More Related Content
Similar to Sintesis Protein.ppt
Similar to Sintesis Protein.ppt (20)
Recently uploaded
Recently uploaded (20)
Sintesis Protein.ppt
- 1. PENERBIT ERLANGGA Bab 17 Dari Gen ke Protein Power Point Bahan Ajar Biologi Edisi Kedelapan Neil Campbell dan Jane Reece PENERBIT ERLANGGA
- 2. Peraga 17.1 Bagaimanakah satu gen yang salah dapat menimbulkan penampilan yang mencolok dari kijang albino? Seekor kijang albino muda yang terlihat berjalan-jalan bersama beberapa kijang cokelat di pegunungan Jerman bagian Timur yang memicu kepanikan publik di tahun 2006. • DNA yang diwarisi oleh suatu organisme menyebabkan sifat-sifat spesifik dengan cara sintesis protein dan molekul RNA yang terlibat dalam sintesis protein.
- 3. Gambaran umum: Aliran Informasi Genetik • Kandungan informasi DNA terdapat dalam bentuk sekuens nukleotida spesifik • DNA yang diwarisi oleh suatu organisme menyebabkan sifat-sifat spesifik dengan cara sintesis protein • Protein merupakan penaut antara genotipe dan fenotipe • Ekspresi gen (gene expression), proses DNA yang mengarahkan sintesis protein
- 4. SINTESIS PROTEIN • Protein disintesis → proses ekspresi gen • Gen terdiri dari intron & ekson • Intron : Daerah nukleotida yang tidak diterjemahkan menjadi protein • Ekson : Daerah nukleotida yang diterjemahkan menjadi protein. • Letak gen pada kromosom → Lokus
- 5. Bukti dari Penelitian tentang Cacat-cacat Metabolik • Pada tahun 1909, dokter Inggris bernama Archibald Garrod adalah orang pertama yang mengajukan bahwa gen mendiktekan fenotipe melalui enzim-enzim yang mengkatalisis reaksi-reaksi kimiawi spesifik dalam sel • Ia memostulasikan bahwa gejala-gejala penyakit turunan mencerminkan ketidakmampuan seseorang membuat enzim tertentu • Menghubungkan gen dengan enzim membutuhkan pemahaman bahwa sel-sel menyintesis dan mendegradasi sebagian besar molekul organik melalui jalur metabolik
- 6. Mutan Nutrisional pada Neurospora: Penelitian Ilmiah • George Beadle dan Edward Tatum membombardir kapang roti, Neurospora crassa, dengan sinar-X, menciptakan mutan yang tidak dapat sintas (survive) dalam medium minimal karena sel-sel itu tidak mampu menyintesis molekul esensial tertentu • Menggunakan beberapa uji tambahan, mereka mengidentifikasi tiga kelas mutan yang memerlukan arginin, masing-masing kekurangan enzim berbeda yang penting untuk menyintesis arginin • Mereka mengembangkan hipotesis satu gen-satu enzim, yang menyatakan bahwa setiap gen mendikte produksi suatu enzim spesifik
- 7. Peraga 17-2a Apakah gen-gen individual menspesifikasi enzim-enzim yang berfungsi dalam jalur biokimiawi? PERCOBAAN Pertumbuhan: Sel-sel wild type tumbuh dan membelah Tidak ada pertumbuhan: Sel-sel mutan tidak bisa tumbuh dan membelah Medium minimal
- 8. HASIL Kelas-kelas Neurospora crassa Wild type Mutan kelas I Mutan kelas II Mutan kelas III Medium minimal (MM) (kontrol) MM + ornitin MM + sitrullin MM + arginin (kontrol) Kondisi Peraga 17-2b Apakah gen-gen individual menspesifikasi enzim-enzim yang berfungsi dalam jalur biokimiawi?
- 9. KESIMPULAN Mutan Kelas I (mutasi pada gen A) Mutan Kelas II (mutasi pada gen B) Mutan Kelas III (mutasi pada gen C) Wild type Prekursor Prekursor Prekursor Prekursor Enzim A Enzim A Enzim A Enzim A Ornitin Ornithine Ornithine Ornithine Enzim B Enzim B Enzim B Enzim B Sitrulin Sitrulin Sitrulin Sitrulin Enzim C Enzim C Enzim C Enzim C Arginin Arginin Arginin Arginin Gen A Gen B Gen C Peraga 17-2c Apakah gen-gen individual menspesifikasi enzim-enzim yang berfungsi dalam jalur biokimiawi?
