STRUKTUR DAN FUNGSI MOLEKUL PROTEIN

Teks penuh

(1)

PENGEMBANGAN TEKNIK

ANALISIS STRUKTUR DAN

FUNGSI MOLEKUL PROTEIN

KELOMPOK II

(2)

Pendahuluan

Pendahuluan

Protein merupakan ikatan antara asam amino yang membentuk rantai yang panjang. Ikatan antara asam amino tersebut dinamakan ikatan peptida. Ikatan peptida merupakan ikatan antara dua asam amino dimana gugusan karboksil dan ikatan amina dari dua asam amino yang berlainan bereaksi.

Dengan munculnya bioinformatika, telah dimungkinkan untuk memahami hubungan antara urutan asam amino dan struktur tiga dimensi pada protein. Secara umum, database protein dapat diklasifikasikan sebagai database primer dan sekunder, database pola protein komposit dan database klasifikasi struktur. Database primer dan sekunder membahas berbagai aspek analisis protein, karena mereka menyimpan berbagai tingkat informasi protein.

Protein merupakan ikatan antara asam amino yang membentuk rantai yang panjang. Ikatan antara asam amino tersebut dinamakan ikatan peptida. Ikatan peptida merupakan ikatan antara dua asam amino dimana gugusan karboksil dan ikatan amina dari dua asam amino yang berlainan bereaksi.

(3)

Protein

Protein

1830-an oleh pakar kimia Belanda bernama Mulder:

Protein dari bahasa Yunani proteios, yang berarti “bertingkat pertama”.

Protein merupakan makromolekul yang menyusun lebih dari separuh bagian dari sel.

1830-an oleh pakar kimia Belanda bernama Mulder:

Protein dari bahasa Yunani proteios, yang berarti “bertingkat pertama”.

Protein merupakan makromolekul yang menyusun lebih dari separuh bagian dari sel.

Jenis protein terdiri dari rangkaian dan kombinasi dari 20 asam amino.

Protein merupakan rantaian gabungan 22 jenis asam amino.

Protein ini adalah strukturnya yang mengandung N (15,30-18%), C (52,40%), H (6,90-7,30%), O (21- 23,50%), S (0,8-2%), disamping C, H, O (seperti juga karbohidrat dan lemak), dan S kadang-kadang P, Fe dan Cu (sebagai senyawa kompleks dengan protein).

Jenis protein terdiri dari rangkaian dan kombinasi dari 20 asam amino.

Protein merupakan rantaian gabungan 22 jenis asam amino.

Protein ini adalah strukturnya yang mengandung N (15,30-18%), C (52,40%), H (6,90-7,30%), O (21- 23,50%), S (0,8-2%), disamping C, H, O (seperti juga karbohidrat dan lemak), dan S kadang-kadang P, Fe dan Cu (sebagai senyawa kompleks dengan protein).

Protein

Protein

1830-an oleh pakar kimia Belanda bernama Mulder:

Protein dari bahasa Yunani proteios, yang berarti “bertingkat pertama”.

Protein merupakan makromolekul yang menyusun lebih dari separuh bagian dari sel.

1830-an oleh pakar kimia Belanda bernama Mulder:

Protein dari bahasa Yunani proteios, yang berarti “bertingkat pertama”.

(4)

Ciri-ciri Jenis Protein

Ciri-ciri Jenis Protein

1.Susunan kimia yang khas, setiap protein individual

merupakan senyawa murni

2. Bobot molekular yang khas, semua molekul dalam

suatu contoh tertentu dari protein murni mempunyai

bobot molekular yang sama. Karena molekulnya yang

besar maka protein mudah sekali mengalami

perubahan fisik ataupun aktivitas biologisnya.

3. Urutan asam amino yang khas, urutan asam amino

dari protein tertentu adalah terinci secara genetik.

1.Susunan kimia yang khas, setiap protein individual

merupakan senyawa murni

2. Bobot molekular yang khas, semua molekul dalam

suatu contoh tertentu dari protein murni mempunyai

bobot molekular yang sama. Karena molekulnya yang

besar maka protein mudah sekali mengalami

perubahan fisik ataupun aktivitas biologisnya.

