Metabolisme Protein dan Asam Amino
METABOLISME PROTEIN
DAN ASAM AMINO
DISUSUN OLEH
KELOMPOK 5
WINNY AYUWIRA ASHARY
(21)
YOHANA ROTUA SITUMORANG
(22)
ANIKE SITUNGKIR
(23)
ELISABET SIHOMBING
(24)
ELVIANI
(25)
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
2015
1
BAB I
PENDAHULUAN
Dalam tubuh makhluk hidup terdapat banyak proses-proses biokimia,
salah satu diantaranya ialah proses metabolisme protein dan asam amino. Protein
berasal dari kata proteos yang berarti “pertama” atau utama adalah makromolekul
yang paling banyak ditemukan di dalam semua sel dan semua bagian sel. Protein
memiliki fungsi biologis sebagai instrumen molekuler yang menyampaikan
informasi genetik.
Semua protein dibangun dari rangkaian dasar yang sama dari 20 asam
amino yang berikatan kovalen dalam urutan yang khas. Karena masing-masing
asam amino mempunyai rantai samping yang khusus, yang dapat memberi sifat
kimia masing-masing individu, kelompok 20 molekul unit pembangunan ini dapat
dianggap sebagai abjad struktur protein.
2
BAB II
PEMBAHASAN
METABOLISME PROTEIN DAN ASAM AMINO
2.1. Mekanisme Reaksi Sintesa Protein
Ada dua hal yang penting pada sintesa protein, yaitu pembentukan ikatan
yang membutuhkan energy dan spesifitas.Tiap ikatan peptide membutuhkan
energi sebesar lebih kurang 3000 kalori/mol yang diperoleh dari ATP.Prototip
sintesa protein yang dipergunakan sebagai dasar-dasar gagasan sintesa polipeptida
ini adalah sintesa asam hipurat, glutamin dan glutation, dimana ATP sebagai
sumber energy terlibat dalam reaksi.
Gambar 2.1. Jenis sintesa protein untuk sintesa polipeptida
Glutation adalah sebuah senyawa tripeptida yang terdapat dalam jaringan
hewan yang berfungsi antara lain sebagai komponen sistem transfer asam amino,
aktivator enzim tertentu dan melindungi lipida terhadap auto oksida. Senyawa ini
disintesa sekurang-kurangnya dalam dua tahap.
3
Glutamat + sistein + ATP
y-glutamilsistein + glisin + ATP
y-glutamilsistein + ADP Pan
glution + ADP + Pan
Dari tiga reaksi yang disajikan diatas dapat diketahui, bahwa biosintesa
senyawa tersebut sudah terarah pada hasil tertentu yang dilakukan oleh enzim
tertentu. Pada reaksi pembentukan glutamin, aktivasi gugus oleh ATP terjasi pada
karboksil y dan tidak pada yang α. Pada reaksi pertama gugus karboksil yang
diaktifkan oleh ATP adalah y-karboksil dari asam glutamat dan bukan gugus
karboksil kepunyaan sistein. Pada reaksi berikutnya dipeptide yang terbentuk
diaktifkan pada bagian karboksil sistein yang selanjutnya ditempeli oleh glisin.
Cara aktivasi berbeda dari yang telah diutarakan diatas akan terbentuk tripeptida
bukan glutation yang dengan sendirinya fungsinya berbeda.
Biosintesa protein tidaklah sekedar ditujukan pada terjadinya ikatan
peptida, akan tetapi pembentukan polimer itu harus sesuai dengan informasi
genetic yang ada pada DNA yang dipesankan melalui m-RNA. Penelitian tentang
biosintesa polipeptida ini diawali oleh P.Zamenick dan kawan-kawannya pada
tahun 1950-an diAmerika Serikat. Mereka menggunakan tikus sebagai hewan
percobaannya dan asam amino radiaktif sebagai pelacak biosintesa protein dalam
jaringan hewan tersebut.Asam tersebut diijeksikan kedalam tubuh beberapa
tikus.Pada interval-interval tertentu waktu tertentu 1 atau 2 hewan itu
dikorbankan, diambil hatinya dilumatkan dan difraksinasi. Fraksi intra selula
tersebut dianalisa kandungan asam amino pelacaknya hasilnya ialah pada waktu
inkubasi yang sangat pendek, maka fraksi mikrosumala yang makin panjang
semua fraksi menjadi radioaktif dan dan pada interval waktu yang makin panjang
semua fraksi menjadi radioaktif karena mengandung pelacak tersebut. Stelah
melaksanakan penelitiannya yang amat panjang H.M.Dintzis dapat mengambil
kesimpulan bahwa pertumbuhan rantai polipeptida disintesa mulai dari gugus
amino, sedangkan gugus karboksilnya membentuk ester dengan gugus amino
sebuah asam amino berikutnya.Olejh karena itu maka pembacaan sebuah
polipeptida dimulai dari asam amino yang mengandung gugus amino bebas dan
diakhiri dengan asam amino yang mengandung gugus karboksil bebas.
4
2.2. Tahapan Reaksi Biosintesa
Biosintesa polipeptida dapat dibagi menjadi tahap-tahap aktivasi
permulaan, pemanjangan dan pengakhiran.
2.2.1. Tahap aktivasi
Reaksi aktivasi ini membutuhkan energy yang berasal dari ATP yang
dikatalis oleh amino-asil-t-RNA sintesa. Reaksi jumlahnya adalah sebagai berikut:
Asam amino + ATP + t-RNA
amino-asil-t-RNA +AMP +P – P
Enzim sintesa yang mengkatalisa reaksi diatas mempunyai tiga sisi aktif
yang dapat mengikat tiga substrat, yaitu asam amino, ATP dan t-RNA.Senyawa
pentarsfer asama amino ini sifatnya spesifik, artinya t-RNA tertentu hanya
mengangkut asam amino tertentu pula.Kekhususan terletak pada sisi antikodon
yang terdapat pada t-RNA tersebut.Karena da 20 jenis asam amino maka dalam
sel juga terdapat sekurang-kurangnya 20 jenis t-RNA pula yang kesemuanya
(pada E.coli) sudah dapat diisolasi bahkan sebagian besar dapat dikristalkan.