- 10. Produk-produk Ekspresi Gen: Kisah yang Terus Berkembang • Tidak semua protein merupakan enzim, sehingga para peneliti kemudian merevisi hipotesis satu gen–satu enzim • Banyak protein disusun atas beberapa polipeptida, dan masing-masing polipeptida dispesifikasi oleh gennya sendiri • Oleh karena itu, hipotesis Beadle dan Tatum dinyatakan ulang sebagai hipotesis satu gen-satu polipeptida • Perhatikan bahwa orang lazim menyebut produk- produk gen sebagai protein, bukan polipeptida seperti seharusnya
- 11. EKSPRESI GEN TRANSKRIPSI Proses penyalinan dan pencetakan kode-kode genetic yang ada pada urutan template DNA (cetakan DNA) menjadi molekul m- RNA (RNA messenger) dengan bantuan enzim polimerasi. • Terjadi di INTI SEL • Terdapat 3 tahapan : 1. Inisiasi 2. Elongasi 3. Terminasi Transkripsi Translasi
- 12. Prinsip-prinsip Dasar Transkripsi dan Translasi • RNA adalah jembatan antara gen dan protein yang dikodekan oleh gen • Transkripsi (transcription) adalah sintesis RNA di bawah arahan DNA • Transkripsi menghasilkan RNA duta (messenger RNA, mRNA) • Translasi (translation) adalah sintesis polipeptida, yang terjadi di bawah arahan mRNA → Sel menerjemahkan sekuens basa molekul mRNA menjadi sekuens asam amino polipeptida • Ribosom adalah tempat translasi
- 13. • Pada prokariot, mRNA yang diproduksi melalui transkripsi segera ditranslasi tanpa pemrosesan lebih lanjut • Dalam sel eukariot, selaput nukleus memisahkan transkripsi dari translasi • Transkrip RNA eukariot dimodifikasi melalui pemrosesan RNA (RNA processing) untuk menghasilkan mRNA akhir
- 14. • Transkrip primer (primary transcript) adalah transkrip RNA awal dari gen apa pun • Dogma sentral (central dogma) adalah konsep yang menyatakan bahwa sel diatur oleh rantai perintah selular: DNA RNA protein
- 15. TRANSKRIPSI DNA mRNA TRANSLASI Ribosom Polipeptida (a) Sel bakteri Pada sel bakteri, yang tidak memiliki nukleus, mRNA yang dihasilkan oleh transkripsi langsung ditranslasi tanpa pemrosesan lebih lanjut Peraga 17.3a Gambaran umum: peran transkripsi dan translasi dalam aliran informasi genetik
- 16. (b) Sel eukariot Nukleus menyediakan kompartemen terpisah untuk transkripsi. Transkripsi RNA asli, disebut pre-mRNA, diproses dalam berbagai cara sebelum meninggalkan nukleus sebagai mRNA TRANSKRIPSI Selaput nukleus DNA Pre-mRNA PEMROSESAN RNA mRNA TRANSLASI Ribosom Polipeptida Peraga 17.3b Gambaran umum: peran transkripsi dan translasi dalam aliran informasi genetik
- 17. Kodon: Triplet Basa • Ada 20 asam amino, tetapi hanya ada empat basa nukleotida dalam DNA • Aliran informasi dari gen ke protein didasarkan pada kode triplet (triplet code): satu rangkaian kata tiga nukleotida yang tidak tumpang-tindih • Triplet basa nukleotida merupakan unit terkecil dengan panjang seragam yang dapat mengodekan semua asam amino • Contoh: AGT di posisi tertentu pada seuntai DNA menghasilkan penempatan asam amino serin pada posisi yang bersesuaian dari
- 18. • Selama transkripsi, salah satu dari kedua untai DNA yang disebut untai cetakan (template strand) menyediakan pola atau cetakan untuk sekuens nukleotida-nukleotida dalam transkrip RNA • Selama translasi, triplet basa mRNA yang disebut kodon (codon), dibaca dengan arah 5 ke 3 • Setiap kodon menspesifikasi asam amino yang akan ditempatkan ke dalam posisi yang sesuai di sepanjang polipeptida
- 19. • Kodon di sepanjang molekul mRNA dibaca oleh mesin translasi dengan arah 5 ke 3 • Setiap kodon menspesifikasi penambahan satu dari 20 asam amino
- 20. Peraga 17.4 Kode triplet Molekul DNA Gen 1 Gen 2 Gen 3 Untai cetakan DNA TRANSKRIPSI TRANSLASI mRNA Protein Codon Asam amino
- 21. Memecahkan Kode • Ke-64 kodon dipecahkan pada pertengahan tahun 1960-an • Dari ke-64 triplet, 61 mengodekan asam amino; 3 triplet merupakan sinyal “stop” yang menandai akhir translasi • Ada redundansi dalam kode genetik, namun tidak ada ambiguitas; tidak satu kodon pun menspesifkasikan lebih dari satu asam amino • Kodon harus dibaca dalam bingkai pembacaan (reading frame) atau pengelompokan yang benar agar menghasilkan polipeptida yang spesifik
- 22. Peraga 17.5 Kamus kode genetik Basa mRNA kedua Basa mRNA pertama (ujung 5 kodon) Basa mRNA ketiga (ujung 3 kodon)
- 23. Evolusi Kode Genetik • Kode genetik nyaris universal, dimiliki oleh semua organisme dari bakteri yang paling sederhana sampai hewan yang paling kompleks • Gen-gen dapat ditranskripsi dan ditranslasi setelah ditransplantasikan dari satu spesies ke spesies lain
- 24. Peraga 17.6a Ekspresi gen dari spesies berbeda (a) Tanaman tembakau mengekspresikan gen kunang-kunang. Pendar kuning dihasilkan oleh reaksi kimiawi yang dikatalisis oleh produk protein gen kunang-kunang
- 25. (b) Babi mengekspresikan gen ubur-ubur. Para peneliti menyuntikkan gen protein fluoresen ke dalam sel telur babi yang terfertilisasi. Salah satu sel telur berkembang menjadi babi fluoresen ini. Peraga 17.3b Gambaran umum: peran transkripsi dan translasi dalam aliran informasi genetik
- 26. TRANSKRIPSI A. INISIASI (PERMULAAN) RNA melekat pada urutan basa nitrogen khusus yang disebut promotor. Promotor memberikan sinyal permulaaan transkripsi yang dapat dikenal oleh factor sigma B. ELONGASI (PEMANJANGAN) RNA polymerase bergerak di sepanjang DNA template untuk menghasilkan rantai mRNA yang didalamnya mengandung urutan nukleotida (basa nitrogen) gen pada DNA. C. TERMINASI (PENGAKHIRAN) Transkripsi berlangsung sampai RNA polymerase mencapai terminator (urutan RNA yg berfungsi sebagai kodon stop).
