Salah satu fitur yang paling membedakan polipeptida adalah kemampuan mereka untuk kali lipat menjadi negara berbentuk bulat. Sejauh mana protein melipat menjadi struktur didefinisikan sangat bervariasi. Beberapa protein lipat menjadi struktur yang sangat kaku dengan fluktuasi kecil dan karena itu dianggap struktur tunggal. Protein lainnya mengalami penyusunan ulang besar dari satu konformasi ke yang lain. Perubahan konformasi ini sering dikaitkan dengan peristiwa sinyal . Dengan demikian, struktur protein yang berfungsi sebagai media yang akan digunakan untuk mengatur baik fungsi suatu protein atau aktivitas enzim. Tidak semua protein memerlukan proses lipat agar dapat berfungsi, karena beberapa fungsi dalam keadaan dilipat.
Seperti biologi lainnya makromolekul seperti polisakarida dan asam nukleat , protein adalah bagian penting dari organisme dan berpartisipasi dalam hampir setiap proses di dalam sel . Banyak protein adalah enzim yang mengkatalisis reaksi biokimia dan sangat penting untuk metabolisme . Protein juga memiliki fungsi struktural atau mekanis, seperti aktin dan myosin dalam otot dan protein dalam sitoskeleton , yang membentuk sistem perancah bahwa memelihara bentuk sel. Protein lain yang penting dalam sel sinyal , respon kekebalan , adhesi sel , dan siklus sel . Protein juga diperlukan dalam diet-diet binatang, karena hewan tidak dapat mensintesis semua asam amino yang mereka memerlukan dan harus memperoleh asam amino esensial dari makanan. Melalui proses pencernaan , binatang memecah protein dicerna menjadi asam amino bebas yang kemudian digunakan dalam metabolisme.
Protein pertama kali dijelaskan oleh Belanda kimiawan Gerardus Johannes Mulder dan dinamai oleh ahli kimia Swedia Jöns Jacob Berzelius pada tahun 1838. Awal ilmuwan gizi seperti Jerman von Carl Voit percaya protein yang merupakan gizi yang paling penting untuk menjaga struktur tubuh, karena umumnya percaya bahwa "daging membuat daging." [1] Peran sentral dari protein sebagai enzim dalam hidup organisme itu namun tidak sepenuhnya dihargai sampai 1926, ketika Yakobus B. Sumner menunjukkan bahwa enzim urease sebenarnya protein. [2] Protein yang pertama yang akan diurutkan adalah insulin , oleh Frederick Sanger , yang memenangkan Hadiah Nobel untuk prestasi ini di 1958. Yang pertama struktur protein yang harus diselesaikan adalah hemoglobin dan mioglobin , oleh Max Perutz dan Sir John Cowdery Kendrew , masing-masing, pada tahun 1958. [3] [4] Tiga-dimensi struktur dari kedua protein pertama kali ditentukan oleh X-ray analisis difraksi ; Perutz dan Kendrew berbagi 1962 Penghargaan Nobel dalam Kimia untuk penemuan ini. Protein dapat dimurnikan dari komponen seluler lain dengan menggunakan berbagai teknik seperti ultrasentrifugasi , curah hujan , elektroforesis , dan kromatografi , munculnya rekayasa genetika telah memungkinkan sejumlah metode untuk memfasilitasi pemurnian. Metode yang biasa digunakan untuk mempelajari struktur dan fungsi protein termasuk imunohistokimia , situs-diarahkan mutagenesis , resonansi magnet inti dan spektrometri massa . komputasi terdistribusi adalah peneliti alat yang relatif baru yang menggunakan untuk meneliti interaksi infamously kompleks yang mengatur protein folding, sedangkan statistik teknik analisis yang digunakan untuk menghitung kemungkinan suatu protein struktur tersier dari urutan asam amino ( struktur utama ) sangat cocok untuk lingkungan komputasi terdistribusi, yang telah membuat masalah ini jika tidak memakan mahal dan waktu secara signifikan lebih mudah dikelola.
