• Tidak ada hasil yang ditemukan

PROTEIN, SINTESIS PROTEIN DAN METABOLISMENY A

N/A
N/A
Eren Fradisti

Academic year: 2023

Membagikan "PROTEIN, SINTESIS PROTEIN DAN METABOLISMENY A"

Copied!
124
0
0

Teks penuh

(1)

PROTEIN, SINTESIS

PROTEIN DAN METABOLISMENY

A

BLOK 6 TAHUN 2021

1

(2)

TUJUAN BELAJAR

Mampu mengetahui dan memahami asam amino, protein, struktur protein

Mampu menjelaskan dan memahami konsep Dogma Molekular (Replikasi, Transkripsi, dan Translasi)

Dapat menjelaskan mekanisme sintesis protein

Dapat menjelaskan metabolism protein

2

(3)

Protein

Makromolekul yang terdiri dari > 100 asam

amino yang dihubungkan dengan ikatan peptida.

Polipeptida : kurang dari 100 asam amino

Berperan penting dalam berbagai fungsi fisiologis dalam tubuh manusia

3

(4)

Asam Amino

Mempunyai gugus asam (-COOH) dan gugus amino (–NH2) , sehingga dapat bersifat asam atau basa.

Hidrolisis sempurna protein akan menghasilkan 20 macam asam amino. DNA mengkode 20

macam asam amino.

Mempunyai atom C asimetris, mengakibatkan adanya D dan L isomer. Asam amino dalam tubuh manusia ada dalam bentuk L-asam amino.

Atom C yang mengikat gugus asam (-COOH) dan gugus amino (–NH2) disebut C-alpha,

berikutnya B-beta, C-gamma dst.

4

(5)

Penamaan asam amino dapat disingkat dengan

5

satu huruf atau 3 huruf

(6)

6

(7)

7

(8)

8

(9)

9

(10)

10

(11)

11

(12)

12

(13)

13

(14)

Non-polar and hydrophobic

Polar and hydrophilic

Neutral Basic Acid

Chemical properties of amino acids

14

(15)

Macam-macam asam amino

Rantai R-nya berupa rantai alifatis : glisin, alanin, valin, leusin, isoleusin

Rantai R-nya mengikat gugus –OH : serin, treonin, tirosin

Rantai R-nya mengikat S : sistein dan metionin Rantai R-nya mengikat gugus asam atau

amidanya : aspartat, asparagin, asam glutamat, glutamin

Rantai R-nya mengikat gugus basa : arginin, lisin, hidroksilisin, histidin

Rantai R-nya mengikat cincin aromatis : histidin, fenilalanin, tirosin, triptofan,

Asam amino : prolin dan hidroksi prolin

15

(16)

Asam amino esensiil : asam amino yang

diperlukan tetapi tidak dapat dapat disintesis

oleh tubuh (valin, leusin, isoleusin, lisin, treonin, fenilalanin, triptofan dan metionin).

Asam amino semi esensiil : asam amino yang dapat disintesis tubuh, tapi tidak cukup untuk mendukung pertumbuhan anak-anak (arginin dan hisitidin).

16

(17)

Di dalam tubuh manusia terdapat asam amino yang penting, tetapi tidak ikut menyusun

protein (asam amino non-proteinogenik).

Misalnya :

1. Sitrulin yang berperan dalam siklus urea.

2. GABA (gamma-amino butyric acid) berperan sebagai neurotransmitter

3. Homosistein berperan dalam metabolisme asam folat

4. Karnitin sebagai transporter lipid dalam sel Asam amino proteinogenik : asam amino yang menyusun protein tubuh manusia (20 macam).

17

(18)

18

Protein

Diet Digesti,

Absorpsi Asam

Amino

Protein Diet dan Sintesis

Protein

(19)

Limiting amino acid (asam amino pembatas):

asam amino yang terdapat dalam jumlah paling sedikit dalam suatu bahan makanan dibandingkan dengan kebutuhan.

