Plant Protein

Plant Protein
DNA &RNA
Mochammad Roviq
Fenotip
Trankripsi
DNA
mRNA
tRNA
rRNA
Translasi
Protein
Jalur
biokimia
Protein = Proteios = Pratama
• In fact, the importance of proteins is underscored
by their name, which comes from the Greek word
proteios, meaning "first place”
• Proteins account for more than 50% of the dry
mass of most cells, and they are instrumental in
almost everything organisms do.
• Some proteins speed up chemical reactions,
while others play a role in structural support
storage, transport, cellular communication,
movement, and defense against foreign
substances
Protein for human
• Globally, about 70% of the human demand for protein is
met by the consumption of seeds, either directly, or
indirectly by feeding them to animals for meat production,
for human nutrition.
• However, in many plant storage proteins, the content of
certain amino acids essential for the nutrition of humans
and animals is too low.
• In cereals, the storage proteins are deficient in threonine,
tryptophan, and particularly lysine, whereas in legumes
there is a deficiency of methionine.
• Since these amino acids cannot be synthesized by human
metabolism, humans depend on being supplied with them
in their food
Plant Protein
• Products of nitrate assimilation are deposited in plants as
storage proteins
• The amino acids formed as products of nitrate assimilation
are stored as proteins.
• These are mostly special storage proteins, which have no
enzymatic activity and are often deposited in the cell
within protein bodies.
• Protein bodies are enclosed by a single membrane and are
derived from the endomembrane system of the
endoplasmic reticulum and the Golgi apparatus or the
vacuoles.
• In potato tubers, storage proteins are also stored in the
vacuole
The end product of nitrate assimilation
is a whole spectrum of amino acids
All amino acids
present in the
mesophyll cells
are exported via
the sieve tubes.
Synthesis of
these amino
acids takes place
mainly in the
chloroplasts.
The sum of
amino acids can
be regarded as
the final product
of nitrate
assimilation.
The pattern of the
amino acids
synthesized varies
largely, depending
on the species and
the metabolic
conditions.
In most cases
glutamate and
glutamine
represent the major
portion of the
synthesized amino
acids.
Serine and
glycine, represent
a considerable
portion of the
total amino acids
present in the
mesophyll cells.
Glutamate is
exchange for malate
and glutamine in
exchange for
glutamate
Large
amounts of
alanine are
often formed
in C4 plants.
The end products of nitrate assimilation
• CO2 assimilation provides the carbon skeletons
required for the synthesis of the various amino acids.
Most of Enzymes are protein
• Life would not be possible without enzymes,
most of which are proteins.
• Enzymatic proteins regulate metabolism by acting
as catalysts, chemical agents that selectively
speed up chemical reactions without being
consumed by the reaction
• Because an enzyme can perform its function over
and over again, these molecules can be thought
of as workhorses that keep cells running by
carrying out the processes of life.
Globulins are the most abundant
storage proteins
• Storage globulins occur in varying amounts in
practically all plants.
• The most important globulins belong to the
legumin and vicilin groups.
• Both of these globulins are encoded by a
multigene family
• Legumin is the main storage protein of
leguminous seeds.
• In broad bean, for instance, 75% of the total
storage protein consists of legumin.
Prolamins are formed as storage
proteins in grasses
• Prolamins are contained only in grasses, such as cereals.
• Also in glutenin, which occurs in the grains of wheat and
rye, monomers are linked by S-S bridges.
• The glutenin molecules differ in size.
• The suitability of flour for bread-making depends on the
content of high molecular glutenins, and therefore flour
from barley, oat, or maize lacking glutenin, is not suitable
for baking bread.
• Since the glutenin content is a critical factor in determining
the quality of bread grain, investigations are in progress to
improve the glutenin content of bread grain by genetic
engineering
Protein = Polypeptides
• Diverse as proteins are,
they are all polymers
constructed from the
same set of 20 amino
acids.
• Polymers of amino adds
are called polypeptides.
• A protein consists of one
or more polypeptides,
each folded and coiled
into a specific threedimensional structure
Protein
• Satu asam amino terdiri
atas satu gugus amino,
satu gugus karboksil, satu
atom hidrogen, dan satu
rantai samping yang
terikat pada atom karbon.
• Susunan tetrahedral
keempat gugus tersebut
menentukan aktivitas optik
asam amino sehingga ada
dua bentuk isomer yaitu Lisomer dan D-isomer.
Asam amino
• Asam amino memiliki gugus fungsional karboksil
(-COOH) dan amina (-NH2).
• Keduanya terikat pada satu atom karbon (C) yang
sama (disebut atom C "alfa" atau α).
• Gugus karboksil memberikan sifat asam dan
gugus amina memberikan sifat basa.
• Dalam bentuk larutan, asam amino bersifat
amfoterik: cenderung menjadi asam pada larutan
basa dan menjadi basa pada larutan asam.
• Perilaku ini terjadi karena asam amino mampu
menjadi zwitter-ion.
R (residue/rantai samping) Asam amino
• Perbedaan utama antara satu asam amino dengan yang
lainnya terletak pada gugus sampingnya.
