PERBANDINGAN ANABOLISME PROTEIN DARI HEWAN DENGAN FUNGI

Pada kesempatan kali ini, saya akan berbagi mengenai tugas matakuliah Biokimia Komparatif. Jadi pada matakuliah ini, kita mempelajari berbagai jalur metabolisme pada hewan, tumbuhan dan mikroba. Selanjutnya dibandingkan satu persatu, bagaimana perbandingan antara metabolisme pada hewan dan tumbuhan, hewan dan mikroba, hewan dan fungi dan juga sebaliknya. Kebetulan tugas saya adalah perbandingan antara metabolisme protein pada hewan dan fungi. Berikut ini lengkapnya. 

I PENDAHULUAN

 

1.1 Latar Belakang

Metabolisme merupakan salah satu pokok kajian dalam bidang biokimia. Pada dasarnya, metabolisme makromolekul dapat dikelompokkan menjadi dua jalur utama yang berbeda yaitu jalur katabolik dan jalur anabolik. Katabolisme adalah proses degradasi atau penguraian makromolekul besar menjadi monomer-monomernya untuk mendapatkan energy. Sedangkan anabolisme adalah proses pembentukan atau biosintesis molekul yang kompleks dari precursor molekul yang lebih sederhana yang berlangsung dalam tubuh makhluk hidup.

      Makhluk hidup yang menghuni bumi memiliki jumlah yang sangat banyak, sehingga penting bagi kita untuk mengetahui klasifikasi atau pengelompokan makhluk hidup itu sendiri. Klasifikasi makhluk hidup dengan system tiga domain, menjelaskan bahwa seluruh makhluk hidup dapat dkelompokkan menjadi tiga kelompok utama yaitu: domain bacteria, domain archea dan domain eukariota. Domain eukariot sendiri terbagi lagi menjadi tiga kingdom utama yaitu: kingdom animalia, kingdom plantae dan kingdom fungi. Pohon filogenetik dari klasifikasi ini ditampilkan pada Gambar 1.

 

Gambar 1. Pohon filogenetik sistem tiga domain (sumber: Eisen, J. 2008)

Klasifikasi sistem tiga domain ini didasarkan pada berbagi faktor, salah satunya yaitu karakter dari selnya. Organisme prokariot pada tingkat seluler dibedakan dari eukariot karena sel prokariot tidak memiliki membrane nucleus (membrane inti) sehingga inti sel seakan-akan menyatu dalam sitoplasma. Berbeda halnya dengan sel eukariot yang telah memiliki membrane inti sehingga nucleus (inti selnya) dapat dibedakan dengan jelas. Adanya perbedaan struktur sel dari masing-masing kelompok organisme tentunya akan memberikan penjelasan jalur metabolism yang berbeda pula. Untuk memahami proses metabolism secara detail dari setiap kelompok ini perlu adanya pembandingan setiap jalur metabolism dari satu kelompok dengan kelompok lainnya.

Pembahasan pada paper ini akan memfokuskan pada jalur anabolisme protein yang terjadi pada hewan dan fungi. Hewan dan fungi merupakan dua kingdom makhluk hidup yang termasuk dalam domain eukariot, hal ini akan memudahkan kita dalam dalam mempelajari jalur anabolisme protein pada kedua kelompok ini. Dari dua kelompok yang berada dalam satu domain eukariot akan ditemukan sedikit perbedaan jalur anabolisme proteinnya dan sebagian besar akan memiliki tahapan dan proses yang relative sama. Perbedaan yang signifikan akan terlihat pada jalur anabolisme yang terjadi antara domain prokrariot (bacteria dan archea) jika dibandingkan dengan domain eukariot (animalia, plantae maupun fungi).

