UTS BKM_PRINSIP DAN STRUKTUR PROTEIN

Peran dan aktivitas protein diantaranya adalah sebagai katalisis enzimatik, transpor dan penyimpanan, koordinasi gerak, penunjang mekanis, proteksi imun, membang-kitkan dan menghantar impuls saraf, serta pengaturan pertumbuhan dan diferensiasi. Untuk dapat melakukan fungsi biologis, protein melipat ke dalam satu atau lebih konformasi spasial yang spesifik, didorong oleh sejumlah interaksi non-kovalen seperti ikatan hidrogen, interaksi ionik, gaya van der Waals, dan sistem kemasan hidrofobik.

Protein diklasifikasikan berdasarkan ukuran fisik mereka sebagai nanopartikel (1-100 nm). Sebuah protein dapat mengalami perubahan struktural reversibel dalam menjalankan fungsi biologisnya. Struktur alternatif protein yang sama disebut sebagai konformasi. Di samping digunakan untuk pembentukan sel-sel tubuh. Protein juga digunakan sebagai sumber energi apabila tubuh kita kekurangan karbohidrat dan lemak. Komposisi rata-rata unsur kimia yang terdapat dalam protein ialah sebagai berikut: karbon 50%, hidrogen 7%, oksigen 23%, nitrogen 16%, belerang 0,3%, dan fosfor 0,3%.

1.1.Primer, sekunder, tersier dan organisasi kuarter.

Struktur primer adalah urutan asam amino. Struktur sekunder berhubungan dengan pengaturan kedudukan ruang residu asam amino yang berdekatan dalam urutan linier. Struktur tersier menggambarkan pengaturan ruang residu asam amino yang berjauhan dalam urutan linier dan pola ikatan-ikatan sulfida. Di samping itu dikenal juga adanya struktur kuarterner dan struktur supersekunder.

1.1.1.      Struktur primer

Susunan linier asam amino dalam protein merupakan struktur primer. Susunan tersebut merupakan suatu rangkaian unik dari asam amino yang menentukan sifat dasar dari berbagai protein dan secara umum menentukan bentuk struktur sekunder dan tersier.

1.1.2.      Struktur sekunder

Bentuk-bentuk yang dihasilkan oleh kekuatan menarik di antara asam amino dalam rangkaian protein dapat berbentuk spriral, heliks, dan lembaran. Bentuk ini dinamakan struktur sekunder. Dalam kenyataannya struktur protein biasanya merupakan polipeptida yang terlipat-lipat dalam bentuk tiga dimensi dengan cabang-cabang rantai polipeptidanya tersusun saling berdekatan.

1.1.3.      Struktur tersier

Struktur tersier menggambarkan pengaturan ruang residu asam amino yang berjauhan dalam urutan linier dan pola ikatan-ikatan disulfida. Kebanyakan protein mempunyai beberapa macam struktur sekunder yang berbeda. Jika digabungkan, secara keseluruhan membentuk struktur tersier protein.

1.2.Plot Ramachandran.

Plot Ramachandran digunakan untuk memvisualisasikan koordinat tiga dimensi protein yang telah ditentukan melalui eksperimen ke dalam koordinat internal. Koordinat internal terdiri dari sudut dihedral Φ (phi) sebagai sumbu x dan sudut ψ (psi) sebagai sumbu y residu asam amino dari struktur protein. Plot ini memperlihatkan konformasi yang mungkin dari sudut Φ dan ψ untuk polipeptida.

            Secara matematis, plot Ramachandran adalah visualisasi dari sebuah fungsi. Daerah dari fungsi ini adalah torus. Sudut Φ merupakan sudut dihedral sepanjang ikatan N-Cα, sedangkan sudut ψ merupakan sudut dihedral sepanjang ikatan Cα-C. Setiap residu asam amino mempunyai satu sudut Φ dan sudut ψ. Oleh karena itu setiap residu dapat digambarkan sebagai satu plot.

