeptida berlangsung dengan cepat. Dalam E. coli, ketiga langkah yang diperlukan untuk menambahkan satu asam amino ke rantai polipeptida tumbuh terjadi sekitar 0,05 detik. Jadi, sintesis polipeptida yang mengandung 300 asam amino hanya membutuhkan waktu sekitar 15 detik. Translasi: Pemutusan Rantai Polipeptida Pemanjangan rantai polipeptida mengalami pemutusan ketika salah satu dari tiga kodon pemutusan rantai (UAA, UAG, atau UGA) memasuki situs A pada ribosom (Gambar 12.20). Ketiga kodon stop ini dikenali oleh protein larut yang disebut faktor pelepas (RF). Dalam E. coli, ada dua faktor pelepasan, RF-1 dan RF-2. RF1 mengakui kode terminasi UAA dan UAG; RF-2 mengenali UAA dan UGA. Dalam eukariota, faktor pelepasan tunggal (eRF) mengenali ketiga kodon

terminasi. Kehadiran faktor pelepasan di situs A mengubah aktivitas peptidil transferase sehingga menambahkan molekul air ke ujung karboksil polipeptida yang baru lahir. Pengakhiran diselesaikan dengan melepaskan molekul mRNA dari ribosom dan disosiasi ribosom ke dalam subunitnya. Subunit ribosom kemudian siap untuk memulai putaran sintesis protein lainnya.

Pertanyaan 1. Bagaimana sintesis rRNA pada eukariota? Jawab: pada eukariota, sintesis rRNA terjadi pada nukleolus dan dikatalisis oleh RNA polimerase I. Nukleolus adalah komponen yang sangat khusus dari nukleus yang dikhususkan untuk sintesis rRNA dan rakitannya menjadi ribosom. Gen RNA ribosom hadir dalam susunan duplikasi yang secara bersamaan dipisahkan oleh daerah spacer intergenik. Transkripsi gen rRNA menghasilkan prekursor RNA yang jauh lebih besar daripada molekul RNA yang ditemukan dalam ribosom. Prekursor rRNA ini menjalani pemrosesan posttranskripsi untuk menghasilkan molekul rRNA yang matang.

2. Bagaimana inisiasi translasi pada E. Coli? Jawab: Sintesis polipeptida dimulai oleh tRNA khusus, yang disebut tRNAfMet, sebagai respons terhadap kodon inisiasi translasi (biasanya AUG, kadang-kadang GUG).

Metionin amino-terminal kemudian dibelah dari banyak polipeptida.

Metionin pada inisiator tRNAfMet memiliki gugus amino yang diblokir dengan gugus formil (—CO — H) (dengan demikian subskrip “f” dalam tRNAfMet). tRNA metionin yang berbeda, tRNAMet, merespons kodon metionin internal. Kedua tRNA metionin memiliki antikodon yang sama, dan keduanya menanggapi kodon yang sama (AUG) untuk metionin. Namun, hanya Met metionil-tRNAf yang berinteraksi dengan faktor inisiasi protein IF-2 untuk memulai proses inisiasi. Dengan demikian, hanya metionil-tRNAfMet yang berikatan dengan ribosom sebagai respons terhadap kodon inisiasi AUG dalam mRNA, meninggalkan metionil-tRNAMet untuk mengikat sebagai respons terhadap kodon AUG internal. Methionyl- tRNAfMet juga berikatan dengan ribosom sebagai respons terhadap

kodon inisiator alternatif, GUG (kodon valin bila ada pada posisi internal), yang terjadi pada beberapa molekul mRNA.