Pengecer besar hari ini memiliki "pusat pemenuhan" untuk menangani volume pesanan online yang mereka terima dari seluruh dunia. Di sini, dalam struktur seperti gudang ini, masing-masing produk dilacak, dikemas, dan dikirim ke jutaan tujuan seefisien mungkin. Struktur kecil yang disebut ribosom sebenarnya merupakan pusat pemenuhan dunia seluler, menerima pesanan untuk produk protein yang tak terhitung jumlahnya dari asam ribonukleat pembawa pesan (mRNA) dan dengan cepat dan efisien mengumpulkan produk-produk tersebut dan dalam perjalanan ke tempat yang dibutuhkan.
Ribosom umumnya dianggap organel, meskipun ahli biologi molekuler kadang-kadang menunjukkan bahwa mereka ditemukan pada prokariota (kebanyakan di antaranya adalah bakteri) serta eukariota dan tidak memiliki membran yang memisahkan mereka dari interior sel, dua sifat yang dapat mendiskualifikasi. Bagaimanapun, baik sel prokariotik maupun sel eukariotik memiliki ribosom, struktur dan fungsinya termasuk di antara pelajaran yang lebih menarik dalam biokimia, karena banyaknya konsep dasar keberadaan dan perilaku ribosom menggarisbawahi.
Terbuat dari Apa Ribosom?
Ribosom terdiri dari sekitar 60 persen protein dan sekitar 40 persen RNA ribosom (rRNA). Ini adalah hubungan yang menarik mengingat bahwa jenis RNA (messenger RNA atau mRNA) diperlukan untuk sintesis protein, atau translasi. Jadi di satu sisi, ribosom seperti makanan penutup yang terdiri dari biji kakao yang tidak dimodifikasi dan cokelat olahan.
RNA adalah salah satu dari dua jenis asam nukleat yang ditemukan di dunia makhluk hidup, yang lainnya adalah asam deoksiribonukleat atau DNA. DNA adalah yang paling terkenal dari keduanya, sering disebut-sebut tidak hanya dalam artikel sains arus utama tetapi juga dalam cerita kriminal. Tapi RNA sebenarnya adalah molekul yang lebih serbaguna.
Asam nukleat terdiri dari monomer, atau unit berbeda yang berfungsi sebagai molekul yang berdiri sendiri. Glikogen adalah polimer dari monomer glukosa, protein adalah polimer dari monomer asam amino dan nukleotida adalah monomer dari mana DNA dan RNA dibuat. Nukleotida pada gilirannya terdiri dari bagian gula lima cincin, bagian fosfat, dan bagian basa nitrogen. Dalam DNA, gula adalah deoksiribosa, sedangkan pada RNA adalah ribosa; ini hanya berbeda dalam RNA yang memiliki gugus -OH (hidroksil) di mana DNA memiliki -H (proton), tetapi implikasi untuk susunan fungsionalitas RNA yang mengesankan cukup besar. Selain itu, sementara basa nitrogen di kedua nukleotida DNA dan nukleotida RNA adalah salah satu dari empat jenis yang mungkin, ini jenis dalam DNA adalah adenin, sitosin, guanin dan timin (A, C, G, T) sedangkan pada RNA, urasil menggantikan timin (A, C, G, U). Akhirnya, DNA hampir selalu beruntai ganda, sedangkan RNA beruntai tunggal. Perbedaan dari RNA inilah yang mungkin berkontribusi paling besar pada keserbagunaan RNA.
Tiga jenis utama RNA adalah mRNA dan rRNA yang disebutkan di atas bersama dengan RNA transfer (tRNA). Sementara hampir setengah dari massa ribosom adalah rRNA, mRNA dan tRNA keduanya menikmati hubungan intim dan sangat diperlukan dengan ribosom dan satu sama lain.
Pada organisme eukariotik, ribosom sebagian besar ditemukan menempel pada retikulum endoplasma, jaringan struktur membran yang paling baik disamakan dengan sistem jalan raya atau kereta api untuk sel. Beberapa ribosom eukariotik dan semua ribosom prokariotik ditemukan bebas di sitoplasma sel. Sel individu mungkin memiliki ribuan hingga jutaan ribosom; seperti yang Anda duga, sel-sel yang menghasilkan banyak produk protein (misalnya, sel pankreas) memiliki densitas ribosom yang lebih tinggi.