Plot-plot yang menggambarkan residu asam amino pada struktur protein disebut plot Ramachandran. Plot Ramachandran terdiri dari empat kuadran dan empat daerah. Keempat daerah itu antara lain most favoured regions, additional allowed regions, generously allowed regions, dan disallowed regions. Pada plot Ramachandran, klaster yang terbentuk dari beberapa residu menunjukkan struktur sekunder yang terbentuk.

Melalui plot Ramachandran dapat diketahui suatu struktur protein mempunyai kualitas yang baik atau tidak. Caranya dengan melihat plot residu non glisin yang terletak pada wilayah sudut dihedral yang dilarang (disallowed regions). Glisin tidak mempunyai rantai samping sehingga sudut Φ dan ψ nya dapat berada pada empat kuadran dari plot Ramachandran. Suatu struktur protein dinyatakan baik jika jumlah plot residu yang terdapat pada most favoured regions lebih dari 90% dan R-factor tidak lebih dari 20%.

1.3.Organisasi dari protein membran.

Protein membran adalah protein yang berinteraksi dengan, atau bagian dari membran biologis. Protein membran ini memuat protein membran integral yang tertahan secara permanen atau bagian dari membran dan protein membran periferal yang hanya sementara menempel pada lipid dwilapis atau pada protein integral lainnya. Protein membran integral terbagi menjadi protein transmembran yang membentang melintasi membran dan protein monotopik integral yang hanya menempel pada satu sisi membran. Protein membran merupakan jenis protein umum bersama dengan protein globular terlarut, protein menyerabut, dan protein takteratur. Protein membran menjadi target lebih dari 50% obat medis modern. Diperkirakan bahwa 20–30% gen pada keseluruhan genom menyandikan protein membran.

Sebagian besar protein merupakan protein membran. Sebagai contoh, sekitar 1000 dari sekitar 4200 protein E. coli merupakan protein membran. Lokalisasi protein membran telah dikonfirmasi lebih dari 600 protein secara eksperimen. Lokalisasi proteins pada membran dapat diprediksi dengan tepercaya menggunakan analisis hidrofobisitas sekuens protein, misalnya lokalisasi sekuens asam amino hidrofobik.

Protein membran menampilkan berbagai fungsi vital untuk kesintasan organisme:

• Protein reseptor membran merelai sinyal antara internal sel dan lingkungan eksternal.
• Protein transpor memindahkan molekul dan ion melintasi membran. Protein ini dikategorikan berdasarkan Basis Data Klasifikasi Pengangkut.
• Enzim membran mungkin memiliki banyak aktivitas, seperti oksidoreduktase, transferase, dan hidrolase.
• Molekul adhesi sel memungkinkan sel untuk mengidentifikasi satu sama lain dan berinteraksi. Sebagai contoh, protein yang terlibat dalam respons imun.

1.3.1.      Protein membran integral

Protein membran integral menempel secara permanen pada membran. Protein ini dapat dipisahkan dari membran biologis hanya dengan menggunakan detergen, pelarut nonpolar, atau terkadang agen pendenaturasi. Satu contoh jenis protein ini yang saat ini belum dikarakteristikkan secara fungsional adalah SMIM23. Protein ini dapat diklasifikasikan berdasarkan hubungannya dengan lipid dwilapis:

·         Protein politopik integral, juga dikenal sebagai "protein transmembran", adalah protein membran integral yang membentang melintasi membran setidaknya satu kali. Protein ini mungkin memiliki topologi transmembran berbeda. Protein ini memiliki satu dari dua struktur arsitektur:

o   protein berkas heliks, terdapat pada semua jenis membran biologis;

o   protein tabung beta, yang hanya ditemukan pada membran luar bakteri Gram-negatif, serta membran luar mitokondria dan kloroplas.

·         Protein monotopik integral adalah protein membran integral yang hanya menempel pada satu sisi membran dan tidak membentang hingga melintasi membran.

