LAPORAN RESMI

PRAKTIKUM BIOLOGI MOLEKULER

PERCOBAAN III

ANALISIS DOMAIN PROTEIN FUNGSIONAL

Disusun Oleh :

Aqib Ossa Eldurr Iftitah (115010709)

Hardianto

FAKULTAS FARMASI

UNIVERSITAS WAHID HASYIM

SEMARANG

2012

PERCOBAAN IIIANALISIS DOMAIN PROTEIN FUNGSIONAL

I. TUJUANMencari identitas domain yang berperan dalam regulasi apoptosis,

tirosin kinase, serta faktor transkripsi dengan menggunakan Gene Bank Database.

II. DASAR TEORIProtein (asal kata protos dari bahasa Yunani yang berarti

"yang paling utama") adalah senyawa organik kompleks berbobot molekul tinggi yang merupakan polimer dari monomer-monomer asam amino yang dihubungkan satu sama lain dengan ikatan peptida. Molekul protein mengandung karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan kadang kala sulfur serta fosfor. Protein berperan penting dalam struktur dan fungsi semua sel makhluk hidup dan virus.

Kebanyakan protein merupakan enzim atau subunit enzim. Jenis protein lain berperan dalam fungsi struktural atau mekanis, seperti misalnya protein yang membentuk batang dan sendi sitoskeleton. Protein terlibat dalam sistem kekebalan (imun) sebagai antibodi, sistem kendali dalam bentuk hormon, sebagai komponen penyimpanan (dalam biji) dan juga dalam transportasi hara. Sebagai salah satu sumber gizi, protein berperan sebagai sumber asam amino bagi organisme yang tidak mampu membentuk asam amino tersebut (heterotrof).

Protein merupakan salah satu dari biomolekul raksasa, selain polisakarida, lipid, dan polinukleotida, yang merupakan penyusun utama makhluk hidup. Selain itu, protein merupakan salah satu molekul yang paling banyak diteliti dalam biokimia. Protein ditemukan oleh Jöns Jakob Berzelius pada tahun 1838.

Biosintesis protein alami sama dengan ekspresi genetik. Kode genetik yang dibawa DNA ditranskripsi menjadi RNA, yang berperan sebagai cetakan bagi translasi yang dilakukan ribosom.[1] Sampai tahap ini, protein masih "mentah", hanya tersusun dari asam amino proteinogenik. Melalui mekanisme pascatranslasi, terbentuklah protein yang memiliki fungsi penuh secara biologi.

Struktur protein dapat dilihat sebagai hirarki, yaitu berupa struktur primer (tingkat satu), sekunder (tingkat dua), tersier (tingkat tiga), dan kuartener (tingkat empat): struktur primer protein merupakan urutan asam amino penyusun

protein yang dihubungkan melalui ikatan peptida (amida). Frederick Sanger merupakan ilmuwan yang berjasa dengan temuan metode penentuan deret asam amino pada protein, dengan penggunaan beberapa enzim protease yang mengiris ikatan antara asam amino tertentu, menjadi fragmen peptida yang lebih pendek untuk dipisahkan lebih lanjut dengan bantuan kertas kromatografik. Urutan asam amino menentukan fungsi protein, pada tahun 1957, Vernon Ingram menemukan bahwa translokasi asam amino akan mengubah fungsi protein, dan lebih lanjut memicu mutasi genetik.

struktur sekunder protein adalah struktur tiga dimensi lokal dari berbagai rangkaian asam amino pada protein yang distabilkan oleh ikatan hidrogen. Berbagai bentuk struktur sekunder misalnya ialah sebagai berikut: - alpha helix (α-helix, "puntiran-alfa"), berupa pilinan rantai

asam-asam amino berbentuk seperti spiral;- beta-sheet (β-sheet, "lempeng-beta"), berupa lembaran-

lembaran lebar yang tersusun dari sejumlah rantai asam amino yang saling terikat melalui ikatan hidrogen atau ikatan tiol (S-H);

- beta-turn, (β-turn, "lekukan-beta"); dan

- gamma-turn, (γ-turn, "lekukan-gamma"). struktur tersier yang merupakan gabungan dari aneka ragam dari

struktur sekunder. Struktur tersier biasanya berupa gumpalan. Beberapa molekul protein dapat berinteraksi secara fisik tanpa ikatan kovalen membentuk oligomer yang stabil (misalnya dimer, trimer, atau kuartomer) dan membentuk struktur kuartener.

contoh struktur kuartener yang terkenal adalah enzim Rubisco dan insulin.