• Rantai samping asam amino dapat dibedakan atas:
1. polar, bermuatan negatif (aspartat, asam glutamat),
2. polar, bermuatan positif (arginin, histidin, lisin),
3. polar, tidak bermuatan (asparagin, glutamin, serin, dan
treonin),
4. nonpolar/hidrofobik (alanin, sistein, isoleusin, leusin,
metionin, fenilalanin, prolin, triptofan, tirosin, dan valin),
5. netral (glisin).
Asam imino
• Asam amino paling sederhana strukturnya
adalah glisin yang hanya mempunyai satu
atom hidrogen pada gugus sampingnya.
• Prolin adalah asam amino yang struktur
dasarnya berbeda dari asam amino yang lain
karena atom N-nya ada dalam struktur cincin,
sehingga prolin lebih sesuai dinamakan asam
imino.
• Struktur prolin yang demikian menyebabkan
terjadinya bengkokan pada struktur protein
sehingga mempengaruhi arsitektur protein.
Asam amino non polar
• Memiliki gugus R
alifatik (Alifatik :
bahasa Yunani
aleiphar, berarti
minyak atau lemak)
adalah senyawa
organik yang tidak
mempunyai gugus
fenil (bahasa Inggris:
aromatic ring).
• Glisin, alanin, valin,
leusin, isoleusin dan
prolin
• Bersifat hidrofobik.
Asam amino dengan gugus R aromatik
• Fenilalanin, tirosin dan
triptofan
• Bersifat relatif non polar
 hidrofobik
• Fenilalanin bersama dgn
V, L & I  asam amino
paling hidrofobik
• Tirosin  gugus hidroksil , triptofan  cincin indol
• Sehingga mampu membentuk ikatan hidrogen  penting
untuk menentukan struktur enzim
Asam amino dengan gugus R bermuatan positif
• Lisin, arginin, dan
histidin
• Mempunyai gugus yang
bersifat basa pada
rantai sampingnya
• Bersifat polar 
terletak di permukaan
protein dapat mengikat
air.
• Histidin mempunyai muatan mendekati netral (pada gugus imidazol)
dibanding
– lisin  gugus amino
– arginin  gugus guanidino
• Karena histidin dapat terionisasi pada pH mendekati pH fisioligis  sering
berperan dlm reaksi enzimatis yang melibatkan pertukaran proton
Polar, uncharged amino acids
• The side-chains of asparagine (Asn or N) and glutamine (Gln or Q), the
amide derivatives of Asp and Glu, respectively, are uncharged but can
participate in hydrogen bonding.
• Serine (Ser or S) and threonine (Thr or T) are polar amino acids due to the
reactive hydroxyl group in the side-chain, and can also participate in
hydrogen bonding (as can the hydroxyl group of the aromatic amino acid
Tyr).
Struktur protein #1
Dapat dibedakan dalam empat model :
• Struktur primer menyatakan susunan linear asam-asam
amino sepanjang rantai polipeptida.
• Struktur sekunder menggambarkan pola pelipatan (folding)
bagian-bagian polipeptida ke dalam struktur yang teratur,
misalnya heliks dan lembaran terlipat-β (β pleated sheet)
Struktur protein #2
• Struktur tersier
menggambarkan pelipatan
bagian-bagian antara heliks-α
dan lembaran- β serta semua
interaksi nonkovalen yang
menyebabkan terjadinya
pelipatan yang sesuai pada
suatu rantai polipeptida.
lnteraksi nonkovalen tersebut
antara lain ikatan hidrogen,
ikatan hidrofobik, dan interaksi
van der Waals.
• Struktur kuaterner,
menunjukkan interaksi
nonkovalen yang mengikat
beberapa rantai polipeptida ke
dalam satu molekul tunggal
protein, misalnya hemoglobin.
Look for a moment……..
Trankripsi
DNA
Translasi
mRNA
Protein
tRNA
rRNA
Fenotip
Jalur
biokimia
GENES – PROTEIN - PHENOTIPE
Asam nukleat : DNA - RNA
Asam nukleat adalah
suatu polimer
nukleotida yang
berperanan dalam
penyimpanan serta
pemindahan informasi
genetik.
Satu nukleotida terdiri atas
tiga bagian yaitu :
1. Cincin purin atau
pirimidin,
2. Molekul gula
dengan 5 atom C
(pentosa).
3. Gugus fosfat
Cincin Purin dan Pirimidin
• yaitu basa nitrogen yang terikat pada pada atom C nomor 1 suatu molekul
gula (ribosa atau deoksiribosa) melalui ikatan N-glukosidik
• Basa purin terdiri atas adenine (A) dan guanine (G), serta basa pirimidin
yang terdiri atas thymine (T), cytosine (C), dan uracil (U).
• Baik DNA (deoxyribonucleic acid) maupun RNA (ribonucleic acid tersusun
atas A, G, C, tetapi T hanya ada pada DNA sedangkan U hanya ada pada
RNA.
• Akan tetapi ada perkecualian, yaitu bahwa pada beberapa molekul tRNA
terdapat basa T, sedangkan pada beberapa bakteriofag DNA-nya tersusun
atas U dan bukan basa T.
Pentosa dan gugus fosfat
1.
