ASAM AMINO DAN PEPTIDA
6. REAKSI SISTEIN
Dua residu sistein di bagian yang berbeda pada rantai polipeptida, tetapi berdekatan dalam struktur tiga dimensi protein, bisa dioksidasi untuk membentuk suatu jembatan disulfida (Gambar 2.10). Disulfida ini biasanya merupakan produk akhir dari oksidasi udara menurut
Bab Asam Amino dan Peptida
2-CH2SH + ½ O2 -CH2-S-S-CH2- + H2O
Asam Amino dan Peptida
Biokimia: Struktur dan Fungsi Biomolekul 65 telah kita konsumsi dengan cara mengoksidasinya. Enzim ini menyediakan suatu penopang yang terdiri atas tiga ligan seng – satu rantai samping histidin dan dua rantai samping sistein – yang meninggalkan satu atom seng untuk mengikat alkohol sebagai ligan keempat dalam koordinasi tetrahedral (Gambar 2.9b).
Gambar 2-9 Contoh-contoh atom logam intrinsik fungsional penting dalam protein. (a) Pusat di-besi pada enzim ribonukleotida reduktase. Dua atom besi membentuk pusat redoks yang menghasilkan radikal bebas dalam rantai samping tirosin yang berdekatan. Atom-atom besi dijembatani oleh residu asam glutamate dan atom oksigen bermuatan negatif yang disebut sebagai jembatan -okso. Koordinasi atom besi dilengkapi oleh rantai samping histidin, asam aspartat, dan asam glutamate serta molekul air. (b) Atom seng yang aktif secara katalitik dalam enzim alkohol dehidrogenase. Atom seng berkoordinasi dengan protein oleh satu rantai samping histidin dan dua sistein. Selama katalisis, seng mengikat molekul alcohol dalam posisi sesuai untuk transfer hidrida pada koenzim, nikotinamid.
6. REAKSI SISTEIN
Dua residu sistein di bagian yang berbeda pada rantai polipeptida, tetapi berdekatan dalam struktur tiga dimensi protein, bisa dioksidasi untuk membentuk suatu jembatan disulfida (Gambar 2.10). Disulfida ini biasanya merupakan produk akhir dari oksidasi udara menurut skema reaksi berikut:
2-CH2SH + ½ O2 -CH2-S-S-CH2- + H2O
A B
Gambar 2-9 Contoh-contoh atom logam intrinsik fungsional penting dalam protein. (a) Pusat di-besi pada enzim ribonukleotida reduktase.
Dua atom besi membentuk pusat redoks yang menghasilkan radikal bebas dalam rantai samping tirosin yang berdekatan. Atom-atom besi dijembatani oleh residu asam glutamate dan atom oksigen bermuatan negatif yang disebut sebagai jembatan m-okso. Koordinasi atom besi
dilengkapi oleh rantai samping histidin, asam aspartat, dan asam glutamate serta molekul air. (b) Atom seng yang aktif secara katalitik dalam enzim alkohol dehidrogenase. Atom seng berkoordinasi dengan
protein oleh satu rantai samping histidin dan dua sistein. Selama katalisis, seng mengikat molekul alcohol dalam posisi sesuai untuk transfer
hidrida pada koenzim, nikotinamid.
Reaksi ini membutuhkan suatu lingkungan oksidatif, dan jembatan disulfida ini biasanya tidak detemukan dalam protein intrasel, yang menghabiskan umurnya dalam lingkungan reduktif yang esensial. Akan tetapi, jembatan disulfida terdapat cukup banyak pada protein ekstrasel yang dikeluarkan dari sel, dan dalam eukariot, pembentukan jembatan ini terjadi di dalam lumen retikulum endoplasma, kompartemen pertama pada jalur pengeluaran. Jembatan disulfida menstabilkan struktur tiga dimensi. Pada beberapa protein, jembatan ini mengikat rantai-rantai polipeptida yang berbeda; misalnya, rantai A dan B pada insulin dihubungkan oleh dua jembatan disulfida di antara rantai-rantai tersebut. Lebih banyak jembatan disulfida
Biokimia: Struktur dan Fungsi Biomolekul
0
intramolekul yang menstabilkan lipatan suatu rantai polipeptida tunggal, maka protein tersebut makin susah untuk degradasi. Terdapat banyak contoh hal ini, termasuk protein yang rantai polipeptidanya pendek, seperti racun bisa ular dan inhibitor protease, yang membutuhkan faktor penstabil tambahan untuk mendapatkan lipatan yang stabil. Saat ini banyak usaha yang dilakukan untuk menempatkan tambahan jembatan disulfida intramolekul ke dalam enzim dengan cara site-directed mutagenesis, dalam rangka membuat enzim lebih termostabil sehingga lebih berguna untuk penerapan industri sebagai katalis.
