PROTEIN: STRUKTUR dan FUNGSI

Asmuddin NatsirAnimal Nutrition Department

Hasanuddin University, Kampus Tamalanrea, Makassar-90245081543150878, asmuddinnatsir@yahoo.com

Apa itu Protein?

• Protein merupakan rantai lurus atau merupakan polimer asam-asam amino.

• Jika protein dihidrolisis secara hati-hati di bawah kondisi yang sangat terkontrol akan diperoleh sebanyak 20 asam-asam amino.

• Semua organisme, dari Bakteri sampai dengan gajah, memiliki protein yang tersusun dari ke dua puluh asam amino atau modifikasi dari ke dua puluh asam amino tersebut.

KLASIFIKASI PROTEIN

Meskipun tidak ada sistem klasifikasi yang dapat diterima secara universal, protein dapat diklasifikasi berdasarkan:

• Kelarutan, • Bentuk, • Fungsi Biologi, • atau Struktur tiga

dimensinya

Klasifikasi Protein berdasarkan Kelarutan

Masih digunakan pada laboratorium klinik:

Albumin Globulin Histon dll

Klasifikasi Protein Berdasarkan Bentuknya

1.Protein Berserat

(Fibrous Protein)

2.Protein Bulat

(Globular Protein)

1. Protein Berserat

Merupakan protein yang sangat asimetris, mempunyai perbandingan memoros lebih besar dari 10,

Contoh......

Kollagen merupakan protein yang sangat melimpah pada vertebrata. Merupakan

komponen terbesar tendon, tulang dan kulit. Alfa heliks kolagen menyusun struktur yang

memberikan sifat flksibel dan kuat.

Serat Fibroin membuat serat dari sarang laba2 dan ulat sutra menjadi sangat kuat. Sifat lunak dan fleksibel berasal

dari struktur beta.

Keratin adalah protein yg keras dan tidak larut, menyusun rambut dan kuku serta rattle dari ular. Strukturnya dari Alfa

heliks dgn cross link oleh ikatan disulfida

Sumber:

• Source:http://www.prideofindia.net/images/nails.jpg http://opbs.okstate.edu/~petracek/2002%20protein%20structure%20function/CH06/Fig%2006-12.GIF

• http://my.webmd.com/hw/health_guide_atoz/zm2662.asp?printing=true

2. Protein Globular

Protein ini mempunyai rantai polipeptida yang berpilin serta terlipat secara padat dengan rasio aksial (panjang: lebar) kurang dari 10. Perbandingan memoros ini biasanya tidak lebih dari 3: 1atau 4: 1,

2. Protein globular (ljt) Memiliki sejumlah peran biologis yang penting, diantaranya:

1. Sel motiliti 2. Katalist organik dalam reaksi Biokimia

enzymes3. Protein pengatur hormones4. Membrane proteins saluran protein 5. Pertahanan terhadap patogen antibodies6. Transport and penyimpanan hemoglobin

and myosin

Proteins u motilitas sel

Source: http://www.ebsa.org/npbsn41/maf_home.htmlhttp://sun0.mpimf-

Atas: Myosin (merah) and actin filaments (hijau) dalam kontraksi otot.

Right: Actin bound to the mysoin binding site (groove in red part of myosin protein).

Add energy (ATP) and myosin moves, moving actin with it.

Katalase mempercepat pemecahan hidrogen peroksida (H2O2), merupakan produk racun dari reaksi metabolisme ke dalam zat yang tidak berbahaya, air dan oksigen

Reaksinya amat cepat krn enzim menurunkan energi yg diperlukan untuk memulai reaksi (aktivasi energi)

Energy

Progress of reaction

Substrate Product

No catalyst = Input of 71kJ energy required

Activation Energy

With catalase = Input of 8 kJ energy required

Proteins Mempercepat reaksi - Enzymes

+2 2

Protein mengatur metabolisme – hormones

Saat tubuh mendeteksi peningkatan gula dalam darah sesudah makan, hormon insulin akan dilepaskan dari sel pankreas.

Insulin menempel pada membran sel dan ini akan memicu sel untuk menyerap glukosa untuk digunakan atau disimpan dalam bentuk glikogen pada hati.