Biokimia
Para asam amino dalam rantai polipeptida dihubungkan oleh ikatan peptida . Setelah terhubung dalam rantai protein, asam amino individual disebut residu, dan seri terhubung dari karbon, nitrogen, dan atom oksigen dikenal sebagai rantai utama atau tulang punggung protein. [7] Ikatan peptida memiliki dua resonansi bentuk yang berkontribusi beberapa ikatan ganda karakter dan menghambat rotasi pada sumbunya, sehingga karbon alpha sekitar coplanar . Dua lainnya sudut dihedral dalam ikatan peptida menentukan bentuk lokal diasumsikan oleh tulang punggung protein. [8] Akhir dari protein dengan gugus karboksil bebas dikenal sebagai terminal C- terminus atau karboksi, sedangkan akhir dengan amino bebas kelompok dikenal sebagai N-terminus terminus atau amino.
Protein kata-kata, polipeptida, dan peptida yang sedikit ambigu dan dapat tumpang tindih dalam arti. Protein umumnya digunakan untuk mengacu pada molekul biologi yang lengkap di sebuah kandang konformasi , sedangkan peptida umumnya dicadangkan untuk oligomer asam amino yang pendek sering kurang tiga stabil -dimensi struktur. Namun, batas antara kedua tidak didefinisikan dengan baik dan biasanya terletak di dekat 20-30 residu. [9] Polipeptida dapat mengacu pada setiap rantai linear yang tunggal dari asam amino, biasanya terlepas dari panjang, tetapi sering menyiratkan tidak adanya didefinisikan konformasi .
Sintesis
Proses sintesis protein dari template mRNA dikenal sebagai terjemahan . MRNA ini dimuat ke ribosom dan membaca tiga nukleotida pada suatu waktu dengan mencocokkan setiap kodon yang perpasangan basa antikodon terletak pada RNA transfer molekul, yang membawa asam amino yang sesuai dengan kodon mengakui. Enzim tRNA aminoasil sintetase "biaya" molekul tRNA dengan asam amino yang benar. The polipeptida yang sedang tumbuh sering disebut rantai baru lahir. Protein selalu biosynthesized dari N-terminus untuk C-terminus . [10]
Ukuran protein disintesis dapat diukur dengan jumlah asam amino mengandung dan total massa molekul , yang biasanya dilaporkan dalam satuan dalton (identik dengan unit massa atom ), atau Unit kilodalton derivatif (kDa). Ragi protein pada 466 kDa asam amino yang panjang dan rata-rata 53 dalam massa. [9] Protein terbesar yang diketahui adalah titins , komponen dari otot sarkomer , dengan massa molekul hampir 3.000 kDa dan panjang total hampir 27.000 asam amino. [12]
Sintesis kimia
Protein pendek juga dapat disintesis secara kimiawi oleh sebuah keluarga metode yang dikenal sebagai sintesis peptida , yang mengandalkan organik sintesis teknik seperti ligasi kimia untuk menghasilkan peptida dalam hasil yang tinggi. [13] sintesis kimia memungkinkan untuk pengenalan non-alami asam amino ke rantai polipeptida, seperti lampiran neon probe ke rantai samping asam amino. [14] Metode ini berguna dalam laboratorium biokimia dan biologi sel , meskipun umumnya tidak untuk aplikasi komersial. Sintesis kimia tidak efisien untuk polipeptida lebih dari sekitar 300 asam amino, dan protein disintesis mungkin tidak mudah menganggap asli mereka struktur tersier . Sebagian besar metode sintesis kimia melanjutkan dari C-terminus N-terminus, sebaliknya reaksi biologis. [15]Struktur
Informasi lebih lanjut: prediksi struktur protein
- Struktur primer : pada urutan asam amino .
- Struktur sekunder : teratur mengulangi struktur lokal distabilkan oleh ikatan hidrogen . Contoh yang paling umum adalah heliks alfa , lembar beta dan berubah . Karena struktur sekunder lokal, banyak daerah struktur sekunder yang berbeda dapat hadir dalam molekul protein yang sama.
- Struktur tersier : bentuk keseluruhan dari sebuah molekul protein tunggal; hubungan spasial dari struktur sekunder satu sama lain. Struktur tersier umumnya distabilkan oleh interaksi nonlokal, paling umum pembentukan inti hidrofobik , tetapi juga melalui jembatan garam , ikatan hidrogen, ikatan disulfida , dan bahkan modifikasi posttranslational . Struktur "tersier" Istilah ini sering digunakan sebagai sinonim dengan istilah lipat. Struktur tersier adalah apa yang mengontrol fungsi dasar dari protein.
