Bab 14 Translasi Sintesis Protein

1 4 Translasi: Sintesis ProteinP r o t e i n dibentuk m e l a l u i proses yang disebut translasi. Proses ini t e r j a d i di r i b o -som dan dipandu oleh mRNA. Pesan genetik yang terkode dalam DNA m u l a - m u l aditranskripsi menjadi mRNA, dan u r u t a n nukleotida mRNA kemudian menentukanu r u t a n asam amino pada protein.B a g i a n mRNA yang menentukan u r u t a n asam amino protein dibaca dalam ko-don, yaitu r a n g k a i a n yang t e r d i r i d a r i tiga n u k l e o t i d a . I n i s i a s i suatu r a n t a i poli-peptida d i m u l a i dengan kodon A U G yang menentukan asam amino m e t i o n i n .Kodon pada mRNA dibaca secara b e r u r u t a n (sekuensial) dalam a r a h 5' ke 3' dand i m u l a i dengan 5 ' - A U G y a n g menentukan k u m p u l a n k e r a n g k a bacaan dan di-a k h i r i dengan kodon terminasi-3' ( a t a u kodon \"stop\") (UAG, U G A , atau UAA).P r o t e i n dibentuk d a r i t e r m i n a l - N m e n u j u ke t e r m i n a l - C .tRNA membawa asam amino ke tempat sintesis protein di ribosom. Pemben-t u k a n pasangan basa a n t a r a antikodon tRNA dan kodon mRNA memastikanbahwa asam amino yang dibawa oleh tRNA disisipkan ke dalam r a n t a i polipep-tida yang sedang tumbuh di tempat yang tepat.P e n g i k a t a n m e t i o n i l - t R N A i n i s i a l ( a w a l ) ke mRNA dan ribosom disebut i n i s i a -si dan melibatkan protein sitosol yang d i k e n a l sebagai faktor inisiasi (FI) danGTP.Setelah inisiasi, r a n t a i polipeptida memanjang. P e m a n j a n g a n i n i t e r d i r i d a r itiga l a n g k a h : (a) penambahan sebuah a m i n o a s i l - t R N A ke tempat pada ribosom dim a n a m o l e k u l tersebut b e r i k a t a n dan membentuk pasangan basa dengan kodonkedua pada mRNA, (b) pembentukan sebuah i k a t a n peptida a n t a r a asam aminopertama dan kedua, dan (c) translokasi, pergerakan mRNA r e l a t i f terhadap r i b o -som, sehingga sebuah a m i n o a s i l - t R N A dapat b e r i k a t a n dengan kodon ketigamRNA dan ke ribosom.Ketiga l a n g k a h pemanjangan i n i d i u l a n g sampai t e r j a d i pengikatan kodon ter-minasi dengan tempat pada ribosom di m a n a a m i n o a s i l - t R N A berikutnya seha-rusnya melekat. Yang melekat bukan tRNA b e r m u a t a n , tetapi faktor pelepasan( r e l e a s e f a c t o r ) . sehingga protein yang telah lengkap terlepas d a r i ribosom.Setelah satu ribosom t e r i k a t dan bergerak di sepanjang mRNA serta mentrans-lasikan polipeptida, ribosom l a i n dapat b e r i k a t a n dan m e m u l a i translasi. K o m -pleks sebuah mRNA dengan banyak ribosom disebut polisom.P e l i p a t a n polipeptida menjadi k o n f i g u r a s i tiga-dimensi t e r j a d i sewaktu poli-peptida sedang ditranslasi. Proses i n i melibatkan protein yang d i k e n a l sebagaichapcronc.Modifikasi residu asam amino dalam suatu protein dapat t e r j a d i selama atausetelah translasi dan m u n g k i n melibatkan pembentukan i k a t a n disulfida, glikosi-lasi (penambahan gugus k a r b o h i d r a t ) , fosforilasi, pemutusan i k a t a n peptida, danjenis perubahan l a i n .Sebagian protein disintesis di ribosom sitosol dan dilepaskan ke dalam sitosol.P r o t e i n l a i n d i s a l u r k a n ke dalam organel, misalnya m i t o k o n d r i a . P r o t e i n yangdipersiapkan u n t u k lisosom, u n t u k penggabungan ke dalam membran sel, atau un-tuk disekresikan k e l u a r sel disintesis dalam ribosom yang melekat ke r e t i k u l u mendoplasma kasar (RER). P r o t e i n i n i d i p i n d a h k a n d a r i R E R ke kompleks Golgi,tempat protein i n i mengalami modifikasi dan d i a r a h k a n ke lokasi a k h i r .

BAB 14 / T R A N S L A S I : SINTESIS PROTEIN 195 Michael Sichel kembali ke klinik hematologi 1 bulan setelah dipulangkan dari rumah sakit untuk krisis sel sabit yang terakhir. Sejak itu iabelum per- nah mengalami gejala yang mengisyaratkan hemolisis akut dan hemo-globinnya stabil pada 7,4 g/dL. Annie Myck, pada kunjungannya yang kedua, ternyata tidak memperlihat- kan perbaikan gejala. Kadar hemoglobinnya 6,0 g/dL (rentang acuan = 12- 16 g/dL).R J S ^ Priscilla T w i g g melanjutkan dietnya yang sangat hipokalorik dan bahkan[ { i - )] h a m p i r t a n p a d a g i n g . I a s e k a r a n g t a m p a k s a n g a t k u r u s d a n p u c a t . H e m o g l o -ImtKmi b i n 9 , 7 g / d L , h e m a t o k r i t ( v o l u m e packed red celT) a d a l a h 3 1 % ( r e n t a n gacuan untuk wanita = 36-46%), dan hemoglobin korpuskular rerata (jumlah rerata he-moglobin per sel darah merah) adalah 21 pg/dL (rentang acuan = 26-24 pg/dL).Angka-angka ini menunjukkan anemia mikrositik (yang berarti ukuran sel darahmerahnya kecil), hipokromik (yang berarti berwarna pucat, danmengisyaratkan pe-nurunan j u m l a h hemoglobin persel darah merah), yang dapat disebabkan oleh defisi-ensi besi dalam makanan. * Jay Sakz adalah seorang bayi laki-laki berusia 6 bulan keturunan Yahudi Ashkenazi. Pertumbuhan dan perkembangannya normal sampai usia 5 bu- lan sewaktu ia mulai memperlihatkan kelumpuhan ringan otot yang menye-luruh. Pada usia 7 bulan, kontrol kepalanya berkurang, perkembangan motoriknyamelambat, dansemakin tidak memperhatikan sekelilingnya. Orangtuanya juga meli-hat gerakan mata dan episode menatap yang tidak lazim. Pada pemeriksaan cermatt e r h a d a p r e t i n a n y a , d o k t e r a n a k m e l i h a t a d a n y a b e r c a k \"cherry-red' d i d a l a m m a k u l ayang pucat. Dokter mencurigai penyakit Tay-Sachs dan mengirim sampel darah utuhke laboratorium riset genetik-biologi molekular. T h o m a s A p p l e m a n kembali kedokter setelah diobati eritromisinselama 1 minggu. Sampel dahak dari kunjungan sebelumnya telah dibiak. Hasilnya• m e n e g a s k a n b a h w a i n f e k s i s a l u r a n n a p a s n y a d i s e b a b k a n o l e h Streptococ-cus pneumoniae d a n b a h w a o r g a n i s m e i n i p e k a t e r h a d a p p e n i s i l i n , e r i t r o m i s i n , t e t r a -siklin, danantibiotik lain. E r n a Nemdy, seorang mahasiswa kedokteran berusia 25 tahun, membawa anak perempuannya berusia 4 tahun yang sehat, Beverly, ke dokter anak untuk imunisasi difteri, pertusis, dan tetanus yang kedua (DPT-2). Ernamemberitahu kepada dokter bahwa bibi buyutnya meninggal akibat difteri sewaktuterjadi epidemi beberapa puluh tahun yang lalu.f KODE GENEXlTranskripsi, pemindahan pesan genetik dari D N A keR N A , didasarkan pada konseppembentukan pasangan basa yang agak sederhana. Translasi, pemindahan pesan ge-netik dari bahasa nukleotida asam nukleat menjadi bahasa asam amino protein, meli-batkan mekanisme yang lebih rumit, tetapi juga menggunakan pembentukan pa-sangan basa sebagai langkah kunci. Pada akhir tahun 1950-an dan awal 1960-an, para ahli biologi molekular yang ber-usaha menguraikan proses translasi menemukan dua masalah. Pertama meliputi peng-uraian isi kode hubungan antara \"bahasa\" asam nukleat dan \"bahasa\" protein, dan ke-dua meliputi penentuan mekanisme molekular bagaimana translasi antara kedua ba-hasa ini terjadi. Terdapat duapuluh asam amino yang digabung menjadi protein dan, oleh karenaitu, terdapat 2 0 karakter dalam \"abjad\" protein. Abjad asam nukleat hanya memilikiempat karakter, sesuai dengan empat nukleotida m R N A ( A , G ,C , dan U ) . Para ahli