Reaksi aktivasi itu dapat dipecahkan menjadi dua sub tahap, yaitu:
Asam amino + ATP ↼( asam aminoadenilat) + P ⎼ P
( Asam aminoadenilat) + t-RNA spesifik
aminoasil-t-RNA + asam adenilat)
Tiap asam amino yang ada di dalam sel diaktifkan pada gugus karboksil
oleh ATP, sehingga terbentuk asam aminoadenilat.Sintesa ini memerlukan 2
ekivalen senyawa energy tinggi, yaitu hidrolisis ATP menjadi AMP dan PP dan
yang kedua adalah hidrolisis PP menjadi 2P anorganik.Asam aminoadenilat yang
dihasilkan masih tetap terikat pada permukaan sisi aktif enzim dan setelah gugus
aminosil itu dipindahkan ke t-RNA berulah bebas dari enzim sebagai aminoasil-tRNA.Gugus aminosil ini terikat pada atom C nomor gugus ribosil (sebenarnya
adalah gugus edonosil).
5
Gambar 2.2. Tahap Aktivasi
Walaupun enzim yang mengkatalisa reaksi ini bersifat spesifik dan
selektif, namun terjadi suatu kesalahan tidaklah mustahil (taraf kesalahan ±
0,01%). Misalnya p-fluorofenilalamin,etionin atau isoleusin sempat pua masuk
kedalam sisi aktif enzim, sehingga protein yang terjadi terdapat senyawa yang
mirip asam amino dan yang tidak di kehendaki berdasarkan informasi yang ada.
Masuknya
senyawa-senyawa
di
atas
kedalam
rantai
polipeptida
berlangsung seperti yang terjadi pada basa asam-asam amino alam.
2.2.2. Tahap Permulaan (inisiasi)
Pada semua sel sintesa protein dimulai dengan metionin yang dibawa oleh
t-RNA dalam bentuk formil-metionin-t-RNA pada sel prokariotik ( dan
mitokondria ) dan metionil-t-RNA pada sel eukariotik. T-RNA yang mengangkut
dua bentuk metioni ini sedikit berbeda ditandai dengan t-RNA dan t-RNA Met.
Perubahan gugus metiolin yang ada pada t-RNA menjadi gugu formilnya oleh
tetrahidrofolat.
N10formil-tetrahidrofolat + met → t-RNA tetrahidrofolat + fMet-t-RNAf
6
Enzim yang mengkatalisa reksi di atas tidak mengikat gugus formil pada
metionin bebas atau pada metionin-t-RNA met.
Setelah formilmetionil-t-RNAf (metionil_t-RNAmet) terbentuk, maka ia
akan menuju ke permukaan endoplasmic terikulum di mana terdapat zarah-zarah
ribosom. Pada waktu yang bersamaan terjadilah kegiatan yang dapat digambarkan
sebagai berikut.
Zarah ribosom yang aktif (70 S) terpisah menjadi 2 bagian, yaitu ribosom
50 S dan 30 S. bagian terakhir ini slanjutnya ditempeli oleh sebuah factor inisial
IF-3 yang kemudian bila menerima m-RNA. Asam ribonukleat (m-RNA) ini
mengandung urutan dan frekuensi basa N yang diarahkan oleh DNA.Oleh karena
itu maka RNA ini membawa informasi genetic atau pesan (“message”) dari DNA.
Untuk membedakan dari RNA yang lain dan fungsinya sebagai pembawa
informasi, maka senyawa tersebut dinamakan m-RNA. Informasi genetic yang
dijabarkan sebagai urutan basa N pada m-RNA.Dinamakan sani atau kdon yang
dikelopok-kelompokkan.Yang masing-masing kelompok kodon terisi atas tiga
urutan basa N.
Formilmetionil-t-RNAf yang dibentuk dalam sitosol di atas kemudian
menuju ke m-RNA dan menempel dengan bantuan IF – 1, GTP – IF – 2.Bagian
aminoasil-t-RNA yang menempel pada m-RNA adalah antikodonnya sedemikian
rupa, sehingga terjadi ikat-mengikat antara basa N t-RNA dan N m-RNA melalui
ikatan jembatan hidrogen. Pengikat itu sifatnya komplementer (A = T dan G = C)
dan antiparallel. Energy terbentuknya kompleks ini berasal dari GTP.
Setelah proses pengikatan inti berhasil, maka semua factor inisial
meninggalkan kompleks yang diikuti oleh menutupnya bagian ribosom 50 S di
atas kompleks tersebut. Dalam ribosom 50 S terdapat dua celah yaitu celah
peptidil (P) dan celah aminosil (A).pada penutupan oleh ribosom 50 S ini fmet-tRNA masuk kealam celah peptidil.
7
Gambar 2.3. Tahap permulaan sintesa protein
2.2.3. Tahap Pemanjangan
Dari gamabar di atas dapat diketahui bahwa celah P pada ribosom
ditempati oleh met-t-RNA, sedangkan celah A masih kosong, yang pada tahap
pemanjangan ini dapat di temapti oleh aminosil-t-RNA. Jenis aminoasil-t-RNA
yang mana yang bias masuk kedalam celah tergantung dari kodom 3 kata basa N
yang ada pada m-RNA. ( kamus yang dibuat pada halaman berikut ini dapat
dipergunakan untuk mengetahui jenis aminosil-t-RNA). Sebagai contoh ialah
apabila kodon m-RNA itu UUA, maka aminosil-t-RNA yang menempel pada
kodon m-RNA itu dalah leusil-t-RNA Leu.
Atau dapat pula dikatakan bahwa aminosil-t-RNA yang menempel pada
kodon tersebut adalah yang berantikodon t-RNA tersebut pada gugus adenosilnya
mengangkut asam amino leusin.