Source: http://www.biology.arizona.edu/biochemistry/tutorials/chemistry/page2.htmlhttp://www.cbp.pitt.edu/bradbury/projects.htm

Protein mempertahankan tubuh dari patogen–antibodi

Source: http://www.biology.arizona.edu/immunology/tutorials/antibody/FR.htmlhttp://tutor.lscf.ucsb.edu/instdev/sears/immunology/info/sears-ab.htmhttp://www.spilya.com/research/http://www.umass.edu/microbio/chime/

Left: Antibodies like IgG found in humans, recognise and bind to groups of molecules or epitopes found on foreign invaders.

Right: The binding site of an antigen protein (left) interacting with the epitope of a foreign antigen (green)

Sintesa ProteinBagaimana mungkin membuat protein

dengan keragaman yang begitu luas?

1. Kode untuk membuat protein terdapat di dalam gen (DNA).

2. Kode genetik ini disalin ke dalam molekul messenger RNA.

3. Kode mRNA dibaca dalam multiple 3 kodon oleh ribosoma yg menggabung asam-asam amino menjadi polipeptida.

4. Hal ini dikenal sebagai Ekspresi Gen

• Source: http://genetics.nbii.gov/Basic1.html

G T A C T A

Chromosome

The order of bases in DNA is a code for making proteins. The code is read in groups of three

DNAGen

Mesin sel menyalin kode menjadi molekul mRNA. Lalu bergerak ke dalam sitoplasma.

Ribosoma membaca kode dan dengan akurat mengabungkan asam amino membentuk protein

AUGAGUAAAGGAGAAGAACUUUUCACUGGAUAM S E E LK G TF G

Protein melipat ke dalam bentuk yg fungsional

M

S EK G

E L TF G

M

S

E

K

GE L TF G

M

S

E

K

G

EL

TF

G

M

S

E

K

G

EL

TF

G

M

S

E

K

G

EL

T F

G

CELL

NUCLEUS

Ekspresi Gen

M

S

E

K

G

EL

T F

G

T

G

M

S

E

K

G

EL

F

T

G

M

E

K

G

EL

FS

Pembentukan Protein

• Protein baru dibuat dari protein yang dikonsumsi dan dicerna

• Setiap kita makan (daging, telur, tempe, tahu, ikan, chicken atau beef Burger) sumber protein

• Protein dipecah ke dalam asam amino tunggal (dipecah oleh protease protein)

• Asam-asam amino inilah yang digunakan untuk membangun protein baru

Terdapat 20 asam amimno berbeda, tetapi dapat

bergabung dalam berbagai kombinasi berbeda

membentuk ragam protein yang luas yang terdapat

dipermukaan bumi

Semua mahluk

Memiliki protein yang tersusun dari 20 asam amino atau kadang modifikasi dari 20 asam amino

tersebut

BAKTERI

GAJAH

ASAM AMINO

Merupakan molekul yg relatif kecil dengan kelompok-kelompok atom yang spesifik yang mementukan sifat-sifat kimianya

Yang membedakan diantara ke 20 asam amino

tersebutGugus samping R

Contoh Struktur Asam Amino

O

RO

H

HH

H N C CH3C

CH3

C HC

H

H H

GlycineAlanineValineCysteinePhenylalanine

H

H

C

S

H HCH H

Amino Asam

20 Asam Amino

Asam amino tsb memiliki bentuk masing-masing dan muatan listrik oleh karena adanya gugus samping R

Lihat bentuk molekular asam-asam amino tersebut dgn mengklik link berikut:

http://sosnick.uchicago.edu/amino_acids.html

Pembentukan Protein

• Gabungan dua buah asam amino Dipeptida

• Tiga buah asam amino Tri peptida• Banyak asam amino Polipeptida

Ikatan yang menghubungkan dua buah asam amino disebut ikatan peptida, Bagaimana bentuknya??

Pembentukan Polipeptida

H2NC

O

C

R

C

O

CO¯H

R

N

H

HO H

O HH N

C

O

C

RH

O HH

C

O

C

R

N

H

NC

O

C

R

H2NC

O

C

R H

O HO HN

C

O

C

R

H2NC

O

C

R H

NC

O

C

RH

Peptide Bond Peptide BondPeptide Bond

Pembentukan Polipeptida= Reaksi Kondensasi

Pertumbuhan Polipeptide

Struktur Protein

Apa perlunya mengetahui/ mempelajari struktur protein?

