Nama Kelompok :

HUBUNGAN STRUKTUR PROTEIN DENGAN FUNGSI

DANI FITRAH HAYATI(08121006011)

MELVIA PERMATASARI(08121006013)RIZKY SINTYA(08121006057)

HASTI RIZKY WAHYUNI(08121006069)

MUTIARA BELLA(08121006073)

Catatan-Catatan Penting1.PROTEIN YANG MENGIKAT OKSIGEN

Hemoglobin dan mioglobin adalah dua protein yang mengikat oksigen, yang terdapat dalam organisme multisel besar . Hemoglobin mengangkut oksigen dalam darah dan terletak di eritrosit, sedangkan mioglobin menyimpan oksigen dalam otot .

2. MIOGLOBINadalah protein pertama yang memiliki struktur tiga dimensi yang ditentukan dengan X-ray cristallography dan merupakan protein globular terdiri dari rantai polipeptida tunggal dan heme.

3. HEMOGLOBINmemiliki struktur kuaterner, yang terdiri dari empat rantai polipeptida : dua rantai alfa dan dua rantai beta , masing-masing dengan kelompok prostetik heme . Meskipun keduanya memiliki sedikit kesamaan dalam urutan utamanya, polipeptida hemoglobin memiliki struktur tiga dimensi hampir identik dengan rantai polipeptida dari mioglobin

4. PENGIKATAN OKSIGEN KE HEMEKelompok prostetik heme terdiri dari

protoporfirin cincin IX dan atom Fe2+ sentral yang membentuk empat ikatan dengan cincin porfirin . di samping itu, di satu sisi dari cincin porfirin Fe2+ membentuk ikatan dengan histidin proksimal (His F8) , sebuah residu delapan asam amino sepanjang F - helix hemoglobin . Ikatan keenam dari Fe2+ adalah molekul O2 . Dekat dengan tempat O2 mengikat residu histidin lain, histidin distal (His E7) , yang mencegah karbon monoksida mengikat paling efisien .

Catatan-Catatan Penting5. ALOSTERIKÞHemoglobin merupakan suatu protein alosterik, yang mengikat O2 secara koperatif, pengikatan O2 ke salah satu subunit meningkatkan kemudahan mengikat molekul O2 lebih lanjut untuk subunit lainnya .ÞKurva disosiasi oksigen hemoglobin adalah sigmoidal sedangkan untuk mioglobin adalah hiperbolik.

6. MEKANISME PERUBAHAN ALOSTERIK ÞOksihemoglobin memiliki struktur kuaterner yang berbeda dari deoxyhemoglobin. ÞO2 yang mengikat Fe2+ mendistorsi kelompok heme dan memindahkan histidin proksimal. Sehingga mengubah gerak F-Helix dan mengubah interaksi antara empat sub unit.

7. EFEK BOHRÞH, CO2, dan 2,3-bisphosphoglycerate adalah efektor alosterik, yang mempromosikan pelepasan O2 dari hemoglobin . ÞH dan CO2 terikat ke berbagai bagian rantai polipeptida, sementara 2,3-bisphosphoglycerate terikat pada bagian tengah antara empat subunit . 

8. HEMOGLOBINOPATHIES adalah penyakit yang disebabkan oleh hemoglobin yang abnormal, yang ditransmisikan secara genetik, contohnya penyakit hemolitik anemia sel sabit

• Hemoglobin adalah satu dari dua protein yang mengikat oksigen dan ditemukan pada vertebrata. Hemoglobin yang merupakan molekul protein pada sel darah merah berfungsi sebagai media transport oksigen dari paru - paru ke jaringan lain didalam tubuh, dan mensuplai O2 ke sel untuk proses fosforilisasi oksdatif. Hemoglobin berada didalam eritrosit pada darah. Sel eritrosit ini pada dasarnya berperan sebagai kantung untuk membawa hemoglobin, karena eritrosit dewasa tidak memiliki organel internal seperti nukleus, mitokondria dan lain-lain.