Molekul gula dengan 5 atom C (pentosa). Pada RNA gulanya
adalah ribosa, sedangkan pada DNA gulanya adalah
deoksiribosa. Perbedaan antara kedua bentuk gula tersebut
terletak pada atom C nomor 2. Pada RNA, atom C nomor 2
berikatan dengan gugus hidroksil (OH) sedangkan pada DNA
atom C nomor 2 berikatan dengan atom H.
2.
Gugus fosfat yang terikat pada atom C nomor 5 melalui ikatan
fosfoester. Gugus fosfat inilah yang menyebabkan asam nukleat
bermuatan negatif kuat.
Ikatan fosfodiester antarnukleotida.
• Suatu basa yang terikat pada satu gugus gula
disebut nukleosida, sedangkan nukleotida
adalah satu nukleosida yang berikatan dengan
gugus fosfat.
• Di dalam molekul DNA atau RNA, nukleotida
berikatan dengan nukleotida yang lain melalui
ikatan fosfodiester
• Basa purin dan pirimidin tidak berikatan secara
kovalen satu sama lain.
• Oleh karena itu, suatu polinukleotida tersusun
atas kerangka gula-fosfat yang berselang-seling
dan mempunyai ujung 5'-P dan 3'-OH.
• Asam nukleat yang mempunyai ujung demikian
umum terdapat di alam, meskipun asam nukleat
yang mempunyai ujung 5'-OH dan 3'-P dapat
disintesis secara Kimiawi.
Struktur molekul DNA
• Untai-ganda DNA tersusun oleh dua
rantai polinukleotida yang berpilin.
Kedua rantai mempunyai orientasi
yang berlawanan (antiparalel):
• Rantai yang satu mempunyai
orientasi 5'  3', sedangkan rantai
yang lain berorientasi 3'  5'.
• Kedua rantai tersebut berikatan
dengan adanya ikatan hidrogen
antara basa odenine (A) dengan
thymine (T), dan antara guonine (G)
dengan citosine (C).
• lkatan antara A-T berupa dua ikatan
hidrogen, sedangkan antara G-C
berupa tiga ikatan hidrogen sehingga
ikatan G-C lebih kuat
• Spesifisitas pasangan basa semacam
ini disebut sebagai komplementaritas
(complementority)
James Watson dan Francis Crick
Pada masing-masing rantai
DNA ada ujung 5'-fosfat (5'-P) dan
ujung 3'-OH
Struktur untai putar-kanan (right-handed helix).
• Struktur DNA yang dikemukakan
Watson dan Crick adalah struktur
paling umum terdapat di alam.
• Struktur semacam ini disebut
sebagai struktur untai putar-kanan
(right-handed helix).
• Struktur tersebut dikelompokkan :
• Molekul DNA tipe B, tipe B
mempunyai lekukan besar dan
lekukan kecil.
• Dibandingkan dengan tipe A, lekukan besar pada tipe B lebih
mudah mengikat protein tertentu karena lekukan besar pada
tipe A lebih dalam.
• Bentuk A lebih menyerupai konformasi bagian untai-ganda
molekul RNA (misalnya pada tRNA).
Struktur zig-zag (Z)
• DNA tipe Z adalah satu-satunya DNA yang
untaiannya mempunyai orientasi putarkiri (left-handed).
• Molekul DNA tipe semacami ni
mempunyai kerangka gula-fosfat yang
berbentuk zigzag(sehingga disebut Z).
• Struktur DNA Z tidak hanya terjadi pada
molekul yang mempunyai poli(dC-dG),
melainkan juga terjadi pada bagian
polinukleotida yang basa-basa purin dan
pirimidinnya bergantian misalnya:
ACACACAC.
• Lebih jauh lagi, jika basa-basa purin dan
pirimidin yang ada secara bergantian
tersebut terletak pada molekul DNA yang
panjang misalnya:
TGATCCGCGCGCGCAGTCTT....
Replikasi DNA
• Replikasi ialah
proses
perbanyakan
bahan genetik
• Pengkopian
rangkaian molekul
bahan genetik
(DNA atau RNA)
sehingga
dihasilkan
molekul anakan
yang sangat
identik
Model semikonservatif
• Model replikasi DNA secara
semikonservatif menunjukkan
bahwa DNA anakan terdiri atas
pasangan untaian DNA induk dan
untaian DNA hasil sintesis baru.
• Model ini memberikan gambaran
bahwa untaian DNA induk
berperanan sebagai cetakan
(template) bagi pembentukan
untaian DNA baru.
• Molekul DNA untai-ganda terdiri
atas dua untai molekul DNA yang
berpasangan secara komplementer
yaitu antara basa nukleotida A
dengan T, dan antara C dengan G.
Komponen utama replikasi
1. DNA cetakan, yaitu molekul DNA atau RNA yang akan direplikasi.
2. Molekul deoksiribonukleotida, yaitu dATP, dTTP, dCTP, dan dGTp.
Deoksiribonukleotida terdiri atas tiga komponen yaitu: (i) basa purin atau
pirimidin, (ii) gula 5-karbon( deoksiribosa) dan (iii) gugus fosfat.
