Translasi Ekspresi Gen
Bila dibandingkan dengan transkripsi, translasi merupakan
proses yang lebih rumit karena melibatkan fungsi berbagai makromolekul. Oleh
karena kebanyakan di antara makromolekul ini terdapat dalam jumlah besar di
dalam sel, maka sistem translasi menjadi bagian utama mesin metabolisme pada
tiap sel. Makromolekul yang harus berperan dalam proses translasi tersebut
meliputi:
1. Lebih dari 50
polipeptida serta 3 hingga 5 molekul RNA di dalam tiap ribosom
2. Sekurang-kurangnya
20 macam enzim aminoasil-tRNA sintetase yang akan mengaktifkan asam amino
3. Empat puluh hingga
60 molekul tRNA yang berbeda
4. Sedikitnya 9
protein terlarut yang terlibat dalam inisiasi, elongasi, dan terminasi
polipeptida.
Translasi, atau pada hakekatnya sintesis protein,
berlangsung di dalam ribosom, suatu struktur organel yang banyak terdapat di
dalam sitoplasma. Ribosom terdiri atas dua subunit, besar dan kecil, yang akan
menyatu selama inisiasi translasi dan terpisah ketika translasi telah selesai.
Ukuran ribosom sering dinyatakan atas dasar laju pengendapannya selama
sentrifugasi sebagai satuan yang disebut satuan Svedberg (S). Pada kebanyakan
prokariot ribosom mempunyai ukuran 70S, sedangkan pada eukariot biasanya
sekitar 80S.
Tiap ribosom mempunyai dua tempat pengikatan tRNA, yang
masing-masing dinamakan tapak aminoasil (tapak A) dan tapak peptidil (tapak P).
Molekul aminoasil-tRNA yang baru memasuki ribosom akan terikat di tapak A,
sedangkan molekul tRNA yang membawa rantai polipeptida yang sedang diperpanjang
terikat di tapak P.
Gambaran penting sintesis protein adalah bahwa proses ini
berlangsung dengan arah tertentu sebagai berikut.
1. Molekul mRNA
ditranslasi dengan arah 5’→ 3’, tetapi tidak dari ujung 5’ hingga ujung 3’.
2. Polipeptida
disintesis dari ujung amino ke ujung karboksil dengan menambahkan asam-asam
amino satu demi satu ke ujung karboksil. Sebagai contoh, sintesis protein yang
mempunyai urutan NH2-Met-Pro- . . . -Gly-Ser-COOH pasti dimulai dengan metionin
dan diakhiri dengan serin.
Mekanisme sintesis protein secara skema garis besar dapat
dilihat pada Gambar 10.5. Sebuah molekul mRNA akan terikat pada permukaan
ribosom yang kedua subunitnya telah bergabung. Pengikatan ini terjadi karena
pada mRNA prokariot terdapat urutan basa tertentu yang disebut sebagai tempat
pengikatan ribosom (ribosom binding site) atau urutan Shine-Dalgarno. Sementara
itu, pada eukariot pengikatan ribosom dilakukan oleh ujung 5’ mRNA.
Selanjutnya, berbagai aminoasil-tRNA akan berdatangan satu demi satu ke
kompleks ribosom-mRNA ini dengan urutan sesuai dengan antikodon dan asam amino
yang dibawanya. Urutan ini ditentukan oleh urutan triplet kodon pada mRNA.
Ikatan peptida terbentuk di antara asam-asam amino yang terangkai menjadi
rantai polipeptida di tapak P ribosom. Penggabungan asam-asam amino terjadi
karena gugus amino pada asam amino yang baru masuk berikatan dengan gugus
karboksil pada asam amino yang terdapat pada rantai polipeptida yang sedang diperpanjang.
Penjelasan tentang mekanisme sintesis protein yang lebih rinci disertai contoh,
khususnya pada prokariot, akan diberikan di bawah ini.
Inisiasi sintesis protein dilakukan oleh aminoasil-tRNA
khusus, yaitu tRNA yang membawa metionin (dilambangkan sebagai
metionil-tRNAiMet). Hal ini berarti bahwa sintesis semua polipeptida selalu
dimulai dengan metionin. Khusus pada prokariot akan terjadi formilasi gugus
amino pada metionil-tRNAiMet (dilambangkan sebagai metionil-tRNAfMet) yang
mencegah terbentuknya ikatan peptida antara gugus amin tersebut dengan gugus
karboksil asam amino pada ujung polipetida yang sedang diperpanjang sehingga
asam amino awal pada polipeptida prokariot selalu berupa f-metionin. Pada
eukariot metionil-tRNAiMet tidak mengalami formilasi gugus amin, tetapi molekul
ini akan bereaksi dengan protein-protein tertentu yang berfungsi sebagai faktor
inisiasi (IF-1, IF-2, dan IF-3).
Selain itu, baik pada prokariot maupun eukariot, terdapat pula metionil-tRNA
yang metioninnya bukan merupakan asam amino awal (dilambangkan sebagai
metionil-tRNAMet).
Kompleks inisiasi pada prokariot terbentuk antara mRNA,
metionil-tRNAfMet, dan subunit kecil ribosom (30S) dengan bantuan protein IF-1,
IF-2, dan IF-3, serta sebuah molekul GTP. Pembentukan kompleks inisiasi ini
diduga difasilitasi oleh perpasangan basa antara suatu urutan di dekat ujung 3’
rRNA berukuran 16S dan sebagian urutan pengarah (leader sequence) pada mRNA.
Selanjutnya, kompleks inisiasi bergabung dengan subunit besar ribosom (50S),
dan metionil-tRNAfMet terikat pada tapak P.
Berpasangannya triplet kodon inisiasi pada mRNA dengan antikodon pada
metionil-tRNAfMet di tapak P menentukan urutan triplet kodon dan
aminoasil-tRNAfMet berikutnya yang akan masuk ke tapak A. Pengikatan
aminoasil-tRNAfMet berikutnya, misalnya alanil- tRNAala, ke tapak A memerlukan
protein-protein elongasi EF-Ts dan EF-Tu. Pembentukan ikatan peptida antara
gugus karboksil pada metionil-tRNAfMet di tapak P dan gugus amino pada
alanil-tRNAala di tapak A dikatalisis oleh enzim peptidil transferase, suatu
enzim yang terikat pada subunit ribosom 50S. Reaksi ini menghasilkan dipeptida
yang terdiri atas f-metionin dan alanin yang terikat pada tRNAala di tapak A.