LAPORAN RESMI

PRAKTIKUM BIOLOGI MOLEKULER

PERCOBAAN III

ANALISIS DOMAIN PROTEIN FUNGSIONAL

I. TUJUAN PERCOBAAN

Mencari identitas domain yang berperan dalam regulasi apoptosis, tirosin kinase, serta

faktor transkripsi dengan menggunakan Gene Bank Database.

II. DASAR TEORI

Protein (asal kata protos dari bahasa Yunani yang berarti "yang paling utama")

adalah senyawa organik kompleks berbobot molekul tinggi yang merupakan polimer dari

monomer-monomer asam amino yang dihubungkan satu sama lain dengan ikatan peptida.

Molekul protein mengandung karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan kadang kala sulfur

serta fosfor. Protein berperan penting dalam struktur dan fungsi semua sel makhluk hidup dan

virus.

Kebanyakan protein merupakan enzim atau subunit enzim. Jenis protein lain berperan

dalam fungsi struktural atau mekanis, seperti misalnya protein yang membentuk batang dan

sendi sitoskeleton. Protein terlibat dalam sistem kekebalan (imun) sebagai antibodi, sistem

kendali dalam bentuk hormon, sebagai komponen penyimpanan (dalam biji) dan juga dalam

transportasi hara. Sebagai salah satu sumber gizi, protein berperan sebagai sumber asam

amino bagi organisme yang tidak mampu membentuk asam amino tersebut (heterotrof).

Protein merupakan salah satu dari biomolekul raksasa, selain polisakarida, lipid, dan

polinukleotida, yang merupakan penyusun utama makhluk hidup. Selain itu, protein

merupakan salah satu molekul yang paling banyak diteliti dalam biokimia. Protein ditemukan

oleh Jöns Jakob Berzelius pada tahun 1838.

Biosintesis protein alami sama dengan ekspresi genetik. Kode genetik yang dibawa

DNA ditranskripsi menjadi RNA, yang berperan sebagai cetakan bagi translasi yang

dilakukan ribosom. Sampai tahap ini, protein masih "mentah", hanya tersusun dari asam

amino proteinogenik. Melalui mekanisme pascatranslasi, terbentuklah protein yang memiliki

fungsi penuh secara biologi

Protein merupakan komponen penting atau komponen utama sel hewan atau manusia.

Oleh karena sel itu merupakan pembentuk tubuh kita, maka protein yangterdapat dalam

makanan berfungsi sebagai zat utama dalam pembentukan dan pertumbuhan tubuh. Kita

memperoleh protein dari makanan yang berasal dari hewan atau tumbuhan.

Pengetahuan mengenai struktur biologi saat ini menjadi sangat penting, misalnya

pemahaman mengenai struktur protein. Karena dengan itu kita akan dapat mempelajari dan

memahami mekanisme kerja enzim, ikatan ligan yang mengatur suatu fungsi, serta desain

obat dan inhibitor obat baru.

Struktur sekunder protein adalah struktur tiga dimensi lokal dari berbagai rangkaian

asam amino pada protein yang distabilkan oleh ikatan hidrogen. Berbagai bentuk struktur

sekunder misalnya ialah sebagai berikut:

alpha helix (α-helix, "puntiran-alfa"), berupa pilinan rantai asam-asam amino

berbentuk seperti spiral;

beta-sheet (β-sheet, "lempeng-beta"), berupa lembaran-lembaran lebar yang tersusun

dari sejumlah rantai asam amino yang saling terikat melalui ikatan hidrogen atau

ikatan tiol (S-H);

beta-turn, (β-turn, "lekukan-beta"); dan

gamma-turn, (γ-turn, "lekukan-gamma").

struktur tersier yang merupakan gabungan dari aneka ragam dari struktur sekunder.

Struktur tersier biasanya berupa gumpalan. Beberapa molekul protein dapat berinteraksi

secara fisik tanpa ikatan kovalen membentuk oligomer yang stabil (misalnya dimer, trimer,

atau kuartomer) dan membentuk struktur kuartener.

·         contoh struktur kuartener yang terkenal adalah enzim Rubisco dan insulin.

