Kode genetik dan translasi

06.49 |

KODE GENETIK DAN TRANSLASI

A. Kode Genetik

1. Kode Genetik

· Kode genetik adalah cara pengkodean urutan nukleotida pada DNA atau RNA untuk menentukan urutan asam amino pada saat proses sintesis protein.

· Informasi pada kode genetik ditentukan oleh basa nitrogen pada rantai DNA yang akan menentukan susunan asam amino.

· Mudahnya dari susunan kode kode genetik itu ternyata bisa digunakan sebagai bahasa sandi antar DNA dan RNA untuk mengumpulkan asam amino yang merupakan kumpulan 3 basa nitrogen yang akhirnya bisa menjadi protein ( poly peptida )

Para peneliti melakukan penelitian pada bakteri Escherichia coli

a) mula mula digunakan basa nitrogen kode singlet (kode yang terdiri atas satu huruf atau satu basa)maka ternyata hanya diperoleh 4 asam amino saja yang dapat diterjemahkan padahal asam amino yang ada di alam itu berjumlah 20 , tentu asam amino ini harus diterjemahkan semua agar protein yang dihasilkan dapat digunakan lengkap

b) kemudian para ilmuwan mencoba lagi dengan kodon duplet (kombinasi dua basa) dan ternyata baru dapat untuk menterjemahlkan 16 asam amino ini pun belum cukup juga, mengingat jumlahnya 20

c) Kemudian dicoba dengan triplet (disusun 3 basa nitrogen) , dengan sempurna dapat menterjemahkan 64 asam amino hal ini tidak mengapa sekalipun melebihi 20 asam amino dari 64 asam amino yang diterjemahkan ada yang memiliki simbul/fungsi yang sama , maksudnya satu asam amino ada yang disusun oleh lebih dari satu rangkaian triplet (kodon)

d) triplet atau Kodon itu diantaranya adalah pada kodon yang menyusun asam assparat (GAU dan GAS) sama dengan asam-asam tirosin(UAU, UAS) sama juga dengan triptopan (UGG) dan masih banyak lagi , lihat cakram kode genetik dibawah ini

Jadi meskipun yang terbentuk ada 64 variasi ini tidak bermasalah karena Asam amino yang terkodekan ini sangat menguntungkan pada proses pembentukkan protein karena dapat menggantikan asam amino yang kemungkinan rusak selain itu dari 20 asam amino. Jumlah asam amino ini yang melebihi jumlah 20 macam asam amino, terjadi suatu “kelimpahan” dalam kode genetika, di mana terdapat lebih dari satu kodon memberi kode bagi satu asam amino tertentu. Misalnya asam amino phenilalanin yang merupakan kode terjemahan dari kodon UUU atau UUC. Istilah yang diberikan oleh para ahli genetika pada kelimpahan semacam ini adalah degenerasi atau mengalami redundansi. Dapat dikatakan kode genetik bersifat degeneratif dikarenakan 18 dari 20 asam amino ditentukan oleh lebih dari satu kodon, yang disebut kode sinonimus. Hanya metionin dan triptofan yang mempunyai kodon tunggal. Kodon sinonimus mempunyai perbedaan pada urutan basa ketiga.Selain itu terdapat pula kodon-kodon yang memiliki fungsi yang sama. Misalkan fungsi kodon asam asparat (GAU dan GAS) sama dengan fungsi kodon asam tirosin (UAU,UAS) dan juga triptopan (UGG). Hal ini justru sangat menguntungkan pada proses pembentukkan protein karena dapat menggantikan asam amino yang kemungkinan rusak. Proses sintesis protein (polipeptida) baru akan diawali apabila ada kodon AUG yang mengkode asam amino metionin, karenanya kodon AUG disebut sebagai kodon permulaan (kode ‘start’). Sedangkan berakhirnya proses sintesis polipeptida apabila terdapat kodon UAA, UAG, dan UGA (pada prokariotik) dan UAA (pada eukariotik). Kodon UAA,UAG, dan UGA tidak mengkode asam amino apapun dan merupakan agen pemotong gen (tidak dapat bersambung lagi dengan double helix asam amino) disebut sebagai kodon terminasi/kodon nonsense (kode ‘stop’). Kode genetik berlaku universal, artinya kode genetik yang sama berlaku untuk semua jenis makhluk hidup. Dengan adanya kodon permulaan dan kodon terminasi, berarti tidak semua urutan basa berfungsi sebagai kodon. Yang berfungsi sebagai kodon hanyalah urutan basa yang berada di antara kodon permulaan dan kodon terminasi. Urutan basa yang terletak sebelum kodon permulaan dan setelah kodon penghenti tidak dibaca sebagai kodon.

Ada beberapa hal yang penting bahwa masing masing kode itu mempunyai karakter yang berbeda satu sama lainnya untuk peran dan nama 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) yang kemudian ketiga kodon ini kita sebut dengan kode stop

¨ 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).

