ekspresi gen 4

 

mana ditentukan oleh kristalografi x-ray. (A) Konformasi tiga 

dimensi dari rRNA subunit besar (5S dan 23S) seperti yang muncul 

dalam ribosom. Salah satu subunit protein dari ribosom (L1) juga 

ditunjukkan sebagai titik referensi, karena membentuk tonjolan khas 

pada ribosom. (B) Diagram skematis dari struktur sekunder rRNA 23S, 

menunjukkan jaringan basepairing yang luas. Struktur ini telah dibagi 

menjadi enam "domain" yang warnanya sesuai dengan yang ada di (A). 

Diagram struktur sekunder sangat terencana untuk mewakili sebanyak 

mungkin struktur dalam dua dimensi. Untuk melakukan ini, beberapa 

diskontinuitas dalam rantai RNA telah diperkenalkan, meskipun pada 

kenyataannya RNA 23S yaitu  molekul RNA tunggal. Misalnya, 

pangkalan Domain III kontinu dengan pangkalan Domain IV meskipun 

ada celah di diagram. (Diadaptasi dari N. Ban et al., Sains 289: 905-920, 

2000. Dengan izin dari AAAS.) 

 

 175 

 

Berbeda sekali dengan posisi sentral rRNA, protein 

ribosom umumnya terletak di permukaan dan mengisi celah 

dan celah RNA yang terlipat (Gambar 70). Beberapa protein 

ini mengirimkan daerah panjang rantai polipeptida yang 

menembus jarak pendek ke dalam lubang di inti RNA 

(Gambar 71). Peran utama protein ribosom tampaknya 

untuk menstabilkan inti RNA, sementara memungkinkan 

perubahan konformasi rRNA yang diperlukan untuk RNA 

ini untuk mengkatalisis sintesis protein yang efisien. Protein 

mungkin juga membantu dalam perakitan awal rRNA yang 

membentuk inti dari ribosom. Tidak hanya situs A-, P-, dan 

E-binding untuk tRNA dibentuk terutama oleh RNA 

ribosom, namun  situs katalitik untuk pembentukan ikatan 

peptida juga dibentuk oleh RNA, karena asam amino 

terdekat terletak lebih dari 1,8 nm jauhnya. Penemuan ini 

mengejutkan para ahli biologi karena, tidak seperti protein, 

RNA tidak mengandung gugus fungsi yang mudah 

terionisasi yang dapat dipakai  untuk mengkatalisasi reaksi 

canggih seperti pembentukan ikatan peptida. Selain itu, ion 

logam, yang sering dipakai  oleh molekul RNA untuk 

mengkatalisasi reaksi kimia (seperti yang dibahas kemudian 

dalam bab ini), tidak diamati di situs aktif ribosom. Alih-

 176 

 

alih, diyakini bahwa 23S rRNA membentuk kantung yang 

sangat terstruktur yang, melalui jaringan ikatan hidrogen, 

secara tepat mengarahkan kedua reaktan (rantai peptida 

yang sedang tumbuh dan aminoacyl-tRNA) dan dengan 

demikian sangat mempercepat kovalen mereka bergabung. 

Selain itu, tRNA di situs P berkontribusi ke situs aktif, 

mungkin memasok gugus OH fungsional yang berpartisipasi 

langsung dalam katalisis. Mekanisme ini dapat memastikan 

bahwa katalisis hanya terjadi saat  tRNA diposisikan 

dengan benar dalam ribosom. 

 

Gambar 70 Lokasi komponen protein bakteri subunit ribosom besar. 

RRNA (5S dan 23S) ditampilkan dalam warna abu-abu dan protein 

subunit besar (27 dari total 31) dalam emas. Untuk kenyamanan, struktur 

protein hanya menggambarkan tulang punggung polipeptida. (A) 

Antarmuka dengan subunit kecil, tampilan yang sama ditunjukkan pada 

 177 

 

Gambar 64B. (B) Sisi yang berlawanan dengan yang ditunjukkan pada 

(A), diperoleh dengan memutar (A) sebesar 180 ° di sekitar sumbu 

vertikal. (C) Selanjutnya sedikit rotasi (B) melalui sumbu diagonal, 

memungkinkan pandangan ke saluran keluar peptida di tengah struktur. 

(Dari N. Ban et al., Sains 289: 905-920, 2000. Dengan izin dari AAAS.) 

 

 

 

 

 

 

 

 

Molekul RNA yang memiliki aktivitas katalitik dikenal 

sebagai ribozim. Kita telah melihat sebelumnya dalam bab 

ini bagaimana ribozim lain berfungsi dalam reaksi 

Gambar 71 Struktur protein L15 dalam subunit besar 

ribosom bakteri. Domain globular protein terletak 

pada permukaan ribosom dan daerah yang luas 

menembus jauh ke dalam inti RNA ribosom. Protein 

L15 ditunjukkan dengan warna kuning dan sebagian 

dari inti RNA ribosom ditampilkan dalam warna 

merah. (Dari D. Klein, P.B. Moore dan T. Steitz, J. 

Mol. Biol. 340: 141–147, 2004. Dengan izin dari 

Academic Press.) 

 178 

 

penyambungan sendiri (misalnya, lihat Gambar 36). Pada 

bagian akhir bab ini, kami mempertimbangkan apa 

kemampuan molekul RNA berfungsi sebagai katalis untuk 

berbagai macam reaksi yang berbeda mungkin berarti bagi 

evolusi awal sel hidup. Untuk saat ini, kami hanya mencatat 

bahwa ada alasan bagus untuk mencurigai bahwa RNA 

dibandingkan  molekul protein berfungsi sebagai katalis pertama 

untuk sel hidup. Jika demikian, ribosom, dengan inti RNA-

nya, mungkin merupakan peninggalan masa lalu dalam 

sejarah kehidupan saat  sintesis protein berevolusi dalam 

sel yang dijalankan hampir seluruhnya oleh ribozim. 

 

Urutan Nukleotida dalam Sinyal mRNA Di mana Mulai 

Sintesis Protein 

Inisiasi dan penghentian fitur berbagi terjemahan dari 

siklus perpanjangan terjemahan yang dijelaskan di atas. Situs 

di mana sintesis protein dimulai pada mRNA sangat 

penting, karena ia menetapkan kerangka pembacaan untuk 

seluruh panjang pesan. Kesalahan salah satu nukleotida 

pada tahap ini akan menyebabkan setiap kodon berikutnya 

dalam pesan salah dibaca, menghasilkan protein 

 179 

 

nonfungsional dengan urutan asam amino yang kacau. 

Langkah inisiasi juga penting karena bagi sebagian besar gen 

itu yaitu  titik terakhir di mana sel dapat memutuskan 

apakah mRNA harus diterjemahkan dan protein disintesis; 

tingkat inisiasi dengan demikian merupakan salah satu 

penentu dari tingkat di mana setiap protein disintesis. Kita 

akan melihat di Bab 7 bahwa sel menggunakan beberapa 

mekanisme untuk mengatur inisiasi terjemahan. 

Terjemahan mRNA dimulai dengan kodon AUG, dan 

tRNA khusus diperlukan untuk memulai terjemahan. 

Inisiator ini tRNA selalu membawa asam amino metionin 

(pada bakteri, bentuk metionin yang dimodifikasi — 

formylmethionine — dipakai ), dengan hasil bahwa semua 

protein yang baru dibuat memiliki metionin sebagai asam 

amino pertama pada N-terminus mereka, akhir protein yang 

disintesis terlebih dahulu. Metionin ini biasanya dihilangkan 

kemudian dengan protease spesifik. Inisiator tRNA dapat 

dikenali secara khusus oleh faktor inisiasi karena memiliki 

urutan nukleotida yang berbeda dari tRNA yang biasanya 

membawa metionin. 

 180 

 

Dalam eucaryotes, inisiator tRNA-methionine complex 

(Met-tRNAi) pertama kali dimuat ke dalam subunit ribosom 

kecil bersama dengan protein tambahan yang disebut faktor 

inisiasi eukariotik, atau eIFs (Gambar 72). Dari semua 

aminoasil-tRNA di dalam sel, hanya inisiator bermuatan 

metionin tRNA yang mampu mengikat subunit ribosom 

kecil dengan erat tanpa ada ribosom lengkap dan mengikat 

langsung ke situs-P. Selanjutnya, subunit ribosom kecil 

berikatan dengan ujung 5‘ molekul mRNA, yang dikenali 

berdasarkan tutup 5‘ dan dua faktor inisiasi terikatnya, 

eIF4E (yang secara langsung mengikat tutup) dan eIF4G 

(lihat Gambar 40 ). Subunit ribosom kecil kemudian 

bergerak maju (5‘ hingga 3’) di sepanjang mRNA, mencari 

AUG pertama. Faktor inisiasi tambahan yang bertindak 

sebagai helikopter yang didukung ATP memfasilitasi 

pergerakan ribosom melalui struktur sekunder RNA. Dalam 

90% mRNA, terjemahan dimulai pada AUG pertama yang 

ditemui oleh subunit kecil. Pada titik ini, faktor inisiasi 

terdisosiasi, memungkinkan subunit ribosom besar untuk 

berkumpul dengan kompleks dan menyelesaikan ribosom. 

