MESIN BIOLOGIS SINTESIS PROTEIN

Oleh Hendrius Candra, M.Si.

(Laboratorium Biologi SMAN 1 Ciampea Bogor)

Protein adalah zat organik penting sebagai pembangun tubuh. Protein disintesis di dalam sel dan juga diperoleh dari makanan. Keduanya penting untuk memenuhi kebutuhan protein tubuh. Meskipun tubuh dapat mensintesis protein, asupan protein dari makanan juga diperlukan untuk memastikan ketersediaan asam amino esensial yang tidak dapat diproduksi sendiri. Pertumbuhan berbagai karakter makhluk hidup adalah melalui reaksi kimia yang kompleks yang dilancarkan oleh enzim. Enzim tersusun oleh protein, sehingga sintesis protein sangat menentukan karakter makhluk hidup. Mekanisme sintesis protein merupakan sesuatu yang terjadi secara alami melalui proses bertahap.  “Mesin biologis”pembuatnya bekerja sedemikian cermat dan teliti. Kesalahan sedikit dapat memiliki dampak yang signifikan pada fungsi sel dan organisme. Alih-alih mendapatkan protein yang dibutuhkan, malah menyebabkan berbagai penyakit dan gangguan. Wahhhh….

Biokimia Protein

Protein adalah kelompok biomolekul berukuran besar yang terbentuk dari satu rantai panjang asam amino atau lebih. Protein memiliki banyak fungsi dalam makhluk hidup, di antaranya mempercepat reaksi-reaksi metabolisme, mereplikasi DNA, menanggapi rangsangan, memberi bentuk sel dan tubuh, dan memindahkan molekul dari satu lokasi ke lokasi lain. Perbedaan utama antara satu protein dan protein lainnya adalah urutan asam amino-asam aminonya, yang ditentukan oleh urutan nukleotida dari gen-gennya, dan biasanya menyebabkan lipatan protein menjadi struktur tiga dimensi khusus yang sesuai dengan fungsinya.

Sejumlah asam amino membentuk rantai lurus yang disebut polipeptida. Suatu protein terdiri dari minimum satu polipeptida panjang. Polipeptida pendek (dengan kurang dari 20–30 asam amino) biasanya tidak dianggap sebagai protein, tetapi disebut molekul peptida atau oligopeptida. Masing-masing asam amino dalam protein terikat ke asam amino di dekatnya oleh ikatan peptida. Urutan asam amino dalam protein ditentukan oleh urutan gen yang disandi dalam kode genetik. Secara umum, kode genetik menghasilkan 20 asam amino standar, meskipun beberapa organisme memiliki asam amino tambahan. Tak lama setelah atau bahkan selama sintesis, residu dalam protein sering dimodifikasi secara kimiawi melalui proses modifikasi pascatranslasi yang mengubah sifat fisik dan kimia, lipatan, stabilitas, aktivitas, dan fungsi protein. Beberapa protein memiliki gugus nonpeptida (bukan asam amino), yang dapat disebut kofaktor dan gugus prostetik. Beberapa protein juga dapat bekerja sama untuk menjalankan fungsi tertentu, dan kelompok seperti ini sering membentuk kompleks protein yang stabil.

Begitu terbentuk, protein hanya ada untuk jangka waktu tertentu lalu didegradasi dan didaur ulang dalam sel melalui proses pergantian protein. Umur protein diukur berdasarkan waktu paruhnya dan mencakup rentang yang panjang. Protein bisa berumur beberapa menit hingga beberapa tahun dengan umur rata-rata 1–2 hari dalam sel mamalia. Protein yang abnormal atau salah lipat akan terdegradasi lebih cepat, baik karena ditargetkan untuk dihancurkan atau karena tidak stabil.

Bersama dengan biomolekul raksasa lainnya seperti polisakarida dan asam nukleat, protein merupakan bagian esensial dari organisme dan terlibat dalam hampir seluruh proses di dalam sel. Sebagian protein adalah enzim yang berfungsi sebagai katalis dalam reaksi-reaksi biokimia dan bersifat vital untuk metabolisme. Sebagian protein memiliki fungsi pembentuk atau penguat, misalnya protein aktin dan miosin dalam otot dan protein-protein dalam sitoskeleton. Protein-protein lainnya memiliki peran penting dalam persinyalan sel, respons imun, adhesi sel, dan siklus sel. Hewan memerlukan protein dalam makanannya untuk memperoleh asam amino esensial yang tidak bisa disintesis di dalam tubuh. Sistem pencernaan memecah protein dari makanan untuk dapat digunakan dalam metabolisme.

