FUNGSI PROTEIN Amirah Amatullah 1206262071 Program Studi Teknologi Bioproses
ABSTRAK Protein merupakan senyawa organik yang terdapat dalam seluruh makhluk hidup. Keberadaan protein dalam tubuh sangat melimpah karena protein mempunyai berbagai fungsi yang esensial bagi keberlangsungan organisme. Berdasarkan fungsinya, protein dapat dibagi menjadi menjadi tujuh, yaitu sebagai protein struktrural, protein cadangan, protein transpor, protein hormon, protein pertahanan, protein penggerak, serta protein enzimatik. Fungsi masing-masing protein yang spesifik ini ditentukan oleh struktur serta komposisi protein tersebut yang berbeda-beda sehingga akan menghasilkan interaksi yang berbeda-beda pula. Kata Kunci protein, asam amino, struktural, energi, hormon, enzim, transpor, reseptor, antibodi, antigen 1. PENDAHULUAN Protein adalah biomolekul kompleks berbobot molekul besar yang mempunyai peran penting pada makhluk hidup. Protein terbentuk dari unsur-unsur organik yaitu unsur karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O), dan nitrogen (N), serta dapat pula mengandung fosfor, belerang, maupun unsur logam lain seperti besi dan tembaga. Protein tersusun dari ratusan hingga ribuan monomer asam amino yang saling dihubungkan oleh ikatan peptida (CONH) menjadi rantai polimer panjang yang disebut polipeptida. Terdapat 20 macam asam amino berbeda yang dapat dikombinasikan untuk membentuk protein. Susunan asam amino tersebut menentukan keunikan struktur tiga dimensi serta fungsi yang spesifik bagi protein tersebut. 2. PROTEIN STRUKTURAL Peranan protein struktural adalah sebagai pembentuk struktur sel jaringan dan memberi kekuatan pada jaringan. 2.1 Kolagen Secara sederhana, kolagen dapat dianalogikan sebagai lem yang menyatukan jarigan-jaringan pada tubuh. Kolagen adalah stabilisator struktur yang menguatkan dan dapat menahan regangan. Sejumlah 30% dari total protein
Fungsi Protein
dalam tubuh manusia merupakan kolagen. k olagen. Rantai kolagen tersusun dari pengulangan Gly-Pro-X, dimana X dapat berupa asam amino apapun. Sebagian besar asam amino yang terdapat dalam kolagen berupa glisin, prolin, dan hidroksiprolin. hidroksiprolin. Rantai-rantai tunggal ini berikatan hidrogen sehingga membentuk suatu struktur triple helix yang menyerupai batang dan disebut dengan tropokolagen. Ikatan hidrogen diantara ketiga rantai molekul ini menyebabkan kolagen mempunyai kapasitas menahan air. Batang tropokolagen ini dikemas secara berdampingan membentuk fibril. Keberadaan asam amino hidroksilisin yang tidak umum di ujung segmen rantai kolagen sangat penting terhadap pembentukan fibril kollagen. Aldol kovalen saling silang yang terbentuk antara dua residu lisin atau hidroksilisin di terminal C sebuah molekul kolagen dengan residu serupa pada terminal N molekul yang berdampingan menstabilkan pengemasan kolagen dan menghasilkan fibril yang kuat. Dalam tendon, kolagen membentuk serat yang seperti tali sehingga mempunyai daya regangan tinggi, sementara di kulit kolagen membentuk serat tenunan yang longgar sehingga dapat meluas ke segala arah. Berbagai tipe kolagen dibedakan oleh komposisi 1
ketiga rantai polypeptidanya. polypeptidanya. Tabel 1. Beberapa tipe kolagen
Tipe
Komposisi Polypeptida
I
[α 1(I)]2, α 2(I)
II
[α 1(II)]3
III
[α 1(III)]3
IV V
[α 1(IV)]2, α 2(IV) [α 1(V)]2, α 2(V)
Distribusi Kulit, tulang, tendon, kornea, pembuluh darah Tulang rawan, intervertebral disk
Kulit janin, pembuluh darah Membran basal Plasenta, kulit
molekul (α tubulin dan β tubulin) bergabung membentuk dimer. Dimer adalah blok bangunan yang membentuk mikrotubulus. Dimer membentuk dinding silinder dalam bentuk heliks. Mikrotubulus bersifat kaku sehingga penting dalam mempertahankan atau mengontrol bentuk sel. Mikrotubulus berperan dalam pembelahan sel, karena setiap kromosom bergerak ke kutub pembelahan yang terikat pada gelendong mitotik yang dibentuk oleh mikrotubul. Selain itu, mikrotubul berguna sebagai saluran bagi arus zat sitoplasma di dalam sel dan merupakan komponen stuktural yang penting dari silia dan flagela.