Struktur primer protein bisa ditentukan dengan beberapa metode: (1) hidrolisis protein dengan asam kuat (misalnya, 6N HCl) dan kemudian komposisi asam amino ditentukan dengan instrumen amino acid analyzer, (2) analisis sekuens dari ujung-N dengan menggunakan degradasi Edman, (3) kombinasi dari digesti dengan tripsin dan spektrometri massa, dan (4) penentuan massa molekular dengan spektrometri massa.

Struktur sekunder bisa ditentukan dengan menggunakan spektroskopi circular dichroism (CD) dan Fourier Transform Infra Red (FTIR). Spektrum CD dari puntiran-alfa menunjukkan dua absorbans negatif pada 208 dan 220 nm dan lempeng-beta menunjukkan satu puncak negatif sekitar 210-216 nm. Estimasi dari komposisi struktur sekunder dari protein bisa dikalkulasi dari spektrum CD. Pada spektrum FTIR, pita amida-I dari puntiran-alfa berbeda dibandingkan dengan pita amida-I dari lempeng-beta. Jadi, komposisi struktur sekunder dari protein juga bisa diestimasi dari spektrum inframerah.

Struktur protein lainnya yang juga dikenal adalah domain. Struktur ini terdiri dari 40-350 asam amino. Protein sederhana umumnya hanya memiliki satu domain. Pada protein yang lebih kompleks, ada beberapa domain yang terlibat di dalamnya. Hubungan rantai polipeptida yang berperan di dalamnya akan menimbulkan sebuah fungsi baru berbeda dengan komponen penyusunnya. Bila struktur domain pada struktur kompleks ini berpisah, maka fungsi biologis masing-masing komponen domain penyusunnya tidak hilang. Inilah yang membedakan struktur domain dengan struktur kuartener. Pada struktur kuartener, setelah struktur kompleksnya berpisah, protein tersebut tidak fungsional (http://id.wikipedia.org/wiki/Protein, 2012)

Domain merupakan suatu unit dari protein yang independent secara structural yang memiliki karakteristik berupa protein globular kecil. Bentuk domain antara lain : / barrel, forn helix bundle, / saddle, / sandwich. Domain bertanggung jawab terhadap aktivitas protein dan biasanya memiliki fungsi yang spesifik. Pembagian domain menurut fungsinya: DNA binding domains, RNA binding domains, ligand (regulatory) domains, oligomerization domains. Gen Bank Database dapat dimanfaatkan untuk melacak keberadaan motif dan domain tersebut. Dari database tersebut dapat diketahui protein yang berbeda yang memiliki motif dan domain yang sama, dan mereka digolongkan dalam satu family.

III.CARA KERJABuka situs web http://www.ncbi.nlm.nih.gov/

Masuk ke halaman protein yang akan dianalisis conserved domainnya

Klik Conserved Domains, for: isikan target protein, klik Go

Tampilan kedua, akan muncul accession number dari protein target. Klik accession number tersebut untuk melihat profil dari protein target.

Tampilan ketiga, akan muncul keterangan mengenai protein, struktur 3D, kaitan dengan protein lain dan perbandingan asam amino pada domain fungsional dengan domain pada protein lain. Klik bagian-bagian tertentu

untuk melihat keterangan lebih lanjut.

Klik See full description untuk melihat keterangan lengkap mengenai protein target.

Kumpulkan semua informasi mengenai struktur protein, domain dan fungsinya

IV. ANALISIS DATA

Analisis Protein

1. Gen NM_000125 ( Homo sapiens estrogen receptor 1 (ESR1), transcript variant 1, mRNA)

Kode Protein : NP_000116Nama Protein : estrogen receptor isoform 1Organisme : Homo sapiensPanjang sekuens : 595 aa

Gambar stuktur 3D Ligan binding domain dari reseptor estrogen, yang diaktifkan oleh hormon 17beta-

estradiol (estrogen)

DNA-binding domain reseptor estrogen (ER) terdiri dari dua jenis tipe C4- zinc finger

Estrogen-jenis reseptor nuklir akhir C-terminal

Estrogen reseptor : tidak terdapat struktur 3D

TABEL DATA

Nama Domain FungsiLigan binding domain dari reseptor estrogen, yang diaktifkan oleh hormon 17beta- estradiol (estrogen)