Struktur primer protein bisa ditentukan dengan beberapa metode:

(1) hidrolisis protein dengan asam kuat (misalnya, 6N HCl) dan kemudian komposisi asam

amino ditentukan dengan instrumen amino acid analyzer,

(2) analisis sekuens dari ujung-N dengan menggunakan degradasi Edman,

(3) kombinasi dari digesti dengan tripsin dan spektrometri massa, dan

(4) penentuan massa molekular dengan spektrometri massa.

Struktur sekunder bisa ditentukan dengan menggunakan spektroskopi circular

dichroism (CD) dan Fourier Transform Infra Red (FTIR). Spektrum CD dari puntiran-alfa

menunjukkan dua absorbans negatif pada 208 dan 220 nm dan lempeng-beta menunjukkan

satu puncak negatif sekitar 210-216 nm. Estimasi dari komposisi struktur sekunder dari

protein bisa dikalkulasi dari spektrum CD. Pada spektrum FTIR, pita amida-I dari puntiran-

alfa berbeda dibandingkan dengan pita amida-I dari lempeng-beta. Jadi, komposisi struktur

sekunder dari protein juga bisa diestimasi dari spektrum inframerah.

Struktur protein lainnya yang juga dikenal adalah domain. Struktur ini terdiri dari

40-350 asam amino. Protein sederhana umumnya hanya memiliki satu domain. Pada protein

yang lebih kompleks, ada beberapa domain yang terlibat di dalamnya. Hubungan rantai

polipeptida yang berperan di dalamnya akan menimbulkan sebuah fungsi baru berbeda

dengan komponen penyusunnya. Bila struktur domain pada struktur kompleks ini berpisah,

maka fungsi biologis masing-masing komponen domain penyusunnya tidak hilang. Inilah

yang membedakan struktur domain dengan struktur kuartener. Pada struktur kuartener,

setelah struktur kompleksnya berpisah, protein tersebut tidak fungsional 

Domain merupakan suatu unit dari protein yang independent secara structural yang

memiliki karakteristik berupa protein globular kecil. Bentuk domain antara lain : b/a barrel,

forn helix bundle,  b/a  saddle, b/b sandwich. Domain bertanggung jawab terhadap aktivitas

protein dan biasanya memiliki fungsi yang spesifik. Pembagian domain menurut fungsinya:

DNA binding domains, RNA binding domains, ligand (regulatory) domains, oligomerization

domains. Gen Bank Database dapat dimanfaatkan untuk melacak keberadaan motif dan

domain tersebut. Dari database tersebut dapat diketahui protein yang berbeda yang memiliki

motif dan domain yang sama, dan mereka digolongkan dalam satu family.

Pada dasarnya protein menunjang keberadaan setiap sel tubuh, proses kekebalan

tubuh. Setiap orang dewasa harus sedikitnya mengonsumsi 1 g protein per kg berat tubuhnya.

Kebutuhan akan protein bertambah pada perempuan yang mengandung dan atlet-atlet.

Kekurangan Protein bisa berakibat fatal:

Kerontokan rambut (Rambut terdiri dari 97-100% dari Protein -Keratin)

Yang paling buruk ada yang disebut dengan Kwasiorkor, penyakit kekurangan protein

Biasanya pada anak-anak kecil yang menderitanya, dapat dilihat dari yang namanya

busung lapar, yang disebabkan oleh filtrasi air di dalam pembuluh darah sehingga

menimbulkan odem.Simptom yang lain dapat dikenali adalah:

o hipotonus

o gangguan pertumbuhan

o hati lemak

Kekurangan yang terus menerus menyebabkan marasmus dan berkibat kematian.

III. Alat dan Bahan

Alat : laptop

Situs NCBI

Bahan : Kode Gen NM_000125 (untuk latihan)

Kode Gen NM_001798 (untuk tugas)

IV. Cara kerja

1. Dibuka situs NCBI

2. Di ubah all database menjadi nucleotide

3. Diisi kotak search nucleotide for dengan nama gen (NM_000125.3) yang akan

dianalisis (diberi keterangan bahwa gen yang ingin diteliti adalah gen pada Homo

Sapiens).

