Pengaruh Insulin pada

Diabetes Melitus

Yulita Hera (102011132)

Fakultas kedokteran

Universitas Kristen Krida Wacana

Jln. Terusan Arjuna No. 6 Jakarta Barat 11510

Tlp. 021- 56942061 Fax . 021-5631731

E_mail : yulitahera@yahoo.com

Skenario D

Seorang wanita gemuk dinyatakan menderita diabetes melitus (DM). Menurut hasil

pemeriksaan ternyata sel β pancreas wanita tersebut normal sehingga insulin tetap dibentuk,

namun reseptor insulin yang terdapat pada sel target tidak berfungsi sehingga insulin tidak

dapat bekerja pada sel target tersebut.

Istilah yang tidak diketahui

Diabetes Melitus (DM) : suatu sindrom kronik gangguan metabolisme karbohidrat,

protein, dan lemak akibat ketidakcukupan sekresi insulin atau resistensi insulin pada

jaringan yang di tuju. (Sumber : Kamus kedokteran dorland. Edisi 29. Jakarta : EGC;

2005. h.602)

Pendahuluan

Diabetes atau yang sering disebut dengan diabetes melitus merupakan penyakit

kelainan metabolisme yang disebabkan kurangnya produksi insulin, zat yang dihasilkan oleh

kelenjar pankreas.1 Bisa pula karena adanya gangguan pada fungsi insulin, meskipun

jumlahnya normal. Banyak yang masih menanggap bahwa penyakit Diabetes melitus

merupakan penyakit orang tua, penyakit yang hanya timbul karena faktor keturunan. Namun

sesungguhnya setiap orang dapat mengidap penyakit Diabetes ini, baik tua maupun muda.

Sebagian besar kasus diabetes disebabkan faktor keturunan. Tetapi faktor keturunan

saja tidak cukup untuk menyebabkan seseorang terkena Diabetes, ternyata Diabetes lebih

1

sering terjadi pada orang yang mengalami obesitas atau kegemukan akibat gaya hidup yang

di jalaninya.

Insulin adalah hormon yang dilepaskan oleh pankreas, yang bertanggung jawab dalam

mempertahankan kadar gula darah yang normal. Insulin memasukkan gula ke dalam sel

sehingga bisa menghasilkan energi atau disimpan sebagai cadangan energi. Diabetes terjadi

jika tubuh tidak menghasilkan insulin yang cukup intuk mempertahankan kadar gula darah

yang normal atau jika sel tidak memberikan respon yang tepat terhadap insulin.1

Pembahasan

Hormon Insulin

Hormon insulin diproduksi oleh kalenjar pankreas. Dalam kelenjar pankreas

mengandung kurang lebih 100.000 pulau Langerhans dan setiap pulau mengandung 100 sel

beta. Oleh sel beta-lah hormon insulin diproduksi, dimana sel beta dapat diibaratkan sebagai

anak kunci yang dapat membuka pintu masuknya glukosa ke dalam sel. Untuk kemudian di

dalam sel, glukosa tersebut dimetabolisasikan menjadi tenaga energi. Jika hormon insulin

tidak ada, maka glukosa tak dapat masuk ke sel dengan akibat glukosa akan tetap berada di

dalam pembuluh darah yang artinya kadar glukosa di dalam darah meningkat. Sebaliknya,

disamping sel beta, terdapat juga sel alfa yang memiliki fungsi memproduksi glukagon yang

bekerja sebaliknya dari hormon insulin, yakni meningkatkan kadar glukosa darah.2

Metabolisme Insulin Normal

Insulin adalah polipeptida yang terdiri dari rantai A dengan 21 asam amino dan rantai B

dengan 30 asam amino. Kedua rantai tersebut berikatan dengan ikatan disulfida. Pada

manusia, gen untuk insulin terletak di lengan pendek kromosom 11. Insulin disintesis oleh

sel beta diawali dengan translasi RNA insulin oleh ribosom yang melekat pada RE

membentuk preprohormon. Preprohormon diubah menjadi proinsulin, lalu melekat pada

golgi membentuk insulin. Waktu paruh insulin dalam sirkulasi sekitar 5-6 menit.3

Mekanisme Kerja Insulin

Kerja insulin dimulai ketika terikat dengan reseptor glukoprotein yang spesifik

pada permukaan sel target. Ketika insulin terikat dengan reseptor, beberapa peristiwa akan

terjadi : (1) terjadi perubahan bentuk reseptor, (2) reseptor berikatan silang

membentuk mikroagregat, (3) reseptor diinternalisasi, (4) dihasilkan satu atau lebih sinyal.

2

Sinyal yang dihasilkan merangsang kerja pengangkutan, fosforilasi protein, aktivasi dan

inhibitisi protein, dan terjadi sintesis RNA. Gen reseptor insulin manusia terletak pada

kromosom 19.  Reseptor ini merupakanheterodimer yang terdiri atas dua subunit alfa dan

beta. Subunit alfa seluruhnya berada diluar sel dan mengikat insulin. Subunit beta merupakan

protein transmembran yangmelaksanakan fungsi tranduksi sinyal.3

Mutasi gen/mutasi titik

Mutasi adalah perubahan materi genetik suatu sel. Mutasi titik sendiri adalah

perubahan kimiawi pada satu basa dalam satu gen tunggal.4 Jika mutasi titik terjadi pada

suatu gamet, atau pada sel yang menghasilkan gamet, maka mutasi ini dapat diteruskan pada

keturunan dan generasi penerus. Jika mutasi mempunyai efek merugikan pada fenotip

manusia atau hewan, maka kondisi mutan ini mengacu pada suatu penyimpangan genetik

atau menimbulkan penyakit keturunan (herediter).4,5

Mutasi titik dalam suatu gen dapat dibagi menjadi 2 kategori umum yaitu:

1. Subsitusi pasangan-basa adalah penggantian satu nukleotida dan pasangannya di

dalam untai DNA komplementer dengan pasangan nukleotida lain. Beberapa subsitusi

disebut mutasi diam ( silent mutation) yang disebabkan akibat adanya redundansi

kode genetika sehingga mutasi ini tidak mempengaruhi pengkodean protein. Jadi,

perubahan pada pasangan basa dapat mentransformasi satu kodon ke kodon lain yang

ditranslasi menjadi asam amino yang sama. Perubahan lain dari pasangan nukleotida

tunggal mungkin dapat mengubah asam amino tetapi memberikan efek yang kecil

pada protein. Asam amino yang baru mungkin mempunyai sifat yang sama dengan

asam amino yang digantikannya atau asam amino baru tersebut mungkin berada pada

daerah protein di mana urut-urutan asam amino yang tepat tidak begitu berpengaruh

bagi fungsi protein.