Aminoasit-t-RNA yang akan masuk dan menempel pada m-RNA
membutuhkan pembantu, yaitu EF - T – GTP yang apabila sudah menempel,
pembantu-pembantu tersebut melepaskan diri dari kompleks tersebut. Dengan
demikian maka dan dua aminoasil-t-RNA yang terdapat pada ribosom dan
terjadilah
rekasi
pembentukan
ikatan
peptida
yang
di
katalisa
oleh
peptidiltranserase. Pada reaksi ini gugus aminon t-RNA yang ada dalam celah
8
aminoasil (A) menyerang secara nukleofilik pada gugus karbosil pada t-RNA pada
celah P, yang berakibat lepasnya gugus peptil dari t-RNA yang ada di celah P. tRNA yang tidak lagi mempunyai menumpang ini kemudian meninggalkan celah
dan tahap berikutnya ialah telah terjadi proses translokasi (pindah tempat) yang
disebabkan bergesernya zarah ribosom atau sebaliknya bergeraknya m-RNA ke
arah ujung 3’ m-RNA, yang dibantuoleh EF-G-GTP. Pemindahan ribosom ini
menyebabkan tergesernya peptidil-t-RNA dari celah A ke P, sehingga celah A
menjadi kosong. Dengan mekanisme yang sama, maka celah A itu bias diisi oleh
aminoasil-t-RNA yangdiikuti oleh pembentuka ikatan peptida dan translokasi,
sehingga pada akhirnya terbentuk polipeptida yang tetap masih terikat t-RNA
pada celah ribosom.
Gambar 2.4. Tahap pemanjangan rantai
2.2.4. Tahap Pengakhiran
Tahap ini biasa terjadi oleh karena adanya kodon pada m-RNA yang tidak
punya arti apa-apa. Kodon tersebut tidak dapat ditempeli oleh aminoasil-t-RNA
yang manapun. Oleh karena itu maka setelah terjadi proses translokasi yang
terakhir, celah A tetap kosong. Lepasnya gugus polipeptidil dari t-RNA yang
terakhir dilakukan oleh faktor pelepasan yang diberi simbol R1,R2 dan R3. Ketiga
faktor ini menyebabkan proses hidrolisis, sehingga gugus polipeptidil tadi biasa
9
lepas dari t-RNA menjadi polipeptida bebas. Tahap akhir ini ialah lepasnya t-RNA
dari celah peptidil dan terpisahnya bagian ribosom menjadi bagian-bagiannya.
Dari uraian di atas dapatlah disimpulkan, bahwa biosintesa protein tidak
lain adalah suatu proses penerjemahan dari bahasa polinukleotida ke bahasa
protein. Penerjamhan ini terutama dilakukan oleh m-RNA, ribosom dan t-RNA.
Senyawa terakhir ni lenih dikenal sebagai adaptor. Sebagaiman adaptor pada
umumnya benda tadi mempunyai dua bagian. Yang pertama adalah bagian basa N
yang akan menempel pada basa N pada m-RNA dan bagian kedua ialah yang
membawa gugus aminoasil yang pada waktunya akan direaksikan dengan gugus
peptidil, sehingga terbentuk ikatan peptide baru. T-RNA sebagai adaptor unutk
pertama kalinya dikemukakan sebagai postulat oleh FHC. Crick dan MB.
Hoagland.
Gambar 2.5. Tahap Pengakhiran
2.3. Biosintesa Protein Poliribosomal
Adanya kelompok ribosom sejumlah 3 sampai 100 buah yang
dihubungkan dengan benang antara satu ribosom yang satu dengan yang lainnya
dapat diketahui dari mikrograf electron. Benang tersebut adalah m-RNA yang
dapat dihidrolisis dengan menggunakan enzim ribonuklease, sehingga ribosomribosom tadi bisa terpisah.
10
Pada keadaan yang demikian tadi, maka tiap ribosom mempunyai tugas
membentuk polipeptida. Oleh karena pola m-RNA yang dipergunakan untuk
sintesa itu anya satu untuk semuanya, maka polipeptida yang dibentuk pun
mempunyai komposisi, urutan dan frekuensi asam amino yang sama pula
(identik).
Polipeptida yang terbentuk baik dengan cara monoribosomal maupun yang
polibosomal telah menunjukkan struktur tersier alamiah. Gugus formil yang
menempel pada metionin sebagai asam amino pertama pada polipeptida yang
terbentuk, dipisahkan oleh enzim deformilase. Pada umumnya juga sisa asam
amino metioninnya pun hilang, karena kegiatan enzim metioninaminopeptidase.
Proses penempelan gugus metal, asetil, dan lain-lain pada salah satu sisa asam
amino pada protein terjadi setelah polipeptida tersebut dipisahkan dari
ribosomnya.
Gambar 2.6. Sintesa protein poliribosomal
2.4. Penghambatan Pada Sintesa Protein
11
Senyawa penghambat biosintesa protein antara lain adalah tetrasiklin,
puromisin, khloramfinekol, sikloheksinimida (aktidion), streptomisin, racun
difteria, abrin risin, dan asam fusidat. Tetrasiklin adalah sebuah antibiotika yang
menutup dan mencegah masuknya aminoasil-t-RNA ke dalam celah A. Puromisin
juga termasuk dalam golongan antibiotic yang mempunyai struktur yang hampir
sama dengan bagian terminal dari aminoasil-t-RNA. Hanya pada antibiotik
tersebut terdapat ikatan amida antara bagian ribosil dan turunan metal tirosin.
Puromisin ini mampu masuk ke dalam celah A, sehingga terjadi reaksi antar
gugus petidil-t-RNA yang ada pada celah P dan NH 2 bebas yang terdapat pada
puromisin,
maka
terbentuklah
peptidilpuromisin.
Senyawa
ini
mudah
meninggalkan celah. Oleh karena itu maka peptidil yang dibentuk Selama itu ikut
lepas bersama-sama puromisin.
Khloroamfinekol ini menghambat reaksi transfer peptidil sehingga
aminoasil-t-RNA yang sudah menempati celah A tidak bisa memperpanjang gugus
tersebut. Streptomisin dan lain-lain antibiotika yang sejenis (neomisin, kanamisin)
mampu mengubah konfirmasi ribosom sedemikian rupa, sehingga aminoasil-tRNA yang terikat pada m-RNA tidak mantap, kendur. Sehingga kemungkinan
reaksi transfer tidak berjalan sempurna. Anibiotik yang disebutkan diatas pada
umumnya menghambat sintesa protein pada sel prokariotik, sebaliknya alkaloid
seperti emetin, racun difteria, abrin dan ricin (dua yang terakhir termasuk alkaloi
pada tanaman) mengganggu sintesa protein pada sel eukariot.
2.5. Sandi (Kode) Genetik
Dalam fasal yang lalu telah diuraikan bahwa ribosom dapat membaca
sandi yang ada pada m-RNA dan selanjutnya menerjemahkannya. Sebagaimana
diketahui m-RNA adalah asam ribonukleat yang terdiri dari monomer-monomer
AMP, GMP, CMP, dan UMP. Yang terpenting dari monoer tersebut adalah basa Nnya, yaitu Adenin, Guanin, Sitosin, dan Urasil. Urutan basa N dalam m-RNA
ditentukan oleh DNA dalam proses transkripsi. Setelah proses transkripsi selesai
maka m-RNA ini menuju ke permukaan endoplasmik retikulum.