Inisiator tRNA masih terikat ke situs-P, meninggalkan Asite 

 181 

 

kosong. Sintesis protein karenanya siap untuk dimulai (lihat 

Gambar 72). 

 182 

 

 

Gambar 72 Inisiasi sintesis protein 

pada eucaryotes. Hanya tiga dari 

banyak faktor inisiasi terjemahan 

yang diperlukan untuk proses ini 

ditampilkan. Inisiasi terjemahan 

yang efisien juga membutuhkan 

ekor poli-A dari mRNA yang diikat 

oleh protein pengikat poli-A yang, 

pada gilirannya, berinteraksi 

dengan eIF4G. Dengan cara ini, 

alat terjemahan memastikan bahwa 

kedua ujung mRNA masih utuh 

sebelum memulai sintesis protein 

(lihat Gambar 40). Meskipun hanya 

satu peristiwa hidrolisis GTP 

ditunjukkan pada gambar, yang 

kedua diketahui terjadi tepat 

sebelum subunit ribosom besar dan 

kecil bergabung. 

 

 183 

 

 

Nukleotida yang mengelilingi lokasi awal dalam 

mRNA eukariotik mempengaruhi efisiensi pengenalan AUG 

selama proses pemindaian di atas. Jika situs pengenalan ini 

berbeda secara substansial dari urutan pengakuan konsensus 

(5‘ -ACCAUGG-3‘), pemindaian subunit ribosom terkadang 

akan mengabaikan kodon AUG pertama dalam mRNA dan 

sebagai gantinya beralih ke kodon AUG kedua atau ketiga. 

Sel sering menggunakan fenomena ini, yang dikenal sebagai 

"pemindaian bocor," untuk menghasilkan dua atau lebih 

protein, berbeda dalam N-termini mereka, dari molekul 

mRNA yang sama. Ini memungkinkan beberapa gen untuk 

menghasilkan protein yang sama dengan dan tanpa urutan 

sinyal yang terpasang pada N-terminusnya, misalnya, 

sehingga protein diarahkan ke dua kompartemen berbeda di 

dalam sel. 

Mekanisme untuk memilih kodon awal pada bakteri 

berbeda. Bakteri mRNA tidak memiliki tutup 5‘ untuk 

memberi sinyal ribosom tempat untuk mulai mencari awal 

terjemahan. Sebaliknya, setiap mRNA bakteri mengandung 

situs ribosomebinding spesifik (disebut urutan Shine-

Dalgarno, dinamai menurut penemunya) yang terletak 

 184 

 

beberapa nukleotida di hulu AUG di mana terjemahan akan 

dimulai. Urutan nukleotida ini, dengan konsensus 5‘ -

AGGAGGU-3‘, membentuk pasangan basa dengan 16S 

rRNA dari subunit ribosom kecil untuk memposisikan 

kodon AUG awal dalam ribosom. Seperangkat faktor inisiasi 

terjemahan mengatur interaksi ini, serta perakitan subunit 

ribosom besar berikutnya untuk melengkapi ribosom. 

Tidak seperti ribosom eukariotik, ribosom bakteri dapat 

dengan mudah berkumpul langsung pada kodon awal yang 

terletak di bagian dalam molekul mRNA, selama situs 

pengikatan ribosom mendahului oleh beberapa nukleotida. 

Akibatnya, mRNA bakteri sering bersifat polisistronik  yaitu, 

mereka mengkode beberapa protein berbeda, yang masing-

masing diterjemahkan dari molekul mRNA yang sama 

(Gambar 73). Sebaliknya, mRNA eukariotik umumnya 

hanya mengkode protein tunggal. 

 

 185 

 

Gambar 73 Struktur molekul mRNA bakteri khas. Tidak seperti 

ribosom eukariotik, yang biasanya membutuhkan ujung 5’ capped, 

ribosom procaryotic memulai transkripsi di situs pengikatan ribosom 

(urutan Shine-Dalgarno), yang dapat ditemukan di mana saja di 

sepanjang molekul mRNA. Sifat ribosom ini memungkinkan bakteri 

untuk mensintesis lebih dari satu jenis protein dari molekul mRNA 

tunggal. 

 

Stop Codons Tanda Akhir Terjemahan 

Akhir dari pesan pengkodean protein ditandai oleh 

kehadiran satu dari tiga kodon stop (UAA, UAG, atau 

UGA) (lihat Gambar 50). Ini tidak dikenali oleh tRNA dan 

tidak menentukan asam amino, melainkan sinyal ke ribosom 

untuk menghentikan terjemahan. Protein yang dikenal 

sebagai faktor pelepas mengikat ribosom dengan kodon stop 

yang diposisikan di situs A, memaksa peptidil transferase 

dalam ribosom untuk mengkatalisasi penambahan molekul 

air alih-alih asam amino ke peptidyl-tRNA (Gambar 74). 

Reaksi ini membebaskan ujung karboksil dari rantai 

polipeptida yang tumbuh dari perlekatannya pada molekul 

tRNA, dan karena hanya perlekatan ini yang biasanya 

menahan polipeptida yang tumbuh pada ribosom, rantai 

protein yang lengkap segera dilepaskan ke dalam sitoplasma. 

Ribosom kemudian melepaskan mRNA dan berpisah 

 186 

 

menjadi subunit besar dan kecil, yang dapat berkumpul pada 

molekul mRNA ini atau yang lain untuk memulai putaran 

baru sintesis protein. 

 

 

Gambar 74 Fase akhir sintesis 

protein. Pengikatan faktor rilis ke situs-

A yang mengandung kodon berhenti 

menghentikan terjemahan. Polipeptida 

lengkap dilepaskan dan, dalam 

serangkaian reaksi yang membutuhkan 

protein tambahan dan hidrolisis GTP 

(tidak ditunjukkan), ribosom 

berdisosiasi menjadi dua subunit yang 

terpisah. 

 187 

 

Faktor rilis yaitu  contoh dari mimikri molekuler, di 

mana satu jenis makromolekul menyerupai bentuk molekul 

yang tidak berhubungan secara kimiawi. Dalam hal ini, 

struktur tiga dimensi faktor pelepasan (seluruhnya terbuat 

dari protein) menyerupai bentuk dan distribusi muatan 

molekul tRNA (Gambar 75). Bentuk dan mimikri muatan ini 

membantu mereka memasuki situs-A pada ribosom dan 

menyebabkan penghentian terjemahan. 

 

Gambar 75 Struktur faktor pelepasan terjemahan manusia (eRF1) dan 

kemiripannya dengan molekul tRNA. Protein ada di sebelah kiri dan 

tRNA di sebelah kanan. (Dari H. Song et al., Cell 100: 311-321, 2000. 

Dengan izin dari Elsevier.) 

 

 188 

 

Selama penerjemahan, polipeptida yang baru lahir 

bergerak melalui terowongan besar berisi air (sekitar 10 nm x 

1,5 nm) di subunit besar ribosom (lihat Gambar 70C). 

Dinding terowongan ini, terutama terbuat dari 23S rRNA, 

yaitu  tambalan permukaan hidrofobik kecil yang tertanam 

di permukaan hidrofilik yang lebih luas. Struktur ini tidak 

melengkapi peptida apa pun, dan karenanya memberikan 

lapisan "Teflon" di mana rantai polipeptida dapat dengan 

mudah meluncur. Dimensi terowongan menunjukkan bahwa 

protein yang baru lahir sebagian besar tidak terstruktur 

saat  mereka melewati ribosom, meskipun beberapa daerah 

heliks protein dapat terbentuk sebelum meninggalkan 

terowongan ribosom. Saat daun ribosom, protein yang baru 

disintesis harus dilipat menjadi konformasi tiga dimensi yang 

tepat untuk berguna bagi sel, dan kemudian dalam bab ini 

kita membahas bagaimana lipatan ini terjadi. Namun, 

pertama-tama, kami menggambarkan beberapa aspek 

tambahan dari proses penerjemahan itu sendiri. 

