Sintesis protein dan Salah Satu Kelainannya pada Manusia

LAPORAN TUTORIAL

SINTESIS PROTEIN DAN SALAH SATU KELAINANNYA PADA MANUSIA

OLEH

RAHAJENG NARISWARI

J500080032

FAKULTAS KEDOKTERAN

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2009

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Protein adalah bahan dasar pembentuk tulang, mata, rambut, atau otot. Sel-sel dengan protein pembentuknya yang berbeda-beda membentuk setiap bagian terkecil. Setiap bagian yang terkecil dirancang dan dibangun secara sempurna dengan menggunakan bahan organik, yaitu protein (Harun Yahya, 2005).

Protein terbuat dari molekul-molekul lebih kecil yang disebut asam amino yang terbentuk oleh beragam kombinasi berbeda dari atom karbon, nitrogen dan hidrogen. Terdapat 500-1.000 asam amino dalam sebuah protein berukuran rata-rata. Hal yang penting adalah bahwa asam-asam amino harus tersusun dalam urutan tertentu untuk membentuk sebuah protein. Terdapat 20 jenis asam amino berbeda yang menyusun makhluk hidup. Setiap protein memiliki urutan asam amino tertentu dan urutan ini harus benar-benar tepat. Urutan ini berdasarkan pada perintah yang disimpan dalam DNA sel, dan protein dihasilkan berdasarkan informasi yang terdapat dalam DNA tersebut.  (Daryl K. Granner, 1999).

Sebelum penemuan DNA, telah diketahui bahwa gen adalah unit fisik dan fungsional dari hereditas yang mengandung informasi untuk sintesis protein. Gen-gen membawa informasi yang harus dikopi secara akurat untuk ditransmisikan kepada generasi berikutnya. Jadi fungsi paling penting dari DNA adalah membawa gen yang mengandung informasi yang menentukan jenis protein yang harus disintesis, kapan, dalam tipe sel yang mana, dan seberapa banyak jumlah protein yang harus disintesis (Sylvia A. Price at al, 2005).

Berdasarkan pentingnya pengaruh protein berkaitan dengan sintesis dan kelainannya pada manusia, penyusun ingin membahasnya dalam cakupan laporan tutorial yang berjudul Sintesis Protein dan Salah Satu Kelainannya Pada Manusia.

B.     Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah disampaikan di atas maka penyusun dapat merumuskan masalahnya sebagai berikut:

1. Apa saja yang berperan dalam sintesis protein di dalam tubuh manusia?
2. Subtansi apa saja yang berkaitan dengan sintesis protein?
3. Apakah yang menyebabkan kelainan sintesis?
4. Apakah yang dimaksud dengan thalasemia?

C.    Tujuan

Pembuatan laporan ini bertujuan untuk:

a.       Mengetahui tentang peran sintesis protein dalam kehidupan sehari-hari

b.      Memahami dasar-dasar sintesis protein yang menentukan ekspresi gen

c.       Mampu menjelaskan tentang sintesis protein, struktur dan fungsi protein beserta ekspresi dan regulasinya

d.      Mengetahui penyakit apa saja yang dapat ditimbulkan akibat kelainan sintesis protein

D.    Manfaat

Dengan adanya pembuatan laporan yang berjudul Sintesis Protein dan Salah Satu Kelainannya Pada Manusia, Mahasiswa diharapkan :

a.       Mendapat ilmu yang baru mengenai pengaruh sintesis protein dan penyakit yang ditimbulkan akibat kelainan sintesisnya.

b.      Mampu berfikir kritis untuk membuat sejumlah hipotesis dan mengkaji berbagai kemungkinan masalah dengan analisa dan sintesis, evaluasi dan pembentukan pengetahuan serta pemahaman baru.

c.       Dapat memotivasi untuk mengarahkan diri dan menguji pengetahuan baru atau lama untuk menyelesaikan masalah dalam skenario ini.

BAB II

PEMBAHASAN

A.    Tinjauan Pustaka

Berbagai macam protein dan enzim disintesis di dalam sel-sel suatu organisme. Setiap protein atau enzim mempunyai sifat dan fungsi yang berbeda tetapi secara bersama mereka menentukan dan mengontrol proses-proses metabolisme pada saat diferensiasi, pertumbuhan, dan perkembangan dengan pola yang sangat kompleks, yang menjadi ciri secara individual dan spesies (Suryo, 2001).

