Presentasi 5: Pembentukan Struktur Sekunder dan Tersier pada Protein


ANALISIS STRUKTUR PROTEIN: PRIMER, SEKUNDER DAN TERSIER

Pada  pembahasan  arsitektur  protein  digunakan  pembagian  empat tingkatan  struktur.  Struktur  primer  adalah  urutan  asam  amino.  Struktur sekunder  berhubungan  dengan  pengaturan  kedudukan  ruang  residu  asam amino  yang  berdekatan  dalam  urutan  linier.  Pengaturan  sterik  ini  memberi struktur  periodik.  Heliks-α  dan  untai-β menunjukkan  struktur  sekunder. Struktur  tersier menggambarkan  pengaturan  ruang  residu  asam  amino  yang berjauhan  dalam  urutan  linier  dan  pola  ikatan-ikatan  sulfida.  Perbedaan antara struktur sekunder dan struktur tersier tidaklah terlalu jelas. Di samping itu  dikenal  juga  adanya  struktur  kuarterner  dan  struktur  supersekunder. 

1.   Struktur Primer
Pada  tahun  1953,  Frederick  Sanger  menentukan  urutan  asam  amino insulin,  suatu  hormon  protein.  Hal  ini  merupakan  peristiwa  penting  karena pertama kali memperlihatkan dengan tegas bahwa protein mempunyai urutan asam  amino  yang  tertentu  yang  tepat.  Urutan  asam  amino  inilah  yang kemudian  dikenal  sebagai struktur  primer.  Fakta  yang  menyolok  menyatakan  bahwa  tiap  protein mempunyai urutan asam amino yang khas dengan urutan yang sangat tepat.

Pada protein, gugus karboksil-α asam amino terikat pada gugus amino-αasam amino lain dengan ikatan peptida (disebut juga ikatan amida). Pada pembentukan  suatu  dipeptida  dari  dua  asam  amino  terjadi  pengeluaran satu molekul  air  yang  dapat  dilihat  pada Gambar 2.5. 


Keseimbangan  reaksi  ini adalah ke arah hidrolisis tidak pada sintesis. Oleh sebab itu, biosintesis ikatan peptida memerlukan energi bebas, sebaliknya hidrolisis ikatan peptida secara termodinamika bersifat eksergonik.


Banyak  asam  amino  yang  berikatan  melalui  ikatan  peptida  membentuk rantai polipeptida yang tidak bercabang (Gambar 2.7).


Satu unit asam amino dalam  rantai  polipeptida  disebut residu.  Rantai  polipeptida  mempunyai  arah sebab  unit  penyusun  mempunyai  ujung  yang  berbeda,  yaitu  gugus  amino-α dan  gugus  karboksil-α.  Berdasarkan  kesepakatan,  ujung  amino  diletakkan pada  awal  rantai  polipeptida;  berarti  urutan  asam  amino  dalam  rantai polipeptida  ditulis  dengan  diawali  oleh  residu  aminoterminal.  Pada  suatu tripeptida  Ala-Gly-Trp  (AGW),  alanin  merupakan  residu  aminoterminal  dan Triptofan  merupakan  residu  karboksil-terminal.  Harus  diperhatikan  bahwa Trp-Gly-Ala (WGA) merupakan tripeptida yang berbeda.
Rantai  polipeptida  terdiri  dari  bagian  yang  berulang  secara  beraturan yang  disebut  rantai  utama,  dan  bagian  yang  bervariabel  yang  membentuk rantai  samping.  Rantai  utama  kadang-kadang  disebut tulang  punggung. Kebanyakan  rantai  polipeptida  di  alam  mengandung  antara  50  sampai  2000 residu  asam  amino.  Berat  molekul  rata-rata  residu  asam  amino  adalah  110, berarti  berat  molekul rantai  polipeptida  adalah  antara  5.500  dan  220.000. Massa protein dapat juga dinyatakan dalam dalton; satu dalton sama dengan satu unit massa atom. Suatu protein dengan berat molekul 50.000 mempunyai massa 50 kd (kilodalton).

