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:
- TFIID
akan menempel pada bagian kotak TATA pada promoter, yang dibantu oleh faktor transkripsi
TFIIA, kompleks ini disebut kompleks DA.
- Kemudian diikuti dengan penempelan TFIIB,
TFIIF dan RNA polymerase secara berurutan.
- 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.