• Asam amino pembatas diantaranya adalah Lisin → gandum

Metionine → kacang dan polong2-an

Triptofan → jagung (gelatin tdk mengandung triptofan)

19

(20)

Peptid

Polimerisasi asam L-alpha amino oleh ikatan

a

peptida merupakan strukutur dasar protein.

Apabila asam amino < 100 disebut polipeptida;

apabila asam amino > 100 disebut protein.

Polipeptida pada bidang kesehatan:

hormon : insulin, TRH

antibiotik : valinomisin, gramisidin Avaksin : peptida virus

antitumor : bleomisin Glutation

20

(21)

Ikatan Peptida

dipeptida : 2 residu asam amino, 1 ikatan peptida

tripeptida : 3 residu asam asam amino, 2 ikatan peptida

penulisan dengan 3 atau 1 huruf Glu-Ala-Lys-Gly-Tyr-Ala

E A K G Y A

adanya ikatan peptida dapat ditunjukkan dengan reaksi biuret

21

(22)

Protei n

Klasifika si

Berdasar bentuk molekul

Protein fibrosa : bentuk memanjang, sumbu panjang : pendek > 10. Contoh : kolagen, keratin, fibrin, miosin

Protein globuler : bentuk membulat, sumbu panjang : pendek 3:1 atau 4:1. Contoh :

albumin, globulin, insulin, enzim

Struktur menentukan fungsi protein

22

(23)

Berdasar elemen penyusunnya

Protein sederhana : bila dihidrolisis sempurna akan menghasilkan asam amino saja. Contoh : albumin, globulin, glutelin, prolamin, histon

dan protamin

Protein terkonjugasi : mengandung gugus non- protein (gugus prostetis). Contoh :

nukleoprotein, glikoprotein, lipoprotein, fosfoprotein, metaloprotein, kromoprotein Berdasar kelarutannya

albumin : larut dalam air dan larutan garam globulin : larut dalam larutan

garam

protamin : larut dalam etanol 70 80%

histon : larut dalam larutan garam

23

(24)

Berdasar fungsinya Katalisis : enzim

Kontraksi : aktin, miosin

Regulasi gena : histon, faktor transkripsi Hormon : insulin

Proteksi : fibrin, imunoglobulin Pengaturan : kalmodulin

Struktural : kolagen, elastin, keratin

Transport : albumin, hemoglobin, transferin Biosignal : reseptor hormon

24

(25)

Struktur Protein

Struktur protein primer

Struktur rantai polipeptida yang berupa urutan asam amino yang dihubungkan dengan ikatan peptida

Struktur protein sekunder

Terbentuknya alpha-helix atau beta-sheet, beta-bends, loops dan coils karena adanya interaksi-interaksi kimia

Interaksi kimia yang menentukan struktur sekunder yaitu ikatan hidrogen, interaksi

hidrophobik, interaksi elektrostatik, interaksi van der Waals

25

(26)

Struktur protein tersier

Struktur protein yang melipat (folding) menjadi struktur 3 dimensi

Struktur protein kuartener

Beberapa rantai polipeptida/protein yang bergabung menjadi satu. Tiap

polipeptida/protein disebut dengan subunit, bisa sama (homo) atau berbeda (hetero)

Protein yang terdiri dari 2 subunit yang sama disebut homodimer, bila subunit berlainan

disebut heterodimer.