Struktur Protein penting karena bentuk protein tersebut memungkinkan untuk melaksanakan fungsi tertentu

Struktur Protein

Protein merupakan molekul kompleks yang strukturnya dapat dibedakan ke dalam:

Struktur PrimerStruktur SekunderStruktur TertierStruktur Kuarterner

Struktur Primer Protein Rantai asam amino, yang mana struktur liniernya disebut sebagai Polipeptida

http://www.mywiseowl.com/articles/Image:Protein-primary-structure.png

Jembatan Sulfur – Menghubungkan 2 asam amino yang berdekatan

Struktur Sekunder ProteinTerdiri dari:

Alfa HelixLembaran betaCoil acak biasanya membentuk sisi aktif dari protein

Source: http://www.rothamsted.bbsrc.ac.uk/notebook/courses/guide/prot.htm#I

Ikatan Hidrogen Dan Struktur Sekunder

alpha-helix beta-sheet

Struktur Tertier dari Protein

Source: io.uwinnipeg.ca/~simmons/ cm1503/proteins.htm

Struktur Tertier dari Protein

Bentuk ini dipertahankan oleh beberapa ikatan:

• Ikatan lemah Hidrogen antara dua asam amino yang berdekatan,

• Ikatan Ion yang kuat antara Gugus samping yang bermuatan Positif dan negatif, dan

• Ikatan Disulfida (Ikatan kovalen S-S yg kuat)

Asam amino yang sebelumnya berjauahan pada struktur primer kemungkinan sekarang menjadi sangat dekat dengan adanya perlipatan

Sub unit protein yg lebih kompleks kini telah terbentuk. Bisa Globular atau Fibrous, dan saat ini berada dalam bentuk fungsionalnya

Struktur Kuarterner Protein

Bentuk akhir protein kompleks, Contoh hemoglobin manusia merupakan molekul tetramer yg tersususn dari 2 polipeptida alfa dan 2 polipeptida beta

Source: www.cem.msu.edu/~parrill/movies/neuram.GIF

Ini juga dpt terjadi jika protein berikatan dengan grup bukan protein, contoh jika karbohidrat ditambahkan membentuk glikoprotein

Source: www.ibri.org/Books/ Pun_Evolution/Chapter2/2.6.htm

Hemoglobin: Background

Protein dalam sel

darah merah

Terdiri dari 4 sub unit, masing-masing mengandung sebuah grup Heme: struktur berbentuk cincin dgn pusat atom besi yang mengikat

oksigen

Kelompok Heme dalam Hemoglobin

Struktur Primer-Hemoglobin

NH2-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys-Ser-Ala-Val-Thr-Ala-Leu-Trp-Gly-Lys-Val-Asn-Val-Asp-Glu-Val-

Gly-Gly-Glu-…..

beta subunit amino acid sequence

Struktur sekunder-Hemoglobin

alpha helix

Struktur Tersier-Hemoglobin

One beta subunit (8 alpha helices)

Struktur Kuartener -Hemoglobin

Two alpha subunits and two beta subunits(141 AA per alpha, 146 AA per beta)

Denaturasi Protein

• Kekuatan-kekuatan yang relatif lemah dan bertanggungjawab dalam mempertahankan stuktur sekunder, tersier dan kuarterner protein, mudah dirusak oleh berbagai manipulasi dengan akibat kehilangan aktifitas biologi. Kehilangan aktifitas ini disebut sebagai DENATURASI.

• Secara fisik, denaturasi dapat dipandang sebagai suatu perubahan konformasi rantai polipeptida yang tidak mempengaruhi struktur primernya.

Denaturasi (ljt)

• Aktivitas biologi sebagian besar dirusak dengan pemberian asam atau basa mineral kuat, pemanasan, pemberian logam berat (Ag, Pb, Hg), atau pemberian pelarut organik pada atau di atas suhu kamar.

Catatan

Jumlah rangkaian protein yang diketahui sedemikian banyaknya dan terus bertambah dengan cepat sehingga data rangkaian tidak mungkin dicatat dalam bentuk tercetak , tetapi kini bisa diakses lewat internet. Database protein penting yang terus diperbaharui:– EMBL(European Molecular Biology Laboratory Data

Library)– GenBank(Genetic Sequence Databank)– PIR (Protein Identification Sequence Database)

Tugas-28 Pebruari 2011

Protein evolutionSequence – Structure - Function

DNA sequence

Protein sequence Protein structure

Protein functionSelection