196 BAGIAN III / EKSPRESI G E N DAN SINTESIS PROTEIN { MetJ pembaca kode biologi molekular menyadari bahwa apabila dua nukleotida meru- pakan kode untuk satu asam amino, hanya 4^ atau 16 asam amino yang dapat ditentu- 3' A kan. D i pihak lain, apabila empat nukleotida merupakan kode untuk satu asam amino, C d a p a t d i t e n t u k a n j a u h l e b i h b a n y a k a s a m a m i n o (4^* a t a u 2 5 6 ) d a r i p a d a y a n g sebe- C namya terdapat pada protein. Oleh karena itu, j u m l a h nukleotida yang mengkode se- b u a h a s a m a m i n o k e m u n g k i n a n b e s a r b e r j u m l a h t i g a , y a n g m e n g h a s i l k a n 4^ a t a u 6 4mRNA 5' (y kemungkinan kombinasi atau \"kodon,\" lebih daripada yang dibutuhkan, tetapi tidak terlalu berlebihan. 3 ' i y A C j 5 ' Antikodoi?^ /\/\/\IAUQ]/\/\/\/3' Para ahli berusaha menentukan kodon spesifik untuk masing-masing asam amino. Pemecahan kode genetik (kumpulan kodon yang menetapkan semua asam amino Kodon yang terdapat dalam protein) yang pertama dihasilkan oleh Marshall Nirenberg pada tahun 1961. I amemperlihatkan bahwa poli(U), suatu nukleotida d imana semuaGbr. 14.1. P e n g i k a t a n t R N A k e sebuah k o d o n basanya adalah urasil, menghasilkan polifenilalanindalam sistem pembuatan-proteinpada m R N A . t R N A mengandung sebuah asam bebas-sel. Dengan demikian, U U U pasti merupakan kodon untuk fenilalanin. Denganamino di ujung 3-nya yang sesuai dengan ko- eksperimen yang menggunakan polinukleotida sintetik sebagai pengganti m R N A , N i -don pada m R N A . Kodon pada m R N A ini dapat renberg dan juga H . Gobind Khorana dapat mengetahui kodon lain.membentuk pasangan basa dengan antikodontRNA. Perhatikan bahwa pembentukan pa- Para pelopor dalam bidang biologi molekular menyadari bahwa, karena asamsangan kodon-antikodon bersifat komplemen- amino tidak dapat berikatan langsung dengan rangkaian tiga nukleotida yang mem-ter dan antiparalel. bentuk kodon mereka, diperlukan adaptor. Adaptornya temyata adalah molekul t R N A . Setiap molekul t R N A mengandung sebuah antikodon danberikatan secara ko- valen dengan asam amino spesifik di ujung-3' (lihat Bab 11 dan13). Antikodon pada molekul t R N A adalah rangkaian yang terdiri dari tiga nukleotida yang dapat ber- interaksi dengan kodon pada m R N A (Gbr. 14.1). Agar dapat berinteraksi, kodon dan antikodon harus komplementer (yaitu, keduanya harus dapat membentuk pasangan basa dalam orientasi antiparalel). Dengan demikian, antikodon pada t R N A berfungsi sebagai penghubung antara kodon m R N A dan asam amino yang ditentukan oleh kodon tersebut. Jelaslah, setiap kodon pada m R N A harus sesuai dengan sebuah asam amino spesi- fik. Nirenberg mendapatkan bahwa trinukleotida dari suatu urutan basa tertentu dapat berikatan dengan ribosom dan menyebabkan pengikatan aminoasil-tRNA spesifik (yaitu, t R N A yang mengikat asam amino secara kovalen). Dari eksperimen ini dan eksperimen sebelimmya oleh Nirenberg dan Khorana, dapat ditentukan hubungan antara seluruh 64 kodon danasam amino yang mereka tentukan (seluruh kode ge- netik) pada pertengahan tahun 1960-an (Tabel 14.1). Sifat Kode Genetik Tiga dari 64kemungkinan kodon ( U G A , U A G , danU A A )dibuktikan merupakan ko- don untuk menghentikan sintesis protein dan dikenal sebagai kodon \"stop\" atau ko- d o n nonsense. E n a m p u l u h s a t u k o d o n s i s a n y a m e n e n t u k a n a s a m a m i n o . T e r d a p a t d u a Tabel 14.1. Kode Genetik Basa Pertama i i i i i i i i i i i i i Base Kedua Basa Ketiga (50 U IIIIIHIIil A G O') U Phe Ser Tyr Cys U Phe Ser Tyr Cys c Leu Ser S t o p Stop Leu Ser S t o p A Trp G C Leu Pro HIs Arg U Leu Pro His Arg C Leu Pro Gin Arg A Leu Pro Gin Arg G A lle Thr Asn Ser U lle Thr Asn Ser C lle Thr Lys Arg A Met Thr Lys Arg G G Val Ala Asp Gly U Val Ala Asp Gly C Val Ala Glu Gly A Val Ala Glu Gly G

