Thursday, November 10, 2011

BIOKIMIA 3 (protein 1) STKIP MUHAMMADIYAH SORONG


 PROTEIN
Protein adalah makromolekul yang paling serbaguna di dalam sistem makhluk hidup dan melayani fungsi utama yang sangat rumit pada semua proses biologi. Protein berfungsi sebagai katalisator, protein mengangkut dan menyimpan molekul lain seperti oksigen, protein juga menyediakan mekanik pendukung dan sistem imun, protein menghasilkan pergerakan, protein memancarkan dorongan syaraf, dan protein mengendalikan pertumbuhan dan perbedaan.
Beberapa faktor kunci yang memungkinkan protein untuk mengambil bagian cakupan fungsi yang luas.
1.      Protein adalah polimer linier dibangun dari rangkaian unit monomer  asam amino. Konstruksi suatu jalur makromolekul yang luas dari suatu jumlah bangunan blok monomer terbatas, yang merupakan suatu pengulangan rangkaian di dalam biokimia. Fungsi suatu protein secara langsung berhubungan pada struktur tiga dimensi (Gambar.1). Protein secara spontan terlelipat ke dalam struktur tiga dimensi yang ditentukan oleh urutan asam amino polimer protein. Hal seperti ini, protein adalah perwujudan transisi dari urutan struktur satu dimensi ke tiga dimensi yang berbeda aktivitas.
Gambar. 1. Struktur Fungsi Membaca. Suatu komponen mesin protein DNA replikasi mengepung suatu bagian DNA pilihan ganda. Struktur protein mengijinkan segmen DNA yang besar untuk dicopy tanpa mesin replikasi diputuskan dari DNA.

2.      Protein berisi suatu cakupan luas golongan fungsional. Golongan fungsional ini meliputi alkohol, thiol, thioeter, asam karboksilat, karboksamida, dan berbagai gugus basis dasar. Ketika dikombinasikan dalam berbagai urutan, jalur, golongan fungsional ini meliputi fungsi spektrum protein yang lebar. Sebagai contoh, kereaktifan kimia berhubungan dengan gugus ini adalah penting pada fungsi enzim, protein yang mengkatalisasi reaksi kimia spesifik di sistem biologi.
3.      Protein dapat saling berhubungan dengan satu sama lain dan dengan makromolekul biologi lain untuk membentuk pemasangan komplek. Protein di dalam pemasangan ini dapat bertindak pembentuk sinergi untuk tidak memiliki kemampuan yang seperti dihasilkan oleh komponen individu protein (Gambar 2). Pemasangan ini meliputi mesin makro molekular yang menyelesaikan replikasi DNA yang akurat, transmisi isyarat di dalam sel, dan banyak proses penting lainnya.
Gambar. 2. Suatu Perakitan Protein Kompleks. Suatu jaringan elektron micrograph serangga dalam potongan melintang menunjukkan sebuah jalur heksagonal dengan dua macam kawat pijar protein.

4.      Beberapa protein adalah kaku, sedangkan yang lain membatasi fleksibilitas. Unit kaku dapat berfungsi sebagai unsur-unsur struktural di dalam cytoskeleton (perancah internal di dalam sel) atau di dalam jaringan yang menghubungkannya. Bagian dari protein dengan fleksibilitas terbatas dapat bertindak sebagai engsel dan mengungkit yang merupakan fungsi protein yang rumit, pada perakitan protein dengan satu sama lain dan dengan lain molekul ke dalam unit kompleks, dan kepada transmisi informasi di dalam dan antar sel (Gambar. 3)

Gambar. 3. Fleksibilitas dan Fungsi. Ketika pembungkus menggulung, protein lactoferrin mengalami perubahan konformasi yang mengijinkan molekul lain untuk membedakan antara besi bebas dan bentuk besi terikat.

Kristal hormon insulin manusia. Hormon insulin adalah suatu hormon protein, yang rumit untuk memelihara gula darah pada tingkatan yang sesuai. (Gambar bawah) Rantai asam amino adalah suatu urutan spesifik (struktur yang utama) menggambarkan suatu protein seperti hormon insulin. Rantai ini melipat ke dalam struktur yang dirumuskan dengan baik (struktur yang tersier) dalam hal ini merupakan molekul hormon insulin tunggal seperti struktur terpasang dengan rantai lain untuk membentuk seperti gulungan yang kompleks untuk enam molekul hormon insulin ditunjukkan di arah selanjutnya (struktur quarternary). Gulungan ini sering dibuat untuk membentuk kristal dengan baik, yang memungkinkan penentuan struktur ini secara detil.