3. Enzim DNA polimerase, yaitu enzim utama yang mengkatalisi proses
polimerisasi nukleotida menjadi untaian DNA.
4. Enzim primase, yaitu enzim yang mengkatalisis sintesis primer untuk
memulai replikasi DNA.
5. Enzim pembuka ikatan untaian DNA induk, yaitu enzim helikase dan enzim
lain yang membantu proses tersebut yaitu enzim girase.
6. Molekul protein yang menstabilkan untaian DNA yang sudah terbuka,yaitu
protein SSB (single strand binding protein).
7. Enzim DNA ligase, yaitu suatu enzim yang berfungsi untuk menyambung
fragmen-fragmen DNA.
Replikasi DNA
Mekanisme dasar replikasi
1. Denaturasi (pemisahan) untaian DNA induk,
2. Peng-"awal"-an( initiation, inisiasi) sintesis
DNA.
3. Pemanjangan untaian DNA,
4. Ligasi fragmen-fragmen DNA, dan
5. Peng-"akhir"-an (termination, terminasi)
sintesis DNA.
Arah replikasi DNA
• Sintesis untaian DNA yang baru akan dimulai segera setelah
kedua untaian DNA induk terpisah membentuk garpu replikasi
Pemisahan kedua untaian DNA induk dilakukan oleh enzim
DNA helikase
• Sintesis DNA berlangsung dengan orientasi 5'-P  3'-OH.
• Oleh karena ada dua untaian DNA cetakan yang orientasinya
berlawanan, maka sintesis kedua untaian DNA baru juga
berlangsung dengan arah geometris yang berlawanan namun
semuanya tetap dengan orientasi 5'  3'
Kontinyu Diskontinyu
• Sintesis untaian DNA baru yang
searah dengan pembukaan garpu
replikasi dapat berlangsung tanpa
terputus (sintesis secara kontinu).
Untaian DNA yang disintesis secara
kontinu semacam ini disebut sebagai
untaian DNA awal (leading strand).
• Sebaliknya sintesis untaian DNA yang berlawanan arah
geometrinya dengan arah pembukaan garpu replikasi
dilakukan secara tahap demi tahap (sintesis secara
diskontinu). Hal ini terjadi karena proses polimerisasi pada
untaian DNA ini hanya dapat dilakukan setelah DNA
cetakannya membuka seiring dengan membukanya garpu
replikasi. Untaian DNA yang disintesis secara lambat
semacam ini disebut untaian DNA lambat (lagging strand)
Polimerasi
• Pada untaian DNA awal, polimerisasi DNA berlangsung secara kontinu
sehingga molekul DNA baru yang disintesis merupakan satu unit.
• Sebaliknya, pada untaian DNA lambat polimerisasi dilakukan fragmen
demi fragmen.
• Fragmen-fragmen DNA pendek tersebut pada akhirnya disambung (ligasi)
dengan enzim DNA ligase sehingga menjadi unit yang utuh.
• Fragmen-fragmen DNA pendek yang disintesis tersebut disebut fragmen
Okazaki, karena fenomena sintesis DNA secara diskontinu tersebut
pertama kali iungkapkan oleh Reiji Okazaki pada tahun 1968
Transkripsi : DNA  RNA (mRNA)
• Transkripsi adalah
proses penyalinan
kode-kode genetik
yang ada pada urutan
DNA menjadi molekul
RNA.
• Tianskripsi adalah
proses yang
mengawali ekspresi
sifat-sifat genetik yang
nantinya akan muncul
sebagai fenotipe.
• Urutan nukleotida pada salah satu untaian molekul RNA
digunakan sebagai cetakan (template) untuk sintesis molekul RNA
yang komptementer
Molekul RNA
• Mololekul RNA yang disintesis dalam proses transkripsi dapat
dibedakan menjadi tiga yaitu;(1) mRNA (messenger RNA), (2)
tRNA (transfer RNA); dan (3) rRNA (ribosomol RNA).
• Molekul mRNA adalah RNA yang merupakan salinan kodekode genetik pada DNA yang dalam proses selanjutnya (yaitu
proses translasi),akan diterjemahkan menjadi urutan asamasam amino yang menyusun suatu, polipeptida yaitu protein
tertentu.
• Molekul tRNA adalah RNA yang berperan membawa asamasam amino sfesifik yang akan digabungkan dalam proses
sintesis protein (tranlasi).
• Molekul rRNA adalah RNA yang digunakan untuk menyusun
ribosom yaitu suatu partikel di dalam sel yang digunakan
tempat untuk sintesis protein
Proses transkripsi
•
Beberapa komponen utama yang terlibat adalah:
1.
2.
3.
4.
•
•
Urutan DNA yang akan ditranskripsi (cetakan/template)
Enzim RNA polimerase,
Faktor-faktor transkripsi, dan
Prekursor untuk sintesis RNA.
Urutan DNA yang ditranskripsi adalah gen yang
diekspresikan. Gen dapat diberi batasan sebagai suatu
urutan DNA yang mengkode uruton lengkap asam amino
suatu polipeptida atau molekul RNA tertentu.