BAB 14 / TRANSLASI: SINTESIS PROTEIN 1 97asam amino yang hanya memiliki satu kodon ( A U G - metionin; U G G = triptofan). A. Kodon untuk alaninAsam amino lainnya memiliki lebih dari satu kodon. 5' — G C U — 3' GCCK O D E A D A L A H DEGENERATE ( T U R U N D E R A J A T ) , T E T A P I J E L A S GCAKarena banyak asam amino ditentukan oleh lebih dari satu kodon, kode genetik dise-b u t s e b a g a i \"degenerate'' ( t u r u n d e r a j a t ) . I s t i l a h ''degenerate\" d i g u n a k a n d a l a m p e - QCGngertian matematisnya yang tepat. N a m u n , istilah yang lebih u m u m yaitu \"redun-danr ( b e r l e b i h a n ) m u n g k i n l e b i h d e s k r i p t i f . W a l a u p u n s e b u a h a s a m a m i n o m u n g k i n B. Pembentukan pasangan basamemi- liki lebih dari satu kodon, namun masing-masing kodon hanya menentukan kodon-kodon alanin dengan antikodonsatu asam amino. Dengan demikian, kode genetik bersifat jelas. U Kodon 5' — G C C — 3' pada mRNA Pengamatan pada tabel kodon memperlihatkan bahwa pada sebagian besar kea-daan di mana terdapat beberapa kodon untuk satu asam amino, variasi terjadi di basa I Antik kodonketiga kodon (lihat Tabel 14.1). Crick mencatat bahwa pembentukan pasangan antara 3« c G I — 5' pada tRNAbasa-3' kodon dan basa-5' antikodon mungkin tidak mengikuti h u k u m pembentukanpasangan basa secara ketat (yaitu, A berpasangan dengan U , dan G dengan C) yang ia Gbr. 14.2. Pembentukan pasangan basa kodond a n W a t s o n t e m u k a n s e b e l u m n y a . C r i k m e n y e b u t k o n s e p i n i s e b a g a i h i p o t e s i s ''wob- untuk alanin dengan 5'-IGC-3'. A . Perhatikanble'' ( g o y a h ) . bahwa variasi terletak di basa ketiga. B. Tiga kodon pertama dapat berpasangan dengan se- Pada eukariot, posisi-5' pada antikodon t R N A sering mengandung sebuah basa buah t R N A yang mengandung antikodon 5'-modifikasi yang mampu membentuk pasangan dengan lebih dari satu nukleotida. IGC-3'. Inosin (I) adalah nukleosida tak-lazimBasa modifikasi ini adalah suatu contoh h u k u m pembentukan pasangan basa yang yang ditemukan pada t R N A yang dapat mem-goyah. Inosin (I), salah satu nukleosida aneh pada t R N A , dapat berpasangan dengan bentuk pasangan basa dengan U , C, atau A.U, C,atau A . Oleh karena itu, tiga dari empat kodon..untuk alanin ( G C U , GCC, danG C A ) dapat berpasangan dengan sebuah t R N A yang memiliki antikodon 5'-IGC-3'(Gbr. 14.2). Karenanya, kurang dari 61 molekul t R N A diperlukan untuk mentransla-sikan kode genetik dan, akibat degenerasi kode, walaupun basa terakhir pada suatukodon berpasangan secara tidak benar, asam amino yang tepat masih sering disisipkanke dalam rantai polipeptida yang sedang tumbuh.KODE HAMPIR UNIVERSALSemua organisme yang dipelajari sejauh ini menggunakan kode genetik yang sama,dengan perkecualian yang sangat jarang dijumpai. Misalnya,pada mitokondria manu-s i a , U G A m e n g k o d e t r i p t o f a n d a n b u k a n b e r f u n g s i s e b a g a i k o d o n stop, A U A m e n g -kode metionin dan bukan isoleusin, dan C U A mengkode treonin bukan leusin. Sejauhini hanya terdapat kurang dari 10perkecualian mengenai kode ini.KODE TIDAK TUMPANG-TINDIH DAN TANPA TANDA BACAm R N A tidak memiliki tanda baca untuk memisahkan satu kodon dari kodon berikut-nya, dan kodon tidak adayang bertumpang-tindih. Setiap nukleotida hanya dibacas e k a l i . D i m u l a i d a r i k o d o n start ( A U G ) d e k a t u j u n g - 5 ' m R N A , l a l u k o d o n d i b a c a se-c a r a b e r u r u t a n , d a n b e r a k h i r d i k o d o n stop ( U G A , U A G , a t a u U A A ) d e k a t u j u n g - 3 'mRNA.HUBUNGAN ANTARA PR^^^ PROTEINDAN mRNAKodon start ( A U G )memulai kerangka baca, urutan di mana urutan basa pada m R N Adipilah-pilah menjadi kodon (Gbr. 14.3). Urutan kodon dalam m R N A menentukanurutan asam amino yang akan ditambahkan ke dalam rantai polipeptida yang sedangtumbuh. Dengan demikian, urutan kodon dalam m R N A menentukan urutan linearasam amino dalam protein. EFEK MUTASIMutasi yang terjadi akibat kerusakan nukleotida pada molekul D N A atau akibat kesa-lahan selama replikasi yang tidak diperbaiki (lihat Bab 12) dapat mengalami trans-

198 . BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEIN kripsi kedalam m R N A , dan, oleh karena itu, dapat menyebabkan translasi suatu pro- tein dengan urutan asam amino yang abnormal. Dapat terjadi berbagai jenis mutasi yang menimbulkan efek berbeda-beda pada protein yang dikode (Tabel 14.2). Mutasi Titik M u t a s i titik (point mutation) t e r j a d i a p a b i l a h a n y a s a t u b a s a p a d a D N A y a n g m e n g a - lami perubahan, menghasilkan perubahan satu basa pada kodon m R N A . MUTASI S/LEA/r (SAMAR) M u t a s i t i t i k d i k a t a k a n silent ( s a m a r ) a p a b i l a t i d a k m e m p e n g a r u h i u r u t a n a s a m a m i n o protein. Misalnya, perubahan kodon dari C G A menjadi C G C tidak mempengaruhi protein karena kedua kodon ini menentukan arginin. Anemia sel sabit disebabkan M U T A S I MISSENSE o l e h m u t a s i missense. P a d a Apabila mutasi menyebabkan satu asam amino dalam protein digantikan oleh asam masing-masing alel untuk glo- a m i n o l a i n , y a n g t e r j a d i a d a l a h m u t a s i missense. M i s a l n y a , p e r u b a h a n d a r i C G A m e n -bin-p, D N A Michael Sichel m e n g a l a m i jadi C G A menyebabkan arginin diganti oleh prolin.perubahan satu basa. Pada gen sel sabit,GTG menggantikan kodon normal GAG. MUTAS\ NONSENSEDengan demikian, pada mRNA, kodon M u t a s i nonsense m e n y e b a b k a n ' p e n g h e n t i a n p r e m a t u r s u a t u r a n t a i p o l i p e p t i d a . M i -GUG menggantikan G A G danresidu valin salnya, perubahan kodon dari C G A menjadi U G A menyebabkan kodon untuk argininmenggantikan residu glutamat pada pro- d i g a n t i o l e h k o d o n stop, d a n s i n t e s i s p r o t e i n m u t a n t e r h e n t i d i t i t i k i n i .tein. Tabel 14.2. Jenis IVIutasi Contoh Penjelasan CGA ^ CGG Arg Arg Titik Perubahan satu basa CGA CGA S i l e n t (samar) Arg -> Pro Missense Perubahan yang menentukan CGA UGA Nonsense asam amino yang sama Arg -> S t o p Perubahan yang menentukan asam amino yang berbeda Perubahan yang menghasilkan kodon s t o p Insersi (sisipan) Penambahan satu atau lebih basa Delesi (penghilangan) Hilangnya satu atau lebih basa. t ^AUGCACAGUGGAGU- 2 - A U ^ O A CA G U G G A G U - 3 B start Stop mRNA 5 * - A U G C A C A G U G G A G U C UGA-3 ^ -r--\"T Terminal G Protein TerminaIN- M e t - H r s - S e r - G l y - V a l Gbr. 14.3. K e r a n g k a baca R N A . A . U n t u k setiap u r u t a n m R N A , terdapat t i g a k e m u n g k i n a n k e r a n g k a baca (1,2, d a n 3 ) . B. S e b u a h A U G dekat u j u n g - 5 ' m R N A ( k o d o n start) m e n e n t u k a n kerangka baca untuk translasi sebuah protein dari m R N A . Kodon dibaca dalam urutan linear, dimulai dari A U G ini. (Kerangka baca potensial lainnya tidak digunakan. Kerangka baca ini akan menghasilkan protein dengan urutan asam amino yang berbeda).

