struktur protein -...

STRUKTUR PROTEIN

Dr. MUTIARA INDAH SARI NIP: 132 296 973

2007

Mutiara Indah Sari : Struktur Protein, 2007

DAFTAR ISI

I . PENDAHULUAN…….…………….……………...……………..…….….……1

II. IKATAN PEPTIDA PADA PROTEIN …….……..…...……...…..……….….…1

III. URUTAN ASAM AMINO DITENTUKAN OLEH GEN..........…............….…7

IV. TINGKAT STRUKTUR PROTEIN...………………………..………….…..…...8

IV.1. STRUKTUR PRIMER..................................... ……….…….......….….....….….9

IV.2. STRUKTUR SKUNDER………………………………..………….…..……….9

IV.3. STRUKTUR TERSIER………………………………………….....………….14

IV.4. STRUKTUR KUARTERNER…….……………………….…..………......…..15

V. KESIMPULAN…………………………………………………………..…….16

DAFTAR KEPUSTAKAAN ...................................................................................... 17


STRUKTUR PROTEIN

I. PENDAHULUAN

Semua protein pada semua spesies mulai dari bakteri sampai manusia dibentuk dari

20 asam amino yang sama dan tidak berubah selama evolusi. Keaneka ragaman fungsi yang

diperantarai oleh protein dimungkinkan oleh keanekaragaman susunan yang mungkin dapat

dari 20 jenis asam amino ini sebagai unsur pembangun.1

Pada protein terdapat empat tingkat struktur yang berbeda yaitu : Struktur primer,

struktur skunder, struktur tersier, struktur kuartener. Terdapat faktor yang dapat mengkuatkan

yang menstabilkan struktur skunder, tersier dan kuartener ini. Sifat umum semua protein

mencakup hambatan pada konformasi atau susunan spasialnya oleh ikatan kovalen dan

nonkovalen.2.3

II. IKATAN PEPTIDA PADA PROTEIN

ASAM AMINO PEMBENTUK MOLEKUL PROTEIN

Asam amino merupakan unit dasar struktur protein. Suatu asam amino α terdiri dari

gugus amino, gugus karboksil, atom H dan gugus R tertentu yang semuanya terikat pada


atom karbon α. Atom karbon ini disebut α karena bersebelahan dengan gugus karboksil

(asam).Gugus R menyatakan rantai samping 1,4

Susunan tetrahedral dari empat gugus yang berbeda terhadap atom karbon α

menyebabkan asam amino mempunyai aktivitas optik. Dua bentuk bayangan cermin disebut

isomer L dan isomer D. Protein hanya terdiri dari asam amino L. Sehingga tanda isomer

optik dapat diabaikan. Daalm pembahasan protein selanjutnya asam amino yang dimaksud

adalah isomer L, kecuali bila ada penjelasan. 1

Umunya pada protein ditemukan 20 jenis rantai samping yang bervariasi dalam

ukuran, bentuk. Contohnya asam amino yang paling sederhana adalah glisin, hanya

mempunyai satu rantai hidrogen sebagai rantai samping. Asam amino alanin, dengan gugus

metil sebagai rantai samping 1


Tabel 1. Names, symbols, chemical structures and hydrophobicity indices of the 20 amino

acids found in proteins. They are arranged in the order as discussed above.

Note: The hydrophobicity index tells the relative hydrophobicity among amino acids. More

positive value indicates stronger hydrophobicity. Hydrophilic amino acids have negative


values. In a protein, hydrophobic amino acids are more likely to be located in the protein

interior, whereas hydrophilic amino acids are more likely to face the aqueous environment.

ASAM AMINO BERIKATAN MELALUI IKATAN PEPTIDA

Pada protein, gugus karboksil α asam amino terikat pada gugus amino α asam amino

lain dengan ikatan peptida/ ikatan amida secara kovalen membentuk rantai polipeptida Pada

pembentukan suatu dipeptida pada dari dua asam amino terjadi pengeluaran satu molekul

air.1,3,4

Ikatan peptida sangat stabil dan hidrolisis kimia memerlukan kondisi yang snagt

ekstrim. Dalam tubuh, ikatan peptida diuraikan oleh enzim proteolitik yang disebut protease

atau peptidase 3

Banyak asam amino berikatan melalui ikatan peptida membentuk rantai polipeptida

yang tidak bercabang. Asam Amino di dalam suatu protein disebut residu asam amino.