(Dari berbagai sumber)
2.2 Elastin Elastin adalah protein dengan sifat elastis seperti penghapus, dimana seratnya dapat memanjang beberapa kali dari panjang normalnya. Adanya serat elastin memungkinkan jaringan dapat meregang tanpa sobek. Contohnya adalah pada pita suara, pembuluh darah besar dan beberapa ligamen pada tulang punggung. Sepertiga gugusnya adalah glisin. Kandungan lainnya adalah alanin, prolin dan valin. Rantai elastin tidak membentuk helix tripel. Struktur keseluruhan elastin mirip struktur amorf karet yg mudah berubah bentuk. 2.3 Keratin α-Keratin adalah protein serat utama yang dibuat oleh sel epidermis. α-Keratin α -Keratin memberikan perlindungan eksternal bagi vertebrata. Protein ini menyusun hampir seluruh berat kering dari rambut, wol, sayap, kuku, cakar, duri, sisik, tanduk, kuku kuda, kulit penyu. 2.4 Tubulin Tubulin adalah protein yang membentuk mikrotubulin. Mikrotubulus adalah silinder protein yang terdapat pada sebagian besar sel hewan dan tumbuhan. Ada dua macam macam tubulin, yaitu α tubulin dan β tubulin. Kedua tubulin ini memiliki susunan asam amino yang berbeda. Dua
Fungsi Protein
2.5 Sklerotin Sklerotin adalah komponen kutikula dari berbagai Arthropoda, yang paling sering ditemui serangga. Sklerotin dibentuk dengan proses saling menyilangnya molekul-molekul protein, sebuah proses biokimia yang disebut sklerotisasi. Material yang terbentuk menjadikan eksoskeleton serangga yang keras dan mengandung kitin menjadi kaku. Protein ini banyak terdapat dalam bagian integumen serangga dan Arachnid, contohnya bagian mulut yang menggigit serta sklerit pada kalajengking dan kumbang. Seiring pendewasaan, sklerotin yang baru terbentuk menjadi keras seperti tanduk dengan variasi warna kuning-coklat. 2.6 Serisin dan Fibroin Fibroin Fibroin adalah protein tak larut yang dihasilkan oleh laba-laba, larvae Bombyx mori, serta genus ngengat lainnya. Sutra mentah terdiri dari dua protein utama, serisin dan fibroin, dimana fibroin berada di tengah struktur sutra sementara serisin merupakan material lengket yang membungkusnya dan menyebabkannya dapat saling menempel. Komposisi kimia serisin yaitu C30H40N10O16. Protein fibroin terdiri dari lapisan-lapisan beta yang saling antiparallel. Struktur primernya merupakan asam amino dengan urutan (Gly-Ser-Gly Ala-Gly-Ala)n. Ala-Gly-Ala)n. Kandungan glisin (serta alanin) yang tinggi menyebabkan eratnya pengemasan lapisan-lapisan tersebut, 2
sehingga sutra mempunyai struktur yang kejat dan tahan regangan. 3. PROTEIN CADANGAN Protein cadangan menyimpan energi maupun zat yang diperlukan untuk berbagai proses metabolisme dalam tubuh. 3.1 Mioglobin Protein penyusun darah yang berperan mengikat oksigen adalah mioglobin. Mioglobin tidak cocok berperan sebagai protein pengangkut oksigen, tetapi efektif sebagai protein penyimpan oksigen. Mioglobin mengandung konstituen molekular heme yang mempunyai grup Fe (besi) sehingga dapat berikatan dengan oksigen. Mioglobin mengikat oksigen dari sel darah merah dan melepasnya ke mitokondria sel otot merah pada pada keadaan kekurangan oksigen sehingga bisa digunakan oleh mitokondria otot untuk sintesis ATP yang bergantung pada oksigen. Ciri-ciri dari kurangnya oksigen adalah tingginya kadar karbon dioksida dalam darah serta asam laktat pada otot. Pada kondisi ekstrim seperti inilah mioglobin akan melepas oksigen yang diikatnya. 3.2 Ferritin Ferritin adalah protein berbentuk globular yang mempunyai dua lapisan dengan diameter luar berukuran 12 nm dan diameter dalam berukuran 8 nm. Besi tersimpan di tengah protein ferritin. Bila dilihat dari stuktur kristalnya, satu monomer ferritin mempunyai lima heliks penyusun yaitu blue helix, orange helix, green helix, yellow helix dan red helix dimana ion Fe 3+ berada di tengah kelima heliks tersebut. Besi bebas bersifat toksik untuk sel, karena besi bebas merupakan katalis pembentukan radikal bebas dari Reactive Oxygen Species (ROS) melalui reaksi Fenton. Untuk itu, sel membentuk suatu mekanisme perlindungan diri yaitu dengan cara membuat besi berikatan dengan ferritin. Oleh karena itu, ferritin merupakan protein utama penyimpan besi di dalam sel. Besi Fe3+ yang disimpan di dalam ferritin di liver, limpa, otot, dan sumsum tulang dilepaskan kembali bila tubuh
Fungsi Protein
membutuhkannya yaitu saat tubuh kekurangan besi yang diperlukan untuk pembuatan eritorosit oleh berbagai sebab. 3.3 Kasein dan Ovalbumin Kasein adalah protein yang paling banyak tersedia di susu. Protein ini relatif tidak bisa larut dan cenderung membentuk struktur yang disebut misel yang meningkatkan kelarutannya di air. Selama pemrosesan susu, yang umumnya melibatkan panas atau asam, senyawa kasein peptide dan struktur misel akan terganggu dan membentuk struktur yang lebih sederhana. Hasilnya, material seperti gelatin terbentuk. Ini adalah dasar mengapa kasein memiliki daya cerna yang lebih rendah, dan juga pelepasan asam amino yang perlahan tapi stabil ke dalam sirkulasi. Ovalbumin adalah protein utama pada putih telur. Protein ini menyimpan energi dan dapat dicerna saat metabolisme organisme untuk menghasilkan energi. Selain sebagai protein penyimpanan, dalam kasus keracunan logam berat (seperti besi), ovalbumin dapat digunakan. Ovalbumin berikatan secara chelating dengan logam berat dan memerangkap ion-ion metal dengan ikatan sulfihidril dalam protein tersebut. Chelating mencegah absorpsi logam ke dalam usus dan mencegah keracunan. 4. PROTEIN TRANSPOR Protein pengangkut mempunyai kemampuan mengikat molekul tertentu dan melakukan pengangkutan berbagai macam zat melalui aliran darah. 4.1 Hemoglobin Dalam pembuluh kapiler, oksigen dilepaskan untuk digunakan oleh sel tubuh. Sejumlah 97% oksigen yang diangkut oleh darah diangkut melalui hemoglobin. Sedangkan 3% lainnya terlarut dalam plasma darah. Dalam paru-paru, dimana level oksigen tinggi, hemoglobin berikatan bebas dengan oksigen. Hemoglobin lalu melepas oksigen ke pembuluh kapiler, dimana level oksigen rendah. Dalam setiap molekul hemoglobin terdapat empat atom besi yang disebut heme. Setiap atom berikatan dengan satu molekul oksigen. 3
Sejumlah 30% dari berupa hemoglobin.