 

 

 

 189 

 

Protein Dibuat dari Polyribosomes 

Sintesis sebagian besar molekul protein membutuhkan 

waktu antara 20 detik dan beberapa menit. Namun, selama 

periode yang sangat singkat ini, biasanya inisiasi berganda 

terjadi pada setiap molekul mRNA yang sedang 

diterjemahkan. Segera setelah ribosom sebelumnya telah 

menerjemahkan cukup dari urutan nukleotida untuk 

bergerak keluar, ujung 5‘ mRNA dijalin menjadi ribosom 

baru. Karenanya, molekul mRNA yang diterjemahkan 

biasanya ditemukan dalam bentuk polyribosom (atau 

polisom): rakitan sitoplasma besar yang terdiri dari beberapa 

ribosom yang berjarak hampir 80 nukleotida yang terpisah 

sepanjang molekul mRNA tunggal (Gambar 76). Inisiasi 

berganda ini memungkinkan sel untuk membuat lebih 

banyak molekul protein dalam waktu tertentu dibandingkan  yang 

mungkin jika masing-masing harus diselesaikan sebelum 

berikutnya dapat dimulai. <GAAG> 

 190 

 

 

Gambar 76A polyribosome. (A) Gambar skematik yang menunjukkan 

bagaimana serangkaian ribosom dapat secara bersamaan menerjemahkan 

molekul mRNA eukariotik yang sama. (B) Mikrograf elektron dari 

polyribosome dari sel eukariotik. (B, milik John Heuser.) 

 

Bakteri dan eukariota menggunakan polisom, dan 

keduanya menggunakan strategi tambahan untuk 

mempercepat laju keseluruhan sintesis protein lebih jauh. 

Karena mRNA bakteri tidak perlu diproses dan dapat 

diakses oleh ribosom saat sedang dibuat, ribosom dapat 

menempel pada ujung bebas molekul mRNA bakteri dan 

mulai menerjemahkannya bahkan sebelum transkripsi RNA 

 191 

 

selesai, mengikuti persis di belakang RNA polimerase saat 

bergerak di sepanjang DNA. Dalam eucaryotes, seperti yang 

telah kita lihat, ujung 5‘ dan 3‘ dari mRNA berinteraksi 

(lihat Gambar 40 dan 6–76A); oleh karena itu, segera setelah 

ribosom terdisosiasi, kedua subunitnya berada dalam posisi 

optimal untuk memulai kembali terjemahan pada molekul 

mRNA yang sama. 

 

Ada Variasi Kecil dalam Kode Genetika Standar 

Seperti dibahas dalam Bab 1, kode genetik 

(ditunjukkan pada Gambar 50) berlaku untuk ketiga cabang 

utama kehidupan, memberikan bukti penting bagi leluhur 

bersama semua kehidupan di Bumi. Meskipun jarang, ada 

pengecualian untuk kode ini. Misalnya, Candida albicans, 

patogen jamur manusia yang paling umum, menerjemahkan 

CUG kodon sebagai serin, sedangkan hampir semua 

organisme lain menerjemahkannya sebagai leusin. 

Mitokondria (yang memiliki genomnya sendiri dan 

menyandikan banyak alat terjemahannya) sering 

menyimpang dari kode standar. Sebagai contoh, dalam 

mitokondria mamalia AUA diterjemahkan sebagai metionin, 

 192 

 

sedangkan dalam sitosol sel diterjemahkan sebagai isoleusin 

(lihat Tabel 14-3, hal. 862). Jenis penyimpangan dalam kode 

genetik ini "tertanam" ke dalam organisme atau organel 

tempat terjadinya. 

Jenis variasi yang berbeda, kadang-kadang disebut 

pengkodean terjemahan, terjadi di banyak sel. Dalam hal ini, 

informasi sekuens nukleotida lain yang ada dalam mRNA 

dapat mengubah makna kode genetik di lokasi tertentu 

dalam molekul mRNA. Kode standar memungkinkan sel 

untuk memproduksi protein hanya menggunakan 20 asam 

amino. Namun, bakteri, archaea, dan eucaryotes memiliki 

asam amino dua puluh satu yang dapat dimasukkan secara 

langsung ke dalam rantai polipeptida yang sedang tumbuh 

melalui pengkodean ulang terjemahan. Selenocysteine, yang 

sangat penting untuk fungsi efisien berbagai enzim, 

mengandung atom selenium menggantikan atom sulfur 

sistein. Selenocysteine diproduksi secara enzimatik dari serin 

yang melekat pada molekul tRNA khusus yang berpasangan 

dengan kodon UGA, kodon yang biasanya dipakai  untuk 

memberi sinyal penghentian terjemahan. MRNA untuk 

protein di mana selenocysteine harus dimasukkan pada 

 193 

 

kodon UGA membawa urutan nukleotida tambahan di 

mRNA terdekat yang menyebabkan peristiwa pengkodean 

ulang ini (Gambar 77). 

 

Gambar 77. Penyatuan selenosistein menjadi rantai polipeptida yang 

sedang tumbuh. Sebuah tRNA khusus diisi dengan serin oleh seret 

sintetik normal, dan serin selanjutnya diubah secara enzimatis menjadi 

selenosistein. Struktur RNA spesifik dalam mRNA (struktur batang dan 

loop dengan urutan nukleotida tertentu) menandakan bahwa 

selenocysteine harus dimasukkan pada kodon UGA yang berdekatan. 

Sebagaimana ditunjukkan, acara ini membutuhkan partisipasi dari faktor 

terjemahan spesifik-selenocysteine. 

 

Bentuk pengkodean ulang lainnya, transleshifting 

translasi, memungkinkan lebih dari satu protein disintesis 

dari mRNA tunggal. Retrovirus, anggota kelompok besar 

patogen yang menginfeksi eukariotik, umumnya 

menggunakan frameshifting translasi untuk membuat protein 

 194 

 

kapsid (protein Gag) dan transkriptase balik virus dan 

integrase (protein Pol) dari transkrip RNA yang sama (lihat 

Gambar 5–73). Virus membutuhkan lebih banyak salinan 

protein Gag dibandingkan  protein Pol. Penyesuaian kuantitatif ini 

dicapai dengan menyandikan gen Pol tepat setelah gen Gag 

namun  dalam kerangka bacaan yang berbeda. Sejumlah kecil 

produk gen Pol dibuat karena, kadang-kadang, frameshift 

translasi hulu memungkinkan protein Gag menghentikan 

kodon untuk dilewati. Frameshift ini terjadi pada kodon 

tertentu dalam mRNA dan membutuhkan sinyal 

pengkodean ulang yang spesifik, yang tampaknya 

merupakan fitur struktural dari urutan RNA di bagian bawah 

situs ini (Gambar 78). 

 195 

 

 

Gambar 78 Frameshifting translasional yang menghasilkan reverse 

transcriptase dan integrase dari retrovirus Transcriptase balik virus dan 

integrase diproduksi oleh pemrosesan proteolitik dari protein besar 

(protein fusi Gag-Pol) yang terdiri dari urutan asam amino Gag dan Pol. 

Pemrosesan proteinolitik dari protein Gag yang lebih banyak 

menghasilkan protein kapsid virus. Baik protein fusi Gag dan Pol mulai 

dengan mRNA yang identik, namun  sementara protein Gag berakhir pada 

kodon berhenti di hilir dari urutan yang ditunjukkan, terjemahan protein 

fusi Gag-Pol memintas kodon berhenti ini, memungkinkan sintesis yang 

lebih lama Protein fusi Gag – Pol. Stop-codon-bypass dimungkinkan oleh 

frameshift translasi yang terkontrol, seperti yang diilustrasikan. Fitur 

dalam struktur RNA lokal (termasuk loop RNA yang ditunjukkan) 

menyebabkan tRNALeu yang melekat pada terminal-C dari rantai 

polipeptida yang sedang tumbuh kadang-kadang tergelincir ke belakang 

oleh satu nukleotida pada ribosom. sehingga berpasangan dengan kodon 

UUU dan bukan kodon UUA yang pada awalnya menentukan 

penggabungannya; kodon berikutnya (AGG) dalam bingkai bacaan baru 

 196 

 

menentukan arginin dibandingkan  glisin. Selip terkendali ini sebagian 

disebabkan oleh pseudoknot yang terbentuk dalam viral mRNA (lihat 

Gambar 102). Urutan yang ditunjukkan yaitu  dari virus AIDS 

manusia, HIV. (Diadaptasi dari T. Jacks et al., Nature 331: 280–283, 

1988. Dengan izin dari Macmillan Publishers Ltd.) 

 

Inhibitor dari Sintesis Protein Procaryotic Berguna sebagai 

Antibiotik 

Banyak antibiotik yang paling efektif dipakai  dalam 

pengobatan modern yaitu  senyawa yang dibuat oleh jamur 

yang menghambat sintesis protein bakteri. Jamur dan bakteri 

bersaing untuk banyak relung lingkungan yang sama, dan 

jutaan tahun evolusi bersama telah menghasilkan jamur yang 

menghasilkan inhibitor bakteri kuat. Beberapa obat ini 

mengeksploitasi perbedaan struktural dan fungsional antara 

ribosom bakteri dan eukariotik sehingga dapat mengganggu 

fungsi ribosom bakteri. Dengan demikian manusia dapat 

mengambil dosis tinggi dari beberapa senyawa ini tanpa 

toksisitas yang tidak semestinya. Banyak antibiotik 

dimasukkan ke dalam kantong di RNA ribosom dan hanya 

mengganggu operasi ribosom yang lancar (Gambar 79). 