12
Berat molekul m-RNA berkisar antara 25.000 sampai 1.000.000 tergantung
dari luas jenis protein yang dibentuk. Jumlah nukleotida yang terdapat pada mRNA adalah sebanyak 75 sampai 3.000. apabila dipergunakan istilah sandi genetik
maka “bahasa” RNA adalah basa N yang ada pada senyawa tersebut. Sebaliknya
bahasa protein yang dihasilkan oleh ribosom adalah asam amino yang menyusun
rantai polipeptida tersebut. Oleh karena itu maka harus ada cara terjemahan
(translasi) dari bahasa RNA ke bahasa protein. Seperti diketahui bahasa RNA ada
sejumlah empat (basa N) dan bahasa protein ada 20 jenis asam amino yang umum,
maka hal ini tidak mungkin oleh karena dengan demikian hanya ada 4 asam amino
yang dialihkan. Padahal jumlah asam amino yang perlu diterjemahkan ada 20.
Bila sandi itu bukan terdiri dari satu kata melainkan dua kata (singkatan), maka
dari 4 kata basa N itu dapat disusun 16 kombinan (42).
Tabel 2.1. Jumlah sandi dan asam amino
U
U
UU
C
UC
A
UA
G
UG
C
CU
CC
CA
CG
A
AU
GC
AA
AG
G
GU
GC
GA
GG
Jumlah itupun belum mencukupi untuk mensandi semua asam amino.
Dengan mengambil 3 kata, maka jumlah sandi sudah sangat mencukupi yaitu 43 =
64, cocok dengan dugaan semula yang berasal dari hasil pengamatan sintesa
protein tudung pada virus (TSNV). RNA yang dipergunakan untuk menyandi
protein yang terdiri dari 400 asam amino ini mengandung 1200 nukleotida.
Dengan demikian maka tiap asam amino disandi oleh 3 nukleotida.
Dalam penelitian berikutnya dapat diketahui bahwa sebuah asam amino
ada yang disandi oleh lebih dari 1 sandi sebagai berikut.
Tabel 2.2. Nama asam amino
13
Jumlah sandi
6
Nama asam amino yang disandi
Arganin, leusin, serin
4
Alanin, glisin, prolin, treolin dan valin
3
Isoleusin
2
Asparagin, aspartat, sistein, glutamine, glutamat, histidin,
lisin, fenilalanin dan tirosin
1
Metionin dan triptofan
Sandi triplet (3 kata basa N) untuk tiap-tiap basa amino dapat dibaca dalam
“kamus” di halaman berikut. Sandi yang tercantum dalam kamus sandi triplet
dibaca dari kiri ke kanan yang sesuai dengan urutan pada m-RNA yang dimulai
dari terminal 5’P ke terminal 3’OH bebas.
5’PPP- - - A C G A G C C G U G A G A G A G U U C U . . .
3’OH
Arah baca - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - →
Sandi- sandi yang dituliskan diatas tidak berkoma artinga pembacaan
mungkin saja bergeser, apabila tidak ada tanda dimulainya pembacaan. Sandisandi yang dituliskan diatas adalah ACG AGC CGU GAG AGA GUU dan
seterusnya. Jika pada suatu keadaan salah satu bahasa N itu hilang, maka kodon
tadi berubah menjadi ACG ACC GUG AGA GAG UUC dan seterusnya.
Tabel 2.3. Sandi dan asam amino-nya
U
UUU
Phe
C
UCU
Ser
A
UAU
Tir
G
UGU
Sis
UUC
Phe
UCC
Ser
UAC
Tir
UGC
Sis
UUA
Leu
UCA
Ser
UAA*
UGA*
UUG
Leu
UCG
Ser
UAG*
UGG
Trp
CUU
Leu
CCU
Pro
CAU
His
CGU
Arg
CUC
Leu
CCC
Pro
CAC
His
CGC
Arg
U
C
14
CUA
Leu
CCA
Pro
CAA
Gln
CGA
Arg
CUG
Leu
CCG
Pro
CAG
Gln
CGG
Arg
AUU
Ile
ACU
Thr
AAU
Asn
AGU
Ser
AUC
Ile
ACC
Thr
AAC
Asn
AGC
Ser
AUA
Ile
ACA
Thr
AAA
Lis
AGA
Arg
AUG
Met
ACG
Thr
AAG
Lis
AGG
Arg
GUU
Val
GCU
Ala
GAU
Asp
GGU
Gli
GUC
Val
GCC
Ala
GAC
Asp
GGC
Gli
GUA
Val
GCA
Ala
GAA
Glu
GGA
Gli
GUC
Val
GCG
Ala
GAG
Glu
GGG
Gli
A
G
Kodon inisiasi selalu adalah AUG. pada kamus terlihat adanya 3 kodon
yang tidak mempunyai arti (*), tidak ada satu pun t-RNA yang bisa menempel
pada kodon tersebut. Sandi-sandi tersebut dipergunakan untuk mengakhiri sintesa
protein. Jadi dapat dikatakan bahwa sandi-sandi itu merupakan signal agar supaya
biosintesa protein tadi diakhiri.
Diantara 3 basa N yang menyusun sandi hanya dua yang pokok, sedangkan
NM yan ketiga kurang mempunyai arti misalnya glisin yang hanya yang hanya
disandi oleh GG dan alanin oleh GC, basa N yang ketiga oleh basa N apa saja.
Jika satu asam amino disandi oleh sepasang atau lebih, maka basa yang ketiga
adalah U atau pirimidin atau bisa juga A atau G (purin). Misalnya fenilalanin
disandi oleh UUU dan UUC, asam aspartat disandi oleh GAU dan GAC, asam
glutamate disandi oleh GAA dan GAG.
DAFTAR PUSTAKA
Lehninger, A. 1983. Dasar-Dasar Biokimia. Jakarta: Erlangga
15
Restuati, M., Melva Silitonga, Uswatun Hasanah, M. Yusuf Nasution. 2015.