Residu asam amino pada salah satu ujung rantai memiliki sebuah gugus amino bebas dan

pada rantai yang lain memiliki gugus karboksil bebas. Berdasarkan kesepakatan, ujung amino

diletakkan pada awal rantai polipeptida, 1,3


Gambar. 1. Formation of the peptide bond by condensation reaction.

III. URUTAN ASAM AMINO PROTEIN DITENTUKAN OLEH

GEN

Pada tahun 1953, Frederick Sanger menentukan urutan asama mino insulin, suatu

hormon protein. Ini merupakan pertama kali diperlihatkan bahwa protein mempunyai urutan

asam amino yang tepat. Diperlihatkan juga bahwa bahwa insulin terdiri hanya dari asam

amino L yang saling berhubungan melalui ikatan peptida antara gugus amino α dan gugus

karboksil α. 1

Rangkaian penelitian pada akhir tahun 1950 an dan awal 1960 an mengungkapkan

bahwa urutan asam amino dalam protin ditentukan secara genetik. Urutan nuklotida dalam

DNA, suatu molekul herediter, menentukana urutan nukleotida komplementer dalam RNA,

yang akhirnya menentukan urutan asam amino dalam suatu protein. Tiap rangkaian 20 asam

amino disandi oleh satu atau lebih urutan tiga nukleotida tertentu 1


Perubahan urutan asam amino dapat mengakibatkan gangguan fungsi protein dan

menimbulkan penyakit. Penyakit yang bersifat fatal seperti anemia sel sabit dan fibrosis

kistik disebabkan oleh perubahan satu asam amino dalam satu protein 1

3

Amino Acid Codonsalanine GCA, GCC, GCG

GCUarginine AGA, AGG, CGA

CGC, CGG, CGUasparagine AAC, AAUaspartate GAC, GAUcysteine UGC, UGUglutamate GAA, GAGglutamine CAA, CAGglycine GGA, GGC, GGG

GGUhistidine CAC, CAUisoleucine AUA, AUC, AUUleucine CUA, CUC, CUG

CUU, UUA, UUG

methionine AUG tryptophan UGGphenylalanine UUC, UUUproline CCA, CCC

CCG, CCUserine UCA, UCC

UCG, UCUAGC, AGU

threonine ACA, ACCACG, ACU

lysine AAA, AAGtyrosine UAU, UACvaline GUA, GUC

GUG, GUU

IV. TINGKAT STRUKTUR PROTEIN


Gambar 2. Struktur Protein

IV.1. STRUKTUR PRIMER

Struktur primer suatu protein semata adalah urutan linear asam aminoyang disatukan

oleh ikaatn peptida yang mencakup lokasi setiap iakatn disulfida. Tidak terjadi percabangan

rantai. 2,3,4

Jumlah rangkaian protein yang diketahui sedemikian besarnya dan terus bertambah

dengan cepat sehingga data rangkaian tersebut tidak mungkin dicatat dalam bentuk cetakan

tetapi kini disimpan di dlam database elektronik rangkaian protein yang bisa diakses lewat

Internet 2


IV. 2. STRUKTUR SKUNDER

Daerah di dalam rantai peptida dapat membentuk struktur reguler, berulang, dan lokal

yang tejadi yang terjadi akibat adanya ikatan hidrogen antara atom-atom ikatan peptida Ini

berhubungan dengan dengan pengaturan kedudukan ruang residu asamamino yang

berdekatan dengan urutan linear. Daerah tersebut yang terkenal dengan struktur skunder

mencakup α heliks, β sheet, loop. 1,2,3

α HELIKS

Pada suatu α heliks, terbentuk ikatan hidrogen antara masing-masing atom oksigen

karbonil pada suatu ikatan peptida dengan hidrogen yang melekat ke atom nitrogen amida

pada suatu ikatan peptida 4 residu asam amino di sepanjang rantai polipeptida.

Jika tulang punggung polipeptida ini terpilin dengan jumlah yang sama akan terbentuk

struktur coil atau heliks (ulir) reguler di mana masing-masing ikatan peptida dihubungkan

dengan ikatan hidrogen ke ikatan residu asam amino di depannya dan 4 asam amino

dibelakangnya dalam urutan primer. 2,3

Berbagai tipe heliks yang terbentuk lewat pemilinan denagn taraf dan arah yang

berbeda digambarkan oleh jumlah (n) residu aminoasil perputaran dan jumlah tonjolan / pitch

(p) atau jarak perputaran yang dibentuk heliks sepanjang sumbunya. Heliks polipeptida yang

terbentuk dari asam amino kiral (chiral ) akan memperlihatkan kiralitas, yaitu helisk tersebut

bisa dominan kanan atau kiri. 2


Gambar 3. � helix conformations. (a) The ideal right-handed � helix. C: green; O:

red; N: blue; H: not shown; hydrogen bond: dashed line. (b) The right-handed � helix

without showing atoms. (c) the left-handed � helix.