sel
darah
merah
4.2 Hemosianin Protein pernafasan ini banyak dijumpai dalam limfa binatang dalam fila Moluska dan Artropoda (sotong, gurita, udang galah, ketam). Strukturnya sangat besar tetapi terdiri dari subunit-subunit. Setiap subunit mengandung mengandung satu pasang atom Cu dimana masing-masing pasang dapat mengikat satu molekul O 2. 5. PROTEIN HORMON 5.1 Insulin Insulin mempunyai fungsi penting pada berbagai proses metabolisme dalam tubuh terutama metabolisme karbohidrat. karbohidrat. Hormon ini sangat krusial perannya dalam proses utilisasi glukosa oleh hampir seluruh jaringan tubuh, terutama pada otot, lemak, dan hepar. Pada jaringan perifer seperti jaringan otot dan lemak, insulin berikatan dengan sejenis reseptor (insulin (insulin receptor substrate = IRS) yang terdapat pada membran sel tersebut. Ikatan antara insulin dan reseptor akan menghasilkan semacam sinyal yang berguna bagi proses regulasi atau metabolisme glukosa di dalam sel otot dan lemak, meskipun mekanisme kerja yang sesungguhnya belum begitu jelas. Setelah berikatan, transduksi sinyal berperan dalam meningkatkan kuantitas GLUT-4 (glucose transporter-4) transporter-4) dan selanjutnya juga pada mendorong penempatannya penempatannya pada membran sel. Proses sintesis dan translokasi GLUT-4 inilah yang bekerja memasukkan glukosa dari ekstra ke intrasel untuk selanjutnya mengalami metabolisme. 5.2
dan ginjal dan secara tidak langsung pada mukosa intestinal. Fungsinya meningkatkan laju disolusi tulang yang menggerakkan Ca 2+ ke dalam cairan ekstrasel, mengurangi bersihan/eksresi Ca lewat ginjal, meningkatkan efisiensi absorpsi Ca dalam intestinum. 6. PROTEIN KONTRAKTIL Protein kontraktil merupakan golongan protein yang berperan dalam proses gerak. Terdapat protein yang bertanggung jawab pada gerak pasif dan terdapat protein yang berguna sebagai pendorong pergerakan, yaitu protein motor. Protein motor menggunakan energi dari hidrolisis ATP untuk dapat bergerak sepanjang mikrotubulus atau filamen aktin. Protein motor memperantarai gerakan bergesernya filamen (sliding) (sliding) serta transpor vesikula dan organela pada sel eukariota. Protein motor terbagi dalam tiga kelompok yaitu: myosin superfamily, kinesin superfamily, dan dynein superfamily. Myosin merupakan protein motor yang bergerak pada filamen aktin. Sedangkan kinesin dan dinein merupakan protein motor yang bergerak sepanjang mikrotubulus. Gerakan mikrotubulus tergantung pada protein motor dinein dan kinesin. Kinesin membantu pergerakan vesikula dan organel ke arah anterograde atau ujung positif mikrotubul (plus end), end) , sedangkan dinein membantu pergerakan vesikula dan organela ke arah retrograde atau ujung negatif mikrotubulus (minus end). end). 6.1 Aktin dan Myosin Massa serat otot yang segar disusun 75% dari air dan lebih dari 20% protein. Dua protein utama otot adalah aktin dan miosin.