Struktur Ribosom
Pada prokariota, ribosom mencakup tiga molekul rRNA yang terpisah, sedangkan pada eukariota, ribosom mencakup empat molekul rRNA yang terpisah. Ribosom terdiri dari subunit besar dan subunit kecil. Pada awal abad ke-21, struktur tiga dimensi lengkap dari subunit telah dipetakan. Berdasarkan bukti ini, rRNA, bukan protein, menyediakan ribosom dengan bentuk dan fungsi dasarnya; ahli biologi telah lama menduga sebanyak itu. Protein dalam ribosom terutama membantu mengisi celah struktural dan meningkatkan pekerjaan utama ribosom – sintesis protein. Sintesis protein dapat terjadi tanpa protein ini, tetapi melakukannya dengan kecepatan yang jauh lebih lambat.
Satuan massa de facto ribosom adalah nilai Svedberg (S), yang didasarkan pada seberapa cepat subunit mengendap di dasar tabung reaksi di bawah gaya sentripetal sentrifugal. Ribosom sel eukariotik biasanya memiliki nilai Svedberg 80S dan terdiri dari subunit 40-an dan 60-an. (perhatikan bahwa satuan S jelas bukan massa sebenarnya; jika tidak, matematika di sini tidak akan masuk akal.) Sebaliknya, sel prokariotik mengandung ribosom yang mencapai 70S, dibagi menjadi subunit 30S dan 50S.
Baik protein maupun asam nukleat, masing-masing terbuat dari unit monomer yang serupa tetapi tidak identik, memiliki struktur primer, sekunder, dan tersier. Struktur utama RNA adalah urutan nukleotida individu, yang pada gilirannya tergantung pada basa nitrogennya. Sebagai contoh, huruf AUCGGCAUGC menggambarkan rangkaian sepuluh nukleotida asam nukleat (disebut "polinukleotida" jika pendek ini) dengan basa adenin, urasil, sitosin, dan guanin. Struktur sekunder RNA menggambarkan bagaimana string bengkok dan tertekuk dalam satu bidang berkat interaksi elektrokimia antara nukleotida. Jika Anda meletakkan untaian manik-manik di atas meja dan rantai yang menghubungkannya tidak lurus, Anda akan melihat struktur sekunder manik-manik tersebut. Akhirnya, striktur tersier mengacu pada bagaimana seluruh molekul mengatur dirinya sendiri dalam ruang tiga dimensi. Melanjutkan contoh manik-manik, Anda dapat mengambilnya dari meja dan mengompresnya menjadi bentuk seperti bola di tangan Anda, atau bahkan melipatnya menjadi bentuk perahu.
Menggali Lebih Dalam Komposisi Ribosom
Jauh sebelum metode laboratorium canggih saat ini tersedia, ahli biokimia mampu membuat prediksi tentang struktur sekunder rRNA berdasarkan urutan primer yang diketahui dan sifat elektrokimia individu pangkalan. Misalnya, apakah A cenderung berpasangan dengan U jika ketegaran yang menguntungkan terbentuk dan mendekatkan mereka? Pada awal 2000-an, analisis kristalografi mengkonfirmasi banyak ide peneliti awal tentang bentuk rRNA, membantu menjelaskan lebih lanjut fungsinya. Misalnya, studi kristalografi menunjukkan bahwa rRNA berpartisipasi dalam sintesis protein dan menawarkan dukungan struktural, seperti komponen protein ribosom. rRNA membentuk sebagian besar platform molekul tempat translasi terjadi dan memiliki aktivitas katalitik, yang berarti bahwa rRNA berpartisipasi langsung dalam sintesis protein. Hal ini menyebabkan beberapa ilmuwan menggunakan istilah "ribozim" (yaitu, "enzim ribosom") bukan "ribosom" untuk menggambarkan struktur.
E. coli bakteri menawarkan contoh seberapa banyak ilmuwan telah mampu belajar tentang struktur ribosom prokariota. Subunit besar, atau LSU, dari E. coli ribosom terdiri dari unit rRNA 5S dan 23S yang berbeda dan 33 protein, yang disebut r-protein untuk "ribsomal." Subunit kecil, atau SSU, mencakup satu porsi 16S rRNA dan 21 r-protein. Secara kasar, SSU berukuran sekitar dua pertiga dari ukuran LSU. Selain itu, rRNA LSU mencakup tujuh domain, sedangkan rRNA SSU dapat dibagi menjadi empat domain.
RRNA ribosom eukariotik memiliki sekitar 1.000 nukleotida lebih banyak daripada rRNA ribosom prokariotik – sekitar 5.500 vs. 4,500. Sedangkan E. coli ribosom memiliki 54 r-protein antara LSU (33) dan SSU (21), ribosom eukariotik memiliki 80 r-protein. Ribosom eukariotik juga mencakup segmen ekspansi rRNA, yang memainkan peran struktural dan sintesis protein.