- Kuarter Struktur : struktur yang dibentuk oleh molekul beberapa protein (rantai polipeptida), biasanya disebut subunit protein dalam konteks ini, yang berfungsi sebagai single protein kompleks .
Suatu kasus khusus dari ikatan hidrogen intramolekular dalam protein, kurang terlindung dari serangan air dan karenanya mempromosikan mereka sendiri dehidrasi , disebut dehydrons . [21]
Penentuan struktur
Menemukan struktur tersier protein, atau struktur kuartener kompleks, dapat memberikan petunjuk penting tentang bagaimana protein melakukan fungsinya. Metode eksperimental umum meliputi penentuan struktur kristalografi sinar-X dan spektroskopi NMR , yang keduanya dapat menghasilkan informasi pada atom resolusi. Namun, eksperimen NMR dapat memberikan informasi dari mana subset dari jarak antara pasangan atom dapat diperkirakan, dan konformasi mungkin akhir untuk protein ditentukan dengan memecahkan geometri jarak masalah. interferometri polarisasi ganda adalah metode analisis kuantitatif untuk mengukur protein keseluruhan konformasi dan perubahan konformasi akibat interaksi atau stimulus lain. dichroism Edaran lain teknik laboratorium untuk menentukan lembar beta internal / komposisi heliks protein. mikroskop cryoelectron digunakan untuk menghasilkan lebih rendah-resolusi informasi tentang struktur kompleks protein yang sangat besar, termasuk dirakit virus ; [22] varian yang dikenal sebagai elektron kristalografi . juga dapat menghasilkan resolusi tinggi informasi dalam beberapa kasus, terutama untuk dua dimensi kristal protein membran [23] Soal struktur biasanya disimpan dalam Protein Data Bank (PDB), sebuah sumber daya tersedia secara bebas dari mana data tentang struktur ribuan protein dapat diperoleh dalam bentuk koordinat Cartesian untuk setiap atom dalam protein. [24]Banyak urutan gen lebih dikenal daripada struktur protein. Selanjutnya, himpunan struktur dipecahkan adalah bias terhadap protein yang dapat dengan mudah mengalami kondisi yang dibutuhkan dalam kristalografi sinar-X , salah satu metode penentuan struktur utama. Secara khusus, protein globular yang relatif mudah untuk mengkristal dalam persiapan untuk X-ray kristalografi. Protein membran, sebaliknya, sulit untuk mengkristal dan kurang terwakili dalam PDB. [25] genomik Struktural inisiatif telah berusaha untuk memperbaiki kekurangan ini dengan sistematis memecahkan struktur perwakilan dari kelas kali lipat besar. Struktur Protein prediksi metode berusaha untuk menyediakan sarana untuk menghasilkan struktur yang masuk akal untuk protein yang strukturnya belum eksperimen ditentukan.
Fungsi selular
Protein adalah pelaku utama dalam sel, dikatakan melaksanakan tugas yang ditentukan oleh informasi yang dikodekan dalam gen. [9] Dengan pengecualian beberapa jenis RNA , sebagian besar molekul biologi lainnya adalah elemen relatif inert pada protein yang bertindak. Protein membentuk setengah berat kering dari Escherichia coli sel, sedangkan makromolekul lain seperti DNA dan RNA membentuk hanya 3% dan 20%, masing-masing. [26] Himpunan protein disajikan dalam sel tertentu atau jenis sel yang dikenal sebagai nya proteome .
