LAPORAN RESMI

PRAKTIKUM BIOLOGI SEL MOLEKULER

PERCOBAAN 3

ANALISIS DOMAIN PROTEIN FUNGSIONAL

Pengampu : Arif Rafsanjani

Disusun oleh

Hafif Widhodho

NIM : 135011054/ Gol : IV

LABORATORIUM KIMIA FARMASI

FAKULTAS FARMASI

UNIVERSITAS WAHID HASYIM

SEMARANG

2015

PERCOBAAN 3

ANALISIS DOMAIN PROTEIN FUNGSIONAL

I. TUJUAN

Mencari identitas domain yang berperan dalam regulasi apoptosis, tirosin kinase , serta faktor transkripsi dengan menggunakan Gene Bank Database.

II. DASAR TEORI Protein mempunyai peranan penting dalam organisasi struktural dan

fungsional dari sel. Protein struktural menghasilkan beberapa komponen sel dan

beberapa bagian diluar sel seperti kutikula,serabut dan sebagainya. Protein

fungsional (enzim dan hormon) mengawasi hamper semua kegiatan metabolisme ,

biosintesis, pertumbuhan, pernapasan dan perkembangbiakan dari sel. Namun

demikian sebuah sel tidak mungkin membuat protein yang dibutuhkan oleh

individu yang bersel banyak.

Sintesis protein adalah proses pembentukan protein dari monomer

peptida yang diatur susunannya oleh kode genetik. Sintesis protein dimulai dari

anak inti sel, sitoplasma dan ribosom.

Sintesis protein melibatkan DNA sebagai pembuat rantai polipeptida.

Meskipun begitu, DNA tidak dapat secara langsung menyusun rantai polipeptida

karena harus melalui RNA. Seperti yang telah kita ketahui bahwa DNA

merupakan bahan informasi genetik yang dapat diwariskan dari generasi ke

generasi. Informasi yang dikode di dalam gen diterjemahkan menjadi urutan asam

amino selama sintesis protein. Informasi ditransfer secara akurat dari DNA

melalui RNA untuk menghasilkan polipeptida dari urutan asam amino yang

spesifik. Menurut Suryo (2008:59-61) menyatakan bahwa DNA merupakan

susunan kimia makromolekular yang komplek, yang terdiri dari tiga macam

molekul yaitu: Gula pentose yang dikenal sebagai deoksiribosa, Asam pospat, dan

Basa nitrogen, dibedakan atas dua tipe dasar yaitu: pirimidin {sitosin (C) dan

timin (T)} dan purin {adenine (A) dan guanine (G)} membentuk rangkaian

kimiawi dengan deoksiribosa.

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.[1] Sampai tahap ini, protein masih

"mentah", hanya tersusun dari asam amino proteinogenik. Melalui mekanisme

pascatranslasi, terbentuklah protein yang memiliki fungsi penuh secara biologi.

Struktur protein dapat dilihat sebagai hirarki, yaitu berupa struktur primer

(tingkat satu), sekunder (tingkat dua), tersier (tingkat tiga), dan kuartener (tingkat

empat):

·       struktur primer protein merupakan urutan asam amino penyusun protein

yang dihubungkan melalui ikatan peptida (amida). Frederick Sanger merupakan

ilmuwan yang berjasa dengan temuan metode penentuan deret asam amino pada

protein, dengan penggunaan beberapa enzim protease yang mengiris ikatan antara

asam amino tertentu, menjadi fragmen peptida yang lebih pendek untuk

dipisahkan lebih lanjut dengan bantuan kertas kromatografik. Urutan asam amino

menentukan fungsi protein, pada tahun 1957, Vernon Ingram menemukan bahwa

translokasi asam amino akan mengubah fungsi protein, dan lebih lanjut memicu

mutasi genetik.

·       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 : β / α barrel, forn helix bundle, β / α saddle, β / α 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.

III. ALAT DAN BAHAN1. Alat : Laptop

2. Bahan : kode gen

IV. CARA KERJABuka situs NCBI

Masuk ke halaman protein yang akan dianalisis Conserved Domainnya.

Klik Conserved Domain.

Akan muncul tampilan conserved domain berisi diagram yang mengggambarkan domain-domain yang ada dalam protein tersebut.

Masing-masing domain dapat di-klik untuk dianalisis lebih lanjut, antara lain mengenai fungsinya, sekuensnya, regionnya, conserved domain dengan organisme

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

Situs database protein yang lain :http://www.sanger.ac.uk/cqi-bin/pfam

http://www.expasy.ch/sprothttp://www.ebi.ac.uki/spro

http://www.rcsb.orq/pdb/welcome.do

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

V. HASIL PERCOBAANa. Latihan

Kode gen : NM_000125Kode Protein : NP_000116.2Nama Protein : Estrogen receptor isoform 1Conserved Domains :

No Nama Domains Fungsi Domains1. Ligand binding domain

of Estrogen receptor, which are activated by the harmone 17beta-estradiol (estrogen)

1. Mengikat elemen respon estrogen gen

target pada saat aktivasi oleh estrogen dan

kemudian merekrut protein ko-aktivator

yang bertanggung jawab untuk trasnkripsi

gen target.

