Endang Asih Safitri / 10512030STRUKTUR 3 DIMENSI PROTEINAda 4 struktur protein antara lain struktur primer, sekunder, tersier dan kuartener. Struktur primer adalah rantai polipeptida. Struktur primer protein di tentukan oleh ikatan kovalen antara residu asam amino yang berurutan yang membentuk ikatan peptida. Struktur sekunder ditentukan oleh bentuk rantai asam amino : lurus, lipatan, atau gulungan yang mempengaruhi sifat dan kemungkinan jumlah protein yang dapat dibentuk. Struktur ini terjadi karena ikatan hydrogen antara atom O dari gugus karbonil ( C=O) dengan atom H dari gugus amino ( N-H ) dalam satu rantai peptida. Struktur tersier ditentukan oleh ikatan tambahan antara gugus R pada asam-asam amino yang memberi bentuk tiga dimensi sehingga membentuk struktur kompak dan padat suatu protein. Struktur kuartener adalah susunan kompleks yang terdiri dari dua rantai polipeptida atau lebih, yang setiap rantainya bersama dengan struktur primer, sekunder, tersier membentuk satu molekul protein yang besar dan aktif secara biologis.Urutan DNA mengandung informasi urutan asam amino. Urutan asam amino mengandung algoritma pembentukan struktur protein, struktur protein selalu mengarah ke sifat termodinamika yang stabil dan sifat kinetika yang cepat. Bentuk 3 dimensi protein yang fungsional disebut native structure. Apabila ada protein yang memiliki 100 asam amino dengan satu asam amino dibatasi hanya dapat melakukan 3 gerakan rotasi maka ada kemungkinan 3100 struktur protein yang mungkin.

Empat tingkat struktur protein yang mungkin.Karakter ikatan rangkap dari ikatan peptida membuat atom C, N, H, O hampir koplanar (sebidang). Rotasi yang diperbolehkan hanya disekitar ikatan NC dan CC=O. Sudut putaran ikatan NC disebut . Sudut putaran ikatan CC=O disebut . 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. Misalkan suatu protein memiliki 100 asam amino maka sudut dihedral dan yang terbentuk ada 98, jumlah konformasi bisa dikurangi dengan ikatan peptida, perputaran bidang dan faktor sterik, hal tersebut yang membatasi struktur sekuder hanya meliputi -helix, -sheet dan -turn.

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. Stuktur protein dapat melipat karena ada residu prolin, prolin bermasalah dalam bentuk trans dan stabil dalam bentuk cis.

Struktur sekunder protein. Tujuan : memaksimalkan pembentukan ikatan hidrogen dari ikatan peptida1. -heliks. Karakteristik : Berbentuk spiral reguler yang dibentuk akibat dari ikatan hidrogen antara: Ri Ri+4. -heliks putar kanan lebih umum dibanding putar kiri (Asam amino L membentuk heliks putar kanan, dan asam amino D membentuk heliks putar kiri). Satu putaran heliks terdapat 3,6 residu. Dan jarak satu putaran adalah 5,4 . Gugus R pada -heliks semuanya menghadap keluar sumbu heliks, sehingga R dapat berinteraksi dengan R dari heliks lain. -heliks juga merupakan dipol. Residu asam amino yang memiliki kecenderungan kuat membentuk -heliks: Met, Ala, Leu, Glu (tidak bermuatan), Lys (tidak bermuatan) disingkat dalam kode satu huruf menjadi MALEK. Penstabil -heliks : Interaksi ionik antara residu asam & basa pada posisi i dan i+4, Interaksi antar residu aromatik pada posisi i dan i+4, N-terminal bermuatan negatif dan C-terminal bermuatan positif, karena -heliks adalah dipol . Pelemah -heliks : Adanya asam amino dengan konfigurasi D, tolak menolak antar residu dengan muatan yang sama pada posisi i dan i+4, adanya residu Pro dan Gly (helix breaker).

2. -sheet.

Plot Ramachandran untuk -sheet.

Anti parallel -sheet.

