BIOKIMIA 3 (PROTEIN 2) STKIP MUHAMMADIYAH SORONG

3.1. Alpha Helix adalah sebuah struktur koil tersetabilkan oleh ikatan hidrogen antar rantai.

 Di dalam mengevaluasi struktur potensial, Pauling dan Corey mempertimbangkan penyesuaian sterik peptida yang memungkinkan dan yang paling secara penuh memanfaatkan kapasitas ikatan hidrogen rangka gugus NH dan CO. Struktur pertama yang diusulkan mereka, adalah suatu heliks, yang mana bentuk struktur seperti tangkai (Gambar. 29). Suatu rangka bergulung membentuk bagian dalam tangkai dan rantai sisi meluas keluar seperti suatu pilinan. Suatu heliks distabilkan oleh ikatan hidrogen antara gugus NH dan CO rantai utama. gugus CO masing-masing bentuk asam amino adalah suatu ikatan hidrogen dengan gugus NH asam amino yang diposisikan pada empat residu (Gambar. 30). Kecuali asam amino yang bagian ujung dari suatu suatu heliks, gugus CO dan NH rantai utama semua memungkinkan berikatan hidrogen. Masing-Masing residu dihubungkan dengan satu yang berikutnya oleh suatu kenaikan sepanjang poros garis heliks 1.5Å dan suatu putaran 100 derajat, yang memberi 3.6 amino residu asam tiap putaran heliks.

Seperti itu, amino yang asam spasi tiga dan empat terpisah di dalam urutan dengan leluasa dan dekat satu sama lain di dalam suatu suatu garis heliks. Di dalam kontras dua asam, amino yang terpisah dalam urutan diposisikan pada sisi berlawanan heliks dan sehingga tidak terjadi kontak. Lilitan suatu heliks adalah sepadan dengan produk terjemahan (1.5Å) dan banyaknya residu tiap putaran (3.6), 5.4Å. Pependekatanan/Pengertian Sekrup suatu heliks dapat menarah kanan (searah jarum jam) atau mengarah kiri (berlawanan arah jarum jam). Diagram Ramachandran mengungkapkan kedua-duanya (kanan dan kiri) yang memungkankan terjadi (Gambar. 31). Bagaimanapun, heliks kanan dengan lebih baik sebab lebih sedikit halangan sterik antara rantai sisi dan rantai induk. Yang sangat utama semua α-heliks yang ditemukan di dalam) protein adalah putaran kiri.

 Di dalam diagram protein menurut bagan, α- helices dilukiskan seperti terbelit pita atau tangkai (Gambar. 32).

Gambar. 29. Struktur suatuheliks. (A) Suatu lukisan pita dengan atom α-karbon dan rantai sisi (hijau). (B) Tampak samping suatu versi bola dan tangkai melukiskan ikatan hidrogen (garis terputus) antara gugus NH dan CO. (C) Suatu tampilan akhir menunjukkan rangka yang bergulung ketika bagian dalam heliks dan rantai sisi (hijau) diproyeksian keluar. (D) Suatu tampolan space-filling bagian C menunjukkan inti bagian dalam yang dengan ketat memenuhi heliks.

Gambar.30. Rancangan ikatan jidrogen Karena suatu heliks. Di dalam suatu heliks, gugus CO residu n membentuk suatu ikatan hidrogen dengan gugus NH residu n +4.

 

Pendekatan Skrup

Menjelaskan arah di mana struktur heliks berputar terhadap porosnya. Jika, dilihat bawah sumbu heliks, rantai berubah searah jarum jam, ia memiliki pendekatan sekrup kanan. Jika memutar berlawanan adalah, pengertian sekrup kidal. Pauling dan Corey meramalkan struktur heliks 6 tahun sebelum benar-benar melihat dalam rekonstruksi x-ray dari struktur mioglobin. Penjelasan dari struktur heliks adalah tengarai/diperkirakan dalam biokimia karena menunjukkan bahwa konformasi dari rantai polipeptida dapat diprediksi jika sifat komponennya secara ketat dan tepat telah dikenali.

