STRUKTUR DAN FUNGSI RIBOSOM

A.  Struktur Ribosom

Ribosom merupakan partikel yang padat terdiri dari ribonukleoprotein. Ribosom ada yang tersebar secara bebas di sitoplasma dan ada yang melekat pada permukaan external dari membran Retikulum Endoplasma. Ribosom ini adalah organel yang memungkinkan terjadinya sintesa protein. Strukur dari ribosom memilki sifat sebagai berikut :

1.      Bentuknya universal, pada potongan longitudinal berbentuk elips.

2.      Pada teknik pewarnaan negatif, tampak adanya satu alur transversal, tegak lurus pada sumbu, terbagi dalam dua sub unit yang memiliki dimensi berbeda.

3.      Setiap sub unit dicirikan oleh koefisiensi sedimentasi yang dinyatakan dalam unit Svedberg (S). Sehingga koefisien sedimentasi dari prokariot adalah 70S untuk keseluruhan ribosom (50S untuk sub unit yang besar dan 30S untuk yang kecil). Untuk eukariot adalah 80S untuk keseluruhan ribosom (60S untuk sub unit besar dan 40S untuk yang kecil).

4.      Dimensi ribosom serta bentuk menjadi bervariasi. Pada prokariot, panjang ribosom adalah 29 nm dengan besar 21 nm. Dan eukariot, ukurannya 32 nm dengan besar 22 nm.

5.      Pada prokariot sub unitnya kecil, memanjang, bentuk melengkung dengan 2 ekstremitas, memiliki 3 digitasi, menyerupai kursi. Pada eukariot, bentuk sub unit besar menyerupai ribosom E. coli. Berikut skema struktur ribosom:

Berikut adalah bagan perbandingan komposisi ribosom pada eukariotik dan prokariotik :

Komposisi kimia dari ribosom antara lain sebagai berikut :

1.      Asam Nukleat Ribosom

a.       Sub unit besar dibentuk dari protein dan RNA dalam kuantitas yang seimbang, mengandung 2 tipe rRNA, yakni:

-   Satu rRNA 28S

-   Satu rRNA SS

b.      Sub unit kecil mengandung r RNA 18s

Diketahui bahwa, dengan ketiadaan RNA 185, maka sub unit besar tidak dapat berasosiasi pada sub unit kecil. Sedangkan RNA 28s memungkinkan asosiasi tersebut. RNA SS melekat pada sequence asam nukleat ini yaitu tRNA. Bilamana terbaca maka tRNA melekat pada site yang merupakan bagian RNA 285. Perpindahan dari tRNA yang melekat pada molekul mRNA menyebabkan pergerakan translasi mRNA masing-masing.

2.      Protein Ribosomal

a.       Sub unit kecil (30S prokariot): 21 protein digambarkan berturut-turut dengan huruf S dan satu angka antara 1 dan 21 (S1, S2, S21). Berat moleku130.000 - 40.000 Dalton. Berada pada permukaan ribosom, mengelilingi rRNA. Protein memainkan peranan sebagai reseptor pada faktor pemanjangan sedangkan yang lainnya mengontrol transducti.

b.       Sub unit besar: 33 protein dikenal sebagai Li sampai L33. Terlibat dalam:

-         Translokasi oleh adanya GTP (melekat pada ribosam) yang memberikan energi untuk memindahkan inRNA dan pembebasan tRNA asetil.

-         Fiksasi (protein L7 dan L1z) dari suatu faktor pemanjangan (EF-6)

-         Dalam pembentukan suatu ikatan peptida antar rantai peptida yang telah dibentuk dan suatu asetil-NH2 baru.

-          Dalam konstruksi suatu alur longitudinal, menempatkan rantai protein dengan pembentukan dan melindunginya meiawan enzim proteolitik. Alur ini memiliki panjang sesuai dengan rantai polipeptida 35 asetil-NH2.

