POLIPEPTIDA

Pembuatan rantai polipeptida

Ketika 2 asam amino diposisikan sedemikian rupa sehingga gugus karboksil dari suatu asam amino berdekatan dengan gugus amino dari asam amino yang lain, suatu enzim akan dapat menyatukan kedua asam amino itu melalui reaksi dehidrasi. Ikatan kovalen yang dihasilkannya disebut ikatan peptida. Jika dilakukan berulang-ulang , proses ini akan menghasilkan polipeptida.

Pada salah satu ujung rantai polipeptida terdapat 1 gugus amino bebas, dan pada ujung berlawanan terdapat 1 gugus karboksil bebas.

Dengan demikian, rantai tersebut memiliki polaritas, dengan ujung amino (terminal N) dan ujung karboksil (terminal C).

Panjang polipeptida berkisar mulai dari hanya beberapa monomer sampai ke seribu monomer/ lebih.

Setiap polipeptida spesifik memiliki urutan linier yang unik yang terdiri dari asam-asam amino.

Sel dapat membentuk banyak polimer yang berbeda-beda dengan cara menghubungkan sejumlah monomer yang terbatas ke dalam urutan yang sangat beragam.

Fungsi suatu protein bergantung pada bentuk spesifiknya

Urutan asam amino suatu polipeptida akan menentukan konformasi 3 dimensi apa yang akan diambil oleh protein itu. Banyak protein berbentuk globuler (secara kasar agak bulat), sementara yang lain bentuknya seperti serat. Namun demikian, di dalam kategori yang luas ini, mungkin terjadi variasi dengan jumlah yang tak terhitung.

Konformasi spesifik suatu protein akan menentukan bagaimana protein bekerja. Dalam hampir setiap kasus, fungsi suatu protein bergantung pada kemampuannya untuk mengenali dan berikatan dengan molekul lain.

Misal; suatu antibodi berikatan dengan suatu substansi asing tertentu yang telah menyerang tubuh, dan suatu enzim mengenali dan berikatan dengan substratnya, suatu substansi yang dipengaruhi oleh enzim.

EMPAT (4) tingkatan struktur protein

Ketika sebuah sel mensintesis suatu polipeptida, rantai itu umumnya melipat secara spontan untuk mengambil konformasi fungsional protein tersebut. Pelipatan ini digerakkan dan diperkuat oleh pembentukan berbagai macam ikatan di antara bagian-bagian rantai itu.

Fungsi suatu protein-kemampuan suatu protein reseptor untuk mengidentifikasi dan menyatu dengan suatu mesenjer (pembawa pesan) kimiawi tertentu, misalnya – merupakan sifat baru yang dihasilkan dari tatanan molekuler yang sangat hebat sekali.

Dalam arsitektur kompleks suatu protein, kita dapat mengenali 3 tingkatan struktur yang saling berimpitan (Struktur Primer, Sekunder & Tersier). Tingkatan ke-4, struktur kuartener, terjadi ketika suatu protein terdiri dari 2/ lebih rantai polipeptida.

STRUKTUR PRIMER

Protein Primer (struktur molekulnya terdiri dari asam amino yang tersusun secara linier dengan ikatan peptida),

Struktur primer suatu protein adalah urutan uniknya yang terdiri dari asam amino. Misalnya, kita akan mempelajari struktur primer lisozim, enzim antibakteri. Lisozim adalah protein yang relatif kecil, rantai polipeptida tunggalnya hanya 129 asam amino panjangnya. Masing-masing dari 20 asam amino menempati setiap 129 posisi di sepanjang rantai itu.

Struktur primer mirip dengan tatanan huruf dalam sebuah kata yang sangat panjang. Jika dibiarkan membentuk sendiri akan ada 20 ¹²⁹ cara yang berbeda untuk mengatur asam amino menjadi suatu rantai polipeptida sepanjang ini. Namun demikian, struktur primer suatu protein yang tepat tidak ditentukan oleh ikatan acak asam amino itu, akan tetapi oleh informasi genetik yang diwarisi.

Perubahan yang sedikit sekalipun dalam struktur primer akan dapat mempengaruhi konformasi protein dan kemampuannya untuk digunakan. Misalnya, substitusi 1 asam amino dengan asam amino lain pada posisi tertentu dalam struktur primer hemoglobine menyebabkan anemia sel sabit (sickle-cell), suatu kelainan darah turunan.

Yang mempelopori penentuan struktur primer protein adalah Frederick Sanger, Cambridge University, Inggris, akhir tahun 1940 dan awal tahun 1950 mengerjakan urutan asam amino hormon insulin.

Substitusi asam amino tunggal dalam suatu protein menyebabkan penyakit sel-sabit (sicle-cell)

Susunan asam amino pada sel darah merah normal & hemoglobin normal;

Val = His = Leu = Thr = Pro = Glu = Glu

1 2 3 4 5 6 7

Susunan asam amino pada sel darah merah sabit dan hemoglobin sel sabit;

Val = His = Leu = Thr = Pro = Val = Glu

1 2 3 4 5 6 7

Struktur sekunder

Protein sekunder ; struktur molekulnya terdiri dari beratus-ratus asam amino yang tersebar secara spiral. Lilitan dan lipatan merupakan hasil dari ikatan-ikatan hidrogen pada interval beraturan di sepanjang tulang belakang polipeptida ini,

Salah satu struktur sekunder adalah heliks alfa (α), suatu lilitan rumit yang disatukan oleh ikatan hidrogen di antara setiap 4 asam amino. Daerah heliks α pada enzim lisozim yang dipisahkan oleh daerah non-heliks. Sebaliknya, beberapa protein serat, seperti keratin α, protein struktural rambut, memiliki formasi heliks α hampir di sepanjang rantainya.

