Tingkat structural protein

Konformasi asli dari suatu protein ditentukan oleh interaksi antara suatu polipeptida dan lingkungan akuanya, dimana polipeptida mendapatkan struktur tiga dimensi yang secara energy  stabil, seringkali konformasi memerlukan jumlah energy yang terkecil untuk bertahan. Makromolekul seperti ini memiliki struktur tiga-dimensi yang sangat kompleks. Terdapat empat tingkatan struktur yang saling mempengaruhi konformasi fungsional biologis dari protein. Tiga diantara tingkat strukturakl ini (primer, skunder dan tersier) dapat ditemukan dalam molekul yang terdiri dari suatu rantai polipeptida tunggal, sementara yang keempat (kuaterner) melibatkan interaksi dari polipeptida didalam suatu molekul protein berantai banyak.

1. Struktur primer

Tingkat sdtrktur ini mengacu pada jumlah dan urutan asam amino dalam suatu protein . ikatan peptide kovalen merupakan satu-satunya jenis ikatan yang terlibat pada tingkat struktur protein ini. Karena masing-masing ikatan peptide memiliki sifat ikatan-ganda parsial , maka merupakan suatu bidang relative kak dengan atom hydrogen dari gugusan amida trans terhadap oksigen dari gugusan karbonil. Sebagai akibat dari karakteristik  ikatan-ganda C-N, tidak terdapat rotasi bebas pada sumbu ini.

Namun terdapat kebebasan rotasional  disekitar ikatan tunggal (sudut rotasi φ dan ψ) yang menghubungkan setiap atom C- α dengan atom N dan C dari ikatan peptide. Rotasi bebas ini memungkinkan gugusa R yang melekat pada karbon- α memiliki peranan yang berpengaruh dalam menetapkan struktur tiga-dimensi dari rantai polipeptida.

2. Struktur sekunder

Tingkat berikut ini lazim mengacu pada jumlah keteraturan structural yang terkandung dalam suatu polipeptida sebagai akibat Ikatan hydrogen diantara ikatan peptda.

   α helixDalam heliks α, tulang punggung polipeptida dilipat sedemikian rupa sehingga-C = O dari masing-masing kelompok residu asam amino mengikat hidrogen pada kelompok -residu NH keempat sepanjang rantai: yaitu,-C = O kelompok  residu pertama berikatan  kelompok -residu NH  kelima, dan seterusnya.

Karena setiap-C = O dan-NH kelompok adalah hidrogen-ikatan (kecuali untuk empat pada akhir masing-masing), maka α heliks sangat stabil. Namun, untuk beberapa asam amino, interaksi yang melibatkan rantai samping dapat α helix, membuat konformasi ini kurang kemungkinan dalam rantai polipeptida yang mengandung proporsi yang tinggi seperti asam amino heliks-mendestabilisasi

Pembentuk HelixHelix	Helix pemutus	residu bebas
Glu Ala Leu His Met Gin Trp Val Phe Lys Ile	Pro Gly Tyr Asn	Asp Thr Ser Arg Cys

R

R

Struktur β-sheet
Yang utama kedua reguler, struktur pengulangan, struktur β, berbeda dari heliks pada rantai polipeptida yang hampir sepenuhnya diperluas, seperti pada gambar. 546, dan ikatan hidrogen terjadi antara untai polipeptida, daripada dalam untai tunggal, seperti yang disajikan dalam gbr.

R

R

R

R

R

Berdekatan rantai bisa disejajarkan dalam arah yang sama (misalnya, N terminal ke terminal C) seperti dalam lembaran β paralel, atau rantai alternatif dapat selaras dalam orientasi berlawanan seperti dalam lembaran β antiparalel, ditampilkan dalam Gbr.