Gen yang lengkap terdiri atas tiga bagian urama,yaitu:
1. Daerah pengendali (regulatory region) yang secara umum disebut
promoter,
2. Bagian struktural,dan
3. Terminator.
Promoter, Gen, Terminator
• Promoter adalah bagian gen yang berperanan dalam mengendalikan
proses transkripsi dan terletak pada ujung 5'.
• Bagian struktural adalah bagian gen yang terletak di sebelah hilir
(downstream) dari promoter. Bagian inilah yang mengandung urutan
DNA spesifik (kode-kode genetik) yang akan ditranskripsi.
• Terminator adalah bagian gen yang terletak di sebelah hilir dari bagian
struktural yang berperanan dalam pengakhiran (terminasi) proses
transkripsi
Mekanisme dasar transkripsi
•
1.
2.
3.
4.
Transkripsi (sintesis RNA) dilakukan melalui beberapa
tahapan yaitu:
Faktor-faktor yang mentendalikan transkripsi menempel
pada bagian promoter.
Penempelan faktor-faktor pengendali transkripsi
menyebabkan terbentuknya kompleks promoter yang
terbuka (open promoter complex).
RNA polimerase membaca cetakan (DNA template) dan mulai
melakukan pengikatan nukleotida yang komplementer
dengan cetakannya.
Setelah terjadi proses pemanjangan untaian RNA hasil
sintesis, selanjutnya diikuti dengan proses pengakhiran
(terminasi) transkripsi yang ditandai dengan pelepasan RNA
polimerase dari DNA yang ditranskripsi
Karakter kimiawi transkripsi
1. Prekursor untuk sintesis RNA adalah empat macam
ribonukleotida yaitu 5'-trifosfat ATP GTP CTP dan UTP (pada
RNA tidak ada thymine).
2. Reaksi polimerisasi RNA pada prinsipnya sama dengan
polimerisasi DNA, yaitu dengan arah 5'  3'.
3. Urutan nukleotida RNA hasil sintesis ditentukan oleh
cetakannya yaitu urutan DNA yang ditranskripsi. Nukleotida
RNA yang digabungkan adalah nukleotida yang komplementer
dengan cetakannya. Sebagai contoh, jika urutan DNA yang
ditranskripsi adalah ATG, maka urutan nukleotida RNA yang
digabungkan adalah UAC.
4. Molekul DNA yang ditranskripsi adalah molekul untai-ganda
tetapi yang berperanan sebagai cetakan hanya salah satu
untaiannya.
5. Hasil transkripsi berupa molekul RNA untai tunggal.
TRASLASI
How Cells Read the Genome: From
DNA to Protein
• Genes can be
expressed with
different
efficiencies.
• In this
example, gene
A is
transcribed
and translated
much more
efficiently than
gene B.
• This allows the
amount of
protein A in
the cell to be
much greater
than that of
protein B.
FROM RNA TO PROTEIN
• An mRNA Sequence Is Decoded in Sets of Three
Nucleotides
• Once an mRNA has been produced by
transcription and processing, the information
present in its nucleotide sequence is used to
synthesize a protein.
• Transcription is simple to understand as a means
of information transfer: since DNA and RNA are
chemically and structurally similar, the DNA can
act as a direct template for the synthesis of RNA
by complementary base-pairing.
Genetic code
• In contrast, the conversion of the information in RNA into
protein represents a translation of the information into
another language that uses quite different symbols.
• Moreover, since there are only 4 different nucleotides in
mRNA and 20 different types of amino acids in a protein,
this translation cannot be accounted for by a direct one-toone correspondence between a nucleotide in RNA and an
amino acid in protein.
• The nucleotide sequence of a gene, through the
intermediary of mRNA, is translated into the amino acid
sequence of a protein by rules that are known as the
genetic code
Genetic code
• Any series of three bases (or nucleotides) in the DNAprescribes for an
amino acid in the protein chain, or gives a ‘stop transcribing’ signal. The
bases are always read from left to right. The chain usually starts with ATG
or methionine (Met). Abbreviations used: A, adenine; G, guanine; C,
cytosine; T, thymine (or U, uracil in RNA). Ala, alanine; Arg, arginine; Asn,
asparagine; Asp, aspartic acid; Cys, cysteine; Gln, glutamine; Glu, glutamic
acid; Gly, glycine; His, histidine; Ile, isoleucine; Leu, leucine; Lys, lysine;
Met, methionine; Phe, phenylalanine; Pro, proline; Ser, serine; Thr,
threonine; Trp, tryptophan; Tyr, tyrosine; Val, valine
Kode genetik
• Di alam ada 20 macam asam amino yang umum terdapat di
dalam struktur polipeptida jasad hidup.
• Masing-masing asam amino mempunyai kodon yang spesifik
sedangkan nukleotida hanya ada 4 macam yaitu A, U, G, dan C
(Tabel1 2.2).
• Jika suatu kodon hanya terdiri atas dua nukleotida maka
hanya akan ada 42 = 16 asam amino, tetapi apabila kodon
disusun oleh 3 nukleotida maka akan diperoleh 43 (= 64)
asam amino. S
• Sedangkan jumlah asam amino yang umum diketahui ada
pada jasad hidup hanya 20 macam.
