| Berita Biologi

Tanpa tugas yang jelas dan spesifik, setiap protein sel akan melakukan pekerjaan-pekerjaan yang mungkin bertabrakan dan tidak efisien. Oleh sebab itu, protein yang disintesis oleh kompleks ribosom di sitosol harus mengalami pemrosesaan menuju spesifitas fungsi dan lokasi.

Spesifitas fungsi berlangsung melalui pematangan protein seperti pelipatan struktur benar tiga dimensi, dan modifikasi kovalen. Spesifitas lokasi dicapai melalui mekanisme penyasaran ke tempat dimana ia harus melakukan kerja. Baik spesifitas fungsi dan penyasaran berlangsung dalam koridor perintah genetik yang dikandung oleh setiap protein. Kebutuhan penyasaran dan pematangan protein sangatlah nyata pada sel-sel eukariotik, sehingga harus terintegrasi dengan diferensiasi sel itu sendiri. Bagian ini akan membahas penyasaran protein. Pada bagian selanjutnya akan dibahas mekanisme-mekanisme pematangan protein.

Lokasi akhir penyasaran protein dapat berupa sitosol, intisel, plastid, mitokondrion, tubuh-tubuh sitoplasmik-bermembran, atau di luar sel. Protein disintesis di daerah sitosol. Oleh sebab itu, protein-protein yang diperlukan dalam metabolisme sitosolik langsung dilepas ke dalam sitosol. Protein-protein yang dikirim ke tubuh-tubuh sitoplasmik bermembran (retikulum endoplasma, alat-alat golgi, endosom, lisosom -vakuola) disisipkan ke dalam membran retikulum endoplasma sewaktu biosintesisnya baru saja dimulai, dan kemudian disasarkan ke lokasi tertentu oleh sistem transport alat-alat golgi.

Protein-protein yang terlibat dalam berbagai aktifitas intisel harus disasarkan ke sana. Protein-protein ini adalah protein pengendali transkripsi; protein histon; protein pengangkut intisel; protein lamina, matriks, dan membran inti. Plastida dan mitokondrion walaupun mampu mensintesis protein, masih harus mengimpor 80 - 90% proteinnya dari sitosol.

Protein-protein yang disasarkan ke plastida dan mitokondria harus melewati membran hidrofobik. Beberapa protein disintesis dalam suatu sel namun bekerja di lokasi lain di luar sel itu. Protein-protein demikian dapat saja bekerja pada sel yang lain atau dalam medium tumbuh, terlibat dalam mekanisme pertahanan sel atau mekanisme patogenik, serta sistem pemantau lingkungan. Protein-protein demikian disintesis sama seperti protein tubuh-tubuh sitoplasmik bermembran tetapi kemudian berlalu keluar sel tanpa berhenti di tempat tertentu di dalam sel dimana ia disintesis.

Dengan demikian terdapat semacam lalulintas protein (protein trafficking), dan oleh sebab itu, harus terdapat isyarat-isyarat dalam protein yang dapat dikenal oleh komponen-komponen seluler, dan mentargetkannya ke lokasi yang sesuai. Protein-protein yang melewati sistem-sistem membran sel menuju suatu organela harus mengandung isyarat yang dapat dikenali oleh reseptor membran tertentu. Proses penyasaran ke organela ini disebut translokasi protein (protein translocation).

Titik berangkat penyasaran protein adalah ribosom tempat ia disintesis. Ribosom-ribosom tersebut dapat dipilah ke dalam dua kelompok, pertama: ribosom bebas dan ribosom terikat membran. Ribosom bebas bertanggungjawab mensintesis protein-protein yang dilepas langsung ke sitosol. Lokasi penyasaran protein-protein ini bergantung kepada apakah ia mengandung isyarat khusus atau tidak. Jika tidak, ia akan tinggal di dalam sitosol dalam bentuk terlarut. Jika ya, isyarat itu biasanya terdiri dari beberapa polipeptida dengan motif isyarat pendek, disingkat MIP. MIP berfungsi setelah sintesis protein berlangsung, dan oleh sebab itu, penyasarannya disebut translokasi protein pasca-translasi.

Tabel 1. Motif isyarat pendek protein-protein yang di targetkan ke berbagai organel.

Organela	Lokasi Isyarat	Jenis	Panjang Isyarat
Mitokondrion	Ujung-N	Bermuatan	12 - 30
Kloroplast	Ujung-N	Bermuatan	~25
Intisel	Internal	Basa	7-9
Peroksisom	Ujung-C	SKL	3

Protein-protein yang disasarkan ke mitokondrion dan kloroplast memiliki MIP yang biasanya berada di ujung-N dengan panjang 25 aa (aa =asam amino). Isyarat ini diakui oleh membran terluar mitokondrion dan kloropast, yang biasanya dipotong selama translokasi. MIP protein-protein yang disasarkan ke intisel atau isyarat-isyarat sasaran intisel (ISI atau NLS =NuclearLocalization Signals) bersifat basa, dengan panjang 7 - 9 aa. Isyarat ini dikenal oleh sistem pengangkut protein ke intisel. MIP protein yang disasarkan ke peroksisom terdiri dari tiga peptida terkonservasi di ujung-C protein bersangkutan.