1.3.2.      Protein membran periferal

Protein membran periferal adalah protein yang sementara menempel pada lipid dwilapis atau pada protein integral oleh kombinasi interaksi hidrofobik, elektrostatik, dan interaksi nonkovalen lainnya. Protein periferal berdisosiasi mengikuti perlakuan dengan reagen polar, seperti larutan dengan pH dinaikkan atau konsentrasi garam tinggi.

Protein integral dan periferal mungkin mengalami modifikasi pasca-translasi, dengan penambahan rantai asam lemak, prenil, atau GPI (glikosilfosfatidilinositol) yang mungkin tertahan pada lipid dwilapis. secA merupakan protein membran terkenal yang telah divisualisasi pada tingkat molekul tunggal yang mengikat dan melepas translokon, protein membran integral.

1.3.3.      Toksin polipeptida

Toksin polipeptida dan banyak peptida antibakterial, seperti kolisin dan hemolisin, serta berbagai protein yang terlibat dalam apoptosis, terkadang dipertimbangkan pada kategori terpisah. Protein ini larut dalam air, tetapi dapat beragregasi dan berasosiasi secara takreversibel dengan lipid dwilapis dan menjadi berasosiasi dengan membran secara reversibel maupun takreversibel.

1.4.Plot hidrofobik

Hidrofobisitas didefinisikan sebagai perubahan energi bebas untuk transfer asam amino dari pelarut apolar seperti n-oktanol ke air telah digunakan, secara umum, untuk menggambarkan segmen protein yang mengandung residu asam amino non-polar yang kompatibel untuk interaksi dengan lapisan ganda lipid. Hidrofobisitas pada dasarnya adalah ukuran tingkat afinitas antara air dan rantai samping asam amino.

Asam amino dengan rantai samping non-polar memiliki hidrofobisitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan asam amino dengan rantai samping polar atau bermuatan. Untuk memperkirakan hidrofobisitas segmen protein, hidrofobisitas asam amino individu dirata-ratakan, dengan asumsi bahwa transfer gugus kimia dari pelarut apolar tidak bergantung pada molekul yang lebih besar yang mengikat gugus tersebut.

1.5.Asam nukleat: aliran informasi dalam sel

Asam nukleat adalah makromolekul pertama yang berhasil diisolasi dari dalam inti sel. Asam nukleat berbentuk rantai linier yang merupakan gabungan monomer nukleotida sebagai unit pembangunnya. Molekul ini menyimpan informasi pertumbuhan sel dan reproduksi. Asam nukleat dalam sel terdiri dari DNA (DeoxyriboNucleic Acid) dan RNA (RiboNucleic Acid). Kedua jenis asam nukleat ini memiliki perbedaan basa purin yang merupakan molekul penyusunnya. Untuk RNA disusun oleh gula D-ribosa dan basa urasil. Sedangkan untuk DNA disusun oleh gula 2-deoksi-D-ribosa yaitu gula D-ribosa yang kehilangan gugus OH pada atom C nomor 2 dan basa timin.

Jenis-jenis asam nukleat

·         Asam deoksiribonukleat adalah asam nukleat yang di dalamnya terdapat instruksi genetik yang dimanfaatkan dalam pengembangan fungsi dari semua organisme hidup.

·         Asam ribonukleat atau disingkat RNA ini memikiki tugas sebagai pengkonversi informasi genetik yang berasal dari gen menuju sekuens asam amino yang berasal dari protein.

Fungsi Asam Nukleat

• Sebagai penyimpanan dan mentransfer informasi genetik.
• Menyimpan informasi genetik dan mengarahkan sintesis genetik baru.
• Menyimpan informasi genetik dan dalam sel.
• Mengontrol sintesis RNA di dalam sel dan dilakukan oleh DNA.
• entransmisikan informasi genetik dari DNA ke pembentukan protein sel.
• Mengarahkan produksi protein baru dengan mengirimkan informasi genetik pada struktur bangunan protein.