¨ Jadi meskipun terlihat liar ternyata kalau kita mempelajari detail ada hal-hal yang menarik. Tidak tumpang tindih, artinya tiada satu basa tungggal pun yang dapat mengambil bagian dalam pembentukan lebih dari satu kodon, sehingga 64 itu berbeda-beda nukleotidanya.

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 16 kombinasi yang berbeda, tidak cukup untuk mengkode 20 asam amino.

· Empat basa tiga huruf menghasilkan 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 menetapkan 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.

Tabel. Kode Genetik

Karakter kode genetik :

Kode genetik ini mempunyai banyak sinonim, sehingga hampir semua asam amino dinyatakan oleh lebih dari sebuah kodon. Contohnya , tiga asam amino (arginin, serin dan leusin) masing-masing mempunyai 6 kodon sinonim.

Tetapi untuk banyak kodon sinonim yang menyatakan asam amino yang sama, dua basa permulaan dan triplet adalah tetap sedangkan basa ketiga dapat berlainan. Contohnya , semua kodon yang dimulai dengan SS memperinci prolin (SSU, SSS, SSA dan SSG) dan semua kodon yang dimulai dengan AS memperinci treonin (ASU, ASS, ASA dan ASG).

Fleksibilitas dalam nukleotida dari suatu kodon ini dapat menolong membuat sekecil mungkin akibat adanya kesalahan.

Tidak ada tumpang tindih, artinya tiada satu basa tunggal pun yang dapat mengambil bagian dalam pembentukan lebih dari satu kodon, sehingga 64 kodon itu semua berbeda-beda nukleotidanya.

Kode genetik dapat mempunyai dua arti, yaitu kodon yang sama dapat memperinci lebih dari satu asam amino. Contohnya, kodon UUU biasanya merupakan kode untuk fenilalanin, tetapi bila ada streptomycin dapat pula merupakan kode untuk isoleusin, leusin atau serin.

Kode genetik tidak mempunyai tanda untuk menarik perhatian, artinya tiada sebuah kodon pun yang dapat diberi tambahan tanda bacaan.

Kodon AUG disebut juga kodon permulaan, karena kodon ini memulai sintesa rantai polipeptida.

Beberapa kodon dinamakan kodon non-sens (tak berarti) karena kodon-kodon ini tidak merupakan kode untuk salah satu asam amino pun, misalnya UAA, UAG dan UGA.

Kode genetik itu ternyata universal karena kode yang sama berlaku untuk semua macam mahluk hidup.

Tiap triplet yang mewakili informasi bagi suatu asam amino tertentu dinyatakan sebagai kodon.Kode genetika bersifat degeneratif dikarenakan 18 dan 20 macam asam amino ditentukan oleh lebih dari satu kodon, yang disebut kodon sinonimus.Hanya metionin dan triptofan yang memiliki kodon tunggal. Kodon sinonimus tidak ditempatkan secara acak, tetapi dikelompokkan.

Kodon sinnonimus memiliki perbedaan pada urutan basa ketiga.

B. Pengertian Translasi

Translasi adalah proses penerjemahan urutan nukleotida atau kodon yang ada pada molekul mRNA oleh tRNA menjadi rangkaian asam-asam amino yang menyusun suatu polipeptida atau protein.

Dalam proses translasi, sel menginterpretasikan suatu kode genetik menjadi protein yang sesuai.Kode geneti tersebut berupa serangkaian kodon di sepanjang molekul RNAd, interpreternya adalah RNAt.RNAt mentransfer asam amino-asam amino dari kolam asam amino di sitoplasma ke ribosom.Molekul RNAt tidak semuanya identik.Pada tiap asam amino digabungkan dengan RNAt yang sesuai oleh suatu enzim spesifik yang disebut aminoasil-RNAt sintetase ( aminoacyl-tRNA synthetase ).Ribosom memudahkan pelekatan yang spesifik antara antikodon RNAt dengan kodon RNAd selama sintesis protein.Sebuah ribosom tersusun dari dua subunit, yaitu subunit besar dan subunit kecil. Subunit ribosom dibangun oleh protein-protein dan molekul-molekul RNAr.
Tahap translasi dapat dibagi menjadi tiga tahap seperti transkripsi, yaitu inisiasi elongasi, dan terminasi.Semua tahapan ini memerlukan faktor-faktor protein yang membantu RNAd, RNAt, dan ribosom selama proses translasi.Inisiasi dan elongasi rantai polipeptida jga membutuhkan sejumlah energi yang disediakan oleh GTP (guanosin triphosphat), suatu molekul yang mirip ATP.

