II. St Struktur dan fungsi protein
II. St Struktur dan fungsi protein
Pendahuluan Kompo ompone nen n
terb terbes esar ar dala dalam m makh makhlu luk k hidu hidup p sete setela lah h air air
Memi Memili liki ki sif sifat dan dan fung fungsi si yang yang unik unik dan dan kompl omplek ekss
dibanding dibandingkan kan dengan dengan biomolek biomolekul ul lain (lipid, (lipid, karbohid karbohidrat rat,, dan asam asam nuklea nukleat) t) 1 sel memiliki memiliki hingga hingga Manusia:
9000 9000 prote protein in berbeda berbeda
100.000 protein berbeda
Ukuran Ukuran/bob /bobot ot prote protein in sangat sangat bervarias bervariasii
Aktifitas dan Fungsi Biologis Protein No
Fungsi
Contoh
1.
Biokatalisator
Selulase,
2.
Protein Transpor
Hemoglobin
3.
Penyimpanan
- Kasein dalan susu - Ovalbumin dalam telur sbg nutrisi calon - Mamalia, ferritin dalam hati sbg. penyimpan besi
4.
Protein Struktural
Kolagen (protein penghubung), keratin
5.
Protein motil/gerak
otot
6.
Protein Pelindung atau Pertahanan
- Antibodi - Fibrinogen untuk pembekuan darah
7
Protein Pengatur
Insulin
Komposisi Penyusun Protein Digolongkan berdasarkan hasil hidrolisis protein: 1.
Protein sederhana, bila dihidrolisis hanya menghasilkan asam amino. contoh: insulin dan lisozim
2.
Protein konjugasi, bila dihidrolisis menghasilkan asam amino dan senyawa lain (gugus prostetik, berupa senyawa organik atau anorganik). Berdasarkan sifatnya, protein konjugasi dikelompokkan menjadi: No
Kelompok
Gugus prostetik
1
lipoprotein
Lipid
2
nukleoprotein
Asam nukleat
3
glukoprotein
Karbohidrat
4
fosfoprotein
Fosfat
-lipoprotein plasma
I nl
H
5
t l
ti
Contoh
Ribosom (RNA)
l bi (F
ii )
Bentuk Protein •
•
Lingkungan protein dalam maupun di luar sel adalah air sehingga sesuai dengan sifat-sifat molekul kimia maka bentuk protein sesuai dengan sifat kelarutannya serta sifat biologinya bagi sel. Bentuk protein dibedakan menjadi:
No
Kelompok
Struktur
Sifat
Fungsi
1
Protein Serat
Rantai polipeptida ditata di sepanjang satu sumbu, seperti serat
Kaku, kuat, tidak larut dalam air atau larutan garam encar
Struktural
2
Protein Globular
Rantai polipeptida melipat menjadi bentuk bola yang kompak
Larut dalam air
Non struktural
A. Struktur asam amino
Asam amino •
•
•
Asam amino adalah asam organik yang mengandung gugus amina.
Sebagian besar asam amino ditemukan sebagai L-asam amino Asam amino dalam air terionisasi membentuk ion zwitter.