Namun, subsitusi pasangan-basa yang paling menarik adalah subsitusi yang

menyebabkan perubahan di dalam suatu protein yang bisa dideteksi. Perubahan asam

amino tunggal di daerah area penting suatu enzim (contohnya tempat aktif suatu

enzim) akan mengubah aktivitas suatu protein secara signifikan. Kadang-kadang

mutasi semacam ini mengarah pada perbaikan protein atau protein dengan

kemampuan baru yang meningkatkan kesuksesan organism mutan atau keturunannya.

3

Tetapi yang lebih banyak terjadi adalah mutasi yang bersifat mengganggu,

menciptakan protein tidak bermanfaat atau protein kurang aktif yang menghalangi

fungsi seluler. Mutasi subsitusi biasanya adalah mutasi salah-arti (missense mutation)

di mana kodon yang berubah tetap mengkode suatu asam amino dan karenanya masuk

akal (sense), walaupun tidak selalu arti yang benar. Tetapi jika mutasi titik mengubah

suatu kodon untuk satu asam amino menjadi kodon stop, translasi akan dihentikan

sebelum waktunya, dan polipeptida hasilnya akan lebih pendek dibandingkan

polipeptida yang dikode oleh gen normal. Perubahan yang mengubah kodon asam

amino menjadi sinyal stop disebut mutasi tanpa arti (nonsense mutation), dan hampir

semua mutasi tanpa arti mengarah pada protein nonfungsional.

2. Insersi dan delesi merupakan penambahan atau pengurangan satu atau lebih pasangan

nukloetida pada suatu gen. Mutasi ini mempunyai efek yang seringkali lebih

berbahaya terhadap protein yang dihasilkan daripada efek yang ditimbulkan subsitusi.

Karena mRNA dibaca sebagai suatu rangkaian triplet nukleotida selama translasi,

maka insersi atau delesi nukleotida dapat mengubah kerangka baca (kelompok triplet)

pesan genetik. Mutasi seperti ini disebut mutasi pergeseran-kerangka (frameshift

mutation), yang akan terjadi bila jumlah nukleotida yang dimasukkan atau

dihilangkan bukan kelipatan tiga.

Semua nukleotida yang terletak pada arah downstream dari delesi atau insersi akan

dikelompokkan menjadi kodon secara tidak wajar dan hasilnya adalah salah-arti yang

meluas dan cepat atau lambat akan menghasilkan tanpa-arti, terminasi sebelum

waktunya. Terkecuali pergeseran kerangka tersebut sangat dekat dengan ujung gen,

pergeseran ini akan menghasilkan protein yang hampir bisa dipastikan tidak akan

fungsional.4

4

Proses Replikasi

Gambar 1. Replikasi DNA

(Sumber: http://3.bp.blogspot.com/dna-replication2.gif)

Permulaan : Pangkal Replikasi

Replikasi molekul DNA dimulai pada tempat-tempat khusus disebut pangkal replikasi

(origon of replication). Protein yang memulai replikasi DNA mengenali urutan ini dan

menempel pada DNA, memisahkan kedua untaian dan menempel pada DNA, memisahkan

kedua untaian dan membuka sebuah “gelembung” replikasi. Replikasi DNA kemudian

berjalan dalam dua arah sampai seluruh molekul tersebut disalin. Gelembung-gelembung

replikasi terbentuk dan akhirnya menyatu, sehingga mempercepat penyalinan molekul DNA

yang sangat panjang ini . Seperti pada bakteri, replikasi DNA berjalan dalam dua arah dari

setia pangkal. Di setiap ujung gelembung replikasi terdapat cabang replikasi (replication

fork), suatu daerah berbentuk Y di mana untai-untai DNA baru mulai memanjang.4,6

Pemanjangan Untai DNA Baru

Pemanjangan DNA baru pada cabang replikasi dikatalisis oleh enzim-enzim yang

disebut DNA polimerase. Saat nukleotida-nukleotida berjejer dengan basa-basa

komplementer sepanjang untaian pola cetakan DNA nukleotida-nukleotida ini ditambahkan

oleh polymerase, satu demi satu, ke ujung yang baru tumbuh dari untai DNA yang baru.

Nukleotida-nukleotida dengan tiga gugus fosfat.

5

Satu-satunya perbedaan antara ATP energi metabolisme dan nukleosida trifosfat yang

menyediakan adenin untuk DNA adalah komponen gulanya, berupa deoksiribosa pada blok

penyusup DNA tetapi merupakan ribose pada ATP. Seperti monomer-monomer trifosfat

yang digunakan untuk sintesis DNA sangat reaktif secara kimiawi, sebagian dikarenakan

ekor-ekor trifosfat monomer-monomer ini mempunyai klustrum negatif yang tidak stabil.