Growth hormon e
Merupakan hormon esensial bagi pertumbuhan post natal dan untuk metabolism normal karbohidrat, lipid, dan mineral. Kekurangan hormone ini dapat menyebabkan gangguan pertumbuhan pada bayi. 5.3 Paratiroid Hormon (PTH) PTH memulihkan konsentrasi kalsium ECF dengan bekerja langsung pada tulang
Fungsi Protein
Aktin (G-aktin) monomerik (globuler) merupakan protein dengan BM 43.000 yang menyusun 25% berat protein otot. Pada kekuatan ion yang fisiologik dan dengan adanya magnesium, G-aktin melakukan polimerisasi non kovalen hingga terbentuk filament heliks ganda tak larut yang dinamakan F-aktin. Serabut Faktin mempunyai tebal 67 nm dengan lereng atau struktur berulang setiap 35,5 4
nm. Miosin turut menyusun 55% berat protein otot dan membentuk filamen tebal. Miosin merupakan molekul heksamer asimetrik dengan berat molekul 460.000. Miosin mempunyai bagian fibrosa yang terdiri atas 2 buah heliks yang saling terpilin dan masing-masing heliks tersebut memiliki regio globuler yang terikat dengan salah satu ujung heliks. Molekul heksamer terdiri atas satu pasang rantai berat dan dua pasang rantai ringan. Kontraksi otot terdiri atas pengikatan dan pelepasan secara siklus bagian region globuler myosin dengan filament F-aktin. Interaksi ini menyebabkan filament aktin dan miosin saling bergeser satu sama lain. Energi dipasok oleh ATP yang terhidrolisis. terhidrolisis. Siklus biokimiawi kontraksi otot terdiri atas 5 tahap, yaitu: 1) Miosin sendiri dapat menghidrolisis menghidrolisis ATP dan Pi, namun tidak dapat melepaskan produk hasil hidrolisis ini. 2) Miosin yang mengandung ADP dan Pi dapat berputar bebas dengan sudut yang besar untuk menentukan lokasi dan mengikat F-aktin sehingga membentuk sudut sekitar 90 0 dengan sumbu serabut otot. 3) Interaksi di atas menggalakkan menggalakkan pelepasan ADP dan Pi dari kompleks aktin-miosin. Karena bentuk energy yang paling rendah untuk ikatan aktomiosin adalah 45 0, myosin mengubah sudutnya dengan menarik aktin (10-15 nm) kea rah pusat sarkomer. 4) Molekul ATP yang baru akan terikat t erikat dengan kompleks miosin-F-aktin. 5) Miosin-ATP punya afinitas yang jelek terhadap aktin sehingga kaput miosin (ATP) dilepaskan dari F-aktin. Tahap terakhir ini merupakan tahap relaksasi yaitu proses yang sangat bergantung pada pengikatan ATP dengan kompleks aktin-miosin. 6.2 Tropomyosin Tropomiosin merupakan molekul fibrosa yang terdiri atas dua buah rantai, alfa dan beta tropomiosin, yang terletak melekat pada F-aktin dalam alur antar filamen. Tropomiosin memiliki berat
Fungsi Protein
mlolekul 64.000 dalton dan merupakan perpanjangan molekul dari 40 nm dari dua sub unit alfa helic. Rentang tropomiosin adalah tujuh monomer aktin. Di akhir dari molekul tropomiosin ini ditemukan multi-sub unit protein troponin. Tiga komponen dari kompleks ini memiliki kemampuan untuk merespon naik turunnya konsentrasi Ca 2+ dengan mengatur sedikitnya tropomiosin untuk mengikuti monomer F-aktin untuk mempengaruhi persilangan penyebrangan miosin dan menginisiasi proses sliding. Tropomiosin terdapat dalam semua struktur muskuler dan struktur mirip otot. Tropomiosin diperkirakan terletak diatas molekul aktin pada keadaan istirahat dan menghambat pengikatan jembatan silang miosin suatu tempat diaktin. Bila konsentrasi kalsium intrasel meningkat maka akan berikatan dengan troponin sehingga terjadi pergesaran posisi troponin pada molekul tropomiosin yang menyebabkan pergeseran posisi tropomiosin terhadap aktin. Hal ini menyebabkan terbukanya tempat aktif untuk mengikat miosin sehingga terjadi pengikatan miosin dengan tempat aktif aktin dan ATPase miosin diaktifkan dan ATP diuraikan untuk menghasilkan energi sehingga jembatan silang terayun. Spsbils jembatan silang terayun maka filamenfilamen bergeser satu sama lain yang menyebabkan otot berkontraksi 6.3 Troponin Troponin merupakan serat protein protein tipis berbentuk filamen dari serat otot yang memegang peranan dalam kontraksi otot bersama dengan aktin dan tropomiosin. Ada tiga tipe Troponin yaitu I, T dan C yang terdapat pada segala jenis otot dan terlibat dalam kontraksi otot. Sedangkan untuk otot jantung terdapat Troponin I dan T dimana keduanya ini dapat dijadikan sebagai penanda apabila terjadinya kerusakan otot jantung yang selanjutnya dikenal dengan cTnI dan cTnT. Troponin Troponin C (Calsium) merupakan tempat penambatan kalsium. Troponin I (inhibitor) merupakan inhibitor atau penghalang terjadinya kontraksi, berada 5
