Download - Struktur Dan Fungsi Protein
-
II. Struktur dan fungsi protein
2
-
Pendahuluan
Komponen terbesar dalam makhluk hidup setelah air
Memiliki sifat dan fungsi yang unik dan kompleksdibandingkan dengan biomolekul lain (lipid, karbohidrat, danasam nukleat)
1 sel memiliki hingga 9000 protein berbeda
Manusia: 100.000 protein berbeda
Ukuran/bobot protein sangat bervariasi
3
-
Aktifitas dan Fungsi Biologis Protein
4
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. penyimpanbesi
4. Protein Struktural Kolagen (protein penghubung), keratin
5. Protein motil/gerak otot
6. Protein Pelindung atauPertahanan
- Antibodi- Fibrinogen untuk pembekuan darah
7. Protein Pengatur Insulin
-
Komposisi Penyusun Protein
5
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 dansenyawa lain (gugus prostetik, berupa senyawa organik atauanorganik).
Berdasarkan sifatnya, protein konjugasi dikelompokkan menjadi:
No Kelompok Gugus prostetik Contoh
1 lipoprotein Lipid
2 nukleoprotein Asam nukleat Ribosom (RNA)
3 glukoprotein Karbohidrat
4 fosfoprotein Fosfat -lipoprotein plasma
5 metaloprotin Ion logam Hemoglobin (Fe porpirin)
-
Bentuk Protein
6
Lingkungan protein dalam maupun di luar sel adalah air sehinggasesuai 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 ProteinSerat
Rantai polipeptidaditata di sepanjangsatu sumbu, sepertiserat
Kaku, kuat, tidaklarut dalam air atau larutangaram encar
Struktural
2 Protein Globular
Rantai polipeptidamelipat menjadibentuk bola yang kompak
Larut dalam air Non struktural
-
A. Struktur asam amino
7
-
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.
8
-
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 Cdengan dua susunan ruang yang berbeda (enantiomer). asam amino merupakan senyawa aktif optik.
Asam amino pembentuk protein semuanya adalah L-stereoisomer
9
-
Konfigurasi absolut asam amino
10
-
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 negatifAsp (D), Glu (E)
Bermuatan positifLys (K), Arg (R), His (H)
11
-
Asam amino nonpolar alifatik
12
-
Nonpolar aromatik
13
-
Polar tidak bermuatan
14
-
Jembatan disulfida
15
-
Asam amino bermuatan negatif
16
-
Asam amino bermuatan positif
17
-
Asam amino yang tidak standar
18
-
Asam amino yang tidak standar
19
-
Asam amino sebagai asam dan basa
20
-
Titrasi asam amino
1 21
pI p p2K K
21
-
Titrasi asam amino
1 R1
pI p p 3,222K K
22
-
Titrasi asam amino
R 21
pI p p 7,592K K
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.
23
-
24
-
25
-
Teknik Penelitian BiokimiaAnalisis asam amino
26
-
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
27
-
Mekanisme reaksi test ninhydrin
28
-
Uji kwalitatif asam amino
Asam
amino
Nama reaksi Reagen Warna
Arg Reaksi
Sakaguchi
-naptanol dan
natrium hipoklorit
merah
Cys Reaksi
Nitroprusida
Natrium
nitroprusida dalam
NH3 encer
merah
Tyr Reaksi Millon HgNO3 dalam
HNO3
merah
29
-
Aminoacid analyzer
30
-
Kromatogram
31
-
Metode fluoresensi untuk analisis asam amino
32
-
B. Peptida
33
-
Ikatan peptida
34
-
OligopeptidaNama peptida dimulai dari residu ujung amino
Tirosinilglisilglisilfenilalanilleusin atau Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu.
35
-
Polipeptida sebagai poliampolit
36
-
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.
37
-
Protease
38
-
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.
