LIGAN
Ligan : Molekul spesifik yang dapat mengikat
reseptor dan menimbulkan efek biologis.
Ligan dapat berupa bukan protein atau protein :
1. hormon, growth factor, neurotransmitter, feromon
2. stimulus fisik: cahaya, panas, sentuhan
3. perubahan konsentrasi metabolit
Pada gambar di atas, stimulus dari luar sel berupa ligan,
kemudian terjadi ikatan antara ligan dengan reseptor di
membran sel. Terus ada suatu mekanisme penyampaian
pesan yang akan menyebabkan perubahan ekspresi gen.
Protein : Heteropolimer yang terdiri dari
asam amino terikat melalui ikatan peptide secara
kovalen terbentuk dari hasil informasi DNA.
Untuk menjalankan fungsinya protein akan mengikat
bahan lain seperti ion dan koenzim yang dikenal sebagai
ligan, jadi dibahas PROTEIN-LIGAN.
Fungsi protein ligan umumnya sebagai regulator
contohnya HEMOGLOBIN bukan sebagai katalisator tetapi
meregulasi oksigen.
Fungsi protein ligan itu sendiri :
1. Transpor molekul Hemoglobin O2
Myoglobin
2. Pergerakan Aktin-Miosin Ca2+
Tropomiosin-Troponin
3. Imunitas Antibodi Antigen
4. Katalisis Reaksi Enzim Substrat
5. Reseptor Protein G Obat Morphine
Konsepnya sama dengan pengikatan enzim-substrat
Prinsip ikatan protein-ligand
1. Ikatan protein-ligan itu reversibel
2. Ikatan protein-ligan spesifik (strukturnya
komplementer/couple)
3. Protein itu fleksibel: Bisa merubah konformasi/
kesesuaian (Induced-Fit oleh ligan)
Seperti enzim dengan induced-fit model
4.
Provokator: Propagasi/menstimulus perubahan
konformasi protein yang lain
5. Interaksi protein-ligan bisa diatur
• Protein yang mengikat ligan disebut sebagai
apoprotein.
• Kompleks interaksi antara protein dan ligan disebut
sebagai holoprotein.
• Setelah protein selesai di translasi, maka ada beberapa
protein yang akan mengalami modifikasi, hal tersebut
disebut sebagai modifikasi pascatranslasi.
• Modifikasi yang sering ditemukan adalah modifikasi
berupa fosforilasi ( proses masuknya fosfat trivalent ke
dalam molekul organik ) pada residu serin, treonin, dan
tirosin.
• Selain fosforilasi, proses modifikasi lainnya adalah
dengan cara penambahan gugus karbohidrat yang
dikenal sebagai glikosilasi pada residu serin, treonin,
dan asparagine.
• Interaksi protein‐ligan dapat dituliskan melalui
persamaan reaksi berikut:
P+L ⇄ PL -> efek biologis
P : Protein
L : Ligan
PL : Kompleks Protein-Ligan (Holoprotein)
Kompleks PL bersifat REVERSIBEL, jika tidak
dibutuhkan lagi maka akan lepas.
• Persamaan tersebut memiliki tetapan keseimbangan
tertentu, dan reaksi ini tunduk pada hukum kegiatan
massa.
• Hukum kegiatan massa
Dalam suatu sistem yang seimbang, tetapan
keseimbangan khas bagi tiap sistem dan nilainya adalah
hasil kali konsentrasi produk yang masing‐masing
dipangkatkan dengan koefisien, dibagi dengan hasil kali
konsentrasi reaktan yang masing‐masing dipangkatkan
dengan koefisien.
mA + nB ⇄ oC + pD
Produk : A + B
Koefisien Produk : m dan n
Reaktan : C + D
Koefisien Reaktan : o dan p
Keq =
• Sistem tersebut memiliki kejenuhan. Dimana laju reaksi
tidak akan meningkat meskipun substrat ditambahkan,
karena semua sisi aktif enzim telah mengikat substrat.
• Dengan persamaan berikut, P+L ⇄ PL, maka dapat
ditentukan:
1. Afinitas P&L
Afinitas : Kemampuan ligan mengikat reseptor.
Semakin besar, semakin mudah berikatan dengan
reseptor.