4. Masuk ke halaman protein yang akan dianalisis conserved domainnya

5. Diklik conserved domain (Identiify Conserved Domain)

6. Akan muncul tampilan conserved domain berisi diagram yang menggambarkan

domain-domain yang ada dalam protein tersebut.

7. Masing-masing domain dapat diklik untuk dianalisis lebih lanjut, antara lain

mengenai fungsinya, sekuensnya, regionnya, conserved domain dengan organisme

lain, struktur 3D-nya, link dengan situs database protein yang lain.

a. Domain 1

b. Domain 2

c. Domain 3

d. Domain 4

8. Kumpulkan semua informasi mengenai struktur protein, domain, dan fungsinya.

Dengan cara mentranslate spesifikasi masing masing domain

V. Data pengamatan

1. Latihan

Kode gen : NM_000125

Nama gen : Homo Sapiens Estrogen Receptor 1 (ESR1)

Kode protein : NP_000116.2

Domain : 4 buah

Tabel

No Nama Domain Fungsi

1 Nr_Lbd_Er

Ligand Binding

Domain Of Estrogen

Receptor, Which Are

Activated By The

Hormone

Ligan mengikat domain (LBD) dari reseptor

estrogen (ER): reseptor estrogen, anggota dari

superfamili reseptor nuklir, diaktifkan oleh hormon

estrogen. Estrogen mengatur banyak proses

fisiologis termasuk reproduksi, integritas tulang,

kesehatan jantung, dan perilaku. Mekanisme utama

aksi reseptor estrogen adalah sebagai faktor

transkripsi dengan mengikat elemen respon

estrogen gen target pada saat aktivasi oleh estrogen

dan kemudian merekrut protein koaktivator yang

bertanggung jawab untuk transkripsi gen target.

2 NR_DBD_ER

DNA-Binding

Domain Of Estrogen

Receptors (ER) Is

Composed Of Two

C4-Type Zinc

Fingers.

Domain DNA-pengikatan reseptor estrogen (ER)

terdiri dari dua C4-jenis jari seng. Setiap jari zinc

mengandung kelompok empat residu Cys yang

mengkoordinasikan seng atom tunggal. ER

berinteraksi dengan situs DNA spesifik hulu dari

gen target dan memodulasi tingkat inisiasi

transkripsi. Reseptor estrogen adalah regulator

transkripsi yang menengahi efek biologis hormon

estrogen

3 Pfam 02159

Oestrogen Receptor Tidak diketahui

4 Pfam 12743

Oestrogen-Type

Nuclear Receptor

Final C- Terminal :

This Is The Very C-

Terminal Region Of

A..

Tipe wilayah C-terminal sangat dari subfamili

reseptor nuklir yang meliputi reseptor estrogen dan

subfamili 3 anggota kelompok A lainnya. Fungsi

sebenarnya dari daerah ini tidak diketahui, tetapi

domain tidak hadir dari semua jenis reseptor

nuklir. Reseptor estrogen memodulasi transkripsi

AP-1-dependent melalui dua mekanisme yang

berbeda: melalui interaksi protein-protein pada

DNA; dan melalui tindakan non-genomik.

Mekanisme yang digunakan tergantung pada

lokalisasi seluler reseptor

Gambar struktur 3D masing masing domain :

a. Domain NR_LBD_ER

b. Domain NR_DBD_ER

c. Domain pfam 02159 : tidak diketahui

Strukturnya

d. Domain pfam 12743

2. Tugas

Kode gen : NM_001798

Nama gen : Homo sapiens cyclin-dependent kinase 2 (CDK2)

Kode protein : NP_001789.2

Domain : 2 buah

No Nama Domain Fungsi

1 STKc_CDK2_3

Catalytic Domain Of

The Serine / Threonine

Kinase, Cyclin-

Dependent Protein

Kinase 2 And 3...

STKS mengkatalisis transfer kelompok gamma-

fosforil dari ATP ke serin / treonin residu pada

substrat protein. Cdk2 diatur oleh cyclin E atau

cyclin A. Setelah aktivasi oleh cyclin E, itu

phosphorylates yang retinoblastoma (PRB)

protein yang mengaktifkan E2F dimediasi

transkripsi dan memungkinkan sel untuk pindah

ke fase S. Cdk2 The / cyclin A kompleks

berperan dalam mengatur replikasi DNA. Cdk2,

bersama-sama dengan Cdk4, juga mengatur

proliferasi sel embrio.