B.  Translasi

Sebelum pembelahan sel, DNA di dalam kromosom mengganda sehingga setiap sel anak memiliki kromosom yang sama. DNA bertanggungjawab untuk mengkode semua protein. Setiap asam amino di kode oleh satu atau lebih triplet nukleotida. Kode ini dihasilkan dari satu untai DNA melalui proses yang disebut dengan transkripsi. Proses ini menghasilkan mRNA yang akan dibawa keluar dari inti untuk selanjutnya diterjemahkan menjadi protein. Hal ini dapat dilakukan karena pada sitoplasma terdapay kelompok ribosom yang disebut dengan poliribosom. Atau dapat dilakukan pada ribosom yang menempel pada reticulum endoplasma.

Kode seperti yang disebut di atas diterjemahkan pada suatu struktur yang disebut ribosom yang juga dibuat di dalam inti. Ribosom ini merupakan tempat bagi mRNA di mana mRNA akan terikat. Asam amino untuk sintesis protein akan di bawa ketempat ini oleh RNA transfer (tRNA). Setiap tRNA memiliki triplet yang akan berikatan dengan urutan nuklotida yang sesuai pada mRNA. Sebagai contoh fenil alanin yang terikat pada tRNA yang miliki tiplet AAA (adenin-adenin-adenin) akan berikatan dengan urutan nukleotida yang sesuai pada  mRNA yaitu UUU (urasil, urasil, urasil). 

Inisiasi

Gambar di bawah memperlihatkan proses inisiasi. Proses tersebut dimulai ketika ribosom subunit kecil berikatan dengan mRNA. Inisiator tRNA yang membawa metionin berikatan pada daerah AUG yang mengkode asam amino metionin. Selanjutnya ribosom sub unit besar akan menempel Pada ribosom subunit kecil. Catatan, sisi A dan sisi P merupakan tempat pengikatan tRNA.

Elongasi

       Pada gambar di di bawah terlihat bahwa kompoleh tRNA bergerak dari sisi A ke sisi P. Sisi A meruapakan tempat bagi tRNA berikitnya. Pada contoh ini adalah tRNA yang membawa prolin yang dibawa oleh tRNA yang memiliki kode GGC. tRNA ini akan berpasangan dengan urutan nukleotida CCG pada mRNA.  Setelah menempel pada sisi A, metionin dan protein akan diikat oleh ikatan peptida. Selanjutnya tRNA yang pertama (yang membawa metionin) akan meninggalkan ribosom dan tRNA yang membawa prolin akan berpindah kesisi A. Ribosom selanjunya akan bergerak ke triplet berikutnya dengan arah 5' - 3' (ditunjukkan oleh arah panah pada mRNA). Sedangkan tRNA akan bergerak dari arah 3' – 5.

      Ribosom selanjutnya akan membaca kode dengan arah 5' - 3' dan menambahkan asam amino pada rantai peptide. Pada gambar tRNA yang membawa glisin yang dikode oleh CCA, berpasangan dengan basa GGU pada mRNA. Proses ini akan berjalan terus sampai mencapai stop codon. Pada gambar di bawah diperlihatkan dengan tanda merah.

Akhir Translasi (Terminasi)

      Ketika robosom mencapai stopkodon, dan tidak ada tRNA yang menempel maka ribosom sub uni kecil dan besar akan terpisah dan meninggalkan mRNA.

C.  Kode Genetik

Kode genetik adalah cara pengkodean urutan nukleotida pada DNA atau RNA utnuk menentukan urutan asam amino pada saat sintesis protein. Informasi pada kode genetik ditentukan oleh basa nitrogen pada rantai DNA yang akan menentukan susunan asam amino.

