Nama: Wa Ode Sri RizkiNIM: 10512040

Tugas Resume Struktur Tiga Dimensi Protein

Struktur tiga dimensi protein dibagi menjadi empat bagianA. Struktur primerStruktur primer yaitu struktur yang melibatkan ikatan kovalen. Struktur ini mengandung kode genetik (urutan DNA). Makna dari urutan asam amino ialah mengenai algoritma struktur tiga dimensi (misalnya: protease dan hemoglobin). Misalnya dalam DNA, jika urutan DNAnya berbeda maka akan dikenali sebagai protein asing. Dan kemudian akan dipotong oleh enzim protease . Dalam hal ini, bentuk protein dan hemoglobin tidak berubah-ubah. Bentuk tiga dimensi merupakan bentuk yang stabil. Kestabilan tersebut harus memenuhi hukum termodinamika dan kinetika.

Struktur Ikatan peptida

Panjang ikatan antara atom C dan atom N tidak sama. Hal ini dikarenakan adanya efek resonansi, Efek resonansi dapat menyebabkan atomnya seperti berada pada bidang yang sama dan dapat pula membatasi rotasinya. Selain itu, pada gambar kedua dapat dilihat bahwa atom C berada di golongan dua dalam hibridisasi yaitu s dan p. Perputaran bidang rantai polipeptida (sudut dihedral)Rotasi yang diperbolehkan dalam memutar rantai polipeptida hanya disekitar ikatan NC dan CC=O. Ada dua jenis sudut putaran ikatan, yaitu:1. . Untuk melihat sudut tersebut digunakan atom yang memiliki ikatan NC dengan residu Ci, Ni+1, Ci+1, Ci+1. Jika putarannya searah jarum jam, maka sudutnya bernilai positif. Tetapi jika putarannya berlawanan arah jarum jam maka sudutnya bernilai negatif.2. . Untuk melihat sudut tersebut digunakan atom yang memiliki ikatan CC=O dengan residu Ni+1, Ci+1, Ci+1, Ni+2. Jika putarannya searah jarum jam, maka sudutnya bernilai positif. Tetapi jika putarannya berlawanan arah jarum jam maka sudutnya bernilai negatif. Dalam hal ini, minimal terdapat tiga residu.Berikut merupakan contoh dari sudut dihedral :

Akibat sudut putaranRamachandran plot digunakan untuk memutar ikatan peptida agar tidak sterik. Selain itu, untuk mengetahui rotasi yang diperbolehkan atau tidak. Berikut merupakan contoh dari Ramachandran plot:

Ramachandran plot dibagi menjadi dua zona, yaitu:1. Zona GelapDisekitar zona gelap biasanya tidak ada masalah. Zona ini paling banyak ditemui pada struktur protein. Di zona ini tidak terjadi tabrakan sterik karena adanya ikatan peptida.2. Zona putihDisekitar zona putih biasanya banyak terjadi ada masalah. Di zona ini sering terjadi tabrakan sterik. Konformasi Ikatan peptida Ikatan peptida yang memiliki carbon rangkap biasanya dapat mengurangi jumlah konformasi. Pada Ramachandran plot, struktur -helix kanan dan -sheet parallel berada di kuadran 2 dan 3. Berikut merupakan contoh konformasi ikatan peptida :

Konformasi ikatan peptida lebih banyak disukai pada keadaan trans karena lebih stabil dan akan terhindar dari masalah sterik. Dalam menentukan konformasi cis atau trans dapat dilihat dari C-nya. Namun jika ada asam amino prolin dan glisin ditengah rantai polipeptida maka, konformasi yang lebih disukai ialah cis. Seperti pada cuplikan dibawah

Konformasi cis lebih disukai untuk rantai polipeptida yang ditengah rantainya terdapat asam amino prolin atau glisin disebabkan karena gugus sampingnya. Gugus samping dari prolin langsung mengikat pada gugus aminonya (-NH3) sehingga menyebabkan terjadinya belokan pada rantai polipeptida. Begitupun dengan asam amino glisin yang gugus sampingnya merupakan atom H. Dalam hal ini, konformasi cis sangat berguna untuk menghindari tabrakan sterik.

B. Struktur Sekunder Struktur sekunder merupakan struktur yang memanfaatkan ikatan hidrogen pada rantai polipeptida. Struktur Sekunder protein dibagi menjadi tiga bagian yaitu: -helixStruktur -helix merupakan struktur reguler akibat ikatan hidrogen antar R1R1+4. Memiliki jarak satu residu dengan residu yang lainnya sekitar 5,4 Amstrong dengan 1 putaran sebanyak 3,6 residu. Berikut merupakan cuplikan dari struktur -helix

