Struktur dan fungsi protein · PDF file• Definisi protein : - Kimia : ... Penyimpanan dan...

Struktur dan fungsi protein

dr. Syazili Mustofa, M.BiomedLektor Matakuliah Ilmu Biomedik

Departemen Biokimia, Biologi Molekuler, dan FisiologiFakultas kedokteran Universitas Lampung

syazili mustofa

Protein • Berasal dari kata Yunani (proteos) : yang

utama• >50% berat kering sel/makhluk hidup adalah protein

• Keutamaan dlm mencerminkan keutamaan fungsi pasti berperan sgt penting dlm ¢.

• Sifat kimia & biologi protein sangat beragam# BM : bbp ratus D – bbp juta D

- dari larutan biasa sampai larutan koloid

syazili mustofa

- dapat dikristalkantidak dpt dikristalkan# Kelarutan : sangat dipengaruhi pH lar.

- konsep pI dan pH optimum_ pI : pH isoelektrik, pH yang muatan (+) dlm suatu

mol protein = muatan (-):1. Disbbkan o/ R aa yg membnt prot ybs2. Pd pH=pI, kelarutan protein semata-mata

dipertahankan oleh mantel air pd pI, protein sangat mudah diendapkan, cukup dengan menarikmantel air

3. Pd pemisahan dengan elektroforesis, bila pH daparelektroforesis=pI prot, ybs tdk bergerak dalammedan listriuk elektroforesis

syazili mustofa

_ pH optimum : suatu protein selalu punya fgs biologis. 1.Bila diamati/diukur pd bbg pH, fgs biologis tsb

suatu pH dg akt maksimum. 2.Di luar itu (pH</>), akt biol protein tsb <, sampai 0.

Kurva bbnt. Parabola3. Juga disbbkan oleh ionisasi R yg ada pd residu aa

penyusun protein. 4.Pd pH = pHopt, ionisasi R str 3 D yg tepat, sehingga

prot ybs dapat menjalankan fgs- pI adalah identitas fisikokimia suatu protein sbg

molekul protein- pH adalah identitas fisikokimia suatu protein dalam

hubungan fungsi biologisnya.

syazili mustofa

• Gabungan variasi BM dengan pI & pHopt masalah dlm isolasi & purifikasi protein dlm jangka waktu lama.

• Isolasi & purifikasi protein sll merupakan usaha penjelajahan (eksplorasi), yang sll mengandung ciri “coba-coba”, walau pun kini sudah > terarah. Selalu ada pengaruh faktor pengalaman unsur “seni” (arts)

syazili mustofa

• Definisi protein :- Kimia : protein adalah heteropolimer aa yg satu

sama lain terikat dengan ikatan peptida 1.Tidak menjelaskan, bgmn heteropolimer tsb disusun

dari aa yg berbeda2.Tidak menjelaskan, bagaimana protein yang

berbeda-beda disusun3. Tidak menjelaskan bgmn protein yang sama tiap

akan disintesis tidak boleh salah dlm & urutanaa

- Biologi : Protein adalah senyawa yang terbentuklangsung sebagai hasil pengungkapan informasigenetik di dalam gen

1. Tidak menjelaskan komposisi kimia

syazili mustofa

2. Tidak menjelaskan, bagaimana unsurpembentuknya terikat satu sama lain

3. Tidak menjelaskan identitas senyawa penyusunprotein.

# Definisi Biokimia : Protein adalah heteropolimer aa, terikat satu sama

lain dengan ikatan peptida & merupakanpengungkapan langsung dari informasi genetik didalam gen. (tertulis miring: kata kunci)

1. Heteropolimer aa : a. ada >1 aa penyusun proteinb. konsep aa penyusun protein & aa bukanpenyusun protein ciri-ciri kimia :- gugus asam harus COOH

syazili mustofa

- Harus suatu asam amino ( -COOH dan -NH2 terikatke C yang sama, yaitu C yang asimetrik) aa dg gugus asam bukan –COOH (mis. sulfat, spt pd taurin) tdk pernah berada dalam suatu protein. Aa dg –COOH & -NH2 terikat di tempat berbeda, tidak pernahberada dalam protein (mis. -alanin)

2. Ikatan peptida : ada bbp kemungkinan ikatan kovalenantar aa.

- Ikatan pembentuk protein adalah ikatan peptida: ikatan kovalen yg terbentuk sbg hsl pengawahidratan–COOH aa yg satu dg –NH2 aa yg lain.