Pada waktu masing-masing monomer bergabung dengan ujung untai DNA yang sedang

tumbuh, monomer ini kehilangan dua gugus fosfat. Hidrolisis fosfat ini merupakan reaksi

eksergonik yang menggerakkan polimerasi nukleotida untuk membentuk DNA.4

Permasalahan Untai DNA Antiparalel

DNA polimerase menambahkan nukleotida hanya pada ujung 3’ yang bebas dari untai

DNA yang sedang terbentuk, tidak pernah pada ujung 5’. Jadi, untai DNA baru dapat

memanjang hanya pada arah 5’ 3’. Di sepanjang salah satu untai cetakan, DNA polimerase

dapat mensintesis untai komplementer yang kontinu dengan memanjangkan DNA yang baru

ini dengan arah 5’ 3’ yang bersifat wajib. Polimerase tersebut semata-mata bersarang pada

cabang replikasi dan bergerak di sepanjang untai cetakan seiring bergeraknya cabang. Untai

DNA yang dibuat dengan metode ini disebut leading strand (untai pemimpin).

Untuk memanjangkan untai baru DNA yang lain, polimerase harus bekerja di

sepanjang cetakan jauh dari cabang replikasi. Untai DNA yang disintesis dalam arah ini

disebut lagging strand. Prosenya analog dengan metode menjahit yang disebut stik balik. Saat

gelembung replikasi terbuka, molekul polimerase dapat bekerja jauh dari cabang replikasi

dan mensintesis segmen pendek DNA. Saat gelembung berkembang, satu segmen pendek

lagging strand lainnya dapat dibuat dengan cara yang sama. Berbeda dengan leading strand

yang memanjang terus-menerus, lagging strand pertama kali disintesis sebagai serangkaian

segmen. Potongan ini disebut fragmen Okazaki. Enzim lainnya, DNA ligase, bergabung

dengan fragmen Okazaki mrmbentuk satu untai DNA tunggal.4,6

Memprimerkan Sintesis DNA

Terdapat satu batasan penting lainnya untuk DNA polymerase. Polimerase-polimerase

ini dapat menambahkan sebuah nukleotida hanya kepada satu polinukleotida yang sudah ada

yang telah berpasangan dengan untai komplementer. DNA polimerase sebenarnya tidak dapat

memulai sintesis sebuah polinukleotida, tetapi hanya dapat menambahkan nukleotida pada

ujung rantai yang sebelumnya sudah ada. Di dalam sel, rantai asli yang sebelumnya suda ada,

6

primer, bukanlah DNA, tetapi potongan pendek RNA, kelas lain asam nukleat. Suatu enzim

yang disebut primase menggabungkan nukleotida-nukleotida RNA untuk membentuk primer,

yang panjangnya kurang lebih 10 nukleotida pada eukariota.

DNA polimerase yang lain kemudian menggantikan nukleotida RNA dari primer-

primer ini dengan versi DNA. Hanya satu yang dibutuhkan agar DNA polimerase dapat mulai

mensintesis leading strand dari untai DNA baru. Untuk lagging strand setiap fragmen harus

diprimerkan, primer-primer ini diubah ke DNA sebelum ligase menggabungkan fragmen-

fragmen tersebut menjadi satu.4,6

Protein-protein Lain yang Membantu Replikasi

Ada jenis protein yang berfungsi dalam sintesis DNA yaitu DNA polimerase, DNA

ligase, dan DNA primase. Terdapat jenis-jenis protein lain yang juga ikut berperan. Dua di

antaranya helikase dan protein pengikat untai-tunggal (single-single binding protein).

Helikase adalah sejenis enzim yang berfungsi membuka heliks ganda di cabang replikasi,

memisahkan kedua untai lama.

Molekul-molekul dari protein pengikat untai tunggal kemudian berjajar di sepanjang

untai-untai lama yang tidak berpasangan, menjaga agar untai-untai ini tetap terpisah selama

mereka bertindak sebagai cetakan untuk sintesis untai-untai komplementer yang baru.4

Transkripsi dan Translasi

Gambar 2. Translasi

(Sumber: http://upload.wikimedia.org/ Ribosome_mRNA_translation_en.svg

Transkripsi dan Translasi merupakan dua proses utama yang menghubungkan gen ke

protein. Gen memberi perintah untuk membuat protein tertentu. Tetapi gen tidak

7

membangun protein secara langsung. Jembatan antara DNA dan sintesis protein adalah RNA.

RNA secara kimiawi serupa dengan DNA terkecuali bahwa RNA mengandung ribosa, bukan

deoksiribosa. Sebagai gulanya dan memiliki basa nitrogen urasil, dan bukan timin. Dengan

demikian, setiap nukleotida di sepanjang untai DNA memiliki deoksiribosa sebagai gulanya

dan A, G, C atau T sebagai basanya; setiap nukleotida di sepanjang untai RNA memiliki

ribosa sebagai gulanya dan A, G, C atau U sebagai basanya.

Suatu molekul RNA hampir selalu terdiri dari satu untai tunggal. Dalam DNA atau

RNA, monomernya merupakan keempat jenis nukleotida, yang berbeda dalam basa

nitrogennya. Panjang gen biasanya mencapai ratusan atau ribuan nukleotida, masing-masing

memiliki urutan basa yang spesifik. Setiap polipeptida dari suatu protein juga memiliki

monomer yang tersusun dalam tatanan linear tertentu, tetapi monomernya adalah kedua puluh

asam amino tersebut. Dengan demikian, asam nukleat dan protein berisi informasi yang

ditulis dalam dua bahasa kimiaawi yang berbeda. Untuk beralih dari DNA, yang ditulis

dalam satu basa, ke protein, yang ditulis dalam bahasa lain, membutuhkan 2 tahapan utama

yaitu transkripsi dan translasi. 4

Transkripsi merupakan sintesis RNA berdasarkan arahan DNA. Kedua asam nukleat

menggunakan bahasa yang sama, dan informasinya tinggal ditranskripsi atau disalin dari

suatu molekul ke molekul yang lain. Persis sebagaimana untai DNA menyediakan suatu

cetakan (template) untuk sintesis untai komplementer baru selama replikasi DNA, transkripsi