BAB 14 / TRANSLASI: SINTESIS PROTEIN 1 99Insersi (Sisipan) 14.1: Satu jenis talasemia dise- babkan oleh sebuah mutasiInsersi (sisipan) terjadi apabila satu atau lebih nukleotida ditambahkan ke D N A . Apa- nonsense. K o d o n 1 7 p a d a r a n t a ib i l a i n s e r s i ( s i s i p a n ) t i d a k m e n i m b u l k a n k o d o n stop, d a p a t d i h a s i l k a n p r o t e i n d e n g a n globin-p diubah dari CGG menjadi CGA.jumlah asam amino lebih banyak daripada normal. Perubahan inimenyebabkan perubahan kodon untuk residu triptofan menjadi ko-Delesi (Penghilangan) d o n stop.Apabila satu atau lebih nukleotida dikeluarkan dari D N A , mutasi yang terjadi adalah M u n g k i n k a h Annie Myck m e n g a l a m id e l e s i . A p a b i l a d e l e s i t i d a k m e m p e n g a r u h i k o d o n start a t a u k o d o n stop y a n g n o r m a l , mutasi pada kodon 17 ini?dapat dihasilkan protein dengan j u m l a h asam amino lebih sedikit daripada normal.Mutasi Frames/i/fr 14.2: Beberapa jenis talasemia disebabkan oleh delesi (penghi-M u t a s i frameshift t e r j a d i a p a b i l a j u m l a h n u k l e o t i d a y a n g d i i n s e r s i k a n ( d i s i s i p k a n ) langan) pada gen globin. Telahatau didelesikan (dihilangkan) bukan kelipatan tiga (Gbr. 14.4). Setelah insersi atau dilakukan penelitian terhadap penderitadelesi, kerangka baca bergeser sehingga setelah titik tersebut basa dibaca dalam ko- yang mengalami delesi (penghilangan) be-don yang tidak tepat. sar di regio pengkode 5' atau 3' pada gen globin-p, sehingga hampir sepertiga dari urutan D N A hilang. M u n g k i n k a h Annie IViyck m e n g a l a m i delesi (penghilangan) besar pada gen glo- bin-pnya?Sebuah t R N A yang mengandung asam amino yang terikat secara kovalen k e ujung-3'nya disebut aminoasil-tRNA. Aminoasil-tRNA diberi nama untuk asam amino dant R N A yang membawa asam amino (misal, alanil-tRNA\"^*). t R N A tertentu mengenalih a n y a k o d o n start A U G y a n g m e n g a w a l i s i n t e s i s p r o t e m d a n b u k a n k o d o n A U G l a i nyang menentukan insersi metionin k e dalam rantai polipeptida. Inisiator metionil-t R N A ^ ^ ^ i n i d i b e r i t a n d a d i b a w a h g a r i s (subscript) \" i \" : m e t i o n i l - t R N A i ^ ^ ^ A s a m amino melekat ke t R N A mereka oleh enzim yang sangat spesifik yang dike-nal sebagai aminoasil-tRNA sintetase. Terdapat duapvduh sintetase yang berlainan,satu sintetase untuk masing-masing asam amino. Setiap sintetase mengenali asamamino tertentu dan semua t R N A yang mengikat asam amino tersebut. Reaksi yang dikatalisis oleh aminoasil-tRNA sintetase berlangsung dalam dualangkah. Pada langkah pertama, asam amino diaktifkan dengan cara bereaksi denganA T P untuk membentuk kompleks enzim/aminoasil-AMP dan pirofosfat (Gbr. 14.5).Pirofosfat diuraikan oleh pirofosfatase, sehingga reaksi menjadi lebih cepat karena sa-lah satu produk dikeluarkan. Pada langkah kedua, asam amino yang telah diaktiflcandipindahkan k e gugus 2*-hidroksil atau 3-hidroksil urutan G C A d i ujung-3* t R N A ,dan A M P dibebaskan. Sebuah t R N A yang membawa sebuah asam amino (aminoasil-tRNA) dikatakan\"bermuatan.\" Energi dalam ikatan aminoasil-tRNAkemudian digunakan dalam pem-bentukan ikatan peptida selama proses sintesis protein. Pro-GIn-Trp-Ser-Arg-His rh rh rH r h rH HnNormal s ' - . - G C A C A G U G G A G U C G A C A U U - — 3 * Hasil pemeriksaan yang dilaku- kan di laboratorium biologi mo- Mutan 5'- C C A C A G U G G iAA G U C G A C A U 3' lekuler memperlihatkan bahwa(insersi basa) Jay Sakz mengalami insersi pada ekson 11 rantai-a g e n heksosamiriidase A. Mu- J u_i u_j u _ j L__j tasi ini adalah jenis mutasi tersering yang Pro - Gin - Trp - dijumpai pada penderita penyakit Tay- -Ser T h r Sachs dengan latar belakang Yahudi Ash- kenazi. (Untuk rinciannya, lihat bagianS b r . 14.4. M u t a s i frameshift. I n s e r s i s e b u a h n u k l e o t i d a m e n y e b a b k a n k e r a n g k a baca bergeser, Masalah pada akhir bab ini).fehingga urutan asam amino protein yang ditranslasikan dari m R N A setelah titik insersi akan)erbeda. Efek serupa d ^ a t terjadi akibat insersi atau delesi nukleotida apabila jumlahnya bu-:an kelipatan tiga.

200 BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEIN Asam amino Y a n g mengherankan, tidak semua aminoasil-tRNA sintetase menggunakan an- tikodon t R N A sebagai tempat pengenalan selama perlekatan asam amino ke t R N A ATP- Aminoasil-tRNA (Gbr. 14.6). Sebagian hanya mengenali basa di posisi lain pada tRNA. Namun, insersi2P| - P P , - sintetase asam amino ke dalam rantai polipeptida yang sedang tumbuh memang hanya bergan- (enzim) tung pada basa antikodon, melalui pembentukan pasangan basa komplementer de- ngan kodon m R N A .enzim [aminoasil-AMP] 3'AIS AlVIP v PROSES TRANSLASI nzimtRNA Translasi suatu protein terdiri dari tiga langkah: inisiasi,pemanjangan, dan penghen- tian (terminasi). Translasi berawal dengan pembentukan kompleks inisiasi. Kemu- dian, terjadi sintesis polipeptida melalui serangkaian langkah pemanjangan yang diulang-ulang sewaktu masing-masing asam amino ditambahkan kerantai polipep- tida yang tumbuh (Gbr. 14.7). Terjadi penghentian sintesis di tempat di mana m R N A m e n g a n d u n g k o d o n stop, d a l a m k e r a n g k a , d a n r a n t a i p o l i p e p t i d a y a n g t e l a h l e n g k a p tersebut dilepaskan. S'A—* Asam amino; 8• - B 3* 5' 1-OH Aminoasil-tRNA Antikodon tRNA fenilalanin ragiG b r . 14.5. Pembentukan a m i n o a s i l - t R N A .Asam amino mula-mula diaktifkan dengancara bereaksi dengan A T P . Asam amino kemu-dian dipindahkan dari aminoasil-AMP ketRNA. Antikodon tRNA metionin, valin, dan isoleusin E . coli 1 4 . 1 d a n 1 4 . 2 : IVIutasi nonsense Antikodon Antikodon di kodon 17 akan menyebabkan tRNA alanin E . coli tRNA serin E . coli translasi dihentikan secara pre-matur. Akan dihasilkan peptida nonfung- G b r . 14.6. T e m p a t pengenalan a m i n o a s i l - t R N A sintetase pada t R N A . A m i n o a s i l - t R N A sin-sional yang hanya mengandung 16 asam tetase mengenali tempat tertentu (abu-abu). Pada beberapa kasus, antikodon adalah tempatamino. Apabila mutasi mengenai kedua pe-ngenalan; pada kasus yang lain, tidak.alel, a k a n t i m b u l talasemia-p°. D e l e s i b e -sar di regio pengkode pada gen juga dapatmenghasilkan protein yang terpotong.A p a b i l a A n n i e IVIyck m e n g a l a m i m u t a s inonsense a t a u d e l e s i b e s a r , h a l t e r s e b u thanya terjadi pada satu alel. Mutasi padaalel yang satunya pasti lebih ringan, lamenghasilkan sebagian globin-p normal.Hemoglobinnya 6 g/dL, khas untuk ta-lasemia intermedia (talasemia-p^).

BAB 14 / TRANSLASI: SINTESIS PROTEIN 201 Rantai polipeptida Pembentukan ikatan peptidayang sedang tumbuh tRNA tRNAyang akan keluar yang datang C A A G ^. u G U U C A' l A U G G U U C .1 C A A 'u A L' C A CmRNA 5* ' i ^i t ii i' 3 Arah pembacaan ^Gbr. 14.7. Gambaran singkat proses translasi. mRNA 5 UAA AUG GUU CCA CAAGbr. 14.8. Inisiasi sintesis protein. Tempat P= tempat peptidil pada ribosom; Tempat A= tem- Besi diperlukan untuk sintesispat aminoasil pada ribosom. hem, yang mengatur sintesis globin. Tanpa adanya hem, ke-Inisiasi Translasi cepatan inisiasi sintesis globin berkurang. H e m bekerja dengan menghambat fosfori-Pada eukariot, inisiasi translasi terdiri dari pembentukan kompleks yang terdiri dari lasi faktor inisiasi elF2. Apabila mengalamimetionil-tRNAi^'\ m R N A , dan sebuah ribosom (Gbr. 14.8). Metionil-tRNAi^'' (juga fosforilasi, elF2 akan menjadi inaktif, dandikenal sebagai Met-tRNAj\"^^^) mula-mula membentuk kompleks dengan suatu faktor sintesis protein tidak dapat dimulai. Hem,inisiasi {faktor inisiasi eukariotik 2 (eIF2)} dan G T P . Kompleks inikemudian mengi- dengan mencegah fosforilasi elF2, mem-k a t s u b u n i t r i b o s o m k e c i l ( 4 0 S ) . Cap p a d a u j u n g - 5 ' m R N A m e n g i k a t f a k t o r i n i s i a s i pertahankan agar faktor inisiasi ini tetap( e I F 4 E ) , y a n g d i k e n a l s e b a g a i cap binding protein ( C B P ) . K e m u d i a n b e b e r a p a e l F aktif. Akibatnya dapat terjadi inisiasidanikut bergabung, dan m R N A kemudian berikatan dengan kompleks 40S-Met- sintesis globin. Globin berikatan dengantRNAi^^^ Dalam suatu reaksi yang memerlukan hidrolisis A T P ,subunit ribosom ke- hem untuk membentuk hemoglobin.c i l m e l a k u k a n scan t e r h a d a p m R N A s a m p a i k o d o n A U G p e r t a m a d i t e m u k a n . e l F l a i nterikat, G T P mengalami hidrolisis, dan faktor inisiasi dibebaskan, dan subunit ribo- Priscilla Twigg menderita a n e m i a de-som besar (60S) terikat. Ribosom sekarang menjadi lengkap. Ribosom ini mengan- fisiensi besi. Kurangnya besi dalam makan-dung satu subnit kecil dan satu subunit besar. Terdapat dua tempat pengikatan untuk an menurunkan sintesis h e m dan, olehtRNA, yang dikenal sebagai tempat P (peptidil) dan A (aminoasil),pada ribosom. Se- karena itu, terjadi penurunan sintesis glo-lama inisiasi, Met-tRNAi^^* berikatan dengan tempat P. bin. Hal inimengakibatkan kadar hemoglo- bin dalam darah berkurang, dan timbul anemia defisiensi besi.