Klasifikasi dari kingdom animalia dapat dikelompokan menjadi invertebrate (hewan tidak bertulang belakang) dan vertebrata (hewan bertulang belakang). Pada dasarnya, system metabolism baik pada vertebrata maupun invertebrate adalah sama, oleh karenanya dalam pembahasan untuk kingdom animalia akan dibahas secara umum. Sedangkan untuk kingdom fungi dapak dikelompokkan lagi menjadi:  Zygomycota, Ascomycota, Basidiomycota, Deuteromycota, Mikoriza, Lumut Kerak. Salah satu contoh fungi yang paling banya dipelajari proses metabolismenya adalah. Oleh karena itu, sebagai perwakilan dari fungi akan dibahas anabolisme protein pada yeast.

Untuk memudahkan kita dalam memahami Anabolisme protein pada hewan dan fungi, maka pembahasan dalam paper ini akan dimulai dengan struktur sel dari kedua kelompok organisme ini, proses sintesis protein yang melibatkan proses trasnkripsi dan translasi. Kemudian akan dijelaskan lebih detail mengenai mekanisme sintesis asam amino yang tidak dapat diproduksi sendiri oleh hewan maupun fungi.

1.2  Rumusan Masalah

Rumusan masalah dalam paper ini yaitu bagaiamana perbandingan jalur anabolisme protein yang terjadi pada hewan dan yang terjadi pada fungi. Perbandingan struktur sel dari kedua organisme ini dan hal-hal apa yang menjadi perbedaan maupun persamaan dari jalur anabolisme protein pada kedua kelompok organisme ini.

1.3  Tujuan

Tujuan dari penulisan paper ini adalah untuk memberikan penjelasan yang terinci dan terarah mengenai proses anabolisme protein yang terjadi pada hewan dan fungi, yang meliputi struktur dari masing-masing sel, persamaan dan perbedaan jalur metabolism dari kedua kelompok tersebut. 

II  PEMBAHASAN

2.1  Struktur Sel Hewan dan Fungi

Sel sebagai unit terkecil dari kehidupan memiliki komponen-komponen yang lebih kecil didalamnya. Secara umum, organisme eukariot memiliki bagian-bagian sel yang terdiri dari inti sel, membrane inti, sitoplasma, ribosom, mitokondria, reticulum endoplasma, badan golgi. Sel hewan dan fungi memiliki kemiripan struktur, karena keduanya merupakan sel eukariot. Struktur sel secara detail seperti terlihat pada Gambar 2. Perbedaan antara sel hewan dan sel fungi yaitu pada dinding selnya. Sel hewan tidak memiliki dinding sel, hanya memiliki membrane sel. Sedangkan fungi memiliki membrane sel dan dinding sel. Dinding sel dari fungi terususun atas senyawa khitin, berbeda halnya dengan dinding sel pada tumbuhan. Selain itu, pada fungi terdapat vakuola dengan ukuran yang lebih besar di bandingkan pada hewan.

Gambar 2. (a) Struktur sel Fungi (b) Struktur Sel Hewan (c) perbedaan sel fungi dan hewan

2.2  Sintesis Protein

        Sentral dogma dalam biologi molekuler menyatakan bahwa proses sintesis protein pada makhluk hidup, dimulai dengan tahap trasnkripsi DNA menjadi RNA yang selanjutnya akan ditranslasikan menjadi urutan asam amino yang spesifik yang menyandi suatu protein. Urutan asam amino ini merupakan ciri yang khas dari setiap protein. Selain mengalami transkripsi menjadi RNA, DNA sebagai cetak biru kehidupan (blue prin of life) juga akan mengalami replikasi guna memperbanyak molekul DNA itu sendiri.

Gambar 3. Sentral Dogma Biologi Molekuler

Replikasi DNA merupakan proses pengkopian molekul DNA dengan tujuan untuk memperbanyak bahan genetik suatu makhluk hidup sebelum terjadinya proses pembelahan sel. Transkripsi adalah tahap awal dari serangkaian proses yang terlibat dalam biosintesis protein. Pada saat transkripsi, molekul DNA akan diperbanyak dalam bentuk molekul RNA. Terdapat tiga macam molekul RNA hasil transkripsi yaitu : mRNA, tRNA dan rRNA. Ketiga molekul tersebut memiliki fungsi yang berbeda-beda terkait dengan proses sintesis protein. Translasi adalah proses penerjemahan kode genetik (kodon) yang ada pada mRNA menjadi urutan asam amino yang spesifik. Setiap kodon menyandi satu asam amino spesifik. Satu asam amino bisa saja disandi oleh dua atau tiga kodon yang berbeda.

