Ribosom (Image from media.photobucket.com)
Kita mungkin tak sadar kalau tubuh kita adalah sebuah mesin super
canggih yang belum bisa ditandingi oleh mesin manapun. Ya, mesin ini
terdiri dari mesin-mesin mikro yang sangat banyak. Ia mampu memproduksi
sesuatu yang menopang hidup kita sendiri, berjalan dengan sangat
efektif, sangat efisien, terintegrasi satu sama lain, mampu membedakan
apa yang harus diproduksi dan apa yang tidak, tahu kapan harus bekerja
dan kapan beristirahat, ada sistem pengendalian mutu (
quality control) dan jaminan mutu (
quality assurance), benar-benar canggih.
Mesin itu jumlahnya amat banyak, ada di dalam setiap sel tubuh kita.
Mereka memproduksi zat yang super penting yaitu protein, dengan DNA
sebagai buku resepnya (
blueprint ). Protein inilah yang
sesungguhnya menjalankan banyak sekali fungsi kehidupan. Melalui protein
lah gen-gen dalam tubuh kita menentukan hampir segala sesuatu tentang
tubuh kita, misalnya apa warna rambut kita, bagaimana kita memproses
makanan dalam tubuh atau seberapa tahan kita terhadap suatu penyakit.
Jadi terbayang kan betapa canggihnya mesin dalam tubuh kita?
Sekilas Protein
Protein adalah molekul yang sangat besar dan kompleks, ia berupa
polimer yang tersusun atas rantai panjang molekul-molekul subunit yang
dinamakan “asam amino”. Ada 20 jenis asam amino yang menyusun protein,
struktur dasar semuanya sama, tapi rantai samping (gugus R) yang
berbeda-beda membuat sifat kimiawinya berbeda pula.

Struktur Molekul Asam Amino (Image from en.wikipedia.org)
Seperti umumnya polimer lain seperti DNA, asam-asam amino tersusun
rapi bak anak tasbih berjejer membentuk tasbih. Asam-asam amino tersusun
satu per satu membentuk rantai lurus protein dengan keteraturan
tertentu. Namun yang unik dari protein ini adalah bentuk tiga dimensinya
yang tidak lurus seperti tali, melainkan berlipat-lipat, berpelintir,
membentuk sebuah struktur tertentu yang khas, berbeda satu sama lain.
Bahkan struktur tiga dimensi inilah yang membuat protein dapat
berfungsi. Kesalahan sedikit saja protein ini melipat, maka bisa
menyebabkan malfungsi bahkan penyakit-penyakit yang sulit disembuhkan.

Struktur Protein (Image from en.wikipedia.org)
Contoh kesalahan struktur tiga dimensi ini misalnya pada penyakit
Cystic Fibrosis. Penyakit ini diakibatkan sebuah protein bernama CFTR (
Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator)
yang gagal melipat dengan benar. Penyebabnya ‘sepele’ saja, ‘hanya’
karena ada satu asam amino penyusun CFTR yang kurang (terdelesi). Namun
efek tidak berfungsinya CFTR membuat ion khlorida tidak dapat melewati
outer membrane
pada sel, sehingga menyebabkan terbentuknya lapisan mukus yang tebal di
paru-paru dan organ-organ pencernaan. Akibatnya cukup fatal karena
dapat menyebabkan kematian penderitanya di usia belia. ‘Hanya’ gara-gara
kurang satu asam amino.
Hingga saat ini, para ilmuwan belum dapat memprediksi struktur tiga
dimensi (3D) suatu protein dengan tepat. Yang bisa dilakukan adalah
mengamati struktur tiga dimensi melalui pengamatan difraksi sinar X.
Prediksi baru bisa dilakukan hingga struktur sekunder saja, yaitu apakah
suatu bagian tertentu protein membentuk spiral ‘alfa helix’ atau
lembaran ‘beta sheets’, sedangkan struktur tersier (3D) masih
‘samar-samar’. Padahal kalau kita dapat memprediksi struktur 3D, kita
dapat mengerti atau memprediksi sifat fetonip suatu organisme.
Implikasi lain jika struktur 3D protein mampu diprediksi adalah bagi
dunia medis. Dengan mampunya kita memprediksi bagaimana protein melipat
di dalam sel, maka secara teoritis kita dapat merancang obat yang tepat
yang dapat menghambat fungsinya melalui program komputer tanpa harus
‘bersusah payah’ dan mengeluarkan biaya besar untuk eksperimen. Kita
berharap semoga para ahli
structural bioinformatics mampu segera menyelesaikan masalah ini.
Bagaimana Protein Diproduksi dalam Tubuh?
Ada tiga tahap proses yang terlibat dalam produksi protein. Semuanya
terjadi dengan cara yang cerdas, efektif, efisien dan super canggih. Yo
kita lihat.
Replikasi DNA
Replikasi adalah proses penggandaan DNA ketika suatu sel membelah dan
membentuk sel yang baru. DNA pada sel lama berfungsi sebagai cetakan
(template) untuk membuat salinan DNA pada sel baru yang urutan basa
A-C-G-T nya persis sama. Ini menjamin setiap sel dalam tubuh kita
memiliki seperangkat resep lengkap untuk membuat protein yang
dibutuhkan.