Struktur primer miogobin
39
-
Dari gen ke protein (sintesis protein in vivo)
40
-
Dari gen ke protein
Sel mengkode informasi tentang urutan asam amino untukmembuat protein dari urutan asam nukleat.
Urutan asam nukleat ini disebut kode genetika.
Asam nukleat adalah polimer dari 4 nukleatida, sedangkanprotein 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 asamamino (43 = 64 kombinasi). Karena hanya ada 20 asam amino, makasatu asam amino dapat dikode oleh lebih dari satu kombinasi tiganukleotida (triple codon).
41
-
Kode genetika
42
-
Translasi
43
-
Post translational modification
44
-
Sintesis peptida in vitro
45
-
Teknik Penelitian BiokimiaPenentuan urutan asam amino protein
46
-
Reduksi ikatan disulfida
47
-
48
-
Reaksi Edman
49
-
Fragmentasi protein oleh protease
50
-
51
-
C. Struktur 3-dimensi protein
52
-
Empat tingkat struktur protein
53
-
Struktur ikatan peptida
Karakter ikatan rangkap dari ikatan peptida membuat atom C, N, H, O hampir koplanar (sebidang).
54
-
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 cis lebih disukai.
55
-
Rotasi rantai polipeptida
Rotasi yang diperbolehkan hanya disekitar ikatan NC dan CC=O.
Sudut putaran ikatan NCdisebut .
Sudut putaran ikatan CC=O disebut .
56
-
Penentuan sudut dan Sudut dihedral dibentuk oleh atom Ci, 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
57
-
Ramachandran plot
58
-
Rotasi ikatan peptida memberikan berbagai tipe struktur sekunder
59
-
C.1. Struktur sekunder protein -heliks
-sheet
turn
60
Yang berperan ikatan hidrogen antara
O (karbonil) dengan H (amida)
-
Alpha heliks
61
-
Struktur -heliks
62
-
Deskripsi struktur heliks Struktur heliks dikarakterisasi oleh
parameter berikut:
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
Sumbu heliks
Repeat,c
Pitch,p
Rise,h
63
-
Deskripsi struktur heliksBentuk 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.
Pitch (p) = n h = 3,6 res/turn 0,15 nm/res = 0,54 nm/turn64
-
Polat ikatan hidrogen dalam berbagai tipe heliks
65
-
66
-
Right and left handed heliks = bayangan cermin
67
-
Urutan asam amino menentukan kestabilan -heliks
Tidak semua polipeptida dapat membentuk -heliks. Adanyainteraksi tambahan antar gugus samping asam amino turutmempengaruhi kestabilan -heliks. Polipeptida yang banyak memiliki residu bermuatan sejenis sulit
membentuk -heliks yang stabil.
Polipeptida yang memiliki gugus R besar seperti Ser, Thr, dan Leuakan sukar membentuk -heliks.
Adanya dua residu bermuatan berlawanan pada jarak 3 residudapat menstabilkan -heliks.
Gugus-gugus aromatik pada jarak 3 residu juga dapatmenstabilkan -heliks.
Dipol dielektrik dari ikatan peptida ditransmisikan sepanjang -heliks, sehingga secara keseluruhan -heliks adalah dipol. Ujung amino bermuatan parsial positif dan ujung karboksilatbermuatan parasial negatif. Adanya asam amino bermuatanpositif didekat ujung amino akan mendestabilkan -heliks
68
-
-heliks sebagai dipol
69
-
Representasi -heliks
70
-
-sheet
71
-
Antiparallel -sheet
72
-
Parallel -sheet
73
-
Representasi -sheet
74
-
-turn
-turn 75
-
Tipe -turn
76
-
Secondary structure propensities
77
-
C.2. Struktur tersier protein
78
-
Struktur tersier terbentuk dari pengemasan struktur sekunder
79
Ikatan disulfida, ikatan kovalen antar residusistein
Ikatan hidrogen, antar rantai samping
Jembatan garam, antar rantai samping yang mengion (COO- dengan NH3
+)
Interaksi hidrofobik, antar rantai sampingasam amino nonpolar
Interaksi yang berperan pada pembentukan strukturtersier protein:
-
Urutan asam amino menentukan struktur tersier dari protein
Afinson tahun 1957 memperlihatkan bahwa RNAse A dapat didenaturasi dan direnaturasi kembali ke struktur native.