(5)
(6)
(7)

Teknik Analisis Struktur Protein

Teknik Analisis Struktur Protein

Laju sedimentasi (pengendapan) suatu

zat

saat

ultrasentrifugasi

terutama

merupakan fungsi dari densitasnya dan

yang kedua dari bentuknya. Sentrifuga telah

dimodifikasi untuk mengisolasi

organel-organel

seperti

nucleus,

ribosom,

mitokondria, dan kloroplas.

(8)

1. Metode Kristalografi Sinar-X (X-Ray Crystallography)

Metode penentuan struktur tiga dimensi protein yang luas digunakan saat ini adalah kristalografi sinar-X (X-ray crystallography). Kristalografi sinar-X menggunakan pancaran sinar-X yang ditembakkan mengenai suatu protein yang telah dimurnikan atau memiliki kemurnian tinggi sehingga berbentuk kristal. Pancaran gelombang sinar-X yang mengenai struktur kristal protein kemudian akan terhambur. Hamburan sinar-X yang muncul kemudian dibaca dan struktur kristal protein dapat diketahui.

1. Metode Kristalografi Sinar-X (X-Ray Crystallography)

Metode penentuan struktur tiga dimensi protein yang luas digunakan saat ini adalah kristalografi sinar-X (X-ray crystallography). Kristalografi sinar-X menggunakan pancaran sinar-X yang ditembakkan mengenai suatu protein yang telah dimurnikan atau memiliki kemurnian tinggi sehingga berbentuk kristal. Pancaran gelombang sinar-X yang mengenai struktur kristal protein kemudian akan terhambur. Hamburan sinar-X yang muncul kemudian dibaca dan struktur kristal protein dapat diketahui.

Teknik

Analisis Struktur Protein

(9)

2. Metode Spektroskopi NMR

Pada protein, tidak semua protein bisa

dikristalisasi. Sebagai contoh, membran protein

yang memiliki banyak asam amino hidrofobik

akan sulit untuk mengkristalisasi. Teknik lain

untuk melakukan analisis protein dalam larutan

tanpa kristalisasi adalah menggunakan NMR

(Nuclear Magnetic Resonance). NMR mengukur

perubahan kimia pada atom di protein yang

tergantung pada atom di sekitarnya dan jarak

atom di sekitarnya. NMR akan menghasilkan

data

berupa

struktur

bukan

struktur

sebenarnya.

2. Metode Spektroskopi NMR

Pada protein, tidak semua protein bisa

dikristalisasi. Sebagai contoh, membran protein

yang memiliki banyak asam amino hidrofobik

akan sulit untuk mengkristalisasi. Teknik lain

untuk melakukan analisis protein dalam larutan

tanpa kristalisasi adalah menggunakan NMR

(Nuclear Magnetic Resonance). NMR mengukur

perubahan kimia pada atom di protein yang

tergantung pada atom di sekitarnya dan jarak

atom di sekitarnya. NMR akan menghasilkan

data

berupa

struktur

bukan

struktur

sebenarnya.

Teknik

Analisis Struktur Protein

(10)

3. Elekroforesis

Elekroforesis adalah suatu teknik yang

mengukur laju perpindahan atau pergerakan

partikel-partikel bermuatan dalam suatu medan

listrik.

Prinsip

kerja

dari

elektroforesis

berdasarkan

pergerakan

partikel-partikel

bermuatan negatif (anion), dalam hal tersebut

DNA, yang bergerak menuju kutub positif

(anode), sedangkan partikel-partikel bermuatan

positif (kation) akan bergerak menuju kutub

negatif (anode).

3. Elekroforesis

Elekroforesis adalah suatu teknik yang

mengukur laju perpindahan atau pergerakan

partikel-partikel bermuatan dalam suatu medan

listrik.

Prinsip

kerja

dari

elektroforesis

berdasarkan

pergerakan

partikel-partikel

bermuatan negatif (anion), dalam hal tersebut

DNA, yang bergerak menuju kutub positif

(anode), sedangkan partikel-partikel bermuatan

positif (kation) akan bergerak menuju kutub

negatif (anode).

Teknik

Analisis Struktur Protein

(11)

4. Tes xantoprotein

Uji xantoprotein merupakan uji kualitatif

pada protein yang digunakan untuk

menunjukkan adanya gugus benzena (cincin

fenil).

4. Tes xantoprotein

Uji xantoprotein merupakan uji kualitatif

pada protein yang digunakan untuk

menunjukkan adanya gugus benzena (cincin

fenil).