• Protein yang mengikat O2 lainnya adalah mioglobin. Mioglobin menyimpan oksigen sebagai cadangan untukmenghadapi kekurangan oksigen. Mioglobin dengan konsentrasi yang tinggi dapat ditemukan pada otot rangka dan otot jantung yang memerlukan O2 dalam jumlah besar karena mereka membutuhkan sejumlah besar energi selama kontraksi.

1. Protein-Protein yang mengikat oksigen

Mioglobin adalah protein yang relatif kecil dengan massa 17,8 kDa dan mempunya dua komponen molekuler yaitu suatu rantai polipeptida tunggal yang mengandung 153 residu asam amino dan suatu gugusan heme yang merupakan biomelekul yang mengandung zat besi.

Heme dari mioglobin dikenal sebagai gugusan prostetik karena merupakan suatu molekul organic nonprotein yang berkaitan erat dengan struktur polipeptida.

Mioglobin protein pertama yang memiliki struktur tiga dimensi yang ditentukan oleh kristalografi sinar-X oleh John Kendrew pada tahun 1957.

Mioglobin merupakan suatu protein globular yang memiliki struktur yang sangat kompak dan tersusun dalam delapan regio heliks-α, dimana sebagian besar residu polar terletak dipermukaan dan residu nonpolar terletak di bagian dalam molekul.

2. Mioglobin

Pada 1959 Max perutz berhasil menentukan struktur tiga dimensi dari hemoglobin dengan menggunakan X-ray kristalografi.

Hemoglobin terdiri dari 4 ikatan polipeptida, yang masing-masing memiliki struktur tiga dimensi yang sangat mirip dengan rantai polipeptida tunggal dalam mioglobin meskipun urutan asam amino mereka berbeda.

Hemoglobin orang dewasa (HbA) terdiri dari dua rantai polipeptida yang berbeda, yakni : rantai-α yang terdiri dari 141 residue asam amino dan rantai-β yang terdiri dari 146 residu.

masing-masing rantai, mirip seperti mioglobin, terdiri dari delapan heliks dan masing-masing berisi kelompok prostetik heme. Heme terletak dalam suatu celah nonpolar dekat permukaan molekul.

3. Hemoglobin

(a) Struktur mioglobin dengan rantai polipeptida tunggal (b) Struktur dari hemoglobin dengan 4 ikatan polipeptida, yaitu ; 2 rantai-α

dan 2 rantai-β

Kelompok prostetik heme di myoglobin dan hemoglobin terdiri dari struktur cincin protoporfirin IX dengan atom besi dalam keadaan besi teroksidasi (Fe2+). Fe2+ ini terikat dengan empat atom nitrogen di tengah cincin protoporfirin dan membentuk dua ikatan tambahan di kedua lokasi bidang cincin protoporfirin. Salah satunya adalah residu histidin yang terletak diantara delapan residu helix F dari hemoglobin, yaitu histidin proksimal (His F8). HEME

4. Pengikatan Oksigen Di Heme

Salah satu atom oksigen terikat pada ikatan keenam dalam molekul O2. Di dekat tempat O2 terikat dengan heme adalah residu histidin lain, yaitu histidin distal (His E7) yang memiliki dua fungsi yang sangat penting :

1. Mencegah kelompok heme berdekatan dengan molekul hemoglobin agar tidak kontak satu sama lain dan oksidasi kedudukan Fe3+ di mana mereka tidak bisa lagi mengikat O2.

2. Mencegah karbon monoksida (CO) terikat dengan konfigurasi yang paling aktif dari Fe2+, sehingga dapat menurunkan afinitas heme. ini penting karena setelah CO terikat ireversibel dengan heme, protein tidak bisa lagi mengikat O2.

Dengan kata lain, meskipun pengikatan oksigen dalam hemoglobin dan myoglobin adalah hanya bagian kecil dari seluruh protein, rantai polipeptida memodulasi fungsi kelompok prostetik heme.