- Ikatan kovalen lain mgkn ada dlm suatu protein, ttpbukan pembentuk rangka utama/tlg pgg protein. Ikatan kovalen lain (mis –S-S-) sgt penting u/ str 3 D &/ fgs protein tertentu

syazili mustofa

3. Pengungkapan langsung informasi genetik :- gen : unit informasi genetik dalam DNA / kromosom- Pengungkapan lgsg : hub gen dg protein 1 gen

untuk 1 polipeptida (Beadle & Tatum : One gene one enzyme) bila gen u/ suatu protein tdk ada, organisme ybs tdk dpt sintesis protein tsb.

- Karena prot tda aa jenis tertentu yg tdk boleh salahdalam & urutan hrs ada inf tertentu u/ tiapjenis aa kodon : unit informasi dlm gen ygmenyandikan suatu aa. Ada 20 aa penyusunprotein, ttp ada > 20 kodon 1 kodonmenyandikan 1 aa, ttp 1 aa disandikan oleh > 1 kodon. Kodon adalah tribasa dalam asam nukleat, yang mengandung makna 1 aa.

,

syazili mustofa

• Universalisme biologis :Msk makhluk hidup sangat beragam, ada

universalisme mulai dari virus sampai manusia:- Menggunakan aa yang sama u/ menyusun protein,

jumlah hanya 20 jenis- Menggunakan bahasa genetik yg sama u/

“mengucapkan” aa tsb : kodon dg arti yang sama. - Menggunakan alat penukar E yg sama, yaitu ATP.

syazili mustofa

• Struktur protein :- kompleksitas molekul protein str yg rumit, yg hrs

dibagi dlm bbp pengertian / konsep :- Str. Primer, yaitu bagaimana aa disusun menurut

urutan tertentu, tiap kali disintesis.- Str. Sekunder : bagaimana interaksi antara gugus

bermuatan yang berdekatan dari aa yg menyusunsuatu protein dan menghasilkan suatu bentukgeometris tertentu.

- Str tersier : bagaimana gambaran global dari suatuprotein, sebagai hasil dari str sekunder yang ada didalamnya

- Str kuaterner : khusus u/ prot yang terdiri atas bbppolipeptida, bagaimana hub antar subunit

Asam amino

• ada 20 asam amino.

• Asam amino terdiri dari gugus karboksildan gugus amino yang terikat pada atom karbon

• Sebuah atom hidrogen dan sebuah rantaisamping (R) juga terikat atom karbon

Prentice Hall c2002 Chapter 3 13

Struktur 4 asam amino alifatik


Proline mempunyai N pada sisitem cincinalifatiknya

• Proline (Pro, P) - has a three carbon side chain bonded to the -amino nitrogen

• The heterocyclic pyrrolidinering restricts the geometry of polypeptides


Struktur asam amino Aromatik


Methionine and cysteine


Pembentukan cystine


Asam amino dengan rantai samping gugusalkohol

• Serine (Ser, S) and Threonine (Thr, T) have uncharged polar side chains


Structures of histidine, lysine and arginine


Struktur aspartate, glutamate, asparaginedan glutamine

Struktur primer

kondensasi -carboxyl satu asam amino dengan -amino asam amino lainnya(hilangnya molekul H2O)

syazili mustofa

# Str sekunder :- Interaksi ikatan kimia antara bbg gugus dari R dlm

suatu protein pola-pola geometris 3 D dari suatupggl / keseluruhan urutan aa

- Pola-pola tsb disbbk o/ keberadaan aa tertentu

- Str sekunder ditentukan oleh str primer- Pola tsb : heliks-, lembar gelombang-,

tekukan,simpai (loop) & sulur sebarang (random coil)

- Suatu rantai polippt yg membentuk suatu protein dpt hanya mempunyai 1 str sekunder, dapat pula > 1.