Asam Amino dan Peptida
Gambar 2-10 Disulfide biasanya merupakan produk akhir dari oksidasi udara menurut skema reaksi skematik berikut:
2-CH2SH + ½ O2 -CH2-S-S-CH2- + H2O
Ikatan disulfida terbentuk antara rantai-rantai samping dua residu sistein. Dua gugus SH dari residu sistein, yang bisa jadi dalam bagian yang berbeda pada urutan asam amino tetapi berdekatan dalam struktur tiga dimensi, dioksidasi untuk membentuk satu gugus S-S (disulfida). Jembatan disulfida sering ditemukan dalam struktur tertier protein, yakni jika rantai samping sistein cukup dekat untuk membentuk suatu jembatan. Selain itu, oksidasi gugus –SH bebas pada permukaan protein tertentu dapat menyebabkan dua molekul berbeda menjadi berikatan kovalen karena terbentuknya jembatan disulfida. Ini merupakan proses yang tak diinginkan dalam tubuh, karenanya sel seringkali mengandung zat pereduksi yang mencegah atau membalikkan reaksi tersebut. Zat pereduksi yang paling umum adalah glutation yang mampu mereduksi disulfida teroksidasi kembali menjadi
sistein sistein
oksidasi reduksi
sistin
Ikatan disulfida
Biokimia: Struktur dan Fungsi Biomolekul 66 Reaksi ini membutuhkan suatu lingkungan oksidatif, dan jembatan disulfida ini biasanya tidak detemukan dalam protein intrasel, yang menghabiskan umurnya dalam lingkungan reduktif yang esensial. Akan tetapi, jembatan disulfida terdapat cukup banyak pada protein ekstrasel yang dikeluarkan dari sel, dan dalam eukariot, pembentukan jembatan ini terjadi di dalam lumen retikulum endoplasma, kompartemen pertama pada jalur pengeluaran.
Jembatan disulfida menstabilkan struktur tiga dimensi. Pada beberapa protein, jembatan ini mengikat rantai-rantai polipeptida yang berbeda; misalnya, rantai A dan B pada insulin dihubungkan oleh dua jembatan disulfida di antara rantai-rantai tersebut. Lebih banyak jembatan disulfida intramolekul yang menstabilkan lipatan suatu rantai polipeptida tunggal, maka protein tersebut makin susah untuk degradasi. Terdapat banyak contoh hal ini, termasuk protein yang rantai polipeptidanya pendek, seperti racun bisa ular dan inhibitor protease, yang membutuhkan faktor penstabil tambahan untuk mendapatkan lipatan yang stabil. Saat ini banyak usaha yang dilakukan untuk menempatkan tambahan jembatan disulfida intramolekul ke dalam enzim dengan cara site-directed mutagenesis, dalam rangka membuat enzim lebih termostabil sehingga lebih berguna untuk penerapan industri sebagai katalis.
Rantai samping sistein dapat dioksidasi membentuk asam amino sistin yang memiliki jembatan disulfida:
NH3+ COO -CH CH2 SH HS CH2 CH COO -NH3+ + NH3+ COO -CH CH2 S S CH2 CH COO -NH3+ + H2O + 1/2 O2 Sistin
Gambar 2-10 Disulfide biasanya merupakan produk akhir dari oksidasi udara menurut skema reaksi skematik berikut:
Bab Asam Amino dan Peptida 1
2-CH2SH + ½ O2 -CH2-S-S-CH2- + H2O
Ikatan disulfida terbentuk antara rantai-rantai samping dua residu sistein. Dua gugus SH dari residu sistein, yang bisa jadi dalam bagian yang berbeda pada urutan asam amino tetapi berdekatan dalam struktur tiga dimensi, dioksidasi
untuk membentuk satu gugus S-S (disulfida).