Para peneliti melakukan penelitian pada bakteri E. Coli mula mula digunakan basa nitrogen singlet maka diper oleh 4 asam amino saja yang dapat diterjemahkan padahal ke 20 asam amino ini harus diterjemahkan semua agar protein yang dihasilkan dapat digunakan, kemudian para ilmuwan mencobalagi dengan kodon duplet dan baru dapat untuk menterjemahlkan 16 asam amino ini pun belum cukup juga. Kemudian dicoba dengan triplet dan dapat menterjemahkan 64 asam amino hal ini tidak mengapa sekalipun melebihi 20 asam amino toh dari 64 asam amino yang diterjemahkan ada yang memilii simbul/fungsi yang sama diantaranya (kodon asam assparat (GAU dan GAS) sama dengan asam-asam tirosin(UAU, UAS) sama juga dengan triptopan (UGG) bahkan ini sangat menguntungkan pada proses pembentukkan protein karena dapat menggantikan asam amino yang kemungkinan rusan selain itu dari 20 asam amino diantaranya ada yang berfungsi sebagai agen pemotong gen atau tidak dapat bersambung lagi dengan doubel helix asam amino yang berfungsi sebagai agen pemotong gen diantaranya (UAA, UAG, UGA)  Beberapa sifat dari kode triplet diantaranya: Kode genetik ini mempunyai banyak sinonim sehingga hampir setiap asam amino dinyatakan oleh lebih dari sebuah kodon. Contoh semua kodon yang diawali dengan SS memperinci prolin (SSU, SSS, SSA dan SSG) semua kodon yang diawali dengan AS memperinci treosin (ASU, ASS, ASA, ASG). Tidak tumpang tindih, artinya tiada satu basa tungggalpun yang dapat mengambil bagian dalam pembentukan lebih dari satu kodon, sehingga 64 itu berbeda-beda nukleotidanya.
Kode genetik dapat mempunyai dua arti yaitu kodon yang sama dapat memperinci lebih dari satu asam amino.

Semenjak tahun 1960an semakin nyata bahwa ada paling sedikit tiga residu nukleotida DNA diperlukan untuk mengkode untuk masing-masing asam amino. Empat huruf kode DNA (A, T, G, dan C) dalam grup dua huruf menghasilkan 42 =16 kombinasi yang berbeda, tidak cukup untuk mengkode 20 asam amino. Empat basa tiga huruf menghasilkan 43 =64 kombinasi yang berbeda. Genetik eksperimen awal membuktikan bahwa tidak hanya kode genetik atau kodon untuk asam amino berupa susunan tiga huruf (triplet) dari nukleotida tetapi juga bahwa kodon tidak tumpang-tindih dan tidak ada jeda antara kodon residu asam amino yang berurutan. Susunan asam amino protein kemudian digambarkan oleh suatu susunan yang linier dari kodon triplet yang berdekatan. Kodon yang pertama pada susunan metapkan suatu kerangka pembacaan(reading frame), di mana kodon yang baru memulai pada setiap tiga residu nukleotida. Pada skema ini, ada tiga kerangka pembacaan yang mungkin untuk setiap urutan DNA yang diberi, dan masing-masing secara umum akan memberi suatu urutan berbeda terhadap kodon.

Pada tahun 1961 Marshall Nirenberg dan Heinrich Matthaei mengumumkan hasil observasi yang mengusulkan terobosan pertama. Mereka menginkubasi polyribonucleotide polyuridylate sintetis (poly(U) yang didesign) dengan ekstrasi E. coli, GTP, dan campuran 20 asam amino dalam 20 tabung berbeda. Pada masing-masing tabung suatu asam amino yang berbeda diberi label secara radioaktif. Poly(U) dapat dikatakan sebagai mRNA tiruan yang berisi triplet UUU berurutan, dan triplet ini harus mempromosikan sintesis polipeptida hanya dari salah satu 20 asam amino yang berbeda –yang dilabel dengan triplet UUU. Suatu polipeptida radioaktif dibentuk di dalam salah satu dari 20 tabung, yang berisi fenilalanin radioaktif. Nirenberg dan Matthaei menyimpulkan bahwa triplet UUUcocok untuk fenilalanin. Pendekatan yang sama mengungkapkan bahwa polyribonucleotide polycytidylate atau poly(C) sintetis mengkode formasi.
Polipeptida yang hanya berisi prolina (polyproline), dan ilyadenylate atau poly(A) mengkode polylysine. Dengan demikian triplet CCC mengkode daftar prolina dan triplet AAA untuk lisina. Polinukleotida sintetik yang digunakan dalam eksperimen dibuat sedemikian dengan aksi fosforilase polinukleotida, menganalisis formasi polimer RNA dari ADP, UDP, CDP dan GDP. Enzim ini tidak memerlukan template polimer dan membuat polimer dengan sebuah komposisi basa bahwa secara langsung mencerminkan konsentrasi yang relatif dari precursor nukleotida 5'-diphosphate di dalam medium. Jika fosforilase polynukleotida diperkenalkan dengan UDP, hal ini hanya poly(U). Jika diperkenalkan dengan suatu campuran dari lima bagian ADP dan satu CDP, akan membuat polimer di mana 65 residu adalah adenylate dan 61sytidylate. Polimer acak seperti itu mungkin memiliki banyak triplet urutan AAA, sedikit triplet AAC, ACA, dan CAA, beberapa triplet ACC, CCA, dan CAC, dan sangat sedikit; triplet CCC (Tabel 26-1). Dengan penggunaan mRNA tiruan yang berbeda yang dibuat dari fosforilase polinukleotida dari campuran permulaan ADP, GDP, UDP, dan CDP yang berbeda, komposisi basa triplet yang mengkode hampir semua asam amino diidentifikasi segera.