2 PLN00009

Cyclin-dependent

kinase A ; provisional

Tidak diketahui

Gambar struktur 3D masing masing domain :

a. Domain STKc_CDK2_3

b. PLN00009

Strukturnya belum diketahui

VI. Pembahasan

Protein merupakan komponen penting atau komponen utama sel hewan atau

manusia. Oleh karena sel itu merupakan pembentuk tubuh kita, maka protein

yangterdapat dalam makanan berfungsi sebagai zat utama dalam pembentukan

dan pertumbuhan tubuh. Kita memperoleh protein dari makanan yang berasal dari

hewan atau tumbuhan. Dalam praktikum ini dilakukan analisis domain protein

fungsional. Praktikum kali ini sangat memberikan banya manfaat dimana kit dapat

mempelajari dan memahami mekanisme kerja enzim, ikatan ligan yang mengatur suatu

fungsi, serta desain obat baru dan inhibitornya.

Domain merupakan suatu unit dari protein yang independent secara struktural

yang memiliki karakteristik berupa protein globular kecil. Bentuk domain antara lain :

α /β sandwic, α /β barrel, forn helix bundle, α /β saddle , β / β sandwich. Dalam

praktikum ini yang akan dianalisis adalah protein fungsional. Protein fungsional adalah

protein yang berfungsi sebagai enzim,antibodi atau hormone. Analisis domain protein

ini dilakukan dengan GEN BANK DATABASE yang dapat digunakan untuk melacak

keberadaan motif dan domain tersebut. Motif adalah kombinasi dari struktu sekunder

protein yaitu α helix dan β sheet. Dari data base tersebut dapat diketahui protein yang

berbeda yang memiliki motif dan domain yang sama dapat digolongkan menjadi satu

family.

Kode gen yang dianalisis domain proteinnya yaitu NM_000125 (untuk latihan)

merupakan gen homo sapiens estrogen reseptor 1 (ESR1). Setelah dilakukan analisis

domain pada gen tersebut dengan identify converse domain, diketahui bahwa homo

sapiens estrogen reseptor 1 (ESR1) memiliki 4 buah domain secara garis besar dan 79

domain secara rinci. Kode protein gen ini adalah NP_000116.2. Namun yang akan

domain yang akan dianalisis disini hanya secara garis besar. Kemudian masing masing

domain dianalisis fungsi dan struktur tiga dimensinya. Adapun fungsinya masing masing

yaitu

1. NR_LBD_ER ( Ligand Binding Domain Of Estrogen Receptor, Which Are

Activated By The Harmone ) bergfungsi Ligan mengikat domain (LBD) dari

reseptor estrogen (ER): reseptor estrogen, anggota dari superfamili reseptor nuklir,

diaktifkan oleh hormon estrogen. Estrogen mengatur banyak proses fisiologis

termasuk reproduksi, integritas tulang, kesehatan jantung, dan perilaku.

Mekanisme utama aksi reseptor estrogen adalah sebagai faktor transkripsi dengan

mengikat elemen respon estrogen gen target pada saat aktivasi oleh estrogen dan

kemudian merekrut protein koaktivator yang bertanggung jawab untuk transkripsi

gen target.

2. NR_DBD_ER ( DNA-Binding Domain Of Estrogen Receptor (ER) is Composed

Of Two C4-Type Zinc Fingers ) berfungsi Domain DNA-pengikatan reseptor

estrogen (ER) terdiri dari dua C4-jenis jari seng. Setiap jari zinc mengandung

kelompok empat residu Cys yang mengkoordinasikan seng atom tunggal. ER

berinteraksi dengan situs DNA spesifik hulu dari gen target dan memodulasi

tingkat inisiasi transkripsi. Reseptor estrogen adalah regulator transkripsi yang

menengahi efek biologis hormon estrogen

3. Pfam 02159 Oestrogen Receptor fungsi dan strukturnya belum dapat diketahui

4. Pfam 12743 Oestrogen-Type Nuclear Receptor Final C-Terminal ; This is The

Very C-Terminal Region of a.. berfungsi Tipe wilayah C-terminal sangat dari

subfamili reseptor nuklir yang meliputi reseptor estrogen dan subfamili 3 anggota

kelompok A lainnya. Fungsi sebenarnya dari daerah ini tidak diketahui, tetapi

domain tidak hadir dari semua jenis reseptor nuklir. Reseptor estrogen

memodulasi transkripsi AP-1-dependent melalui dua mekanisme yang berbeda:

melalui interaksi protein-protein pada DNA; dan melalui tindakan non-genomik.