• Beberapa kodon diketahui mengkode asam amino yang sama.
Fenomena ini dikenal sebagai genetic code redundancy
(degeneracy)
Tranlasi
• Translasi adalah proses penerjemah urutan nucleotida
yang ada pada molekul mRNA menjadi rangkaian
asam-asam amino yang menyusun suatu polipeptida
atau protein.
• Hanya molekul mRNA yang ditranslasi, sedangkan rRNA
dan tRNA tidak ditranslasi.
• Molekul mRNA merupakan transkrip (salinan) urutan
DNA yang menyusun suatu gen dalam bentuk ORF
(open reading frame, kerangka baca terbuka)
• Molekul rRNA adalah salah satu molekul penyusun
ribosom, yakni organel tempat berlangsungnya sintesis
protein,
• tRNA adalah pembawa asam-asam amino yang akan
disambungkan menjadi rantai polipeptida
• The three possible
reading frames in protein
synthesis.
• In the process of
translating a nucleotide
sequence (blue) into an
amino acid sequence
(red), the sequence of
nucleotides in an mRNA
molecule is read from the
5’ end to the 3’ end in
consecutive sets of three
nucleotides.
• In principle, therefore, the
same RNA sequence can
specify three completely
different amino acid
sequences, depending on
the reading frame. In
reality, however, only one
of these reading frames
contains the actual
message.
Reading frames
•
Suatu ORF dicirikan oleh: (1) kodon inisiasi translasi, yaitu urutan
ORF ATG (pada DNA) atau AUG (pada mRNA), (2) serangkaian
urutan nukleotida yang menyusun banyak kodon, dan (3) kodon
terminasi translasi, yaitu TAA (UAA pada mRNA). TAG (UAG pada
mRNA) atau TGA (UGA pada mRNA)
Kodon (kode genetik)
• Kodon (kode genetik) adalah urutan
nukleotida yangterdiri atas 3 nukleotida
yanq berurutan (sehingga sering disebut
sebagai triplet codon, yang menyandi
suatu kodon asam amino tertentu,
misalnya urutan ATG (AUG pada mRNA)
mengkode asam amino metionin,
• Kodon inisiasi translasi merupakan kodon
untuk asam amino metionin yang
mengawali struktur suatu polipeptida
(protein). Pada prokaryot, asam amino
awal tidak berupa metionin tetapi formil
metionin (fMet).
Wobble base-pairing between codons and
anticodons. If the nucleotide listed in the first
column is present at the third, or wobble,
position of the codon, it can base-pair with any
of the nucleotides listed in the second column.
Thus, for example, when inosine (I) is present in
the wobble position of the tRNA anticodon, the
tRNA can recognize any one of three different
codons in bacteria and either of two codons in
eucaryotes. The inosine in tRNAs is formed from
the deamination of guanine (see Figure 6–55), a
chemical modification that takes place after the
tRNA has been synthesized
• Dalam proses translasi,
rangkaian nukleotida
pada mRNA akan
dibaca tiap tiga
nukleotida sebagai satu
kodon untuk satu asam
amino, dan pembacaan
dimulai dari urutan
kodon metionin (ATG
pada DNA atau AUG
pada RNA)
• Ada beberapa aspek yang perlu diketahui mengenai kode
genetik, yaitu:
• Kode genetik bersifat tidak saling tumpang-tindih (nonoverlappind kecuali pada kasus tertentu, misalnya pada
bakteriofag
• Tidak ada sela (gap) di antara kodon satu dengan kodon yang
lain.
• Tidak ada koma di antara kodon.
• Kodon bersifat degenerotea, buktinya ada beberapa asam
amino yang mempunyai lebih dari satu kodon.
• Secara umum, kodon bersifat hampir universal karena pada
beberapa organel jasad tinggi ada beberapa kodon yang
berbeda dari kodon yang digunakan pada sitoplasm
Kodon - Antikodon
• Dalam proses translasi, setiap kodon berpasangan
dengan antikodon yang sesuai yang terdapat pada
molekul tRNA.
• Sebagai contoh, kodon metionin (AUG) mempunyai
komplemennya dalam bentuk antikodon UAC yang
terdapat pada tRNAMet
• Pada waktu tRNA yang membawa asam amino diikat
ke dalam sisi A pada ribosom, maka bagian
antikodonnya berpasangan dengan kodon yang
sesuai yang ada pada sisi A tersebut.
• Oleh karena itu, suatu kodon akan menentukan asam
amino yang disambungkan ke dalam polipeptida
yang sedang disintesis di dalam ribosom
Translasi berlangsung di Ribosom
• Translasi
berlangsung di
dalam
ribosom.
• Ribosom
disusun oleh
molekul rRNA
dan beberapa
macam
protein.
• Ribosom
tersusun atas
dua yaitu
subunit kecil
dan subunit
besar.
The RNA-binding sites in
the ribosome. Each
ribosome has one binding
site for mRNA and three
binding sites for tRNA: the
A-, P-, and E-sites (short
for aminoacyl-tRNA,
peptidyl-tRNA, and exit,
respectively).