Ditahun 1964 Nirenberg dan Filipus menemukan terobosan baru. Mereka menemukan bahwa ribosom bakteri E.coli yang terisolasi akan mengikat suatu aminoasil-tRNA khusus jika polinukleotida sintetik yang sesuai ada. Sebagai contoh, ribosom yang diinkubasi dengan poly(U) dan phenylalanyl-tRNAPhe(atau Phti-tRNAPhe) akan mengikat kedua polimer, tetapi jika ribosomd iinkubasi dengan poly(U) dan beberapa aminoacyU-tRNA yang lain, aminoasil-tRNA itu tidak akan terikat karena itu tidak akan mengenali triplet UUU pada poly(U), perlu dicatat bahwa oleh konvensi, identitas tRNA ditandai superscript dan aminoacylated-tRNA ditandai dengan nama yang menyambung garis. Sebagai contoh, aminoacylated tRNAALa yang benar adalah alanyl-tRNA Ala atau Ala-tRNAAla. Jika tRNA tersebut adalah salah aminoacylated, misalkan dengan valina, akan memiliki Val-tRNAAla.) Polinukleotida terpendek yang bisa mempromosikan ikatan khusus Phe-tRNAPhe adalah trinucleotida UUU. Dengan menggunakan trinucleotida sederhana dari urutan yang dikenal, hal ini mungkin untuk menentukan aminoasil-tRNA yang mana yang terikat dengan masing-masing dari sekitar 50 dari 64 kodon triplet yang mungkin. Beberapa kodon, baik tidak ada aminoasil-tRNA akan berikatan, atau lebih dari satu terikat. Metoda lain diperlukan untuk melengkapi dan mengkonfirmasikan seluruh kode genetik. Saat ini, suatu pendekatan yang komplementer diperkenalkan oleh H.Gobind Khorana, yang mengembangkan metoda-metoda untuk mensintesis polyribonucleotida dengan yang digambarkan, susunan pengulangan dari dua sampai empat basa. Polipeptida yang dihasilkan dengan memakai RNAs ini sebagai pengirim pesan (messanger) mempunyai satu atau beberapa asam amino dengan pola berulang. Pola-pola ini, ketika dikombinasikan dengan informasi dari polimer acak yang digunakan oleh Nirenberg dan rekan-rekannya, memunculkan tugas kodon yang tidak jelas. Polipeptida yang disintesis responnya atas polimer ini ditemukan untuk memiliki jumlah treonina dan histidina yang sama. Dengan cara yang sama, satu RNA dengan tiga basa pada pola pengulangan harus menghasilkan tiga jenis polipeptida yang berbeda. Masing-masing polipeptida berasal dari kerangka pembacaan (reading frame) yang berbeda dan berisi suatu jenis asam amino. Satu RNA dengan empat basa pada pola pengulangan harus menghasilkan satu jenis polipeptida dengan pola pengulanga empat asam amino. Hasil dari semua percobaan dengan polimer ini menghasilkan tugas dari kodon 61 dan 64 yang mungkin. Dan tiga yang lain diidentifikasi sebagai kodon penghentian (termination), sebagian karena ketiganya mengacaukan pola persandian asam amino ketika dimasukkan dalam urutan dari RNA polimer sintetis. Dengan pendekatan ini, urutan basa dari semua kode triplet masing-masing asam amino dibentuk tahun 1966. Sejak itu, kode ini telah diuji melalui banyak cara. "kamus" lengkap kodon untuk asam amino ditunjukan oleh Gambar 26-7. Urutan kode genetik diakui sebagi penemuan terbesar di tahun 1060an.