DNA Replication (Image from www.coolschool.ca)
Transkripsi
Pada tahap awal produksi protein, informasi resep yang ada pada gen
dikopi satu per satu (basa per basa) dari sebuah rantai DNA di dalam
nukleus sel menjadi rantai RNA pembawa pesan (messenger RNA = mRNA).
Rantai DNA berfungsi sebagai cetakan (template) yang akan menghasilkan
mRNA komplemennya. Bedanya, basa T (thymine) pada DNA digantikan oleh U
(uracil) pada mRNA, namun keduanya tetap sama-sama berkomplemen dengan A
(adenine). Proses pengkopian DNA menjadi RNA ini dinamakan
transkripsi.

Transcription (Image from en.wikipedia.org)
Perlu diingat bahwa jumlah mRNA yang ditranskripsi diatur
(diregulasi) oleh tubuh kita sendiri, setiap sel hanya mentranskrip
gen-gen yang dibutuhkan. Sel rambut hanya mentranskrip gen-gen pengkode
protein di rambut saja, begitu pula dengan sel jantung, kulit, darah,
dll. Dalam transkripsi dikenal juga istilah gen yang on dan off, on
artinya gen tersebut ditranskripsi menjadi mRNA, off berarti sebaliknya.
Jumlah mRNA yang disintesis pun tidak sembarangan, sedikit banyaknya
disesuaikan dengan kebutuhan.
Translasi
mRNA hasil transkripsi kemudian dikeluarkan menuju sitoplasma
sehingga bisa diproses lebih lanjut oleh suatu organel sel yang bernama
ribosom. Ribosom akan membaca urutan basa RNA dan menterjemahkannya (
translate
) menjadi urutan asam amino tertentu sesuai dengan resep yang dibawa
mRNA. Di sinilah asam-asam amino itu dirakit sesuai urutan yang
diresepkan gen (DNA) dan kemudian melipat membentuk struktur tiga
dimensi yang fungsional.

Protein Translation (Image from www.scq.ubc.ca)
Anda dapat melihat video proses Replikasi, Transkripsi dan Translasi di
sini.
Central Dogma
Tiga langkah proses di atas dinamakan “Central Dogma” dan bisa
dikatakan sebagai tulang punggung Biologi Molekular. Ini semua sudah
direncanakan alam dan masing-masing ada kegunaannya sendiri-sendiri.

Central Dogma of Molecular Biology (Image from en.wikipedia.org)
Coba perhatikan ketiga proses di atas, replikasi menjamin resep tubuh
kita (DNA) tetap terjaga utuh di setiap sel. Transkripsi melibatkan RNA
pembawa pesan (mRNA) yang mana sekaligus melindungi “otak” seluruh
sistem ini –yaitu DNA– dari kerusakan, mengingat sintesis protein
terjadi di sitoplasma yang penuh dengan bahan-bahan kimia, maka kalaupun
terjadi kerusakan pada mRNA, DNA sebagai resep utama masih tetap utuh
terjaga. Akhirnya, mRNA hasil transkripsi diterjemahkan (translasi)
menjadi protein sebagai ‘pekerja’ bagi tubuh kita. Protein yang
disintesis terkait langsung dengan regulasi ketika transkripsi, jadi
protein apa saja yang disintesis dan berapa jumlahnya amat sangat
teratur, tidak boleh ada istilah kekurangan atau kelebihan.
Tiga langkah yang terlihat sederhana, simple namun ternyata amat
rumit dan canggih dan menghasilkan sesuatu yang luar biasa bergunanya
bagi kehidupan. Ya, semuanya ada dalam tubuh kita sendiri.