Fig. 4.10 The a-helix


Fig. 4.11 Stereo view of right-handed a helix

• All side chains project outward from helix axis


Fig. 4.13 Horse liver alcohol dehydrogenase

• Amphipathic helix (blue ribbon)

• Hydrophobic residues (blue) directed inward, hydrophilic (red) outward


Fig 4.15 b-Sheets (a) parallel, (b) antiparallel


Fig. 4.19Common motifs


Fig. 4.23 Common domain folds

syazili mustofa

# Str tersier :- Gambaran 3 D suatu mol protein / polippt tunggal- Hanya ada 2 : globuler & fibriler- Hasil dari str sekunder dlm rantai polippt- Bila rantai polippt punya >1 str sekunder protein

globuler- Bila hanya ada 1 str sekunder protein fibriler. Str

sekunder tunggal tsb biasanya heliks- saja ataulembar- saja.

- Jenis str tersier menggambarkan fgs umum dariprotein ybs

- Protein globuler umumnya protein regulator (enzim, mediator dlsb)

syazili mustofa

- Protein fibriler biasanya protein pendukung struktur(kolagen, keratin dll)

- Keberadaan suatu str sekunder di suatu penggalpolippt menentukan lokasi & interaksi penggal tsb dg sesamanya atau dg mol lain

- jenis str sekunder menentukan str tersier (=str 3 D) & ini menentukan fgs protein

syazili mustofa Chapter 3 31

protein Globular

• Biasanya larut air, padat, berbentuklonjong.

• Bagian dalam Hidrofobik, bagianpermukaan hyirofilik

• Contohnya : enzim, protein pembawa danprotein regulator


Protein Fibriler

• Berfungsi sebagai penyokong mekanik

• Sering berbentuk seperti kabel

• Contoh

• a-Keratins: komponen utama rambut dankuku

• Collagen: komponen utama tendon, kulit, tulang dan gigi

Struktur kuaterner :

- Tidak semua protein punya str ini- Hanya ada pd protein yg tdda bbp polippt sbg

subunit (protein oligomer) spt Hb, Ig, hormondll

- Tdk ada hub dg BM (insulin, Hb, albumin)


Fig 4.25 Quaternary structure of multidomain proteins


Fig. 4.42 Hemoglobin tetramer

(a) Human oxyhemoglobin (b) Tetramer schematic

syazili mustofa

- Interaksi kimia antar subunit terjadi melalui 2 kemungkinan : ikatan –S-S- (Ig, insulin, hormon, toksin tetanus) atau ikatan –H (Hb).

- Interaksi ini sangat rentan akan perubahan aa yang langsung berkontak

- Perubahan 1 aa (str primer) mengubah str sekunder& ini mengubah str tersier gangguan fgs protein ybs

- Perubahan 1 aa (str primer) juga dpt mengubah titikinteraksi antara polippt yg menjadi subunit suatuprotein / mengganggu interaksi antar molekul(sesama protein, dg protein lain, atau dg molekullain)

- Perubahan 1 aa (=mutasi)dampak yang luas

syazili mustofa

• Hubungan struktur – fungsi :- Str 3 D yg tepat menjamin fgs- Contoh : FSH, insulin & Ig (Ab)- FSH kuda # FSH manusia, ttp bila salah satu disuntik

dg FSH yg lain respon biologis yg sama. Hal ygsama dengan insulin & ATS

- Str primer (urutan aa) kedua hormon & ab ygberasal dari kedua sumber tsb berbeda

- Efek biologis sama disbb o/ pusat aktif protein tsbsama.