ini menyediakan suatu cetakan untuk penyusunan urutan nukleotida RNA. Molekul RNA

yang dihasilkan merupakan transkrip penuh dari instruksi-instruksi pembangun-protein dari

gen itu. Jenis molekul ini disebut RNA messenger (mRNA). Dinamakan RNA messenger

karena molekul ini membawa pesan dari DNA ke peralatan pensintesis-protein dari sel

tersebut.4,6

Translasi merupakan sintesis polipeptida yang sesungguhnya, yang terjadi berdasarkan

arahan mRNA. Selama tahapan ini terdapat perubahan bahasa: Sel harus

menerjemahkan/mentranslasi urutan basa molekul mRNA ke dalam urutan asam amino

polipeptida. Tempat-tempat transalasi ini ialah ribosom, partikel kompleks yang

memfasilitasi perangkaian secara teratur asam amino menjadi rantai polipeptida. Lalu (dalam

sel eukariot) selubung nukleus akan memisahkan transkripsi dari translasi dalam ruang dan

waktu. Transkripsi terjasi di nukleus, dan mRNA dikirim ke sitoplasma, di mana translasi

terjadi. Tetapi sebelum mRNA meninggalkan nukleus, transkrip-transkrip RNA dimodifikasi

8

dengan berbagai cara untuk menghasilkan mRNA akhir yang fungsional. Dengan demikian,

dalam proses dua-langkah ini, transkripsi gen eukariotik menghasilkan pra-mRNA, dan

pemrosesan RNA menghasilakn RNA akhir. Istilah yang lebih umum untuk transkrip RNA

awal ini ialah transkrip primer.4

Sintesis dan Pemrosesan RNA

RNA messenger, pembawa informasi informasi DNa ke peralatan pensintesisprotein

sel, ditranskripsi dari untai cetakan suatu gen. Enzim yang disebut RNA polimerase

membuka pilinan kedua untai DNA sehingga terpisah dan mengkaitkannya bersama-sama

nukleotida RNA pada sat nukleotida-nukleotida ini membentuk pasangan-basa di sepanjang

cetakan DNA. Seperti DNA polimerase yang berfungsi dalam replikasi DNA, RNA

polimerase dapat menambahkan nukleotida hanya ke ujung 3’ dari polmer yang tumbuh.

Dengan demikian, molekul RNA memnajang dalam arah 5’ 3’. Urutan nukleotida spesifik

di sepanjang DNA menandai di mana transkripsi suatu gen dimulai dan diakhiri. Rentangan

DNA yang ditranskripsi menjadi molekul RNA disebut unit transkripsi.4,6

Pada eukariot memiliki 3 tipe RNA polimerase dalam nukleusnya, diberi nomor I, II,

dan III. Tipe yang digunakan untuk sintesis mRNA adalah RNA polimerase II. Ketiga

tahapan transkripsi ialah inisiasi, elongasi, dan terminasi rantai RNA.4

Pengikatan RNA polimerase dan Inisiasi Transkripsi

Daerah DNA di mana RNA polimerase melekat dan mengawali transkripsi disebut

sebagai promoter. Suatu promoter mencakup titik-awal transkripsi dan biasanya

membentang beberapa lusin pasangan nukleotida “upstream” (ke depan) dari titik-awal. Di

samping menentukan yang mana dari kedua untai heliks DNA yang digunakan sebagai

cetakan.

Bagian-bagian tertentu suatu promoter sangat penting untuk pengikatan RNA

polimerase. Dalam prokariota, RNA polimerase itu sendiri secara khusus mengenali dan

mengikatkan dirinya dengan promoternya. Sebaliknya dalam eukariota, suatu kumpulan

protein yang disebut faktor transkripsi menjadi perantara antara pengikatan polimerase RNA

dan inisiasi transkripsi. Hanya setelah faktor transkripsi tertentu diikat pada promoter barulah

RNA polimerase mengikatkan diri pada promoter tersebut. Susunan yang lengkap antara

faktor transkripsi dan RNA polimerase yang mengikatkan diri pada promoter disebut

kompleks inisiasi transkripsi.4,6

9

Interaksi antara RNA polimerase eukariotik dan faktor transkripsi merupkan suatu

contoh pentingnya interaksi protein-protein dalam mengontrol transkripsi eukariotik. Peran

faktor transkripsi dan suatu urutan DNA promoter penting yang disebut boks TATA dalam

membentuk kompleks inisiasi. Begitu polimerase tersebut terikat kuat pada DNA promoter,

kedua untai DNA mengulur di sana, dan enzim mulai mentranskrip untai cetakannya.4

Elongasi Untai RNA

Pada saat RNA bergerak di sepanjang DNA, RNA itu terus membuka pilinan heliks-

ganda tersebut, memperlihatkan kira-kira 10-20 basa DNA sekaligus untuk berpasangan

dengan nukleotida RNA. Enzi mini menambahkan nukleotida ke ujung 3’ dari molekul RNA

yang sedang tumbuh begitu enzim itu berlanjut di sepanjang heliks-ganda tersebut. Pada saat

sintesis RNA berlangsung, heliks-ganda DNA terbentuk kembali dan molekul RNA baru

akan lepas dari cetakan DNA-nya.4

Satu gen tunggal dapat ditranskripsi secara stimulant oleh beberapa molekul RNA

polimerase yang secara stimulan oleh beberapa molekul RNA polimerase yang saling

mengikuti. Untai RNA yang sedang tumbuh memperlihatkan jejak dari setiap polimerase,

dengan panjang setiap untai baru yang mencerminkan sejauh mana enzim itu telah berjalan

dari titil-awalnya di sepnjang cetakan tersebut. Banyaknya molekul polimerase yang secara