Jenis struktur sekunder utama lainnya adalah pleated sheet / lembaran berlipat-lipat, di mana 2 daerah rantai polipeptida terletak sejajar (paralel) satu sama lain. Ikatan hidrogen antara bagian-bagian tulang belakang pada daerah sejajar ini akan menyatukan struktur tersebut.

STRUKTUR TERSIER

Struktur molekulnya terdiri dari beberapa rantai polipeptida yang dihubungkan dengan ikatan sulfur; misal; globulin.

Lapisan yang tumpang tindih di atas pola struktur sekunder adalah struktur tersier protein, yang terdiri atas pemutarbalikan tak beraturan dari ikatan antar rantai-rantai samping (gugus R) berbagai asam amino.

Salah satu jenis ikatan yang berperan dalam struktur tersier disebut interaksi hidrofobik.

Konformasi suatu protein bisa semakin diperkuat oleh ikatan kovalen kuat yang disebut jembatan disulfida. Jembatan disulfida terbentuk ketika 2 monomer sistein, asam amino dengan gugus sulfhidril (-SH) pada rantai sampingnya, saling mendekat satu sama lain melalui pelipatan protein tersebut. Sulfur salah satu sistein itu berikatan dengan sulfur sistein ke-2, dan jembatan disulfida (-S-S-) mematri bagian-bagian protein menjadi terikat bersama. Semua jenis ikatan-ikatan yang berbeda ini dapat terjadi pada 1 protein.

STRUKTUR KUARTENER

Struktur molekulnya mengandung 2 ikatan atau lebih peptida yang berikatan dengan ikatan kovalen yang lemah; misal; haemoglobine.

Struktur kuartener adalah keseluruhan struktur protein yang dihasilkan dari penggabungan semua subunit polipeptida ini. Misalnya kolagen adalah suatu protein yang memiliki subunit heliks yang mengalami superkoil atau superlilitan menjadi suatu heliks rangkap 3 (tripel) yang lebih besar.. Serat kolagen berperanan sebagai balok penopang jaringan ikat , seperti tendon dan ligamen.

Hemoglobine, protein pengikat oksigen pada sel darah merah, merupakan salah satucontoh protein globuler dengan struktur kuartener. Protein ini terdiri atas 2 jenis rantai polipeptida, pada tiap molekul hemoglobin terdapat 2 buah dari masing-masing jenis rantai.

Apa yang menentukan konformasi protein ?

Rantai polipeptida dengan suatu urutan asam amino tertentu dapat secara spontan mengatur diri mengambil suatu bentuk 3 dimensi yang dipertahankan oleh interaksi-interaksi yang menyebabkan struktur sekunder dan tersier. Keadaan ini terjadi secara normal ketika protein itu sedang disintesis di dalam sel.

Kondisi fisik & kimiawi lingkungan protein menentukan konformasi protein. Jika pH, konsentrasi garam, suhu, atau aspek lain dari lingkungannya diubah, protein tersebut bisa terbuka dan kehilangan konformasi aslinya, suatu perubahan yang disebut denaturasi. Setelah berubah bentuk, protein terdenaturasi itu menjadi inaktif secara biologis.

DENATURASI PROTEIN

Penyebab protein terdenaturasi;

1. Dipindahkan dari lingkungan aqueous ke suatu pelarut organik, seperti eter dan kloroform; protein akan menjadi terbalik (bagian luar masuk ke bagian dalam), daerah hidrofobiknya berganti tempat dengan bagian hidrofiliknya.
2. Agen denaturasi lain meliputi bahan kimia yang merusak/ mengganggu ikatan hidrogen, ikatan ionik, dan jembatan disulfida yang mempertahankan suatu bentuk protein.
3. Denaturasi dapat terjadi juga disebabkan oleh panas yang berlebihan, yang merangsang rantai polipeptida berubah. Putih telur menjadi buram tidak transparan selama pemasakan karena protein yang telah terdenaturasi tersebut itu menjadi tidak larut lagi dan mengalami pemadatan.

ü Ketika suatu protein terdenaturasi oleh panas/ bahan kimiawi, protein akan kembali ke bentuk fungsionalnya bila agen pendenaturasi ini dihilangkan.

Masalah pelipatan protein

Para ahli biokimia sekarang mengetahui urutan asam amino dari lebih dari 100.000 protein dan sekitar 10.000 bentuk 3 dimensi.

Para ahli biokimia telah mengembangkan metode untuk pelacakan suatu protein yang melalui tahapan pelipatan intermedietnya. Para peneliti juga telah menemukan protein chaperone, molekul yang berfungsi sebagai penahan atau penguat temporer yang membantu pelipatan protein lain. Hal ini akan mempercepat pemahaman kita mengenai pelipatan protein.

Permasalahan pelipatan protein sangat penting artinya, sama pentingnya seperti tantangan yang dihadapi. Begitu aturan pelipatan protein telah diketahui, seharusnya akan memungkinkan untuk merancang protein yang akan melaksanakan suatu tugas spesifik dengan cara membuat rantai polipeptida dengan urutan asam amino yang tepat.