2.2.1 Transkripsi Hewan dan Fungi

Sebagaimana telah disinggung pada paragraf sebelumnya, transkripsi merupakan proses sintesis RNA dengan cetakan dari molekul DNA, maka perlu kita pahami terlebih dahulu perbedaan antara molekul DNA dan RNA. Gula ribosa pada molekul DNA kehilangan satu atom oksigen pada atom C nomor 2, sehingga disebut sebagai deoksi, sedangkan pada RNA, atom C nomor 3 tetap mengikat gugus OH. DNA hanya dapat ditemukan dalam inti dan mitokondria. Hal ini dikarenakan DNA merupakan materi genetik yang sangat penting sehingga keberadaanya dalam sel harus dijaga dengan baik didalam inti. Struktur DNA merupakan Heliks ganda, sedangkan RNA hanya berupa untaian heliks tunggal, sehingga molekul DNA lebih stabil dari RNA. Kestabilan DNA sangat dipengaruhi karena hilangnya satu atom Oksigen pada atom C nomor 2 sehingga DNA kurang reaktif.

Tabel 1. Perbedaan molekul DNA dan RNA

	DNA	RNA
Kepanjangan	Deoksiribonucleic acid	Ribonucleic acid
Gula	Deoksiribosa	Ribosa
Basa Nitrogen	A, C, G, T	A, C, G, U
Ditemukan	Nukleus, mitokondria	Nukleus, mitokondria  dan Sitoplasma
Struktur helix	Helix ganda	Helix tunggal
Stabilitas	Lebih stabil	Kurang stabil

 

 

Gambar 4. Perbedaan antara DNA dan RNA

Proses Transkripsi pada eukariot (baik hewan maupun fungi) melalui proses yang cukup kompleks dibandingkan dengan prokariot. Pada eukariot terdapat pembagian gen menjadi tiga kelompok. Gen adalah untaian DNA yang menyandi satu molekul protein atau molekukl RNA. Tiga kelas gen eukariot adalah: gen kelas I, gen kelas II dan gen kelas III. Dilakukan pengelompokkan gen-gen ini, karena proses transkripsi pada masing-masing kelas gen tersebut melibatkan faktor transkripsi dan enzim yang berbeda-beda. Selain itu, kelas-kelas gen ini juga memiliki implikasi pada struktur dari masing-masing kelas gen.

•  Gen kelas I adalah gen-gen yang menyandi beberapa macam ribosomal RNA (rRNA) yang terdiri dari 18s rRNA, 28s rRNA dan 5,8s rRNA. 
• Gen Kelas II adalah gen yang mengkode beberapa jenis RNA nukleus dan keseluruhan jenis protein.
• Gen Kelas III adalah gen yang menyandi beberapa jenis RNA nukleus dan molekul 5S rRNA serta tRNA.

Proses transkripsi pada masing-masing kelas gen, melibatkan enzim RNA polymerase yang berbeda-beda. Gen kelas I ditranskripsikan oleh enzim RNA polymerase I, gen kelas II oleh RNA polymerase II dan gen kelas III oleh RNA polymerase III (Anonim, 2013). Setiap jenis RNA polymerase memiliki karakter dan sifat yang berbeda-beda. Berikut ini adalah table perbedaan dari setiap RNA polymerase.