Rantai samping sistein dapat dioksidasi membentuk asam amino sistin yang memiliki jembatan disulfida:
Jembatan disulfida sering ditemukan dalam struktur tertier protein, yakni jika rantai samping sistein cukup dekat untuk membentuk suatu jembatan. Selain itu, oksidasi gugus –SH bebas pada permukaan protein tertentu dapat menyebabkan dua molekul berbeda menjadi berikatan kovalen karena terbentuknya jembatan disulfida. Ini merupakan proses yang tak diinginkan dalam tubuh, karenanya sel seringkali mengandung zat pereduksi yang mencegah atau membalikkan reaksi tersebut. Zat pereduksi yang paling umum adalah glutation yang mampu mereduksi disulfida teroksidasi kembali menjadi bentuk sulfidril, dengan mengorbankan dirinya sendiri untuk teroksidasi. Sel mengandung sistem pereduksi lain dalam metabolismenya, yang kemudian dapat mereduksi kembali molekul glutation.
Ikatan disulfida dapat diputuskan dalam laboratorium dengan menggunakan pereaksi yang mirip seperti glutation, yakni memiliki gugus –SH bebas. Pereaksi yang paling sering dipakai adalah merkaptoetanol, HO-CH2-CH2-SH.
Ada pereaksi lain yang lebih kuat dalam mereduksi disulfida (me-miliki standar potensial redoks yang lebih rendah), misalnya ditiotreitol yang memiliki dua gugus sulfidril. Oksidasi ditiotreitol menyebabkan tertutupnya cincin lingkar sehingga menghasilkan disulfida yang sangat stabil. Karena itu, ditiotreitol merupakan pereduksi yang lebih kuat daripada merkaptoetanol.
Biokimia: Struktur dan Fungsi Biomolekul
Asam Amino dan Peptida
Biokimia: Struktur dan Fungsi Biomolekul 68 bentuk sulfidril, dengan mengorbankan dirinya sendiri untuk teroksidasi. Sel mengandung sistem pereduksi lain dalam metabolismenya, yang kemudian dapat mereduksi kembali molekul glutation.
Ikatan disulfida dapat diputuskan dalam laboratorium dengan menggunakan pereaksi yang mirip seperti glutation, yakni memiliki gugus –SH bebas. Pereaksi yang paling sering dipakai adalah merkaptoetanol, HO-CH2 -CH2-SH.
Ada pereaksi lain yang lebih kuat dalam mereduksi disulfida (memiliki standar potensial redoks yang lebih rendah), misalnya ditiotreitol yang memiliki dua gugus sulfidril. Oksidasi ditiotreitol menyebabkan tertutupnya cincin lingkar sehingga menghasilkan disulfida yang sangat stabil. Karena itu, ditiotreitol merupakan pereduksi yang lebih kuat daripada merkaptoetanol.
HO CH CH SH CH2 CH2 SH HO HO CH CH S CH2 CH2 S HO + 1/2 O2 + H2O
Ditiotreitol Tereduksi Ditiotreitol Teroksidasi
Adanya ikatan disulfida dapat menyebabkan protein tidak bisa melarut, juga tidak bisa ditentukan urutannya. Karena itu oksidasi gugus sulfidril perlu dicegah. Gugus –SH reaktif bisa dihalangi oleh berbagai pereaksi kimia, antara lain:
1. Iodoasetat. Pereaksi ini membentuk suatu turunan S-karboksimetil dari
residu sistein:
R SH + I CH2 COO
-RS CH2 COO- + HI
2. N-Etilmaleimida. Reaksi dengan N-etilmaleimida mengakibatkan
hilangnya absorbansi pereaksi tersebut pada panjang gelombang 305 nm. Karakteristik ini bisa dimanfaatkan untuk mengukur jumlah reaksi berikut:
Adanya ikatan disulfida dapat menyebabkan protein tidak bisa melarut, juga tidak bisa ditentukan urutannya. Karena itu oksidasi gugus sulfidril perlu dicegah. Gugus –SH reaktif bisa dihalangi oleh berbagai pereaksi kimia, antara lain:
1. Iodoasetat. Pereaksi ini membentuk suatu turunan S-karboksimetil dari residu sistein:
Biokimia: Struktur dan Fungsi Biomolekul 68 bentuk sulfidril, dengan mengorbankan dirinya sendiri untuk teroksidasi. Sel mengandung sistem pereduksi lain dalam metabolismenya, yang kemudian dapat mereduksi kembali molekul glutation.
Ikatan disulfida dapat diputuskan dalam laboratorium dengan menggunakan pereaksi yang mirip seperti glutation, yakni memiliki gugus –SH bebas. Pereaksi yang paling sering dipakai adalah merkaptoetanol, HO-CH2 -CH2-SH.