Tabel–4 daftar beberapa antibiotik yang lebih umum dari 

jenis ini bersama dengan beberapa inhibitor lain dari sintesis 

 197 

 

protein, beberapa di antaranya bertindak pada sel eukariotik 

dan karenanya tidak dapat dipakai  sebagai antibiotik. 

 

Gambar 79 Situs pengikatan untuk antibiotik pada ribosom bakteri. 

Subunit ribosom kecil (kiri) dan besar (kanan) disusun seolah-olah 

ribosom telah dibuka seperti buku; molekul tRNA terikat ditunjukkan 

dengan warna ungu (lihat Gambar 64). Sebagian besar antibiotik 

menunjukkan ikatan langsung ke kantong yang dibentuk oleh molekul 

RNA ribosom. Hygromycin B menginduksi kesalahan dalam 

terjemahan, spectinomycin memblokir translokasi peptidyl-tRNA dari 

situs-A ke situs-P, dan streptogramin B mencegah pemanjangan peptida 

yang baru lahir. Tabel-4 mencantumkan mekanisme penghambatan 

antibiotik lain yang ditunjukkan pada gambar. (Diadaptasi dari J. 

Poehlsgaard dan S. Douthwaite, Nat. Rev. Microbiol 3: 870-881, 2005. 

Dengan izin dari Macmillan Publishers Ltd.) 

 198 

 

 

Karena mereka memblokir langkah-langkah spesifik 

dalam proses yang mengarah dari DNA ke protein, banyak 

senyawa yang tercantum dalam Tabel-4 berguna untuk studi 

biologi sel. Di antara obat yang paling umum dipakai  

dalam penyelidikan tersebut yaitu  kloramfenikol, 

sikloheksimid, dan puromisin, yang semuanya secara 

spesifik menghambat sintesis protein. Dalam sel eukariotik, 

misalnya, kloramfenikol menghambat sintesis protein pada 

ribosom hanya di mitokondria (dan dalam kloroplas pada 

tanaman), mungkin mencerminkan asal-usul prokariotik dari 

organel-organel ini (dibahas pada Bab 14). Cycloheximide, 

sebaliknya, hanya mempengaruhi ribosom dalam sitosol. 

Puromisin sangat menarik karena merupakan analog 

struktural dari molekul tRNA yang dihubungkan dengan 

asam amino dan karenanya merupakan contoh lain dari 

mimikri molekuler; ribosom salah mengartikannya sebagai 

asam amino otentik dan secara kovalen menggabungkannya 

pada terminal-C dari rantai peptida yang sedang tumbuh, 

sehingga menyebabkan terminasi dini dan pelepasan 

polipeptida. Seperti yang mungkin diharapkan, puromisin 

 199 

 

menghambat sintesis protein baik pada procaryote maupun 

eucaryotes. 

Tabel–4 Penghambat Protein atau Sintesis RNA 

INHIBITOR EFEK SPESIFIK 

Hanya bertindak pada bakteri 

Tetrasiklin 

Menghambat pengikatan aminoasil-tRNA ke 

situs-A ribosom 

Streptomycine 

Mencegah transisi dari inisiasi terjemahan ke 

perpanjangan rantai dan juga menyebabkan 

kesalahan kode 

Chloramphenico 

Memblokir reaksi peptidil transferase pada 

ribosom (langkah 2 pada Gambar –66) 

Erythromycin 

Mengikat di saluran keluar ribosom dan 

dengan demikian menghambat perpanjangan 

rantai peptida 

Rifamycin 

Menghambat inisiasi rantai RNA dengan 

mengikat RNA polimerase (mencegah 

sintesis RNA) 

Bertindak pada bakteri dan eucaryotes 

Puromycin 

Menyebabkan pelepasan prematur rantai 

polipeptida yang baru lahir dengan 

penambahannya ke ujung rantai yang 

tumbuh 

Actinomycin D 

Mengikat DNA dan menghalangi 

pergerakan RNA polimerase (mencegah 

sintesis RNA) 

 200 

 

Bertindak pada eucaryotes namun  bukan bakteri 

Cycloheximide 

Memblokir reaksi translokasi pada ribosom 

(langkah 3 pada Gambar –66) 

Anisomycin 

Memblokir reaksi peptidil transferase pada 

ribosom (langkah 2 pada Gambar –66) 

a-Amanitin 

Menghambat sintesis mRNA dengan 

mengikat secara istimewa ke RNA 

polimerase II 

Ribosom mitokondria eukariotik (dan kloroplas) sering menyerupai 

bakteri dalam sensitivitasnya terhadap inhibitor. Oleh karena itu, 

beberapa antibiotik ini dapat memiliki efek buruk pada mitokondria 

manusia. 

 

Keakuratan dalam Penerjemahan Membutuhkan 

Pengeluaran Energi Gratis 

Terjemahan oleh ribosom yaitu  kompromi antara 

kendala yang bertentangan antara akurasi dan kecepatan. 

Kita telah melihat, misalnya, bahwa keakuratan terjemahan 

(1 kesalahan per 104 asam amino bergabung) membutuhkan 

waktu tunda setiap kali asam amino baru ditambahkan ke 

rantai polipeptida yang sedang tumbuh, menghasilkan 

kecepatan terjemahan keseluruhan 20 asam amino yang 

dimasukkan per kedua pada bakteri. Bakteri mutan dengan 

perubahan spesifik pada subunit ribosom kecil memiliki 

 201 

 

penundaan lebih lama dan menerjemahkan mRNA menjadi 

protein dengan akurasi yang jauh lebih tinggi dari ini; 

Namun, sintesis protein sangat lambat pada mutan-mutan 

ini sehingga bakteri hampir tidak dapat bertahan hidup. 

Kita juga telah melihat bahwa untuk mencapai 

keakuratan yang diamati dari sintesis protein membutuhkan 

pengeluaran banyak energi bebas; ini diharapkan, karena, 

sebagaimana dibahas dalam Bab 2, ada harga yang harus 

dibayar untuk setiap kenaikan urutan dalam sel. Dalam 

kebanyakan sel, sintesis protein mengkonsumsi lebih banyak 

energi dibandingkan  proses biosintesis lainnya. Setidaknya empat 

ikatan fosfat berenergi tinggi terpecah untuk membuat setiap 

ikatan peptida baru: dua dikonsumsi dalam pengisian 

molekul tRNA dengan asam amino (lihat Gambar 56), dan 

dua langkah penggerak lainnya dalam siklus reaksi yang 

terjadi pada ribosom selama sintesis itu sendiri (lihat 

Gambar 67). Selain itu, energi tambahan dikonsumsi setiap 

kali hubungan asam amino yang salah dihidrolisis oleh 

tRNA synthetase (lihat Gambar 59) dan setiap kali tRNA 

yang salah memasuki ribosom, memicu hidrolisis GTP, dan 

ditolak (lihat Gambar 67). Agar efektif, mekanisme 

 202 

 

proofreading ini juga harus memungkinkan sebagian kecil 

interaksi yang benar untuk dihapus; untuk alasan ini, 

proofreading bahkan lebih mahal dalam energi dibandingkan  

yang terlihat. 