Sintesis protein mencakup dua hal yaitu transkripsi dan translasi. Transkripsi adalah proses penyalinan kode-kode genetik yang ada pada urutan DNA menjadi molekul RNA, sehingga proses ini mengawali ekspresi sifat-sifat genetik yang nantinya akan muncul sebagai fenotipe. Molekul RNA yang diseintesis dalam proses transkripsi pada garis besarnya dapat dibedakan menjadi 3 kelompok yaitu massanger RNA (mRNA) adalah RNA yang merupakan salinan kode-kode genetik pada DNA yang dalam proses selanjutnya (translasi) akan diterjemahkan melalui urutan asam-asam amino spesifik yang menyusun suatu polipeptida atau protein tertentu, yang kedua adalah transfer  RNA (tRNA) yaitu RNA yang berperan membawa asam-asam amino yang menyususn suatu polipeptida atau protein tertentu dan yang ketiga adalah ribosomal RNA (rRNA) yaitu RNA yang digunakan untuk menyususn ribosom, ribosom adalah suatu partikel di dalam sel yang digunakan sebagai tempat sintesis protein (Triwibowo Yuwono, 2005). Transkripsi meliputi 3 tahap yaitu denaturasi untai DNA, transkrip kode genetiik salah satu untai DNA, elongasi untai RNA (Suryo, 2001).

Translasi adalah proses penerjemahan urutan nukleotida yang ada pada molekul mRNA menjadi rangkaian asam-asam amino yang menyusun suatu polipeptida atau protein (Suryo, 2001).

DNA sebagai media untuk proses transkripsi suatu gen berada di kromosom dan terikat oleh protein histon. Saat menjelang proses transkripsi berjalan, biasanya didahului signal dari luar akan kebutuhan suatu protein atau molekul lain yang dibutuhkan untuk proses pertumbuhan, perkembangan, metabolisme, dan fungsi lain di tingkat sel maupun jaringan. Kemudian RNA polymerase II akan mendatangi daerah regulator element dari gen yang akan ditranskripsi. Kemudian RNA polymerase ini akan menempel (binding) di daerah promoter spesifik dari gen yang akan disintesis proteinnya, daerah promoter ini merupakan daerah consesus sequences, pada urutan -10 dan -35 dari titik inisiasi (+1) yang mengandung urutan TATA-Box sebagai basal promoter. Setelah itu, polimerase ini akan membuka titik inisiasi (kodon ATG) dari gen tersebut dan mengkopi semua informasi secara utuh baik daerah exon maupun intron, dalam bentuk molekul immature mRNA (messenger RNA). Kemudian immature mRNA ini diolah pada proses splicing dengan menggunakan smallnuclear RNA (snRNA) complex yang akan memotong hanya daerah intron, dan semua exon akan disambungkan menjadi satu urutan gen utuh tanpa non-coding area dan disebut sebagai mature mRNA (Fatchiyah dan Estri Laras Arumingtyas, 2006).

Pada tahap berikutnya, mRNA ini diproses lebih lanjut pada proses translasi di dalam ribosom, dalam tiga tahapan pokok yaitu inisiasi sebagai mengawali sintesis polipeptida dari kodon AUG yang ditranslasi sebagai asam amino methionine. Proses ini berlangsung dengan bantuan initiation factor (IF-1, IF-2 dan IF3) dan enzim tRNA-methionine synthethase sehingga tRNA dan asam amino methionine membentuk ikatan cognate dan bergerak ke ribosom tempat sintesis protein berlangsung. Langkah selanjutnya adalah elongasi atau pemanjangan polipeptida sesuai dengan urutan kodon yang dibawa oleh mRNA (Triwibowo Yuwono, 2005)

Pada proses elongasi ini diperlukan elongation factor complex. Seperti juga proses inisiasi enzim tRNA-amino acid synthethase berperan dalam pembentukan cognate antara tRNA dan asam amino lainya dari sitoplasma yang sesuai dengan urutan kodon mRNA tersebut. Proses elongasi akan berhenti sampai kodon terminasi dan poly-adenyl (poly-A), dan diakhiri sebagai proses terminasi yang dilakukan oleh rho-protein. Polipeptida akan diproses sebagai molekul protein yang fungsional setelah melalui proses post- translation di retikulum endoplasmik (RE) hingga tingkat jaringan. (Triwibowo Yuwono, 2005).

Protein yang terbentuk dalam sintesis protein mengikuti kode genetik berdasarkan kode genetik mRNA (kodon). Kode genetik itu berbentuk triplet sehingga terjadi kelimpahan kode untuk protein. 1 protein bisa mempunyai lebih dari 1 triplet genetik. Yang perlu diingat adalah triplet untuk kodon start (awal) untuk sintesis protein dan stop untuk menghentikan proses sintesis protein.

kodon startnya adalah AUG, proteinnya methionine dan kodon stopnya yaitu  UAA, UAG, UGA (Suryo, 2001).