stimulan mentranskripsi gen tunggal akan meningkatkan jumlah molekul mRNA dan

membantu suatu sel membuat protein dalam jumlah yang lebih besar.4,6

Terminasi Transkripsi

Transkripsi berlangssung sampai RNA polimerase mentranskripsi urutan DNA yang

disebut terminator. Terminator yang ditranskripsi yakni, suatu urutan RNA berfungsi sebagai

sinyal terminasi yang sesungguhnya. Terdapat beberapa mekanisme yang berbeda untuk

terminasi transkripsi, yang perinciannya sebenarnya masih kurang jelas. Pada sel prokariotik,

transkripsi biasanya berhenti tepat pada akhir sinyal terminasi; ketika polimerase mencapai

titik tersebut polimerase melepas RNA dan DNA. Sebaliknya, pada sel eukariotik polimerase

ini terus melewati sinyal terminasi, suatu urutan AAUAAA di dalam pra-mRNA ini dipotong

hingga terlepas dari enzim tersebut. Tempat pemotongan pada RNA juga merupakan tenpat

untuk penambahan ekor poli (A), salah satu langkah pemrosesan RNA.4

Sel Eukariot Memodifikasi RNA Setelah Transkripsi

10

Penggantian Ujung-ujung mRNA

Setiap ujung molekul pra-mRNA dimodifikasi dengan cara tertentu. Ujung 5’ yang

pertam dibuat sela transkripsi, segera ditutup dengan bentuk nukleotida guanine (G) yang

termodifikasi. Ujung 5’ ini memiliki sedikitnya dua fungsi penting. Pertama, ujung ini

melindungi mRNA dari perombakan (degradasi) oleh enzim hidrolitik. Kedua, setelah mRNA

mencapai sitoplasma, ujung 5’ ini befungsi sebagai bagian dari “lekatkan di sini” untuk

ribosom. Ujung molekul lain mRNA, ujung 3’, juga dimodifikasi sebelum pesannya

meninggalkan nukleus. Pada ujung 3’ ini suatu enzim menambahkan ekor poli (a) yang terdiri

atas 30-200 nukleotida adenin. Seperti tutup 5’, ekor poli (A) ini menghambat degradasi

RNA dan membantu ribosom melekat padanya. Ekor poli (A) ini tampaknya juga

mempermudah ekspor mRNA dari nukleus. Lalu terdapat segmen leader dan trailer, non

translasi dari RNA, tempat di mana tutup dan ekor ini melekat.4,6,7

Pemisahan Gen dan Penyambungan RNA

Tahap selanjutnya yaitu pemindahan sebagian besar molekul RNA yang mula-mula

disintesis, pekerjaan potong dan temple yang disebut penyambungan RNA (RNA splicing).

Panjang rata-rata unit trankripsi di sepanjang molekul DNA eukariotik adalah sekitar 8000

nukleuotida , sehingga transkrip RNA primer juga sepanjang itu. Tetapi hanya dibutuhkan

kira-kira 1200 nukleotida untuk mengkode protein yang ukuran rata-ratanya 400 asam amino.

Ini berarti sebagian besar gen eukariotik dan transkrip RNA-nya memiliki rentangan

nukleotida bukan-pengkode, daerah yang tidak ditranslasi. Bahkan lebih mengejutkan lagi

adalah bahwa sebagian besar urutan bukan-pengkode ini tersebar berselang-seling di antara

segmen pengkode gen, dan kemudian di antara segmen pegkode terdapat pra-mRNA. Dengan

kata lain, urutan nukleotida DNA yang mengkode polipeptida eukariotik tidak kontinu.

Segmen-segmen asam nukleat bukan-pengkode yang terletak di antara daerah pengkode

disebut intron. Daerah lain disebut ekson, karena daerah ini akhirnya

diekspresikan(ditranslasi menjadi asama amino), kecuali pada bagian leader dan trailer ekson

pada kedua ujung RNA.

RNA polimerase mentranskripsi intron maupun ekson dari DNA, yang menciptakan

molekul RNA yang terlalu besar. Tetapi pra-mRNA ini tidak pernah meninggalkan nukleus;

molekul mRNA yang memasuki sitoplasma merupakan versi ringkas dari transkrip

primernya. Intron dipotong dari molekul dan ekson bergabung menjadi satu untuk

membentuk suatu molekul mRNA dengan urutan pengkode yang kontinu.4,6

11

Sinyal-sinyal untuk penyambungan RNA merupakan urutan nukleotida pendek pada

ujung-ujung intron. Partikel yang disbeut ribonukleoprotein nukleus kecil, atau snRNP (small

nuclear ribonucleoprotein) mengenali tempat-tempat penyambungan ini. SnRNP ditempatkan

dalam nukleus sel dan tersusun atas molekul RNA dan protein. RNA dalam partikel snRNP

disebut RNA nukleus kecil (snRNA-small nuclear RNA). Beberapa snRNP yang berbeda

bergabung dengan protein tambahan untuk membentuk susunan yang bahkan lebih besar

yang disebut spliosom, yang hampir sama sebesar ribosom. Spliosom ini berinteraksi dengan

tempat-tempat penyambungan pada ujung-ujung intron. Spliosom ini terpotong pada titik-

titik spesifik untuk melepas intronnya, kemudian segera bergabung bersama kedua ekson

yang mengapit intron tersebut. Terdapat bukti kuat bahwa snRNP ini memainkan peran

dalam proses katalitik, seperti juga dalam penyusunan spliosom dan pengenalan tempat-

penyambungan. Hal ini muncul dari penemuan ribozom, molekul RNA yang berfungsi

sebagai enzim.4

Sintesis Protein

Dalam proses translasi, suatu sel menginterpretasi suatu pesan genetik dan membentuk

protein yang sesuai. Pesan tersebut berupa serangkaian kodon di sepanjang molekul mRNA,

interpreternya adalah RNA transfer (tRNA). Fungsinya adalah mentransfer asam-asam amino

dari kolam asam amino sitoplasmanya ke ribosom. Suatu sel tetap menjaga sitoplasmanya

agar mempunyai persediaan ke-20 asam amino, baik dengan mensintesisnya dari senyawa-

senyawa lain atau dengan mengambilnya dari larutan di sekitarnya. Ribosom menambahkan

tiap asam amino ke ujung rantai polipeptida yang sedang tumbuh.