 

Mekanisme Kontrol Kualitas Bertindak untuk Mencegah 

Penerjemahan mRNA yang Rusak 

Dalam eucaryotes, produksi mRNA melibatkan 

transkripsi dan serangkaian langkah pemrosesan RNA yang 

rumit; ini terjadi di nukleus, dipisahkan dari ribosom, dan 

hanya saat  pemrosesan selesai mRNA diangkut ke 

sitoplasma untuk diterjemahkan (lihat Gambar 40). Namun, 

skema ini tidak aman, dan beberapa mRNA yang salah 

diproses secara tidak sengaja dikirim ke sitoplasma. Selain 

itu, mRNA yang sempurna saat meninggalkan nukleus dapat 

menjadi rusak atau rusak dalam sitosol. Bahaya 

menerjemahkan mRNA yang rusak atau diproses secara 

tidak lengkap (yang akan menghasilkan protein terpotong 

atau menyimpang) tampaknya sangat besar sehingga sel 

memiliki beberapa langkah cadangan untuk mencegah hal 

ini terjadi. 

 203 

 

Untuk menghindari penerjemahan mRNA yang rusak, 

tutup 5‘ dan ujung poli-A keduanya dikenali oleh mesin 

inisiasi penerjemahan sebelum penerjemahan dimulai (lihat 

Gambar 72). Untuk membantu memastikan bahwa mRNA 

disambung dengan benar sebelum diterjemahkan, kompleks 

ekson junction (EJC), yang disimpan pada mRNA setelah 

penyambungan (lihat Gambar 40), merangsang terjemahan 

mRNA selanjutnya. 

namun  sistem penjagaan mRNA yang paling kuat, yang 

disebut peluruhan mRNA yang dimediasi nonsens, 

menghilangkan mRNA yang rusak sebelum dapat 

diterjemahkan secara efisien menjadi protein. Mekanisme ini 

berperan saat  sel menentukan bahwa molekul mRNA 

memiliki kodon (stop) omong kosong (UAA, UAG, atau 

UGA) di tempat yang "salah" situasi yang kemungkinan 

muncul dalam molekul mRNA yang telah disambungkan 

secara tidak tepat. Splicing yang menyimpang biasanya akan 

menghasilkan pengenalan acak kodon yang tidak masuk akal 

ke dalam kerangka pembacaan mRNA, terutama pada 

organisme, seperti manusia, yang memiliki ukuran intron 

rata-rata yang besar (lihat Gambar 32B). 

 204 

 

Mekanisme pengawasan ini dimulai saat  molekul 

mRNA diangkut dari nukleus ke sitosol. Saat ujung 5‘ keluar 

dari pori nuklir, mRNA dipenuhi oleh ribosom, yang mulai 

menerjemahkannya. Sebagai hasil terjemahan, kompleks 

persimpangan ekson (EJC) terikat ke mRNA di setiap 

splicesite tampaknya digantikan oleh ribosom bergerak. 

Codon stop normal akan berada dalam ekson terakhir, 

sehingga pada saat ribosom mencapai dan berhenti, EJC 

tidak lagi harus terikat pada mRNA. Jika demikian, mRNA 

“lolos inspeksi” dan dilepaskan ke sitosol di mana ia dapat 

diterjemahkan dengan sungguh-sungguh (Gambar 80). 

Namun, jika ribosom mencapai kodon berhenti dini dan 

kios, ia merasakan bahwa EJC tetap dan molekul mRNA 

terikat cepat terdegradasi. Dengan cara ini, terjemahan 

putaran pertama memungkinkan sel untuk menguji 

kesesuaian setiap molekul mRNA saat  ia keluar dari 

nukleus.  

 205 

 

 

Gambar 80 Peluruhan mRNA yang dimediasi oleh akal. Seperti yang 

ditunjukkan di sebelah kanan, kegagalan untuk menyambungkan pre-

mRNA dengan benar sering memasukkan kodon penghentian prematur 

ke dalam kerangka pembacaan protein. Pengenalan kodon stop “dalam-

bingkai” seperti itu sangat mungkin terjadi pada mamalia, di mana 

intronnya cenderung sangat panjang. saat  diterjemahkan, mRNA 

abnormal ini menghasilkan protein yang menyimpang, yang dapat 

merusak sel. Namun, seperti yang ditunjukkan di kanan bawah gambar, 

RNA abnormal ini dihancurkan oleh mekanisme peluruhan yang 

dimediasi oleh omong kosong. Menurut salah satu model, molekul 

mRNA, yang mengandung kompleks sambungan ekson (EJC) untuk 

menandai sambungan yang berhasil diselesaikan, pertama kali bertemu 

oleh ribosom yang melakukan putaran terjemahan "uji". saat  mRNA 

melewati saluran ketat ribosom, EJC dilucuti, dan mRNA yang berhasil 

dilepaskan untuk menjalani beberapa putaran terjemahan (sisi kiri). 

Namun, jika kodon in-frame stop ditemukan sebelum kompleks 

persimpangan ekson akhir tercapai (sisi kanan), mRNA mengalami 

peluruhan nonsensemediated, yang dipicu oleh protein Upf (hijau) yang 

 206 

 

mengikat masing-masing EJC. Perhatikan bahwa, untuk memicu 

peluruhan nonsensemediasi, kodon penghentian prematur harus berada 

dalam bingkai pembacaan yang sama dengan protein normal. 

(Diadaptasi dari J. Lykke-Andersen et al., Sel 103: 1121–1131, 2000. 

Dengan izin dari Elsevier.) 

 

Peluruhan yang dimediasi nonsense mungkin sangat 

penting dalam evolusi, memungkinkan sel eukariotik untuk 

lebih mudah mengeksplorasi gen baru yang dibentuk oleh 

penataan ulang DNA, mutasi, atau pola alternatif 

penyambungan  dengan memilih hanya mRNA untuk 

terjemahan yang dapat menghasilkan protein berdurasi 

penuh. Peluruhan yang dimediasi nonsense juga penting 

dalam sel-sel sistem kekebalan tubuh yang sedang 

berkembang, di mana penataan ulang DNA luas yang terjadi 

(lihat Gambar 25-36) sering menghasilkan kodon terminasi 

prematur. Sistem pengawasan mendegradasi mRNA yang 

dihasilkan dari gen yang disusun ulang, sehingga 

menghindari efek toksik potensial dari protein terpotong. 

Akhirnya, jalur pengawasan yang dimediasi omong 

kosong memainkan peran penting dalam mengurangi gejala 

dari banyak penyakit manusia yang diwariskan. Seperti yang 

telah kita lihat, penyakit bawaan biasanya disebabkan oleh 

 207 

 

mutasi yang merusak fungsi protein utama, seperti 

hemoglobin atau salah satu faktor pembekuan darah. Sekitar 

sepertiga dari semua kelainan genetik pada manusia 

merupakan hasil dari mutasi atau mutasi yang tidak masuk 

akal (seperti mutasi perubahan bingkai atau mutasi situs 

splice) yang menempatkan mutasi yang tidak masuk akal ke 

dalam kerangka pembacaan gen. Pada individu yang 

membawa satu gen mutan dan satu fungsional, peluruhan 

yang dimediasi nonsense menghilangkan mRNA yang 

menyimpang dan dengan demikian mencegah protein yang 

berpotensi toksik dibuat. Tanpa perlindungan ini, individu 

dengan satu "gen penyakit" fungsional dan satu mutan 

kemungkinan akan menderita gejala yang jauh lebih parah. 

Kami telah melihat sebelumnya dalam bab ini bahwa 

bakteri tidak memiliki pemrosesan mRNA rumit yang 

ditemukan pada eucaryotes dan bahwa terjemahan sering 

dimulai sebelum sintesis molekul RNA selesai. Namun 

bakteri juga memiliki mekanisme kontrol kualitas untuk 

menangani mRNA yang tidak sepenuhnya disintesis dan 

rusak. saat  ribosom bakteri diterjemahkan ke akhir RNA 

yang tidak lengkap, ia terhenti dan tidak melepaskan RNA 

 208 

 

Penyelamatan datang dalam bentuk RNA khusus 

(disebut tmRNA), yang memasuki situs-A ribosom dan 

diterjemahkan dengan sendirinya, melepaskan ribosom. 

Dengan demikian, tag asam amino 11 khusus ditambahkan 

ke terminal-C dari sinyal protein terpotong untuk protease 

bahwa seluruh protein harus terdegradasi (Gambar 81). 

 

Beberapa Protein Mulai Melipat Sementara Masih 

Disintesis 

Proses ekspresi gen belum berakhir saat  kode genetik 

telah dipakai  untuk membuat urutan asam amino yang 

membentuk protein. Agar bermanfaat bagi sel, rantai 

polipeptida baru ini harus dilipat menjadi konformasi tiga 

dimensi yang unik, mengikat setiap kofaktor molekul kecil 

yang diperlukan untuk aktivitasnya, dimodifikasi secara 

tepat oleh protein kinase atau enzim pengubah protein 

lainnya, dan berkumpul dengan benar dengan subunit 

protein lainnya yang berfungsi (Gambar 82). 