Teknik

Analisis Struktur Protein

(12)

5. Tes Hopkins-cole

Pereaksi Hopkins-cole dibuat dari asam oksalat dan

serbuk magnesium dalam air. Pereaksi ini positif

terhadap protein yang mengandung asam amino

dengan gugus samping indol, seperti pada asam amino

triptofan. Triptofan memberikan hasil yang positif

dengan tes Hopkins-cole karena mengandung gugus

indol.

5. Tes Hopkins-cole

Pereaksi Hopkins-cole dibuat dari asam oksalat dan

serbuk magnesium dalam air. Pereaksi ini positif

terhadap protein yang mengandung asam amino

dengan gugus samping indol, seperti pada asam amino

triptofan. Triptofan memberikan hasil yang positif

dengan tes Hopkins-cole karena mengandung gugus

indol.

Teknik

Analisis Struktur Protein

(13)

6. Tes Millon

Pereaksi Millon adalah campuran larutan raksa (I) nitrat dan raksa (II) nitrat dalam asam nitrat. Jika pereaksi Millon ditambahkan ke dalam larutan protein, akan dihasilkan endapan putih yang dapat berubah menjadi merah akibat pemanasan.

6. Tes Millon

Pereaksi Millon adalah campuran larutan raksa (I) nitrat dan raksa (II) nitrat dalam asam nitrat. Jika pereaksi Millon ditambahkan ke dalam larutan protein, akan dihasilkan endapan putih yang dapat berubah menjadi merah akibat pemanasan.

Teknik

Analisis Struktur Protein

(14)

7. Tes Biuret

Larutan protein memberikan hasil yang

positif terhadap pereaksi biuret. Tes Biuret

dilakukan dengan cara menuangkan larutan

natrium hidroksida pekat ke dalam larutan

protein. Kemudian, larutan CuSO

4

ditambahkan

setetes demi setetes yang akan terbentuk

warna ungu.

7. Tes Biuret

Larutan protein memberikan hasil yang

positif terhadap pereaksi biuret. Tes Biuret

dilakukan dengan cara menuangkan larutan

natrium hidroksida pekat ke dalam larutan

protein. Kemudian, larutan CuSO

4

ditambahkan

setetes demi setetes yang akan terbentuk

warna ungu.

Teknik

Analisis Struktur Protein

(15)

8. Tes Nitroprusida

Natrium nitroprusida dalam larutan amonia

akan menghasilkan warna merah dengan

protein yang mempunyai gugus –SH bebas

(merkapto). Jadi, protein yang mengandung

sistein akan memberikan hasil positif. Gugus –

S–S– pada sistein apabila direduksi terlebih

dahulu dapat juga memberikan hasil positif.

8. Tes Nitroprusida

Natrium nitroprusida dalam larutan amonia

akan menghasilkan warna merah dengan

protein yang mempunyai gugus –SH bebas

(merkapto). Jadi, protein yang mengandung

sistein akan memberikan hasil positif. Gugus –

S–S– pada sistein apabila direduksi terlebih

dahulu dapat juga memberikan hasil positif.

Teknik

Analisis Struktur Protein

(16)

9. Tes Sakaguchi

Pereaksi yang digunakan adalah naftol dan

natrium hipobromit. Pada dasarnya reaksi ini

akan memberikan hasil positif jika terdapat

gugus guanidin seperti arginin memberikan

warna merah.

9. Tes Sakaguchi

Pereaksi yang digunakan adalah naftol dan

natrium hipobromit. Pada dasarnya reaksi ini

akan memberikan hasil positif jika terdapat

gugus guanidin seperti arginin memberikan

warna merah.

Teknik

Analisis Struktur Protein

(17)

10.

Pereaksi Ninhidrin

Pereaksi ninhidrin merupakan oksidator lemah, asam

amino dapat bereaksi dengan ninhidrin sebagai berikut:

10.

Pereaksi Ninhidrin

Pereaksi ninhidrin merupakan oksidator lemah, asam

amino dapat bereaksi dengan ninhidrin sebagai berikut:

Teknik

Analisis Struktur Protein

(18)

Fungsi Molekul Protein

Fungsi Molekul Protein

Fungsi

semua

protein

bergantung

pada

kemampuannya untuk secara khusus berinteraksi

dengan molekul lain. Spesifisitas semacam ini

dimungkinkan karena polipeptida dengan sekuens asam

amino berbeda dilipat menjadi struktur tersier yang

berbeda. Setiap jenis protein berevolusi untuk

berinteraksi dengan molekul atau ligan tertentu. Protein

katalitik (enzim) mengubah ligan menjadi molekul lain.