- 27. Komponen-komponen Molekular Transkripsi • Sintesis RNA dikatalisis oleh RNA polimerase (RNA polymerase), yang memisahkan kedua untai DNA dan menggabungkan nukleotida- nukleotida RNA • RNA polymerase dapat merakit polinukleotida hanya pada arah 5’ke 3’. • Sintesis RNA mengikuti aturan pemasangan basa yang sama seperti pada DNA, dengan pengecualian urasil menggantikan timin Copyright © 2008 Pearson Education Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
- 28. • Sekuens DNA tempat RNA polimerase melekat disebut promoter; pada bakteri, sekuens yang menandai akhir transkripsi disebut terminator • Rentangan DNA yang ditranskripsi menjadi molekul RNA disebut unit transkripsi (transcription unit)
- 30. Perbedaan Transkripsi Prokariotik & Eukariotik • Pada prokariotik : 1. Transkripsi biasanya berhenti tepat pada akhir kodon terminasi (Ketika polymerase mencapai titik terminasi sambil melepas RNA dan DNA). 2. RNA polimerase : satu-satunya jenis polymerase yang digunakan saat transkripsi 3. Lokasi dimulainya transkripsi pada prokariot ditentukan oleh urutan nukleotida yang terdapat ~10 bp di arah hulu dari lokasi inisiasi
- 31. Perbedaan Transkripsi Prokariotik & Eukariotik • Pada eukariotik 1. Polimerase terus melewati sinyal terminasi, suatu urutan AAUAAA di dalam mRNA. Pada titik kira- kira 10 – 35 nukleotida, mRNA ini dipotong hingga terlepas dari enzim tersebut. 2. Eukariot memiliki 3 jenis RNA polymerase (I, II, III) yang memiliki peran berbeda. RNA polymerase I → mensisntesis RNA ribosomal (rRNA), kecuali spesies 5S. RNA polymerase II mensintesis messenger RNA (mRNA). RNA polymerase III mensintesis RNA transfer (tRNA) serta rRNA spesies 5S
- 32. Peraga 17.7 Tahap-tahap transkripsi: inisiasi, pemanjangan, dan terminasi Promoter Unit transkripsi Titik mulai DNA RNA polimerase 5 5 3 3 Inisiasi 1 2 3 5 5 3 3 DNA terbuka Transkrip RNA Untai cetakan DNA Pemanjangan DNA bergabung kembali 5 5 5 5 5 3 3 3 3 Transkrip RNA Terminasi 5 5 3 3 3 5 Transkrip RNA yang sudah selesai RNA yang baru dibuat Untai cetakan DNA Arah transkripsi (‘ke hilir’) Ujung 3 RNA polimerase Nukleotida RNA Untai DNA bukan cetakan Pemanjangan
- 33. Promoter Unit transkripsi DNA Titik mulai RNA polimerase 5 5 3 3 Inisiasi 3 3 1 Transkrip RNA 5 5 DNA terbuka Untai cetakan DNA 2 Pemanjangan DNA bergabung kembali 5 5 5 3 3 3 Transkrip RNA 3 Terminasi 5 5 5 3 3 3 Transkrip RNA yang sudah selesai Peraga 17.7a Tahap-tahap transkripsi: inisiasi, pemanjangan, dan terminasi
- 34. Pemanjangan RNA polimerase Untai DNA bukan cetakan Nukleotida RNA Ujung 3 Arah transkripsi (‘ke hilir’) Untai cetakan DNA RNA yang baru dibuat 3 5 5 Peraga 17.7b Tahap-tahap transkripsi: inisiasi, pemanjangan, dan terminasi
- 35. Sintesis Transkrip RNA • Tiga tahap transkripsi: – Inisiasi – Pemanjangan – Terminasi
- 36. Pengikatan RNA Polimerase dan Inisiasi Transkripsi • Promoter memberi sinyal untuk inisiasi sintesis RNA • Faktor transkripsi (transcription factor) memediasi pengikatan RNA polimerase dan inisiasi transkripsi • Keseluruhan kompleks faktor transkripsi dan RNA polimerase II yang terikat ke promoter disebut kompleks inisiasi transkripsi (transcription initiation complex) • Suatu promoter yang disebut kotak TATA (TATA box) sangat penting dalam pembentukan kompleks inisiasi pada promoter eukariot
- 37. Peraga 17.8 Inisiasi transkripsi pada promoter eukariot Promoter eukariotik mencakup kotak TATA 3 1 2 3 Promoter Kotak TATA Titik mulai Cetakan Untai cetakan DNA 5 3 5 Faktor transkripsi Beberapa faktor transkripsi harus berikatan ke DNA sebelum RNA polimerase II dapat melakukannya. 5 5 3 3 Faktor-faktor transkripsi tambahan berikatan ke DNA bersama-sama dengan RNA polimerase II, membentuk kompleks inisiasi transkripsi RNA polimerase II Faktor transkripsi 5 5 5 3 3 Transkrip RNA Kompleks inisiasi transkripsi