Sejumlah  protein  mempunyai  ikatan  disulfida.  Ikatan  disulfida antar rantai  maupun  di  dalam  rantai  terbentuk  oleh  oksidasi  residu  sistein. Disulfida  yang  dihasilkan  adalah  sistein (Gambar 2.8). 


Protein  intra  sel umumnya  tidak  mempunyai  ikatan  disulfida,  sedangkan  protein  ekstrasel sering  mempunyai  beberapa.  Ikatan  lintas  non-belerang  yang  berasal  dari rantai  samping  lisin  ditemukan  pada  beberapa  protein.  Misalnya,  serat kolagen  dalam  jaringan  ikat  diperkuat  dengan  cara  ini,  sama  seperti  fibrin pada pengumpulan darah.


2.   Struktur Sekunder
Pauling  dan  Corey mempelajari berbagai kemungkinan konformasi polipeptida dengan membuat model-model  molekul.  Mereka  sangat  mentaati  hasil  pengamatan  sudut ikatan  dan  jarak  pada  asam  amino  dan  peptida  kecil.  Pada  tahun  1951, mereka  mengemukakan  dua  struktur  polipeptida  yang  disebut heliks α dan lembar berlipat β. Struktur ini  berhubungan dengan pengaturan  kedudukan ruang residu asam amino dalam urutan linier.


Heliks α  merupakan  struktur  berbentuk  batang.  Rantai  polipeptida utama  yang  bergelung  membentuk  bagian  dalam  batang  dan  rantai  samping mengarah ke luar dari heliks. Bentuk heliks α dimantapkan oleh ikatan hidrogen antara gugus NH dan gugus  CO  pada  rantai  utama.  Gugus  CO  setiap  asam  amino  membentuk ikatan hidrogen dengan gugus NH asam amino terletak pada empat residu di depannya  pada  urutan  linier. Berarti  semua  gugus  CO  dan  gugus  NH  pada rantai  utama  membentuk  ikatan  hidrogen.  Tiap  residu  asam  dengan  residu berikutnya  sepanjang  aksis  heliks Gambar 2.10. 


Heliks α yang saling berpilin ditemukan pada  miosin dan  tropomiosin otot, pada  fibrin  gumpalan  darah  dan  pada  keratin  rambut.  Bentuk  heliks  pada protein ini mempunyai peran mekanis dalam pembentukan berkas serat yang kaku  seperti  duri  landak.  Sitoskeleton  (penyangga  bagian  dalam)  suatu  sel mengandung banyak filamen yang merupakan dua untai heliks α yang saling berpilin. Struktur heliks α telah disimpulkan oleh Pauling dan Corey enam tahun sebelum  struktur  ini  terbukti  pada  mioglobin  dengan  pemeriksaan menggunakan  sinar  X.  Uraian  tentang  struktur  heliks α  ini  merupakan peristiwa  penting  dalam  sejarah  biologi  molekuler  sebab  memperlihatkan bahwa konformasi  rantai  polipeptida  dapat  diperkirakan  bila  sifat komponennya diketahui dengan teliti dan tepat.

Pauling  dan  Corey  menemukan  corak  struktur  periodik  yang  lain  yang dinamakan  lembar  berlipat β (disebut β sebab  merupakan  struktur  kedua yang mereka temukan sedangkan heliks α sebagai struktur pertama). Lembar berlipat 0 berbeda dengan heliks a yang berbentuk batang. Rantai polipeptida lembar berlipat β disebut untai β, berbentuk lurus terentang tidak bergelung tegang seperti heliks α. Rantai  polipeptida  yang  bersebelahan  pada  lembar  berlipat β  dapat searah  (lembar   β paralel)  atau  berlawanan  arah  (lembar β antiparalel). Misalnya,  fibroin  sutra  hampir  seluruhnya  terdiri  dari  tumpukan  lembar βantiparalel.  Bagian  lembar β seperti  ini  merupakan  struktur  yang  berulang pada  banyak  protein.  Sering  dijumpai  unit  struktur  yang  terdiri  dari  dua sampai lima untai lembar β paralel atau antiparalel.