80
-
Bentuk struktur tersier: fibrous dan globular
Fibrous Globular 81
-
Pengemasan struktur sekunder
Gaya dorong utama dalam folding protein adalah interaksi hidrofobik yang terjadi antar gugus non-polar dari rantai samping polipeptida sebagai upaya untuk meminimisasi kontak dengan molekul air.
Agar tujuan folding tercapai, maka diperlukan:
1. Struktur yang kompak sehingga efektif dalam meminimisasi luas permukaan hidrofobik yang terekspos ke pelarut.
2. Gugus-gugus fungsi yang berpotensi membentuk ikatan hidrogen pada daerah interior protein semuanya berpasangan. Pembentukan struktur sekunder -heliks dan -sheet akan memaksimalkan jumlah ikatan hidrogen.
82
-
Pengemasan struktur sekunder Bentuk struktur sekunder
menentukan modus pengemasan:
-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.
83
-
Tertiary Structure and Functional Diversity :Different Folding for Different Functions
84
-
C.3. Klasifikasi struktur tersier berdasar-kan pola pengemasan struktur sekunder
1. -helical protein
2. -sheet protein
3. / protein
4. + protein
85
-
-helical protein
86
-
-sheet protein
87
-
/ protein
88
-
+ protein
89
-
Pola pengemasan struktur sekunder dalam protein
90
-
Supersecondary structure (motif)
91
-
Motif dalam struktur tersier protein
92
-
Motif dalam struktur tersier protein
93
-
Domain
Struktur dari protein yang besar (Mr > 20000 atau jumlah asam aminonya > 200) umumnya mamiliki beberapa unit substruktur globular yang disebut domain.
Setiap domain seringkali memiliki fungsi yang berbeda.
94
-
Domain
DNA Polimerase I
Apo-Calmodulin
C-terminaldomain
N-terminaldomain
3-5 Exonuclasedomain
Polymerase domain
95
-
Struktur tersier tidak rigid
96
-
Struktur tersier tidak rigid
97
-
Struktur kwaterner protein
98
-
Struktur Hemoglobin (Hb)
99
-
C.4. Fibrous protein
100
-
-keratin
-keratin kaya akan residu-residu hidrofobik Phe, Ile, Val, Met dan Ala.
101
-
-heliks keratin
102
-
-keratin
-keratin memiliki struktur yang kuat karena:
Terdiri dari multi -heliks yang tergabung membentuk struktur superheliks.
Antar rantai -heliks juga distabilkan oleh ikatan disulfida.
103
-
Kolagen
Kolagen banyak ditemukan di jaringan penghubung, seperti tulang dan kornea mata.
Kolagen terdiri dari 35% Gly, 11% Ala, dan 21% Pro dan Hyp.
Urutan asam amino kolagen umumnya adalah perulangan tiga peptida Gly-X-Pro atau Gly-X-Hyp, dimana X adalah asam amino mana saja.