1. Bangun Protein dari suatu rangkaian 20 asam amino.
Asam amino  adalah bangunan blok protein. Suatu α-asam amino terdiri dari suatu atom karbon pusat, menghubungkan suatu karbon, dihubungkan ke suatu gugus amino, suatu gugus asam karboksilat, suatu atom hidrogen, dan suatu golongan R. Gugus R sering dikenal sebagai rantai sisi. Dengan empat gugus yang berbeda dihubungkan ke empat sisi atom α-karbon, α-asam amino kiral; dua bentuk bayangan cermin  yang disebut  isometri-L dan isometri-D (Gambar 4).
Gambar. 4. L dan D Isometri asam amino. R mengacu pada rantai sisi. Isometri L dan D adalah gambaran cermin dari lainnya.

Pada umumnya unsur protein adalah hanya L-asam amino. Karena hampir semua asam amino, isometri L mempunyai bentuk wujud absolute (Gambar 5). Walaupun usaha telah dilakukan untuk mencari alasan mengapa terjadi seperti itu namun belum bisa menjawab untuk mengetahui alasan dari fakta tersebut. Suatu alasan yang masuk akal adalah terbentuk dari sejara evolusioner.
Larutan asam amino pada pH netral ada sebagian besar sebagai ion dipolar (juga disebut zwitterions). Di dalam bentuk dipolar, gugus amino adalah ter-protonasi (- NH3+) dan gugus karboksil adalah ter-deprotonasi (-COO-). Status ionisasi dari suatu asam amino bervariasi dengan pH (Gambar 6). Di dalam larutan asam (contoh, pH=1), gugus amino adalah ter-protonasi (-NH3+) dan gugus karboksil tidak ter-dissosiasi (- COOH). Ketika pH dinaikkan, maka asam karboksilat adalah gugus yang pertama untuk menyerahkan suatu satuan listrik positif, oleh karena pK-nya mendekati 2. Bentuk dipolar tetap berlaku sampai pH mendekati 9, ketika gugus amino yang ter-protonasi terbentuk suatu satuan listrik positif.
Gambar. 5. Hanya L-asam amino ditemukan di dalam protein. Hampir semua L-asam amino mempunyai suatu konfigurasi mutlak. Berlawanan arah jarum jam arah panah dari paling tinggi- ke bawah substituen menunjukkan bahwa pusat chiral dari bentuk wujud itu.


Gambar 6. Ionisasi sebagai Fungsi pH. Status Ionisasi asam amino cuka diubah oleh suatu perubahan pH. Bentuk zwitterionic mendominasi dekat pH fisiologis.