Pengikatan Oksigen di Heme. Fe2+ dari cincin protoporpirin terikat ke His F8 tapi tidak ke His E7 yang

berada didekatnya.

Hemoglobin adalah protein alosterik. ini berarti bahwa pengikatan O2 ke salah satu subunit dipengaruhi oleh interaksinya dengan subunit lainnya. Adanya pengikatan O2 ke salah satu subunit hemoglobin akan menginduksi perubahan konformasi yang disampaikan ke subunit lain, yang membuatnya lebih mampu mengikat O2 dengan cara menaikkan afinitas dari molekul tersebut sehingga mengikat O2 dengan hemoglobin dikatakan kooperatif. Sebaliknya, pengikatan O2 ke unit polipeptida tunggal dari myoglobin adalah nonkooperatif.

ini jelas terlihat dari kurva disosiasi oksigen untuk dua protein: bahwa untuk hemoglobin adalah sigmoidal, mencerminkan ini mengikat kooperatif, sedangkan untuk mioglobin adalah hiperbolik. dari kurva disosiasi O2 juga dapat dilihat bahwa untuk setiap tekanan oksigen tertentu derajat kejenuhan mioglobin lebih tinggi dari hemoglobin. artinya bahwa dalam kapiler darah di otot, misalnya, hemoglobin akan melepaskan O2 ke myoglobin untuk disimpan disana

5. Alosterik

Kurva disosiasi oksigen Hemoglobin dan Mioglobin

Hasil kristalografi x-ray menunjukkan bahwa oxyhemoglobin memiliki 4 molekul O2 yang saling terikat, berbeda dengan struktur kuartener deoxyhemoglobin yang tidak terikat dengan O2.

Dengan tidak adanya O2 terikat, Fe2+ berada hanya di salah satu sisi cincin porfirin. Dengan molekul O2 yang terikat pada heme akan menarik Fe2+ ke dalam bidang cincin porfirin.

Gerakan Fe2+ menyebabkan histidin proksimal juga bergerak. Hal ini akan menggeser posisi helix F dan wilayah dari rantai polipeptida di kedua ujung heliks. Dengan demikian, gerakan di tengah subunit ditransmisikan ke permukaan, di mana hal itu menyebabkan interaksi ionik dari empat subunit secara bersama-sama dan reformasi dalam posisi yang berbeda, sehingga mengubah struktur kuaternernya.

6. Mekanisme Perubahan Alosterik

Pengaruh konsentrasi ion H+ pada afinitas Hb untuk Oksigen.

Bila konsentrasi ion H+ meningkat, afinitas Hb untuk O2 menurun, menyebabkan pelepasan O2 ke jaringan.

Pengikatan O2 dengan hemoglobin dipengaruhi oleh konsentrasi ion H+ dan CO2 di jaringan sekitarnya

Pada metabolisme jaringan yang aktif, seperti otot, konsentrasi ion H+ dan CO2 yang relatif tinggi

Ion H+ cenderung menggantikan O2 dari HbO2 untuk membentuk DeoxyHb

Peningkatan CO2 juga menyebabkan peningkatan ion H+ karena aksi enzim Karbonat anhidrase, yang mengkatalisis reaksi:

Apa itu Efek Bohr ??

7. Efek Bohr

1. Pada Jaringan : CO2 yang dihasilkan selama metabolisme RBC adalah tempat pembentukan H+ dan

ion HCO3- dalam darah oleh aksi Karbonat anhidrase.

Ion H+ dalam RBC yang terdeoksigenasi Hb (HHB) terbentuk ketika OxyHb menyerahkan O2 ke jaringan.

Pada jaringan, konsentrasi ion H+ dan CO2 yang relatif tinggi dibanding O2.

Bagaimana CO2 diangkut dalam darah?

2. Pada paru-paru :

PCO2 dalam darah kapiler paru lebih tinggi dari PCO2 di Alveoli

Rendahnya tingkat PCO2 di Alveoli dikelola oleh ventilasi.