Biokimia untuk Biologi (Biokim 1234). Medan: FMIPA Unimed
16
DAN ASAM AMINO
DISUSUN OLEH
KELOMPOK 5
WINNY AYUWIRA ASHARY
(21)
YOHANA ROTUA SITUMORANG
(22)
ANIKE SITUNGKIR
(23)
ELISABET SIHOMBING
(24)
ELVIANI
(25)
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
2015
1
BAB I
PENDAHULUAN
Dalam tubuh makhluk hidup terdapat banyak proses-proses biokimia,
salah satu diantaranya ialah proses metabolisme protein dan asam amino. Protein
berasal dari kata proteos yang berarti “pertama” atau utama adalah makromolekul
yang paling banyak ditemukan di dalam semua sel dan semua bagian sel. Protein
memiliki fungsi biologis sebagai instrumen molekuler yang menyampaikan
informasi genetik.
Semua protein dibangun dari rangkaian dasar yang sama dari 20 asam
amino yang berikatan kovalen dalam urutan yang khas. Karena masing-masing
asam amino mempunyai rantai samping yang khusus, yang dapat memberi sifat
kimia masing-masing individu, kelompok 20 molekul unit pembangunan ini dapat
dianggap sebagai abjad struktur protein.
2
BAB II
PEMBAHASAN
METABOLISME PROTEIN DAN ASAM AMINO
2.1. Mekanisme Reaksi Sintesa Protein
Ada dua hal yang penting pada sintesa protein, yaitu pembentukan ikatan
yang membutuhkan energy dan spesifitas.Tiap ikatan peptide membutuhkan
energi sebesar lebih kurang 3000 kalori/mol yang diperoleh dari ATP.Prototip
sintesa protein yang dipergunakan sebagai dasar-dasar gagasan sintesa polipeptida
ini adalah sintesa asam hipurat, glutamin dan glutation, dimana ATP sebagai
sumber energy terlibat dalam reaksi.
Gambar 2.1. Jenis sintesa protein untuk sintesa polipeptida
Glutation adalah sebuah senyawa tripeptida yang terdapat dalam jaringan
hewan yang berfungsi antara lain sebagai komponen sistem transfer asam amino,
aktivator enzim tertentu dan melindungi lipida terhadap auto oksida. Senyawa ini
disintesa sekurang-kurangnya dalam dua tahap.
3
Glutamat + sistein + ATP
y-glutamilsistein + glisin + ATP
y-glutamilsistein + ADP Pan
glution + ADP + Pan
Dari tiga reaksi yang disajikan diatas dapat diketahui, bahwa biosintesa
senyawa tersebut sudah terarah pada hasil tertentu yang dilakukan oleh enzim
tertentu. Pada reaksi pembentukan glutamin, aktivasi gugus oleh ATP terjasi pada
karboksil y dan tidak pada yang α. Pada reaksi pertama gugus karboksil yang
diaktifkan oleh ATP adalah y-karboksil dari asam glutamat dan bukan gugus
karboksil kepunyaan sistein. Pada reaksi berikutnya dipeptide yang terbentuk
diaktifkan pada bagian karboksil sistein yang selanjutnya ditempeli oleh glisin.
Cara aktivasi berbeda dari yang telah diutarakan diatas akan terbentuk tripeptida
bukan glutation yang dengan sendirinya fungsinya berbeda.
Biosintesa protein tidaklah sekedar ditujukan pada terjadinya ikatan
peptida, akan tetapi pembentukan polimer itu harus sesuai dengan informasi
genetic yang ada pada DNA yang dipesankan melalui m-RNA. Penelitian tentang
biosintesa polipeptida ini diawali oleh P.Zamenick dan kawan-kawannya pada
tahun 1950-an diAmerika Serikat. Mereka menggunakan tikus sebagai hewan
percobaannya dan asam amino radiaktif sebagai pelacak biosintesa protein dalam
jaringan hewan tersebut.Asam tersebut diijeksikan kedalam tubuh beberapa
tikus.Pada interval-interval tertentu waktu tertentu 1 atau 2 hewan itu
dikorbankan, diambil hatinya dilumatkan dan difraksinasi. Fraksi intra selula
tersebut dianalisa kandungan asam amino pelacaknya hasilnya ialah pada waktu
inkubasi yang sangat pendek, maka fraksi mikrosumala yang makin panjang
semua fraksi menjadi radioaktif dan dan pada interval waktu yang makin panjang
semua fraksi menjadi radioaktif karena mengandung pelacak tersebut. Stelah
melaksanakan penelitiannya yang amat panjang H.M.Dintzis dapat mengambil
kesimpulan bahwa pertumbuhan rantai polipeptida disintesa mulai dari gugus
amino, sedangkan gugus karboksilnya membentuk ester dengan gugus amino
sebuah asam amino berikutnya.Olejh karena itu maka pembacaan sebuah
polipeptida dimulai dari asam amino yang mengandung gugus amino bebas dan
diakhiri dengan asam amino yang mengandung gugus karboksil bebas.
4
2.2. Tahapan Reaksi Biosintesa
Biosintesa polipeptida dapat dibagi menjadi tahap-tahap aktivasi
permulaan, pemanjangan dan pengakhiran.
2.2.1. Tahap aktivasi
Reaksi aktivasi ini membutuhkan energy yang berasal dari ATP yang
dikatalis oleh amino-asil-t-RNA sintesa. Reaksi jumlahnya adalah sebagai berikut:
Asam amino + ATP + t-RNA
amino-asil-t-RNA +AMP +P – P
Enzim sintesa yang mengkatalisa reaksi diatas mempunyai tiga sisi aktif
yang dapat mengikat tiga substrat, yaitu asam amino, ATP dan t-RNA.Senyawa
pentarsfer asama amino ini sifatnya spesifik, artinya t-RNA tertentu hanya
mengangkut asam amino tertentu pula.Kekhususan terletak pada sisi antikodon
yang terdapat pada t-RNA tersebut.Karena da 20 jenis asam amino maka dalam
sel juga terdapat sekurang-kurangnya 20 jenis t-RNA pula yang kesemuanya
(pada E.coli) sudah dapat diisolasi bahkan sebagian besar dapat dikristalkan.