2. Bilangan pergantian (turnover number)
Ikatan Protein-Ligan
COOPERATIVE
Jadi setelah terbentuk kompleks protein-ligan akan
mengaktifkan protein lain kemudian mengaktifkan
protein yang lain lagi, seterusnya dan seterusnya.
NONCOOPERATIVE
Kompleks protein-ligan dengan kondisi yang sesuai
tetapi binding site tidak dapat berkomunikasi dengan
yang lain, TIDAK ADA REAKSI. Kenapa ?
kemungkinan terjadi mutasi ! atau terjadi ikatan
bukan protein-ligan tetapi dengan yang lain yang
memiliki gugus yang sama (analog), sehingga tidak
terjadi reaksi.
• Contoh interaksi protein‐ligan antara lain ialah:
a. Hemoglobin
• Hemoglobin dan mioglobin adalah protein yang
berfungsi untuk mengangkut oksigen di dalam
tubuh. Mioglobin mengikat oksigen di dalam sel otot
sehingga oksigen akan selalu tersedia untuk metabolisme
sel‐sel otot. Hem berfungsi
sebagai gugus prostetiknya.
Hem terdiri dari sebuah cincin porfirin hidrofobik yang
berikatan dengan besi kemudian berikatan dengan
kantong hidrofobik pada protein yang mengandung 2
residu histidin.
Hemoglobin mengandung 4 subunit, yaitu 2 subunit α
dan 2 subunit β.
Rantai α memiliki 141 residu asam amino.
Rantai β memiliki 146 residu asam amino.
Kerja hemoglobin tergantung pada tekanan O2.
Karakteristik Hb :
1. Ditemukan di dalam eritrosit sekitar 34% dari
berat
2. Struktur tetramer α2β2
3. Struktur subunitnya mirip myoglobin
4. Sensitive terhadap perubahan O2 karena struktur
kuartenernya.
5. Afinitas terhadap O2 lebih rendah dari myoglobin.
Substitusi pada rantai asam amino pada struktur
hemoglobin dapat berakibat serius, contohnya adalah
penyakit anemia sel sabit yang terjadi karena adanya
substitusi valin dengan glutamate.
Hb S (Sickel cell)
Positive site : resisten terhadap malaria.
Sickle cell anemia normal
Bentuk eritrosit yang cekung itu mempengaruhi terhadap
pengikatan O2 .
• Pada tekanan O2 yang tinggi
Menyebabkan terjadinya afinitas rendah sehingga
hemoglobin dan mioglobin akan mengalami kejenuhan.
Pada tekanan O2 yang rendah
Menyebabkan afinitas tinggi supaya mengikat O2 lebih
banyak. Mioglobin akan mengandung oksigen lebih
banyak daripada hemoglobin.
Oleh karena itu hemoglobin berfungsi sebagai
pengangkut oksigen yang efektif.
Why? Because myoglobin is insensitive to small
change in [O2] (pO2) when pO2 is larger than certain
value, myoglobin with its high affinity for O2 is good for
storage, but not good for transport.
Jadi myoglobin ..
1. Dia tidak sensitif terhadap perubahan O2
2. Jadi, saat tekanan parsial O2 lebih besar dari angka
standarnya, perubahan konsentrasi O2 yang sedikit
belum bisa membuat ikatan O2-myoglobin lepas.
3. Makanya, dia bagus untuk menyimpan O2 tapi tidak
bagus untuk transpor. Karena nantinya bisa
mengikat tapi tidak bisa melepas.
Hemoglobin (Hb) akan mengikat O2 di paru‐paru dimana
tekanannya tinggi dan akan melepasnya ke tempat yang
tekanannya rendah, yaitu di dalam sel dan jaringan tubuh.
• Perbedaan antara mioglobin dan Hb, terletak pada
struktur keduanya.
O2 berikatan dengan rantai polipeptida tunggal dari
mioglobin, sedangkan O2 dapat berikatan dengan
keempat subunit dari Hb.
Hb dapat berada dalam keadaan “tegang” (T) dan dalam
keadaan “rileks” (R). O2 akan mudah terikat pada Hb jika
dalam keadaan R.
T state tidak ada His HC3 yang berfungsi untuk mengikat
Hem. R state ada His HC3 ditengah untuk mengikat Hem.