Protein struktural berinteraksi dengan molekul tertentu

sering mengikat molekul terikat dengan sifat biologis

khusus.

(19)

Hubungan Struktur Dan Fungsi

Molekul Protein

Hubungan Struktur Dan Fungsi

Molekul Protein

Protein yang terbentuk dari molekul kompleks

dalam struktur kuartener dimana dua atau lebih rantai

polipeptida dapat bergabung bersama. Sebagai hasil

dari beragam peran protein, bagaimana rantai

polipeptida digabungkan secara khusus berkaitan

dengan fungsinya. Misalnya, protein berserat, yang

memiliki peran struktural, memiliki struktur kuartener

yang berbeda dengan protein globular seperti enzim

yang memiliki fungsi metabolik.

Contoh protein berserat adalah kolagen, yang

dibentuk dengan bergabungnya tiga rantai polipeptida

berserat melalui hubungan silang antara asam amino

rantai. Pada titik di mana satu molekul kolagen

berakhir dan yang lainnya mulai menyebar ke seluruh

serat, kekuatan dan stabilitas molekul lengkap

meningkat.

Protein yang terbentuk dari molekul kompleks

dalam struktur kuartener dimana dua atau lebih rantai

polipeptida dapat bergabung bersama. Sebagai hasil

dari beragam peran protein, bagaimana rantai

polipeptida digabungkan secara khusus berkaitan

dengan fungsinya. Misalnya, protein berserat, yang

memiliki peran struktural, memiliki struktur kuartener

yang berbeda dengan protein globular seperti enzim

yang memiliki fungsi metabolik.

(20)

Hubungan Struktur Dan Fungsi

Molekul Protein

Hubungan Struktur Dan Fungsi

Molekul Protein

Hubungan Struktur Dan Fungsi

Molekul Protein

(21)

Protein merupakan komponen penting atau komponen utama sel hewan atau manusia. Oleh karena, sel itu merupakan pembentuk tubuh kita, maka protein yang terdapat dalam makanan berfungsi sebagai zat utama dalam pembentukan dan pertumbuhan tubuh. Untuk dapat melakukan fungsi biologis, protein melipat ke dalam satu atau lebih konformasi spasial yang spesifik, didorong oleh sejumlah interaksi non-kovalen seperti ikatan hidrogen, interaksi ionik, gaya van der Waals dan sistem kemasan hidrofobik. Struktur tiga dimensi protein sangat diperlukan untuk memahami fungsi protein pada tingkat molekul protein.

Struktur tiga dimensi protein mendefinisikan tidak hanya ukuran dan bentuknya, tapi juga fungsinya. Salah satu karakteristik yang mempengaruhi fungsi adalah hidrofobisitas protein, yang ditentukan oleh struktur primer dan sekunder. Sebagai contoh, protein membran.

Protein merupakan komponen penting atau komponen utama sel hewan atau manusia. Oleh karena, sel itu merupakan pembentuk tubuh kita, maka protein yang terdapat dalam makanan berfungsi sebagai zat utama dalam pembentukan dan pertumbuhan tubuh. Untuk dapat melakukan fungsi biologis, protein melipat ke dalam satu atau lebih konformasi spasial yang spesifik, didorong oleh sejumlah interaksi non-kovalen seperti ikatan hidrogen, interaksi ionik, gaya van der Waals dan sistem kemasan hidrofobik. Struktur tiga dimensi protein sangat diperlukan untuk memahami fungsi protein pada tingkat molekul protein.

Struktur tiga dimensi protein mendefinisikan tidak hanya ukuran dan bentuknya, tapi juga fungsinya. Salah satu karakteristik yang mempengaruhi fungsi adalah hidrofobisitas protein, yang ditentukan oleh struktur primer dan sekunder. Sebagai contoh, protein membran.