Reaksi aktivasi itu dapat dipecahkan menjadi dua sub tahap, yaitu:
Asam amino + ATP ↼( asam aminoadenilat) + P ⎼ P
( Asam aminoadenilat) + t-RNA spesifik
aminoasil-t-RNA + asam adenilat)
Tiap asam amino yang ada di dalam sel diaktifkan pada gugus karboksil
oleh ATP, sehingga terbentuk asam aminoadenilat.Sintesa ini memerlukan 2
ekivalen senyawa energy tinggi, yaitu hidrolisis ATP menjadi AMP dan PP dan
yang kedua adalah hidrolisis PP menjadi 2P anorganik.Asam aminoadenilat yang
dihasilkan masih tetap terikat pada permukaan sisi aktif enzim dan setelah gugus
aminosil itu dipindahkan ke t-RNA berulah bebas dari enzim sebagai aminoasil-tRNA.Gugus aminosil ini terikat pada atom C nomor gugus ribosil (sebenarnya
adalah gugus edonosil).
5
Gambar 2.2. Tahap Aktivasi
Walaupun enzim yang mengkatalisa reaksi ini bersifat spesifik dan
selektif, namun terjadi suatu kesalahan tidaklah mustahil (taraf kesalahan ±
0,01%). Misalnya p-fluorofenilalamin,etionin atau isoleusin sempat pua masuk
kedalam sisi aktif enzim, sehingga protein yang terjadi terdapat senyawa yang
mirip asam amino dan yang tidak di kehendaki berdasarkan informasi yang ada.
Masuknya
senyawa-senyawa
di
atas
kedalam
rantai
polipeptida
berlangsung seperti yang terjadi pada basa asam-asam amino alam.
2.2.2. Tahap Permulaan (inisiasi)
Pada semua sel sintesa protein dimulai dengan metionin yang dibawa oleh
t-RNA dalam bentuk formil-metionin-t-RNA pada sel prokariotik ( dan
mitokondria ) dan metionil-t-RNA pada sel eukariotik. T-RNA yang mengangkut
dua bentuk metioni ini sedikit berbeda ditandai dengan t-RNA dan t-RNA Met.
Perubahan gugus metiolin yang ada pada t-RNA menjadi gugu formilnya oleh
tetrahidrofolat.
N10formil-tetrahidrofolat + met → t-RNA tetrahidrofolat + fMet-t-RNAf
6
Enzim yang mengkatalisa reksi di atas tidak mengikat gugus formil pada
metionin bebas atau pada metionin-t-RNA met.
Setelah formilmetionil-t-RNAf (metionil_t-RNAmet) terbentuk, maka ia
akan menuju ke permukaan endoplasmic terikulum di mana terdapat zarah-zarah
ribosom. Pada waktu yang bersamaan terjadilah kegiatan yang dapat digambarkan
sebagai berikut.
Zarah ribosom yang aktif (70 S) terpisah menjadi 2 bagian, yaitu ribosom
50 S dan 30 S. bagian terakhir ini slanjutnya ditempeli oleh sebuah factor inisial
IF-3 yang kemudian bila menerima m-RNA. Asam ribonukleat (m-RNA) ini
mengandung urutan dan frekuensi basa N yang diarahkan oleh DNA.Oleh karena
itu maka RNA ini membawa informasi genetic atau pesan (“message”) dari DNA.
Untuk membedakan dari RNA yang lain dan fungsinya sebagai pembawa
informasi, maka senyawa tersebut dinamakan m-RNA. Informasi genetic yang
dijabarkan sebagai urutan basa N pada m-RNA.Dinamakan sani atau kdon yang
dikelopok-kelompokkan.Yang masing-masing kelompok kodon terisi atas tiga
urutan basa N.
Formilmetionil-t-RNAf yang dibentuk dalam sitosol di atas kemudian
menuju ke m-RNA dan menempel dengan bantuan IF – 1, GTP – IF – 2.Bagian
aminoasil-t-RNA yang menempel pada m-RNA adalah antikodonnya sedemikian
rupa, sehingga terjadi ikat-mengikat antara basa N t-RNA dan N m-RNA melalui
ikatan jembatan hidrogen. Pengikat itu sifatnya komplementer (A = T dan G = C)
dan antiparallel. Energy terbentuknya kompleks ini berasal dari GTP.
Setelah proses pengikatan inti berhasil, maka semua factor inisial
meninggalkan kompleks yang diikuti oleh menutupnya bagian ribosom 50 S di
atas kompleks tersebut. Dalam ribosom 50 S terdapat dua celah yaitu celah
peptidil (P) dan celah aminosil (A).pada penutupan oleh ribosom 50 S ini fmet-tRNA masuk kealam celah peptidil.
7
Gambar 2.3. Tahap permulaan sintesa protein
2.2.3. Tahap Pemanjangan
Dari gamabar di atas dapat diketahui bahwa celah P pada ribosom
ditempati oleh met-t-RNA, sedangkan celah A masih kosong, yang pada tahap
pemanjangan ini dapat di temapti oleh aminosil-t-RNA. Jenis aminoasil-t-RNA
yang mana yang bias masuk kedalam celah tergantung dari kodom 3 kata basa N
yang ada pada m-RNA. ( kamus yang dibuat pada halaman berikut ini dapat
dipergunakan untuk mengetahui jenis aminosil-t-RNA). Sebagai contoh ialah
apabila kodon m-RNA itu UUA, maka aminosil-t-RNA yang menempel pada
kodon m-RNA itu dalah leusil-t-RNA Leu.
Atau dapat pula dikatakan bahwa aminosil-t-RNA yang menempel pada
kodon tersebut adalah yang berantikodon t-RNA tersebut pada gugus adenosilnya
mengangkut asam amino leusin.
Aminoasit-t-RNA yang akan masuk dan menempel pada m-RNA
membutuhkan pembantu, yaitu EF - T – GTP yang apabila sudah menempel,
pembantu-pembantu tersebut melepaskan diri dari kompleks tersebut. Dengan
demikian maka dan dua aminoasil-t-RNA yang terdapat pada ribosom dan
terjadilah
rekasi
pembentukan
ikatan
peptida
yang
di
katalisa
oleh
peptidiltranserase. Pada reaksi ini gugus aminon t-RNA yang ada dalam celah
8
aminoasil (A) menyerang secara nukleofilik pada gugus karbosil pada t-RNA pada
celah P, yang berakibat lepasnya gugus peptil dari t-RNA yang ada di celah P. tRNA yang tidak lagi mempunyai menumpang ini kemudian meninggalkan celah
dan tahap berikutnya ialah telah terjadi proses translokasi (pindah tempat) yang
disebabkan bergesernya zarah ribosom atau sebaliknya bergeraknya m-RNA ke
arah ujung 3’ m-RNA, yang dibantuoleh EF-G-GTP. Pemindahan ribosom ini
menyebabkan tergesernya peptidil-t-RNA dari celah A ke P, sehingga celah A
menjadi kosong. Dengan mekanisme yang sama, maka celah A itu bias diisi oleh
aminoasil-t-RNA yangdiikuti oleh pembentuka ikatan peptida dan translokasi,
sehingga pada akhirnya terbentuk polipeptida yang tetap masih terikat t-RNA
pada celah ribosom.