Protein merupakan suatu zat makanan yang amat penting bagi tubuh, karena zat ini berfungsi sebagai bahan bakar, zat pembangun dan pengatur. Dan fungsi utama dari protein adalah membentuk jaringan baru dan mempertahankan jaringan yang telah ada. Mutu protein dalam bahan makanan yang di konsumsi manusia yang akan di serap oleh usus dalam bentuk asam amino.

Asam Amnio Esensial dan Non Esensial

Perbedaan utama asam amino esensial dan non-esensial terletak pada kemampuannya disintesis oleh tubuh. Asam amino esensial tidak dapat diproduksi oleh tubuh dan harus diperoleh dari makanan, sedangkan asam amino non-esensial dapat diproduksi oleh tubuh.

Asam amino yang dapat disintesis oleh tubuh manusia disebut asam amino non esensial. Ada 11 asam amino nonesensial yang dapat diproduksi sendiri oleh tubuh, yaitu Alanin, Arginin, Asparagin, Asam aspartat, Sistein, Asam glutamat, Glutamin, Glisin, Prolin, Serin, dan Tirosin. 

Tubuh manusia mampu mensintesis asam amino-asam amino ini melalui berbagai jalur metabolisme. Meskipun demikian, beberapa asam amino, seperti Arginin, Sistein, Glisin, Glutamin, Prolin, dan Tirosin, dapat juga dianggap sebagai "esensial bersyarat". Artinya, meskipun tubuh dapat memproduksinya, laju sintesis mungkin terbatas pada kondisi tertentu seperti sakit atau stres, dan kebutuhan tubuh mungkin melebihi kemampuan produksinya

Di lain pihak, asam amino yang tidak dapat disintesis oleh tubuh manusia disebut asam amino esensial. Ada sembilan asam amino esensial yang harus diperoleh dari makanan karena tubuh tidak dapat memproduksinya sendiri. Daftar sembilan asam amino esensial, mencakup : Histidin, Isoleusin, Leusin, Lisin, Metionin, Fenilalanin, Treonin, Triptofan  dan Valin.

Biosintesis Protein

Protein dirakit dari sejumlah asam amino menggunakan informasi yang disandi dalam gen. Setiap protein memiliki urutan asam amino uniknya sendiri yang ditentukan oleh urutan nukleotida dari gen yang menyandi protein ini. Kode genetik adalah satu set berupa tiga nukleotida yang disebut kodon dan setiap kombinasi tiga nukleotida menunjukkan asam amino, misalnya AUG (adenina–urasil–guanina) adalah kode untuk metionin. Karena DNA mengandung empat nukleotida, jumlah total kodon yang mungkin adalah 64; oleh karena itu, terdapat beberapa redundansi dalam kode genetik, dengan beberapa asam amino ditentukan oleh lebih dari satu kodon.

Gen yang disandi dalam DNA pertama-tama ditranskripsikan menjadi pra-RNA duta (mRNA) oleh protein seperti RNA polimerase. Kebanyakan organisme kemudian memproses pra-mRNA (juga dikenal sebagai transkrip primer) menggunakan berbagai bentuk modifikasi pascatranskripsi untuk membentuk mRNA yang matang, yang kemudian digunakan sebagai templat untuk sintesis protein oleh ribosom.

Pada prokariota, mRNA dapat digunakan segera setelah diproduksi atau diikat oleh ribosom setelah menjauh dari nukleoid. Sebaliknya, eukariota membuat mRNA di inti sel dan kemudian mentranslokasikannya melewati membran inti ke dalam sitoplasma, tempat sintesis protein kemudian terjadi. Tingkat sintesis protein pada prokariota lebih tinggi daripada eukariota dan dapat mencapai hingga 20 asam amino per detik.

Proses sintesis protein dari cetakan mRNA dikenal sebagai translasi. Selanjutnya, mRNA dimuat ke ribosom dan dibaca tiga nukleotida sekaligus dengan mencocokkan setiap kodon dengan antikodon pasangan basa yang terletak pada molekul RNA transfer (tRNA), yang membawa asam amino yang sesuai dengan kodon yang dikenalinya. Enzim sintetase tRNA-aminoasil "mengisi" molekul tRNA dengan asam amino yang benar. Polipeptida yang sedang terbentuk sering disebut rantai yang baru lahir.  Jadi, protein “dibangun” dari arah N-terminus ke C-terminus.