Struktur dan fungsi protein

(1)

Struktur dan fungsi protein

dr. Syazili Mustofa, M.Biomed

Departemen Biokimia dan Biologi Molekuler 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



(2)

syazili mustofa 

- dapat dikristalkantidak 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 medan listriuk elektroforesis

_ 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 = pH_opt, ionisasi R  str 3 D yg tepat, sehingga

prot ybs dapat menjalankan fgs

- pI adalah identitas fisikokimia suatu protein sbg molekul protein

(3)

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

(4)

syazili mustofa

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 :

- gugus asam harus COOH

- Harus suatu asam amino a ( -COOH dan -NH₂terikat

ke C yang sama, yaitu C_ayang asimetrik)  aa dg

gugus asam bukan –COOH (mis. sulfat, spt pd taurin) tdk pernah berada dalam suatu protein. Aa dg –COOH

& -NH₂terikat di tempat berbeda, tidak pernah

berada dalam protein (mis. b-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 –NH₂aa yg lain.

- Ikatan kovalen lain mgkn ada dlm suatu protein, ttp bukan pembentuk rangka utama/tlg pgg protein.

(5)

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.

(6)

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 a

• Sebuah atom hidrogen dan sebuah rantai

samping (R) juga terikat atom karbon a

(7)

Prentice Hall c2002 Chapter 3 13

Struktur 4 asam amino alifatik

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 a-amino nitrogen

• The heterocyclic pyrrolidine

ring restricts the geometry of

polypeptides

(8)

Struktur asam amino Aromatik

(9)

Prentice Hall c2002 Chapter 3 17 Pembentukan cystine

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

(10)

Structures of histidine, lysine and arginine

Struktur aspartate, glutamate, asparagine

dan glutamine

(11)

Struktur primer

kondensasi a-carboxyl satu asam amino dengan a-amino asam amino lainnya (hilangnya molekul H2O)

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-a, lembar gelombang-b,

tekukan,simpai (loop) & sulur sebarang (random

coil)

- Suatu rantai polippt yg membentuk suatu protein dpt hanya mempunyai 1 str sekunder, dapat pula > 1.

(12)

Prentice Hall c2002 Chapter 3 23 Fig. 4.10

The a-helix

Fig. 4.11 Stereo view of right-handed a helix

(13)

Fig. 4.13 Horse liver alcohol dehydrogenase

• Amphipathic a helix (blue ribbon) • Hydrophobic

residues (blue) directed inward, hydrophilic (red) outward

(14)

Common motifs

Fig. 4.23 Common domain folds

(15)

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-a saja atau lembar-b 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

(16)

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

Protein Fibriler

• Berfungsi sebagai penyokong mekanik

• Sering berbentuk seperti kabel

• Contoh

• a-Keratins: komponen utama rambut dan

kuku

(17)

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

- Tdk ada hub dg BM (insulin, Hb, albumin)

Prentice Hall c2002 Chapter 3 34 Fig 4.25 Quaternary structure of

(18)

Fig. 4.42 Hemoglobin tetramer

(a) Human oxyhemoglobin (b) Tetramer schematic

- 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

(19)

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.

(20)

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.

# 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.}

(21)

syazili mustofa

- Pengaruh pH :

_ Mengubah ionisasi / muatan gugus R & gugus karbonil & imino

_ Menyebabkan fenomena pH_optimum

_ 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

_ ireversibel bila E masuk >>.

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)

Struktur dan fungsi protein