Parallel -sheet3. Turn turn

Struktur Tersier proteinStruktur tersier terbentuk dari pengemasan struktur sekunder, beberapa interakasi yang menstabilkan struktur tersier adalah :

Interaksi non kovalen penstabil struktur tersier Ikatan S S Ikatan kovalen koordinasi

Motif pengemasan struktur sekunder proteinMotif adalah lipatan atau substruktur yang berulang dalam struktur tersier protein. Motif merupakan kombinasi dari -heliks dan -sheet. Contoh motif yang paling sederhana adalah -hairpin. 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. Masalah loop pada rantai beta paralel biasanya diatasi dengan menyisipkan rantai alpha-heliks diantara kedua rantai beta parallel membentuk motif --.

Contoh pola pengemasan sekunder dalam proteinBagian protein ada dua yaitu eksterior dan interior. Eksterior adalah bagian yang bereaksi langsung dengan pelarut, harus punya sensor yang dapat mengenali substrat dan inhibitor, dan harus bisa berikatan dengan kofaktor yang berupa koenzim (senyawa organik) dan ion logam. Bagian interior (core) adalah penguat dari struktur protein. Pada bagian eksterior, permukaan yang residunya hanya terdiri dari residu yang polar interaksi yang terbentuk berupa interaksi kovalen. Permukaan yang residunya terdiri dari residu yang polar dan nonpolar, interaksi yang terbentuk berupa interaksi ionik (jembatan garam). Bagian eksterior harus memiliki kemampuan untuk berikatan dengan kofaktor, salah satunya ion logam, interaksi yang terbentuk berupa kovalen koordinasi kompleks tetrahedral (contoh : Zn) dan oktahedral (contoh : Fe dan Ca). Kofaktor dapat berupa koenzim, salah satu sumber koenzim yaitu vitamin. Protein membutuhkan kofaktor ketika asam amino tidak bisa menyediakan pendukung untuk reaksi. Struktur protein harus dinamis, itulah sebabnya interaksi utama dalam protein adalah non-kovalen (ikatan non-kovalen mudah diputus dan mudah dibentuk kembali).

Stabilisasi oleh molekul air pada permukaan protein.Protein memiliki bagian hidrofil dan hidrofob, pada bagian hidrofil interaksi yang terjadi dengan air adalah ikatan hidrogen, sedangkan pada bagian hidrofob interaksi yang terjadi adalah interaksi dispersi London. Pada bagian hidrofob molekul air akan memperkuat ikatan hidrogen membentuk struktur Clatherite. Pada struktur clathrite, entropi yang turun dikompensasi dengan mengurangi luas permukaan (melipat/ folding). Motivasi folding yaitu untuk membebaskan molekul air dari kekangan/ bagaimana cara membuat molekul air yang mengelilingi protein menjadi lebih sedikit/menyembunyikan bagian hidrofob untuk kontak dengan air. Interaksi hidrofob didorong oleh entropi air. Sifat polar dari polipeptida ditiadakan dengan adanya ikatan hidrogen pada struktur sekunder. Apabila jumlah residu polar tidak mampu menutupi jumlah residu yang non polar, bagian residu yang non-polar tersebut akan terekspos keluar, bagian residu non polar berinteraksi dengan dengan substrat yang non polar, interaksi hidrofob hidrofob sangat kuat, misalnya telur digoreng, tidak bisa menjadi cair lagi. Contoh protein yang larut dalam pelarut organik (non polar) adalah lipase, lipase dapat mengikat lipid.Amphifatik adalah protein yang memiki gugus hidrofob dan hidrofil. Loop pada protein yang terekspos keluar harus memiliki gugus yang polar (hidrofilik).

Domain. Struktur tersier protein yang besar (Mr > 20000 atau struktur primernya > 200 residu) seringkali memiliki unit-unit globular yang idependen satu sama lain yang disebut sebagai domain. Tujuan: untuk memudahkan pelipatan protein pada struktur yang besar. Terdiri dari unit unit globular yang independen satu sama lain. Dalam satu protein bisa memiliki lebih dari satu domain, contohnya DNA Polimerase mempunyai tiga domain yang memiliki fungsi masing masing (memperbaiki kesalahan urutan polipeptida, mendegradasi polipeptida dan mempolimerase peptida). Satu sub unit memiliki satu rantai polipeptida.

