Metabolisme Sel Retikulum Endoplasma (2:habis)

D. Sintesis Protein

Sintesis protein merupakan proses pembentukan protein yang tersiri dari tiga tahapan utama yaitu proses inisiasi, elongasi, dan terminasi.

1. Tahap pemrakarsaan(inisiasi)
Tahap inisiasi diawali dengan pemisahan ribosom subunit besar dan ribosom subunit kecil. Langkah kedua adalah Met-tRNA berinteraksi dengan GTP, selanjutnya langkah ketiga adalah kombinasi Met-tRNA dan GTP akan bergabung dengan ribosom subunit kecil, akibatnya langkah keempat ribosom subunit kecil akan siap bersatu dengan mRNA dalam suatu reaksi kompleks yang melibatkan hidrolisis ATP, penyatuan ini diawali dengan penempelan tudung 5’ mRNA pada ribosom subunit kecil untuk kemudian ribosom ini akan bergerak terus sepanjang mRNA sampai bertemu dengan kodon pemrakarsa AUG.

Selanjutnya langkah kelima adalah penyatuan ribosom subunit kecil dan ribosom subunit besar yang disertai dengan hidrolisisGTP menjadi GDP. Gabungan antara ribosom dengan mRNA dan Met-tRNA menandakan selesainya tahap pemrakarsaan untuk kemudian siap masuk ke tahap pemanjangna atau elongasi.

2. Tahap Pemanjangan (Elongasi)
Dalam proses elongasi ribosom akan bergerak sepanjang mRNA untuk menerjemahkan pesan yang dibawa oleh mRNA dengan arah gerakan dari 5’ ke 3’. Langkah pertama dari proses elongasi adalah reaksi pengikatan aminoasil tRNA (AA2) dengan GTP. Langkah kedua kompleks ini kemudian terikat pada ribosom sisi A. Langkah ketiga GTP dihidrolisis, Met-tRNA terdapat pada sisi P dan aminoasil-tRNA (AA2) pada sisi A siap untuk membentuk rantai peptida pertama.

Langkah keempat metionin yang digandeng oleh tRNA inisiato pada sisi P mulai terikat dengan asam amino yang dibawa oleh tRNA pada sisi A dengan ikatan peptide membentuk dipeptida, sehingga sisi P ribosom menjadi kosong. Reaksi ini dikatalis oleh peptidil transferase yang dihasilkan oleh ribosom subunit besar. Langkah kelima petidil tRNA berpindah ke sisi P akibat pergeseran ribosom ke arah 3’ dan terbukalah kodon berikutnya pada sisi A dan siap dimasuki oleh tRNA berikutnya.

Setelah kedua tempat di ribosom terisi oleh tRNA yang menggandeng asam amino masing-masing, asam-asam amino akan berada sangat berdekatan, akibatnya akan terjadi ikatan peptide diantara keduanya. Terjadinya ikatan antara kedua asam amino ini dikatalisis oleh enzim peptidil transferase. Peptidil transferase bekerja sama dengan enzim deasilase-tRNA akan memutuskan ikatan antara tRNA dengan asam amino yang digandengnya.

3. Tahap Penghentian (Terminasi)
Penerjemahan akan berhenti apabila kodon penghenti (UAA,UAG, atau UGA) masuk ke sisi A. hal ini terjadi karena tidak ada satupun tRNA yang memiliki antikodon yang dapat berpasangan dengan kodon-kodon penghenti. Sebagai ganti molekul tRNA, masuklah factor pembebas atau RF (Release Factor) ke sisi A.

Faktor ini bersama-sama dengan molekul GTP, melepaskan rantai polipeptida yang telah usai dibentuk dari tRNA yang terakhir. Ribosom kembali terpisah menjadi unit besar dan unit kecil serta kembali ke sitosol untuk kemudian akan berfungsi lagi jika ada penerjemahan baru.

Sintesis protein bisa terjadi di dua tempat yaitu di bagian sitosol yang melibatkan ribosom bebas yang ditujukan untuk pembentuk protein inti, protein mitokondria, protein kloroplas dan protein peroksisom. Yang kedua sintesis protein bsia terjadi di bagian membran retikulum endoplasma kasar yang melibatkan ribosom yang menempel pada membran RE kasar yang ditujukan untuk pembentukan protein membran plasma, protein vesikula sekresi dan protein lisosom.

