Struktur dan fungsi protein
dr. Syazili Mustofa, M.Biomed Lektor Matakuliah Ilmu Biomedik
Departemen Biokimia, Biologi Molekuler, dan Fisiologi Fakultas kedokteran Universitas Lampung
syazili mustofa
Protein
• Berasal dari kata Yunani (proteos) : yang utama
• >50% berat kering sel/makhluk hidup adalah protein
• Keutamaan dlm mencerminkan keutamaan fungsi pasti berperan sgt penting dlm ¢.
• Sifat kimia & biologi protein sangat beragam # BM : bbp ratus D – bbp juta D
syazili mustofa
- dapat dikristalkantidak dpt dikristalkan # Kelarutan : sangat dipengaruhi pH lar.
- konsep pI dan pH optimum
_ pI : pH isoelektrik, pH yang muatan (+) dlm suatu mol protein = muatan (-):
1. Disbbkan o/ R aa yg membnt prot ybs
2. Pd pH=pI, kelarutan protein semata-mata
dipertahankan oleh mantel air pd pI, protein sangat mudah diendapkan, cukup dengan menarik mantel air
3. Pd pemisahan dengan elektroforesis, bila pH dapar elektroforesis=pI prot, ybs tdk bergerak dalam
syazili mustofa
_ pH optimum : suatu protein selalu punya fgs biologis. 1.Bila diamati/diukur pd bbg pH, fgs biologis tsb
suatu pH dg akt maksimum.
2.Di luar itu (pH</>), akt biol protein tsb <, sampai 0. Kurva bbnt. Parabola
3. Juga disbbkan oleh ionisasi R yg ada pd residu aa penyusun protein.
4.Pd pH = pHopt, ionisasi R str 3 D yg tepat, sehingga prot ybs dapat menjalankan fgs
- pI adalah identitas fisikokimia suatu protein sbg molekul protein
- pH adalah identitas fisikokimia suatu protein dalam hubungan fungsi biologisnya.
syazili mustofa
•
Gabungan variasi BM dengan pI & pH
opt
masalah dlm isolasi & purifikasi protein dlm
jangka waktu lama.
•
Isolasi & purifikasi protein sll merupakan
usaha penjelajahan (eksplorasi), yang sll
mengandung ciri “coba-coba”, walau pun kini
sudah > terarah. Selalu ada pengaruh faktor
pengalaman unsur “seni” (arts)
syazili mustofa
• Definisi protein :
- Kimia : protein adalah heteropolimer aa yg satu sama lain terikat dengan ikatan peptida
1.Tidak menjelaskan, bgmn heteropolimer tsb disusun dari aa yg berbeda
2.Tidak menjelaskan, bagaimana protein yang berbeda-beda disusun
3. Tidak menjelaskan bgmn protein yang sama tiap akan disintesis tidak boleh salah dlm & urutan aa
- Biologi : Protein adalah senyawa yang terbentuk langsung sebagai hasil pengungkapan informasi genetik di dalam gen
syazili mustofa
2. Tidak menjelaskan, bagaimana unsur pembentuknya terikat satu sama lain
3. Tidak menjelaskan identitas senyawa penyusun protein.
# Definisi Biokimia :
Protein adalah heteropolimer aa, terikat satu sama lain dengan ikatan peptida & merupakan
pengungkapan langsung dari informasi genetik di
dalam gen. (tertulis miring: kata kunci)
1. Heteropolimer aa :
a. ada >1 aa penyusun protein
b. konsep aa penyusun protein & aa bukan penyusun protein ciri-ciri kimia :
syazili mustofa
- Harus suatu asam amino ( -COOH dan -NH2 terikat ke C yang sama, yaitu C yang asimetrik) aa dg
gugus asam bukan –COOH (mis. sulfat, spt pd taurin) tdk pernah berada dalam suatu protein. Aa dg –COOH & -NH2 terikat di tempat berbeda, tidak pernah
berada dalam protein (mis. -alanin)
2. Ikatan peptida : ada bbp kemungkinan ikatan kovalen antar aa.
- Ikatan pembentuk protein adalah ikatan peptida:
ikatan kovalen yg terbentuk sbg hsl pengawahidratan –COOH aa yg satu dg –NH2 aa yg lain.
- Ikatan kovalen lain mgkn ada dlm suatu protein, ttp bukan pembentuk rangka utama/tlg pgg protein. Ikatan kovalen lain (mis –S-S-) sgt penting u/ str 3 D &/ fgs protein tertentu
syazili mustofa
3. Pengungkapan langsung informasi genetik :
- gen : unit informasi genetik dalam DNA / kromosom - Pengungkapan lgsg : hub gen dg protein 1 gen
untuk 1 polipeptida (Beadle & Tatum : One gene
one enzyme) bila gen u/ suatu protein tdk ada,
organisme ybs tdk dpt sintesis protein tsb.