- 38. Pemanjangan Untai RNA • Ketika RNA polimerase bergerak di sepanjang DNA, enzim tersebut terus membuka puntiran heliks ganda, mengekspos sekitar 10 sampai 20 basa DNA dalam satu waktu • Transkripsi berlangsung dengan laju sekitar 40 nukleotida per detik pada eukariota • Satu gen tunggal dapat ditranskripsikan secara bersamaan oleh beberapa molekul RNA polimerase
- 39. Terminasi Transkripsi • Mekanisme terminasi berbeda pada bakteri dan eukariota • Pada bakteri, polimerase menghentikan transkripsi di ujung terminator • Pada eukariota, polimerase melanjutkan transkripsi setelah pre-mRNA dipotong dari rantai RNA yang sedang tumbuh; polimerase akhirnya terlepas dari DNA
- 40. Konsep 17.3: Sel eukariot memodifikasi RNA setelah transkripsi • Enzim-enzim dalam nukleus eukariot memodifikasi pre-mRNA sebelum pesan genetik dikirimkan ke sitoplasma • Selama pemrosesan RNA (RNA processing), kedua ujung transkrip primer biasanya diubah • Juga, bagian-bagian interior tertentu dari molekul RNA akan dipangkas, dan bagian- bagian yang tersisa disatukan
- 41. Pengubahan ujung-ujung mRNA • Setiap ujung molekul pre-mRNA dimodifikasi dengan cara tertentu: – Ujung 5 menerima tudung 5 (5 cap), nukleotida termodifikasi – Ujung 3 membentuk ekor poli-A (poly-A tail) • Tudung 5 dan ekor poli-A memiliki beberapa fungsi: – Keduanya tampak memfasilitasi ekspor mRNA – Keduanya melindungi mRNA dari enzim-enzim hidrolitik – Keduanya membantu ribosom melekat ke ujung 5
- 42. Peraga 17.9 Pemrosesan RNA: penambahan tudung 5’ dan ekor poli-A Segmen pengode protein Sinyal poliadenilasi 3 3 UTR 5 UTR 5 Tudung 5 Kodon mulai Kodon stop Ekor poli-A G P P P AAUAAA AAA AAA …
- 43. Gen Terpisah-pisah dan Penyambungan RNA • Sebagian besar gen eukariot dan transkrip RNA-nya mengandung rentangan panjang nukleotida bukan pengode yang terletak di antara wilayah-wilayah pengode • Wilayah-wilayah bukan pengode disebut sekuens penyela (intervening sequence), atau intron • Wilayah-wilayah yang lain disebut ekson (exon) karena mereka akhirnya diekspresikan, biasanya ditranslasikan menjadi sekuens asam amino • Penyambungan RNA (RNA splicing) membuang intron dan menggabungkan ekson, membentuk molekul mRNA dengan sekuens pengode yang tak terputus
- 44. Peraga 17.10 Pemrosesan RNA: penyambungan RNA Pre-mRNA mRNA Segmen pengode Intron dipotong dan dibuang, ekson disambung-sambungkan Tudung 5 EksonIntron 5 1 30 31 104 Ekson Intron 105 Ekson 146 3 Ekor poli-A Ekor poli-A Tudung 5 5 UTR 3 UTR 1 146
- 45. • Pada beberapa kasus, penyambungan RNA dilakukan oleh splisosom (spliceosome) • Splisosom terdiri atas berbagai jenis protein dan ribonukleoprotein nukleus kecil (small nuclear ribonucleoprotein, snRNP) yang mengenali situs-situs penyambungan
- 46. Peraga 17.11. Peran snRNP dan splisosom dalam penyambungan mRNA Transkrip RNA (pre-mRNA) Ekson 1 Ekson 2 Intron Protein snRNA snRNP Protein lain 5 5 Splisosom Komponen splisosom Intron yang dibuang mRNA Ekson 1 Ekson 2 5
- 47. Ribozim • Ribozim (ribozyme) adalah molekul RNA katalitik yang berfungsi sebagai enzim dan dapat menyambung RNA • Penemuan ribozim mematahkan gagasan bahwa semua katalis biologis adalah protein
- 48. • Tiga sifat RNA memungkinkan beberapa molekul RNA berfungsi sebagai enzim – RNA dapat membentuk struktur tiga dimensi karena kemampuannya untuk berpasangan basa dengan dirinya sendiri – Beberapa basa dalam RNA mengandung gugus-gugus fungsional – RNA dapat berikatan-hidrogen dengan molekul asam nukleat lain
- 49. Nilai Penting Fungsional dan Evolusioner dari Intron • Beberapa gen dapat mengodekan lebih dari satu jenis polipeptida, bergantung pada segmen mana yang diperlakukan sebagai ekson selama penyambungan RNA • Variasi semacam itu disebut penyambungan RNA alternatif (alternative RNA splicing) • Berkat penyambungan alternatif, jumlah produk protein berbeda yang dihasilkan oleh suatu organisme bisa jauh lebih besar daripada jumlah gennya