26

(27)

27

(28)

STRUCTURE OF EUCARYOTIC CELLS

28

mitochondria cell membrane lysosomes

Golgi

rEPR (ribosomes) sEPR

centrosome nucleolus

nucleus

cytoplasm

(29)

NUKLEUS

• Pusat simpanan informasi dalam sel

• Informasi ditulis dalam bentuk nukleotida

• Nukleotida :

Basa nitrogen

Gula 5 karbon (pentosa): Deoksiribosa (DNA) atau ribosa (RNA)

dan Fosfat

29

(30)

30

(31)

31

(32)

Watson and Crick DNA

Double helix

Bases in the inside

Sugar-phosphat backbone on the outside

Two strands run in opposite direction

Bases are paired by hidrogen bonds (A-T, G-C)

Figure 4-3 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

32

(33)

Informasi di dalam nukleus dibagi ke dalam buku berupa “kromosom” (molekul DNA yg dapat diamati di dalam sel selama mitosis)

Buku dibagi mjd beberapa bagian/chapter berupa “gen”.

33

(34)

34

(35)

SINTESIS PROTEIN

35

INTI SEL SITOPLASMA

L O K A S I

(36)

DOGMA MOLEKULAR

gene expression?

-

Transkripsi : sintesis RNA dari DNA

template

- Translasi : formasi sebuah protein

(rangkaian asam

amino) dari RNA

36

(37)

SINTESIS PROTEIN

37

DNA RNA PROTEIN

P R O S E S

Transkripsi Transformas i

Transkripsi terjadi di dalam inti,

sedangkan translasi/transformasi

terjadi di sitoplasma

(38)

• Proses dimana molekul DNA dikopi menjadi rantai komplementer RNA (messenger RNA=mRNA)

38

• Proses pengkodean mRNA menjadi protein dengan menggunakan beberapa jenis RNA

TRANSFORMASI

TRANSKRIPSI

(39)

DNA REPLICATION

Semiconservative process

• Each parental

strands serves as a template

Central enzyme DNA polymerase

• Catalyze joining of

deoxyribonucleas e 5’ triphosphat (dNTP)

39

(40)

40

(41)

DNA POLYMERASE

E. coli

3 types of polymerase

Polymerase I repair of DNA damage

Polymerase II unknown

Polymerase III replication

Eukariot

5 types of polymerase

, ,   most active in dividing cells

 replication

  located in mitocondria replication in mitocondria

  active in nondividing and dividing cells  repairing of DNA damage

41

(42)

PROPERTIES OF DNA POLYMERASE

Critical implications for DNA replication

Synthesize DNA only in 5’ to 3’ direction adding a dNTP to the 3’ hydroxyl group of a growing chain

42

(43)

DNA SYNTHESIS

43

(44)

ORIGIN OF REPLICATION

• Unique sequence of DNA

• Serves as a specific binding site for proteins that initiate the replication process

44

(45)

ORIGIN OF REPLICATION

Bacterial & viral genome  single ORI

E.coli 4x106 bp  1 ORI  30 min

Mamm 3x109 bp  1 ORI  30,000 min (3 weeks)

Complex structure  rate of replication  10x lower

Mamm replication few hours multiple ORI

Mammalian genome  30,000 ORI

Specific sequence (+ 100 bp)  Autonomously Replicating Sequence (ARS)

45

(46)

ORIGIN OF REPLICATION

• ARS  11 bp highly conserved sequence binding site of Origin Replication Complex

(ORC)  initiate DNA replication

• 1 ORI  2 replication forks  DNA being actively replicated

46

(47)

47

(48)

STEPS OF REPLICATION

1. Binding of an initiator protein (ORC) to ARS 2. Unwind the origin DNA

3. Recruit the other protein

Helicase

Single stranded DNA-binding protein Unwinding and exposing the template DNA

Brace and sliding-clamp protein

Maintain association of polymerase with its template

48

(49)

PROTEIN IN

REPLICATION FORK

Helicase

Catalyze the unwinding of parental DNA

Ahead of the replication fork

49

(50)

Figure 5-16 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

SINGLE-STRANDED DNA-BINDING PROTEIN

Stabilize the unwound template DNA

Keep it in an extended single-stranded state

50

(51)

Figure 5-21 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

TOPOISOMERASE

Parental DNA unwind  DNA ahead is forced to rotate

Catalyze the reversible breakage and rejoining DNA strands

51

(52)