Dua puluh macam rantai sisi yang bermacam-macam di dalam ukuran, bentuk, muatan, ikatan hidrogen kapasitas, karakter hidrophobik, dan kereaktifan kimia biasanya ditemukan di dalam protein. Tentu saja, semua protein dalam semua jenis hasil bakteri, archaeal, dan eukaryotic dibangun dari satuan 20 amino asam yang sama. Abjad protein pokok ini berusia beberapa milyar tahun. Cakupan fungsi yang luar biasa yang ditengahi oleh protein diakibatkan oleh macam-macam kepandaian dan keaneka ragamannya. Pemahaman bagaimana abjad ini digunakan untuk menciptakan struktur tiga dimensi yang ruwet yang memungkinkan protein untuk menyelesaikan sangat banyak proses biologi yang merupakan suatu pengembangan area biokimia.
Satuan asam amino yang paling sederhana adalah glycine, yang hanya mempunyai suatu atom hidrogen rantai sisi nya. Dengan dua atom hidrogen mengikat pada atom α-karbon, glycine adalah menjadi α-kiral unik, sedangkan asam amino paling sederhana yang berikutnya adalah alanine, mempunyai suatu gugus metil (-CH3 rantai sisinya (Gambar 7).
Rantai Sisi Hidrokarbon lebih besar ditemukan pada valine, leucine, dan isoleucine (Gambar. 8). Methionine berisi sebagian besar rantai sisi alifatik yang meliputi suatu golongan thioether (-S-). Rantai Sisi isoleucine meliputi suatu tambahan pusat kiral; hanya isometri menunjukkan di Gambar 8 ditemukan dalam protein. Rantai sisi alifatik yang lebih besar adalah hidrophobik adalah cenderung berikatan dengan sesama dibanding dengan air. Struktur tiga dimensi dari protein yang dapat larut dalam air adalah yang distabilkan oleh gugus hidrophobik (efek hidrophobik).
Ukuran dan bentuk  yang berbeda dari rantai sisi hidrokarbon ini memungkinkan untuk membentuk struktur ringkas dengan sedikit lubang. Proline juga mempunyai suatu rantai sisi alifatik, hanyalah berbeda dengan lain yang sisi rantai terikat kedua-duanya dengan hidrogen dan atom α-karbon (Gambar 9). Proline dengan jelas/dengan nyata α mempengaruhi bentuk protein, sebab struktur cincinnya, membuatnya makin conbentukif membatasi dibanding asam amino lain .
Gambar .7. Struktur Glycine Dan Alanine. (gambar atas) Model Ball-And-Stick menunjukkan pengaturan atom dan pada ruang mengikat. (gambar tengah) Rumusan Stereochemically realistis menunjukkan pengaturan geometris ikatan di sekitar atom. (gambar bawah) proyeksi Fischer menunjukkan semua ikatansebagai suatu yang  tegaklurus untuk penyajian yang disederhanakan
Gambar .8. Asam Amino dengan Rantai Sisi Alifatik. Kiral tambahan Pusat isoleucine ditandai dengan suatu tanda bintang.
Gambar. 9. Struktur Siklis Proline. Rantai sisi dihubungkan oleh suatu gugus karbon dan amino.

Tiga asam amino yang dengan rantai sisi aromatik sederhana menjadi bagian dari daftar asam amino pokok (Gambar.10). Phenylalanine berisi suatu cincin fenil terpasang sebagai pengganti salah satu dari hidrogen alanine. Cincin tyrosine aromatik berisi suatu gugus hidroksit. Gugus hidroksit ini adalah reaktif, dibandingkan dengan sisi rantai asam amino lain. Tryptophan mempunyai suatu cincin indole yang dihubungkan pada suatu gugus methylene (-CH2-); gugus indole meliputi dua cincin yang dipadukan dan suatu gugus NH. Phenylalanine semata-mata hydrophobic, sedangkan tyrosine dan tryptophan adalah sangat sedikit akibat gugus hidroksil dan gugus NH. Cincin tryptophan dan tyrosine yang aromatik berisi delokalisasi elektron p yang betul-betul menyerap cahaya ultraungu (Gambar.11).
Dua asam amino, serine dan threonine, berisi gugus hidroksit alifatik ( Gambar.12). Serine dapat dianggap sebagai alanine versi hidroksilasi, sedangkan threonine menyerupai valine dengan suatu gugus hidroksit sebagai pengganti salah satu dari gugus metil valine. Gugus hidroksit pada serine dan threonine membuat mereka jauh lebih hidrofil dan reaktif dibanding alanine dan valine. Threonine, seperti isoleucine, berisi suatu pusat tidak simetris tambahan; lagi hanya satu isometri yang ada dalam protein.
Cysteine dari sudut bangunannya serupa dengan serine tetapi berisi suatu gugus sulfhydryl, atau thiol (- SH), sebagai pengganti gugus hidroksil (-OH) (Gambar.13). Gugus sulfhydryl jauh lebih reaktif. Gugus sulfhydryl bisa bersama-sama membentuk ikatan disulfida, yang terutama penting sekali menstabilkan beberapa protein.
Kembali ke asam amino yang dengan rantai sisi sangat kutub yang sangat hidrofil. Lysine Dan Arginine mempunyai rantai sisi yang berakhir dengan gugus yang bermuatan positif pada pH netral. Lysine adalah capped dengan gugus α-amino utama dan arginine dengan gugus guanidinium. Histidine berisi suatu imidazole, suatu cincin aromatik yang juga dapat bermuatan positif (Gambar. 14).