Apabila oksigen dalam darah rendah, maka oksigen harus
meningkat cukup banyak agar Hb dapat mengikat oksigen
pertama. Namun,
apabila beberapa
oksigen telah terikat,
hanya diperlukan peningkatan sedikit tekanan oksigen
agar persen saturasi hemoglobin oleh oksigen meningkat.
Hasilnya adalah kurva saturasi oksigen yang berbentuk
sigmoid.
Adapun bahan yang mempengaruhi pengikatan
oksigen antara lain ialah 2,3-bifosfogliserat
berfungsi untuk menurunkan afinitas Hb terhadap
oksigen, sehingga oksigen akan mudah dilepaskan
kedalam jaringan tubuh.
• Jika Hb mengikat proton, maka proton juga akan
menurunkan afinitas Hb, sehingga menimbulkan
fenomena yang dikenal sebagai efek Bohr. Ketika darah
masuk ke dalam jaringan, maka pH darah akan
menurun dan konsentrasi proton akan meningkat
karena adanya peranan CO2.
b. Imunoglobulin
• Imunoglobulin berfungsi mengikat antigen asing
yang masuk ke dalam tubuh.
Imunoglobulin (Ig) terdiri atas 2 rantai, yaitu rantai
ringan dan rantai berat yang diikatkan oleh ikatan
disulfida.
• Ig yang paling banyak di dalam tubuh manusia
adalah IgG yang juga dikenal sebagai globulin ɣ yang
terdiri dari 220 asam amino pada rantai ringan dan 440
asam amino pada rantai berat.
c. Kolagen
• Merupakan protein fibrosa sebagai komponen utama
jaringan ikat dan merupakan protein yang jumlahnya
paling banyak di dalam tubuh mamalia. Kolagen
dapat dijumpai di tulang, tendon, kulit, pembuluh darah,
dan kornea mata. Kolagen mengandung sekitar 33%
glisin dan 21% prolin.
• Tropokolagen adalah protein yang mengalami
modifikasi pascatranslasi ekstensif dan merupakan
prekusor bagi kolagen.
d. Insulin
• Berfungsi untuk mengubah glukosa menjadi
glikogen. Terdiri dari 2 rantai polipeptida, yaitu rantai
A yang mengandung 21 asam amino dan rantai B yang
mengandung 30 asam amino yang keduanya disatukan
oleh 2 ikatan disulfida.
e. Heksokinasi
Berfungsi untuk fosforilasi glukosa dan membentuk
glukosa‐6‐ fosfat. Terdapat 2 konformasi molekul
berbeda, yaitu struktur terbuka dan struktur
tertutup. Ketika mengikat glukosa maka struktur enzim
berubah dari struktur terbuka menjadi struktur tertutup.
Turnover Protein
Konsep turnover protein membandingkan antara sintesis
protein dengan degradasi protein.
Sumber utama terjadinya degradasi protein adalah asam
amino, namun asam amino tersebut nantinya akan
digunakan untuk sintesis asam amino yang baru. Namun
tidak semua asam amino hasil degradasi akan
digunakan untuk sintesis asam amino kembali, ada
sebagaian asam amino yang akan dirombak dan
nitrogennya dikeluarkan dari dalam tubuh melalui urin.
Pada masa pertumbuhan, sintesis protein lebih sering
terjadi daripada degradasinya. Turnover protein
berhubungan dengan keseimbangan nitrogen.
Pada orang yang proses sintesis proteinnya lebih
banyak daripada proses degradasinya maka orang
tersebut memiliki keseimbangan nitrogen positif
sehingga ia dapat melakukan aktivitas fisik dengan baik.
Namun pada orang yang sintesis proteinnya lebih sedikit
daripada proses degradasinya, maka keseimbangan
nitrogennya adalah keseimbangan negatif dan aktivitas
fisiknya akan terganggu dan bila dibiarkan terus
menerus, massa otot‐otot rangkanya akan berkurang.
Kegunaan
1. Afinitas sangat penting untuk :
Mengetahui peran enzim dan proses metabolisme
Pemilihan obat
Mamahami keracunan dan pengobatannya
Marancang obat untuk inhibit kerja enzim dalam
rangkaian metabolisme / protein dalam jalur
transduksi sinyal.
2. Turnover number :
Memahami peran fisiologis suatu enzim / protein
Memahami proses amplifikasi sinyal dalam kaskade.
Top Related