Struktur heliks-α yang diajukan oleh linus pauling dan Robert Corey pada tahun 1951 ntuk polipeptid, tergantung pada ikatan hydrogen intramolekular (atau intrarantai) antara gugusan NH dan CO dari ikatan peptide. Ikatan hydrogen terjadisecara spontan, sebagai kaibatnya,suatu polipeptida dapat mengambil struktur seperti batang tiga dimensi yang berbatas jelas. Sepanjang sumbu dari suatu heliks-α ini, ketinggian per  residu asam amino adalah 1,5 Å, dan terdapat 3,6 residu per putaran, yang menjadikan puncak dari setiap putaran 5,4 Å . Residu berspasi empat samping (pada putaran terdekat) ikatan hydrogen, dan setiap gugusan NH dan CO dari segmen rantai polipeptida berpartisipasi. Suatu heliks dapat bertngan kanan- atau kiri-; heliks- α dari polipeptida yang diketahui (asam amino-L) bertangan kanan. Protein yang berfungsi secara biologis biasanya tidak memperlihatkan struktur heliks- α 100 persen. Beberapa memiliki persentase tinggi struktur heliks-α dalam  residunya, contohnya mioglobin dan hemoglobin; yang lain mempunyai persentase rendah, contohnya, kimotripsin dan sitrokom c. gugusan R dari urutan  asam amino mempengaruhi derajat struktur heliks yang dimiliki polipeptida tertentu.

Destabilisasi konformasi heliks oleh residu tertentu dapat terjadi dalam berbagai cara. Suatu residu prolil atom N-α dalam suatu sistem cincin kaku dan tidak dapat berpartisipasi dalam struktur heliks- α; malah, hal ini menciptakan belokan tajam dalam heliks. Suatu urutan dari residu aspartil dan atau glutamil dapat mendestabilisasi struktur heliks- α, karena sisi yang bermuatan negative dari

Rantai saling tolak satu sama lain (penolakan elektrostatik), dan  tenaga penolakan lebih besar daripada ikatan hydrogen. Suatu kelompok residu isoleusil, karena gugusan sterik yang diberikan oleh gugus R yang besar, juga memutuskan konformasi hydrogen. Di pihak lain, glisin, dengan atom hydrogen yang kecil sebagai gugusan R, merupakan destabilisator lain. Tidak adanya rantai samping  pada glisin memungkinkan adanya derajat rotasi yang besar disekitar karbon- α dari asam amino; dengan demikian, konformasi sudut ikatan heliks- α yang lain mungkin terjadi. Dengan kata lain, untuk suatu urutan residu glisil, konformasi heliks- α tidak merupakan konformasi dengan kesetabilitasan maksimal.

Pauling dan corey mengidentifikasi jenis  kedua dari struktur sekunder, disebut struktur lembaran berlipat-β, yang tergantung pada ikatan hydrogen antar-molekul (antar rantai). Salah satu struktur ini adalah lembaran berlipat-β antiparalel, dimana masing-masing rantai polipeptida diperluas dan berikatan maksimal dengan dua polipeptida bertetangga. Pada suatu struktur antiparalel, polipeptida yang bertetangga berjajar dalam arah terminus N-dengan-C yang berlawanan. Jika dalam suatu struktur berlipat-β polipeptida bertetangga yang berikatan dengan hydrogen terjajar dalam arah N-dengan-C yang sama, maka struktur

Adalah berlipat-β parallel. Walaupun suatu struktur lembarabn berlipat-β biasanya berkaitan denga protein structural, hal ini juga diketahui terjadi pada struktur tiga dimensi  dari protein globular tertentu, contohnya enzim lisosim karboksipeptidase A.

3. Struktur tersier

Struktur tersier adalah menjelaskan bagaimana seluruh rantai polipeptida melipat sendiri sehingga membentuk struktur 3 dimensi. Pelipatan ini dipengaruhi oleh interaksi antar gugus samping (R) satu sama lain. Ada beberapa interaksi yang terlibat yaitu:

Interiaksi ionik

Terjadi antara gugus samping yang bermuatan positif (memiliki gugus –NH2 tambahan) dan gugus negatif (–COOH tambahan).