 
Dengan suatu pK dekat 6, Gugus imidazole dapat bermuatan positif atau tidak bermuatan pada pH dekat netral, tergantung pada lingkungan lokalnya (Gambar.15). Tentu saja, histidine adalah sering ditemukan di lokasi enzim yang aktip, di mana cincin imidazole  dapat mengikat dan melepaskan satuan listrik positif selama reaksi enzymatic.
Satuan asam amino juga berisi dua rantai dengan sisi acidic: asam aspartic dan asam glutamic (Gambar.16). Asam amino ini sering disebut aspartate dan glutamate untuk menekankan bahwa rantai sisi mereka pada umumnya bermuatan negatif pada pH fisiologis. Meskipun begitu, dalam beberapa protein ini sisi rantai menerima satuan listrik positif, dan kemampuan ini adalah secara fungsional penting. Sebagai tambahan, yang di-set untuk derivative  tidak bernuatan meliputi aspartate dan glutamate asparagine dan glutamine masing-masing dimana berisi suatu terminal carboxamide sebagai pengganti suatu asam karboksilat (Gambar. 16).
Sebanyak tujuh dari 20 asam amino mempunyai rantai sisi ionizable. 7 asam amino Ini bisa mendonorkann atau menerima satuan listrik positif untuk memudahkan reaksi seperti halnya untuk membentuk ikatan bersifat ion. Tabel 1 memberi perhitungan dan suatu nilai-nilai pK khas untuk ionisasi rantai sisi tyrosine, cysteine, arginine, lysine, histidine, dan asam glutamic dan aspartic di dalam protein. Dua golong lain di dalam protein terminal α-amino dan terminal gugus α- carboxyl dapat mengionisasi, dan pK khas nilai-nilai α juga tercakup di Tabel 1.
Asam  amino sering dilambangkan dengan singkatan maupun  lambing satu huruf (Tabel. 2). Singkatan untuk asam amino adalah tiga huruf yang pertama dari nama mereka, kecuali asparagine (Asn), Glutamine (Gln), Isoleucine (Ile), dan tryptophan (Trp). Lambang untuk banyak asam amino adalah huruf pertama dari namanya ( contoh, G untuk glycine dan L untuk leucine); lambang lain  telah disepakati oleh konvensi.
Cara tertentu satuan asam amino ini menjadi suatu bangunan blok protein; Pertama, di-set, mereka adalah berbeda; struktural mereka dan sifat kimia memutar suatu cakupan luas, membentuk protein dengan kepandaian macam-macam untuk mengasumsikan banyak peran fungsional. Ke dua, banyak dari asam amino ini mungkin bependekatanl dari reaksi prebiotic. Yang akhirnya, kereaktifan hakiki berlebihan mungkin telah menghapuskan asam amino lain. Sebagai contoh, asam amino seperti homoserine dan homocysteine cenderung untuk membentuk bentuk siklis lima-member yang membatasi penggunaan mereka di dalam) protein; alternatif asam amino yang ditemukan di dalam protein serine dan cysteine tidak siap membentuk siklis, sebab cincin di dalam bentuk siklis mereka terlalu kecil (Gambar.17).

Gambar 10. Asam amino dengan rantai sisi aromatic. Phenylalanine, Tyrosine, dan tryptophan mempunyai karakter hydrophobic. Tyrosine Dan Tryptophan juga mempunyai kemampuan hidrofil oleh karena gugus - OH dan - NH-

Gambar. 11. Penyerapan Spectra Amino Yang Aromatik. Asam Tryptophan ( Merah) dan Tyrosine ( Biru). Hanya asam amino ini yang menyerap betul-betul dekat 280 nm.


Gambar. 12. Asam Amino Yang bergugus Hidroksit Alifatik. Serine dan Threonine berisi gugus hidroksit sebagai hidrofil. Kiral tambahan dalam threonine ditandai oleh suatu tanda bintang.

Gambar. 13. Struktur Cysteine.
Gambar. 14. Asam amino dasar. Lysine, Arginine, and Histidine.

Gambar. 15. Ionisasi Histidine. Histidine dapat mengikat atau melepaskan satuan listrik positif dekat pH fisiologis.