dekat dengan tropomiosin ketika relaksasi otot. Troponin T (tropomiosin) merupakan troponin yang berhubungan dengan tropomiosin ketika terjadi kontraksi otot. 6.4 Kinesin dan Dinein Dinein adalah kompleks protein multisubunit yang memiliki gugus yang berperan sebagai ATPase sehingga bertanggung jawab terhadap terjadinya hidrolisis ATP agar dapat memulai suatu gerakan. Dinein merupakan kelompok protein motor mikrotubulus yang bergerak ke arah ujung negatif (minus end) end) yang tersusun atas 2 atau 3 rantai tebal (yang termasuk motor domain) dan berhungan dengan beberapa macam rantai tipis. Berdasarkan struktur dan fungsinya, dinein terbagi dalam dua kelas yaitu: dinein sitoplasmik (cytoplasmic dynein) dynein) dan dinein aksonemal (axonemal dynein). dynein). Dinein aksonemal memiliki rantai tebal heterodimer dan homodimer dengan 2 atau 3 motor domain kepala dan bertanggung jawab untuk pergerakan mikrotubulus (sliding movement) seperti pada silia dan flagella. flagella. Dinein sitoplasmik memiliki rantai tebal homodimer dengan 2 motor domain sebagai kepala dan berperan penting pada mitosis, polarisasi sel, transpor vesikel dan organel (transpor intraseluler) serta mengarahkan perpindahan sel, seperti untuk lokalisasi apparatus golgi ke bagian tengah sel. Dinein sitoplasma memiliki berat sekitar 1,5 Megadalton (MDa) dan tersusun atas 12 subunit polipeptida yaitu: dua rantai tebal identik (52 kDa) yang mengandung aktifitas ATPase dan mengatur pergerakan sepanjang mikrotubulus; 2 rantai intermediet (74 kDa) yang berperan untuk mengikat dinein pada kargonya; serta rantai intermediet lain (53-59 kDa) dan beberapa rantai tipis. Pada sel eukariota, dinein sitoplasma diaktivasi oleh ikatan dengan dynactin yaitu protein multi-subunit lain yang berperan penting pada mitosis. Dynactin memfasilitasi penempelan dinein sitoplasma pada cargo. Terdapat dua macam dinein sitoplasma yaitu cytoplasmic dynein 1 dan cytoplasmic c ytoplasmic dynein 2. Keduanya merupakan
Fungsi Protein
homodimer, tetapi distribusi dan fungsinya di dalam sel berbeda. Cytoplasmic dynein 1 ditemukan pada semua sel yang memiliki mikrotubulus yang berperan dalam fungsi asosiasi dan transpor organela sel yaitu apparatus Golgi, lisosom, endosom (late dan recycling endosome), serta bertanggung jawab dalam transpor axonal retrograde (neuron). Cytoplasmic Cytoplasmic dynein 1 berhubungan dengan: bermacam protein dan RNA-containing complexes yang kemudian memindahkan atau mempertahankannya pada ujung negatif mikrotubulus (minus end); kinetokor yang berperan dalam removal checkpoint protein untuk memasuki tahap anafase pada proses pembelahan sel; dan berhubungan dengan bagian korteks sel selama pembelahan sel kemudian mengarahkan migrasi pada saat pembelahan pembelahan sel. Cytoplasmic dynein 2 ditemukan di bagian dasar silia dan flagela yang terkait dengan fungsi transpor intraflagellar (intraflagellar transport/IFT) dan diperlukan untuk mempertahanan aksonemal. Bertanggung jawab pada transpor yang melalui struktur sel yang bersilia, seperti pada connecting cilium di fotoreseptor. Berperan pada transpor material dalam bentuk jalinan protein yang berjalan sepanjang lapisan luar mikrotubulus flagella. Berjalan berdampingan dengan dinein aksonemal pada silia dan flagella. Kinesin adalah protein yang termasuk kelompok protein bergerak yang ditemukan pada sel eukariota. Kinesin bergerak sepanjang filamen mikrotubulus dengan menggunakan energi dari hidrolisis ATP sehingga kinesin dapat digolongkan sebagai ATPase. Gerakan aktif kinesin menunjang beberapa fungsi sel, termasuk mitosis, meiosis, dan pengangkutan muatan sel, seperti pengangkutan aksoplasmik. Sebagian besar kinesin bergerak menuju ujung positif mikrotubulus, yang, pada kebanyakan sel, merupakan gerakan yang mengangkut muatan dari pusat sel menuju periferi atau tepi. Jenis pengangkutan ini dikenal sebagai pengangkutan anterograd.
