A.      PROTEIN

                Protein merupakan polimer biologis yang mengekspresikan fungsi dari suatu sel. Protein tersusun dari suatu monomer yang disebut dengan asam amino. Asam amino ini akan saling berikatan membentuk suatu rantai polipeptida, di mana rantai polipeptida ini nantinya akan menyusun protein sehingga protein terlihat seperti memiliki bentuk 3 dimensi. Protein untuk dapat beraktivitas secara maksimal memerlukan komponen ekstra yang disebut sebagai kofaktor. Protein yang tidak berikatan dengan kofaktor ini disebut sebagai apoprotein.

                Protein memiliki peran vital bagi makhluk hidup. Protein membentuk struktur organisme, memainkan peranan utama dalam reaksi regulasi, sebagai carrier molekul tertentu, sebagai molekul pertahanan dan terlibat dalam reaksi signaling. Protein disintsis di ribosom dan DNA yang mengkode pembentukan protein. Banyak sinyal dari perkembangan organisme yang menentukan kode yang mana yang akan ditranskripsikan dan ditranslasi menjadi produk akhir protein.

Sebuah protein sama halnya suatu molekul DNA dan merupakan polimer yang linear dan tidak bercabang. Subunit monomerik pada protein disebut asam amino dan polimer yang dihasilkan atau polipeptidanya. Panjangnya jarang yang melebihi 2000 unit.

Gambar 1. Struktur asam amino

B.      STRUKTUR PROTEIN

1.       Metode Penentuan Struktur Protein

Struktur protein dapat diketahui dengan kristalografi sinar-X atau pun spektroskopi NMR. Namun, kedua metode tersebut sangat memakan waktu dan relatif mahal. Sementara itu, metode sekuensing protein relatif lebih mudah mengungkapkan sekuens asam amino protein. Prediksi struktur protein berusaha meramalkan struktur tiga dimensi protein berdasarkan atas sekuens asam aminonya. Dengan perkataan lain, prediksi tersebut meramalkan struktur sekunder dan struktur tersier berdasarkan atas struktur primer protein.

Metode prediksi struktur protein yang ada saat ini dapat dikategorikan ke dalam dua kelompok, yaitu metode pemodelan protein komparatif dan metode pemodelan de novo. Pemodelan protein komparatif (comparative protein modelling) meramalkan struktur suatu protein berdasarkan atas struktur protein lain yang telah diketahui. Salah satu penerapan metode ini adalah homology modelling, yaitu prediksi struktur tersier protein berdasarkan atas kesamaan struktur primer protein. Pemodelan homologi didasarkan atas teori bahwa dua protein yang homolog memiliki struktur yang sangat mirip satu sama lain.

Pada metode ini, struktur suatu protein yang disebut dengan protein target, ditentukan berdasarkan atas struktur protein lain atau protein templet, yang telah diketahui dan memiliki kemiripan sekuens dengan protein target tersebut. Selain itu, penerapan lain pemodelan komparatif ialah protein threading yang didasarkan atas kemiripan struktur tanpa kemiripan sekuens primer. Latar belakang protein threading ialah bahwa struktur protein lebih dikonservasi daripada sekuens protein selama evolusi; daerah-daerah yang penting bagi fungsi protein dipertahankan strukturnya. Pada pendekatan ini, struktur yang paling kompatibel untuk suatu sekuens asam amino dipilih dari semua jenis struktur tiga dimensi protein yang ada. Metode-metode yang tergolong dalam protein threading berusaha menentukan tingkat kompatibilitas tersebut.

Struktur protein dapat ditentukan dari sekuens primernya tanpa membandingkan dengan struktur protein lain berdasarkan pendekatan de novo atau ab initio. Terdapat banyak kemungkinan dalam pendekatan ini, misalnya dengan menirukan proses pelipatan (folding) protein dari sekuens primernya menjadi struktur tersiernya (misalnya dengan simulasi dinamika molekular), atau dengan optimisasi global fungsi energi protein. Prosedur-prosedur ini cenderung membutuhkan proses komputasi yang intens sehingga saat ini hanya digunakan dalam menentukan struktur protein-protein kecil.