Gambar.16. Asam amino yang memiliki rantai sisi Carboxylates and Carboxamides.

Tabel. 1. Nilai-Nilai Pka khas dari gugus ionizable di dalam protein
 
Tabel. 2. Nama dan lambing asam amino

NO
NAMA
LAMBANG
TIGA HURUF
SATU HURUF
1
Alanine
Ala
A
2
Arginine
Arg
R
3
Asparagine
Asn
N
4
Aspartic Acid
Asp
D
5
Cysteine
Cys
C
6
Glutamine
Gln
Q
7
Glutamic Acid
Glu
E
8
Glycine
Gly
G
9
Histidine
His
H
10
Isoleucine
Ile
I
11
Leucine
Leu
L
12
Lysine
Lys
K
13
Methionine
Met
M
14
Phenylalanine
Phe
F
15
Proline
Pro
P
16
Serine
Ser
S
17
Threonine
Thr
T
18
Tryptophan
Trp
W
19
Tyrosine
Tyr
Y
20
Valine
Val
V
21
Asparagine/aspartic acid
I. The
Asx
B
22
Glutamine/glutamic acid
Glx
Z


Gambar.17. Kereaktifan Yang tidak diinginkan di dalam Asam Amino. Beberapa asam amino adalah tak serasi sebagai protein oleh karena cyclisasi yang tidak diinginkan. Homoserine dapat cyclisasi untuk membentuk suatu cincin lima-rangkaian stabil, yang berpotensi menghasilkan pemecahan ikatan peptida. Cyclisasi serine akan membentuk suatu regangan, cincin empat ragkai yang merupakan suatupola yang tidak dikehendaki untuk membentuk protein.. X bisa merupakan suatu golongan amino dari suatu asam amino yang mirip atau berpotensi membentuk gugus lain.

2. Struktur Utama: asam amino yang dihubungkan oleh ikatan peptida membentuk rantai polypeptida
Protein adalah polimer linier yang dibentuk dengan  α - carboxyl sebagai penghubung satu gugus asam amino kepada gugus α - amino lain dengan suatu ikatan peptida (disebut juga suatu pengikat amida). Pembentukan suatu dipeptida dari dua asam amino diikuti oleh hilangnya suatu molekul air (Gambar.18). Keseimbangan dari reaksi ini berada pada sisi hidrolisis bukan sintese. Karenanya, biosynthesis ikatan peptida memerlukan suatu masukan energi bebas. Meskipun begitu, ikatan peptida adalah merupakan kinetik stabil.
Satu rangkaian amino cuka yang dihubungkan oleh bentuk ikatan peptida adalah suatu rantai polypeptida, dan masing-masing unit asam amino di dalam suatu polypeptida disebut suatu residu. Suatu polypeptida rantai mempunyai polaritas sebab akhirannya berbeda, dengan satu golongan α-amino di ujung yang satu dan diujung lain asam karboksilat. Dengan konvensi, ujung amino mempertimbangkan awal suatu rantai polypeptida, dan dengan demikian urutan asam amino suatu rantai polypeptida ditulis mulai dengan aminoterminal residu. Seperti pentapeptida Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu (YGGFL), phenylalanine adalah residu amino-terminal (N-Terminal) dan Leucine adalah residu carboxyl-terminal (C-Terminal) (Gambar 19). Leu-Phe-Gly-Gly-Tyr (LFGGY) adalah suatu pentapeptida berbeda, dengan sifat kimia yang berbeda.

Gambar. 18. Formasi ikatan Peptida. Penghubung dua asam amino yang diikuti oleh hilangnya suatu molekul air.

Gambar.19. Urutan Asam Amino Sesuai Arah Ilustrasi adalah pentapeptida Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu (YGGFL) menunjukkan urutan dari ujung terminal amino pada terminal ujung carboxyl. Pentapeptida ini, Leu-Enkephalin, adalah suatu peptida opioid yang mengatur persepsi penyakit. Kebalikannya yakni Pentapeptida, Leu-Phe-Gly-Gly-Tyr (LFGGY), sebuah molekul berbeda dan tidak menunjukkan efek apapun.