Ada pereaksi lain yang lebih kuat dalam mereduksi disulfida (memiliki standar potensial redoks yang lebih rendah), misalnya ditiotreitol yang memiliki dua gugus sulfidril. Oksidasi ditiotreitol menyebabkan tertutupnya cincin lingkar sehingga menghasilkan disulfida yang sangat stabil. Karena itu, ditiotreitol merupakan pereduksi yang lebih kuat daripada merkaptoetanol.
HO CH CH SH CH2 CH2 SH HO HO CH CH S CH2 CH2 S HO + 1/2 O2 + H2O
Ditiotreitol Tereduksi Ditiotreitol Teroksidasi
Adanya ikatan disulfida dapat menyebabkan protein tidak bisa melarut, juga tidak bisa ditentukan urutannya. Karena itu oksidasi gugus sulfidril perlu dicegah. Gugus –SH reaktif bisa dihalangi oleh berbagai pereaksi kimia, antara lain:
1. Iodoasetat. Pereaksi ini membentuk suatu turunan S-karboksimetil dari
residu sistein:
R SH + I CH2 COO
-RS CH2 COO- + HI
2. N-Etilmaleimida. Reaksi dengan N-etilmaleimida mengakibatkan
hilangnya absorbansi pereaksi tersebut pada panjang gelombang 305 nm. Karakteristik ini bisa dimanfaatkan untuk mengukur jumlah reaksi berikut:
2. N-Etilmaleimida. Reaksi dengan N-etilmaleimida mengakibatkan hilangnya absorbansi pereaksi tersebut pada panjang gelombang 305 nm. Karakteristik ini bisa dimanfaatkan untuk mengukur
jumlah reaksi berikut: Asam Amino dan Peptida
C NCH2CH3 C O O RSH + C C C NCH2CH3 C H H H S R O O N-Etilmaleimida
Bab
P R O T E I N
3
1. PENGANTAR
Protein merupakan urutan linier dari residu asam-asam amino yang terhubung melalui ikatan peptida. Ikatan peptida adalah ikatan kovalen antara gugus-amino dari satu asam amino dan gugus -karboksil dari asam amino dan gugus-karboksil dari asam amino yang lain. Ikatan peptida memiliki karakter ikatan rangkap parsial dan hampir selalu dalam konfigurasi trans. Ketika dua asam amino digabungkan oleh ikatan peptida, mereka membentuk suatu dipeptida. Penambahan asam amino seterusnya menghasilkan rantai panjang yang disebut oligopeptida dan polipeptida.
Protein merupakan polipeptida alami yang memiliki berat molekul lebih dari 5.000. Makromolekul ini sangat berbeda-beda sifat fisiknya, mulai dari enzim yang larut dalam air sampai keratin yang tak larut seperti rambut dan tanduk. Protein memiliki berbagai fungsi biologis yang berbeda-beda pula, yaitu:
1. Katalis enzim. Enzim merupakan protein katalis yang mampu meningkatkan laju reaksi sampai 1012 kali laju awalnya.
2. Transport dan penyimpanan. Banyak ion dan molekul kecil diangkut dalam darah maupun di dalam sel dengan cara berikatan pada protein pengangkut. Contohnya, hemoglobin merupakan protein pengangkut oksigen. Zat besi disimpan dalam berbagai jaringan oleh protein ferritin.
3. Fungsi mekanik. Protein ini menjalankan peranan sebagai pem-bentuk struktur. Misalnya, protein kolagen menguatkan kulit, gigi, serta tulang. Membran yang mengelilingi sel dan organel juga mengandung protein yang berfungsi sebagai pembentuk struktur sekaligus menjalankan fungsi biokimia lainnya. 4. Pergerakan. Kontraksi otot terjadi karena adanya interaksi antara ua tipe protein filamen, yaitu aktin dan miosin. Miosin juga memiliki aktivitas enzim yang dapat memudahkan perubahan energi kimia ATP menjadi energi mekanik.
5. Pelindung. Antibodi merupakan protein yang terlibat dalam perusakan sel asing.
6. Proses informasi. Rangsangan luar seperti sinyal hormon atau intensitas cahaya dideteksi oleh protein tertentu yang meneruskan sinyal ke dalam sel. Contoh protein seperti ini misalnya rodopsin yang terdapat dalam membran sel retina.
Fungsi-fungsi protein ini berkaitan dengan struktur protein yang masing-masing dapat melakukan ikatan spesifik dengan molekul-molekul tertentu. Misalnya, hemoglobin mengikat oksigen, antibodi mengikat molekul asing tertentu, enzim mengikat molekul substrat tertentu.