Transkripsi - Tranlasi
• Pada jasad prokaryot, translasi sudah dimulai
sebelum proses transkripsi (sintesis mRNA) selesai
dilakukan.
• Dengan demikian, proses transkripsi dan translasi
pada prokaryot berlangsung secara hampir serentak.
• Sebaliknya pada eukoryot, proses translasi baru
dapat berlangsung jika proses transkripsi (sintesis
mRNA yang matang) sudah selesai dilakukan.
• Hal ini disebabkan oleh perbedaan dalam hal
struktur sel antara prokaryot dengan eukaryot
Proses Translasi
• Proses translasi berlangsung melalui tiga
tahapan utama, yaitu: (1 ) inisiasi
(initiation), (2) pemanjangan (elongation)
poli-asam amino, dan (3) pengakhiran
(termination) translasi.
• Oleh karena itu, ada sekitar 20 macam tRNA
yang masing-masing membawa asam amino
spesifik, karena di alam ada sekitar 20 asam
amino yang menyusun protein alami.
• Masing-masing asam amino diikatkan pada
tRNA yang spesifik melalui proses yang
disebut sebagaiI RNA charging
(penambahan muatan berupa asam amino)
Aminoasil tRNA
• Sebelum inisiasi
translasi di lakukan,
diperlukan molekul
tRNA (aminoasil
tRNA) yang
berfungsi
membawa asam
amino spesifik.
The structure of the aminoacyl-tRNA linkage. The carboxyl end of the amino acid forms an ester
bond to ribose. Because the hydrolysis of this ester bond is associated with a large favorable
change in free energy, an amino acid held in this way is said to be activated. (A) Schematic
drawing of the structure. The amino acid is linked to the nucleotide at the 3’ end of the tRNA (B)
Actual structure corresponding to the boxed region in (A). There are two major classes of
synthetase enzymes: one links the amino acid directly to the 3¢-OH group of the ribose, and the
other links it initially to the 2’-OH group. In the latter case, a subsequent transesterification
reaction shifts the amino acid to the 3’ position. As in Figure 6–56, the “R group” indicates the
side chain of the amino acid
Inisiasi translasi
(eukariyot)
• Kodon inisiasi adalah metionin
• Molekul tRNA inisiator disebut
sebagai tRNAiMet.
• Ribosom bersama-sama dengan
tRNAiMet dapat menemukan
kodon awal dengan cara
berikatan dengan ujung 5'
(tudung), kemudian melakukan
pelarikan (scanning) transkrip ke
arah hilir (dengan arah 5'  3')
sampai menemukankodon awal
(AUG).
• Menurut model scanning
tersebut, ribosom memulai
translasi pada waktu menjumpai
sekuens AUG yang pertama kali
Kodon inisiasi
• Meskipun demikian, penelitian
pada 699 mRNA eukaryot
menunjukkan bahwa sekitar 5-1 0%
AUG yang pertama bukanlah kodon
inisiasi.
• Pada kasus semacam ini, ribosom
akan melewati satu atau dua AUG
sebelum melakukan inisiasi
translasi.
• Sekuens AUG yang dikenali sebagai
kodon inisiasi adalah sekuens yang
terletak pada sekuens konsensus
CCRCCAUGG (R adalah purin: A atau
G).
• Pengenalan sekuens AUG sebagai
kodon inisiasi banyak ditentukan
oleh tRNAiMet.
• Perubahan antikodon pada tRNAiMet
menyebabkan dikenalinya kodon
lain sebagai kodon inisiasi
Pemanjangan polipeptida
• Proses pemanjangan polipeptida
disebut sebagai proses elongation
yang secara umum mempunyai
mekanisme yang serupa pada
prokaryot dan eukaryot.
• Proses pemanjangan terjadi dalam
tiga tahapan, yaitu: (1) pengikatan
aminoasil-tRNA pada sisi A yang ada
di ribosom,( 2) pemindahan rantai
polipeptida yang tumbuh dari tRNA
yang ada pada sisi P ke arah sisi A
dengan membentuk ikatan peptida,
dan (3) translokasi ribosom
sepanjang mRNA ke posisi kodon
selanjutnya yang ada di sisi A.
• Di dalam kompleks ribosom, molekul
fMet- tRNAiMet menempati sisi P
(peptidil)
Penyisipan
• Sisi yang lain pada ribosom, yaitu sisi A
(aminoasil), masih kosong pada saat awal
sintesis protein.
• Molekul tRNA pertama tersebut (fMettRNAiMet ) berikatan dengan kodon AUG
(atau GUG) pada mRNA melalui
antikodon-nya.
• Tahap selanjutnya adalah penyisipan
aminoasil-tRNA pada sisi A. Macam tRNA
(serta asam amino yang dibawa) yang
masuk pada sisi A tersebut tergantung
pada kodon yang terletak pada sisi A.
• Penyisipan aminoasil-tRNA yang masuk ke
posisi A tersebut dilakukan oleh suatu
protein yang disebut faktor pemanjangan
Tu (elongotion factor Tu, EF-Tu).
