Struktur, Pelipatan, dan Peranan Protein

PROTEIN

A. UKURAN PROTEIN

Ukuran protein berkisar dari beberapa ribu Dalton (Da), misalnya hormon insulin yang mempunyai berat molekul 5.734 Da, hingga sekitar 5 juta Da seperti pada kompleks enzim piruvat dehidrogenase. Beberapa protein berikatan dengan materi nonprotein, baik dalam bentuk gugus prostetik yang dapat bekerja sebagai kofaktor enzim maupun dalam asosiasi dengan molekul berukuran besar seperti pada lipoprotein (dengan lemak) atau glikoprotein (dengan karbohidrat).

Gugus Prostetik

Lipoprotein

 B. STRUKTUR PROTEIN

Protein, seperti halnya suatu molekul DNA, merupakan polimer yang linear dan tidak bercabang. Subunit protein monomeriknya disebut asam amino dan polimer yang dihasilkan atau polipeptidanya, jarang yang panjangnya melebihi 2000 unit.

Struktur protein bersifat hirarki, yaitu protein disusun setahap demi setahap dan setiap tingkatan tergantung dari tahapan di bawahnya. Adapun protein terdiri dari empat struktur yaitu :

1. Struktur primer --> struktur protein yang dibentuk dengan menggabungkan asam amino ke dalam polipeptida. Asam amino dihubungkan dengan ikatan peptida yang terbentuk dengan reaksi kondensasi antara gugus karboksil pada satu asam amino dengan gugus asam amino pada asam amino berikutnya sehingga menghasilkan suatu rantai molekul polipeptida linier yang mempunyai ujung N dan ujung C. Tiap polipeptida biasanya terdiri atas 100 hingga 1.500 asam amino. Ujung dari polipeptida yang terbentuk mempunyai sifat kimia yang berbeda.

2. Struktur sekunder --> struktur yang dipersatukan oleh ikatan-ikatan hidrogen yang mempunyai polaritas tinggi pada gugus C=O dan N-H di dalam tiap ikatan peptida, menjadikan ikatan tersebut sangat kuat, juga memungkinkan terbentuknya sejumlah ikatan hidrogen di antara asam-asam amino pada jarak tertentu.

Dua tipe struktur sekunder yang umum, yaitu:

·   α-heliks --> Rantai polipeptida membentuk heliks (spiral) putar kanan dengan 3,6 asam amino per putaran sebagai akibat terjadinya ikatan hidrogen antara gugus N-H pada suatu residu asam amino (n) dan gugus C=O pada asam amino yang berjarak tiga residu dengannya (n+3).  Struktur  a-heliks banyak dijumpai terutama pada protein-protein globuler.

α-heliks

·    β-sheet --> Struktur ini terbentuk karena gugus N-H dan C=O pada suatu rantai polipeptida dihubungkan oleh ikatan hidrogen dengan gugus-gugus yang komplementer pada rantai polipeptida lainnya. Jadi, gugus N-H berikatan dengan C=O dan gugus C=O berikatan dengan N-H sehingga kedua rantai polipeptida tersebut membentuk struktur seperti lembaran dengan rantai samping (R) mengarah ke atas dan ke bawah lembaran. Jika kedua rantai polipeptida mempunyai arah yang sama, misalnya dari ujung N ke ujung C, maka lembarannya dikatakan bersifat paralel. Sebaliknya, jika kedua rantai polipeptida mempunyai arah berlawanan, maka lembarannya dikatakan bersifat antiparalel. Lembaran b merupakan struktur yang sangat kuat dan banyak dijumpai pada protein-protein struktural, misalnya fibroin sutera.

β-sheet

Keduanya terbentuk karena ikatan hidrogen yang terjadi antara asam amino yang berbeda pada polipeptida.

3. Struktur tersier --> terjadi dari lipatan komponen struktur sekunder polipeptida yang membentuk konfigurasi tiga dimensi. Struktur tersier terjadi karena bermacam-macam gaya kimiawi terutama ikatan hidrogen antara individu asam amino dan gaya hidrofobik yang mengatur bahwa asam amino dengan sisi gugus non-polar harus dilindungi dari air dengan menenpatkannya di bagian dalam protein.

4. Struktur kuartener --> melibatkan asosiasi dua atau lebih polipeptida, masing-masing terlipat menjadi struktur tersier, menjadi protein multisubunit. Tidak semua protein membentuk struktur kuaternair. Hanya protein yang mempunyai fungsi kompleks yang memiliki struktur ini termasuk beberapa protein yang terlibat dalam ekspresi gen. 

Struktur Protein

C. MACAM-MACAM PROTEIN

Secara garis besar dapat dibedakan dua kelompok protein, yaitu:

1. Protein globuler

Protein globuler dapat dilipat dengan kompak dan di dalam larutan lebih kurang berbentuk seperti partikel-partikel bulat. Kebanyakan enzim merupakan protein globuler.

2. Protein serabut (fibrous protein).

Protein serabut mempunyai nisbah aksial (panjang berbanding lebar) yang sangat tinggi dan seringkali merupakan protein struktural yang penting,  misalnya fibroin pada sutera dan keratin pada rambut dan bulu domba.

D. PELIPATAN PROTEIN (Protein folding)

Sekuens asam amino pada protein menentukan proses pelipatannya. Banyak protein yang butuh bantuan untuk:

1. Mencegah salah pelipatan (misfolding) sebelum sintesis selesai

2. Terlipat secara tepat

Protein folding dimediasi oleh protein lain; dan dapat diinduksi oleh stres pada sel. molekul protein yang membantu proses folding adalah:

•   Chaperon molekuler*: mengikat dan menstabilkan protein yang blm dilipat (unfolded protein), sehingga tidak beragregat dengan protein lain

• Chaperonin*: membantu proses pelipatan protein dalam sel (in vivo)     Ex: GroEL

       Catatan: *Keduanya membutuhkan ATP

Begitu diperoleh kondisi yang sesuai, kebanyakan polipeptida akan segera melipat menjadi struktur tersier yang tepat karena biasanya struktur tersier ini merupakan konformasi dengan energi yang paling rendah. Akan tetapi, secara in vivo pelipatan yang tepat seringkali dibantu oleh protein-protein tertentu yang disebut chaperon.

Folding of proteins in vivo is promoted by the chaperonin, GroEL

E. PERAN PENTING PROTEIN BAGI ORGANISME

Protein dalam kehidupan sehari-hari sangatlah penting, karena tanpa protein daya tahan tubuh kita menurun. Keragaman struktur protein yang sangat besar memungkinkan protein melaksanakan berbagai fungsi yang melandasi kehidupan, fungsi protein diantaranya adalah :

·  Katalisis biokimia, contohnya enzim.

·   Struktur, contohnya kolagen yang merupakan komponen penting pada tulang dan tendon.

·  Pergerakan, contohnya aktin dan myosin. 

Aktin dan Myosin

·  Transport, contohnya hemoglobin yang membawa oksigen dalam aliran darah dan serum albumin yang membawa asam lemak.

·  Pengaturan, contohnya hormon insulin yang mengontrol gula darah dan sitokin seperti interleukin yang mengatur pembelahan sel dan diferensiasi.

·  Proteksi, contohnya antibodi dan protein yang telibat dalam pembekuan darah.

·  Penyimpanan, contohnya feritin untuk menyimpan besi dalam darah dan gliadin untuk menyimpan asam amino dalam biji gandum yang dorman.