Kode genetik mempunyai beberapa karakteristik penting
Kunci organisasi informasi genetika dalam protein dapat ditemukan pada kodon dan pada susunan kodon pada kerangka pembacaan(reading frame). Perlu diingat bahwa tanpa tanda baca atau isyarat diperlukan untuk menandai ujung kodon dan permulaan kodon berikutnya. Kerangka pembacaan harus ditetapkan dengan benar pada permulaan molekul mRNA dan lalu dipindahkan secara berurutan dari satu triplet ke triplet berikutnya. Jika kerangka pembacaan awal diputus oleh satu atau dua basa, atau jika ribosom tanpa sengaja melompati suatu nukleotida dalam mRNA, semua kodon berikutnya akan berantakan dan akan menjurus kepada pembentukan protein "missense" dengan susunan asam amino yang kacau.  Beberapa kodon memiliki fungsi khusus. Kodon inisiasi, AUG, menandakan awal dari rantai polipeptida. AUG tidak hanya adalah kodon inisiasi dari prokaryota dan eukaryot tetapi juga mengkode residu Met pada posisi internal polipeptida. Dari 64 triplet nukleotida yang mungkin, tiga (UAA, UAG, dan UGA) tida mengkode asam amino yang dikenal ketiganya dikenal sebagai kodon penghentian (termination) (juga disebut stop codon atau nonsense codon), yang secara normal menandai akhir sintesis rantai polipeptida. Ketiga kodon penghentian dinamai "nonsense codon" karena kodon-kodon ini pertama kali ditemukan berasal dari mutasi basa tunggal bakteri E.coli di mana rantai polipeptida tertentu diakhiri secara prematur. Mutasi nonsens ini, dinamai amber, ochre, dan opal, membantu identifikasi yang mungkin dari UAA, UAG, dan UGA sebagai kodon penghentian. Pada urutan acak nukleotida, satu dari setiap 20 kodon pada masing-masing kerangka pembacaan, rata-rata, merupakan kodon penghentian. Dimana kerangka pembacaan ada tanpa kodon penghentian dari 50 atau lebih kodon, daerah itu disebut satu kerangka pembacaan terbuka (open reading frame). Kerangka pembacaan terbuka panjang biasanya berhubungan dengan gen yang mengkode protein. Pengkodean gen protein khusus tak terputuskan dengan berat molekular 60,000 akan memerlukan open reading frame dengan 500 atau lebih kodon. Lihat Kotak 26-1 (p. 900) untuk melihat beberapa perkecualian dari pola umum ini.

Barangkali ciri kode genetik yang paling mencolok adalah degenerate (degenerasi), maksudnya suatu asam amino yang diuji bisa dispesifikasi lebih dari satu kodon. Hanya metionin dan triptofan yang mempunyai kodon tunggal. Degenerasi tidak berarti tak sempurna; kode genetik jelas karena tidak ada kodon yang mengkode asam amino lebih dari satu. Perlu diketahui bahwa degenerasi kode tidaklah seragam. Sebagai contoh, leusina dan serina mempunyai enam kodon, glisina dan alanina mempunyai empat kodon, dan glutamat, tirosina, dan histidina mempunyai dua kodon. Ketika satu asam amino mempunyai kodon ganda, perbedaan antara kodon biasanya terlihat pada basa yang ketiga (pada ujung 3'). Sebagai contoh, alanina dikode oleh triplet GCU, GCC, GCA, dan GCG. Kodon tersebut, hampir semua asam amino disimbolkan dengan XY GA atau XY CU. Dua huruf pertama dari tiap kodon kemudian faktor penentu yang utama dari kekhususan. Hal ini memberikan beberapa konsekuensi yang menarik.

 If you want complete paper, please request : oryza_135rsh@yahoo.co.id