Suatu rantai polypeptida terdiri dari suatu pengulangan bagian secara teratur, yang dihubungkan dengan rangka atau rantai utama, dan suatu variabel yang terpisah, berisikan rantai sisi yang berbeda (Gambar. 20). Kerangka Polipeptida adalah kaya akan potensi ikatan hidrogen. Masing-Masing residu berisi suatu gugus karbonil, yang mana merupakan akseptor ikatan hidrogen yang baik, sedangkan gugus NH yang merupakan pendonor ikatan hidrogen yang baik (terkecuali proline). Gugus ini saling berhubungan satu sama lain dan dengan golongan fungsional dari rantai sisi untuk menstabilkan struktur tertentu. Rantai Polipeptida paling alami berisi antara 50 dan 2000 residu asam amino dan biasanya dikenal sebagai protein. Peptida dibuat dari angka-angka asam amino yang kecil disebut oligopeptida atau hanya peptida. Rata-Rata bobot molekular dari suatu residu asam amino adalah sekitar 110, dan demikian bobot molekular kebanyakan protein adalah antara 5500 dan 220,000. Kita dapat juga mengacu pada massa suatu protein, yang dinyatakan di dalam unit dalton; satu dalton;sama dengan satu satuan massa atom. Suatu protein dengan suatu bobot molekular 50,000 mempunyai suatu massa 50,000 dalton, atau 50 kd (kilodaltons).

Gambar.20. Komponen suatu Rantai Polypeptida. Suatu rantai polypeptida terdiri dari suatu kerangka tetap (yang ditunjukkan dengan warna hitam) dan rantai sisi variabel (yang ditunjukkan dengan warna hijau).

2.1. Urutan Asam Amino Unik Protein ditetapkan oleh Gen
Pada tahun 1953, Frederick menentukan urutan hormon insulin asam amino, suatu hormon protein (Gambar. 22). Ini adalah suatu hal menonjol di dalam biokimia sebab pertama kali menunjukkan bahwa suatu protein yang digambarkan urutan asam amino pembentuknya. Lebih dari itu, ditunjukkan pula bahwa hormon insulin berisi hanya L-asam amino yang dihubungkan oleh ikatan peptida antara α-mino dan gugus α-carboxyl. Penemuan ini merangsang ilmuwan lain untuk menyelesaikan studi urutan suatu  protein yang luas . Tentu saja, urutan asam amino yang lengkap yang dikenal kini lebih dari 100,000 protein. Fakta menunjukkan bahwa masing-masing protein mempunyai suatu urutan asam amino unik, digambarkan dengan tepat. Urutan asam amino suatu protein sering dikenal sebagai struktur utamanya.
Gambar. 22. Urutan  Asam Amino dari Hormon insulin sapi.

Satu rangkaian studi pada era akhir 1950 dan awal 1960 mengungkapkan bahwa telah ditentukan urutan asam amino protein yang berperan ginetik. Urutan nucleotides di dalam DNA, molekul keturunan, menetapkan suatu urutan yang nucleotides komplementer di dalam RNA, yang mana  pada gilirannya menetapkan urutan asam amino suatu protein. Khususnya, masing-masing 20 asam amino dilambangkan dengan satu atau lebih urutan tiga nucleotides spesifik). Pengetahuan urutan asam amino adalah penting untuk beberapa pertimbangan. Pertama, pengetahuan urutan suatu protein pada umumnya penting bagi menerangkan mekanisme tindakannya (misal, mekanisme katalitis dari suatu enzim). Lebih dari itu, protein dapat dihasilkan dengan  bermacam-macam urutan dari protein yang telah dikenal. Kedua, urutan asam amino menentukan struktur tiga dimensi protein. Urutan asam amino adalah mata rantai antara pesan keturunan di dalam DNA dan struktur tiga dimensi yang melaksanakan suatu fungsi biologi protein. Analisa hubungan antara urutan asam amino dan struktur tiga dimensi protein adalah membongkar aturan yang menjelaskan lipatan rantai polypeptida. Ketiga, penentuan urutan adalah suatu komponen dari ilmu penyakit molekular, dengan suatu area medis berkembang cepat.
Perubahan di dalam urutan asam amino dapat menghasilkan penyakit dan fungsi abnormal. Dan kadang-kadang penyakit fatal, seperti sickle-cell anemia dan cystic fibrosis, dapat diakibatkan oleh suatu perubahan di dalam asam amino tunggal di dalam suatu protein. Keempat, urutan suatu protein mengungkapkan banyak tentang itu sejarah evolusiner. Protein menyerupai satu sama lain di dalam urutan asam amino hanya jika mereka mempunyai suatu asal yang serupa. Konsekwensinya, peristiwa molekular di dalam evolusi dapat diusut dari urutan asam amino; paleontology molekular adalah suatu area riset tentang evolusi molekular mahluk hidup.