kisaran prosentase isi α-heliks protein sangat luas, dari hampir tidak ada sampai hampir 100%. Sebagai contoh, sekitar 75% dari residu dalam feritin, yakni protein yang membantu menyimpan zat besi, berada dalam heliks (Gambar. 33). Heliks tunggal biasanya kurang dari 45Ǻ panjang. Namun, dua atau lebih merupakan heliks yang dapat terbelit untuk membentuk struktur yang sangat stabil, dengan panjang dapat mencapai 1000 Å (100 nm, atau 0,1 mm) atau lebih (Gambar. 34). Seperti koil-heliks melingkar ditemukan di myosin dan tropomyosin dalam otot, di fibrin dalam pembekuan darah, dan di keratin dalam rambut. Untaian heliks dalam protein melayani peran mekanik dalam membentuk bundel yang kaku dari serat, seperti pada duri landak. Sitoskeleton (perancah internal) sel banyak mengandung sesuatu yang disebut filamen menengah, yang juga dua koil-α-heliks beruntai yang tergulung. Banyak protein yang membran span biologis juga mengandung heliks. 

Figure. 32. Skema α-Helices. (A)  Sebuah model tangkai dan bola. (B)gambaran piata. (C) gambaran tabung.

 

Gambar. 33. α-heliks protein besar. Feritin, protein penyimpan-besi, dibangun dari bundel   a-heliks.

 

Gambar. 34. Sebuah Coil   a-spiral melingkar. Kedua heliks memutar di sekitar satu sama lain untuk membentuk suatu superhelix. Struktur seperti ini ditemukan dalam banyak protein termasuk keratin pada rambut,  cakar, dan tanduk.

3.2. Beta Sheets distabilkan oleh Ikatan Hidrogen Antara Strands Polipeptida
Pauling dan Corey menemukan motif lain struktur periodik, yang mereka namakan β-pleated sheets (β karena itu struktur yang kedua dijelaskan, setelah helix yang telah pertama). β-pleated sheets (atau, lebih sederhana, β-sheets) berbeda nyata dari suatu helix rodlike. Sebuah rantai polipeptida, yang disebut untai ab, dalam sheets ab hampir sepenuhnya diperpanjang bukannya erat melingkar seperti dalam heliks. Berbagai struktur diperpanjang sterik diperbolehkan (Gambar. 35). 

Gambar . 35. Ramachandran Diagram Untuk   b Strands. Area merah menunjukkan konformasi sterik yang diperbolehkan diperpanjang, b- Strands -seperti struktur.

Jarak antara asam amino yang berdekatan di sepanjang untai ab adalah sekitar 3,5 Å, berbeda dengan jarak 1,5 Å sepanjang heliks. Rantai samping asam titik yang berdekatan amino dalam arah yang berlawanan (Gambar. 36). Sebuah β sheets dibentuk dengan menghubungkan dua atau lebih helai β oleh ikatan hidrogen. Rantai yang berdekatan di αβ-sheets dapat berjalan di arah yang berlawanan (antiparalel α-sheets) atau di arah yang sama (paralel β-sheets). Dalam pengaturan antiparalel, gugus NH dan CO gugus masing-masing asam amino yang masing-masing hidrogen terikat pada gugus CO dan gugus NH dari mitra pada rantai yang berdekatan (Gambar. 37). Dalam susunan paralel, skema ikatan hidrogen sedikit lebih rumit. Untuk setiap asam amino, gugus NH adalah hidrogen terikat pada gugus CO dari satu asam amino pada untai yang berdekatan, sedangkan gugus CO adalah hidrogen terikat pada gugus NH pada asam amino dua residu jauh di sepanjang rantai (Gambar. 38). Banyak helai, biasanya 4 atau 5, tetapi isa juga bsebanyak 10 atau lebih, dapat datang bersama-sama dalam β-sheets. β-sheets tersebut dapat murni antiparalel, murni paralel, atau campuran (Gambar. 39). Dalam diagram skematis, b untaian biasanya digambarkan oleh anak panah yang luas menunjuk ke arah ujung karboksil-terminal untuk menunjukkan jenis β-sheets paralel atau antiparalel yang terbentuk. Lebih struktural beragam dari heliks, β-sheets dapat relatif datar tetapi kebanyakan mengadopsi bentuk agak bengkok (Gambar, 40). β-sheets adalah elemen struktural penting dalam banyak protein. Sebagai contoh, asam lemak-mengikat protein, penting untuk metabolisme lemak, yang dibangun hampir seluruhnya dari β-sheets (Gambar. 41). 