2.      Tingkatan Struktur Protein

Struktur protein mempunyai tingkatan struktur yang bersifat hirarki, yang artinya bahwa protein disusun setahap demi setahap dan setiap tingkatan tergantung dari tahapan di bawahnya. Adapun tingkatan struktur protein adalah sebagai berikut :

a.      Struktur primer

Struktur ini 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 amino pada asam amino kedua. Ujung dari polipeptida yang terbentuk mempunyai sifat kimia yang berbeda: satu mempunyai gugus amino bebas (ujung N atau amino, NH₂^-) dan ujung satunya mempunyai gugus karboksil bebas (ujung C atau karboksil, COOH^-) .

 

Gambar 2. Struktur primer protein

b.Struktur sekunder

Struktur ini merujuk pada konformasi yang berbeda yang dapat terjadi pada polipeptida. Tipe yang umum yaitu α-heliks dan β-sheet. Keduanya terbentuk karena ikatan hidrogen yang terjadi antara asam amino yang berbeda pada polipeptida. Hampir semua polipeptida yang cukup panjang dapat terlipat ke dalam struktur sekunder.

 

Gambar 3. Struktur sekunder protein

c. Struktur tersier

Struktur ini terbentuk 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. Ikatan kovalennya disebut jembatan disulfida yang menghubungkan antara asam amino sistein pada bermacam-macam posisi pada polipeptida.

Gambar 4. Struktur tersier protein

d. Struktur kuartener

Struktur ini melibatkan asosiasi dua atau lebih polipeptida, masing-masing terlipat menjadi struktur tersier, dalam 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. Beberapa struktur protein terikat dengan jembatan disulfida antara polipeptida yang berbeda, tetapi banyak protein terdiri dari asosiasi subunit yang lebih lemah yang dihubungkan dengan ikatan hidrogen dan efek hidrofobik. Protein ini dapat kembali pada komponen polipeptidanya, atau berubah komposisi subunitnya tergantung pada kebutuhan fungsinya.

 

       

       

      Gambar 5. Struktur kuartener protein

Struktur terdasar dari protein yang biasa disebut struktur primer adalah asam amino. Asam amino tersebut akan bertautan satu sama lain membentuk rangkain asam amino yang panjang sekali. Asam amino sendiri dihasilkan dari DNA melalui proses transkripsi dan translasi. Selanjutnya rantai asam amino yang panjang tadi berikatan satu sama lain membentuk struktur kedua yakni struktur sekunder, meliputi alfa-helix dan beta-sheet. Kalau dilihat secara kasat mata memang tidak akan nampak, tapi kalau dilihat struktur kristalnya akan tampak perbedaannya. Struktur sekunder akan berinteraksi menghasilkan struktur tersier yakni berupa doamin-domain atau motif-motif yang sudah memiliki fungsi khusus, berfungsi spesifik terhadap senyawa atau zat lain, bisa substrat atau reseptor, atau ion logam dan lain-lain. Terakhir,domain protein akan membuncah membentuk protein globuler yang besar dan saling bertekukan sehingga beberapa asam amino penyusunnya ada yang terekspos keluar tetapi ada yang bersembunyi di bagian dalam. Struktur inilah yang biasa dikenal dengan struktur kuartener atau fungsional protein.

Setiap protein berbentuk globular dan setiap protein harus mengalami pembentukan keempat struktur tadi dengan baik untuk menghasilkan protein yang fungsional. Proses pembentukan protein ke struktur globular tadi disebut folding (berlipat). Protein folding ini, bisa terjadi dalam kurun waktu yang berbeda-beda, bisa sepersekian detik, atau bisa juga beberapa jam. Tidak semua protein bisa berlipat dalam keadaan yang baik, bisa jadi dalam perjalanan foldingnya, protein kehilangan gaya, energi, sehingga struktur yang  terbentuk justru bukan struktur yang fungsional. Saat Itulah protein berada dalam keadaan inclusion bodies, yakni berlipat membentuk struktur yang lebih kompleks tetapi tidak dapat berfungsi dengan baik karena alasan tertentu.