Protein-protein yang disintesis oleh ribosom terikat nampaknya memiliki penyasaran yang berbeda. Sambil disintesis, protein memasuki retikulum endoplasma. Dan oleh sebab itu prosesnya disebut translokasi-sambil-translasi (co-translational translocation). Lokasi isyarat, dapat berupa MIP atau jenis lain, berada terutama di ujung-N tapi terkadang pada bagian tengah (internal) protein. Tujuan akhir bergantung kepada bagaimana protein-protein ini diarahkan kesasaran yang tepat dari retikulum endoplasma dan alat-alat golgi. Penyasaran yang kelihatannya gagal ("default pathway") membawa protein melalui retikulum endoplasma ke alat-alat golgi dan membran plasma. Protein-protein yang tinggal di retikulum endoplasma memiliki MIP tetrapeptida KDEL terkonservasi di ujung-C. Isyarat ini mengarahkan kembali protein di alat-alat golgi ke retikulum endoplasma. Isyarat yang meneruskan protein ke lisosom berupa residu gula, yang ditambahkan pasca-translasi.

Terdapat kesamaan sistem translokasi membran protein-protein yang menggunakan MIP di ujung-N. Kesamaan ini tanpa kecuali, untuk protein yang disasarkan ke mitokondrion, kloroplast dan retikulum endoplasma. Isyarat di ujung-N ini disebut isyarat pembimbing yang tidak menjadi bagian dari protein yang matang. Peranan pembimbing adalah mengawali masuknya protein melalui rintangan dua-lapis lipida. Isyarat ujung-N ini dipotong dari protein selama translokasi berlangsung.

Bentuk protein yang belum matang, artinya yang masih mengandung bagian lain se[perti peptida pembiombing, disebut preprotein. Akan tetapi, sering suatu protein memiliki isyarat lain yang lebih mantap dan disebut proprotein atau memiliki kedua-duanya. Dengan demikian, protein menggunakan isyarat hierarkis untuk mencapai sasaran akhir.

Suatu contoh struktur penyasaran protein-protein lumen tilakoid (thylakoid lumen proteins), memiliki dua peptida pembimbing (Robinson, 1996)[1]. Isyarat pertama membimbing protein kedalam kloroplast. Isyarat kedua adalah isyarat transfer tilakoid (thylakoid transfer signal). Isyarat ini diaktifkan setelah pepetida pembimbing pertama dihidrolisis oleh suatu peptidase yang disebut SPP (=stromal processing peptidase). Isyarat transfer tilakoid kemudian membimbing translokasi protein melewati membran tilakoid. Selesai menunaikan tugas, isyarat transfer tilakoid dilepas dari protein induk oleh suatu peptidase yang disebut TPP (=thylakoid processing peptidase).

Karena kesamaan-kesamaan sistem penyasaran protein-protein kloroplast dan mitokondrion, maka harus terdapat mekanisme untuk menspesifikasi penyasaran ke kedua organel ini. Beberapa spesifikasi mekanisme telah mulai tersingkap. Misalnya, translokasi ensim transferase amino aspartat pada tumbuhan A. thaliana, memiliki isyarat peptida di ujung-N berfungsi menghambat proses dimerisasi sampai protein ini benar-benar telah dipindahkan dan melewati membran kloroplast (Wilkie, 1996).

Isyarat penyasaran protein dapat juga dirancang pada saat inisiasi biosintesis protein. Gen ALATS yang mengkode Alanyl-tRNA synthetase (AlaRS) untuk sitosol dan mitokondrion memiliki dua kodon inisiasi potensial (AUG). Organel mana yang akan dituju oleh protein yang dikode tergantung pada kodon mana yang digunakan dalam pengawalan translasi (Mireau et al., 1996)[2].

Terdapat berbagai macam protein yang disasarkan dan menjadi bagian dari membran sel atau organel. Protein-protein ini harus disisipkan ke dalam lapisan lipid dalam membran, seperti juga protein yang dikirim kedalam kloroplast dan mitokondrion, tetapi dengan adanya isyarat "berhenti" tersusun dari asam-amino-asam amino hidrofobik yang berfungsi sebagai jangkar (anchor) dalam membran lipid dua-lapis, maka bagian jangkarnya atau sebagian besar protein akan tetap menjadi bagian dari membran. Kombinasi isyarat-jangkar memungkinkan pengaturan apakah ujung-N atau ujung-C yang tersingkap keluar membran sel atau sebaliknya tersingkap di dalam sitoplasma.

Suatu studi yang cukup detil mengenai protein-protein yang disasarkan keluar sel pada bakteri E. coli telah dilakukan. Penyasaran dengan mekanisme co-translasi bersifat umum; namun beberapa protein diarahkan keluar sel setelah translasi berlangsung. Protein-protein yang dieksport pada bakteri memiliki isyarat ujung-N yang hidrofilik, namun disampinya terdapat intik hidrofobik. Mutasi di daerah pembimbing hidrofilik membatalkan diarahkannya protein keluar sel. Transport protein tertentu juga mengalami kegagalan akibat mutasi pada beberapa gen, sehingga dipandang sebagai bagian dari komponen-komponen sekresi protein pada bakteri. Seperti juga pada sel tingkat tinggi, diperlukan juga isyarat-isyarat sekunder yang mengarahkan protein pada lokasi yang tepat setelah protein telah masuk ke dalam membran lipid.