Tabel 2. Perbedaan sifat ketiga RNA polymerase

	RNA Polymerase I	RNA Polymerase II	RNA Polymerase III
Peranan	Transkripsi gen kelas I	Transkripsi gen kelas II	Transkripsi gen kelas III
Produk utama	rRNA, snRNA	mRNA, miRNA	tRNA, rRNA 5S, snRNA
Berat Molekul	630 kDa	567 kDa	697 kDa
Jumlah subunit	13	12	14
Aktivitas	Aktif pada kekuatan ion rendah, distimulasi oleh Mn2+ maupun Mg2+	Aktif pada kekuatan ion tinggi, lebih aktif dengan adanya Mn2+ maupun Mg2+	Aktif pada kekuatan ionic dengan kisaran cukup besar, lebih aktif dengan adanya Mn2+
Tanggapan terhadap α-amanitin	Sangat tahan	Sangat rentan	Terhambat pada konsentrasi tinggi
Lokasi dalam sel	Nukleus	Nukleoplasma	Nukleoplasma

(diadaptasi dari : Yuwono, 2002)

A. Mekanisme transkripsi gen kelas II

Pembahasan mengenai mekanisme transkripsi akan dimulai dengan mekanisme transkripsi pada gen kelas II. Hal ini dikarenakan informasi terkait transkripsi gen kelas ini lebih ekstensif dibanding gen kelas I dan III. Transkripsi gen kelas II melibatkan beberapa faktor transkripsi yang terdiri dari : TFIIA,TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH, TFIIJ. Pada dasarnya, transkripsi terjadi melalui tiga tahap utama, yaitu: inisiasi, elongasi dan terminasi (Azhar, 2008).

Inisiasi Transkripsi

Tahap awal dari proses inisiasi ini adalah pembentukan kompleks faktor transkripsi (kompleks pra-inisiasi). Adanya ikatan dengan kompleks pra inisiasi akan menyebabkan terbukanya rantai untai ganda DNA. Urutan penempelan kompleks pra inisiasi adalah sebagai berikut:

1. TFIID akan menempel pada bagian kotak TATA pada promoter, yang dibantu oleh faktor transkripsi TFIIA, kompleks ini disebut kompleks DA.
2. Kemudian diikuti dengan penempelan TFIIB, TFIIF dan RNA polymerase secara berurutan.
3. Akhirnya TFIIE akan menempel dan diikuti oleh TFIIH, kompleks pra inisiasi ini disebut kompleks DABPoIFEH.

Ilustrasi proses penempelan faktor transkripsi dalam membentuk kompleks pra inisiasi disajikan pada Gambar 5. Setelah kompleks pra inisiasi terbentuk, RNA polymerase II bersama dengan TFIIH menutupi daerah promoter mulai dari posisi -34 sampai dengan +17. Tahap selanjutnya yaitu proses pemanjangan rantai atau dikenal dengan elongasi.

Gambar 5. Proses pembentukan kompleks pra inisiasi transkripsi  

Terdapat perbedaan komponen penyusun faktor transkripsi pada yeast dan hewan, yang disajikan pada tabel 3.

Tabel 3. Perbedaan komponen faktor transkripsi Manusia dan Yeast

No	Manusia	Yeast	No	Manusia	Yeast
1	hTAF 50/230	TAF 145/130	10	hTAF30	TAF25/23
2	hTAF 135/130	-	11	-	TAF47
3	hTAF 150/CIF 150	TAF150	12	AF-9,ENL	TAF30
4	hTAF105	-	13	hTAF20/15	TAF68/61
5	hTAF100/95	TAF90	14	hTAF80/70	TAF60
6	hTAF55	TAF67	15	hTAF32/31	TAF20/17
7	hTAF43	-	16	hTAF28	TAF40
8	hTAF30	TAF25/23	17	htAF18	TAF19
9	hTAF43	-

     

Elongasi Transkripsi

Pemanjangan rantai RNA terjadi pada bagian gelembung transkripsi, basa-basa RNA akan membentuk hibrid dengan DNA cetakan pada panjang sekitar 12 nukleotida. Ikatan antara RNA dan DNA ini bersifat sementera, dan akan terlepas kembali setelah molekul RNA polymerase berjalan. Sementara itu, molekul heliks ganda yang terbuka akan tertutup kembali. Urutan RNA yang dihasilkan merupakan komplementer dari molekul DNA cetakan, tetapi identik dengan urutan DNA pengkode, sesuai dengan contoh berikut ini:

5’-ATG GTC CTT TAC TTG TCT GTA TTT-3’  DNA  pengkode

3’-TAC CAG GAA ATG AAC AGA CAT AAA-5’  DNA cetakan

5’-AUG GUC CUU UAC UUG UCU GUA UUU-3’  RNA hasil transkripsi

Laju pemanjangan transkrip secara umum berkisar antar 30-60 nukleotida perdetik. Dalam proses pemanjangan, molekul nukleotida RNA ditambahkan secara kovalen pada ujung 3’ RNA yang baru. Terdapat dua hipotesis mengenai mekanisme pemanjangan transkrip ini. Hipotesis 1: menyatakan bahwa, selama pemanjangan rantai, RNA polymerase akan bergerak melingkari untaian, sehingga molekul DNA tidak mengalami pelintiran, sedangkan molekul RNA yang baru yang mengalami pelintiran. Hipotesis 2: menyatakan bahwa, selama pemanjangan rantai, RNA polymerase akan berjalan lurus sehingga, molekul DNA akan terpelintir dan ini yang menyebabkan nukleotida didepannya akan membuka dan molekul nukleotida dibelakang akan memuntir menutup kembali. Selain itu, molekul RNA yang terbentuk tidak akan terpelintir. Tahapan berikutnya setelah pemanjangan adalah terminasi.

Terminasi Transkripsi

Pengakhiran proses transkripsi akan terjadi ketika RNA polymerase mengalami bentuk yang tidak terfosforilasi, yang disebabkan oleh adanya aktivitas fosfatase yang spesifik untuk CTD. Proses terminasi transkripsi pada eukariot baik hewan maupun fungi belum banyak diketahui. Berbeda halnya dengan bakteri atau prokariot.

B. Mekanisme transkripsi gen kelas I

RNA polymerase I merupakan gen yang bertanggung jawab pada proses transkripsi gen kelas I. Tahap  awal dimulai dengan pembentukan kompleks pra inisiasi yang dilakukan oleh RNA polimerase I dan dua faktor transkripsi yaitu SL1 dan UBF. Tahapan detail dari mekanisme inisiasi transkripsi gen kelas I belum banyak diketahui.  SL1 merupakan faktor transkripsi yang spesifik untuk setiap spesies tertentu. Faktor SL1 diketahui berperan dalam penyusunan kompleks pra inisiasi RNA polimerase 1. Spesifisitas SL1 terhadap suatu promotor dibantu oleh elemen promotor utama (core promoter elemen). Pada manusia, faktor SL1 manusia tidak berikatan pada daerah promotor gen rRNA secara langsung. Sedangkan pada mencit, faktor SL1 mencit menempel langsung pada promotor gen rRNA mencit. Sebagai akibatnya, faktor SL1 manusia hanya aktif terhadap promotor manusia sedangkan SL1 mencit hanya aktif pada promotor mencit. Akan tetapi, faktor UBF manusia dapat menggantikan fungsi UBF dari mencit dan sebaliknya.

RNA Pol I bertanggung jawab dalam sintesis rRNA secara terus-menerus selama interfase. Sel manusia mengandung lima rumpun (cluster) gen penyandi rRNA yang terdiri atas sekitar 40 salinan dan terletak pada kromosom-kromosom yang berbeda. Masing-masing gen rRNA menghasilkan transkrip 45S rRNA yang panjangnya lebih kurang 13.000 nukleotida (nt). Transkrip ini akan terbagi menjadi sebuah 28S (5.000 nt), 18S (2.000 nt), dan 5,8S (160 nt) rRNA. Transkripsi salinan gen-gen rRNA secara berkesinambungan diperlukan untuk mencukupi produksi rRNA yang selanjutnya akan dikemas ke dalam ribosom. 

Cukup sampai disini dulu yah, mekanisme transkripsi gen kelas II dan lainnya akan disambung pada postingan berikutnya yah... belum ready gambar2nya...

See you in next post.

Oh iya lupa, kalo mau makalah lengkap dalam format pdf, bisa search di academia.