Prolin Dapat Menekuk α Heliks

Rantai sisi residu asam amino pada heliks mengarah ke luar dari sumbu sentral

.Rantai sisi yang berukuran besar atau rantai yang sisi dengan muatan yang saling tolak

menolak dapat mencegah terbentuknya α heliks. Residu prolin menghambat struktur α heliks

pada protein karena residu prolin menimbulkan hambatan geometrik akibat adanya struktur

cincin dan karena pada ikatan peptida ,nitrogen tidak mengandung atom hidrogen yang

diperlukan untuk membentuk ikatan hidrogen Prolin hanya pas untuk putaran pertama α


heliks. Pada bagin lain, residu prolin akan menimbulkan tekukan (bend). Namun tidak semua

tekukan dalam α heliks disebabkan prolin. Tekukan kerap terjadi pula pada residu Gly. 2,3

Ikatan Hidrogen dan Kekuatan Van Der Waals Menstabilkan α heliks

Mengingat α heliks memiliki energi yang paling rendah dan merupakan konformasi

yang paling stabil bagi rantai polipeptida, susunan spasial ini akan terbentuk secara spontan.

Stabilitas α heliks terutama terjadi akibat pembentukan ikatan hidrogen dengan jumlah

semaksimal mungkin. Nitrogen peptida bekerja sebagai sebagai donor hidrogen,dan oksigen

karbonil residu yang dalam barisan letaknya nomer empat dari belakang di dalam pengertian

struktur primer bekerja sebagai aseptor hidrogen Interaksi Van der Waals juga memberikan

stabilitas tambahan. Atom yang dikemas kuat pada initi α heliks mengadakan kontak van der

Waals antara satu sama lain melintasi sumbu heliks tersebut 2,4,5

α Heliks Dapat Bersifat Amfipatik

Meskipun sering terdapat pada permukaan protein, α heliks dapat pula terbenam

seluruhnya atau sebagian dalam bagian interior protein. Heliks yang bersifat amfipatik suatu

kasus yang istimewa dimana residu bergeser antara hidrofobik dan hidrofilik sekitar

setiap tiga atau empat residu, terdapat pula keadaan dimana α heliks berhadapan dengan

dengan lingkungan polar atau nonpolar. Heliks yang amfipatik terdapat dalam lipoprotein

plasma samping dalam hormon polipeptida tertentu, dalam bisa (venom), antibiotik,

glikoprotein virus HIV dan protein kinase yang diregulasi oleh kalmodulin. 2


Gambar 4. The amphipathic � helix structure of CAP18, which is a molecule capable of

binding to the endotoxin of bacteria. (a) Amino acid sequence of the amphipathic part of

CAP18. Hydrophobic residues are boxed with red lines. (b) The 3D structure determined by

nuclear magnetic resonance. Hydrophobic residues are located on the lower side. PDB ID =

1LYP.

β SHEET


Konformasi reguler yang kedua terdaapt pada lembaran yang terlipat struktur β atau

β pleated sheet. Simbol β menunjukkan bahwa struktur ini merupakan struktur reguler kedua

yang dijelaskan.. Istilah lembaran terlipat (pleated sheet) menunjukkan penampakkan stuktur

tersebut kalau dilihat dari pinggir atas. 1,2

Berbeda dengan kumparan α heliks, β sheet terbentuk melalui ikatan hidrogen antara

daerah linier rantai polipeptida . Ikatan hidrogen ini terjadi antara oksigen karboil dari satu

ikatn peptida dan nitogen dari ikatan peptida lainnya. Ikatan hidrogen dapat terbentuk antara

dua ranati polipeptida yang terpisah atau antara anatara dua daerah pada sebuah rantai

tunggal yang melipat sendiri. Pelipatan ini sering melibatkan sering melibatkan 4 struktur

asam amino yang dikenal sebagai β turn. 2,3

Gambar 5. The � sheet structure found in RNase A. This figure shows only the backbone

atoms, excluding hydrogens. RNase A contains a single peptide chain, which makes a turn at

the junction (not shown) between �4 and �6. Therefore, the two strands are anti-parallel.