6
7. PROTEIN RESEPTOR Reseptor adalah molekul protein yang menerima sinyal kimia dari luar sel yang mengarahkan kegiatan sel seperti membelah atau mengizinkan molekul tertentu untuk masuk atau keluar sel. Struktur dari reseptor sangat bermacam – macam dan umumnya dapat diklasifikasikan ke dalam beberapa kategori: pertama, membran protein periferal; kedua, transmembran protein yang terdiri dari reseptor tergandeng protein G, reseptor kanal ion, dan reseptor protein kinase; ketiga, protein bulat yang dapat dipecahkan/ dilarutkan yang terdiri dari reseptor inti. Reseptor terbagi atas beberapa tipe, yaitu transmembran yang terdiri dari reseptor tergandeng protein G, reseptor terkait kanal ion, reseptor terkait dengan enzim, dan neurosteroids. Kemudian tipe reseptor selanjutnya yaitu, membran periferal dan yang terakhir reseptor intraseluler. Reseptor dapat terikat pada membran sel, sitoplasma, atau nukleus, yang masing-masing hanya dapat dilekati oleh jenis molekul sinyal tertentu. Molekul pemberi sinyal yang melekat pada suatu reseptor disebut ligan. Ligan adalah molekul pemicu sinyal yang terikat ke sebuah daerah ikatan pada protein target, yang dapat berupa suatu peptida atau molekul kecil lain seperti neurotransmiter, hormon, obat, atau toksin. Reseptor dapat teraktivasi dan mengikat ligan, melalui hukum aksi massa yang bisa dianalogikan seperti sistem kunci dengan gembok. 7.1 Protein Membran Periferal Reseptor ini relatif jarang, dibandingkan dengan jenis yang lebih umum dari reseptor yang melintasi membran sel. Contoh reseptor dari protein membran periferal adalah reseptor elastin. 7.2 Transmembran Transmembran reseptor Dapat diklasifikasikan ke dalam tiga famili berdasarkan pada alur mereka mengirimkan informasi ke dalam bagian sel. 7.2.1 Reseptor tergandeng protein protein G Hasil penelitian menunjukkan bahwa satu seri hormon, yang semuanya
Fungsi Protein
mengaktifkan adenilat siklase, ternyata beraksi dengan cara berikatan dengan suatu reseptor spesifik yang tergandeng dengan adenilat siklase intraseluler dalam suatu sistem transduksi. Interaksi antara reseptor spesifik tersebut dengan protein target diperantarai oleh suatu protein ketiga yang kemudian dikarakterisir sebagai heterotrimeric guanine nucleotide binding protein atau disebut G-protein. Reseptor spesifik tadi kemudian disebut G-Protein-Coupled Reseptor (GPCR) atau disebut juga reseptor tergandeng protein G. Dari bentuknya, reseptor tergandeng protein G merupakan suatu rantai polipeptida tunggal yang melewati membran sebanyak tujuh kali. Reseptor ini terutama mengaktivasi rangkaian peristiwa yang mengubah konsentrasi satu atau lebih suatu molekul signaling intraseluler atau yang disebut second messenger untuk menimbulkan respons seluler. Beberapa second messenger yang terlibat dalam transduksi signal melalui reseptor ini adalah siklik AMP (cAMP), protein kinase A (PKA), Diasil gliserol (DAG), Inositol trifosfat (IP3), protein kinase C (PKC), dan kalsium (Ca++). Protein G sendiri adalah suatu protein yang terdiri dari 3 rantai polipeptida yang berbeda, yang disebut subunit α, β β dan γ. Rantai β dan γ membentuk kompleks βγ yang βγ yang kuat, yang membuat protein G tadi tertambat pada permukaan sitoplasmik membran plasma. Jalur transduksi signal pada GPCR ada dua, yaitu jalur adenilat siklase dan jalur fosfolipase. Suatu aktivasi GPCR akan melalui jalur adenilat siklase atau fosfolipase, tergantung pada macam protein G yang terlibat. Berdasarkan aksinya, protein G ada tiga jenis, yaitu: Gs (stimulatory G protein), protein), yang bekerja mengaktifkan enzim adenilat siklase, Gi (inhibitory G protein), protein), yang bekerja menghambat enzim adenilat siklase, dan Gq, yang bekerja mengaktifkan fosfolipase pada jalur fosfolipase. 7.2.2 Reseptor terkait terkait kanal ion Reseptor terkait kanal ion merespon terhadap ligan yang berada 7
pada daerah ekstrasel kanal. Ligan yang direspon pun biasanya lebih spesifik dan selektif terhadap ion tertentu. Reseptor Kanal Ion terlibat t erlibat dalam signaling sinaptik yang relatif cepat (dibandingkan dengan melalui reseptor protein G). Ligan berikatan pada reseptor dan membuka kanal. Akibatnya in mengalir ke dalam sel, berikatan dengan berbagai protein dan mengaktifkan berbagai protein. 