Ribosom membaca kodon-kodon pada rantai mRNA dari ujung 5’ → 3’. Hasil proses translasi adalah molekul polipeptida yang mempunyai ujung amino dan ujung karboksil. Ujung amino adalah ujung yang pertama kali disintesis dan merupakan hasil penerjemahan kodon yang terletak pada ujung ‘5 mRNA, sedangkan ujung yang terakhir disintesis adalah gugus karboksil. Ujung karboksil merupakan hasil penerjemahan kodon yang terletak pada ujung 3’ mRNA. Oleh karena itu sintesis protein berlangsung dari ujung amino ke ujung karboksil (Triwibowo Yuwono, 2005).

 Adanya tudung mRNA pada ujung 5’, mempunyai empat fungsi yaitu (Triwibowo Yuwono, 2005):

a.       Melindungi mRNA dari degradasi

b.      Meningkatkan efisiensi translasi mRNA

c.   Meningkatkan pengangkutan mRNA dari nukleus ke sitoplasma

d.      Meningkatkan efisiensi proses splicing

Penambahan poly A pada ujung 3’ berguna untuk meningkatkan stabilitas mRNA sehingga mRNA mempunyai umur yang lebih panjang dibanding dengan mRNA yang tidak memiliki poly A karena dengan adanya penambangan poly A pada ujung 3 melindungi mRNA dari degradasi oleh enzim eksonuklease (Triwibowo Yuwono, 2005).

Dalam proses translasi setiap kodon berpasangan dengan antikodon yang sesuai yang terdapat dalam molekul tRNA, sebagai contoh, kodon methionine (AUG) mempunyai komplemennya dalam bentuk antikodon UAC yang terdapat pada tRNA^Met. Pada waktu tRNA yang membawa asam amino diikat ke dalam sisi A pada ribosom, maka bagian antikodonnya berpasangan dengan kodon yang sesuai dengan yang ada pada posisi A tersebut (Triwibowo Yuwono, 2005).

Di alam dijumpai variabel sifat-sifat genetik yang luas. Perbedaan sifat semacam ini menyebabkan dikenalnyaberbagai kelompok jasad hidup. Variabel genetik jasad hidup yang ada di alam disebabkan oleh proses mutasi dan rekombinasi (Triwibowo Yuwono, 2005).

Mutasi adalah perubahan struktural atau Komposisi DNA pada genom suatu jasad yang dapat menyebabkan perubahan fenotipe pada jasad yang bersangkutan meskipun tidak semua mutasi menyebabkan perubahan fenotipe. Mutasi biasanya terjadi karena adanya pengaruh faktor dari luar misalnya perlakuan dengan senyawa kimia atau perlakuan dengan fisik tertentu seperti radiasi, atau yang terjadi secara alami seperti karena kesalahan dalam proses replikasi DNA (Sylvia A. Price et al, 2005).

Rekombinasi genetik adalah proses pertukaran elemen genetik yang dapat terjadi antara untaian DNA yang berlainan (interstand), atau antara bagian-bagian gen yang terletak dalam satu untaian DNA (Triwibowo Yowono, 2005).

 Dengan adanya faktor mutasi dan rekombinasi ini dimungkinkan dapat diturunkan pada keturunannya nantinya (Kumar et al, 2007). Menurut Gregor Mandel (1822-1884), telah melakukan eksperimen, dari eksperimen tersebut beliau berprinsip bahwa (Sylvia A. Price et al, 2005):

a.       Prinsip Pemisahan

Organisme yang mampu melakukan reproduksi memiliki sepasang kromosom, yaitu dua untuk setiap gen, satu dari  ayah dan satu dari ibu. Selama reproduksi, hanya salah satu dari dua agen tersebut diwariskan ke keturunannya.

b.      Prinsip Independent Assortment

Gen-gen di dua lokus yang berbeda terdistribusikan ke anak-anak mereka tanpa bergantung satu sama lain.

Salah satu kelainan genetik yang diwariskan oleh orang tua adalah Thalassaemia. Untuk itu pada analisis kenario akan dibahas secara khusus mengenai Thalassaemia.