Protein dapat mengikat protein lain serta kecil-molekul substrat. Ketika protein mengikat secara khusus untuk salinan lain dari molekul yang sama, mereka dapat oligomerize untuk membentuk fibril, proses ini sering muncul dalam protein struktural yang terdiri dari monomer bulat bahwa self-asosiasi untuk membentuk serat kaku. Protein-protein interaksi juga mengatur aktivitas kontrol, enzimatik progresi melalui siklus sel , dan memungkinkan majelis besar protein kompleks yang melaksanakan reaksi banyak terkait erat dengan fungsi biologi umum. Protein juga dapat mengikat, atau bahkan diintegrasikan ke dalam, membran sel. Kemampuan mitra mengikat untuk menginduksi perubahan konformasi protein memungkinkan pembangunan sangat kompleks sinyal jaringan. [28] Yang penting, sebagai interaksi antara protein yang reversibel, dan sangat bergantung pada ketersediaan berbagai kelompok protein mitra untuk membentuk agregat yang mampu untuk melaksanakan fungsi set diskrit, studi tentang interaksi antara protein yang spesifik adalah kunci untuk memahami aspek-aspek penting dari fungsi seluler, dan akhirnya sifat yang membedakan jenis sel tertentu. [29] [30]
Enzim
Peran paling terkenal dari protein dalam sel adalah sebagai enzim , yang mengkatalisis reaksi kimia. Enzim biasanya sangat spesifik dan mempercepat hanya satu atau beberapa reaksi kimia. Enzim melaksanakan sebagian besar reaksi yang terlibat dalam metabolisme , serta memanipulasi DNA dalam proses seperti replikasi DNA , perbaikan DNA , dan transkripsi . Beberapa enzim bertindak pada protein lain untuk menambah atau menghapus kelompok kimia dalam proses yang dikenal sebagai modifikasi posttranslational. Tentang 4.000 reaksi yang dikenal sebagai dikatalisis oleh enzim. [31] Percepatan tingkat yang diberikan oleh katalisis enzimatik sering besar-sebanyak 10 17 kali lipat peningkatan laju reaksi atas uncatalyzed dalam kasus dekarboksilase orotate (78 juta tahun tanpa enzim, 18 milidetik dengan enzim). [32]Molekul terikat dan ditindaklanjuti oleh enzim disebut substrat . Meskipun enzim dapat terdiri dari ratusan asam amino, biasanya hanya sebagian kecil dari residu yang datang dalam kontak dengan substrat, dan lebih kecil bahkan fraksi-3:57 residu rata-rata-yang secara langsung terlibat dalam katalisis. [33 ] Wilayah enzim yang mengikat substrat dan berisi residu katalitik yang dikenal sebagai situs aktif .
Sel sinyal dan mengikat ligan
Antibodi adalah protein komponen dari sistem kekebalan adaptif yang fungsi utamanya adalah untuk mengikat antigen atau zat asing dalam tubuh, dan target mereka untuk penghancuran. Antibodi dapat disekresikan ke lingkungan ekstraselular atau berlabuh di membran khusus sel B yang dikenal sebagai sel plasma . Sedangkan enzim terbatas dalam afinitas mengikat mereka untuk substrat mereka dengan keharusan melakukan reaksi mereka, antibodi tidak memiliki kendala tersebut. Afinitas pengikatan antibodi untuk target luar biasa tinggi. [35]
Protein ligan mengikat Banyak transportasi tertentu biomolekul kecil dan transportasi mereka ke lokasi lain dalam tubuh organisme multiseluler. Protein ini harus memiliki afinitas mengikat tinggi ketika mereka ligan hadir dalam konsentrasi tinggi, tetapi juga harus melepaskan ligan ketika hadir pada konsentrasi rendah dalam jaringan target. Contoh kanonik dari protein ligan-mengikat hemoglobin , yang mengangkut oksigen dari paru-paru ke organ lain dan jaringan di semua vertebrata dan telah dekat homolognya dalam setiap biologis kerajaan . [36] Lektin adalah gula-mengikat protein yang sangat spesifik untuk mereka gugus gula. Lektin biasanya memainkan peran dalam biologi pengakuan fenomena yang melibatkan sel-sel dan protein. [37] Reseptor dan hormon adalah protein yang mengikat sangat spesifik.