Ligan binding domain (LBD) dari reseptor estrogen (ER): reseptor estrogen, anggota superfamili reseptor inti, diaktifkan oleh hormon estrogen. Estrogen mengatur berbagai proses fisiologis, termasuk reproduksi, integritas tulang, kesehatan jantung, dan perilaku. Mekanisme aksi utama dari reseptor estrogen adalah sebagai faktor transkripsi dengan mengikat unsur respon estrogen dari gen target pada saat aktivasi oleh estrogen dan kemudian merekrut protein coactivator yang bertanggung jawab untuk transkripsi gen target. Selain itu beberapa ERs mungkin berkaitan dengan protein membran lainnya dan dapat diaktifkan secara cepat dengan paparan dari sel untuk estrogen. Seperti anggota lain dari superfamili reseptor inti (NR) dari faktor transkripsi ligand-activated, ER memiliki DNA baik dilestarikan sentral domain mengikat (DBD), sebuah variabel domain N-terminal, engsel fleksibel dan sebuah C-terminal ligand binding domain (LBD). C-terminal LBD juga mengandung motif aktivasi AF-2, motif dimerisasi, dan bagian dari region lokalisasi inti. Reseptor estrogen telah dikaitkan dengan penuaan, kanker, obesitas, dan penyakit lainnya.

DNA-binding domain reseptor estrogen (ER) terdiri dari dua jenis tipe C4- zinc finger.

DNA-binding domain reseptor estrogen (ER) terdiri dari dua tipe C4 zinc finger. Setiap zzinc finger berisi sebuah kelompok dari empat residu Cys yang mengkoordinasi atom zinc tunggal. ER berinteraksi dengan sisi upstream DNA spesifik dari gen target dan memodulasi tingkat inisiasi transkripsi. Reseptor estrogen adalah regulator transkripsi yang memperantarai efek biologis hormon estrogen. Pengikatan estrogen reseptor memicu dimerisasi dan pengikatan reseptor dimer untuk elemen estrogen respon, yang adalah pengulangan terbalik palindromic: 5'GGTCAnnnTGACC-3 ', gen target. Melalui ER, estrogen mengatur perkembangan, reproduksi dan homeostasis. Seperti anggota lain dari reseptor nuklir (NR) superfamili dari ligan-faktor transkripsi diaktifkan, ER memiliki domain baik dilestarikan DNA pusat mengikat (DBD), sebuah domain N-terminal variabel, engsel non-dilestarikan dan ligan C-terminal mengikat domain (LBD).

Estrogen-jenis reseptor nuklir akhir C-terminal

Ini adalah wilayah C-terminal yang sangat dari subfamili reseptor nuklir yang meliputi reseptor estrogen dan subfamili kelompok 3 A lainnya anggota. Fungsi sebenarnya dari daerah ini tidak diketahui, tetapi domain-absen dari semua jenis lain dari reseptor nuklir. Reseptor estrogen memodulasi AP-1-bergantung transkripsi melalui dua mekanisme yang berbeda: melalui interaksi protein-protein pada DNA, dan melalui tindakan non-genomik. Mekanisme yang digunakan tergantung pada lokalisasi selular reseptor. Selain bicara lintas lebih luas dipelajari pada DNA, tambahan non-genomik tindakan mungkin sangat penting dalam jaringan target di mana membran terkait ERs ditemukan. Non-genomik tindakan mungkin berkontribusi pada respon fisiologis keseluruhan dimediasi oleh ligan yang terikat ERs dan mungkin dimediasi melalui mungkin ini domain C-terminal.

Estrogen reseptor ----------

2. Gen NM_001752 (Homo sapiens catalase (CAT), mRNA)Kode protein : NP_001743.1Nama protein : catalase (homo sapiens)Organisme : Homo sapiensPanjang sekuens : 527 aa

Gambar struktur 3D

Clade 3 dari enzim heme-binding katalase

Katalase (ion anorganik dan metabolism)

TABEL DATA

Nama domain Fungsi

Clade 3 dari enzim heme-binding katalase

Katalase merupakan enzim mana-mana ditemukan di kedua prokariota dan eukariota, yang terlibat dalam perlindungan sel-sel dari efek racun dari peroksida. Ini mengkatalisis konversi hidrogen peroksida untuk air dan molekul oksigen. Catalases juga memanfaatkan hidrogen peroksida untuk mengoksidasi berbagai substrat seperti alkohol atau fenol. Clade 3 catalases adalah subfamili yang paling melimpah dan ditemukan di semua tiga kingdom kehidupan, mereka memiliki ukuran subunit relatif kecil dari 43-75 kDa, dan mengikat protoheme IX (heme b) kelompok terkubur jauh di dalam struktur. Clade 3 catalases juga mengikat NADPH sebagai kofaktor redoks-aktif kedua. Mereka membentuk tetramers, dan dalam sel eukariotik, catalases berlokasi di peroksisom.