7.2.3 Reseptor yang terkait dengan enzim Sebuah reseptor yang terkait dengan enzim juga dikenal sebagai reseptor katalitik adalah reseptor transmembran, dimana pengikatan ligan ekstraseluler memicu aktivitas enzimatik di sisi intraseluler. Reseptor tirosin kinase (RTK) merupakan keluarga reseptor yang memiliki struktur yang mirip satu sama lain. Keluarga reseptor ini memiliki satu tyrosin kinase domain, yaitu yang akan memfosforilasi protein pada residutirosin, satu hormone tempat ikatan bindingdomain, yaitu dengan ligan atau hormon, dan satu segmen karboksil terminal dengan tirosin ganda untuk autofosforilasi. Reseptor ini merupakan reseptor membran yang terdapat dalam jumlah cukup banyak (terbanyak kedua setelah reseptor tergandeng protein G). RTK merupakan protein transmembran yang memiliki tempat ikatan ligan pada sisi luar membran plasma dan hanya memiliki satu segmen transmembran, atau dikatakan berbentuk monomer. Aktivasi reseptor tirosin kinase memerlukan minimal dua reseptor yang akan terdimerisasi jika suatu ligan (hormon) terikat pada tempat ikatannya. Ketika dua reseptor terdimerisasi (reseptor insulin teraktivasi), maka tirosin kinase domain akan saling memfosforilasi ujung C pada residu tirosin, sehingga disebut autofosforilasi karena terjadi pada reseptor yang sejenis. Selanjutnya tirosin yang terfosforilasi akan bertindak sebagai
Fungsi Protein
tempat ikatan berafinitas tinggi bai suatu adaptor protein yaitu protein yang memiliki SH2 domain (SH2= Src homology regions 2). Adaptor protein ini berikatan dengan suatu guanyl nucleotide-releas protein (GNRP). Jika GNRP teraktivasi, dia menyebabkan protein G bernama Ras (suatu protein yang termasuk GTPase monomerik, dan merupakan protein yang penting dalam transduksi signal melalui reseptor tirosin kinase) untuk melepaskan GDP dan menukarnya dengan GTP. Ras berperan mengantarkan signal dari reseptor ke dalam nukleus untuk menstimulasi proliferasi dan diferensiasi sel. Ras yang teraktivasi akan mengaktifkan Raf, suatu kinase seluler, yang selanjutnya akan meicu serangkaian peristiwa fosforilasi protein yang berurutan yaitu: MEK, ERK, dan faktor transkripsi. Rangkaian forforilasi ini disebut kinase cascade. Signal transduksi pada reseptor tirosin kinase ada dua jalur yaitu: jalur Ras/Raf/MAP kinase, jalur yang berperan dalam pembelahan sel, pertumbuhan dan prliferasi sel. Contohnya adalah reseptor growth factor seperti: reseptor EGF, reseptor VEGF, reseptor insulin, dll, serta jalur Jak/Stat, yang diaktivasi oleh berbagai cytokines dan mengontrol sintesis dan pelepasan berbagai mediator inflamasi. Contohnya adalah pada reseptor sitokin.
Gambar 1. Reseptor tirosin kinase (Sumber: ( Sumber: http://withfriendship.com/images/i/43745/figure1-re 1-rece ce tortor-tt rosi rosine ne..
8
8. PROTEIN PERTAHANAN 8.1 Antibodi dan antigen Antibodi berikatan dengan protein yang lainnya (antigen) yang ditemukan di dalam tubuh. Molekul protein pada permukaan bakteri atau virus berperan sebagai antigen. Antibodi merupakan bagian yang berperan di dalam pertahanan tubuh. Setiap antibodi memiliki dua tempat yang dapat bereaksi dengan antigen. Fungsi antibodi, yaitu berikatan dengan molekul antigen membentuk rangkaian seperti jaring. Antibodi dapat menghambat partikel-partikel virus. Untuk menginfeksi saluran sel, virus pertama-tama harus bisa mengenali sel inangnya. Protein dari virus mencocokkan bentuknya dengan molekul pada Gambar 2. Interaksi antibodi-antigen (Sumber: ( Sumber: membran sel dari sel inang. http://immuneweb.xxmu.edu.cn/monoclonal/fda-fig10 Antibodi dapat menutupi protein 2. if dari virus agar virus tersebut tidak bisa menginfeksi sel. Protein yang disebut 9. PROTEIN ENZIMATIK interferon juga bekerja melawan virus. Semua enzim yang telah diamati sampai Interferon diproduksi oleh sel yang telah saat ini adalah protein dan aktivitas terinfeksi oleh virus. Interferon membuat katalitiknya bergantung pada integritas sel-sel yang tidak terinfeksi menjadi strukturnya sebagai protein. Kerja protein resisten terhadap serangan virus. Antibodi enzimatik terbagi-bagi lagi secara spesifik. tersusun atas dua tipe rantai polipeptida Oksidoreduktase adalah enzim yang cara yaitu rantai ringan (light chain) chain) dan rantai berat (heavy chain). chain). Struktur gabungan kerjanya berdasarkan reaksi oksidasi dan kedua rantai tersebut membentuk huruf Y. reduksi Di tengah-tengah ikatan rantai tersebut Oksidasi (reaksi yang menghasilkan terdapat daerah Hinge (Hinge Region) elektron) H → H+ + e yang memungkinkan rantai-rantai Reduksi: reaksi yang memerlukan polipeptida untuk bergerak. Setiap lengan elektron Cl + e → Cldari antibodi memiliki daerah pengikat antigen (antigen-binding site). site) . Antibodi Transferase adalah enzim yang dapat dibedakan berdasarkan susunan proteinnya menjadi lima kelas utama, Ig G, mengkalisis reaksi pemindahan/ pertukaran Ig A, Ig M, Ig E dan Ig D. Setiap antibodi dua gugus dalam dua zat. Contoh: R-OH R-OH + R’-NH2 R’-NH2 → R-NH2 R-NH2 + R’-OH R’-OH berinteraksi dengan molekul dan sel yang berbeda-beda dan memiliki karakteristik yang berbeda pula. Masing-masing Hydrolase adalah enzim yang antibodi memiliki daerah variabel (variable mempercepat proses pemecahan suatu zat region) region) yang dapat mengenali antigen dengan cara direaksikan dengan air khusus dan daerah konstan (constant (hidrolisis). Contoh: region) region) yang mengontrol bagaimana AB + H2O → A-OH + HB molekulnya berinteraksi dengan bagian lain dari sistem kekebalan tubuh. Lyase adalah enzim yang memecah dua