Gambar .36. Struktur dari b-Strand   . Rantai samping (hijau) secara bergantian di atas dan di bawah bidang strand  tersebut.

Gambar. 37. Sebuah antiparalel   b-Sheet. Berdekatan   b-strands helai berjalan di arah yang berlawanan. Ikatan Hidrogen antara gugus CO dan NH menghubungkan masing-masing asam amino ke asam amino tunggal pada strands yang berdekatan, serta menstabilkan struktur.

Gambar. 38. Sebuah Paralel   bsheet. Berdekatan   b sheet berjalan dalam arah yang sama. Ikatan Hidrogen menghubungkan masing-masing asam amino pada satu strand dengan dua asam amino yang berbeda pada strand  berdekatan.

Gambar. 39. Struktur Campuran b-sheet .

 

 

Gambar. 40. Sebuah twisted  b  sheet. (A) Sebuah model bola-dan-tongkat. (B) Sebuah model skema. (C) Pandangan skematik diputar 90 derajat untuk menggambarkan lebih jelas bentuk memelintirnya.

 Gambar. 41. Sebuah Protein yang banyak b sheet. Struktur asam lemak mengikat protein.

3.3. Rantai polipeptida Dapat Mengubah Arah oleh Pembentukan Reverse Turns dan Loops

Protein memiliki kekompakan, bentuk bulat, yang memerlukan pembalikan ke arah rantai polipeptidanya. Banyak dari pembalikan yang dilakukan oleh elemen struktural umum disebut reverse turn (juga dikenal sebagai β turn atau hairpin βend), diilustrasikan pada Gambar. 42. Dalam banyak hal berubah sebaliknya, gugus CO dari residu 1 dari polipeptida adalah hidrogen terikat pada gugus NH residu 1 + 3. Interaksi ini menstabilkan perubahan mendadak dalam arah rantai polipeptida. 

Gambar. 42. Struktur Turn Lookup. Kelompok CO dari residu i dari rantai polipeptida berikatan hidrogen pada gugus NH residu i + 3 untuk menstabilkan turn/belokan.

Dalam kasus lain, struktur yang lebih rumit yang bertanggung jawab untuk pembalikan rantai. Struktur ini disebut loop atau kadang-kadang ω-loop (loop omega) untuk menunjukkan bentuk keseluruhan mereka. Tidak seperti heliks dan untai-β, loop tidak memiliki keteraturan, struktur periodik. Meskipun demikian, struktur loop sering kaku dan dpat didefinisikan dengan baik (Gambar. 43). Ternyata dan loop selalu berbaring pada permukaan protein dan dengan demikian sering berpartisipasi dalam interaksi antara protein dan molekul lainnya. Distribusi dari heliks, β-untai, dan ternyata sepanjang rantai protein sering disebut sebagai struktur sekunder. 

Gambar. 43. Loop pada Permukaan Protein. Sebuah bagian dari sebuah antibodi molekul memiliki permukaan loop (ditampilkan dalam warna merah) yang memediasi interaksi dengan molekul lain.