Gambar 2.4. Tahap pemanjangan rantai
2.2.4. Tahap Pengakhiran
Tahap ini biasa terjadi oleh karena adanya kodon pada m-RNA yang tidak
punya arti apa-apa. Kodon tersebut tidak dapat ditempeli oleh aminoasil-t-RNA
yang manapun. Oleh karena itu maka setelah terjadi proses translokasi yang
terakhir, celah A tetap kosong. Lepasnya gugus polipeptidil dari t-RNA yang
terakhir dilakukan oleh faktor pelepasan yang diberi simbol R1,R2 dan R3. Ketiga
faktor ini menyebabkan proses hidrolisis, sehingga gugus polipeptidil tadi biasa
9
lepas dari t-RNA menjadi polipeptida bebas. Tahap akhir ini ialah lepasnya t-RNA
dari celah peptidil dan terpisahnya bagian ribosom menjadi bagian-bagiannya.
Dari uraian di atas dapatlah disimpulkan, bahwa biosintesa protein tidak
lain adalah suatu proses penerjemahan dari bahasa polinukleotida ke bahasa
protein. Penerjamhan ini terutama dilakukan oleh m-RNA, ribosom dan t-RNA.
Senyawa terakhir ni lenih dikenal sebagai adaptor. Sebagaiman adaptor pada
umumnya benda tadi mempunyai dua bagian. Yang pertama adalah bagian basa N
yang akan menempel pada basa N pada m-RNA dan bagian kedua ialah yang
membawa gugus aminoasil yang pada waktunya akan direaksikan dengan gugus
peptidil, sehingga terbentuk ikatan peptide baru. T-RNA sebagai adaptor unutk
pertama kalinya dikemukakan sebagai postulat oleh FHC. Crick dan MB.
Hoagland.
Gambar 2.5. Tahap Pengakhiran
2.3. Biosintesa Protein Poliribosomal
Adanya kelompok ribosom sejumlah 3 sampai 100 buah yang
dihubungkan dengan benang antara satu ribosom yang satu dengan yang lainnya
dapat diketahui dari mikrograf electron. Benang tersebut adalah m-RNA yang
dapat dihidrolisis dengan menggunakan enzim ribonuklease, sehingga ribosomribosom tadi bisa terpisah.
10
Pada keadaan yang demikian tadi, maka tiap ribosom mempunyai tugas
membentuk polipeptida. Oleh karena pola m-RNA yang dipergunakan untuk
sintesa itu anya satu untuk semuanya, maka polipeptida yang dibentuk pun
mempunyai komposisi, urutan dan frekuensi asam amino yang sama pula
(identik).
Polipeptida yang terbentuk baik dengan cara monoribosomal maupun yang
polibosomal telah menunjukkan struktur tersier alamiah. Gugus formil yang
menempel pada metionin sebagai asam amino pertama pada polipeptida yang
terbentuk, dipisahkan oleh enzim deformilase. Pada umumnya juga sisa asam
amino metioninnya pun hilang, karena kegiatan enzim metioninaminopeptidase.
Proses penempelan gugus metal, asetil, dan lain-lain pada salah satu sisa asam
amino pada protein terjadi setelah polipeptida tersebut dipisahkan dari
ribosomnya.
Gambar 2.6. Sintesa protein poliribosomal
2.4. Penghambatan Pada Sintesa Protein
11
Senyawa penghambat biosintesa protein antara lain adalah tetrasiklin,
puromisin, khloramfinekol, sikloheksinimida (aktidion), streptomisin, racun
difteria, abrin risin, dan asam fusidat. Tetrasiklin adalah sebuah antibiotika yang
menutup dan mencegah masuknya aminoasil-t-RNA ke dalam celah A. Puromisin
juga termasuk dalam golongan antibiotic yang mempunyai struktur yang hampir
sama dengan bagian terminal dari aminoasil-t-RNA. Hanya pada antibiotik
tersebut terdapat ikatan amida antara bagian ribosil dan turunan metal tirosin.
Puromisin ini mampu masuk ke dalam celah A, sehingga terjadi reaksi antar
gugus petidil-t-RNA yang ada pada celah P dan NH 2 bebas yang terdapat pada
puromisin,
maka
terbentuklah
peptidilpuromisin.
Senyawa
ini
mudah
meninggalkan celah. Oleh karena itu maka peptidil yang dibentuk Selama itu ikut
lepas bersama-sama puromisin.
Khloroamfinekol ini menghambat reaksi transfer peptidil sehingga
aminoasil-t-RNA yang sudah menempati celah A tidak bisa memperpanjang gugus
tersebut. Streptomisin dan lain-lain antibiotika yang sejenis (neomisin, kanamisin)
mampu mengubah konfirmasi ribosom sedemikian rupa, sehingga aminoasil-tRNA yang terikat pada m-RNA tidak mantap, kendur. Sehingga kemungkinan
reaksi transfer tidak berjalan sempurna. Anibiotik yang disebutkan diatas pada
umumnya menghambat sintesa protein pada sel prokariotik, sebaliknya alkaloid
seperti emetin, racun difteria, abrin dan ricin (dua yang terakhir termasuk alkaloi
pada tanaman) mengganggu sintesa protein pada sel eukariot.
2.5. Sandi (Kode) Genetik
Dalam fasal yang lalu telah diuraikan bahwa ribosom dapat membaca
sandi yang ada pada m-RNA dan selanjutnya menerjemahkannya. Sebagaimana
diketahui m-RNA adalah asam ribonukleat yang terdiri dari monomer-monomer
AMP, GMP, CMP, dan UMP. Yang terpenting dari monoer tersebut adalah basa Nnya, yaitu Adenin, Guanin, Sitosin, dan Urasil. Urutan basa N dalam m-RNA
ditentukan oleh DNA dalam proses transkripsi. Setelah proses transkripsi selesai
maka m-RNA ini menuju ke permukaan endoplasmik retikulum.