Penstabil pada struktur tersier adalah ikatan non kovalen, untuk menguji kekuatan ikatan pada suatu protein dapat dilakukan dengan pemanasan, semakin tinggi suhu saat protein terdenaturasi, semakin stabil ikatan pada suatu protein. Berdasarkan kestabilan terhada suhu, protein dibedakan menjadi mesofilik (terdenaturasi pada suhu 800C) ). Denaturasi protein merupakan perubahan struktur sekunder dan struktur tersier protein, sehingga protein kehilangan fungsinya. Protein dapat dirusak dengan pengadukan, di press, proses adsorpsi (misalnya, menempel pada permukaan gelas). Selain itu denaturasi juga disebabkan oleh senyawa denaturan, sebagai contoh urea, struktur urea yang mirip dengan ikatan peptida dapat berkompetisi dengan ikatan peptida pada protein membentuk ikatan hidrogen.

UreaSelain itu perubahan pH juga menyebabkan denaturasi protein,karena dapat mengubah muatan protein, sebagai contoh protein dimasukkan kedalam NaOH, gugus COOH dan NH3 akan terprotonasi sehingga protein menjadi bermuatan negatif, karena semua berubah menjadi bermuatan negatif protein akan saling tolak menolak dan terdenaturasi. Dalam proses denaturasi protein oleh suhu dikenal adanya melting temperature, yaitu apabila 50% persen protein telah terdenaturasi dan 50% protein tidak terdenaturasi. Beberapa protein yang terdenaturasi dapat direnaturasi, renaturasi hanya terjadi pada protein yang berukuran kecil, pada molekul kecil proses folding berjalan dengan cepat. Afinson tahun 1957 memperlihatkan bahwa RNAse A dapat didenaturasi dan direnaturasi kembali ke struktur native.

Struktur protein terekspos saat terdenaturasi

Bentuk struktur tersier protein yang dikenal ada dua yaitu fibrous dan globular. Protein globular : Protein Globular berbentuk bola terdapat dalam cairan jaringan tubuh. Protein ini larut dalam air, berdifusi cepat dan bersifat dinamis, mudah berubah dibawah pengaruh suhu, konsentrasi garam serta mudah mengalami denaturasi. Contohnya meliputi enzim, hormon dan protein darah.Protein serabut (fibrous) : Terdiri atas beberapa rantai peptida berbentuk spiral yang terjalin satu sama lain sehingga menyerupai batang yang kaku. Protein fibrous mempunyai bentuk molekul panjang seperti serat atau serabut, tidak larut dalam air. mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi dan tahan terhadap enzim pencernaan. Protein ini terdapat dalam unsur-unsur struktur tubuh. Contohnya meliputi kolagen ; miosin ; fibrin ; dan karatin pada rambut, kuku, dan kulit.

Struktur kwartener protein. Terdiri dari 2 atau lebih sub unit yang membentuk suatu kooperativitas, kooperativitas yang terbentuk dapat bersifat positif maupun negatif. Kooperativitas negatif, misalnya apabila didalam suatu protein, suatu sub unit sudah mengikat substrat, maka akan mengalami perubahan konformasi yang dapat dirasakan oleh sub unit lain, dan mencegah sub unit lain untuk mengikat substrat. Keuntungan membentuk struktur kuartener antara lain : dapat meningkatkan kestabilan dengan cara mengurangi bagian protein hidrofob yang berinteraksi dengan pelarut, efisiensi genetik (lebih sedikit DNA yang diperlukan untuk membuat monomer sub unit), dan dapat menggabungkan sifat katalitik. Supramolekul. Merupakan gabungan dari beberapa sub unit. Gabungan beberapa sub unit yang membentuk struktur kuartener tidak merubah kespesifikan terhadap substrat, tetapi mengubah afinitas saja.

Protein yang membentuk supramolekul