Stereoisomer asam amino •
C asam amino adalah pusat kiral karena semua asam amino, kecuali glisin, memiliki C asimetrik yang terikat pada empat gugus yang berbeda: •
•
•
•
•
•
Gugus karboksilat Gugus amino Gugus R Atom hidrogen
Empat gugus di atas terikat pada C dengan dua susunan ruang yang berbeda (enantiomer). asam amino merupakan senyawa aktif optik. Asam amino pembentuk protein semuanya adalah L-stereoisomer
Konfigurasi absolut asam amino
Klasifikasi asam amino standar berdasarkan kepolaran gugus R •
•
•
•
•
Nonpolar alifatik: Gly (G), Ala (A), Val (V), Leu (L), Ile (I), Pro (P) Nonpolar aromatik: Phe (F), Tyr (Y), Trp (W) Polar tidak bermuatan: Ser (S), Thr (T), Cys (C), Met (M), Asn (N), Gln (Q) Bermuatan negatif Asp (D), Glu (E) Bermuatan positif Lys (K), Arg (R), His (H)
Asam amino nonpolar alifatik
Nonpolar aromatik
Polar tidak bermuatan
Jembatan disulfida
Asam amino bermuatan negatif
Asam amino bermuatan positif
Asam amino yang tidak standar
Asam amino yang tidak standar
Asam amino sebagai asam dan basa
Titrasi asam amino
pI
1 pK1 2
pK 2
Titrasi asam amino
pI
1 pK1 2
pK R
3,22
Titrasi asam amino
pI
1 pKR 2
pK 2
7,59
Cincin imidazole His memiliki pKa 6,0. Bila His bergabung ke dalam protein pKa naik menjadi 6,5 7,5 (mendekati pH fisiologis). Oleh karena itu, His seringkali berperan dalam reaksi enzimatis yang melibatkan transfer proton. –
Teknik Penelitian Biokimia Analisis asam amino
Tes Ninhidrin: Reaksi uji asam amino •
•
•
•
Ninhydrin, (Triketohydrindane hydrate) adalah pereaksi yang digunakan untuk mendeteksi amonia atau amina primer dan sekunder.
Bila bereaksi dengan gugus amina bebas akan memberikan warna biru/ungu. Ninhidrin biasanya digunakan untuk mendeteksi sidik jari, karena amina yang tersisa dari peptida atau protein (amina terminal atau lisin) akan bereaksi dengan ninhydrin. Semua asam amino memberi uji positif, kecuali prolin.
ninhidrin
Mekanisme reaksi test ninhydrin
Uji kwalitatif asam amino Asam Nama reaksi amino
Reagen
Warna
Arg
Reaksi Sakaguchi
-naptanol dan natrium hipoklorit
merah
Cys
Reaksi Nitroprusida
Natrium merah nitroprusida dalam NH3 encer
Tyr
Reaksi Millon HgNO3 dalam HNO3
merah
Aminoacid analyzer
Kromatogram
Metode fluoresensi fluoresensi untuk analisis asam amino
B. Peptida
Ikatan peptida
Oligopeptida Nama peptida dimulai dari residu ujung amino Tirosinilglisilglisilfenilalanilleusin atau Tyr-Gly-GlyPhe-Leu.
Polipeptida sebagai poliampolit
Stabilitas ikatan peptida
•
•
Hidrolisis ikatan peptida disukai secara energetika, tetapi reaksi ini berlangsung sangat lambat tanpa bantuan katalis. Katalis hidrolisis ikatan peptida: •
•
Asam kuat, seperti HCl 6M. Protease: memotong ikatan peptida secara spesifik.
Protease
Struktur primer miogobin
Protein •
•
•
•
20 asam amino yang berbeda terpolimerasisi membentuk protein. Protein memiliki urutan yang unik. Urutan asam amino yang menyusun protein disebut struktur primer protein. Beragamnya sifat kimia dan bentuk dari asam amino, mengakibatkan urutan asam amino (struktur primer) protein akan menentukan karakteristik kimia dan bentuk protein. Keduanya penting dalam menentukan fungsi dari protein.
Dari gen ke protein (sintesis protein
invivo)
Dari gen ke protein •
•
•
Sel mengkode informasi tentang urutan asam amino untuk membuat protein dari urutan asam nukleat. Urutan asam nukleat ini disebut kode genetika. Asam nukleat adalah polimer dari 4 nukleatida, sedangkan protein adalah polimer dari 20 asam amino yang berbeda. Konsekuensinya: •
•
Satu nukleotida tidak dapat mewakili satu asam amino. Juga dua nukleotida tidak mencukupi untuk mengkode seluruh asam amino, karena hanya dihasilkan 16 kombinasi (42 = 16). Pada kenyataanya ada 3 nukleotida yang mengkode satu asam amino (43 = 64 kombinasi). Karena hanya ada 20 asam amino, maka satu asam amino dapat dikode oleh lebih dari satu kombinasi tiga nukleotida (triple codon).