Molekul-molekul tRNA tidak semuanya identik. Kunci untuk mentranslasi pesan

genetik menjadi urutan asam amino spesifik adalah setiap tipe molekul tRNA

menghubungkan kodon mRNA tertentu dengan asam amino tertentu. Ketika tiba di ribosom,

molekul tRNA membawa asam amino spesifik pada salah satu ujung. Pada ujung lainnya

terdapat triplet nukleotida yang disebut antikodon yang berdasarkan, aturan pemasangan-

basa, mengikatkan diri pada kodon komplementer di mRNA.4,6,7

Secara prinsip translasi adalah sederhana tetapi kompleks secara biokimia dan mekanik,

khususnya pada sel eukariotik.

Struktur dan Fungsi RNA transfer

12

Molekul RNA transfer ditranskripsi dari cetakan DNA. Padas sel eukariotik, tRNA

dibuat di dalam nukleus dan harus diangkut dari nukleus ke sitoplasma, tempat terjadinya

translasi. Tiap molekul RNA digunakan berulang kali, mengambil desain asam aminonya

dalam sitosol, menyimpan muatan ini di ribosom, dan meninggalkan ribosom untuk

mengambil muatan lainnya.4

Molekul tRNA terdiri atas untai tunggal RNA yang panjangnya hanya 80 nukleotida.

Untai RNA ini melipat ke belakang terhadap dirinya sendiri untuk membentuk molekul

dengan struktur daerah tertentu dari untai tRNA membentuk ikatan hidrogen dengan basa-

basa komplementer dari daerah lain. Jika dijadikan satu bidang untuk membuka ikatan

hydrogen tersebut, molekul tRNA terlihat seperti daun semanggi. RNA transfer benar-benar

terpelintir dan melipat menjadi struktur tiga dimensi padat yang secara kasar berbentuk

seperti L. Suatu putaran (loop) yang menonjol dari suatu ujung bentuk L mengandung

antikodon, yaitu triplet basa terspesialisasi yang terikat dengan kodon mRNA spesifik. Dari

ujung lain 3’nya, yang merupakan tepat perlekatan untuk asam amino. Jadi struktur dari

sebuah molekul tRNA sesuai dengan fungsinya.4,6

Jika satu macam tRNA tersedia untuk tiap-tiap kodon mRNA yang menentukan suatu

asam amino, maka akan terdapat 61 tRNA. Jumlah sebenarnya lebih kecil yaitu sekitar 45.

Angka ini mencukupi karena beberapa tRNA mempunyai antikodon-antikodon yang dapat

mengenali dua atau lebih kodon-kodon yang berbeda. Kemampuan ini mungkin disebabkan

karena aturan pemasangan-basa antara basa ketiga suatu kodon dan basa yang terkait dari

antikodon tRNA tidaklah seketat aturan untuk kodon-kodon DNA dan mRNA. Misalnya basa

U antikodon tRNA dapat berpasangan baik dengan A atau G di posisi ketiga dari kodon

mRNA. Pelonggaran aturan pasangan-basa ini disebut wobel. tRNA yang paling serbaguna

adalah yang mengandung inosin (I), basa termodifikasi, pada posisi wobel antikodon. Inosin

dibentuk melalui pengubahan adenin secara enzimatik setelah RNA disintesis. Ketika

antikodon-antikodon terhubung dengan kodon-kodon, basa I dapat membentuk ikatan

hidrogen dengan salah satu dari tiga basa yaitu U, C, atau A. Karena itu molekul tRNA yang

mempunyai CCI sebagai anti kodonnya dapat mengikatkan diri pada kodon-kodon GGU,

GGC, dan GGA, yang semuanya meupakan kode untuk asam amino glisin.4

Sintetase tRNA-Aminoasil

13

Pengikatan kodon-antikodon sebenarnya merupakan bagian kedua dari dua tahap

pengenalan yang dibutuhkan untuk translasi suatu pesan genetik yang akurat. Pengikatan ini

harus didahului oleh pemasangan yang benar antara tRNA dengan asam amino. tRNA yang

mengikatkan diri pada kodon mRNA yang menentukan asam amino tertentu, harus membawa

hanya asam amino tersebut ke ribosom. Tiap asam amino digabungkan dengan tRNA yang

sesuai oleh suatu enzim spesifim yang disebut sintetase tRNA-aminoasil. Terdapat 20 macam

enzim ini di dalam sel, satu enzim untuk tiap asam amino. Tempat aktif dari tiap-tiap

sintetase tRNA aminoasil hanya cocok untuk kombinasi asam amino dan tRNA yang

spesifik. Enzim sintetase ini mengkatalis penempelan kovalen dari asam amino pada tRNA-

nya dalam suatu proses yang digerakkan oleh hidrolisis ATP. tRNA-aminoacil yang

dihasilkan dilepaskan dari enzim tersebut dan membawa asam aminonya ke rantai polipeptida

yang sedang tumbuh di dalam ribosom.4

Ribosom

Ribosom memudahkan pemasangan yang spesifik antara antikodon tRNA dengan

kodon mRNA selama sintesis protein. Sebuah ribosom tersusun dari dua subunit yaitu

subunit besar dan subunit kecil. Subunit ribosom dibangun oleh protein-protein dan molekul-

molekul RNA yang disebut RNA ribosom (rRNA). Pada eukariota, subunit-subunit tersebut

dibuat di dalam nukleus. Gen RNA ribosom pada DNA kromosom ditranskripsi, dan RNA

tersebut diproses dan disusun dengan protein-protein yang diambil dari sitoplasma. Subunit