202 BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEIN tRNAj\"®^ Proses inisiasi pada prokariot dan eukariot berbeda (Tabel 14.3). Pada bakteri, metionil-tRNA yang sedang dalam proses inisiasi mengalami formilasi, menghasil-Gugus : O kan formil-metionil-tRNAj^^^ yang ikut serta dalam pembentukan kompleks inisiasi i (Gbr. 14.9). Pada prokariot diperlukan hanya tiga IF untuk menghasilkan kompleksformil I C= 0 ini, sedangkan eukariot memerlukan selusin atau lebih elF. Ribosom juga berbeda !H i ukurannya. Prokariot m e m i l i k i ribosom 708, yang terdiri dari subunit 30S dan SOS, -C-H sedangkan eukariot memiliki ribosom SOS, yang terdiri dari subunit 40S dan 60S. m R N A b a k t e r i t i d a k m e m i l i k i cap. I d e n t i f i k a s i t r i p l e t A U G u n t u k i n i s i a s i p a d a p r o - I kariot terjadi sebagai konsekuensi pengikatan sebuah urutan (yang dikenal sebagai urutan Shine-Dalgamo) pada m R N A dengan urutan komplementer dekat ujung-3' n CH2 r R N A 16S pada subunit ribosom kecil. CH2 Pemanjangan Rantai Polipeptida S Setelah kompleks inisiasi terbentuk, terjadi penambahan masing-masing asam amino ke rantai polipeptida yang terdiri dari pengikatan aminoasil-tRNA ke tempat A pada I ribosom, pembentukan ikatan peptida, dantranslokasi peptidil-tRNA ke tempat P CH3 (Gbr. 14.10). Peptidil-tRNA mengandung rantai polipeptida yang sedang tumbuh.Gbr. 14.9. t R N A b a k t e r i m e n g a n d u n g f o r m i l -metionin. Pada sintesis protein eukariotik, me-tionin untuk inisiasi tidak mengalami formi-lasi. Banyak antibiotik yang digu- PENGIKATAN AMINOASIL-tRNA KE TEMPAT A• o nakan untuk melawan infeksi Apabila Met-tRNAj (atau peptidil-tRNA) berikatan dengan tempat P, kodon m R N A bakteri dalam tubuh manusia di tempat A menentukan ammoasil-tRNA mana yang akan berikatan ditempat itu.memanfaatkan perbedaan antara meka- Suatu aminoasil-tRNA akan terikat apabila antikodoimya bersifat antiparalel dannisme sintesis protein dalam prokariot dan komplementer dengan kodon m R N A . Sebelum terikat ke m R N A , aminoasil-tRNAeukariot. mula-mula berikatan dengan G T P dan suatu faktor pemanjangan E F l a pada eukariot dan EF-Tu pada prokariot) (Tabel 14.4). Sewaktu aminoasil-tRNA berikatan dengan Streptomisin mengikat subunit ribosom tempat A , G T P mengalami hidrolisis, membentuk GDP.308 pada prokariot. Streptomisin ini meng-ganggu inisiasi sintesis protein dan me- Kompleks G D P dan faktor pemanjangan ( E F l a atau E F - T u ) kemudian berikatannyebabkan pembaclian mRNA menjadi dengan faktor lain ( E F i p y pada eukariot dan EF-Ts pada prokariot), sehingga G D Psalah. dapat dibebaskan. Kompleks kemudian mengikat G T P , dan Py eukariotik atau Ts pro- kariotik terlepas, meninggalkan faktor pemanjangan ( E F l a pada eukariot dan E F - T u Walaupun bakteri penyebab Infeksi pada prokariot) terikat ke G T P , siap untuk daur pemanjangan berikutnya (Gbr. 14.11).peka terhadap streptomisin, namun obatini tidak digunakan untuk mengobati Tho- Tabel 14.3. Perbedaan Antara Eukariot dan Prokariot dalam Inisiasi Sintesis Proteinmas Appleman karena dapat menimbul-kan ketullan pemrianen. Oleh karena itu, Eukanot Prokariotpenggunaan streptomisin dibatasi hanyauntuk mengobati tuberkulosis atau infeksi Pengikatan mRNA ke Cap di ujung-5' mRNA berikatan Uartan Shine-Dalgamo hulu padalain yang tidak berespons secara adekuat subunit ribosom kecil dengan e l F dan subunit ribosom AUG yang mengalami inisiasiterhadap antibiotik lain. kecil 408. Dilakukan s c a n terhadap berikatan dengan umtan Asam amino pertama mRNA untuk menemukan A U G komplementer pada Faktor inisiasi yang pertama rRNA 168 Ribosom Metionin Formil-metionin elF (12 atau lebih) IF(3) 80 S 708 (subunit 408 dan 608) (subunit 308 dan 508) Tabel. 14.4. Perbedaan Antara Eukariot dan Prokariot dalam Pemanjangan Rantai Poli Faktor pemanjangan pertama EF2 EF-G Faktor yang berperan dalam pembaharuan faktor pemanjangan pertama Faktor pemanjangan kedua

B A B 14 / TRANSLASI: SINTESIS PROTEIN 203 .. Ribosom Tem- ^, p a t A | \ ^ ^ Y *;\"fempatP AUG GUU CCA CAA^ mRNA 5' V ' ^ ' ' ^ ' ' \" ' ^ ' ' 'L^^ • 3' O Valil-tRNAVal faktor pemanjangan (EF1.GTP mMet Val peptidil transferase ^' V y, -1 AUG GUU C C A CAA^ J ' ' I I I I iT I I I I I I ; ^G b r . 14.11. D a u r u l a n g E F l . Pada p r o k a r i o t , E F l a adalah E F - T u d a n p r o t e i n padanan P y ada-lah Ts. EF2^ Translokasi mm • GDP+Pj patP. j' i^empatA / ^ - 1 GUU CCA CAA 5» v I j t i i i ! I i M j { Pro EF1-GTP- -EF1-GDP +Pi (Langkah pemanjangan 1-3 diulangi)G b r . 14.10. P e m a n j a n g a n r a n t a i p o l i p e p t i d a . 1. P e n g i k a t a n a m i n o a s i l - t R N A k e t e m p a t A . 2.Pembentukan ikatan peptida. 3. Translokasi. D u a langkah yang diperlihatkan dalam 3 berlang- ^sung secara bersamaan.