Translokasi
• Penyisipan ini dibantu dengan proses hidrolisis
GTP menjadi GDP
• Setelah sisi P dan A terisi, maka tahap selanjutnya
adalah pembentulan ikatan peptidil yang
dikatalisis oleh enzim peptidil transferase.
• Molekul fMet- tRNAiMet yang ada pada sisi P
dipindahkan ke sisi A sehingga terbentuk
dipeptidil tRNA.
• Setelah tahap ini sisi P hanya berisi tRNA yang
kosong, sedangkan sisi-A berisi dipeptidil-tRNA.
• Selanjutnya terjadi proses translokasi yaitu
pemindahan dipeptidil-tRNA dari sisi A ke sisi P,
sedangkan molekul tRNA kosong yang tadinya
menempati sisi P ditranslokasi ke sisi E (exrt).
• Pada proses translokasi ini mRNA bergerak
sepanjang tiga nukleotida sehingga kodon
berikutnya terletak pada posisi A untuk menunggu
masuknya aminoasil-tRNA berikutnya. Proses
translokasi memerlukan GTP dan faktor
pemanjangan G (elongotion factor G, EF-G).
Skema proses pemanjangan polipeptida
• Proses pemanjangan polipeptida berlangsung sangat cepat
• Ribosom membaca kodon-kodon pada mRNA dari ujung
5‘3'. Hasil proses translasi adalah molekul polipeptida yang
mempunyai ujung amino dan ujung karboksil.
• Ujung amino adalahu jungy angp ertamak ali disintesisd an
merupakan hasil penerjemahan kodon yang terletak pada
ujung 5‘ pada mRNA, sedangkan ujung yang terakhir disintesis
adalah gugus karboksil.
• Ujung karboksil merupakan hasil penerjemahan kodon yang
terletak pada ujung 3' pada mRNA.
• Oleh karena itu, sintesis protein berlangsung dari ujung amino
ke ujung karboksil
• Translasi akan
berakhir pada waktu
salah satu dari ketiga
kodon terminasi
(UAA, UGA, UAG)
yang ada pada mRNA
mencapai posisi A
pada ribosom.
• Dalam keadaan
normal tidak ada
aminoasil-tRNA yang
membawa asam
amino sesuai dengan
ketiga kodon
tersebut.
• Oleh karena itu, jika
ribosom mencapai
salah satu dari ketiga
kodon terminasi
tersebut, maka
proses translasi
berakhir
Terminasi
PROTEIN TARGETING
• Both in prokaryotes and eukaryotes, newly
synthesized proteins must be delivered to a
specific subcellular location or exported from
the cell for correct activity.
• This phenomenon is called protein targeting.
Secretory proteins
• Secretory proteins have an N-terminal signal peptide which targets the
protein to be synthesized on the rough endoplasmic reticulum (RER).
• During synthesis it is translocated through the RER membrane into the
lumen.
• Vesicles then bud off from the RER and carry the protein to the Golgi
complex, where it becomes glycosylated. Other vesicles then carry it to
the plasma membrane.
• Fusion of these transport vesicles with the plasma membrane then
releases the protein to the cell exterior.
• Plasma membrane proteins
are also synthesized on the
RER but become inserted
into the RER membrane
(and hence ultimately the
plasma membrane) rather
than being released into
the RER lumen.
• The plasma membrane
protein may pass once
through the plasma
membrane (Type I and Type
II integral membrane
proteins) or may loop back
and forth, passing through
many times (Type III
integral membrane
protein).
• The orientation of the
protein in the membrane is
determined by topogenic
sequences within the
polypeptide chain.
Plasma membrane
proteins
Proteins of the endoplasmic reticulum
• Proteins destined for the
RER have an N-terminal
signal peptide, are
synthesized on the RER,
are translocated into the
RER lumen or inserted
into the RER membrane.
• C-terminal amino acid
sequences (KDEL in
soluble RER lumen
proteins, KKXX in type I
integral membrane
proteins) are recognized
by specific receptor
proteins and retain the
proteins in the ER
Lysosomal proteins
• Lysosomal proteins are targeted to the lysosomes via the
addition of a mannose 6-phosphate signal that is added in
the cis-compartment of the Golgi and is recognized by a
receptor protein in the trans-compartment of the Golgi.
• The protein is then transported by specialized vesicles to a
late endosome that later matures into a lysosome.
• The mannose 6-phosphate receptor recycles back to the
Golgi for re-use.
Mitochondrial and chloroplast proteins
•
•
•
•
Most mitochondria and
chloroplast proteins are made
on free cytosolic ribosomes,
released into the cytosol and
then taken up into the
organelle.
Uptake into the mitochondrial
matrix requires a matrixtargeting sequence and occurs
at sites where the outer and
inner mitochondrial membranes
come into contact.
The process is mediated by
hsp70 and hsp60 proteins and
requires both ATP hydrolysis
and an electrochemical gradient
across the inner mitochondrial
membrane.
Targeting of proteins to other
compartments of mitochondria
or chloroplasts requires two
signals.
Nuclear proteins
• Proteins destined for import into the
nucleus typically require a nuclear
localization signal, four to eight amino
acids long, located internally in the
protein.
• Uptake occurs via nuclear pores and
requires ATP hydrolysis.
• TERIMA KASIH