Transmembran protein juga dapat berfungsi sebagai protein transpor ligan yang mengubah permeabilitas membran sel untuk molekul kecil dan ion. Membran sendiri memiliki hidrofobik inti melalui mana kutub molekul atau dibebankan tidak dapat menyebar . Mengandung protein membran saluran internal yang memungkinkan molekul tersebut untuk masuk dan keluar sel. Banyak saluran ion protein yang khusus untuk memilih untuk hanya ion tertentu, misalnya, kalium dan natrium . saluran seringkali mendiskriminasi hanya untuk satu dari dua ion [38]
Struktural protein
Protein struktural memberikan kekakuan dan kekakuan untuk komponen biologis lain-cairan. Kebanyakan protein struktural protein berserat , misalnya, aktin dan tubulin yang bulat dan larut sebagai monomer, tapi polimerisasi untuk membentuk panjang, serat kaku yang membentuk sitoskeleton , yang memungkinkan sel untuk mempertahankan bentuk dan ukuran. Kolagen dan elastin yang penting komponen jaringan ikat seperti tulang rawan , dan keratin ditemukan dalam struktur keras atau berserabut seperti rambut , kuku , bulu , kuku , dan beberapa kerang hewan . [39]Protein lain yang melayani fungsi struktural protein motor seperti myosin , kinesin , dan dynein , yang mampu menghasilkan kekuatan mekanik. Protein ini penting untuk seluler motilitas organisme bersel tunggal dan sperma dari organisme bersel banyak yang mereproduksi secara seksual . Mereka juga menghasilkan kekuatan yang diberikan oleh kontraktor otot . [40]
Metode penelitian
Seperti beberapa dari molekul biologis yang paling sering dipelajari, aktivitas dan struktur protein diperiksa baik secara in vitro dan in vivo Dalam studi in vitro protein dimurnikan dalam lingkungan terkendali yang berguna untuk belajar bagaimana protein melakukan fungsinya:. misalnya, enzim kinetika studi mengeksplorasi mekanisme kimia aktivitas katalitik enzim dan afinitas relatifnya untuk berbagai molekul substrat mungkin. Sebaliknya, dalam percobaan in vivo pada kegiatan protein 'dalam sel atau bahkan dalam organisme keseluruhan dapat memberikan informasi tambahan tentang di mana fungsi protein dan bagaimana hal itu diatur.Protein pemurnian
Untuk melakukan in vitro analisis, protein harus dimurnikan dari komponen seluler lainnya. Proses ini biasanya dimulai dengan lisis sel , di mana membran sel terganggu dan isinya internal dilepaskan ke solusi dikenal sebagai lisat mentah . Campuran yang dihasilkan dapat dimurnikan menggunakan ultrasentrifugasi , yang fractionates berbagai komponen selular menjadi pecahan yang mengandung protein larut; membran lipid dan protein; selular organel , dan asam nukleat . hujan dengan metode yang dikenal sebagai pengasinan keluar dapat berkonsentrasi protein dari lisat ini. Berbagai jenis kromatografi yang kemudian digunakan untuk mengisolasi protein atau protein yang menarik berdasarkan sifat seperti berat molekul, muatan bersih dan afinitas mengikat. [41] Tingkat pemurnian dapat dipantau menggunakan berbagai jenis elektroforesis gel jika molekul protein yang diinginkan itu berat dan titik isoelektrik dikenal, oleh spektroskopi jika protein memiliki fitur spektroskopi dibedakan, atau dengan tes enzim jika protein memiliki aktivitas enzimatik. Selain itu, protein dapat diisolasi sesuai muatan mereka menggunakan electrofocusing . [42]Untuk protein alami, serangkaian langkah pemurnian mungkin diperlukan untuk mendapatkan protein yang cukup murni untuk aplikasi laboratorium. Untuk menyederhanakan proses ini, rekayasa genetika sering digunakan untuk menambahkan fitur kimia untuk protein yang membuat mereka lebih mudah untuk memurnikan tanpa mempengaruhi struktur atau kegiatan. Di sini, sebuah "tag" yang terdiri dari urutan asam amino tertentu, sering kali merupakan serangkaian histidin residu (sebuah " tag-Nya "), melekat pada salah satu ujung protein. Akibatnya, ketika lisat dilewatkan melalui kolom kromatografi yang mengandung nikel , residu histidin Ligate nikel dan melampirkan kolom sedangkan komponen untagged dari lisat lulus tanpa hambatan. Sebuah jumlah tag yang berbeda telah dikembangkan untuk membantu para peneliti memurnikan protein tertentu dari campuran kompleks. [43]
Selular lokalisasi
Metode lain untuk menjelaskan lokasi seluler protein memerlukan penggunaan penanda compartmental dikenal daerah seperti ER, Golgi, lisosom / vakuola, mitokondria, kloroplas, membran plasma, dll Dengan menggunakan versi fluorescently tag ini spidol atau antibodi untuk penanda dikenal, menjadi jauh lebih mudah untuk mengidentifikasi lokalisasi protein yang menarik. Misalnya, imunofluoresensi tidak langsung akan memungkinkan untuk colocalization fluoresensi dan demonstrasi lokasi. Pewarna fluorescent digunakan untuk label kompartemen selular untuk tujuan yang sama. [46]
Kemungkinan lain ada, juga. Misalnya, imunohistokimia biasanya menggunakan antibodi untuk satu atau lebih protein yang menarik yang terkonjugasi untuk menghasilkan enzim baik sinyal bercahaya atau chromogenic yang dapat dibandingkan antara sampel, memungkinkan untuk informasi lokalisasi. Teknik lain yang berlaku adalah cofractionation dalam sukrosa (atau bahan lainnya) menggunakan gradien sentrifugasi isopycnic . [47] Meskipun teknik ini tidak membuktikan colocalization dari kompartemen kepadatan dikenal dan protein yang menarik, hal ini meningkatkan kemungkinan, dan lebih setuju untuk studi skala besar.