- 50. • Protein seringkali memiliki arsitektur modular yang terdiri atas wilayah struktural dan fungsional tersendiri yang disebut domain • Pada banyak kasus, ekson yang berbeda mengodekan domain yang berbeda pada protein • Pengocokan ekson (exon shuffling) mungkin menghasilkan evolusi protein-protein baru
- 51. TRANSLASI • Setelah mRNA disintesis, mRNA akan meninggalkan nucleus menuju sitoplasma tempat dimana ribosom berada. • Ribosom : tempat berlangsungnya translasi. • Translasi : sintesis polipeptida dengan cara menerjemahkan sekuens basa nitrogen mRNA (kodon-kodon) menjadi sekuens asam amino polipeptida
- 52. Peraga 17.13 Translasi: konsep dasar Polipeptida Ribosom Asam amino tRNA dengan asam amino yang melekat tRNA Antikodon kodon 3 5 mRNA
- 53. • TRANSLASI ADA 3 TAHAPAN 1. INISIASI : Komponen” yg diperlukan dalam proses inisiasi bergebung dengan mRNA ; tRNA pembawa asam amino (AA), terikat pada start kodon (AUG) 2. ELONGASI : Asam amino” di bawa ke mRNA oleh tRNA lalu ditambahkan satu persatu hingga menghasilkan polipeptida 3. TERMINASI : Kodon stop (UAA, UAG, UGA) pada mRNA dikenali oleh suatu protein yang disebut factor Pelepas (protein release factor) sehingga proses elongasi terhenti dan akhirnya semua komponen translasi terlepas menghasilkan sebuah polipeptida
- 54. Komponen-komponen Molekular Translasi • Sel menerjemahkan pesan mRNA menjadi protein dengan bantuan RNA transfer (transfer RNA, tRNA) • Molekul-molekul tRNA tidak sepenuhnya identik: – Molekul tRNA membawa suatu asam amino spesifik pada salah satu ujungnya – Molekul tRNA memiliki satu antikodon (anticodon) di ujung lainnya; antikodon berpasangan-basa dengan kodon komplementer pada mRNA
- 55. Peraga 17.12 Hubungan antara ekson dan domain protein Gen DNA Ekson 1 Ekson 2 Ekson 3 Intron Intron Transkripsi Pemrosesan RNA Translasi Domain 2 Domain 3 Domain 1 Polipeptida
- 56. Struktur dan Fungsi RNA Transfer A C C • Suatu molekul tRNA terdiri atas seuntai RNA tunggal yang panjangnya hanya sekitar 80 nukleotida • Dengan dipipihkan ke dalam satu bidang untuk menunjukkan perpasangan basa ini, molekul tRNA terlihat seperti daun semanggi
- 57. Peraga 17.14a Struktur RNA transfer (tRNA) Situs pelekatan asam amino (a) Struktur dua dimensi Ikatan hidrogen Antikodon 3 5
- 58. Situs pelekatan asam amino 3 3 5 5 Ikatan hidrogen Antikodon Antikodon (b) Struktur berdimensi tiga (c) Simbol yang digunakan dalam buku ini Peraga 17.14b Struktur RNA transfer (tRNA)
- 59. • Karena adanya ikatan hidrogen, tRNA sebenarnya memuntir dan menggulung menjadi struktur berdimensi tiga • tRNA berbentuk seperti huruf L
- 60. • Translasi akurat membutuhkan dua proses: – Pertama: perpasangan yang benar antara tRNA dan asam amino dilakukan oleh enzim aminoasil-tRNA sintetase (aminoacyl-tRNA synthetase) – Kedua: perpasangan yang benar antara antikodon tRNA dengan kodon mRNA • Perpasangan yang fleksibel pada basa ketiga suatu kodon disebut wobble dan memungkinkan beberapa tRNA berikatan dengan lebih dari satu kodon
- 61. Peraga 17.15 Aminoasil- tRNA sintetase menggabungkan asam amino spesifik ke tRNA Asam amino Aminoasil-tRNA sintetase (enzim) ATP Adenosine P P P Adenosin P P P i P P i i tRNA tRNA Aminoasil-tRNA sintetase Model komputer AMP Adenosin P Aminoasil-tRNA (“tRNA bermuatan”)
- 62. Ribosom • Ribosom memfasilitasi perpasangan spesifik antikodon tRNA dengan kodon mRNA selama sintesis protein • Dua subunit ribosom (besar dan kecil) terbuat dari protein dan RNA ribosom (ribosomal RNA, rRNA)
- 63. Peraga 17.16a Anatomi ribosom yang sedang berfungsi Polipeptida yang sedang tumbuh Terowongan keluar Molekul tRNA Subunit besar Subunit kecil (a) Model komputer ribosom yang sedang berfungsi mRNA E PA 5 3
- 64. Peraga 17.16b Anatomi ribosom yang sedang berfungsi Situs P (Situs pengikatan peptidil-tRNA) Situs A (Situs pengikatan aminoacyl-tRNA) Situs E (keluar, exit) Situs pengikatan mRNA Subunit besar Subunit kecil (b) Model skematik yang menunjukkan situs pengikatan Asam amino berikut yang akan ditambahkan ke rantai polipeptida Asam amino Polipeptida yang sedang tumbuh mRNA tRNA E P A E Kodon (c) Model skematik dengan mRNA dan tRNA 5 3