ribosom yang dihasilkan kemudian diekspor melalui pori nukleus ke sitoplasma. Lalu subunit

besar dan subunit kecil bergabung untuk membentuk ribosom fungsional hanya ketika kedua

subunit tersebut terikat pada molekul mRNA. Sekitar 60% dari berat suatu ribosom adalah

rRNA. Karena sebagian besar sel mengandung ribuan ribosom, rRNA merupakan tipe RNA

yang paling banyak.4

Struktur suatu ribosom merefleksikan fungsinya untuk mengumpulkan fungsinya untuk

mengumpulkan mRNA dengan tRNA pembawa asam amino. Selain satu tempat pengikatan

untuk mRNA, tiap ribosom memiliki tiga tempat pengikatan untuk tRNA. P (tempat tRNA-

peptidil) mengikat tRNA yang membawa rantai polipeptida yang sedang tumbuh, sementara

tempat A (tempat tRNA-aminoasil) mengikat tRNA yang membawa asam amino berikut

yang akan ditambahkan pada rantai polipeptida. tRNA yang tidak bermuatan meninggalkan

ribosom dari tempat E (tempat keluar) yang baru ditemukan. Bertindak seperti alat penjepit,

14

ribosom mengikat tRNA dan mRNA agar tetap berdekatan dan menempatkan asam amino

baru untuk penambahan pada ujung karboksil dari rantai polipeptida yang sedang tumbuh.4,6

Pembentukan Polipeptida

Translasi, sintesis rantai polipeptida dapat terbagi menjadi 3 tahap yaitu inisiasi,

elongasi, dan terminasi. Semua tahap ini membutuhkan faktor-faktor protein yang membantu

mRNA, tRNA, dan ribosom selama proses translasi. Unitk inisiasi dan elongasi rantai

dibutuhkan sejumlah energi. Energi ini disediakan olaeh GTP (guanosin triphospate), suatu

molekul yang mirip dengan ATP.4

Inisiasi

Tahap inisiasi dari translasi membawa bersama-sama mRNA, sebuah tRNA yang

memuat asam amino pertama dari polipeptida, dan dua subunit ribosom. Pertama, subunit

ribosom kecil mengikatkan diri pada mRNA dan tRNA inisiator khusus. Subunit ribosom

kecil melekat pada segmen leader pada ujung 5’ (upstream) dari mRNA. Pada bakteri, rRNA

daru subunit membentuk pasangan basa dengan urutan nukleotida spesifik dalam leader

mRNA; ada eukariota, ujung 5’ pertama kali memerintahkan subunit kecil untuk melekat

pada ujung 5’ mRNA. Pada arah downstream dari mRNA terdapat kodon inisiasi, AUG, yang

memberikan sinyal dimulai proses translasi. tRNA inisiator yang membawa asam amino

metionin, melekat pada kodon inisiasi.

Penyatuan mRNA, tRNA inisiator, dan subunit ribosom kecil diikuti oleh perlekatan

ribosom besar, menyempurnakan kompleks inisiasi translasi. Protein yang disebut faktor

inisiasi dibutuhkan untuk membawa semua komponen tersebut bersama-sama. Sel juga

mengeluarkan energi dalam bentuk molekul GTP untuk membentuk kompleks inisiasi. Saat

penyelesaian proses inisiasi, tRNA inisiator berada pada tempat P dari ribosom, dan tempat A

yang kosong siap untuk tRNA-aminoasil berikutnya. Sintesis polipeptida dimulai pada ujung

aminonya.4,6

Elongasi

Pada tahap elongasi dari translasi, asam-asam amino ditambahkan satu per satu pada

asam amino pertama. Tiap penambahan melibatkan partisipasi beberapa protein yang disebut

faktor elongasi dan terjadi dalam siklus tiga-tahap yaitu :

15

1. Pengenalan kodon. Kodon mRNA pada tempat A dari ribosom membentuk ikatan

hidrogen dengan antikodon molekul tRNA yang baru masuk yang membawa asam

amino yang tepat. Faktor elongasi membawa tRNA ke tempat A . Langkah ini juga

membutuhkan hidrolisis GTP.

2. Pembentukan ikatan peptida. Molekul rRNA dari subunit ribosom besar, berfungsi

sebagai ribozim, mengkatalisis pembentukan ikatan peptide yang menggabungkan

polipeptida yang memanjang dari tempat P ke asam amino yang baru tiba di tempat

A. Pada tahap ini, polipeptida memisahkan diri dari tRNA tempat perlekatannya

smeula, dan asam amino pada ujung karboksilnya berikatan dengan asam amino yang

dibawa oleh tRNA di tempat A.

3. Translokasi. tRNA di tempat A, sekarang terikat pada polipeptida yang sedang

tumbuh, ditranslokasikan ke tempat P. Saat RNA berpindah tempat, antikodonnya

tetap berikatan dengan hidrogen pada kodon mRNA; mRNA bergerak bersama-sama

dengan antikodon ini dan membawa kodon berikutnya untuk translasi pada tempat A.

Sementara itu, tRNA yang tadinya berada pada tempat P bergerak ke tempat E dan

dari tempat ini keluar ribosom. Langkah translokasi membutuhkan energi yang

disediakan oleh hidrolisis GTP. mRNA bergerak melalui ribosom ke satu arah saja,

mulai dari ujung 5’; hal ini sama dengan ribosom yang bergerak 5’ 3’ pada mRNA.