Katalase (ion anorganik dan metabolism) Berfungsi untuk ion anorganik dan metabolisme

V. PEMBAHASAN

Dalam genetika, faktor transkripsi adalah sekelompok protein di dalam inti sel yang berperan serta dalam proses transkripsi kode genetik menjadi mRNA. Faktor transkripsi merupakan mata rantai terakhir pada lintasan transduksi sinyal yang mengkonversi sinyal ekstraselular menjadi modulasi ekspresi genetik. Regulasi transkripsi dicapai dengan terikatnya protein pada deret dan motif struktur DNA tertentu yang biasanya terletak pada hulu gen target.

Sebelum proses transkripsi terjadi, DNA mengalami suatu tahapan "pematangan" atau penyiapan. Ini biasanya berupa perubahan konformasi pada molekul DNA dan pembukaan pilinan secara lokal. Selanjutnya beberapa protein akan menempati beberapa titik di dekat promoter inti untuk mempersiapkan tempat bagi enzim RNA-polimerase dan menunjukkan ribosom tempat ia harus memposisikan diri. Rangkaian protein inilah yang disebut faktor transkripsi.

Faktor transkripsi diketahui berperan penting dalam pengendalian sejumlah variasi fenotipe penting. Selain itu, banyak lokus sifat kuantitatif (QTL) yang ditemukan ternyata memuat sekuens yang mengkode faktor transkripsi. Sekuens-sekuens yang mengkode faktor transkripsi untuk suatu gen disebut sebagai trans-acting sequences ("sekuens beraksi trans") karena mengatur ekspresi suatu gen dari kejauhan.

Kinase tirosina (bahasa Inggris: tyrosine kinase, EC 2.7.10) adalah sejenis enzim kinase yang mempercepat proses pemindahan gugus gamma fosfat dari molekul donor berupa nukleotida trifosfat menuju molekul target dalam reaksi fosforilasi tirosina.

Reaksi yang terjadi berupa: ATP + Tirosina --(Tirosina kinase)--> ADP + Tirosina fosfat.dan berdampingan dengan enzim tirosina fosfatase yang memindahkan gugus fosfat dari Tirosina fosfat.Tirosina kinase banyak

ditemukan pada pencerap faktor pertumbuhan, terutama pada domain sitoplasmiknya.

Apoptosis adalah kematian sel terprogram yang merupakan proses penting dalam pengaturan homeostasis normal, proses ini menghasilkan keseimbangan dalam jumlah sel jaringan tertentu melalui eliminasi sel yang rusak dan proliferasi fisiologis dan dengan demikian memelihara agar fungsi jaringan normal.

Adapun terjadinya penyebab diatas sebagai berikut: Selama proses perkembangan Sebagai suatu mekanisme homeostatik untuk memelihara sel di

jaringan. Sebagai suatu mekanisme pertahanan seperti reaksi imun Apabila sel-sel dihancurkan oleh penyakit atau agent-agent yang

berbahaya. Proses Penuaan.

Pada mamalia dewasa, apoptosis terjadi secara berkesinambungan dalam polulasi sel yang berproliferasi lambat seperti epitel hati, prostat dan korteks adrenal dan dalam populasi yang berproliferasi cepat seperti epitel intestinal yang membentukkan kripta dan deferensiasi spermatogonia. Walaupun banyak sel yang hilang dalam populasi pada tipe yang lebih lambat secara jelas adalah hasil dari kumpulan sel–sel dijaringan, dalam kenyataannya, mitosis dan apoptosis seimbang satu sama lain dibawah kondisi yang siap. Ada yang sedang tumbuh membuktikan bahwa apoptosis diatur dalam suatu mode resiprokal ke mitosis oleh faktor pertumbuhan (growth factor) dan hormon - hormon tropik. Raff telah menegaskan bahwa kebanyakan sel-sel pada binatang yang lebih tinggi mungkin memerlukan simulasi tropik yang terus menerus untuk kehidupan. Raff juga menyatakan bahwa suatu peningkatan dalam jumlah sel pada tempat-tempat khusus dapat memimpin kompetisi seluler yang lebih besar untuk faktor tropik yang menstimulasi mitosis dan menghambat apoptosis, ini berbalik secara temporer terhadap keseimbangan antara kedua proses, mengakibatkan populasi sel kebentuk levelnya. Walaupun demikian, terdapat bukti bahwa substansi yang aktif menstimulasi apoptosis juga mungkin terlibat didalam hemostatis populasi sel normal. Dalam kultur primer sel endokrin kelinci, faktor yang menginduksi mitosis dan apoptosis telah ditemukan disekresi ke dalam siklik kecuali model reciprocal, dengan hasil bahwa sejumlah sel menunjukkan fluktuasi pada dasar harian tetapi relatif tetap konstan untuk berlanjut ke periode waktu tertentu