- 65. • Ribosom memiliki tiga situs pengikatan untuk tRNA: – Situs P menampung tRNA yang membawa rantai polipeptida – Situs A menampung tRNA yang mengangkut asam amino yang akan ditambahkan berikutnya ke rantai – Situs E adalah tempat keluarnya tRNA yang telah melepaskan muatannya meninggalkan ribosom
- 66. Membangun Polipeptida • Tiga tahap translasi: – Inisiasi – Pemanjangan – Terminasi • Ketiga tahap membutuhkan ‘faktor-faktor’ protein yang membantu proses translasi
- 67. Peraga 17.17 Inisiasi translasi 3 3 5 5 U U A A C G GTP GDP tRNA inisiator mRNA 5 3 Kodon mulai Situs pengikatan mRNA Subunit ribosom kecil 5 Situs P Kompleks inisiasi translasi 3 E A Subunit ribosom besar Asosiasi Ribosom dan Inisiasi Translasi
- 68. Peraga 17.18 Siklus pemanjangan translasi Ujung amino polipeptida mRNA 5 3 E Situs P Situs A GTP GDP E P A E P A GDP GTP Ribosom siap untuk tRNA aminoasil berikutnya E P A
- 69. Peraga 17.19 Terminasi translasi Faktor pelepasan 3 5 Kodon stop (UAG, UAA, atau UGA) 5 3 2 Polipeptida bebas 2 GDP GTP 5 3 Terminasi Translasi
- 70. Poliribosom • Sejumlah ribosom dapat menerjemahkan mRNA tunggal secara bersamaan, membentuk suatu poliribosom (polyribosome atau polisom, polysome) • Poliribosom memungkinkan sel membuat banyak salinan polipeptida dengan sangat cepat
- 71. Peraga 17.20 Poliribosom Polipeptida yang sedang tumbuh Polipeptida selesai dibuat Subunit ribosom yang datang Awal mRNA (ujung 5) Akhir mRNA (ujung 3) (a) Ribosom mRNA (b) 0,1 µm
- 72. Menyelesaikan dan Menargetkan Protein Fungsional • Seringkali proses translasi tidak cukup untuk membuat protein fungsional • Rantai polipeptida dimodifikasi setelah proses translasi • Protein yang telah selesai kemudian ditargetkan ke tempat-tempat yang spesifik di dalam sel
- 73. Penggulungan Protein dan Modifikasi Pasca- Translasi • Selama dan setelah sintesis, rantai polipeptida mengumpar dan menggulung secara spontan membentuk protein dengan bentuk tiga dimensi • Protein juga membutuhkan modifikasi pasca- translasi (post-translational modifications) sebelum protein mulai melakukan kerjanya • Beberapa polipeptida diaktivasi oleh enzim-enzim yang memotong mereka • Polipeptida lain bersatu membentuk subunit protein
- 74. Menargetkan Polipeptida ke Lokasi Spesifik • Dua populasi ribosom terlihat jelas di dalam sel: ribosom bebas (dalam sitosol) dan ribosom terikat (melekat ke sisi retikulum endoplasma/RE) • Ribosom bebas sebagian besar menyintesis protein yang berfungsi di dalam sitosol • Ribosom terikat membuat protein-protein sistem endomembran dan protein-protein yang disekresikan dari sel • Ribosom bersifat identik dan dapat beralih status dari bebas menjadi terikat
- 75. • Sintesis polipeptida selalu bermula di sitosol • Sintesis berakhir di dalam sitosol kecuali polipeptida memberi tahu ribosom untuk melekat ke RE • Polipeptida-polipeptida yang ditakdirkan untuk sistem RE atau untuk sekresi ditandai oleh peptida sinyal (signal peptide)
- 76. • Partikel pengenalan sinyal (signal- recognition particle, SRP) berikatan dengan peptida sinyal • SRP membawa peptida sinyal dan ribosomnya ke RE
- 77. Peraga 17.21 Mekanisme sinyal untuk menargetkan protein ke RE Ribosom mRNA Peptida sinyal Partikel pengenalan sinyal (SRP) SITOSOL Kompleks translokasi Protein reseptor SRP LUMEN RE Peptida Sinyal dibuang Membran RE Protein
- 78. Konsep 17.5: Mutasi titik dapat memengaruhi struktur dan fungsi protein • Mutasi (mutation) adalah perubahan materi genetik dari sebuah sel atau virus • Mutasi titik (point mutation) adalah perubahan kimiawi pada satu pasangan basa gen • Perubahan satu nukleotida tunggal dalam untai cetakan DNA menyebabkan produksi protein abnormal