- Karena prot tda aa jenis tertentu yg tdk boleh salah dalam & urutan hrs ada inf tertentu u/ tiap
jenis aa kodon : unit informasi dlm gen yg
menyandikan suatu aa. Ada 20 aa penyusun
protein, ttp ada > 20 kodon 1 kodon
menyandikan 1 aa, ttp 1 aa disandikan oleh > 1
kodon. Kodon adalah tribasa dalam asam nukleat, yang mengandung makna 1 aa.
syazili mustofa
• Universalisme biologis :
Msk makhluk hidup sangat beragam, ada
universalisme mulai dari virus sampai manusia:
- Menggunakan aa yang sama u/ menyusun protein, jumlah hanya 20 jenis
- Menggunakan bahasa genetik yg sama u/
“mengucapkan” aa tsb : kodon dg arti yang sama. - Menggunakan alat penukar E yg sama, yaitu ATP.
syazili mustofa
• Struktur protein :
- kompleksitas molekul protein str yg rumit, yg hrs dibagi dlm bbp pengertian / konsep :
- Str. Primer, yaitu bagaimana aa disusun menurut urutan tertentu, tiap kali disintesis.
- Str. Sekunder : bagaimana interaksi antara gugus bermuatan yang berdekatan dari aa yg menyusun suatu protein dan menghasilkan suatu bentuk
geometris tertentu.
- Str tersier : bagaimana gambaran global dari suatu protein, sebagai hasil dari str sekunder yang ada di dalamnya
- Str kuaterner : khusus u/ prot yang terdiri atas bbp polipeptida, bagaimana hub antar subunit
Asam amino
• ada 20 asam amino.
• Asam amino terdiri dari gugus karboksil
dan gugus amino yang terikat pada atom
karbon
• Sebuah atom hidrogen dan sebuah rantai
samping (R) juga terikat atom karbon
Prentice Hall c2002 Chapter 3 13
Prentice Hall c2002 Chapter 3 14
Proline mempunyai N pada sisitem cincin alifatiknya
• Proline
(
Pro
,
P
) - has a three
carbon side chain bonded to
the -amino nitrogen
• The heterocyclic pyrrolidine
ring restricts the geometry of
polypeptides
Prentice Hall c2002 Chapter 3 15
Prentice Hall c2002 Chapter 3 16
Prentice Hall c2002 Chapter 3 17
Prentice Hall c2002 Chapter 3 18
Asam amino dengan rantai samping gugus alkohol
• Serine
(
Ser
,
S
) and
Threonine
(
Thr
,
T
) have
uncharged polar side chains
Prentice Hall c2002 Chapter 3 19
Prentice Hall c2002 Chapter 3 20
Struktur aspartate, glutamate, asparagine
dan glutamine
Struktur primer
kondensasi -carboxyl satu asam amino dengan -amino asam amino lainnya
syazili mustofa
# Str sekunder :
- Interaksi ikatan kimia antara bbg gugus dari R dlm suatu protein pola-pola geometris 3 D dari suatu pggl / keseluruhan urutan aa
- Pola-pola tsb disbbk o/ keberadaan aa tertentu
- Str sekunder ditentukan oleh str primer - Pola tsb : heliks-, lembar gelombang-,
tekukan,simpai (loop) & sulur sebarang (random
coil)
- Suatu rantai polippt yg membentuk suatu protein dpt hanya mempunyai 1 str sekunder, dapat pula > 1.
Prentice Hall c2002 Chapter 3 23
Fig. 4.10 The a-helix
Prentice Hall c2002 Chapter 3 24
Fig. 4.11 Stereo view of right-handed a helix
Prentice Hall c2002 Chapter 3 25
Fig. 4.13 Horse liver alcohol dehydrogenase
• Amphipathic
helix (blue ribbon) • Hydrophobic
residues (blue) directed inward, hydrophilic (red) outward
Prentice Hall c2002 Chapter 3 26
Prentice Hall c2002 Chapter 3 27
Fig. 4.19
Prentice Hall c2002 Chapter 3 28
Fig. 4.23 Common domain folds
syazili mustofa
# Str tersier :
- Gambaran 3 D suatu mol protein / polippt tunggal - Hanya ada 2 : globuler & fibriler
- Hasil dari str sekunder dlm rantai polippt
- Bila rantai polippt punya >1 str sekunder protein globuler
- Bila hanya ada 1 str sekunder protein fibriler. Str sekunder tunggal tsb biasanya heliks- saja atau lembar- saja.
- Jenis str tersier menggambarkan fgs umum dari protein ybs
- Protein globuler umumnya protein regulator (enzim, mediator dlsb)
syazili mustofa
- Protein fibriler biasanya protein pendukung struktur (kolagen, keratin dll)
- Keberadaan suatu str sekunder di suatu penggal
polippt menentukan lokasi & interaksi penggal tsb dg sesamanya atau dg mol lain
- jenis str sekunder menentukan str tersier (=str 3 D) & ini menentukan fgs protein
syazili mustofa Chapter 3 31
protein Globular
• Biasanya larut air, padat, berbentuk
lonjong.