Proses sintesis protein yang terjadi pada RE kasar selainkan melibatkan ribosom yang menempel pada RE kasar juga melibatkan signal recognition particle(SRP) yang merupakan sinyal yang membantu perlekatan antara ribosom dengan RE kasar.

E. Signal Recognition Particle

Melekatnya ribosom di membran retikulum endoplasma kasar dipandu oleh dua komponen utama yaitu signal recognition particle(SRP yang berada diantara membran retikulum endoplasma dan sitosol yang mengikat sekuens sinyal, dan reseptor SRP yang berada di membran retikulum endoplasma. SRP merupakan parikel yang kompleks yang terdiri dari enam rantai polipetida yang berbeda yang dapat berikatan dengan molekul RNA kecil tunggal.

Urutan sinyal retikulum endoplasma sangat bervariasi dalam urutan asam aminonya, tetapi masing-masing memiliki delapan atau lebih asam amino non polar. SRP dapat berikatan secara khusus pada banyak urutan yang berbeda dikarenakan struktur kristal pada protein SRP yang memiliki situs signal-sequence-binding yanng memiliki daerah hidrofobik yang dilapisi metionin. Karena metinonin memiliki cabang, rantai yang fleksibel, dan daerah yang dapat menampung sinyal hidrofobik yang berbeda baik urutan, ukuran, dan bentuk

Gambar 5: Struktur SRP. SRP mengandung 6 protein subunit dan satu molekul RNA(warna merah). Formasi RNA SRP merupakan rangka utama yang menghubungkan bagian utama SRP yang mengandung daerah pengikatan urutan sinyal dengan translation pause domain. Terdapat engsel dibagian molekul RNA SRP yang pada terjadi pengikatan dengan ribosom dapat menekuk.

Gambar 6: Pengikatan SRP pada ribosom. SRP berikatan dengan ribosom sub unit besar dimana urutan sinyal pengikat diposisi dekat dengan rantai polipeptida yang akan keluar dan translational pause domain di posisi permukaan antara ribosom subunit, ketika terjadi elongasi.

F. Proses Sintesis Protein di RE

Sintesis polipeptida dimulai dengan tahap inisiasi di dalam sitoplasma yaitu setelah mRNA mengikat ribosom bebas, ribosom yang tidak berada pada membran sitoplasma. Kemudian diikuti tahap pemanjangan translasi di sitoplasma sampai polipeptida menghasilkan sekuen sinyal yang disebut sinyal peptide (N-terminal)yang terdiri dari 6-15 asam amino non polar.

Tahap berikutnya sekuen sinyal yaitu sinyal peptide memberi tahu ribosom yang mencetaknya agar menempel pada membran Retikulum Endoplasma. Caranya yaitu sekuen sinyal dikenali oleh Signal Recognition Particle(SRP). SRP kemudian menempel pada signal sekuen pada polipeptida dan Ribosom serta membawa sinyal sekuen bersama ribosom pencetaknya menuju membran RE. selama proses ini proses elongasi tidak akan terjadi dikarenakan dibagian SRP terdapat bagian yang digunakan untuk menghentikan sementara proses elongasi yang dinamakan dengan translation pause domain.

SRP yang sudah mengikat sinyal peptide dan ribosom kemudian dikenali oleh protein reseptor SRP pada membran RE yang kemudian berikatan antara SRP dengan reseptor SRP.ikatan yang terjadi antara SRP dengan reseptor SRP dikuatkan dengan adanya ikatan yang terjadi antara GTP(Guanosine-5'-triphosphate) pada SRP dan reseptor SRP. Ribosom juga akan menempel pada retikulum endoplasma pada bagian yang dinamakan dengan translokon.

Gambar 7: Sintesis protein yang terjadi di Retikulum Endoplasma kasar

Tahap selanjutnya adalah pelepasan SRP dengan reseptor SRP-nya. Lepasnya SRP dengan reseptornya dipengaruhi oleh perubahan GTP menjadi GDP dengan melepas satu phospat pada keduanya baik SRP maupun resepor SRP sehingga ikatan keduanya terlepas. Kejadian ini diikuti dengan sekuen sinyal peptide yang masuk ke lumen RE dan terikat pada bagian translokon.

Di dalam lumen RE, sekuen tersebut dipotong oleh suatu enzim pemotongnya yang dinamakan dengan signal peptidase. Setelah terjadi pemotonga signal peptide dilanjutkan dengan proses elongasi oleh ribosom untuk mensintesis protein, protein yang terbentuk masuk ke dalam retikulum endoplasma.