 

 209 

 

 

 

Gambar 81. Penyelamatan 

ribosom bakteri terhenti pada 

molekul mRNA yang tidak 

lengkap. TmRNA yang 

ditampilkan yaitu  RNA 363-

nukleotida dengan fungsi tRNA 

dan mRNA, karenanya namanya. 

Ia membawa alanin dan dapat 

memasuki situs-A yang kosong 

dari ribosom yang macet untuk 

menambahkan alanin ini ke rantai 

polipeptida, meniru tRNA 

meskipun tidak ada kodon yang 

hadir untuk memandunya. 

Ribosom kemudian 

menerjemahkan 10 kodon dari 

tmRNA, melengkapi 11 tag asam 

amino pada protein. Protease 

mengenali tanda ini dan 

menurunkan seluruh protein. 

Meskipun contoh yang 

ditunjukkan pada gambar yaitu  

dari bakteri, eucaryotes dapat 

menggunakan strategi yang sama. 

 210 

 

 

Gambar 82 Langkah-langkah 

dalam penciptaan protein 

fungsional. Seperti yang 

ditunjukkan, terjemahan 

urutan mRNA menjadi 

urutan asam amino pada 

ribosom bukanlah akhir dari 

proses pembentukan protein. 

Agar berfungsi, rantai 

polipeptida yang telah selesai 

harus dilipat dengan benar 

menjadi konformasi tiga 

dimensi, mengikat kofaktor 

yang diperlukan, dan 

berkumpul dengan rantai 

protein mitranya (jika ada). 

Pembentukan ikatan 

nonkovalen mendorong 

perubahan ini. Seperti yang 

ditunjukkan, banyak protein 

juga memerlukan modifikasi 

kovalen dari asam amino 

terpilih. Meskipun modifikasi 

yang paling sering yaitu  

glikosilasi protein dan 

fosforilasi protein, lebih dari 

100 jenis modifikasi kovalen 

diketahui (lihat, misalnya, 

Gambar 3–81). 

 211 

 

Informasi yang diperlukan untuk semua langkah yang 

tercantum di atas pada akhirnya terkandung dalam urutan 

asam amino terkait yang diproduksi ribosom saat  

menerjemahkan molekul mRNA menjadi rantai polipeptida. 

Seperti dibahas dalam Bab 3, saat  protein terlipat ke dalam 

struktur yang kompak, ia mengubur sebagian besar residu 

hidrofobiknya dalam inti interior. Selain itu, sejumlah besar 

interaksi nonkovalen terbentuk antara berbagai bagian 

molekul. Ini yaitu  jumlah dari semua pengaturan yang 

menguntungkan secara energetik ini yang menentukan pola 

lipatan akhir dari rantai polipeptida sebagai konformasi dari 

energi bebas terendah (lihat hal. 130). 

Melalui jutaan tahun evolusi, urutan asam amino dari 

setiap protein telah dipilih tidak hanya untuk konformasi 

yang diadopsi namun  juga untuk kemampuan untuk melipat 

dengan cepat. Untuk beberapa protein, lipatan ini dimulai 

segera, saat  protein berputar keluar dari ribosom, mulai 

dari ujung terminal-N. Dalam kasus ini, karena setiap 

domain protein muncul dari ribosom, dalam beberapa detik 

ia membentuk struktur padat yang berisi sebagian besar fitur 

sekunder akhir (ahelices dan bsheets) yang disejajarkan 

 212 

 

dengan konformasi yang kira-kira tepat (Gambar 83). 

struktur. Butuh beberapa menit untuk mensintesis protein 

dengan ukuran rata-rata, dan untuk beberapa protein, 

sebagian besar proses pelipatan selesai pada saat ribosom 

melepaskan ujung terminal-C dari protein (Gambar 84). 

 

Gambar 83 Struktur gumpalan cair. (A) Suatu bentuk gumpalan cair 

dari sitokrom b562 lebih terbuka dan kurang teratur dibandingkan bentuk 

akhir protein terlipat, seperti yang ditunjukkan dalam (B). Perhatikan 

bahwa gumpalan cair mengandung sebagian besar struktur sekunder dari 

bentuk akhir, meskipun ujung-ujung dari ahelices terurai dan salah satu 

heliks hanya sebagian yang terbentuk. (Atas perkenan Joshua Wand, dari 

 213 

 

Y. Feng et al., Nat. Struct. Biol. 1: 30–35, 1994. Dengan izin dari 

Macmillan Publishers Ltd.) 

 

 

Gambar 84 Lipat protein trans-translasi. Rantai polipeptida yang 

tumbuh ditunjukkan memperoleh struktur sekunder dan tersiernya saat 

muncul dari ribosom. Domain N-terminal terlipat pertama, sedangkan 

domain C-terminal masih disintesis. Protein ini belum mencapai 

konformasi akhir pada saat dilepaskan dari ribosom. (Dimodifikasi dari 

A.N. Federov dan T.O. Baldwin, J. Biol. Chem. 272: 32715–32718, 

1997.) 

 

 

 

 

 214 

 

Molecular Chaperones Bantu Panduan Melipat Sebagian 

Besar Protein 

Sebagian besar protein mungkin tidak mulai terlipat 

selama sintesisnya. Sebaliknya, mereka bertemu di ribosom 

oleh kelas khusus protein yang disebut pendamping 

molekuler. Chaperone molekuler berguna untuk sel karena 

ada banyak jalur berbeda yang dapat diambil untuk 

mengubah protein yang tidak terlipat atau terlipat sebagian 

menjadi konformasi kompak akhir. Untuk banyak protein, 

beberapa zat antara yang terbentuk di sepanjang jalan akan 

teragregasi dan dibiarkan sebagai jalan buntu di luar jalur 

tanpa intervensi pendamping (Gambar 85). 

 215 

 

 

Gambar 85A pandangan terkini tentang pelipatan protein. Setiap 

domain dari protein yang baru disintesis dengan cepat mencapai keadaan 

"gumpalan cair". Pelipatan berikutnya terjadi lebih lambat dan melalui 

banyak jalur, seringkali melibatkan bantuan pendamping molekul. 

Beberapa molekul mungkin masih gagal melipat dengan benar; seperti 

yang dijelaskan dalam teks, protease spesifik mengenali dan menurunkan 

molekul-molekul ini 

 

 216 

 

Banyak molekul chaperone disebut protein heat-shock 

(ditunjuk sebagai Hsp), karena mereka disintesis dalam 

jumlah yang meningkat secara dramatis setelah paparan sel 

yang singkat pada suhu yang tinggi (misalnya, 42 ° C untuk 

sel yang biasanya hidup pada suhu 37 ° C). Ini 

mencerminkan pengoperasian sistem umpan balik yang 

merespons peningkatan protein yang salah lipat (seperti yang 

dihasilkan oleh suhu tinggi) dengan meningkatkan sintesis 

chaperone yang membantu protein ini melipat kembali. 

Ada beberapa keluarga besar pendamping molekul 

eukariotik, termasuk protein Hsp60 dan Hsp70. Anggota 

keluarga yang berbeda berfungsi dalam organel yang 

berbeda. Jadi, seperti yang dibahas pada Bab 12, 

mitokondria mengandung molekul Hsp60 dan Hsp70 

mereka sendiri yang berbeda dari yang berfungsi dalam 

sitosol; dan Hsp70 khusus (disebut BIP) membantu melipat 

protein dalam retikulum endoplasma. 

Protein Hsp60 dan Hsp70 masing-masing bekerja 

dengan set kecil protein terkait saat  mereka membantu 

protein lain terlipat. Hsps memiliki afinitas untuk tambalan 

hidrofobik yang terpapar pada protein yang tidak terlipat 

 217 

 

sempurna, dan mereka menghidrolisis ATP, sering mengikat 

dan melepaskan substrat protein mereka dengan setiap siklus 

hidrolisis ATP. Dalam hal lain, kedua jenis protein Hsp 

berfungsi secara berbeda. Mesin Hsp70 bertindak awal 

dalam kehidupan banyak protein, mengikat untaian sekitar 

tujuh asam amino hidrofobik sebelum protein meninggalkan 

ribosom (Gambar 86). Sebaliknya, protein mirip-Hsp60 

membentuk struktur besar yang terbentuk setelah protein 

disintesis sepenuhnya. Jenis pendamping, kadang-kadang 

disebut chaperonin, membentuk "ruang isolasi" di mana 

protein yang gagal melipat diberi makan, mencegah agregasi 

mereka dan memberi mereka lingkungan yang 

menguntungkan untuk mencoba melakukan pelapisan ulang 

(Gambar 87). 