Fungsi Protein
9
zat menjadi dua komponen AB → A + B Isomerase adalah enzim yang mengkatalisis perubah suatu zat dari isomer ke isomer lainnya Isomer adalah suatu zat yang meimiliki RM sama tetapi RB berbeda. Contoh Isomerase: Arabinose → ribose Lygase adalah enzim yang mengkatalisis pemutusan formasi ikatan gugus suatu zat. Contoh: C=O, C-OH, C-O-C, C-COOH, C-S, C-N atau C-C Enzim oksidase adalah enzim yang mengkatalisis pengeluaran hidrogen (H2) dari substrat dengan menggunakan oksigen (O2) sebagai akseptor hidrogen
Enzim tersebut membentuk air ( H2O ) atau hidrogen peroksida (H2O2 ) sebagai produk reaksi Enzim Dehidrogenase adalah enzim yang mengeluarkan hidrogen dari suatu substrat dengan menggunakan carier sebagai akseptor hirogen, tidak dapat menggunakan oksigen sebagai akseptor hidrogen AH2 + B → A + BH2 Enzim Hidroperoksidase : enzim yang mengeluarkan unsur oksigen dari substrat hidrogen peroksida (H2O2) Contoh : Peroksidase, katalase Enzim Oksigenase adalah enzim yang mengkatalisis reaksi suatu substrat dengan oksigen (O2) A + O2 → AO2
AH2 + O2 → A + H2O
10. KESIMPULAN KESIMPULAN Protein adalah suatu molekul besar yang tersusun dari asam amino-asam amino. Susunan dari asam amino beserta struktur protein inilah yang akan menentukan fungsi prrotein tersebut. Protein yang mengandung asam amino glisin seperti elastin dan kolagen bersifat lentur dan kuat sehingga merupakan protein struktural. Protein yang mengandung besi cocok sebagai protein transpor sebab dapat mengikat oksigen untuk diedarkan ke seluruh tubuh. Protein yang mempunyai daya berikatan atau binding dapat berperan sebagai protein pertahanan, reseptor, maupun enzim. Protein yang bergerak dengan energi dari ATP berperan sebagai protein penggerak. Protein yang dapat menyimpan energi ataupun mengikat zat untuk dilepas pada saat yang dibutuhkan disebut protein penyimpan atau cadangan.
REFERENSI Arba, dkk., 2010. Protein YANG MENGANDUNG Fe : FERRITIN. [online] (02 Nopember 2010) http://id.shvoong.com/medicine-an http://id.shvoong.co m/medicine-and-health/medic d-health/medicine-history/20 ine-history/2069038-protei 69038-proteinnyang-mengandung-fe-ferritin/ [diakses pada 16 Maret 2014]. Cotton, et al., 1999. Advanced 1999. Advanced Inorganic Inorganic Chemistry, Chemistry, 6th Edition. New Edition. New York: Wiley. Dewanti, Rizkya, 2013. Review Reseptor. http://rizkyahdewanti.student.esaun http://rizkyahdew anti.student.esaunggul.ac.id/20 ggul.ac.id/2013/01/06/review 13/01/06/review-reseptor/ -reseptor/ pada 17 Maret 2014].
Fungsi Protein
[online] [diakses
10
Dominiczak Dominiczak M, Baynes J, 2004. Medical Biochemistry, 2nd edition. edition . New York: Saunders. Fawcett, Don W., 2002. Buku 2002. Buku Ajar Histologi . Jakarta: EGC. Lodish H, Berk A, Zipursky SL, et al., 2008. Molecular Cell Biology. New York: W. H. Freeman. Manaf, Asman, INSULIN : MEKANISME SEKRESI DAN ASPEK METABOLISME. [online] http://repository.unand.ac.id/96/1/IN http://repository.una nd.ac.id/96/1/INSULIN__MEK SULIN__MEKANISME_SEKR ANISME_SEKRESI_DAN_ASPE ESI_DAN_ASPEK_M K_M ETABOLISME.doc [diakses pada 16 Maret 2014]. Millikan, G. A., 1939. Muscle hemoglobin. Physiol. Physiol. Rev. 19,503 -523. Pustakers, 2012. Sistem Pertahanan Tubuh http://www.pustakasekolah.com http://www.pusta kasekolah.com/sistem-pertahan /sistem-pertahanan-tubuhan-tubuhspesifik.html#ixzz2wEAKWURt [diakses pada 17 Maret 2014].
Spesifik.
[online]
Reni, dkk., 2010. Protein MOTOR : CYTOPLASMIC DYNEIN. [online] (01 Nopember 2010) http://id.shvoong http://id.shvoong.com/medicine-a .com/medicine-and-health/med nd-health/medicine-history/20 icine-history/2068746-pro 68746-proteinteinmotor-cytoplasmic-dynein/#ix motor-cytoplasmic -dynein/#ixzz2wDQrTxsZ zz2wDQrTxsZ [diakses pada 16 Maret 2014]. T. Dyakonov et al., al., 2012. Design and Characterization of a Silk-Fibroin-Based Silk-Fibroin-Based Drug Delivery Platform Using Naproxen as a Model Drug. Journal Drug. Journal of Drug Delivery, vol. 2012 Yuwono, Triwibowo, 2007. Biologi Molekuler. Jakarta: Erlangga.
Fungsi Protein
11