PROTEINS IN REPLICATION FORK

Accessory protein:

Sliding-clamps protein  Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA) 

bind to adjacent brace protein, forming a ring around the template DNA

Maintain the association of the polymerase with its template  allowing uninterrupted synthesis of DNA

52

(53)

Figure 5-18c Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

53

(54)

54

(55)

55

(56)

56

(57)

57

(58)

58

(59)

59

(60)

60

(61)

61

(62)

62

(63)

63

(64)

64

(65)

65

(66)

66

(67)

THE REPLICATION FORKS

Each fork 2 parental strands of DNA 2 new daughter strands

Facts:

2 parental strands run in opposite direction (antiparallel)  continuous synthesis :

1strand be synthesize 5’ to 3’ direction

1strand be synthesize 3’ to 5’ direction

DNA polymerase only catalyze polymerization 5’ to 3’ direction

67

(68)

THE REPLICATION FORK

• 1 strand is synthesized continuously  leading strand

• 1 strand is formed from small, discontinuous pieces lagging strand

• Small pieces of newly synthesized DNA  Okazaki fragments

68

(69)

69

(70)

70

(71)

71

(72)

72

(73)

73

(74)

SYNTHESIZE OF LAGGING STRAND

FACT !!

DNA polymerase requires a primer  cannot initiate synthesis de novo

How is the synthesis of Okazaki fragments initiate?

Short fragment of RNA  serve as primers synthesis of RNA can initiate de novo primase synthesizes

short fragments of RNA

74

(75)

INITIATION OF LAGGING STRAND

Primase + polymerase α polymerase α-primase complex  initiate

synthesis of RNA de novo complement to the

lagging strand template

 RNA primer

DNA polymerase  add a new

deoxyribonucleotide only to a preformed primer strand that is hydrogen- bonded to the template  Okazaki fragment

Contain RNA-DNA joint

75

(76)

76

(77)

77

(78)

78

(79)

79

(80)

80

(81)

81

(82)

82

(83)

83

(84)

84

(85)

85

(86)

86

(87)

• Continuous lagging strand  RNA primers 87 removed  replaced with DNA

• RNA removal:

▫RNase H : degrades the RNA strand of RNA-DNA hybrid

▫Polymerase δ  as an exonuclease : hydrolyze DNA (or RNA) in 3’ to 5’or 5’ to 3’ direction

5’ to 3’ exonuclease  remove ribonucleotide from 5’ end of Okazaki  replaced with dNTP

• Joining gap  DNA ligase

(88)

88

(89)

89

(90)

90

(91)

91

(92)

92

(93)

93

(94)

94

(95)

95

(96)

TELOMERE

DNA polymerase extend primers 5’ to 3’ direction

unable to copy the extreme 5’ end special mechanisms are required to replicate terminal sequence

Terminal sequence (telomere)  tandem repeats of simple sequence DNA  replicate by unique enzyme  telomerase

96

(97)

TELOMERASE

• Capable to maintain telomeres  catalyzing telomere synthesis in the absence of DNA

template

• A reverse transcriptase  synthesize DNA from RNA template

• Carries its own template RNA  complement to the telomere

97

(98)

Figure 5-41 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

98

(99)

99

(100)

10

0

(101)

TRANSKRIPSI

10

1

(102)

TRANSCRIPTION

Process of copying DNA to RNA

Differs from DNA synthesis in that only one strand of DNA, the template strand, is used to make mRNA

Does not need a primer to start

Can involve multiple RNA polymerases

Divided into 3 stages

Initiation

Elongation

Termination

10

2

(103)

10

3

(104)

10

4

(105)

10

5

(106)

TRANSCRIPTION: THE FINAL PRODUCT

10

6

(107)

10

7

(108)

TRANSLASI

10

8

(109)

TRNA

Is in a clover shaped structure

Brings the amino acids to the mRNA

Has an anticodon loop to recognise the codons in the mRNA (by Watson-Crick base pairing)

Is responsible for the specificity of the codon recognition

10

9

(110)

TRNA CHARGING

Aminoacylation is the process of adding an aminoacyl group to a compound.