Pada paru-paru, konsentrasi ion H+ dan CO2 yang relatif rendah dibanding O2, yang merupakan kebalikan pada jaringan.

2,3-bisphosphoglycerate adalah molekul fosfat organik yang sangat anionik dalam RBC bersama dengan Hemoglobin.

2,3-BPG mendorong pelepasan O2 dari HbO2 dengan menurunkan afinitas Hemoglobin.

Satu molekul 2,3-BPG terikat dalam rongga kecil yang terletak antara β-rantai di DeoxyHb sehingga menstabilkan struktur kuaterner dari DeoxyHb

Agar O2 terikat dengan Hb, dibutuhkan konsentrasi O2 yang lebih tinggi.

Tekanan O2 dalam paru-paru cukup tinggi di bawah kondisi Hb yang hampir jenuh, bahkan ketika konsentrasi 2,3-BPG tinggi

Pengikatan 2,3-BPG untuk HbO2 tidak terjadi karena rongga terlalu kecil dan karena itu tidak dapat menampung 2,3-BPG.

c. Bagaimana 2,3-BPG (2,3-Bifosfogliserat) mempengaruhi afinitas

Hb??

Perbandingan urutan hemoglobin dari spesies yang berbeda menunjukkan bahwa hanya sembilan asam amino residu yang tidak bervariasi . Beberapa residu sesuai pada substitusi konservatif antara satu residu dengan residu yang lain dengan sifat yang mirip , sedangkan residu lain dengan substitusi non konservatif dimana satu residu asam amino digantikan oleh residu lain dengan sifat yang berbeda.

SUBSTITUSI adalah Hasil tergantinya satu asam amino dengan asam amino lainnya yang dapat menyebabkan perubahan bentuk dan fungsi molekul.

SUBTITUSI KONSERVATIF adalah Hasil dalam perubahan asam amino. Namun, sifat dari asam amino tetap (misalnya hidrofobik, hidrofilik, dll) yang sama.

SUBSTITUSI NON KONSERVATIF adalah Hasil dalam perubahan asam amino yang memiliki sifat yang berbeda dari jenis liar.

8. Hemoglobinopathies

Sebagai contoh :

Penyakit anemia sel sabit yang disebabkan oleh mutasi titik tunggal (mutasi missense) dalam versi beta-Hb gen yang mengubah GAG kodon dalam GUG, dan mengganti asam glutamat menjadi  asam amino valin pada posisi 6 dari rantai 5 yang mengakibatkan perubahan sifat dari hidrofilik ke hidrofobik yang menghasilkan HbS. Di sudut antara heliks E dan F dari rantai beta , deoksi HbS adalah sisi yang menempel yang sifatnya hidrofobik. Sehingga sisi pelengkap pada deoksi molekul HbS dapat mengikat molekul deoksi lainnya mengakibatkan pembentukan serat panjang molekul Hb pada eritrosit tersebut. Hal ini terjadi ketika HbS memiliki konsentrasi deoksigenasi tinggi.

Ini adalah contoh dari mutasi non-konservatif (missense).

Dasar molekuler untuk agregasi molekul deoxyhemoglobin pada anemia sel sabit

Anemia sel sabit yang ditransmisikan secara genetik merupakan penyakit hemolitik.

Eritrosit sel sabit :- lebih rapuh daripada eritrosits normal, - lebih mudah lisis - memiliki paruh pendek, - mengarah ke anemia berat.

Anemia sel sabit ditularkan secara genetik dimana homozigot memiliki dua salinan gen abnormal sedangkan heterozigot memiliki satu abnormal dan satu salinan normal.

Jadi :

anemia sel sabit adalah penyakit yang disebabkan oleh substitusi non konservatif

dari glutamat dengan valin , sehingga tampilannya tidak sesuai dengan

hidrofobik pada permukaan protein . Hal ini memungkinkan panjang agregat serat molekul hemoglobin untuk membentuk

dan mendistorsi bentuk sel darah merah .