204 BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEIN Antibiotik tetrasiklin mengikat PEMBENTUKAN IKATAN PEPTIDA subunit ribosom 3 0 S pada pro- kariot dan menghambat pengi- Pada putaran pertama pemanjangan (atau peptidil-tRNA pada putaran berikutnya),katan aminoasil-tRNA ke tempat A pada aminoasil-tRNA di tempat A sekarang membentuk ikatan peptida dengan metionil-ribosom. t R N A ditempat P (lihat Gbr. 14.10). Peptidiltransferase, yang bukan merupakan pro- Bakteri yang menyebabkan infeksi pa- tein tetapi r R N A subunit ribosom besar, mengkatalisis pembentukan ikatan peptida.da Thomas Appleman ternyata p e k a ter- t R N A ditempat A sekarang mengandung rantai polipeptida yang sedang tumbuh, danhadap tetrasiklin. t R N A di tempat P tidak bermuatan (yaitu, tidak lagi mengandung asam amino). Kloramfenikol adalah antibiotik TRANSLOKASI yang mengganggu aktivitas peptidiltransferase pada subunit Translokasi melibatkan faktor pemanjangan lain (EF2 pada eukariot dan E F - G padaribosom 5 0 8 bakteri. Obat ini tidak digu- prokariot) yang membentuk kompleks dengan G T P dan berikatan dengan ribosom,n a k a n u n t u k m e n g o b a t i Thomas Apple- menyebabkan perubahan konformasi yang menggerakkan m R N A dan t R N A (yangman k a r e n a s a n g a t t o k s i k bagi m a n u s i a , membentuk pasangan basa dengannya) yang berkenaan dengan ribosom. t R N A yangsebagian akibat efeknya pada sintesis pro- tidak bermuatan bergerak dari tempat P ke suatu tempat yang dikenal sebagai tempattein mitokondria. E {exit, j a l a n k e l u a r ) . D a r i t e m p a t i n i t R N A t e r s e b u t d i l e p a s k a n . P e p t i d i l - t R N A b e r - gerak ke tempat P dan tempat A ditempati oleh kodon berikutnya pada m R N A . Se- Eritromisin berikatan dengan lama translokasi, G T P mengalami hidrolisismenjadi GDP, yang dilepaskan dari ribo- subunit ribosom 5 0 8bakteri dan som bersama faktor pemanjangan (lihat Gbr. 14.10). menghambat translokasi. Anti-biotik ini digunakan untuk mengobati Tho- Penghentian Translasimas Appleman k a r e n a ia p e r n a h m e n -dapatkannya tanpa mengalami gangguan. T i g a l a n g k a h p e m a n j a n g a n d i u l a n g s a m p a i k o d o n t e r m i n a s i (stop) b e r g e r a k k e t e m p a tEritromisin menimbulkan efek samping A pada ribosom. Karena di dalam sel secara normal tidak adat R N A dengan antikodonyang lebih ringan dibandingkan dengan y a n g d a p a t m e m b e n t u k p a s a n g a n b a s a d e n g a n k o d o n stop, y a n g b e r i k a t a n d e n g a n r i -banyak antibiotik lainnya dan digunakan b o s o m a d a l a h f a k t o r p e l e p a s a n (release f a c t o r ) , m e n y e b a b k a n p e p t i d i l t r a n s f e r a s e m e -sebagai obat alternatif bagi penderita lakukan hidrolisis terhadap ikatan antara rantai peptida dan t R N A . Polipeptida yangseperti Tn. Appleman, yang alergi terha- baru disintesis dilepaskan dari ribosom, yang terurai menjadi subunitnya masing-dap penisilin. 8etelah pengobatan eritro- masing, membebaskan m R N A .misin selama 1 minggu, T n . Applemansembuh dari infeksinya. Difteri adalah penyakit sangat POLISOM menular yang disebabkan oleh tbksin yang disekresi oleh bak- Sewaktu satu ribosom bergerak di sepanjang m R N A dan menghasilkan rantai poli-t e r i Corynebacterium diphteriae. W a l a u - peptida, ribosom kedua dapat berikatan dengan ujung-5' pada m R N A yang tidakpun merupakan protein, toksin tersebut ditempati (kosong). Banyak ribosom dapat secara bersamaan melakukan translasitidak dihasilkan oleh gen bakteri, tetapi pada satu m R N A , membentuk kompleks yang disebut sebagai polisom (Gbr. 14.12).oleh gen yang dimasukkan ke dalam sel Sebuah ribosom meliput sekitar 80 nukleotida pada sebuah m R N A . Oleh karena itu,bakteri oleh suatu bakteriofaga yang me- ribosom terdapat di m R N A dengan interval setiap sekitar 100 nukleotida. Rantai poli-nyebabkan infeksi. peptida yang melekat keribosom tumbuh semakin panjang seiring dengan pergerakan masing-masing ribosom dari ujung-5' ke ujung-3' m R N A . Toksin difteri terdiri dari d u a subunit.Subunit B berikatan dengan reseptor per- PENGOLAHAN PROTEIN PASCATRANSLASImukaan sel dan memudahkan masuknyasubunit A ke dalam sel. Setelah masuk ke Sewaktu dibentuk di ribosom, rantai polipeptida bergerak melalui suatu terowongandalam sel manusia, subunit A mengkatali- dalam ribosom. Terowongan ini dapat memuat sekitar 30 residu asam amino. Seiringsis reaksi di mana ADP-ribosa (ADPR) dari dengan polimerisasi rantai, residu asam amino diujung terminal-Nmulai keluar darinikotinamida-adenin dinukleotida (NAD) daerah yang terlindung di dalam ribosom ini lalu mengalami pelipatan membentukberikatan secara kovalen dengan E F 2 . konformasi tiga-dimensi polipeptida.Melalui reaksi ini, A D P R dilekatkan padaresidu histidin yang mengalami modifikasi, P r o t e i n b e r i k a t a n d e n g a n p o l i p e p t i d a nascent ( y a i t u , p o l i p e p t i d a y a n g s e d a n g d a -yang dikenal sebagai diftamid, dalam E F 2 lam proses sintesis) dan memperantarai proses pelipatan tersebut. Mediator ini dise-protein. Modifikasi E F 2 ini menghambat b u t chaperone k a r e n a m e n c e g a h t e r j a d i n y a i n t e r a k s i y a n g t i d a k s e s u a i . P e m b e n t u k a nsintesis protein, sehingga terjadi kematian ikatan disulfida antara residu sistein juga berperan membentuk struktur tiga-dimensisel. A n a k , m i s a l n y a Beverly, putri Erna polipeptida.Nemdy, b i a s a n y a m e n d a p a t i m u n i s a s i ter-hadap penyakit yang sering menimbulkankematian ini pada usia dini.

BAB 14 / T R A N S L A S I : SINTESIS PROTEIN 205 E n z i m d a p a t b e k e r j a p a d a p o l i p e p t i d a nascent d a n m e m o d i f i k a s i r e s i d u t e r t e n t u Polipeptida(Tabel 14.5). Metionin terminal-N biasanya dikeluarkan oleh protease. Juga dapat ter- nascentjadi pemutusan terhadap residu lainnya. m R N A 5^ Residu asam amino dapat mengalami modifikasi dengan penambahan berbagaijenis gugus fungsional. A s a m amino terminal-Nkadang-kadang mengalami asetilasi. RibosomK e residu lisin dapat ditambahkan gugus metil. Residu prolin dan lisin dapat menga-lami modifikasimelaluihidroksilasi,terutama pada kolagen. Karboksilasi merupakan Gbr. 14.12. P o l i s o m . K o m p l e k s m R N A d a nmodifikasi yang penting, terutama untuk fungsi protein yang terlibat dalam pem- beberapa ribosom, yang masing-masing mem-bekuan darah. Dapat dilakukan penambahan asam lemak, yang membentuk regio hi- bentuk sebuah rantai polipeptida, disebut poli-drofobik untuk merekatkan protein ke membran. Dapat dilakukan pemindahan som.sebuah gugus A D P R dari N A D ke protein tertentu. Penambahan dan pengeluaran gu-gus fosfat (yang berikatan secara kovalen dengan residu serin, treonin, dan tirosin)berfungsi untuk mengubah aktivitas banyak protein (misal, enzim pada sintesis danpenguraian glikogen). Glikosilasi, penambahan gugus karbohidrat, merupakan modi-fikasi yang terutama terjadi pada protein yang akan disekresikan atau digabungkan kemembran.PENGARAHAN PROTEIN KE ORGANEL SUBSEL,MEMBRAN, DAN LINGKUNGAN E^^^^ Banyak protein disintesis dipolisom dalam sitosol. Setelah dilepaskan dari ribo-som, protein tetap berada dalam sitosol dimana protein tersebut melakukan fungsi-nya. Protein lain yang disintesis pada ribosom sitosol masuk ke dalam mitokondria.Protein inimemiliki urutan asam amino di ujung terminal-Nyang mempermudah pro-tein tersebut menembus membran mitokondria.Sebagian protein masuk ke dalam R E R selagi disintesis (Gbr. 14.13). Protein inimemiliki urutan yang terdiri dari residu asam amino hidrofobik diujung terminal-Nyang dikenal sebagai urutan sinyal dengan panjang 20-25 asam amino. Partikelpe-n g e n a l s i n y a l (signal recognition particle, S R P ) b e r i k a t a n d e n g a n r i b o s o m d a n d e -n g a n u r u t a n s i n y a l s e w a k t u p o l i p e p t i d a nascent m u n c u l d a r i t e r o w o n g a n d i d a l a m r i -bosom, dan translasi berhenti. Sewaktu SRP kemudian berikatan dengan reseptorS R P a t a u p r o t e i n p e n a m b a t {dockingprotein) pada R E R , translasi kembali berlanjut,dan polipeptida mulai masuk ke dalam lumen R E R . Urutan sinyal dikeluarkan olehsuatu peptidase, dansisanya protein yang baru disintesis dipindahkan dalam vesikelkecil ke kompleks Golgi. Glikosilasi protein dapat terjadi di dalam lumen R E R dan dibagian dalam kompleks Golgi.Protein yang dihasilkan pada R E R akhirnya muncul di dalam lisosom dan vesikelsekretorik (Gbr. 14.14). Residu fosfomanosa yang ditambahkan ke enzim lisosommenyebabkan protein diarahkan menuju lisosom. Adanya kelompok residu hidrofo-bik pada protein menyebabkan protein melekat ke membran sel. Protein dalam vesikelsekretorik akhirnya dikeluarkan dari sel keruang ekstrasel melalui suatu proses yangdikenal sebagai eksositosis. Protein yang mengandung regio hidrofobik mungkintetap melekat k e membran sel, dan menjadi protein membran sel.Tabel. 14.5. Beberapa Modifikasi Pascatranslasi yang Sering Terjadi pada Residu Asam Amino Protein.Asetilasi Asilasi lemakMetilasi Ribosiiasi-ADPHidroksilasi FosforilasiKarboksilasi Glikosilasi