2. Beberapa ERs dapat mengaitkan dengan protein membran lain dan dapat dengan cepat diaktifkan oleh paparan sel terhadap estrogen.

2. DNA-binding Domain of estrogen receptor (ER) is composed of two C4-type zinc finger

1. Mengatur perkembangan, reproduksi dan homeostatis.

3. Oestrogen receptor -4. Oestrogen-type nuclear

receptor final C terminal

1. Memodulasi transkripsi AP.1 dependent melalui dua mikanisme yang berbeda : melalui interaksi protein-protein pada DNA; dan melalui tindakan non genom.

1. Ligand binding domain of Estrogen receptor, which are activated by the harmone 17beta-estradiol (estrogen)

Bentuk 3D-nya :

2. DNA-binding Domain of estrogen receptor (ER) is composed of two C4-type zinc finger

Bentuk 3D-nya :

3. Oestrogen receptor -

4. Oestrogen-type nuclear receptor final C terminal

Bentuk 3D-nya :

b. TugasKode gen : NM_005225.1Kode Protein : NP_005216.1

Nama Protein : transcription factor E2F1 [Homo sapiens]

Conserved Domains :

No Nama Domains Fungsi Domains1. Dimerization domain of

E2F transcription factors.1. . E2F membentuk heterodimer dengan DP,

protein jauh terkait. Fungsi Heterodimerisasi meningkatkan Rb mengikat, DNA mengikat, dan kegiatan transactivation dari E2Fs. Pada manusia, setidaknya ada enam dan dua anggota terkait erat E2F DP keluarga, semua yang mengandung domain DNA-mengikat, sebuah melingkar-coil (CC) wilayah, dan domain ditandai kotak. E2F1 untuk E2F5 juga mengandung transactivation domain C-terminal

2. E2F/DP family winged- 1. E2F mengikat DNA sebagai homodimer atau

helix DNA-binding domain

sebagai heterodimer dalam hubungan dengan efisiensi mengikat TDP1 / 2, heterodimer yang telah meningkat.

1. Dimerization domain of E2F transcription factors

Bentuk 3D-nya :

2. E2F/DP family winged-helix DNA-binding domain

Bentuk 3D-nya :

VI. PEMBAHASAN

Praktikum ini bertujuan untuk mencari identitas domain yang berperan

dalam regulasi apoptosis, tirosin kinase, serta factor transkripsi dengan

menggunakan Gene Bank Database. Dalam genetika, faktor transkripsi adalah

sekelompok protein di dalam inti sel yang berperan serta dalam proses transkripsi

kode genetik menjadi mRNA. Faktor transkripsi merupakan mata rantai terakhir

pada lintasan transduksi sinyal yang mengkonversi sinyal ekstraselular menjadi

modulasi ekspresi genetik. Regulasi transkripsi dicapai dengan terikatnya protein

pada deret dan motif struktur DNA tertentu yang biasanya terletak pada hulu gen

target. Sebelum proses transkripsi terjadi, DNA mengalami suatu tahapan

"pematangan" atau penyiapan. Ini biasanya berupa perubahan konformasi pada

molekul DNA dan pembukaan pilinan secara lokal. Selanjutnya beberapa protein

akan menempati beberapa titik di dekat promoter inti untuk mempersiapkan

tempat bagi enzim RNA-polimerase dan menunjukkan ribosom tempat ia harus

memposisikan diri. Rangkaian protein inilah yang disebut faktor transkripsi.

Faktor transkripsi diketahui berperan penting dalam pengendalian

sejumlah variasi fenotipe penting. Selain itu, banyak lokus sifat kuantitatif (QTL)

yang ditemukan ternyata memuat sekuens yang mengkode faktor transkripsi.

Sekuens-sekuens yang mengkode faktor transkripsi untuk suatu gen disebut

sebagai trans-acting sequences ("sekuens beraksi trans") karena mengatur ekspresi

suatu gen dari kejauhan. Kinase tirosina (bahasa Inggris: tyrosine kinase, EC

2.7.10) adalah sejenis enzim kinase yang mempercepat proses pemindahan gugus

gamma fosfat dari molekul donor berupa nukleotida trifosfat menuju molekul

target dalam reaksi fosforilasi tirosina. Reaksi yang terjadi berupa: ATP +

Tirosina --(Tirosina kinase)--> ADP + Tirosina fosfat.dan berdampingan dengan

enzim tirosina fosfatase yang memindahkan gugus fosfat dari Tirosina

fosfat.Tirosina kinase banyak ditemukan pada pencerap faktor pertumbuhan,

terutama pada domain sitoplasmiknya.