Ikatan Ionik

Ikatan hidrogen

Jika pada struktur sekunder ikatan hidrogen terjadi pada ‘backbone‘, maka ikatan hidrogen yang terjadi antar gugus samping akan membentuk struktur tersier. Karena pada gugus samping bisa banyak terdapat gugus seperti –OH, –COOH, –CONH2 atau –NH2 yang bisa membentuk ikatan hidrogen.

Gaya Dispersi Van Der Waals

Beberapa asam amino memiliki gugus samping (R) dengan rantai karbon yang cukup panjang. Nilai dipol yang berfluktuatif dari satu gugus samping dapat membentuk ikatan dengan dipol berlawanan pada gugus samping lain.

Jembatan Sulfida

Jembatan Disulfida Cysteine memiliki gugus samping –SH dimana dapat membentuk ikatan sulfida dengan –SH pada cystein lainnya, ikatan ini berupa ikatan kovalen sehingga lebih kuat dibanding ikatan-ikatan lain yang sudah disebutkan di atas.

(http://sciencebiotech.net/struktur-molekul-protein/)

Terdapat dua bukti penting yang menunjukkan bahwa rantai polipeptida protein globular berlipat-lipat  dengan erat dan bahwa konformasi yang berlipat-lipat ini penting bagi fungsi biologinya. Yang pertama adalah bahwa protein globular natif mengalami denaturasidalam pemanasan, didalam lingkungan pH yang ekstrim, atau dengan menambahkan urea. Jika suatu protein globular mengalami denaturasi, struktur  kerangka kovalen tetap utuh, tetapi rantai polipeptidanya membuka menjadi bentuk acak, tidak teratur, mengalami perubahan konformasi dalam rutang. Protein globular yang telah terdenaturasi biasanya menjadi tidak lariut didalam system larutan pada pH mendekati 7, dan biasanya kahi;langan aktivitas biologi.

Bukti kedua mengenai berlipatnya protein gloualar dating dari perbndingan panjang rantai polipeptida dengan ukuran molekul sebenarnya seperti yang ditampilkan oleh ukuran fisikokomia. Sebagai contoh, albumin serum(BM 64.500), merupakan rantai polipeptida tunggal dengan 584 residu asam amino. Jika rantai in berbentuk konformasi β sepenuhnya, ukurannya hamper sama mencapai 200nm dengan ketebalan 0,5 nm; jika bentuk molekul itu suatu α heliks, panjangnya kira-kira 90 nm dengan ketebalan 1,1 nm. Tetapi, pengukuran fisikokimia pada albumin serum asli memperlihatkan bahwa ukuran panjangnya hanya kira-kira 13 nm.

                               

Albumin serum sapi dalam bentuk aslinya 13x 3 nm

   

584 residu pada bentuk α heliks 90 x 1,1 nm

584 residu dalam konformasi β 200 x0,5 nm

Jelaslah bahwa rantai polipeptida albumin serum harus berlipat-lipat dengan ketat untuk dapat sesuai dengna ukuran ini. Sekarang pasti bahwa semua protein globular berlipat rapat-rapat istilah struktur tersier untuk menunjukkan bagaimana rantai polipeptida protein globular berlipat menjadi bentuk bulat atau globular yang kompak.

(lehninger.1982.hal:193-194)

4. Struktur kuartener

Struktur kuartener dari protein merupakan struktur dari protein merupakan struktur dari protein yang mempunyai berat molekul yang tinggi, dan terdiri dari beberapa sub unit polipeptida (bisa 2,3 atau 4 polipeptida) dan bergabung menjadi satu kesatuan membentuk protein. Ikatan antara sub unit disebabkan adanya ikatan hydrogen, hidrofobik, disulfide dan ikatan ion, misalnya protein globin dari hemoglobin mempunyai 4 sub unit polipeptida.

Struktuer primer menggambarkan pengaturan sub unit protein dalam ruang. Protein dengan dua atau lebih rantai poli peptide yang terikat oleh kekuatan nonkoevalen akan memperlihatkan struktur koevalen.

Posted in: Biokimia