Hal yang penting di sini adalah ribosom dan mRNA bergerak relatif satu sama lain,

dengan arah yang sama, kodon demi kodon. Siklus elongasi menghabiskan waktu

kurang dari 1/10 detik dan terus diulang saat tiap asam amino ditambahkan pada

rantai hingga polipeptidanya lengkap.4,8

Terminasi

Tahap akhir translasi adalah terminasi. Elongasi berlanjut hingga kodon stop mencapai

tempat A di ribosom. Triplet basa yang istimewa ini yaitu UUA, UAG, dan UGA tidak

mengkode suatu asam amino melainkan bertindak sebagai sinyal untuk menghentikan

translasi. Suatu protein yang disebut sebagai faktor pelepas (release factor) langsung

mengikatkan diri pada kodon stop di tempat A. Faktor pelepas ini menyebabkan penambahan

molekul air, bukan asam amino, pada rantai polipeptida. Reaksi ini menghidrolisis

polipeptida yang sudah selesai ini dari tRNA yang berada di tempat P, melepaskan

polipeptida dari ribosom. Sisa-sisa penyusunan translasi kemudian terpisah-pisah.4,6,7,8

16

Poliribosom

Suatu ribosom tunggal dapat membuat polipeptida berukuran rata-rata dalam waktu

kurang dari satu menit. Bagaimanapun juga, secara khusus mRNA tunggal digunakan untuk

membuat banak salinan dari suatu polipeptida secara stimulan, karena beberapa ribosom

bekerja mentranslasi pesan pada waktu yang bersamaan. Begitu satu ribosom bergerak

melewati kodon inisiasi, ribosom kedu dapat melekat pada mRNA dan karena itu beberapa

ribosom dapat mengikutinya di sepnjang mRNA yang sama. Deretan ribosom semacam ini

disebut poliribosom.4

Dari Polipeptida menjadi Protein Fungsional

Selama proses dan sesudah sintesisnya, suatu rantai polipeptida mulai menggulung dan

melipat secara spontan, membentuk protein fungsional dengan konformasi yang spesifik :

suatu molekul tiga dimensi dengan struktur sekunder dan tersier. Suatu gen menentukan

struktur primer dan struktur primer ini kemudian akan menentukan konformasi. Pada banyak

kasus, protein pengantar membantu polipeptida melipat secara benar.

Langkah tambahan (modifikasi pascatranslasi), mungkin dibutuhkan sebelum protein

dapat melakukan tugas khusus di dalam sel. Asam-asam amino tertentu dapat dimodifikasu

secara kimiawi dengan pengikatan gula, lipid, gugus fosfat atau penambahan-penambahan

lain. Enzim-enzim dapat memindahkan satu atau lebih asam amino dari ujung leading strand

(amino) rantai polipeptida. Pada beberapa kasus, rantai polipeptida tunggal dapat membelah

secara enzimatik menjadi dua lebih potongan. Pada kasus lain, dua atau lebih polipeptida

yang disintesis secara terpisah dapat bergabung untuk menjadi subunit-subunit protein yang

mempunyai struktur kuartener.4,6,7

Hukum Mendel

Pewarisan genetika adalah pewarisan karakter atau sifat-sifat genetis dari orang tua

kepada keturunannya. Dari sifat-sifat yang dimiliki orang tua, dapat diketahui karakter yang

akan diwariskan kepada anak-anaknya. Selama berabad-abad telah dilakukan penelitian

mengenai pewarisan genetik. Adapun penelitian pertama yang berhasil mengemukakan

rumus pasti mengenai pewarisan genetika adalah Johan Gregor Mendel. Mendel berhasil

menemukan dua hukum pewarisan genetik. Kedua hukum tersebut dikenal sebagai Hukum

Mendel 1 dan Hukum Mendel 2.8

17

1. Hukum Segregasi (Hukum Pertama Mendel)

Hukum segregasi bebas menyatakan bahwa pada pembentukan gamet (sel kelamin),

kedua gen induk (Parent) yang merupakan pasangan alel akan memisah sehingga tiap-tiap

gamet menerima satu gen dari induknya.8

2. Hukum Asortasi Bebas (Hukum Kedua Mendel)

Hukum kedua Mendel menyatakan bahwa bila dua individu mempunyai dua pasang

atau lebih sifat, maka diturunkannya sepasang sifat secara bebas, tidak bergantung pada

pasangan sifat yang lain. Dengan kata lain, gen dengan gen sifat yang berbeda tidak saling

mempengaruhi.8

Kesimpulan

Diabetes atau yang sering disebut dengan diabetes melitus merupakan penyakit

kelainan metabolisme yang disebabkan kurangnya produksi insulin, zat yang dihasilkan

kelenjar pankreas. Bisa pula karena adanya gangguan pada fungsi insulin, meskipun

jumlahnya normal. Kesalahan pada sintesa protein juga berpengaruh pada reseptor hormon

insulin ataupun sel-sel beta pankreas yang berfungsi untuk hasilkan insulin. Sintesa protein

dibagi dalam tiga tahapan proses, yaitu replikasi, translasi, dan transkripsi. Hasil sintesis

protein adalah asam-asam amino yang berfungsi untuk pembentukan fungsi-fungsi tubuh.

Daftar Pustaka

1. Sutedjo AY. 5 starategi penderita diabetes melitus berusia panjang. Yogyakarta :

Penerbit Kanisius ; 2010. h.102.

2. Sumarjo D. Pengantar kimia buku panduan kuliah mahasiswa kedokteran. Jakarta :

EGC; 2008.h.326.

3. Marks DB, Marks AD, Smith CM. Biokimia kedokteran dasar. Jakarta: EGC ;

2005.h.232.

4. Campbell NA, Reece JB, Mitchell JG. Biologi. Edisi 5. Jakarta: Penerbit Erlangga ;

2010.h.352-76.

5. Roberts JA, Pembrey ME. Genetika kedokteran. Edisi 10. Jakarta: EGC; 2006. h.204-

6.

18

6. Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW. Biokimia. Edisi 25. Jakarta:

EGC; 2004.h.165-7.

7. Ganong WF. Buku ajar fisiologi kedokteran. Edisi 20. Jakarta: EGC; 2005.h.227-9.

8. Gibney J.M, Margerts M.B, Kearney M.J, Arab.L. Biologi. Jakarta : PT. Gramedia ;

2007.h.251-3.

19