Ikatan hidrogen berperan sebagai donor atau akseptor di ikatan peptida. Yang bertindak sebagai akseptor ialah gugus C=O dan yang bertindak sebagai donor ialah gugus N-H. Secara stereokimia, -helix putar kanan karena memiliki konformasi L. Gugus R pada -helix menghadap keluar agar dapat berinteraksi dengan gugus R yang lain sehingga ikatannya stabil. Merupakan struktur dipol searah. Misalnya pada gugus C=O yang dipolnya mengarah kebawah karena atom O lebih elektronegatif dari atom C. Begitupun dengan gugus N-H yang dipolnya mengarah kebawah karena atom N lebih elektronegatif dari atom H. Orientasi gugus R pada -helix ialah anti parallel. Gugus amino pembentuk helix yang kuat ialah gugus Methionine (M), Alanine (A), Leusin (L), Glutamate (E), dan Lisin (K). Karena glutamat merupakan gugus pembentuk kuat dalam -helix, maka glutamat lebih banyak dari aspartat. Dalam struktur helix, terdapat beberapa pola ikatan hidrogen yang dapat berinteraksi. Berikut cuplikannya

Dalam hal ini, struktur -helix memiliki beberapa faktor pelemah, diantaranya:1. Adanya gangguan elektrostatik yang menyebabkan bertemunya muatan yang sama seperti muatan + bertemu dengan muatan +.2. Adanya gugus amino prolin dan glisin ditengah rantai polipeptida3. Jika orientasi gugus R-nya merupakan dipol parallel yang menyebabkan tidak terbentuknya ikatan ionik. 4. Karena terlalu besarnya ukuran asam amino yang menyebabkan tabrakan sterik. -sheetStruktur -sheet berada di kuadran 2 pada Ramachandran plot. Disusun oleh orientasi trans. Orientasi dipolnya keatas dan kebawah sehingga dipolnya bersifat netral. Ada yang orientasinya parallel dan anti parallel. Tidak adanya keteraturan hidrogen yang menyebabkan strukturnya sukar terbentuk. Berikut merupakan uraian dari orientasi -sheet :1. Anti paralllelDalam orientasi anti parallel, gugus R dan H harus mendekat. Selain itu gugus R-nya harus menghadap keluar atau orientasinya sama. Namun memiliki konsekuensi yaitu tidak dapat berdampingan dan terjadi tolak menolak elektrostatik. Berikut merupakan cuplikan strukturnya:

2. ParallelDalam orientasi parallel, ikatan hidrogennya akan membentuk sudut. Selain itu, orientasi gugus R-nya harus sama. Berikut merupakan cuplikan dari orientasi parallel

Orientasi parallel ataupun anti parallel dapat digunakan karena bukan dipol. -TurnStruktur yang dapat dibentuk dari 4 residu asam amino dinamakan -Turn. Ikatan hidrogen dapat terbentuk pada residu ke 1 dan residu 4. Berikut cuplikan -Turn

Ada pula struktur yang dapat dibentuk dari 3 residu asam amino dinamakan -Turn. Berikut cuplikan -Turn

C. Struktur TersierStruktur tersier merupakan struktur yang terbentuk dari pengemasan struktur sekunder dari protein. Memiliki orientasi -sheet parallel dan -helix. Dalam plot marchandran, struktur ini berada di kuadran 3. Gugus R merupakan gugus penstabilnya. -sheet yang memiliki bentuk lembaran cenderung membentuk struktur berlapis dengan -heliks atau -sheet lainnya. Bentuk silinder dari -heliks memungkinkan struktur sekunder ini untuk menancap di pusat interior protein. Berikut merupakan orientasi struktur tersiersemua -helixsemua -sheet Semua /Semua + Ada beberapa interaksi yang menyusun struktur tersier, yaitu:1. Ikatan hidrogen polar tidak bermuatan. Ikatan ini terdapat pada gugus amino serin dan glutamin.2. Ikatan kovalen koordinasi. Pada ikatannya ini biasanya terdapat ligan yang akan menempel. Terdapat pada atom N yang menempel pada asam amino lisin.3. Ikatan disulfida. Ikatan ini biasanya terjadi pada asam amino yang memiliki gugus S seperti sistein dan metionin.4. Interaksi nonpolar yang menyebabkan adanya interaksi hidrofobik atau ikatan van der waals.Dalam pengemasan struktur sekunder, yang menjadi gaya dorong ialah interaksi hidrofobik yang terjadi antar gugus nonpolar dari rantai samping polipeptida sebagai upaya untuk meminimalisasi kontak dengan molekul air.Struktur tersier dibagi menjadi dua bagian yaitu :1. ExteriorBagian ini merupakan bagian yang memiliki kontak langsung dengan lingkungan dan pelarut. Fungsi dari bagian ini ialah menjaga keutuhan struktur protein dan memiliki kepekaan terhadap ligan atau substrat. Bagian ini merupakan bagian terpenting dalam struktur tersier protein.2. Interior Bagian ini merupakan bagian penguat pada protein. Adanya interaksi hidrofobik.Interaksi permukaan protein memiliki residu polar. Residu polar dibagi menjadi dua bagian yaitu:1. Residu polar bermuatanResidu ini akan stabil jika membentuk ikatan ionik2. Residu polar tidak bermuatanResidu ini akan stabil jika membentuk ikatan hidrogen , ikatan disulfida, ikatan kovalen koordinasi, dan lain-lain.Motif merupakan lipatan atau substruktur yang berulang dari struktur protein. Motif ini tersusun dari kombinasi -helix dan -sheet. Ada beberapa motif dalam struktur tersier protein, diantaranya:1. Motif Greek key (4 -sheet)