3.4. Struktur tersier: Gelombang Lipatan Protein Ke Struktur kompak dengan Cores nonpolar

Mioglobin, pembawa oksigen dalam otot, merupakan rantai polipeptida tunggal 153 asam amino. Kapasitas mioglobin untuk mengikat oksigen tergantung pada adanya heme, suatu gugus prostetik nonpolypeptide (pembantu) yang terdiri dari protoporfirin IX dan atom besi pusat. Myo-globin merupakan suatu molekul yang sangat kompak. Besarnya dimensi keseluruhan adalah kurang dari 45 × 35 × 25 Å, jika urutan sepenuhnya terulur(Gambar. 44). Sekitar 70% dari rantai utama dilipat menjadi delapan dalam heliks, dan banyak dari sisa rantai berubah bentuk dan loop antara heliks. 

 

Gambar. 44. Struktur Tiga-Dimensi mioglobin. (A) Model bola-dan-tongkat menunjukkan semua atom nonhidrogen dan mengungkapkan banyak interaksi antara asam amino. (B) tampilan skematik menunjukkan bahwa protein sebagian besar terdiri dari  a-heliks. Gugus heme ditampilkan dalam warna hitam dan atom besi ditampilkan sebagai bola ungu.

Lipatan dari rantai utama di mioglobin, seperti protein lainnya, adalah merupakan hal yang kompleks dan tidak memiliki simetri. Untuk keseluruhan dari rantai polipeptida dari protein ini disebut sebagai struktur tersier. Sebuah prinsip pemersatu muncul dari distribusi rantai samping. Fakta mencolok bahwa interior hampir seluruhnya terdiri dari residu nonpolar seperti leusin, valin, metionin, dan fenilalanin (Gambar, 45). Muatan residu seperti aspartat, glutamat, lisin, dan arginin yang ada dari bagian dalam mioglobin. Hanya dua residu histidin yang merupakan residu polar, yang memainkan peran penting dalam mengikat zat besi dan oksigen. Bagian luar dari mioglobin, pada sisi lain, terdiri dari residu polar dan nonpolar. Model spacefilling menunjukkan bahwa ada residu polar dan non polar yang sangat sedikit di dalam ruang kosong. Distribusi residu polar dan nonpolar mengungkapkan aspek kunci dari arsitektur protein. Dalam lingkungan berair, lipatan protein didorong oleh kecenderungan kuat dari residu hidrofobik untuk jauhkan dari air. Ingat bahwa sistem lebih stabil secara termodinamika ketika gugus-gugus hidrofobik yang terkumpul daripada yang terurai ke dalam lingkungan berair.

 

Gambar. 45. Distribusi Asam Amino dalam mioglobin. (A) model ruang  mioglobin dengan asam amino hidrofobik yang ditunjukkan dengan warna kuning, asam amino bermuatan ditampilkan dalam warna biru, dan lain-lain ditampilkan dalam putih. Permukaan molekul memiliki banyak asam amino bermuatan, serta beberapa asam amino hidrofobik. (B) Sebuah pandangan cross-sectional menunjukkan bahwa sebagian besar asam amino hidrofobik yang ditemukan di bagian dalam struktur, sedangkan asam amino bermuatan ditemukan pada permukaan protein.

Rantai polipeptida karena adanya lipatan sehingga rantai hidrofobik samping yang tersembunyi dan polar, rantai mengarah di permukaan. Banyak heliks dan untaian-β adalah amphipathic, yaitu α-heliks atau β-untaian memiliki permukaan hidrofobik, yang menunjuk ke bagian protein, dan permukaan lebih polar, yang menunjuk ke dalam larutan. keberadaan rantai utama yang menyertai rantai samping hidrofobik adalah penting juga. Sebuah peptida berpasangan gugus NH atau CO secara nyata lebih suka air untuk lingkungan yang nonpolar. Rahasia menyembunyikan segmen rantai utama dalam lingkungan hidrofobik adalah pasangan semua gugus NH dan CO oleh ikatan hidrogen. Pasangan ini dicapai dalam α-heliks atau β-sheets. Interaksi van der Waals antara rantai hidrokarbon samping yang padat juga berkontribusi pada stabilitas protein. Kita sekarang dapat memahami mengapa set 20 asam amino mengandung beberapa perbedaan dalam ukuran dan bentuk. Mereka menyediakan palet yang untuk memilih untuk mengisi interior protein dan dengan demikian memaksimalkan interaksi van der Waals, diaman interaksi van der Waals membutuhkan kontak intim. Beberapa protein yang span membran biologis adalah " yang membuktikan pengecualian aturan" mengenai distribusi asam amino hidrofobik dan hidrofilik seluruh struktur tiga dimensi. Sebagai contoh, perhatikan porins, protein yang banyak ditemukan dalam membran luar bakteri (Gambar.46). Hambatan permeabilitas membran yang dibangun sebagian besar dari rantai alkana yang cukup hidrofobik. Jadi, porins tercakup di luar sebagian besar dengan residu hidrofobik yang berinteraksi dengan rantai alkana tetangganya. Sebaliknya, pusat protein mengandung banyak asam amino bermuatan dan dipol yang mengelilingi saluran berisi air berjalan melalui tengah protein.