- 79. Peraga 17.22 Dasar molekular penyakit sel sabit; mutasi titik DNA hemoglobin wild-type mRNA DNA hemoglobin mutan mRNA 3 3 3 3 3 3 5 5 5 5 5 5 C C T T T T G G A A A A A A A G G U Hemoglobin normal Hemoglobin sel sabit Glu Val
- 80. Tipe-tipe Mutasi Titik • Mutasi titik dalam suatu gen dapat dibagi menjadi dua kategori umum – Substitusi pasangan basa – Insersi atau delesi pasangan basa
- 81. Peraga 17.23a Tipe-tipe mutasi titik Wild type 3 Untai cetakan DNA 3 3 5 5 5 mRNA Protein Ujung amino Stop Ujung karboksil A pengganti G 3 3 3 U pengganti C 5 5 5 Stop Bisu (tak ada pengaruh pada sekuens asam amino)
- 82. Wild type Untai cetakan DNA 3 5 mRNA Protein 5 Ujung amino Stop Ujung karboksil 5 3 3 T pengganti C A pengganti G 3 3 3 5 5 5 Stop Salah makna Peraga 17.23b Tipe-tipe mutasi titik
- 83. Wild type Untai cetakan DNA 3 5 mRNA Protein 5 Ujung amino Stop Ujung karboksil 5 3 3 A pengganti T U pengganti A 3 3 3 5 5 5 Stop Tak bermakna Peraga 17.23c Tipe-tipe mutasi titik
- 84. Wild type Untai cetakan DNA 3 5 mRNA Protein 5 Ujung amino Stop Ujung karboksil 5 3 3 A Extra U Extra 3 3 3 5 5 5 Stop Pergeseran bingkai pembacaan menyebabkan mutasi tak bermakna kontan (insersi 1 pasangan-basa) Peraga 17.23d Tipe-tipe mutasi titik
- 85. Wild type Untai cetakan DNA 3 5 mRNA Protein 5 Ujung amino Stop Ujung karboksil 5 3 3 hilang hilang 3 3 3 5 5 5 Peraga 17.23e Tipe-tipe mutasi titik Pergeseran bingkai pembacaan menyebabkan mutasi salah makna ekstensif (delesi 1 pasangan-basa)
- 86. Wild type Untai cetakan DNA 3 5 mRNA Protein 5 Ujung amino Stop Ujung karboksil 5 3 3 missing missing 3 3 3 5 5 5 Tidak ada pergeseran bingkai pembacaan, namun satu asam amino hilang (delesi 3 pasangan basa) Stop Peraga 17.23f Tipe-tipe mutasi titik
- 87. Substitusi • Substitusi pasangan basa (base-pair substitution) mengganti satu nukleotida dan pasangannya dengan sepasang nukleotida lain • Mutasi bisu (silent mutation) tidak memiliki efek terhadap asam amino yang dihasilkan oleh kodon akibat adanya redundansi kode genetik • Mutasi salah makna (missense mutation) tetap mengodekan asam amino, tetapi bukan selalu asam amino yang benar • Mutasi tak bermakna (nonsense mutation) mengubah kodon untuk asam amino menjadi kodon stop, hampir selalu menyebabkan pembentukan protein-protein nonfungsional
- 88. Insersi dan Delesi • Insersi dan delesi adalah penambahan atau kehilangan pasangan nukleotida pada gen • Mutasi-mutasi ini berefek merusak pada protein yang dihasilkan, lebih daripada substitusi • Insersi atau delesi nukleotida dapat mengubah bingkai pembacaan pesan genetik, menghasilkan mutasi pergeseran bingkai pembacaan (frameshift mutation)
- 89. Mutagen • Mutasi spontan (spontaneous mutation) dapat terjadi selama replikasi, rekombinasi, atau perbaikan DNA • Mutagen adalah agen fisik dan kimiawi yang dapat menyebabkan mutasi
- 90. Konsep 17.6: Meskipun ekspresi gen berbeda-beda di antara domain-domain kehidupan, konsep gen bersifat universal • Arkaea adalah prokariota, tetapi memiliki banyak kesamaan dalam mekanisme ekspresi gen dengan eukariota
- 91. Membandingkan Ekspresi Gen pada Bakteri, Arkaea, dan Eukarya • Bakteri dan eukarya memiliki RNA polimerase, pengakhiran transkripsi, dan ribosom yang berbeda; arkaea cenderung menyerupai hal- hal yang terjadi pada eukarya • Bakteri dapat mentranskripsi dan mentranslasi gen yang sama secara simultan • Pada eukarya, transkripsi dan translasi dipisahkan oleh selaput nukleus • Pada arkaea, transkripsi dan translasi digandengkan
- 92. Peraga 17.24 Transkripsi dan translasi yang digandengkan pada bakteri RNA polimerase DNA Poliribosom mRNA 0,25 µm Arah transkripsi DNA RNA polimerase Poliribosom Polipeptida (ujung amino) Ribosom mRNA (ujung 5)
- 93. Meninjau Kembali Pertanyaan Apa itu Gen? • Gagasan tentang gen itu sendiri merupakan konsep kehidupan yang menjadi satu kesatuan • Kita telah memandang gen sebagai: – Unit diskret pewarisan-sifat – Wilayah sekuens nukleotida spesifik pada kromosom – Sekuens DNA yang mengodekan seutas rantai polipeptida spesifik