• Bagian dalam Hidrofobik, bagian
permukaan hyirofilik
• Contohnya : enzim, protein pembawa dan
protein regulator
syazili mustofa Chapter 3 32
Protein Fibriler
• Berfungsi sebagai penyokong mekanik
• Sering berbentuk seperti kabel
• Contoh
•
a-Keratins
: komponen utama rambut dan
kuku
• Collagen
: komponen utama tendon, kulit,
tulang dan gigi
Struktur kuaterner :
- Tidak semua protein punya str ini
- Hanya ada pd protein yg tdda bbp polippt sbg
subunit (protein oligomer) spt Hb, Ig, hormon
dll
Prentice Hall c2002 Chapter 3 34
Fig 4.25 Quaternary structure of multidomain proteins
Prentice Hall c2002 Chapter 3 35
Fig. 4.42 Hemoglobin tetramer
syazili mustofa
- Interaksi kimia antar subunit terjadi melalui 2 kemungkinan : ikatan –S-S- (Ig, insulin, hormon, toksin tetanus) atau ikatan –H (Hb).
- Interaksi ini sangat rentan akan perubahan aa yang langsung berkontak
- Perubahan 1 aa (str primer) mengubah str sekunder & ini mengubah str tersier gangguan fgs protein ybs
- Perubahan 1 aa (str primer) juga dpt mengubah titik interaksi antara polippt yg menjadi subunit suatu
protein / mengganggu interaksi antar molekul
(sesama protein, dg protein lain, atau dg molekul lain)
syazili mustofa
• Hubungan struktur – fungsi : - Str 3 D yg tepat menjamin fgs - Contoh : FSH, insulin & Ig (Ab)
- FSH kuda # FSH manusia, ttp bila salah satu disuntik dg FSH yg lain respon biologis yg sama. Hal yg
sama dengan insulin & ATS
- Str primer (urutan aa) kedua hormon & ab yg berasal dari kedua sumber tsb berbeda
- Efek biologis sama disbb o/ pusat aktif protein tsb sama.
- Pusat aktif tsb tda aa tertentu yg sama/mirip str 3 D setempat sama dpt kenali & ikat str yg menjadi sasarannya
syazili mustofa
- Dapat dikatakan, bahwa urutan asam amino
sebenarnya diperlukan untuk memperoleh suatu struktur yang tepat.
- Urutan itu sendiri, pada dirinya sendiri sebenarnya tidak berperan apa pun.
- Tampak pd campuran aa, bahkan juga pd protein denaturasi
- Urutan aa adalah usaha untuk mencapai suatu struktur tertentu, dalam kondisi fisik lingkungan tertentu.
- Str 3 D, dibentuk dengan cara apa pun, apa bila telah diperoleh dengan tepat, dapat menjalankan suatu fungsi biologis, meskipun tdk dpt dikendalikan. Rekayasa yg plg mdh u/ itu ialah dg gunakan ab.
syazili mustofa
• Perubahan str 3 D protein dpt terjadi secara menetap sejak awal, atau sementara.
# Perubahan str 3 D menetap sejak awal :
- Disebabkan oleh perubahan aa di suatu tempat (mutasi)
- Ok jenis aa di suatu tempat ditentukan oleh kodon, perubahan kodon
- Tdk dapat dipulihkan/diperbaiki dengan cara-cara fisikokimia
- Efek biologis beragam : mulai dari tidak ada
(sekedar variasi aa tanpa perubahan str 3 D berarti) yaitu suatu polimorfisme, sampai kepada kelainan yang berat.
syazili mustofa
# Perubahan str 3 D sementara disbb o/ pengaruh lingkungan
- Sangat penting u/ jalankan fgs protein
- Semua protein bekerja atas dasar perubahan str 3 D sementara ini (jelas pada enzim, mediator, efektor spt miosin dll)
- Pd dsrnya, terjadi karena perubahan kondisi tk lingk molekul yg reversibel
- Bila proses fgs biologis selesai dijalankan, protein kembali ke keadaan semula.
- Faktor lingkungan yg sgt penting u/ perubahan str 3 D ialah pH, to dan reaksi/ikatan kimia.
syazili mustofa
- Pengaruh pH :
_ Mengubah ionisasi / muatan gugus R & gugus karbonil & imino
_ Menyebabkan fenomena pHoptimum
_ Biasanya denaturasi yg disbbkan perubahan pH bersifat reversibel
_ Menerangkan perlunya sistem dapar & mekanisme homeostasis
- Pengaruh to :
_ to menggambarkan gerak termodinamik (gerak Brown)
dari molekul
_ E ini melawan E ikatan kimia, t.u lemah, yg pertahankan str 3 D. Juga to
optimum
syazili mustofa
- Pengaruh ikatan/reaksi kimia :
_ Pengikatan gugus tambahan ke suatu bag protein (gugus R) ubah str 3 D
_ Reversibel : terjadi mis a.l pd rx enzimatik, interaksi protein-ligan, protein lokomosi. Ada mekanisme u/ melepaskan diri dari ikatan kimia (+)an tsb
_ Ireversibel : fisiologis terjadi pada peristiwa
modulasi suatu reaksi enzimatik. Patologis terjadi pada peristiwa keracunan (logam berat, senyawa kimia lain bersifat racun seperti insektisida)
syazili mustofa Chapter 3 43