Sebagian besar protein yang berada di sisterna RE sebelum di bawa ke golgi, lisosom, selaput sel, atau ke ruang antar sel merupakan glikoprotein, yaitu suatu molekul yang memiliki rantai sakarida. Rantai Oligosakarida terdiri dari 14 buah monosakarida yang masing-masing berupa Na-asetilglukosamine, manose, dan glukosa.

Protein yang disintesis di RE kasar dapat semuanya masuk ke dalam lumen RE kasar, namun ada beberapa jenis protein yang tidak semuanya masuk ke RE kasar melainkan ada bagian yang masuk ke dalam RE kasar dan bagian yang berada di sitosol, protein yang demikian dinamakan dengan protein integral membran.

G. Protein Integral Membran

Protein integral pada membran plasma disintesis oleh ribosom di dalam RE kasar, tetapi dalam prosesnya dipasangkan pada membran RE kasar bukan ditranspor ke dalam lumen. Selama transpor ke Golgi dan ke permukaan sel, protein ini tetap terikat pada membran, vesikel akhir yang terbentuk nantinya akan menyatu dengan membran plasma dan akan ikut menjadi bagian dari membran plasma yang baru.

Setelah pemasangan pada membran RE kasar, bagian dari protein yang menghadap ke sisi dalam RE kasar nantinya akan menghadap keluar pada permukaan sel. Bagian yang menghadap sisi dalam inilah yang akan mengikat karbohidrat selama glikosilasi di dalam RE kasar dan kompleks Golgi sehingga nantinya karbohidrat akan terekspos pada sisi luar sel.

Transpor protein membran plasma melewati membran RE terjadi bersamaan dengan sintesis proteinnya melalui mekanisme yang sama dengan protein sekretori. Tetapi, sesuai dengan definisinya protein ini dikhususkan untuk terpasang pada membran dan tidak masuk ke lumen RE kasar sepenuhnya. Ada beberapa cara hal ini dapat terjadi, tergantung pada tipe protein membran. Beberapa membran protein integral adalah protein yang hanya sekali merentang membran, sedangkan pada kasus yang lain ada yang merentang membran beberapa kali.

Kecenderungan protein untuk berada pada membran dan frekuensi merentang membran bilayer tergantung pada sekuen topogeniknya yang spesifik di dalam rantai polipeptida. Sekuen topogenik ini adalah suatu daerah yang diisi dominan oleh asam amino hidrofobik, dan terdiri dari tiga tipe: sekuen sinyal N terminal, sekuen sinyal internal, dan sekuen stop transfer.

Protein integral tipe I digunakan untuk membuat membran dari Glycophorin, reseptor LDL, reseptor insulin dan reseptor hormon pertumbuhan, Pada protein membran integral tipe I, selain sekuen sinyal N terminal yang dipotong oleh sinyal peptidase seperti pada protein sekretori, ada sekuen hidrofobik kedua yang terdapat di dalam protein.

Oleh karena itu, protein mulai bergerak melewati membran RE kasar saat sintesis, sama dengan yang terjadi pada protein sekretori, tetapi kemudian transfer dihentikan sebelum semua protein ditranslokasi kan dan protein akan tetap terselip pada membran melalui interaksi antara sekuen stop transfer yang hidrofobik dengan sisi hidrofobik dari membran bilayer.

Gambar 8: Proses pembentukan protein integral tipe 1. [1] setelah ribosom terikat pada translocon dalam membrane RE, urutan sinyal N-terminal dipotong oleh enzim signal peptidase. [2,3] terjadi proses elongasi sampai rantai hidrofobik stop-transfer anchor sequence disintesis dan memasuki translocon. Rantai ini mencegah pembentukan rantai baru yang masuk ke dalam lumen RE.[4] stop-transfer anchor sequence kemudian bergerak ke kanan pada membran RE yang diikuti dengan menutupnya translocon.[5] proses elongasi berlanjut lagi namun tidak masuk ke dalam lumen RE melainkan akan terbentuk di bagian luar dari membran RE(bagian sitosol).[6] protein integral terbentuk dengan ujung N-terminal(NH3+) berada di dalam lumen dan C-terminus(COO-)berada di sitosol.