3.2.2. Rantai polipeptida fleksibel namun dibatasi konformasionalitas
 Pengujian ilmu ukur rangka protein mengungkapkan beberapa hal-hal penting. Pertama, ikatan peptida utama sangat planar (Gambar.23). Hal itu, karena sepasang asam amino dihubungkan oleh suatu ikatan peptida, enam atom menyertai: atom α-carbon dan gugus CO dari permulaan asam amino dan gugus NH serta atom α-carbon dari amino asam yang kedua. Sifat alami yang mengikat secara kimia di dalam suatu peptida dijelaskan oleh bentuk geometris ini. Ikatan peptida mempunyai karakter ikatan rangkap yang perlu dipertimbangkan, yang mencegah tentang perputaran ikatan ini. Ketidak-Mampuan ikatan untuk berputar menghambat penyesuaian rangka peptida dan membentuk ikatan planar. Karakter ikatan rangkap ini adalah juga dinyatakan dalam  panjangnya ikatan antara gugus CO dan gugus NH. Jarak CN dalam suatu ikatan peptida ikatan secara yakni 1.32Å, untuk ikatan C-N tunggal (1.49Å) dan suatu ikatan ganda CN (1.27Å), seperti ditunjukkan di dalam Gambar. 24. Akhirnya, ikatan peptida merupakan iaktan yang tidak bermuatan, polimer asam amino bebas yang dihubungkan oleh ikatan peptida membentuk dengan pola struktur berbentuk bulat. Dua bentuk mungkin adalah ikatan peptida planar. Pada bentuk trans, dua atom α-karbon berada pada sisi ikatan peptida berlawanan. Sedangkan pada bentuk cis berada pada sisi yang sama. Hampir semua ikatna peptida di dalam protein adalah trans. Pilihan untuk trans ini dibanding  cis dapat diterangkan oleh fakta bahwa halangan steric antara gugus terkait dengan atom α-karbon yang merintangi pembentukan bentuk cis tetapi tidak terjadi di bentuk wujud trans (Gambar. 25). ikatan peptida yang paling umum Cis adalah rangkaian X-Pro. . sepertinya ikatan menunjukkan lebih sedikit memilih bentuk trans sebab hidrogen proline terikat pada dua atom karbon sisi empat, membatasi perbedaan yang steric antara bentuk trans dan cis (Gambar. 26).

Gambar. 23. Ikatan peptida adalah planar. Pada sepasang asam amino dihubungkan enam atom ( αC, C, O, N, H, dan αC) berada di dalam α di atas plane. Rantai Sisi dinyatakan sebagai bola hijau.
Gambar. 24. Panjang Ikat Khas Di dalam suatu Unit Peptida. Unit Peptida ditunjukkan di dalam bentuk trans.

Gambar. 25. Ikatan Peptida Trans dan Cis. Bentuk Trans lebih mudah karena adanya halangan sterik jika dalam bentuk cis.

Gambar. 26. Energi ikat Trans dan Cis X-Pro. Halangan steric terjadi di dalam bentuk ini kedua-duanya relatif seimbang.
Di dalam perbedaan dengan ikatan peptida, ikatan antara gugus amino dengan atom α-karbon dan antara atom α-karbon dengan gugus karbonil adalah ikatan tunggal murni. Dua unit peptida yang kaku bersebelahan dapat berputar pada ikatan ini, menerima berbagai orientasi. Ini kebebasan untuk perputaran tentang dua ikatan dari tiap asam amino memperbolehkan kemungkinan protein untuk melipat melalui banyak cara. Perputaran ikatan ini dapat ditetapkan oleh sudut dua bidang (Gambar. 27). Sudut putar ikatan antara hidrogen dan atom α-karbon disebut phi (Φ). Sudut putar ikatan antara α-karbon dan atom karbon carbonyl disebut psi (ψ). Perputaran searah jarum jam yang manapun ikatan dipandang dari medan sebagai gugus kerangka sesuai dengan nilai yang positif. phi (Φ) dan psi (ψ) memancing menentukan alur rantai polipeptida.