Gambar. 46. "Inside Out" Distribusi Asam amino pada Porin. Bagian luar Porin (yang kontak kelompok hidrofobik dalam membran) sebagian besar ditutupi dengan residu hidrofobik, sedangkan pusat termasuk saluran air yang penuh dilapisi dengan muatan dan polar asam amino.

Jadi, karena fungsi dalam lingkungan hidrofobik porins, mereka adalah "Inside Out " relatif terhadap protein yang berfungsi dalam larutan berair. Beberapa rantai polipeptida lipat menjadi dua atau lebih daerah yang dapat dihubungkan dengan segmen fleksibel rantai polipeptida, bukan seperti mutiara pada string. Ini berbentuk daerah bulat unit kompak, disebut domain, berbagai ukuran dari sekitar 30-400 residu asam amino. Sebagai contoh, bagian ekstraseluler CD4, protein permukaan sel pada sel-sel tertentu dari sistem kekebalan tubuh yang human immunodeficiency virus (HIV) menempel sendiri, terdiri dari empat domain yang sama masing-masing sekitar 100 asam amino (Gambar. 47). Seringkali, protein ditemukan memiliki domain yang sama bahkan jika mereka secara keseluruhan struktur tersier yang berbeda.
Fungsi 

Gambar. 47. Protein Domain. Sel-permukaan protein CD4 terdiri dari empat domain yang sama.

3,5. Struktur Kuarter: Struktur multi sub-unit dapat dibentuk oleh Rantai Polipeptida.

Pada protein yang mengandung lebih dari satu rantai polipeptida, protein menunjukkan organisasi struktural tingkat keempat. Setiap rantai polipeptida protein disebut subunit. Struktur Kuarter mengacu pada tata ruang dari subunit dan sifat interaksi mereka. Jenis paling sederhana struktur kuartener adalah dimer, terdiri dari dua subunit identik. Organisasi ini ada dalam Cro- protein pengikat DNA ditemukan dalam virus bakteri yang disebut l (Gambar. 48). Struktur kuartener lebih rumit. Lebih dari satu jenis subunit, sering kali dalam jumlah variabel. Sebagai contoh, hemoglobin manusia, pembawa oksigen protein dalam darah, terdiri dari dua subunit dari satu jenis (disebut α) dan dua subunit dari jenis lain (disebut β), seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 49. Dengan demikian, molekul hemoglobin ada sebagai tetramer α-2 β-2. Perubahan kecil dalam susunan subunit dalam molekul hemoglobin memungkinkan untuk membawa oksigen dari paru ke jaringan-jaringan dengan efisiensi yang besar.

Virus terbuat sebagian besar dengan jumlah terbatas informasi genetik dengan membentuk mantel yang menggunakan jenis yang sama secara berulang-ulang subunit dalam rangkaian simetris. Mantel rhinovirus, virus yang menyebabkan flu biasa, termasuk 60 salinan masing-masing dari empat subunit (Gambar. 50). Subunit datang bersama untuk membentuk shell dengan bentuk hampir bulat yang membungkus genom virus. 

  

Referensi dan gambar:Jeramy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer, Biochemistry fifth edition
W.H. FREEMAN and COMPANY