E. coli b-lactamase misalnya, hadir dalam bentuk yang sensitif terhadap tripsin sebelum dan selama pengangkutannya melalui membran dalam sel. Sewaktu dilepaskan ke permukaan luar sel (periplasm), terjadi konformasi struktur tiga dimensi yang mengubah protein menjadi tahan terhadap aktivitas tripsin.

Pada bakteri, protein disasarkan dengan cara berikut. Pertama, protein yang disebut kaperonin mengikat dan membawa protein yang baru disintesis serta mengendalikan pelipatanya. Protein kemudian berasosiasi dengan alat-alat pengangkut; dan diangkut melalui membran sel. Pada tahap akhir, peptida pembimbing pada ujung-N dipotong oleh suatu peptidase.

Efisiensi transport protein tergantung beberapa komponen yang terlibat dalam mekanisme transport protein, termasuk di dalamnya komponen yang mencega terjadinya pelipatan protein premature. Baik pada prokarion maupun eukarion, proses bergabungnya protein ke membran sel melibatkan suatu komponen membran yang dapat tercuci dengan larutan garam. Komponen ini disebut partikel pengakuan isyarat (SRP =signal recognition particle), yang merupakan kompleks ribonukleoprotein. Partikel ini berkemampuan mengikat peptida isyarat dari protein yang sedang disintesis untuk dikirim keluar sel; dan ia dapat mengikat protein reseptor yang terdapat didalam membran.

Mekanisme lain penyasaran protein ialah melalui proses endositosis, tepatnya receptor-mediated endocytosis, dimana protein yang akan disasarkan diimpor ke dalam sel oleh suatu gelembung pembawa.

Maksud dari bekerjanya mekanisme tersebut adalah (1) untuk menghantar metabolit-metabolit esensial dalam sel, (2) memodulasi tanggapan sel terhadap banyak hormon-hormon protein dan faktor-faktor tumbuh (3) menyasarkan protein yang diarahkan ke lisosom (vakuola) untuk dihancurkan, seperti keterlibatanya dalam mekanisme penghancuran kompleks antigen-antibodi, (4) mekanisme endositosis juga dimanfaatkan oleh banyak virus dan racun-racun agar dapat masuk ke dalam sel. Gangguan dari bekerjanya mekanisme-mekanisme tersebut berakibat penyakit seperti hiperkolesterolemia.

Studi terhadap nasib protein pengendali ekspresi gen (regulatory proteins) telah memberi banyak pemahaman mengenai nasih-nasib mereka. Protein-protein ini memiliki tingkat variasi yang luarbiasa dalam hal daya hidup pasca-sintesis. Beberapa protein bertahan hidup di dalam sel hanya beberapa menit saja. Yang lain hidup berpuluh-puluh jam. Perbedaan tersebut merupakan salah satu mekanisme utama pengendalian aktivitas gen. Protein yang terlibat dalam mekanisme-mekanisme inisiasi perkembangan, diperlukan hanya beberapa waktu yang singkat saja, dan biasanya langsung dihancurkan. Protein-protein yang mempertahankan sifat tertentu setelah inisiasi harus fungsional dalam waktu yang lebih lama, dan oleh sebab itu, sifatnya harus dipertahankan. bertahan lama dalam bentuk.

Sekelompok protein yang disebut ubiquitin memainkan peranan penting dalam mekanisme destruksi protein, selain mekanisme proteolitik langsung. Ubiquitin berfungsi sebagai tanda "hancurkan!". Protein-protein yang terikat dengan ubiquitin, berati siap dihancurkan. Jadi ubiquitin berfungsi sebagai penanda, yang kemudian dikenal oleh suatu kompleks penghancur protein yang disebut proteasom (proteasome).

Di dalam sel, sering terbentuk protein-protein tidak normal atau belum matang. Mereka terbentuk akibat cekaman suhu, oksigen radikal, dan mutasi-mutasi. Protein-protein tersebut dengan segera akan dihancurkan oleh jalur ubiquitin-proteasom. Beberapa penyakit kemunduran sistem saraf (neurodegenerative diseases) telah dilaporkan berkaitan dengan terbentuknya protein-protein abnormal antara lain: Alzheimer, Parkinson, Huntington, dan Ataxia. Protein-protein tersebut tidak akan terhidari dari mekanisme penghancuran.

[1] Robinson C (1996). Translocation of protein across chloroplast membranes. In Smalwood, et al., : Membranes: specialized functions in plants. Bios Sci. Publ. Oxford.

[2] Mireau, H., Lancelin, D., and Small, I. D., (1996). The same Arabidopsis gene encodes both cytosolic and mitochondrial Alanyl-tRNA Synthetase. The Plant Cell, Vol. 8: 1027-1039.

1 Response to " "