It produces tRNA molecules with their CCA 3' ends covalently linked to an amino acid

Each tRNA is aminoacylated(or charged) with a specific amino acid by an aminoacyl tRNA synthase.

There is normally a single aminoacyl tRNA synthetase for each amino acid, despite the fact that there can be more than one tRNA, and more than one anticodon, for an

amino acid.

11

0

(111)

11

1

(112)

PROCESS OF TRANSLATION

Initiation

Recognition and specificity

Elongation

Termination

Recognition of STOP codons

Usage of release factors

11

2

(113)

11 3

mRNA

attaches to small

ribosomal subunit

(114)

TRANSLATION - OUTLINE

11

4

(115)

TRANSLATION.

MRNA USED TO MAKE POLYPEPTIDE CHAIN (PROTEIN)

11

5

(116)

1.

11 6

First the mRNA attaches itself to a ribosome (to the small subunit).

Six bases of the mRNA are exposed.

A complementary tRNA molecule with its attached amino acid (methionine) base pairs via its anticodon UAC with the AUG on the mRNA in the first

position P.

Another tRNA base pairs with the other three mRNA bases in the ribosome at position A.

The enzyme peptidyl transferase forms a peptide bond between the two amino acids.

The first tRNA (without its amino acid) leaves the ribosome.

(117)

TRANSLATION 2

11 7

The ribosome moves along the mRNA to the next codon (three bases).

The second tRNA molecule moves into position P.

Another tRNA molecule pairs with the mRNA in position A bringing its amino acid.

A growing polypeptide is formed in this way until a stop codon is reached.

(118)

END OF TRANSLATION

11 8

A stop codon on the mRNA is reached and this signals the ribosome to leave the mRNA. A newly synthesised protein is now complete!

(119)

TRANSLATION TERMINATION

11

9

(120)

TRANSLATION

MRNA TO POLYPEPTIDE

12

0

(121)

TRANSLATION - ANIMATION

12

1

(122)

KODON (KODE GENETIK)

12

2

(123)

SUMMARY OF PROTEIN SYNTHESIS

12

3

(124)

TERIMA KASIH

SELAMAT BELAJAR

12

4

Gambar

Figure 4-3  Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Figure 5-16  Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Figure 5-21  Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Figure 5-18c  Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
+2

Referensi

Dokumen terkait

Asam amino yang terdapat dalam molekul protein tidak semua dapat dibuat oleh.

Protein merupakan suatu zat makanan yang sangat penting bagi tubuh, karena zat ini disamping berfungsi sebagai zat pembangun dan pengatur, Protein adalah sumber asam- asam amino

Asam amino yang terdapat dalam darah berasal dari tiga sumber,yaitu penyerapan melalui dinding usus,hasil penguraian protein dalam sel,dan hasil sintesis asam

Sintesis protein adalah proses pembentukan asam amino melalui kode gen yang dibuat DNA. Tahap sintesis protein terdiri dari tahap transkripsi dan translasi. 1) Transkripsi

• Asam amino yang secara nutrisi non esensial itu lebih penting bagi sel dari pada asam amino yang secara nutrisi esensial , karena dalam tubuh organisme /

Bila asam amino esensial yang kurang, tubuh tidak dapat melanjutkan pembuatan protein yang dibutuhkan, atau asam amino esensial yang dibutuhkan diambil dari

Asam amino essential adalah asam amino yang tidak dapat di sintesis oleh tubuh dan berasal dari makanan yang kita makan.. Sedangkan asam amino non essential adalah asam amino yang

Sedangkan asam amino esensial adalah asam amino yang tidak dapat diproduksi dalam tubuh sehingga harus didapatkan dari makanan.. Protein yang terdenaturasi akan kehilangan fungsi