- 94. Peraga 17.25 Rangkuman transkripsi dan translasi pada sel eukariot TRANSKRIPSI PEMROSESAN RNA DNA transkrip RNA 3 5 RNA polimerase Transkrip RNA (pre-mRNA) Intron Ekson NUKLEUS Aminoasil-tRNA sintetase AKTIVASI ASAM AMINO Asam amino tRNA SITOPLASMA Polipeptida yang tumbuh 3 Asam amino yang teraktivasi mRNA TRANSLASI Sub-unit ribosom 5 E P A A Antikodon Ribosom Kodon E
- 95. • Ringkasnya, gen dapat didefinisikan sebagai wilayah DNA yang dapat diekspresikan untuk menghasilkan produk fungsional akhir yang bisa berupa polipeptida atau molekul RNA
- 96. RANGKUMAN KONSEP KUNCI Unit transkripsi Promoter Transkrip RNA RNA polimerase Untai cetakan DNA 5 5 5 3 3 3 Komponen-komponen Molekular Transkripsi Sintesis RNA dikatalisis oleh RNA polimerase. Sintesis mengikuti aturan perpasangan basa yang sama dengan replikasi DNA, kecuali pada RNA, timin digantikan oleh urasil
- 97. Pengubahan Ujung-ujung mRNA Pre-mRNA Tudung mRNA Poli-A tail Molekul mRNA eukariot diproses sebelum meninggalkan nukleus melalui modifikasi ujung-ujungnya dan melalui penyambungan RNA. Ujung 5’ memperoleh tudung nukleotida termodifikasi, sedangkan ujung 3’ memperoleh ekor poli-A.
- 98. mRNA Ribosom Polipeptida Membangun Polipeptida Ribosom mengoordinasikan ketiga tahap translasi: inisiasi, pemanjangan, dan terminasi. Pembentukan ikatan peptida di antara asam-asam amino dikatalisis oleh rRNA. Beberapa ribosom dapat mentranslasikan suatu molekul mRNA secara bersamaan, membentuk poliribosom.
- 99. Kuis Mandiri Ulas kembali peran RNA dengan cara mengisi tabel berikut:
- 100. Uji Konsep 1. Untai cetakan dari suatu gen mengandung sekuens 3’-TTCAGTCGT-5’. Gambarkan sekuens bukan cetakan dan sekuens mRNA yang mengindikasikan ujung 5’ dan 3’ pada masing-masing sekuens. Bandingkan kedua sekuens tersebut. 2. Bayangkan bahwa suatu sekuens bukan cetakan pada pertanyaan1 ditranskripsikan, sebagai pengganti sekuens cetakan. Gambarkan sekuens mRNA dan translasikan menggunakan peraga 17.5. (Pastikan memperhatikan ujung 5’ dan 3’.) Prediksikan seberapa baik protein yang disintesis dari untai bukan cetakan bisa berfungsi, jika memang betul berfungsi.
- 101. Uji Konsep 3. Gen dengan untai cetakan yang mengandung sekuens 3’-TACTTGTCCGATATC-5’ bermutasi menjadi 3’-TACTTGTCCAATATC-5’. Untuk gen normal maupun mutan, gambarkan DNA beruntai ganda, mRNA yang dihasilkan, dan sekuens asam amino yang dikodekan oleh masing-masing gen. Apa efek dari mutasi tersebut pada sekuens asam amino?
- 102. Jawaban Uji Konsep no 1 Sekuens-sekuens basa bukan-cetakan dan mRNA sama, kecuali bahwa ada T pada untai DNA bukan-cetakan sementara posisi T digantikan oleh U pada mRNA.
- 103. Jawaban Uji Konsep no 2 Protein yang ditranslasikan dari sekuens bukan-cetakan akan memiliki urutan asam amino yang sepenuhnya berbeda dan tentunya tak akan fungsional.
- 104. Jawaban Uji Konsep no 3 Sekuens asama amino Met-Asn-Arg-Leu tetap sama, baik sebelum maupun sesudah mutasi, sebab kodon mRNA 5’-CUA-3’ dan 5’-UUA- 3’ sama-sama menyandikan Leu.
- 105. Jawaban Kuis Mandiri
- 106. Sekarang, Anda seharusnya mampu untuk: 1. Mendeskripsikan kontribusi yang dibuat oleh Garrod, Beadle, dan Tatum terhadap pemahaman tentang hubungan antara gen dan enzim 2. Secara jelas menjelaskan bagaimana informasi mengalir dari gen ke protein 3. Membandingkan transkripsi dan translasi pada bakteri dan eukariota 4. Menjelaskan makna bahwa dalam kode genetik terdapat redundansi tetapi tidak ambiguitas
- 107. 5. Memasukkan istilah berikut dalam deskripsi transkripsi: mRNA, RNA polimerase, promoter, terminator, unit transkripsi, inisiasi, pemanjangan, terminasi, dan intron 6. Memasukkan istilah berikut dalam deskripsi translasi: tRNA, wobble, ribosom, inisiasi, pemanjangan, dan terminasi