3.   Struktur Tersier
Struktur  tersier  menggambarkan  pengaturan  ruang  residu  asam  amino yang  berjauhan  dalam  urutan  linier  dan  pola  ikatan-ikatan  disulfida. Perbedaan  antara  struktur  sekunder  dan  tersier  tidaklah  terlalu  jelas  (lihat Gambar  2.15). 


Kolagen  memperlihatkan  tipe  khusus  suatu  heliks  dan merupakan  protein  yang  paling  banyak  ditemukan  pada  mamalia.  Kolagen merupakan  komponen  serat  utama  dalam  kulit,  tulang, tendon,  tulang  rawan dan  gigi.  Protein  ekstrasel  ini  mengandung  tiga  rantai  polipeptida  berbentuk heliks,  yang  masing-masing  sepanjang  hampir  1000  residu.  Urutan  asam amino  dalam  kolagen  sangat  beraturan:  tiap  residu  ketiga  hampir  selalu glisin.  Dibanding dengan  protein  lain  kandungan  prolin  dalam  kolagen  juga tinggi.  Selanjutnya,  kolagen  mengandung  4-hidroksiprolin  yang  jarang ditemukan  dalam  protein  lain.  Urutan  glisin-prolin-hidroksiprolin  (Gly-Pro-Hyp) sering kali dijumpai.

Kolagen merupakan molekul berbentuk batang, dengan panjang kira-kira 3000 oA dengan  diameter  hanya  15 oA.  Corak  heliks  dari  gabungan ketiga rantai  polipeptida,  sama  sekali  berbeda  dengan  heliks α dalam  satu  untai tidak ditemukan ikatan hidrogen. Tetapi, masing-masing untai heliks kolagen distabilkan  oleh  daya  tolak  menolak  cincin  pirolidin  residu  prolin  dan hidroksiprolin.  Dalam  bentuk  heliks  ini  yang  lebih  terbuka  daripada  heliks yang terpilin tegang, cincin-cincin pirolidon berjauhan letaknya. Ketiga untai polipeptida saling berbelit membentuk superheliks.

Jarak  aksis  tiap  residu  dalam  superheliks  adalah  2,9 oA dengan  hampir tiga residu pada tiap putaran. Ketiga untai heliks ini saling berikatan melalui ikatan  hidrogen.  Sebagai  donor  hidrogen  adalah  gugus  NH  residu  glisin  dan gugus  CO  residu  pada  rantai  yang  berlainan  bertindak  sebagai  akseptor hidrogen.  Gugus  hidroksil  residu  hidroksiprolin  juga  berperan  pada pembentukan ikatan hidrogen. Dengan ini dapat dimengerti mengapa glisin menempatkan diri pada tiap posisi  ketiga  pada  rentangan  seribu  residu  yang  membentuk  heliks  kolagen. Bagian dalam  heliks  tiga  untai  ini  sangat  padat.  Ternyata  glisin  merupakan satu-satunya  residu  yang  cocok  pada  bagian  dalam.  Karena  ada  tiga  residu pada  tiap  putaran  heliks,  maka  tiap  residu  ketiga  pada  setiap  untai  tersebut haruslah glisin. Residu asam amino bersebelahan dengan glisin terletak pada bagian luar untai dan ruang ini cukup untuk residu prolin dan hidroksiprolin yang besar.

Protein  yang  terdiri  atas  lebih  dari  satu  rantai  polipeptida  mempunyai tingkat  organisasi  struktural  tambahan.  Masing-masing  rantai  polipeptida disebut  sub  unit.  Struktur  kuarterner  menggambarkan  pengaturan  sub  unit protein dalam ruang. Misalnya hemoglobin, terdiri atas dua rantai α dan dua rantai β.  Susunan  sub  unit  hemoglobin  pada  tetramer  ini  berperan  pada komunikasi antartempat pengikatan  O2, C O2, dan  H+ yang  berjauhan. Virus sangat  memanfaatkan  informasi  genetik  yang  terbatas  dengan  membentuk selubung  yang  terdiri  dari  sub  unit-sub  unit  yang  sama  secara  berulang  di dalam susunan yang simetris.