206 B A G I A N I I I / E K S P R E S I G E N D A N S I N T E S I S P R O T E I N 40SGbr. 1 4 . 1 3 . Sintesis protein pada RER. 1 . Translasi protein berawal di dilepaskan dan sintesis protein kembali berlanjut. 5. Sewaktu urutansitosol. 2 . Sewaktu muncul dari ribosom, urutan sinyal diikat oleh par- sinyal bergerak melalui pori-pori menuju RER, sinyal peptidase me-tikel pengenal sinyal (SRP). SRP juga berikatan dengan ribosom dan mutuskan urutan sinyal. 6. Sintesis protein nascent berlanjut, dan pro-menghambat sintesis protein lebih lanjut. 3 . SRP berikatan dengan re- tein yang telah selesai disintesis dilepaskan ke dalam luman RER.septor SRP di membran RER, menambatkan ribosom ke RER. 4 . SRP Proteir Gugus mennb an karbohidrat selMembransel Gbr. 1 4 . 1 4 . Nasib protein yang disintesis pada RER. Protein yang disintesis pada ribosom yang melekat ke retikulum endoplasma bergerak dalam vesikel menuju permukaan sis kompleksR E R Golgi. Setelah terjadi fusi membran, protein masuk ke dalam kompleks Golgi dan membentuk tonjolan dari permukaan trans kompleks Golgi dalam vesikel. Vesikel-vesikel ini dapat men- jadi lisosom atau vesikel sekretorik, bergantung apa yang dikandungnya. Protein sekretorik dibebaskan dari sel sewaktu vesikel sekretorik berfusi dengan membran sel (eksositosis). Pro- tein dengan regio hidrofobik yang terbenam dalam membran vesikel sekretorik dapat menjadi protein membran sel. Lihat Bab 1 0 untuk penjelasan mengenai retikulum endoplasma, kom- pleks Golgi, lisosom, dan membran sel, juga untuk penjelasan mengenai proses eksositosis.

BAB 14 / TRANSLASI: SINTESIS PROTEIN 207 K O M E N T A R K L I N I S . Laporan laboratorium riset biologi molekular- genetik mengenai sel darah putih J a y Sakz memperlihatkan bahwa ia menderita defisiensi heksosaminidase A akibat defek pada gen yang meng-kode subunit a dari enzim ini (penyakit Tay-Sachs, varian B ) . Heksosaminidase ada-lah enzim lisosom yang penting untuk penguraian normal glikosfmgolipid, misalnyagangliosida. Gangliosida ditemukan dalam konsentrasi tinggi dalam ganglion saraf,walaupun dihasilkan d ibanyak tempat dalam sistem saraf. Fungsi gangliosida padamembran sel masih belum diketahui secara pasti. Apabila aktivitas enzim degradatifini berkurang atau tidak ada, terjadi penimbunan gangliosida yang mengalami degra-dasi parsial d i dalam lisosom di berbagai selsistem saraf pusat dan menyebabkanberbagai gangguan neurologis yang secara kolektif disebut sebagai gangliosidosis.Apabila defisiensi enzim parah, gejala muncul dalam 3-5 bulan pertama kehixiupan.Akhirnya timbul gejala defisit neurologik motorik atas dan bawah, gangguan pengH-hatan yang dapat berkembang menjadi kebutaan, kejang, dan disfungsi kognitif yangmakin memburuk. Pada tahun kedua kehidupan, penderita dap^t mengalami regresike status vegetatif total, dan sering meninggal akibat bronkopneumonia karena aspi-rasi atau ketidakmampuan untuk batuk. Priscilla T w i g g menderita anemia sedang-berat, m u n g k i n akibat asupan besi da-lam makanan yang tidak adekuat, n a m u n ia relatif tidak mengalami gejala. Orang se-ring dapat toleransi terhadap penurunan kapasitas transpor oksigen dari darah apabilapenurunan hemoglobin tersebut berlangsung dalam jangka lama. Namun, pada indi-vidu yang simptomatik (bergejala), dapat timbul rasa lelah, berdebar-debar, napassesak setelah berolahraga ringan, dan pusing apabila berdiri mungkin menyertai ane-m i a apapun sebabnya dan bukan khas untuk anemia defisiensi besi saja.Dengan tersedianya toksoid difteri sebagai bagian dari praktek imunisasi D P T yanghampir universal diAmerika Serikat, kematian akibat infeksi basil positif-Gram Cdiphthehae j a r a n g d i j u m p a i . S e b a g i a n b e s a r a n a k , s e p e r t i k a s u s B e v e r l y a n a kN e m d y , diimunisasi. N a m u n , pada individu yang tidak diimunisasi, dapat timbul ge-jala yang diakibatkan oleh eksotoksin bakteri yang dikode oleh suatu faga yangmenginfeksi sel bakteri. Toksin masuk k e dalam sel manusia, menghambat sintesisprotein, dan, akhirnya, menyebabkan kematian sel. Penyulit yang berkaitan dengangangguan jantung dan susunan saraf merupakan penyebab utama morbiditas dan mor-talitas. Untuk kasus yang terbukti disebabkan oleh difteri, salah satu pengobatanutama adalah penggunaan antitoksin difteri dari kuda. K O M E N T A R B I O K I M I A . Banyak ditemukan senyawa yang berfungsi se-n bagai antibiotikdengan menghambat sintesis protein. Proses translasi pada ribosom bakteri dan pada ribosom sitoplasma sel eukariotik memiliki ba-nyak persamaan, tetapi terdapat sejumlah perbedaan samar. Banyak antibiotik yangTabel 14.6. Inhibitor Sintesis Protein pada ProkariotAntibiotik Cara KerjaStreptomisin Berikatan dengan subunit ribosom 3 0 8 prokariot, sehingga mencegah pembentukan kompleks inisiasi. Obat ini jugaTetrasiklin menyebabkan kesalahan pembacaan mRNA.KloramfenikolEritromisin Berikatan dengan subunit ribosom 3 0 8 dan menghambat pengikatan aminoasil-tRNA ke tempat A. Berikatan dengan subunit ribosom 5 0 8 dan menghambat peptidiltransferase Berikatan dengan subunit ribosom 508 dan mencegah translokasi