Gene Data Base digunakan untuk melacak keberadaan motif dan

domain yang sama serta digolongkan dalam satu family. Domain merupakan suatu

unit dari protein yang independent secara struktural yang memiliki karakteristik

berupa protein globular kecil. Analisis domain dilakukan pada kode gen

NM_000125 (latihan) dan NM_005216.1 (tugas) dari kode nucleotide yang telah

ditetapkan maka akan diperoleh kode protein dari masing masing kode gen

tersebut yakni NP_000116.2 (latihan) atau nama proteinnya Estrogen receptor

isoform 1 dan NP_005216.1(tugas) nama protein transcription factor

E2F1(homosapiens), kemudian dianalisis dengan Conserved Domain yang

merupakan domain yang telah diawetkan dan didokumentasikan. Di dalam

Identify Conserved Domain diperoleh definisi domain dari gen yang sudah

disimpan. Dengan meng-klik conserved domain didapatkan diagram yang

menggambarkan domain-domain yang ada dalam protein NP_000116.2 dan

NP_005216.1. Didapatkan hasil analisa sebagai berikut :

1. Pada NP_000116.2 (Estrogen receptor isoform 1) terdapat 4 domain yang

terlihat secara concise results yaitu :

a. Ligan binding domain dari reseptor estrogen,yang diaktifkan oleh hormon

17beta- estradiol (estrogen) yang berfungsi sebagai berikut :

a) Sebagai faktor transkripsi dengan mengikat element respon

esterogen.

b) Sebagai koaktifator protein yang bertanggung jawab dalam

transkripsi gen target.

c) Mengaitkan protein dengan membran lain.

d) Mengatur berbagai proses fisiologis, termasuk reproduksi, integritas

tulang, kesehatan jantung, dan perilaku.

b. DNA-binding domain reseptor estrogen (ER) terdiri dari dua jenis tipe

C4- zinc finger yang berfungsi mengatur perkembangan, reproduksi dan

homeostasis.

c. Estrogen reseptor

d. Estrogen jenis reseptor nuklir akhir C-terminal dimana fungsi sebenarnya

dari domain ini belum diketahui.

2. Pada NP_005216.1 (transcription factor E2F1(homosapiens) terdapat 2

domain yang terlihat secara concise results yaitu :

a) Dimerization domain of E2F transcription factors yang mempunyai fungsi

E2F membentuk heterodimer dengan DP, protein jauh terkait. Fungsi

Heterodimerisasi meningkatkan Rb mengikat, DNA mengikat, dan kegiatan

transactivation dari E2Fs. Pada manusia, setidaknya ada enam dan dua

anggota terkait erat E2F DP keluarga, semua yang mengandung domain

DNA-mengikat, sebuah melingkar-coil (CC) wilayah, dan domain ditandai

kotak. E2F1 untuk E2F5 juga mengandung transactivation domain C-

terminal

b) E2F/DP family winged-helix DNA-binding domain yang mempunyai fungsi

E2F mengikat DNA sebagai homodimer atau sebagai heterodimer dalam

hubungan dengan efisiensi mengikat TDP1 / 2, heterodimer yang telah

meningkat.

Dari halaman yang berisi definisi dan fungsi kode domain yang telah di klik

tersebut, diperoleh sekuen dan region, secara berurutan sekuen ditunjukkan oleh

deretan huruf berwarna merah pada halaman definisi domain dan region

ditunjukkan oleh angka warna hijau berada di awal sekuen dan akhir sekuen.

Dengan mendownload aplikasi Cn3d dan kemudian klik strukture view maka

dapat dilihat bentuk tiga dimensi dari domain yang sedang dipelajari. Dari domain

yang telah diperoleh maka dapat diketahui masing-masing fungsi dari domain

tersebut dan struktur 3D pada masing masing domain yang telah diperoleh.

VII. KESIMPULAN

1. Pada kode protein NP_000116.2 (Estrogen receptor isoform 1) Terdapat 4

domain yang terlihat secara concise results yaitu Ligand binding domain of

Estrogen receptor, which are activated by the harmone 17beta-estradiol

(estrogen); DNA-binding Domain of estrogen receptor (ER) is composed of

two C4-type zinc finger; Oestrogen receptor; Oestrogen-type nuclear receptor

final C terminal.

2. Pada kode protein NP_005216.1Terdapat 2 domain yang terlihat secara

concise results yaitu. Dimerization domain of E2F transcription, E2F/DP family

winged-helix DNA-binding domain

DAFTAR PUSTAKA

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

1988

Furuya H, et al. 2005. An improved method for Southern DNA and Northern RNA blotting

using a Mupid®-2 Mini-Gel electrophoresis unit. J Biochem Biophysi Meth 68: 139-

143.

Glick dan Pasternak.1990. Molecular Biotechnology. ASM Press

Yuwono, Triwibowo. 2010. Biologi Molekuler. Erlangga : Jakarta

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