- Pusat aktif tsb tda aa tertentu yg sama/mirip str 3 D setempat sama dpt kenali & ikat str yg menjadisasarannya

syazili mustofa

- Dapat dikatakan, bahwa urutan asam amino sebenarnya diperlukan untuk memperoleh suatustruktur yang tepat.

- Urutan itu sendiri, pada dirinya sendiri sebenarnyatidak berperan apa pun.

- Tampak pd campuran aa, bahkan juga pd protein denaturasi

- Urutan aa adalah usaha untuk mencapai suatu strukturtertentu, dalam kondisi fisik lingkungan tertentu.

- Str 3 D, dibentuk dengan cara apa pun, apa bila telahdiperoleh dengan tepat, dapat menjalankan suatufungsi biologis, meskipun tdk dpt dikendalikan. Rekayasa yg plg mdh u/ itu ialah dg gunakan ab.

syazili mustofa

• Perubahan str 3 D protein dpt terjadi secaramenetap sejak awal, atau sementara.

# Perubahan str 3 D menetap sejak awal : - Disebabkan oleh perubahan aa di suatu tempat

(mutasi)- Ok jenis aa di suatu tempat ditentukan oleh

kodon, perubahan kodon- Tdk dapat dipulihkan/diperbaiki dengan cara-cara

fisikokimia- Efek biologis beragam : mulai dari tidak ada

(sekedar variasi aa tanpa perubahan str 3 D berarti) yaitu suatu polimorfisme, sampai kepada kelainanyang berat.

syazili mustofa

# Perubahan str 3 D sementara disbb o/ pengaruh lingkungan

- Sangat penting u/ jalankan fgs protein- Semua protein bekerja atas dasar perubahan str 3 D

sementara ini (jelas pada enzim, mediator, efektor spt miosin dll)

- Pd dsrnya, terjadi karena perubahan kondisi tk lingk molekul yg reversibel

- Bila proses fgs biologis selesai dijalankan, protein kembali ke keadaan semula.

- Faktor lingkungan yg sgt penting u/ perubahan str 3 D ialah pH, to dan reaksi/ikatan kimia.

syazili mustofa

- Pengaruh pH :_ Mengubah ionisasi / muatan gugus R & gugus karbonil

& imino_ Menyebabkan fenomena pHoptimum

_ Biasanya denaturasi yg disbbkan perubahan pH bersifat reversibel

_ Menerangkan perlunya sistem dapar & mekanismehomeostasis

- Pengaruh to :_ to menggambarkan gerak termodinamik (gerak Brown)

dari molekul_ E ini melawan E ikatan kimia, t.u lemah, yg

pertahankan str 3 D. Juga tooptimum

_ ireversibel bila E masuk >>.

syazili mustofa

- Pengaruh ikatan/reaksi kimia :_ Pengikatan gugus tambahan ke suatu bag protein

(gugus R) ubah str 3 D_ Reversibel : terjadi mis a.l pd rx enzimatik, interaksi

protein-ligan, protein lokomosi. Ada mekanisme u/ melepaskan diri dari ikatan kimia (+)an tsb

_ Ireversibel : fisiologis terjadi pada peristiwamodulasi suatu reaksi enzimatik. Patologis terjadipada peristiwa keracunan (logam berat, senyawakimia lain bersifat racun seperti insektisida)


Fungsi penting protein dalam kehidupan

1. Enzim, katalis biokimia2. Penyimpanan dan transport molekul biokimia3. Pendukung fisik sel dan bentuk sel (tubulin,

actin, collagen)4. Pergerakan mekanik (flagella, mitosis, muscles)

Struktur dan fungsi protein · PDF file• Definisi protein : - Kimia : ... Penyimpanan dan...

Documents

Transcript of Struktur dan fungsi protein · PDF file• Definisi protein : - Kimia : ... Penyimpanan dan...