B.     Analisis Skenario

Thalassaemia berasal dari kata Yunani, yaitu talassa yang berarti laut. Yang dimaksud dengan laut tersebut ialah Laut Tengah, oleh karena penyakit ini pertama kali dikenal di daerah sekitar Laut Tengah. Penyakit ini pertama sekali ditemukan oleh seorang dokter di Detroit USA yang bernama Thomas B. Cooley pada tahun 1925. Beliau menjumpai anak-anak yang menderita anemia dengan pembesaran limpa setelah berusia satu tahun. Selanjutnya, anemia ini dinamakan anemia splenic atau eritroblastosis atau anemia mediteranean atau anemia Cooley sesuai dengan nama penemunya  (Riri Julianti, 2008).

Thalassaemia adalah kelainan herediter dimana produksi satu atau lebih dari satu jenis rantai polipeptida terganggu. Penyakit ini merupakan penyakit genetik yang diturunkan secara autosomal resesif menurut hukum Mendel dari orang tua kepada anak-anaknya (Sylvia A. Price et al, 2005). Penyakit thalassemia meliputi suatu keadaan penyakit dari gelaja klinis yang paling ringan (bentuk heterozigot) yang disebut thalassemia minor atau thalassemia trait (carrier = pengemban sifat) hingga yang paling berat (bentuk homozigot) yang disebut thalassemia mayor. Bentuk heterozigot diturunkan oleh salah satu orang tuanya yang mengidap penyakit thalassemia, sedangkan bentuk homozigot diturunkan oleh kedua orang tuanya yang mengidap penyakit thalassemia (Kumar et al, 2007).

Berdasarkan letak kelainan pada rantainya Thalassemia secara garis besar dibedakan 2 yaitu Thalassemia alfa (bila terjadi gangguan pembentukan rantai alfa, biasanya pada suku Afrika) dan Thalassemia beta (paling sering, dimana terjadi gangguan pembentukan rantai beta) (Kumar et al, 2007).

Jalur penurunan penyakit Thalassaemia adalah sebagai berikut, suatu gen memiliki 2 alel, D dan d dengan d adalah alel normal dan D adalah adalah alel yang telah bermutasi dan menentukan suatu penyakit, berikut adalah skema penurunan penyakit Thalassaemia (Sylvia A. Price et al, 2005):

Pada Thalassaemia khususnya Thalassaemia mayor terjadi gangguan pembentukan Hemoglobin dalam darah akibatnya darah tidak mampu memenuhi kebutuhan tubuh akan kecukupan oksigen. Hemoglobin (Hb) adalah substansi penting dalam sel darah merah (eritrosit) karena peranannya dalam pengikatan oksigen ke dalam eritrosit. Hb merupakan suatu protein yang terbentuk dari heme dan globin yang terdiri atas 4 rantai polipeptida (= tetramer). Orang dewasa normal membentuk Hb A1 dan kadarnya mencapai lebih dari 95 % dari hemoglobin, sisanya terdiri dari HbA2 yang kadarnya tidak lebih dari 2 % sedangkan HbF (Foetus) setelah lahir kadarnya akan menurun dan setelah 6 bulan kadarnya hanya 4 %. Tetramer Hb A1 terdiri atas rantai polipeptida : 2 rantai alfa dan 2 rantai beta sedangkan polipeptida HbA2 terdiri dari 2 rantai alfa dan 2 rantai delta, pada HbF terdiri dari 2 rantai alfa dan 2 rantai gama. Molekul hemoglobin manusia terbina daripada empat subunit protein berbentuk globul. Oleh sebab satu subunit dapat membawa satu molekul oksigen, maka secara efektifnya setiap molekul hemoglobin dapat membawa empat molekul oksigen. Setiap subunit pula terdiri dari satu rantai polipeptida yang mengikat kuat sebuah molekul lain, dipanggil heme (Ririn Julianti, 2008). Gen-gen yg mengontrol produksi rantai globin (Kumar et al, 2007):

1. Khromosom 11 ada “5 functional ß-like globin globin gene” : 5’- ζ/a2/a1 – 3’.

2. Khomosom 16 ada “3 functional a-like gene” : 5’- e/γ-G/γ-A/d/ß-3’ yang panjangnya > 60 kb.

Sebagai sindrom klinik penderita thalassemia mayor (homozigot) yang telah agak besar menunjukkan gejala-gejala fisik yang unik berupa hambatan pertumbuhan, anak menjadi kurus bahkan kurang gizi, perut membuncit akibat hepatosplenomegali dengan wajah yang khas mongoloid, frontal bossing, mulut tongos (rodent like mouth), bibir agak tertarik, maloklusi gigi (Kumar et al, 2007).