C. Tahap-tahap Translasi

1. Inisiasi

Tahap inisiasi terjadi karena adanya tiga komponen yaitu mRNA, sebuah tRNA yang memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua sub unit ribosom. mRNA yang keluar dari nukleus menuju sitoplasma didatangi oleh ribosom, kemudian mRNA masuk ke dalam “celah” ribosom. Ketika mRNA masuk ke ribosom, ribosom “membaca” kodon yang masuk. Pembacaan dilakukan untuk setiap 3 urutan basa hingga selesai seluruhnya. Sebagai catatan ribosom yang datang untuk mebaca kodon biasanya tidak hanya satu, melainkan beberapa ribosom yang dikenal sebagai polisom membentuk rangkaian mirip tusuk sate, di mana tusuknya adalah “mRNA” dan daging adalah “ribosomnya”. Dengan demikian, proses pembacaan kodon dapat berlangsung secara berurutan. Ketika kodon I terbaca ribosom (misal kodonnya AUG), tRNA yang membawa antikodon UAC dan asam amino metionin datang. tRNA masuk ke celah ribosom. Ribosom di sini berfungsi untuk memudahkan perlekatan yang spesifik antara antikodon tRNA dengan kodon mRNA selama sintesis protein. Sub unit ribosom dibangun oleh protein-protein dan molekul-molekul RNA ribosomal.

2. Elongasi

Pada tahap elongasi dari translasi, asam amino-asam amino ditambahkan satu per satu pada asam amino pertama (metionin). Ribosom terus bergeser agar mRNA lebih masuk, guna membaca kodon II. Misalnya kodon II UCA, yang segera diterjemahkan oleh tRNA berarti kodon AGU sambil membawa asam amino serine. Di dalam ribosom, metionin yang pertama kali masuk dirangkaikan dengan serine membentuk dipeptida. Ribosom terus bergeser, membaca kodon III. Misalkan kodon III GAG, segera diterjemahkan oleh antikodon CUC sambil membawa asam amino glisin. tRNA tersebut masuk ke ribosom. Asam amino glisin dirangkaikan dengan dipeptida yang telah terbentuk sehingga membentuk tripeptida. Demikian seterusnya proses pembacaan kode genetika itu berlangsung di dalam ribobom, yang diterjemahkan ke dalam bentuk asam amino guna dirangkai menjadi polipeptida. Kodon mRNA pada ribosom membentuk ikatan hidrogen dengan antikodon molekul tRNA yang baru masuk yang membawa asam amino yang tepat. Molekul mRNA yang telah melepaskan asam amino akan kembali ke sitoplasma untuk mengulangi kembali pengangkutan asam amino. Molekul rRNA dari sub unit ribosom besar berfungsi sebagai enzim, yaitu mengkatalisis pembentukan ikatan peptida yang menggabungkan polipeptida yang memanjang ke asam amino yang baru tiba.

Kompleks inisiasi bergabung dengan subunit besar ribosom (50S), dan metionil-tRNA_f^Met terikat pada tapak P. Berpasangannya triplet kodon inisiasi pada mRNA dengan antikodon pada metionil-tRNA_f^Met di tapak P menentukan urutan triplet kodon dan aminoasil-tRNA_f^Met berikutnya yang akan masuk ke tapak A. Pengikatan aminoasil-tRNA_f^Met berikutnya, misalnya alanil- tRNA_ala, ke tapak A memerlukan protein-protein elongasi EF-Ts dan EF-Tu. Pembentukan ikatan peptida antara gugus karboksil pada metionil-tRNA_f^Met di tapak P dan gugus amino pada alanil-tRNA_ala di tapak A dikatalisis oleh enzim peptidil transferase, suatu enzim yang terikat pada subunit ribosom 50S. Reaksi ini menghasilkan dipeptida yang terdiri atas f-metionin dan alanin yang terikat pada tRNA_ala di tapak A.

Langkah berikutnya adalah translokasi, yang melibatkan:

(1) perpindahan f-met-ala- tRNA_ala dari tapak A ke tapak P dan

(2) pergeseran posisi mRNA pada ribosom sepanjang tiga basa sehingga triplet kodon yang semula berada di tapak A masuk ke tapak P.

Dalam contoh ini triplet kodon yang bergeser dari tapak A ke P

tersebut adalah triplet kodon untuk alanin. Triplet kodon berikutnya, misalnya penyandi serin, akan masuk ke tapak A dan proses seperti di atas hingga translokasi akan terulang kembali. Translokasi memerlukan aktivitas faktor elongasi berupa enzim yang biasa dilambangkan dengan EF-G.

Pemanjangan atau elongasi rantai polipeptida akan terus berlangsung hingga suatu tripet kodon yang menyandi terminasi memasuki tapak A.

3. Terminasi

Tahap akhir translasi adalah terminasi. Elongasi berlanjut hingga kodon stop mencapai ribosom. Triplet basa kodon stop adalah UAA, UAG, dan UGA. Kodon stop tidak mengkode suatu asam amino melainkan bertindak sinyal untuk menghentikan translasi. Polipeptida yang dibentuk kemudian “diproses” menjadi protein.

D. Performance Ribosom