Mekanisme yang digunakan tergantung pada lokalisasi seluler reseptor.

Kemudian masing-masing praktikan diberikan kode gen untuk tugas. Kode gen

yang dianalisis untuk tugas adalah NM_001798 yang merupakan kode dari gen Homo

sapiens cyclin-dependent kinase 2 (CDK2). Setelah dilakukan analisis domain protein

fungsional maka dapat diketahui bahwa gen tersebut memiliki dua domain secara garis

besar dan 426. Kemudian kode protein gen ini yaitu NP_001789.2. Kemudian masing-

masing domain dianalisis fungsi dan struktur tiga dimensinya. Maka didapat :

1. STKc_CDK2_3 Catalytic Domain Of The Serine / Threonine Kinase, Cyclin-

Dependent Protein Kinase 2 And 3... berfungsi STKS mengkatalisis transfer

kelompok gamma-fosforil dari ATP ke serin / treonin residu pada substrat

protein. Cdk2 diatur oleh cyclin E atau cyclin A. Setelah aktivasi oleh cyclin E,

itu phosphorylates yang retinoblastoma (PRB) protein yang mengaktifkan E2F

dimediasi transkripsi dan memungkinkan sel untuk pindah ke fase S. Cdk2 The /

cyclin A kompleks berperan dalam mengatur replikasi DNA. Cdk2, bersama-

sama dengan Cdk4, juga mengatur proliferasi sel embrio.

2. PLN00009 Cyclin-dependent kinase A ; provisional yang fungsi dan struktur tiga

dimensinya belum diketahui.

VII. Kesimpulan

1. Analisis domain dilakukan untuk mengetahui fungsi dan struktur tiga dimensi dari

masing-masing domain.

2. Gen Homo Sapiens Estrogen Receptor 1 (ESRI) memiliki empat domain secara

kesluruhan besar.

Diantaranya :

a. NR_LBD_ER ( Ligand Binding Domain Of Estrogen Receptor,

Which Are Activated By The Harmone )

b. NR_DBD_ER ( DNA-Binding Domain Of Estrogen Receptor

(ER) is Composed Of Two C4-Type Zinc Fingers )

c. Pfam 02159 Oestrogen Receptor

d. Pfam 12743 Oestrogen-Type Nuclear Receptor Final C-Terminal ;

This is The Very C-Terminal Region of a..

3. Gen Homo sapiens cyclin-dependent kinase 2 (CDK2) memiliki dua domain secara

keseluruhan besar. Diantaranya :

a. STKc_CDK2_3 Catalytic Domain Of The Serine / Threonine

Kinase, Cyclin-Dependent Protein Kinase 2 And 3...

b. PLN00009 Cyclin-dependent kinase A ; provisional

Daftar Pustaka

Brock TD, Madigan MT. Biology of Microorganisms. 5th ed. Prentice Hall. New

Jersey. 1988

Suharsono dan Widyastuti, Utut. 2006. Pelatihan Singkat Tekni Dasar Pengklonan

Gen. Pusat Penelitian Sumberdaya Hayati dan Bioteknologi-Lembaga Penelitian

dan Pemberdayaan Masyarakat IPB dengan DIKTI-DIKNAS. Bogor.

Susanto, A.H (2002), Bahan Ajar Genetika Dasar, Fakultas Biologi UNSOED,

Purwokerto

Yuwono, T., 2008, Biologi Molekular, Erlangga, Jakarta

http://www.ncbi.nlm.nih.gov

http://digilib.unsri.ac.id/download/apoptosis.pdf

http://id.wikipedia.org/wiki/Protein