Untuk mendiagnosis adanya Thalassaemia dapat menggunakan elektroforesis yang digunakan untuk Thalassaemia β mayor, sedangkan untuk Thalassaemia α mayor dapat didiagnosis secara klinik. Selain itu pemeriksaan darah tepi juga penting dilakukan agar dapat mengetahui adanya anemia hipokromik berat yang disertai dengan bentuk sel yang bervariasi atau tidak. Analisa DNA juga digunakan untuk diagnosis prenatal (Kumar et al, 2007).

Penanganan terhadap Thalassaemia khususnya Thalassaemia mayor adalah dengan pemberian transfusi darah secara teratur, biasanya 1 bulan sekali. Selain itu untuk mengeluarkan zat besi yang tertumpuk karena efek pemberian transfusi biasanya diberikan chelating agent (Desferal) yang diberikan secara intravena atau subkutan melalui bantuan pompa kecil. Kadang-kadang perlu dilakukan splenektomi untuk menghindari penghancuran eritrosit yang berlebih. Transplantasi sumsum tulang sudah sering dilakukan saat ini untuk penanganan Thalassaemia (Mansjoer Arif et al, 2000). Obat-obat yang juga saat ini berperan dalam membantu penanganan Thalassemia adalah 5-azacytidine, hydroxyurea,  golongan butyrate  and erythropoietin (Hedi R. Dewonoto dan S. Wardhini B. P., 2007).

BAB III

PENUTUP

A.    Kesimpulan

Transkripsi merupakan transport kode genetik dari DNA ke tempat sintesa protein, proses transkripsi melalui 3 tahapan pokok dan hasil akhir dari proses transkripsi adalah mRNA untai tunggal.

Translasi merupakan proses sintesa protein dari kode genetik gen yang ter-ekspres dari Mrna, proses translasi melalui 3 tahapan pokok dan hasil akhir dari proses translasi adalah rangkaian asam amino berupa protein.

Kelainan genetik dari sintesis protein dapat disebabkan kare mutasi dan rekombinasi, perbedaan antara mutasi dan rekombinasi terletak pada pertukaran elemen genetiknya, dalam mutasi tidak ada pertukaran elemen genetik, sebaliknya rekombinasi melakukan pertukaran elemen genetik.

Salah satu keleinan genetik herediter adalah Thalasemia, Thalasemia adalah kelainan sintesis hemoglobin yang merupakan salah satu protein/polipeptida (rangkaian asam amino) dalam tubuh.

B.     Saran

Dari pemahaman pembuatan laporan , penyusun dapat menyarankan agar:

Bagi pasangan muda yang akan melanjutkan hubungan ke jenjang pernikahan sebaiknya melakukan skreening terlebih dahulu sebelum menikah, selain itu untuk mengindari mutasi tinggalkanlah kebiasaan-kebiasaan buruk seperti merokok, minum minuman keras, dan hindari pula adanya radiasi sinar UV.

DAFTAR PUSTAKA

Arief, Mansjoer et al. 2000. Kapita Selekta Kedokteran. Edisi 3. Jilid II. Jakarta, Bagian Penerbitan Fakultas Kedokteran Universitas Indonesia, pp. 497-8

Dewonoto, Hedi R. Dan S. Wardhini B. P. 2007. Farmakologi dan Terapi. Edisi 5. Jakarta, Departemen Farmakologi dan Terapeutik Fakultas Kedokteran Universitas Indonesia, pp. 802-3

Fatchiyah dan Estri Laras Arumingtyas. 2006. Kromosom, gen,DNA, sinthesis  protein dan regulasi. Malang, Laboratorium Biologi Molekuler dan Seluler Universitas Brawijaya. 

Granner, K. Daryl. 1999. Biokimia Harper. Edisi 24. Jakarta, Penerbit Buku Kedokteran EGC, pp. 442-58

Julianti, Riri. 2008. Thalassaemia. Pekan Baru, Fakultas Kedokteran Universitas Riau, RSUD Arifin Acmad Pekanbaru.

Kumar et al. 2007. Patologi. Edisi 7. Volume I. Jakarta, Penerbit Buku Kedokteran EGC, pp. 452-3

Sylvia A. Price et al. 2005. Patofisiologi. Edisi 6. Volume I. Jakarta, Penerbit Buku Kedokteran EGC, pp. 13-37

Suryo. 2001. Genetika Manusia. Edisi 6. Yogyakarta, Gajah Mada University perss, pp. 46-51

Yahya, Harun. 2005. Rancangan Pada Protein. http://www.harunyahya.com/indo/buku/rancanganprotein_buku003.htm. (24 Maret 2009)

Yuwono, T. 2005. Biologi Molekuler. Jakarta, Erlangga, pp.133-223