 

 218 

 

Gambar 86 Keluarga molekul pendamping molekul Hsp70. Protein-

protein ini bekerja sejak dini, mengenali hamparan kecil asam amino 

hidrofob pada permukaan protein. Dibantu oleh satu set protein Hsp40 

yang lebih kecil (tidak diperlihatkan), molekul Hsp70 yang terikat ATP 

menangkap protein target mereka dan kemudian menghidrolisis ATP 

menjadi ADP, mengalami perubahan konformasi yang menyebabkan 

molekul Hsp70 untuk berasosiasi lebih erat dengan target. Setelah Hsp40 

terdisosiasi, rebinding cepat ATP menginduksi disosiasi protein Hsp70 

setelah rilis ADP. Pada kenyataannya, siklus berulang dari pengikatan 

dan pelepasan protein Hsp membantu protein target untuk dilipat 

kembali, seperti yang secara skematis diilustrasikan pada Gambar 85. 

 

 219 

 

 

Gambar 87 Struktur dan fungsi keluarga Hsp60 dari molekul 

pendamping. (A) Katalisis pemurnian protein. Protein yang salah lipatan 

pada awalnya ditangkap oleh interaksi hidrofobik di sepanjang tepi laras. 

Ikatan ATP berikutnya ditambah penutup protein meningkatkan 

diameter laras barel, yang dapat secara sementara meregang (sebagian 

membuka) protein klien. Ini juga membatasi protein dalam ruang 

tertutup, di mana ia memiliki peluang baru untuk dilipat. Setelah sekitar 

15 detik, hidrolisis ATP terjadi, melemahkan kompleks. Ikatan 

berikutnya dari molekul ATP lain mengeluarkan protein, baik dilipat 

atau tidak, dan siklus berulang. Jenis pendamping molekuler ini juga 

dikenal sebagai chaperonin; itu ditetapkan sebagai Hsp60 dalam 

 220 

 

mitokondria, TCP1 dalam sitosol sel vertebrata, dan GroEL pada 

bakteri. Seperti yang ditunjukkan, hanya setengah dari barel simetris 

yang beroperasi pada protein klien pada suatu waktu. (B) Struktur 

GroEL terikat pada tutup GroES-nya, sebagaimana ditentukan oleh 

kristalografi sinar-X. Di sebelah kiri diperlihatkan bagian luar struktur 

seperti laras dan di sebelah kanan ada penampang melintang di 

tengahnya. (B, diadaptasi dari B. Bukau dan A.L. Horwich, Cell 92: 351-

366, 1998. Dengan izin dari Elsevier.) 

 

Para pendamping yang ditunjukkan pada Gambar 86 

dan 87 sering menggunakan banyak siklus hidrolisis ATP 

untuk melipat rantai polipeptida tunggal dengan benar. 

Meskipun sebagian dari pengeluaran energi ini dipakai  

untuk melakukan pekerjaan mekanis, mungkin lebih banyak 

yang dikeluarkan untuk memastikan bahwa lipatan protein 

akurat. Sama seperti yang kita lihat untuk transkripsi, 

splicing, dan terjemahan, pengeluaran energi bebas dapat 

dipakai  oleh sel untuk meningkatkan akurasi proses 

biologis. Dalam hal pelipatan protein, hidrolisis ATP 

memungkinkan chaperone mengenali berbagai struktur yang 

salah lipatan, untuk menghentikan pelipatan lebih lanjut dan 

memulai kembali pelipatan protein dengan cara yang teratur. 

Meskipun diskusi kami hanya berfokus pada dua jenis 

pendamping, sel memiliki variasi yang lain. Keragaman 

 221 

 

yang sangat besar dari protein dalam sel mungkin 

membutuhkan berbagai chaperone dengan pengawasan 

serbaguna dan kemampuan koreksi. 

 

Daerah Hidrofobik Terkena Memberikan Sinyal Kritis 

untuk Kontrol Kualitas Protein 

Jika asam amino radioaktif ditambahkan ke sel untuk 

waktu yang singkat, protein yang baru disintesis dapat 

diikuti saat mereka matang dalam bentuk fungsional 

terakhirnya. Jenis percobaan ini menunjukkan bahwa 

protein Hsp70 bertindak pertama kali, dimulai saat  protein 

masih disintesis pada ribosom, dan protein seperti Hsp60 

hanya bertindak kemudian untuk membantu melipat protein 

lengkap. namun  bagaimana sel membedakan protein yang 

gagal melipat, yang membutuhkan putaran tambahan 

pengerasan yang dikatalisis ATP, dari yang dengan struktur 

yang benar? 

Sebelum menjawab, kita perlu berhenti sejenak untuk 

mempertimbangkan nasib protein pasca-translasi secara lebih 

luas. Biasanya, jika sebuah protein memiliki bercak asam 

hidrofobik terpapar yang cukup besar di permukaannya, itu 

 222 

 

tidak normal: ia gagal melipat dengan benar setelah 

meninggalkan ribosom, mengalami kecelakaan yang 

sebagian membuka lipatannya di lain waktu, atau gagal 

menemukan mitra normalnya subunit dalam kompleks 

protein yang lebih besar. Protein seperti itu tidak hanya 

berguna bagi sel, namun  juga bisa berbahaya. Banyak protein 

dengan daerah hidrofobik yang tidak normal dapat 

membentuk agregat besar di dalam sel. Kita akan melihat 

bahwa, dalam kasus yang jarang, agregat seperti itu memang 

terbentuk dan menyebabkan penyakit manusia yang parah. 

Namun, biasanya, mekanisme kontrol kualitas protein yang 

kuat mencegah bencana semacam itu. 

Dengan latar belakang ini, tidak mengherankan bahwa 

sel-sel telah mengembangkan mekanisme rumit yang 

mengenali tambalan hidrofobik pada protein dan 

meminimalkan kerusakan yang disebabkannya. Dua dari 

mekanisme ini tergantung pada pendamping molekuler yang 

baru saja dibahas, yang berikatan dengan patch dan 

berupaya memperbaiki protein yang rusak dengan 

memberikannya kesempatan lain untuk melipat. Pada saat 

yang sama, dengan menutupi bercak hidrofobik, 

 223 

 

pendamping ini secara sementara mencegah agregasi 

protein. Protein yang sangat cepat terlipat dengan sendirinya 

tidak menampilkan tambalan seperti itu dan pendamping 

memotongnya.  

Gambar 88 menguraikan semua pilihan kontrol 

kualitas yang dibuat sel untuk protein baru yang sulit 

disintesis. Seperti yang ditunjukkan, saat  upaya untuk 

melipatgandakan protein gagal, mekanisme ketiga dipanggil 

ke dalam permainan yang benar-benar menghancurkan 

protein oleh proteolisis. Jalur proteolitik dimulai dengan 

pengenalan patch hidrofobik abnormal pada permukaan 

protein, dan berakhir dengan pengiriman seluruh protein ke 

mesin penghancur protein, sebuah protease kompleks yang 

dikenal sebagai proteasome. Seperti dijelaskan selanjutnya, 

proses ini tergantung pada sistem penandaan protein yang 

rumit yang juga menjalankan fungsi sentral lainnya dalam 

sel dengan menghancurkan protein normal yang dipilih. 

 224 

 

 

Gambar 88 Proses yang memantau kualitas protein setelah sintesis 

protein. Protein yang baru disintesis kadang-kadang terlipat dengan 

benar dan berkumpul sendiri dengan protein mitranya, dalam hal ini 

mekanisme kontrol kualitas membiarkannya sendiri. Protein yang 

terlipat sempurna dibantu untuk dilipat kembali oleh molekul 

pendamping: pertama oleh keluarga protein Hsp70, dan kemudian dalam 

beberapa kasus, oleh protein seperti Hsp60. Untuk kedua jenis 

chaperone, protein klien dikenali dari tambalan asam amino hidrofobik 

yang tidak normal pada permukaannya. Proses "penyelamatan protein" 

ini bersaing dengan mekanisme lain yang, setelah mengenali tambalan 

yang tidak normal, menandai protein untuk dihancurkan oleh 

proteasome. Aktivitas gabungan dari semua proses ini diperlukan untuk 

mencegah agregasi protein masif dalam sel, yang dapat terjadi saat  

banyak daerah hidrofobik pada protein berkumpul bersama secara tidak 

spesifik. 

 

 225 

 

Proteasome yaitu  Protease Terkompartemen dengan 

Situs Aktif yang Diasingkan 

Mesin proteolitik dan chaperone bersaing satu sama 

lain untuk menata ulang protein yang gagal melipat. Jika 

protein yang baru disintesis terlipat dengan cepat, paling 

banyak hanya sebagian kecil saja yang terdegradasi. 