104
-
Struktur primer kolagen
105
-
Struktur heliks kolagen
106
-
Silk fibroin
107
-
Protein kehilangan struktur dan fungsinya bila terdenaturasi
Native(N)
Terdenaturasi(D)
Suhu DenaturanpH
G
N
D
108
-
Studi denaturasi dapat digunakan untuk memahami mekanisme folding
109
-
Struktur kwaterner protein
110
-
Simetri dalam struktur kwaterner protein
111
-
Contoh simetri siklus
C7C3112
-
Contoh simetri dihedral
113
-
Supramolekul
114
-
115
-
D. Fungsi protein
116
-
Fungsi protein
Enzim
Protein transport Contoh: Hemoglobin (transport oksigen)
Nutrien Contoh: Ovalbumin (protein telur), kasein (protein susu)
Gerak mekanis (fungsi otot) Contoh: actin dan myosin
Struktural Contoh: rambut, jaring laba-laba, kolagen
Pertahanan Contoh: antibodi
Regulator Contoh: Insulin
117
-
D.1. Protein transport: contoh kasus hemoglobin (Hb)
118
-
Mekanisme transport O2 dan CO2
119
-
Struktur Hemoglobin (Hb)
120
-
Cincin forfirin
121
-
Oksigenasi cincin forfirin Hb
122
-
Perubahan konformasi Hb saat mengikat O2
123
-
Mioglobin (Mb)
124
-
Perbandingan struktur mioglobin dan hemoglobin
125
-
Profil afinitas Mb dan Hb terhadap O2
126
-
Profile afinitas Hb terhadap O2
Ketika [O2] rendah afinitas Hb terhadap O2juga rendah.
Pada [O2] naik hingga level tertentu, afinitas Hb terhadap O2 menjadi meningkat.
Perubahan afinitas Hb dengan bertambahnya [O2] menunjukan adanya transisi strukturHb.
127
-
Transisi struktur Hb
T-state : afinitas rendah thd O2R-state: afinitas tinggi thd O2
128
-
Efek transisi Hb dari T-state ke R-state pada kurva pengikatan O2
129
-
Efek alosterik dan kooperatifitas
Perubahan profil dari kurva pengikatan O2 dapat diterangkan sebagai akibat dari efek alosterik yaitu pengikatan O2 pada salah satu subunit Hb akan menginduksi perubahan konformasi subunit lainnya sedemikian rupa sehingga afinitasnya berubah menjadi lebih tinggi.
Adanya efek alosterik menunjukan bahwa antar subunit ada kooperatifitas.
130
-
Efek alosterik pada proses pengikatan ligan (O2) oleh Hb
131
-
Model kooperatifitasConcerted model Sequential model
T-state
R-state
132
-
Plot Hill
133
-
D.2. Immune Response
134
-
Immune response
When a foreign substance - a virus, a bacterium, or even a foreign protein-invades the tissues of a higher vertebrate (like a human), the organism defends itself by what is called the immune response.
The immune response has two facets:
1. Humoral immune response - Lymphatic cells called B lymphocytes synthesize specific immunoglobulin molecules that are excreted from the cell and bind to the invading substance. Binding either precipitates the foreign substance or marks it for destruction by cells called macrophages.
2. Cellular immune response - Lymphatic cells called T lymphocytes, bearing immunoglobulin-like molecules on their surfaces, recognize and kill foreign or aberrant cells.
135
-
Destruction of antigens by macrophages
136
-
Antigens and Antibodies The foreign substance that elicits an immune response is called the
antigen.
A specific immunoglobulin that binds to the antigen is called the antibody.
If the invading particle is large, like a cell, a virus, or a protein, many different antibodies may be elicited, each type binding specifically to an antigenic determinant (or epitope) on the surface of the particle.
137
-
Versatility of immune response
1. It can respond to an enormous number of different foreign substances.
2. The immune response has a so-called memory: After an initial exposure to a given antigen, a second exposure at a later date results in rapid and much more massive production of the antibodies specific to the antigen.
138
-
Immunoglobulin structure
139
-
antibody-antigen interactions
140
-
D.3. Gerak Mekanis: fungsi otot
141
-
Struktur otot
Relaks
Kontraksi
142
-
Relaksasi dan kontraksi otot
143
-
Actin and miosin
144
-
Aksi actin dan miosin pada kontraksi otot
145
-
Aksi actin dan miosin pada kontraksi otot
146
-
Aksi actin dan miosin pada kontraksi otot
147
-
Aksi actin dan miosin pada kontraksi otot
148
-
149