12
Berat molekul m-RNA berkisar antara 25.000 sampai 1.000.000 tergantung
dari luas jenis protein yang dibentuk. Jumlah nukleotida yang terdapat pada mRNA adalah sebanyak 75 sampai 3.000. apabila dipergunakan istilah sandi genetik
maka “bahasa” RNA adalah basa N yang ada pada senyawa tersebut. Sebaliknya
bahasa protein yang dihasilkan oleh ribosom adalah asam amino yang menyusun
rantai polipeptida tersebut. Oleh karena itu maka harus ada cara terjemahan
(translasi) dari bahasa RNA ke bahasa protein. Seperti diketahui bahasa RNA ada
sejumlah empat (basa N) dan bahasa protein ada 20 jenis asam amino yang umum,
maka hal ini tidak mungkin oleh karena dengan demikian hanya ada 4 asam amino
yang dialihkan. Padahal jumlah asam amino yang perlu diterjemahkan ada 20.
Bila sandi itu bukan terdiri dari satu kata melainkan dua kata (singkatan), maka
dari 4 kata basa N itu dapat disusun 16 kombinan (42).
Tabel 2.1. Jumlah sandi dan asam amino
U
U
UU
C
UC
A
UA
G
UG
C
CU
CC
CA
CG
A
AU
GC
AA
AG
G
GU
GC
GA
GG
Jumlah itupun belum mencukupi untuk mensandi semua asam amino.
Dengan mengambil 3 kata, maka jumlah sandi sudah sangat mencukupi yaitu 43 =
64, cocok dengan dugaan semula yang berasal dari hasil pengamatan sintesa
protein tudung pada virus (TSNV). RNA yang dipergunakan untuk menyandi
protein yang terdiri dari 400 asam amino ini mengandung 1200 nukleotida.
Dengan demikian maka tiap asam amino disandi oleh 3 nukleotida.
Dalam penelitian berikutnya dapat diketahui bahwa sebuah asam amino
ada yang disandi oleh lebih dari 1 sandi sebagai berikut.
Tabel 2.2. Nama asam amino
13
Jumlah sandi
6
Nama asam amino yang disandi
Arganin, leusin, serin
4
Alanin, glisin, prolin, treolin dan valin
3
Isoleusin
2
Asparagin, aspartat, sistein, glutamine, glutamat, histidin,
lisin, fenilalanin dan tirosin
1
Metionin dan triptofan
Sandi triplet (3 kata basa N) untuk tiap-tiap basa amino dapat dibaca dalam
“kamus” di halaman berikut. Sandi yang tercantum dalam kamus sandi triplet
dibaca dari kiri ke kanan yang sesuai dengan urutan pada m-RNA yang dimulai
dari terminal 5’P ke terminal 3’OH bebas.
5’PPP- - - A C G A G C C G U G A G A G A G U U C U . . .
3’OH
Arah baca - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - →
Sandi- sandi yang dituliskan diatas tidak berkoma artinga pembacaan
mungkin saja bergeser, apabila tidak ada tanda dimulainya pembacaan. Sandisandi yang dituliskan diatas adalah ACG AGC CGU GAG AGA GUU dan
seterusnya. Jika pada suatu keadaan salah satu bahasa N itu hilang, maka kodon
tadi berubah menjadi ACG ACC GUG AGA GAG UUC dan seterusnya.
Tabel 2.3. Sandi dan asam amino-nya
U
UUU
Phe
C
UCU
Ser
A
UAU
Tir
G
UGU
Sis
UUC
Phe
UCC
Ser
UAC
Tir
UGC
Sis
UUA
Leu
UCA
Ser
UAA*
UGA*
UUG
Leu
UCG
Ser
UAG*
UGG
Trp
CUU
Leu
CCU
Pro
CAU
His
CGU
Arg
CUC
Leu
CCC
Pro
CAC
His
CGC
Arg
U
C
14
CUA
Leu
CCA
Pro
CAA
Gln
CGA
Arg
CUG
Leu
CCG
Pro
CAG
Gln
CGG
Arg
AUU
Ile
ACU
Thr
AAU
Asn
AGU
Ser
AUC
Ile
ACC
Thr
AAC
Asn
AGC
Ser
AUA
Ile
ACA
Thr
AAA
Lis
AGA
Arg
AUG
Met
ACG
Thr
AAG
Lis
AGG
Arg
GUU
Val
GCU
Ala
GAU
Asp
GGU
Gli
GUC
Val
GCC
Ala
GAC
Asp
GGC
Gli
GUA
Val
GCA
Ala
GAA
Glu
GGA
Gli
GUC
Val
GCG
Ala
GAG
Glu
GGG
Gli
A
G
Kodon inisiasi selalu adalah AUG. pada kamus terlihat adanya 3 kodon
yang tidak mempunyai arti (*), tidak ada satu pun t-RNA yang bisa menempel
pada kodon tersebut. Sandi-sandi tersebut dipergunakan untuk mengakhiri sintesa
protein. Jadi dapat dikatakan bahwa sandi-sandi itu merupakan signal agar supaya
biosintesa protein tadi diakhiri.
Diantara 3 basa N yang menyusun sandi hanya dua yang pokok, sedangkan
NM yan ketiga kurang mempunyai arti misalnya glisin yang hanya yang hanya
disandi oleh GG dan alanin oleh GC, basa N yang ketiga oleh basa N apa saja.
Jika satu asam amino disandi oleh sepasang atau lebih, maka basa yang ketiga
adalah U atau pirimidin atau bisa juga A atau G (purin). Misalnya fenilalanin
disandi oleh UUU dan UUC, asam aspartat disandi oleh GAU dan GAC, asam
glutamate disandi oleh GAA dan GAG.
DAFTAR PUSTAKA
Lehninger, A. 1983. Dasar-Dasar Biokimia. Jakarta: Erlangga
15
Restuati, M., Melva Silitonga, Uswatun Hasanah, M. Yusuf Nasution. 2015.
Biokimia untuk Biologi (Biokim 1234). Medan: FMIPA Unimed
16