Pada protein membran integral tipe 2, yang ditemukan hanya sekuen sinyal N-terminal seperti yang ditemukan pada protein sekretori. Namun, sekuen sinyal nya tidak dipotong dari protein membran oleh sinyal peptidase dan sekaligus berfungsi sebagai pengait membran. Protein membran integral tipe 3 yang merentang membran beberapa kali, memiliki beberapa peptida sinyal internal dan sekuen stop transfer untuk mengatur penyusunan rentangan selama sintesis.

Posisi akhir dari N terminal dan C terminal tergantung pada apakah sekuen sinyal N terminal dipotong atau tidak, dan juga bergantung pada sekuen terakhirnya apakah sekuen sinyal internal atau sekuen stop transfer. Beberapa jenis protein kekurangan sinyal N terminal dan hanya memiliki sekuen sinyal internal.

Proses pembentukan protein integral tipe II dan tipe III.Urutan sinyal yang masuk ke dalam RE dapat terjadi melalui dua jalan yang berbeda. Protein dapat masuk ke dalam lumen RE baik N-terminus maupun C-terminus. Proses nya adalah jika ada lebih asam amino positif sebelum rantai hidrofobik maka akan berakibat pada N-terminal berada di sitosol(protein inetral tipe II)gambar A. sedangkan jika ada kelebihan asam amino positif setelah rantai hidrofobik maka C-terminal berada di sitosol sedangkan N-terminal berada di lumen RE, gambar B.

Protein-protein yang terikat di membran secara kovalen dengan struktur GPI pada C terminal nya memiliki sekuen sinyal N terminal untuk mengarahkan mereka ke membran RE kasar dan juga sekuen hidrofobik kedua pada ujung C terminalnya. Sekuen sinyal N terminal dipotong sinyal peptidase, sementara itu sekuen C terminal menambahkan struktur GPI pada residu asam amino dekat C terminal. Struktur GPI tersusun secara bertahap atas penambahan gula (glukosamin dan manosa) dan etanolamin fosfat pada fosfatidilinositol di dalam membran RE kasar. Enzim transamidase kemudian memotong sekuen sinyal C terminal dan secara bersamaan menambahkan potongan GPI yang sudah lengkap.

H. Sintesis Fosfolipid

Proses sintesis lipid terjadi di membran retikulum endoplasma termasuk di dalamnya fosfolipid dan kolesterol yang banyak digunakan untuk memproduksi membran sel baru. Fosfolipid yang banyak di sintesis di membran retikulum endoplasma adalah jenis fosfatdilkolin atau yang sering disebut lesitin.

Pembentukan fosfatidilkolin dibentuk melalui tiga tahapan utama yaitu kolin, dua asam lemak, dan gliserol fosfat. Setiap langkah yang terjadi dikatalis oleh enzim yang terdapat di dalam membran RE yang memiliki situs aktif yang menghadap sitosol.

Tahap pertama asam lemak di sitosol yang tidak larut dalam air diikat oleh asam lemak binding protein untuk di bawa ke membran RE. tahap berikutnya terjadi penambahan CoA ke asam lemak oleh enzim CoA transferase. Kemudian diikuti penambahan gliserol 3-fosfat yang dibabtu oleh enzim acyl transferase, pada proses ini juga terjadi pelepasa CoA sehingga terbentuk phosphatidic acid(asam phosphatidic).

Tahap selanjutnya terjadi pelepasan phospat pada phosphatidic acid yang dibantu oleh enzim phosphatase, setelah kehilangan satu phosphat dilanjutkan dengan pengikatan CDP choline(cytidine-diphosphocholine (CDP-choline) pada phosphatidic acid yang sudah kehilangan satu phospat yang dibatu oleh enzim choline phosphatransferase, proses ini mengakibatkan pelepasan CMP(Chistidine MonoPhosphate) lepas sehingga membentuk phosphatidylcoline.

Gambar 10: proses sintesis fosfolipid pada RE kasar

Proses pembentukan phosphatidylcholine akan dilanjutkan dengan proses pembalikan phospatidylcoline sehingga phospatidylcoline akan membentuk dua lapisan dimana satu bagian menghadap ke sitosol dan satu bagian dari phospatidylcoline menghadap ke lumen RE. proses pembalikan ini dibantu oleh enzim flippase yang mengubah letak phospatidylcoline pada membran RE.

Gambar 11: Proses pembalikan phosphatidylcoline yang dibatu oleh enzim flippase.

oleh: yoga jiwanjaya
website: biologiedukasi.com

Mohon cantumkan link jika memposting ulang di blog/website lainnya

Baca juga:

Biologi Edukasi: Belajar Sains Biologi