2. Motif Jellyroll (6 -sheet)

Masalah loop pada -sheet paralel1. Koneksi pada rantai beta antiparalel dapat dilakukan dengan loop yang relatif sederhana, tetapi pada rantai beta paralel lebih kompleks karena konektor harus berubah arah dua kali.2. Masalah loop pada rantai beta paralel biasanya diatasi dengan menyisipkan rantai alpha-heliks diantara kedua rantai beta paralel, membentuk motif --.Berikut merupakan cuplikan uraian diatas

Struktur protein tidak boleh kaku karena substrat tidak dapat masuk. Interaksi protein paling stabil pada struktur tersier ialah interaksi non-kovalen karena dapat dikembalikan ke bentuk semula. Pada struktur ini, penstabil permukaan protein adalah molekul air.Asam amino terbagi menjadi dua bagian yaitu :1. Hidrofil (bagian polar)2. Hidrofob (bagian non-polar)Ketika bagian hidrofob menyatu dengan molekul air maka strukturnya dinamakan struktur Clathrate.Agar bagian hidrofob tersolvasi oleh air, maka harus ada ikatan despersi london. Setelah itu, residu protein yang berikatan dengan air akan mengalami penurunan entropi dan penurunan entalpi. Dalam hal ini, penurunan entalpi dapat mengakibatkan energi potensial menjadi turun. Keuntungan dari turunnya entalpi ialah rekasi menjadi stabil. Contoh : dalam pembentukan ikatan H2O(g) H2O(l). Menurut hukum termodinamika, perubahan entalpi dan perubahan entropi dimuat dalam energi bebas dengan rumus : G = H-TS < 0 agar reaksi yang terjadi spontan. Agar G200 residu yang memiliki unit globular yang independen. Berikut merupakan cuplikan dari unit Contohnya ialah DNA polimerase yang memiliki tiga domain (Domain mempolimerkan, domain memperbaiki kesalahan, dan domain mendegradasi). Denaturasi ProteinDenaturasi protein merupakan proses hilangnya struktur dan fungsi dari protein. Protein memiliki 3 kategori yaitu:1. Mesofilik protein yaitu protein yang masih stabil bila diberi pemanasan 800C. Protein ini tidak akan mengalami denaturasi.Ada beberapa faktor yang dapat menyebabkan protein menjadi terdenaturasi, yaitu:1. Adanya adsorpsi (biasanya melekat pada permukaan gelas).2. Adanya pemberian suhu yang tinggi3. Adanya tekanan yang tinggi4. Adanya pengaruh perubahan pH yang signifikan.5. Adanya denaturanAda beberapa zat yang bertindak sebagai denaturan, diantaranya:1. Urea merupakan zat yang dapat berkompetisi dengan ikatan peptioda karena strukturnya hampir mirip.2. Detergen merupakan zat yang memiliki muatan positif dan muatan negatif sehingga dapat bertindak sebagai denaturan. Dalam denaturasi protein, sebuah penelitian dari Afinson pada tahun 1957 memperlihatkan bahwa RNAse A dapat didenaturasi dan direnaturasi kembali menjadi struktur native. Berikut cuplikannya :

Protein ini hanya dapat didenaturasi dengan -mercaptoethanol. Namun saat direnaturasi kembali, strukturnya kembali pada keadaan awal. Hal yang menyebabkan protein ini kembali stabil ialah karena adanya 4 ikatan peptida. D. Struktur KuartenerStruktur ini terdiri dari 2 atau 3 subunit. Tujuan pembentukan struktur ini ialah menciptakan bentuk folding yang baru dan dapat digunakan secara fungsional. Dalam struktur ini, antar subunit harus saling berikatan atau kooperatif. Kooperatif dibagi menjadi dua bagian:1. Kooperatif positif 2. kooperatif negatifKeuntungan struktur ini :1. KestabilanPenggabungan dengan struktur tersier lainnya menghindari interaksi dengan air sehingga interaksi hidrofobik terjadi.2. Efisiensi genetik artinya terjadi pada satu gen yang sama.3. Gabungan sisi katalitik artinya enzim dapat bekerja secara bersama-sama.4. Kooperatif artinya struktur tersier satu dengan yang lainnya harus dapat berikan dan dapat digunakan secara fungsional.Berikut merupakan struktur kuartener

Supramolekul merupakan gabungan beberapa protein dengan beberapa subunit. Berikut merupakan cuplikan supramolekul