Sebaliknya, protein yang terlipat perlahan rentan terhadap 

mesin proteolitik untuk waktu yang lebih lama, dan banyak 

lagi molekulnya dihancurkan sebelum sisanya mencapai 

keadaan terlipat yang tepat. Karena mutasi atau kesalahan 

dalam transkripsi, splicing RNA, dan terjemahan, beberapa 

protein tidak pernah terlipat dengan benar. Sangat penting 

bahwa sel menghancurkan protein yang berpotensi 

berbahaya ini. 

Peralatan yang secara sengaja menghancurkan protein 

yang menyimpang yaitu  proteasome, protease yang 

bergantung pada ATP yang melimpah yang merupakan 

hampir 1% dari protein sel. Hadir dalam banyak salinan 

yang tersebar di seluruh sitosol dan nukleus, proteasome juga 

menghancurkan protein menyimpang dari endoplasma 

retikulum (ER). Sistem pengawasan berbasis ER mendeteksi 

 226 

 

protein yang gagal melipat atau berkumpul dengan benar 

setelah mereka memasuki ER, dan retrotranslokasi kembali 

ke sitosol untuk degradasi (dibahas dalam Bab 12). 

 

Gambar 89 Proteasome. (A) Pandangan potongan struktur silinder 20S 

pusat, sebagaimana ditentukan oleh kristalografi sinar-x, dengan situs 

aktif protease ditunjukkan oleh titik merah. (B) Seluruh proteasome, di 

mana silinder tengah (kuning) dilengkapi dengan tutup 19S (biru) di 

setiap ujung. Struktur tutup telah ditentukan oleh pemrosesan komputer 

dari gambar mikroskop elektron. Tutup kompleks (juga disebut partikel 

pengatur) secara selektif mengikat protein yang telah ditandai oleh 

ubiquitin untuk dihancurkan; kemudian menggunakan hidrolisis ATP 

untuk membuka rantai polipeptida mereka dan memberi mereka makan 

melalui saluran sempit (lihat Gambar –91) ke dalam ruang dalam silinder 

 227 

 

20S untuk pencernaan ke peptida pendek. (B, dari W. Baumeister et al., 

Sel 92: 367–380, 1998. Dengan izin dari Elsevier.) 

 

Setiap proteasome terdiri dari silinder berongga pusat 

(proteasome inti 20S) yang dibentuk dari beberapa subunit 

protein yang berkumpul sebagai tumpukan kuasi-silinder 

dari empat cincin heptamerik (Gambar 89). Beberapa 

subunit yaitu  protease berbeda yang situs aktifnya 

berhadapan dengan ruang dalam silinder. Desain mencegah 

protease yang sangat efisien ini merajalela melalui sel. Setiap 

ujung silinder biasanya dikaitkan dengan kompleks protein 

besar (tutup 19S), yang berisi cincin protein enam-subunit, 

yang melaluinya protein target dimasukkan ke dalam inti 

proteasome di mana mereka terdegradasi (Gambar 90). 

Reaksi threading, didorong oleh hidrolisis ATP, membuka 

protein target saat mereka bergerak melalui topi, 

memaparkannya pada protease yang melapisi inti 

proteasome (Gambar 91). Protein yang membentuk struktur 

cincin di tutup proteasome termasuk dalam kelas besar 

protein "tidak terbuka" yang dikenal sebagai protein AAA. 

Banyak dari mereka berfungsi sebagai hexamers, dan ada 

kemungkinan bahwa mereka berbagi fitur mekanistik dengan 

 228 

 

ATP yang bergantung pada DNA oleh helicases DNA (lihat 

Gambar 5-15).  

 

Gambar 90 Pencernaan protein progresif oleh proteasome. Tutup 

proteasome mengenali protein substrat, dalam hal ini ditandai oleh rantai 

poli- poliquitin (lihat Gambar 92), dan kemudian mentranslasikannya ke 

dalam inti proteasome, tempat dicerna. Pada tahap awal, ubiquitin 

terbelah dari protein substrat dan didaur ulang. Translokasi ke dalam inti 

proteasome dimediasi oleh cincin protein yang bergantung pada ATP 

yang membuka protein substrat saat diulir melalui ring dan ke dalam inti 

proteasome (lihat Gambar 91). (Dari S. Prakash dan A. Matouschek, 

Tren Biochem. Sci. 29: 593-600, 2004. Dengan izin dari Elsevier.) 

 229 

 

 

Gambar 91 Protein heksamerik tanpa lipatan. (A) Struktur ini terbentuk 

dari enam subunit yang masing-masing milik keluarga protein AAA. (B) 

Model untuk aktivitas unfoldase yang bergantung pada ATP dari protein 

AAA. Bentuk ATP-terikat dari cincin heksamerik protein AAA mengikat 

protein substrat terlipat yang telah ditandai untuk membuka (dan 

akhirnya dihancurkan) dengan tag pengakuan seperti rantai polibiquitin 

(lihat di bawah) atau peptida yang ditambahkan untuk menandai protein 

yang disintesis secara tidak lengkap (lihat Gambar 81). Perubahan 

konformasi, dibuat ireversibel oleh hidrolisis ATP, menarik substrat ke 

inti pusat dan meregangkan struktur cincin. Pada titik ini, protein 

substrat, yang sedang diseret, sebagian dapat dibuka dan masuk lebih 

jauh ke dalam pori-pori atau dapat mempertahankan strukturnya dan 

 230 

 

berdisosiasi. Substrat protein yang sangat stabil mungkin memerlukan 

ratusan siklus hidrolisis dan disosiasi ATP sebelum berhasil ditarik ke 

dalam cincin AAA. Setelah dibuka, protein substrat bergerak relatif cepat 

melalui pori oleh putaran hidrolisis ATP berturut-turut. (A, dari X. 

Zhang et al., Mol. Sel 6: 1473–1484, 2000, dan AN Lupas dan J. Martin, 

Curr. Opin. Struct. Biol. 12: 746–753, 2002; B, dari RT Sauer et al., Cell 

119: 9–18, 2004. Semua dengan izin dari Elsevier.) 

 

Sifat penting dari proteasome, dan satu alasan untuk 

kompleksitas desainnya, yaitu  prosesitas mekanismenya: 

berbeda dengan protease "sederhana" yang memotong rantai 

polipeptida substrat hanya sekali sebelum dipisahkan, 

proteasom menjaga seluruh substrat terikat sampai semua itu 

diubah menjadi peptida pendek. 

Tutup 19S juga bertindak sebagai "gerbang" yang 

diatur di pintu masuk ke ruang proteolitik bagian dalam, dan 

mereka bertanggung jawab untuk mengikat substrat protein 

yang ditargetkan ke proteasome. Dengan beberapa 

pengecualian, proteasom bekerja pada protein yang secara 

khusus ditandai untuk dihancurkan oleh perlekatan kovalen 

dari tag pengenal yang terbentuk dari protein kecil yang 

disebut ubiquitin (Gambar 92A). Ubiquitin ada dalam sel 

baik yang bebas atau yang secara kovalen terkait dengan 

banyak protein intraseluler yang berbeda. Bagi banyak 

 231 

 

protein, penandaan oleh ubiquitin menghasilkan 

kehancurannya oleh proteasome. Namun, dalam kasus lain, 

penandaan ubiquitin memiliki arti yang sama sekali berbeda. 

Pada akhirnya, jumlah molekul ubiquitin yang ditambahkan 

dan cara mereka saling terkait yang menentukan bagaimana 

sel menginterpretasikan pesan ubiquitin (Gambar 93). Pada 

bagian berikut ini, kami menekankan peran ubiquitylation 

dalam menandakan degradasi protein 

 232 

 

 

Gambar 92 Ubiquitin dan penandaan protein dengan rantai 

polyubiquitin. (A) Struktur tiga dimensi ubiquitin; protein yang relatif 

kecil ini mengandung 76 asam amino. (B) C-terminus ubiquitin awalnya 

diaktifkan melalui hubungan thioester berenergi tinggi dengan rantai 

samping sistein pada protein E1. Reaksi ini membutuhkan ATP, dan 

berlangsung melalui perantara AMP-ubiquitin kovalen. Ubiquitin 

 233 

 

teraktivasi pada E1, juga dikenal sebagai enzim pengaktivasi ubiquitin, 

kemudian ditransfer ke sistein pada seperangkat molekul E2. E2 ini ada 

sebagai kompleks dengan molekul E3 yang bahkan lebih besar. (C) 

Penambahan rantai polyubiqu

Read More