IV. 3. STRUKTUR TERSIER

Struktur tersier menggambarkan pengaturan ruang residu asama mino yang berjauhan

dalam urutan linier dan pola ikatan-ikatan disulfida. 1. Merupakan konformasi tiga dimensi

keseluruhannya. Istilah Struktur tersier mengacu pada hubungan spasial antar unsur struktur

skunder . pelipatan polipeptida pada suatu domain biasanya terjadi tanpa tergantung pada

pelipatan domain lainnya. Stuktur tersier menjelaskan hubungan antara domain ini , cara

dimana pelipatan protein dapat menyatukan asam amino yang letaknya terpisah dalam

pengertian struktur primer, dan ikatan yang menstabilkan konformasi ini.2,4

Bentuk protein globular melibatkan interaksi antara residu asam amino yang mungkin

terletak sangat jauh satu sama lain pada urutan primer ranati polipeptida dan melibatkan α

heliks dan β sheet .Interaksi nonkovalen antara rantai sisi residu asam amino penting untuk

menstabilkan struktur tersier dan terdiri dari interaksi hidrofobik dan elektrostatik serta ikatan

hidrogen 2,3,5

Interaksi hidrofobik sangat penting bagi struktur protein. Asam amino hidrofobik

cenderung berikaatn dibagian dalam protein protein globuler tempat asam amino tidak

berkontak denagn air, sedang asam amino hidrofilik biasanya terletak di permukaan protein

tempat asam amino berinteraksi dengan air sekelilingnya.3

IV. 4. STRUKTUR KUARTERNER


Menggambarkan pengaturan subunit protein dalam ruang.1 Protein dengan dua atau

lebih rantai polipeptida yang terikat oleh kekuatan nonkovalenakan memperlihatkan struktur

kovalen. Dalam protein multimerik ini, maing-masing rantai polipeptida disebut protomer

atau subunit. 2 Subunit tersebut disatukan oleh jenis interaksi nonkovalen yang sama yang

berperan dalam stuktur tersier yaitu interaksi elektrostatik dan hidrofobik serta ikatn

hidrogen. Protein yang tersusun dari dua atau empat subunit masing-masing disebut protein

dimerik atau tetramerik2,3,5

V. KESIMPULAN

Berbagai protein yang berbeda dapat diciptakan dari hanya 20 asam amino yang

umum, karena asam amino dapat saling berikatan dalam banyak kombinasi yang berbeda.

Perbedaan dalam urutan asam amino di sepanjang rantai polipeptida menyebabkan

pembentukan struktur tiga dimensi yang berbeda.

Sifat-sifat struktural protein dianggap berada dalam empat buah susunan: primer,

Sekunder, tersier, dan (hanya untuk protein oligomerik) kuaterner. Struktur primer, rangkaian

asam amino dikode dalam gen. Struktur skunder dan tersier yang berkenaan dengan

konformasi protein yang keberadaannya dimungkinkan lewat ikatan peptida, ditentukan oleh


stuktur primer. Struktur skunder menjelaskan menjelaskan pelipatan rantai polipeptida

menjadi multiplikasi motif terikat terikat hidrogen seperi struktur α heliks, β sheet. Struktur

tersier berkenaan dengan hubungan antar domain struktural skunder dan antar residu yang

letaknya terpisah jauh dalam pengertian struktur primer. Struktur kuartener yang hanya

terdapat dalam protein dengan dua atau tiga rantai polipeptida (protein oligomerik)

menjelaskan titik kontak dan hubungan lainnya antara polipeptida atau subunit ini

DAFTAR KEPUSTAKAAN

1. Stryer Lubert. Biochemistry 4th .EGC.2000. 17-37

2. Murray R K, et al. Harper’s Biochemistry 25th ed. Appleton & Lange. America

2000 : 48-62

3. Mark Dawn B, PhD, Marks Allan MD, Smith Collen M, PhD. Biokimia

Kedokteran Dasar, Sebuah Pendekatan Klinis , 2000 : 76-95

4. Champe Pamela C , Harvey Richard A. Lippincott’s Illustrated. Biochemistry, 2nd

1994: 13-23



5. Satyanarayana U,Dr. Biochemistry. Books And Allied (P) Ltd, Calcutta. 2002.

45-71

struktur protein -...

Documents