Fungsi Ribosom: Terjemahan
Tugas ribosom adalah membuat seluruh rangkaian protein yang dibutuhkan organisme, dari enzim hingga hormon hingga bagian sel dan otot. Proses ini disebut translasi, dan merupakan bagian ketiga dari dogma sentral biologi molekuler: DNA menjadi mRNA (transkripsi) menjadi protein (translasi).
Alasan mengapa ini disebut terjemahan adalah karena ribosom, yang dibiarkan sendiri, tidak memiliki cara independen untuk "tahu" protein apa yang harus dibuat dan berapa banyak, meskipun memiliki semua bahan mentah, peralatan, dan tenaga kerja yg dibutuhkan. Kembali ke analogi “pusat pemenuhan”, bayangkan beberapa ribu pekerja memenuhi lorong dan stasiun dari salah satu pabrik raksasa ini. tempat, melihat-lihat mainan dan buku dan barang olahraga tetapi tidak mendapatkan arahan dari Internet (atau dari mana pun) tentang apa melakukan. Tidak ada yang akan terjadi, atau setidaknya tidak ada yang produktif untuk bisnis.
Apa yang diterjemahkan, kemudian, adalah instruksi yang dikodekan dalam mRNA, yang pada gilirannya mendapatkan kode dari DNA dalam inti sel (jika organisme adalah eukariota; prokariota tidak memiliki inti). Dalam proses transkripsi, mRNA dibuat dari cetakan DNA, dengan nukleotida ditambahkan ke rantai mRNA yang tumbuh sesuai dengan nukleotida untai DNA templat pada tingkat pasangan basa. A dalam DNA menghasilkan U dalam RNA, C menghasilkan G, G menghasilkan C, dan T menghasilkan A. Karena nukleotida ini muncul dalam urutan linier, mereka dapat dimasukkan ke dalam kelompok dua, tiga, sepuluh atau nomor berapa pun. Seperti yang terjadi, sekelompok tiga nukleotida pada molekul mRNA disebut kodon, atau "kodon triplet" untuk tujuan spesifisitas. Setiap kodon membawa instruksi untuk salah satu dari 20 asam amino, yang akan Anda ingat adalah blok pembangun protein. Misalnya, AUG, CCG, dan CGA semuanya adalah kodon dan membawa instruksi untuk membuat asam amino tertentu. Ada 64 kodon yang berbeda (4 basa dipangkatkan 3 sama dengan 64) tetapi hanya 20 asam amino; akibatnya, sebagian besar asam amino dikodekan oleh lebih dari satu triplet, dan beberapa asam amino ditentukan oleh enam kodon triplet yang berbeda.
Sintesis protein membutuhkan jenis RNA lain, tRNA. Jenis RNA ini secara fisik membawa asam amino ke ribosom. Sebuah ribosom memiliki tiga situs pengikatan tRNA yang berdekatan, seperti tempat parkir yang dipersonalisasi. Salah satunya adalah aminoasil situs pengikatan, yaitu untuk molekul tRNA yang melekat pada asam amino berikutnya dalam protein, yaitu asam amino yang masuk. Yang kedua adalah peptidil situs pengikatan, di mana molekul tRNA pusat yang mengandung rantai peptida yang sedang tumbuh menempel. Yang ketiga dan terakhir adalah keluar situs pengikatan, di mana digunakan, molekul tRNA yang sekarang kosong dikeluarkan dari ribosom.
Setelah asam amino dipolimerisasi dan tulang punggung protein telah terbentuk, ribosom melepaskan protein, yang kemudian diangkut dalam prokariota ke sitoplasma dan dalam eukariota ke badan Golgi. Protein kemudian sepenuhnya diproses dan dilepaskan, baik di dalam atau di luar sel, karena semua ribosom menghasilkan protein untuk penggunaan lokal dan jauh. Ribosom sangat efisien; satu asam amino dalam sel eukariotik dapat menambahkan dua asam amino ke rantai protein yang sedang tumbuh setiap detik. Pada prokariota, ribosom bekerja dengan kecepatan yang hampir gila, menambahkan 20 asam amino ke polipeptida setiap detik.
Catatan kaki evolusi: Pada eukariota, ribosom, selain terletak di tempat yang disebutkan di atas, juga dapat ditemukan di mitokondria pada hewan dan kloroplas tumbuhan. Ribosom ini sangat berbeda dalam ukuran dan komposisi dari ribosom lain yang ditemukan di sel-sel ini, dan mendengarkan ribosom prokariotik sel bakteri dan ganggang biru-hijau. Ini dianggap sebagai bukti yang cukup kuat bahwa mitokondria dan kloroplas berevolusi dari nenek moyang prokariota.