PERMASALAHAN

1. Di samping primer, sekunder, dan tersier, dikenal  juga  adanya  “struktur  kuarterner“ dan  “struktur  supersekunder” pada protein. Jelaskan!

2. Apa penyebab rantai  polipeptida  mempunyai  arah?

3. Apa yang dimaksud dengan “residu  amino-terminal” dan “residu  karboksil-terminal” pada rantai polipeptida?




Share This Story

You Might Also Like

3 komentar

  1. Luluul Maknun27 April 2018 pukul 05.20

    Saya membntu menjawab no 2
    Rantai polipeptida mempunyai arah sebab unit penyusun mempunyai ujung yang berbeda yaitu gugus amino-α dan gugus karboksil-α. Ujung amino diletakkan pada awal rantai polipeptida, berarti urutan asam amino dalam rantai polipeptida ditulis dengan diawali oleh residu amino-terminal.

    BalasHapus
  2. Aulia Rahmi27 April 2018 pukul 07.27

    Saya akan menjawab permasalahan nomor 1

    Struktur kuartener adalah susunan kompleks yang terdiri dari dua rantai polipeptida atau lebih, yang setiap rantainya bersama dengan struktur primer, sekunder, tersier membentuk satu molekul protein yang besar dan aktif secara biologis.
    Istilah “struktur tersier” merujuk pada konformasi tiga dimensi keseluruhan suatu polipeptida. Dalam ruang tiga dimensi, struktur ini menunjukkan bagaimana gambaran struktur sekunder-heliks, lembaran,tekukan,belokan, dan gelungan-tersusun membentuk domain dan bagaimana domain-domain ini berhubungan satu sama lain dalam ruang. Domain adalah suatu bagian dari struktur protein yang mampu melakukan tugas kimia atau fisika tertentu, misalnya mengikat substrata tau ligan lain. Domain lain dapat berfungsi menghubungkan protein dengan membrane atau berinteraksi dengan molekul regulatorik yang memodulasi fungsi protein tersebut. Suatu polipeptida kecil misalnya triosa fosfat isomerase atau mioglobin dapat mengandung suatu domain. Protein kinase mengatalisis pemindahan sebuah gugus fosforil dari ATP ke peptida atau protein. Bagian terminal amino pada polipeptida, yang kaya akan lembar beta, mengikat ATP, sementara domain terminal karboksil, yang kaya akan heliks alpha, mengikat peptida atau substrat protein. Gugus yang mengatalisis pemindahan fosforil terletak di gelungan yang berada di pertemuan kedua domain.

    Struktur supersekunder protein merupakan jembatan antara struktur tersier dan sekunder protein. Contoh struktur supersekunder yaitu risleting leusin (leuzine zipper) dan jari seng (zine fing)

    BalasHapus
  3. AYU ASMIRA27 April 2018 pukul 08.43

    Saya akan mencoba menjawab permasalahan nomor 3 yaitu Apa yang dimaksud dengan “residu amino-terminal” dan “residu karboksil-terminal” pada rantai polipeptida?

    Dengan mengidentifikasi residu terminal amino dan karboksil, kita dapat menentukan 2 titik acuan penting dalam deret asam amino. Untuk mengidentifikasi residu terminal karboksil, polipeptida diinkubasi dengan enzim karboksipeptidase yang menghidrolisis ikatan peptida pada ujung terminal-karboksil. Sedangkan untuk mengidentifikasi residu terminal amino Sanger menggunakan pereaksi 1-fluoro-2,4-dinitrobenzena yang dapat mencirikan residu terminal-amino dari rantai polipeptida sebagai turunan 2,4-dinitrofenil (DNP) berwarna kuning.

    BalasHapus

Follow me
Socialize!