Hubungan Struktur Dan Fungsi

Molekul Protein

(22)

Hemoglobin adalah protein terlarut, ditemukan di sitoplasma sel darah merah sebagai molekul tunggal yang mengikat oksigen dan membawanya ke jaringan. Pada sel darah, mutasi protein β-globin pada sel darah merah meningkatkan hidrofobisitasnya dan menyebabkan molekul protein menempel satu sama lain, menghindari lingkungan berair. Rantai hemoglobin mengubah bentuk sel darah merah dari putaran ke bentuk sabit, yang menyebabkan sel terkumpul di pembuluh darah sempit.

(23)

Lipatan

protein

memungkinkan

adanya

interaksi antara asam amino satu sama lain

dalam urutan utama protein. Dalam enzim,

beberapa asam amino ini membentuk sebuah

situs dalam struktur yang mengkatalisis reaksi

enzimatik. Situs ini, yang disebut sebagai situs

aktif enzim, memiliki asam amino yang

mengikat secara khusus molekul substrat, yang

juga disebut ligan. Dengan cara yang sama,

situs-situs tertentu dalam protein reseptor sel

mengikat molekul ligan spesifik yang dikenali

reseptornya.

Lipatan

protein

memungkinkan

adanya

(24)

Sifat Utama Protein untuk

Berpartisipasi dalam Berbagai

Fungsi

Sifat Utama Protein untuk

Berpartisipasi dalam Berbagai

Fungsi

1. Protein adalah polimer linier yang dibangun dari unit

monomer yang disebut asam amino. Pembangunan

beragam makromolekul dari sejumlah bentuk

monomer.

Fungsi

protein

secara

langsung

bergantung pada struktur tiga dimensionalnya.

(25)

2.

Protein mengandung berbagai kelompok fungsional.

Kelompok fungsional ini meliputi alkohol, tiol, tioeter,

asam karboksilat, karboksiamida, dan berbagai kelompok

dasar. Bila dikombinasikan dalam berbagai urutan,

rangkaian kelompok fungsional ini menjelaskan spektrum

fungsi protein yang luas.

3. Protein dapat berinteraksi satu sama lain dan dengan

makromolekul biologis lainnya membentuk kompleks

majemuk. Protein dalam kumpulan ini dapat bertindak

secara sinergis untuk menghasilkan kemampuan yang

tidak diberikan oleh komponen protein individu.

2.

Protein mengandung berbagai kelompok fungsional.

Kelompok fungsional ini meliputi alkohol, tiol, tioeter,

asam karboksilat, karboksiamida, dan berbagai kelompok

dasar. Bila dikombinasikan dalam berbagai urutan,

rangkaian kelompok fungsional ini menjelaskan spektrum

fungsi protein yang luas.

(26)

4. Beberapa protein cukup kaku, sedangkan yang lain

menunjukkan fleksibilitas yang terbatas. Unit kaku

dapat berfungsi sebagai elemen struktural dalam

sitoskeleton (perancah internal di dalam sel) atau di

jaringan ikat. Bagian protein dengan fleksibilitas

terbatas dapat berperan sebagai engsel, pegas, dan

pengungkit yang sangat penting untuk fungsi protein,

perakitan protein satu sama lain dan dengan molekul

lain menjadi unit kompleks, dan pengiriman informasi

di dalam dan antar sel

4. Beberapa protein cukup kaku, sedangkan yang lain

menunjukkan fleksibilitas yang terbatas. Unit kaku

dapat berfungsi sebagai elemen struktural dalam

sitoskeleton (perancah internal di dalam sel) atau di

jaringan ikat. Bagian protein dengan fleksibilitas

terbatas dapat berperan sebagai engsel, pegas, dan

pengungkit yang sangat penting untuk fungsi protein,

perakitan protein satu sama lain dan dengan molekul

lain menjadi unit kompleks, dan pengiriman informasi

di dalam dan antar sel

4. Beberapa protein cukup kaku, sedangkan yang lain

menunjukkan fleksibilitas yang terbatas. Unit kaku

dapat berfungsi sebagai elemen struktural dalam

sitoskeleton (perancah internal di dalam sel) atau di

jaringan ikat. Bagian protein dengan fleksibilitas

terbatas dapat berperan sebagai engsel, pegas, dan

pengungkit yang sangat penting untuk fungsi protein,

perakitan protein satu sama lain dan dengan molekul

lain menjadi unit kompleks, dan pengiriman informasi

di dalam dan antar sel

(27)

TERIMA KASIH

Figur

Memperbarui...

Referensi

Memperbarui...