Pada praktikum ini dilakukan analisis domain dari suatu protein yang mempunyai peran tertentu dalam regulasi apoptosis, tirosin kinase, atau factor transkripsi. Analaisis domain dilakukan pada protein estrogen receptor isoform 1 dan catalase ( homo sapiens) . Dari analisis data didapatkan :

1. Terdapat 4 domain dari protein estrogen receptor isoform 1, yaitu : a. Ligan binding domain dari reseptor estrogen, yang diaktifkan oleh

hormon 17beta- estradiol (estrogen) yang berfaungsi mengatur berbagai proses fisiologis, termasuk reproduksi, integritas tulang, kesehatan jantung, dan perilaku.

b. DNA-binding domain reseptor estrogen (ER) terdiri dari dua jenis tipe C4- zinc finger yang berfungsi mengatur perkembangan, reproduksi dan homeostasis.

c. Estrogen-jenis reseptor nuklir akhir C-terminal dimana fungsi sebenarnya dari domain ini belum diketahui.

d. Estrogen reseptor pada domain ini tidak terdapat fungsinya.

2. Terdapat 2 domain dari protein catalase ( homo sapiens), yaitu :

a. Clade 3 dari enzim heme-binding katalase. Katalase merupakan enzim mana-mana ditemukan di kedua prokariota dan eukariota, yang terlibat dalam perlindungan sel-sel dari efek racun dari peroksida. Ini mengkatalisis konversi hidrogen peroksida untuk air dan molekul oksigen. Catalases juga memanfaatkan hidrogen peroksida untuk mengoksidasi berbagai substrat seperti alkohol atau fenol. Clade 3 catalases adalah subfamili yang paling melimpah dan ditemukan di semua tiga kingdom kehidupan, mereka memiliki ukuran subunit relatif kecil dari 43-75 kDa, dan mengikat protoheme IX (heme b) kelompok terkubur jauh di dalam struktur. Clade 3 catalases juga mengikat NADPH sebagai kofaktor redoks-aktif kedua. Mereka membentuk tetramers, dan dalam sel eukariotik, catalases berlokasi di peroksisom.

b. Katalase (ion anorganik dan metabolism), Berfungsi untuk ion anorganik dan metabolisme

VI. KESIMPULAN1. Analisis domain dilakukan pada protein NP_000116 (estrogen receptor

isoform 1) dan NP_0001743.1 (catalase (Homo sapiens)).2. Terdapat 4 domain dari protein NP_000116 (estrogen receptor

isoform 1), yaitu Ligan binding domain dari reseptor estrogen, yang diaktifkan oleh hormon 17beta- estradiol (estrogen), DNA-binding domain reseptor estrogen (ER) terdiri dari dua jenis tipe C4- zinc finger, Estrogen-jenis reseptor nuklir akhir C-terminal, dan Estrogen reseptor.

3. Terdapat 2 domain dari protein catalase (Homo sapiens) yaitu Clade 3 dari enzim heme-binding katalase dan Katalase (ion anorganik dan metabolisme),

VII. DAFTAR PUSTAKA

http://id.wikipedia.org/wiki/Faktor_transkripsi

http://id.wikipedia.org/wiki/Tirosina_kinase

http://digilib.unsri.ac.id/download/apoptosis.pdf

http://id.wikipedia.org/wiki/Protein

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/NP_000116

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/NP_001743.1

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi?INPUT_TYPE=live&SEQUENCE=NP_000116.2

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi?INPUT_TYPE=live&SEQUENCE=NP_001743.1