208 BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEIN bekerja pada langkah-langkah di tempat perbedaan tersebut berada (Tabel 14.6). Oleh karena itu, senyawa ini dapat digunakan secara selektifuntuk mencegah sintesis pro- tein bakteri dan menghambat proliferasi bakteri, tanpa efek atau dengan efek minimal pada sel manusia. N a m u n , senyawa ini harus digunakan dengan hati-hati, karena se- bagian antibiotikmempengaruhi mitokondria manusia, yang memiliki sistem sintesis protein serupa dengan yang terdapat pada bakteri. Masalah lain dengan obat ini adalah bahwa bakteri dapat menjadi resisten terhadap kerja antibiotik.Mutasi pada gen yang mengkode protein atau R N A ribosom bakteri dapat menyebabkan resistensi. Resis- tensi juga timbul apabila bakteri menyerap plasmid yang membawa gen untuk inakti- vasi antibiotik. Karena penggunaan antibiotik yang luas dansering sembarangan, dengan cepat muncul galur bakteri yang resisten terhadap semua antibiotikyang ada. S e t i a p l a n g k a h u t a m a p a d a s i n t e s i s p r o t e i n d a p a t d i h a m b a t o l e h a n t i b i o t i k . Strep- tomisin m e n g h a m b a t i n i s i a s i d e n g a n c a r a m e n g i k a t t i g a p r o t e i n d a n m u n g k i n r R N A 16S pada subunit ribosom 30S bakteri. Terjadi penimbunan kompleks inisiasi yang abnormal, yang dikenal sebagai monosom streptomisin. Streptomisin juga dapat menyebabkan kesalahan pembacaan m R N A , sehingga terjadi penggabungan asam amino yang salah kedalam rantai polipeptida yang sudah diinisiasi. Tetrasiklin b e r i k a t a n d e n g a n s u b u n i t r i b o s o m 3 0 S b a k t e r i d a n m e n c e g a h aminoasil-tRNA berikatan dengan tempat A pada ribosom. Efek obat ini bersifat re- versibel, sehingga apabila obat dikeluarkan bakteri dapat memulihkan sintesis protein dan pertumbuhannya, sehingga infeksi kembali bangkit. Selain itu,tetrasiklin kurang begitu baik diserap oleh usus dan konsentrasinya dapat meningkat di dalam isi usus sehingga terjadi perubahan flora saluran cema. Karena obat ini telah lama digunakan untuk mengobati infeksi pada manusia dan, sebagai bahan tambahan dalam makanan hewan, untuk mencegah infeksi pada hewan, manusia telah sering terpajan oleh tetra- siklin. Akibatnya, timbul galur bakteri yang resisten terhadap tetrasiklin. Kloramfenikol b e r i k a t a n d e n g a n s u b u n i t r i b o s o m 5 0 S b a k t e r i d a n m e n c e g a h pengikatan bagian asam amino pada aminoasil-tRNA, sehingga kerja peptidiltransfe- rase terhambat secara efektif. Antibiotik ini digunakan hanya untuk infeksi tertentu yang sangat serius, misalnya meningitis dandemam tifoid. Kloramfenikol mudah masuk k e dalam mitokondria manusia tempat obat ini menghambat sintesis protein. Pada penderita yang diobati oleh kloramfenikol, sel sumsum tulang dapat gagal berkembang, dan penggunaan antibiotikinitelah dikaitkan dengan timbulnya diskra- sia darah yang fatal, termasuk anemia aplastik. Eritromisin b e r i k a t a n d e n g a n s u b u n i t r i b o s o m SOS b a k t e r i dekat t e m p a t k l o r a m - fenikol terikat. Eritromisin mencegah langkah translokasi, pergerakan peptidil-tRNA d a r i t e m p a t \" A \" k e \" P \" p a d a r i b o s o m . K a r e n a e f e k s a m p i n g n y a l e b i h ringan d a n l e b i h cepat reversibel dibandingkan dengan banyak antibiotiklain, eritromisinsering digu- nakan untuk mengobati infeksi pada individu yang alergi terhadap penisilin, suatu antibiotik yang menghambat sintesis dinding bakteri. Bacaan Anjuran Translasi: Lewin B ,Genes V . Part 2. Translation: expressing genes as proteins. Oxford: Oxford University Press, 1994:161-276. Tay-Sachs: G r a v e l R , C l a r k e J , K a b a c k M , e t a l . T h e Gm2 g a n g l i o s i d o s e s . I n : S c r i v e r C , B e a u d e t A , S l y W , V a l l e D ( e d ) : T h e m e t a b o l i c and molecular bases o f inherited disease. V o l II. N e w York: McGraw-Hill, 1995:2839-2879. Talasemia: W e a t h e r a l l D, C e l g g J , H i g g s D, W o o d W . T h e h e m o g l o b i n o p a t h i e s . I n : S c r i v e r C , B e a u d e t A , S l y W , V a l l e D ( e d s ) : T h e metabolic andmolecular bases o f inherited diseases. V o l III. N e w York: McGraw-Hill, 1995:3417-3484.

B A B 14 / TRANSLASI: SINTESIS PROTEIN 209Antibiotik yang menghambat sintesis protein:Gilman A , Rall T , Nies A , Taylor P. Goodman and Gilman's the pharmacological basis o ftherapeutics. N e w York:McGraw-Hill, 1990:1098-1145.SOALTerjadi penimbunan suatu gangliosida (Gm2) pada penyakit Tay-Sachs karena cacatpada suatu enzim lisosom. E n z i m iniadalah heksosaminidase-(3 Ayang secara normalmemutuskan A^-asetilgalaktosamin dari gangliosida. Karena pada penyakit Tay-Sachsgangliosida Gm2 tidak dapat mengalami penguraian lebih lanjut, terjadi penimbunanbahan ini dalam badan residual (vakuol yang mengandung bahan yang tidak dapatdicerna oleh enzim lisosom) Sel normal mengandung beberapa badan residual. Apabila terjadi cacat pada suatuenzim lisosom, terjadi penimbunan badan residual dalam jumlah besar, yang meng-ganggu fungsi sel. Pada penyakit Tay-Sachs, seldipenuhi oleh badan residual yangakhimya menyebabkan kematian sel. Pada 70% kasus penyakit Tay-Sachs pada orang keturunan Yahudi-Ashkenazi,ekson 11 pada genuntuk rantai-a heksosaminidase-P A mengalami mutasi. Secaranormal, regio gen ini menghasilkan urutan asam aminoArg - lle - Ser - T y r - Gly - Pro - AspUrutan gen normal yang mengkode asam amino ini diperlihatkan dibawah bersamadengan urutan genuntuk mutasi.• . 10 • 205'CGTATATCCTATGGCCCTGAC3' (Normal) (Mutan)5'CGTATATCTATCCTATGGCCC3'(Titik menandakan setiap basa kelima, dan angka menandakan setiap basa kesepuluhpada regio gen ini).1. M u t a s i jenis apa yang menyebabkan penyakit Tay-Sachs?2. Perbedaan apa yang akan dijumpai pada urutan asam amino protein yang dihasil- kan dari genmutan dandari gen normal?JAWABAN1. Pada gen mutan, terjadi insersi 4-basa setelah 8 basa pertama pada urutan gen nor-mal. Perhatikan bahwa posisi 13-21 pada urutan mutan sama dengan posisi 9-17 padagen normal. Pada kenyataannya, satu-satunya perbedaaan antara kedua gen tersebutadalah insersi 4-basa.2. Gen normal mengkode urutan asam amino, Arg - lle - Ser - T y r - Gly - Pro - Asps e d a n g k a n g e n m u t a n , k a r e n a i n s e r s i 4 - b a s a y a n g m e n y e b a b k a n frameshift, meng-kode, A r g - l l e - S e r - l l e - L e u - T r p - P r o - [Stop]

210 BAGIAN III / EKSPRESI GEN DAN SINTESIS PROTEIN Dengan demikian, urutan asam amino yang dikode oleh gen mutan berbeda dengan yang dikode oleh gennormal pada regio ini. Peptida mutan juga jauh lebih pendek daripada polipeptida normal karena insersi 4-basa menyebabkan munculnya kodon i-Zop secara p r e m a t u r d a l a m k e r a n g k a baca. (Posisi 2 2 , 2 3 , dan 2 4 pada gen Tay-Sachs sama dengan posisi 18, 19, dan2 0 pada gennormal). i i