Kode genetika
Translasi
Post translational modification
Sintesis peptida invitro
Teknik Penelitian Biokimia Penentuan urutan asam amino protein
Reduksi ikatan disulfida
Reaksi Edman
Fragmentasi protein oleh protease
C. Struktur 3-dimensi protein
Empat tingkat struktur protein
Struktur ikatan peptida
Karakter ikatan rangkap dari ikatan peptida membuat atom C, N, H, O hampir koplanar (sebidang).
Konformasi ikatan peptida Konformasi trans lebih disukai dibanding cis, karena meruahnya gugus R.
Pengecualian untuk urutan X-Pro, dimana X adalah asam amino lain selain Pro Konformasi Konformasi cis lebih disukai.
Rotasi rantai polipeptida Rotasi yang diperbolehkan hanya disekitar ikatan N C dan C C=O. –
–
Sudut putaran ikatan N C disebut . –
Sudut putaran ikatan C C=O disebut . –
Penentuan sudut dan •
Sudut dihedral dibentuk oleh atom C i, Ni+1, Ci+1, Ci+1.
•
Sudut diheral dibentuk oleh atom Ni+1, Ci+1, Ci+1, Ni+2.
•
Konvensi: Rotasi searah jarum jam memberikan sudut dihedral positif, bila berlawanan negatif.
Ci
Ci+1
i
i+1
i+2
Ni+1 Ni+2
Ramachandran plot
Rotasi ikatan peptida memberikan berbagai tipe struktur sekunder
C.1. Struktur sekunder protein
-heliks
-sheet
turn
Yang berperan ikatan hidrogen antara O (karbonil) dengan H (amida)
Alpha heliks
Struktur -heliks
Deskripsi struktur heliks •
•
•
•
Struktur heliks dikarakterisasi oleh parameter berikut:
Rise, h
Repeat (c) adalah jarak paralel dengan sumbu heliks dimana struktur tepat berulang. Jumlah residu per repeat dinyatakan dengan m. Nilai m selalu bilangan bulat! Pitch ( p) adalah jarak paralel dengan sumbu heliks dimana heliks membuat satu putaran. Jumlah residu per putaran adalah n. Bila n bilangan bulat, maka m = n p = c. Rise (h) adalah jarak paralel dengan sumbu heliks untuk jarak antar residu. Sehingga h = c/m atau p = n ×h
Pitch, p Repeat, c
Deskripsi struktur heliks Bentuk ideal dari heliks dengan memvariasikan jumlah residu per putaran ( n).
Parameter -heliks: •
Repeat (c) = 18 dengan lima kali putaran (turn).
•
Jumlah residu per putaran (n) = 3,6 res/turn.
•
Rise (h) = 0,15 nm/res.
Polat ikatan hidrogen dalam berbagai tipe heliks
Right and left handed heliks = bayangan cermin
Urutan asam amino menentukan kestabilan -heliks •
Tidak semua polipeptida dapat membentuk -heliks. Adanya interaksi tambahan antar gugus samping asam amino turut mempengaruhi kestabilan -heliks. •
•
•
•
•
Polipeptida yang banyak memiliki residu bermuatan sejenis sulit membentuk -heliks yang stabil. Polipeptida yang memiliki gugus R besar seperti Ser, Thr, dan Leu akan sukar membentuk -heliks. Adanya dua residu bermuatan berlawanan pada jarak 3 residu dapat menstabilkan -heliks. Gugus-gugus aromatik pada jarak 3 residu juga dapat menstabilkan -heliks. Dipol dielektrik dari ikatan peptida ditransmisikan sepanjang heliks, sehingga secara keseluruhan -heliks adalah dipol. Ujung amino bermuatan parsial positif dan ujung karboksilat bermuatan parasial negatif. Adanya asam amino bermuatan
-heliks sebagai dipol
Representasi -heliks
-sheet