Gambar. 27. Perputaran Ikat di dalam suatu Polipeptida. Struktur dari tiap asam amino suatu polipeptida dapat disesuaikan secara bergiliran sekitar dua ikatan tunggal. (A) Phi ( Φ) adalah sudut putar ikatan antara hidrogen dan atom α-carbon, sedangkan psi (ψ) adalah sudut putar ikatan antara α-carbon dan atom karbon carbonyl. (B) Suatu tampilan sepanjang ikatan antara hidrogen dan atom α-carbon, terungkap bagaimana sudut f terukur. (C) Suatu tampilan sepanjang ikatan antara α-carbon dan atom karbon carbonyl, terungkap bagaimana sudut y terukur.
Sudut dihedral
Suatu ukuran perputaran tentang ikatan, pada umumnya diambil diantara -180° dan +180°. Sudut dua bidang kadang-kadang disebut penjuru/sudut pilinan. Apakah semua kombinasi Φ dan ψ memungkinkan? G. N. Ramachandran berpendapat bahwa banyak kombinasi terlarang oleh karena halangan steric antar atom. Nilai-Nilai yang dimungkinkan dapat dikhayalkan pada suatu dua dimensi alur suatu Diagram Ramachandran (Gambar. 28). Three-Quarter yang mungkin (Φ , ψ) kombinasi dikeluarkan dengan hanya karena perbedaan steric lokal. Penghilangan steric, fakta bahwa dua atom tidak bisa berada pada tempat yang sama pada waktu yang sama, bisa merupakan suatu hal yang kuat mengorganisir prinsip.

 
Gambar. 28. Suatu Diagram Ramachandran Yang menunjukkan Nilai-Nilai f dan Tidak semua nilai-nilai f dan y yang mungkin tanpa terjadi benturan antar atom. Daerah yang paling baik ditunjukkan pada daerah  hijau gelap; daerah garis perbatasan ditunjukkan pada warna hijau. Struktur pada sisi kanan adalah tidak mungkin oleh karena perbedaan steric.

Kemampuan polimer biologi seperti protein untuk melipat ke dalam struktur memungkinkan adalah luar biasa secara termo-dinamis. Pertimbangkan keseimbangan itu antara suatu bentangan polimer ada yang sebagai coil acak, mungkin penyesuaian dari banyak campuran dan bentuk yang dilipat yang mengadopsi suatu penyesuaian unik. Entropi yang baik berhubungan dengan sejumlah besar penyesuaian di dalam bentuk yang dibentangkan yang bertentangan dengan lipatan dan harus diusahakan oleh bentuk interaksi yang bisa dilipat. Seperti itu, sangat polimer fleksibel dengan sejumlah besar penyesuaian mungkin tidak melipat ke dalam struktur unik. Kekakuan unit peptida dan yang satuan diijinkan Φ dan ψ terbatas memancing pembatasan banyaknya struktur yang dapat diakses kepada bentuk yang dibentangkan yang cukup untuk memungkinkan untuk terjadi lipatan protein.

3.3. Struktur Sekunder: Polipeptida Rantai Dapat Melipat Ke dalam Struktur Reguler Seperti Alfa-heliks, Beta-sheet; turn, dan loop.
Dapatkah suatu rantai polipeptida melipat ke dalam secara teratur mengulangi sesuatu struktur? Pada tahun 1951, Linus Pauling dan Robert Corey mengusulkan dua struktur berkala hubungan α-heliks (alpha-heliks) dan β-turn (beta turn). Yang sesudah itu, struktur lain seperti β-turn dan omega (ω) loop telah diketahui. Walaupun tidak berkala, pengulangan atau putaran yang umum struktur ini cukup baik digambarkan dan menyokong dengan suatu helik dan b sheets untuk membentuk struktur protein.


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

No comments:

Post a Comment