Akhirnya, metode standar emas lokalisasi selular mikroskop immunoelectron . Teknik ini juga menggunakan antibodi terhadap protein yang menarik, bersama dengan teknik mikroskop elektron klasik. Sampel disiapkan untuk pemeriksaan mikroskopis yang normal elektron, dan kemudian diobati dengan antibodi terhadap protein bunga yang terkonjugasi untuk bahan yang sangat elektro-padat, biasanya emas. Hal ini memungkinkan untuk lokalisasi kedua rincian ultra serta protein bunga. [48]
Melalui aplikasi lain rekayasa genetika yang dikenal sebagai situs-diarahkan mutagenesis , peneliti dapat mengubah urutan protein dan karenanya struktur, lokalisasi selular, dan kerentanan terhadap regulasi. Teknik ini bahkan memungkinkan penggabungan asam amino menjadi protein yang tidak alami, menggunakan tRNA dimodifikasi, [49] dan memungkinkan desain rasional protein baru dengan sifat baru. [50]
Proteomik dan bioinformatika
Komplemen total protein hadir pada waktu dalam jenis sel atau sel yang dikenal sebagai proteome , dan studi seperti skala besar set data mendefinisikan bidang proteomik , dinamakan dengan analogi bidang terkait genomik . Teknik eksperimental kunci dalam proteomik termasuk elektroforesis 2D , [51] yang memungkinkan pemisahan sejumlah besar protein, spektrometri massa , [52] yang memungkinkan cepat tinggi-throughput identifikasi protein dan sekuensing peptida (paling sering setelah di-gel pencernaan ), mikroarray protein , [53] yang memungkinkan deteksi tingkat relatif dari sejumlah besar protein hadir dalam sel, dan dua hibrida skrining , yang memungkinkan eksplorasi sistematis interaksi protein-protein . [54] Komplemen Total interaksi seperti biologis yang mungkin dikenal sebagai interactome . [55] Sebuah upaya sistematis untuk menentukan struktur protein yang mewakili setiap kali lipat yang mungkin dikenal sebagai genomik struktural . [56]Jumlah besar data genomik dan proteomika yang tersedia untuk berbagai organisme, termasuk genom manusia , memungkinkan peneliti untuk efisien mengidentifikasi homolog protein dalam organisme jauh terkait dengan sequence aligment . Urutan alat profiling dapat melakukan manipulasi urutan yang lebih spesifik seperti enzim restriksi peta, terbuka membaca bingkai analisis untuk nukleotida urutan, dan struktur sekunder prediksi. Dari data ini pohon filogenetik dapat dibangun dan evolusi hipotesis yang dikembangkan menggunakan software khusus seperti ClustalW mengenai keturunan organisme modern dan gen mereka mengungkapkan. Bidang bioinformatika berusaha untuk merakit, keterangan, dan menganalisa data genomik dan proteomika, menerapkan komputasi teknik untuk masalah biologis seperti gen menemukan dan cladistics .
Struktur prediksi dan simulasi
Melengkapi bidang genomik struktural, prediksi struktur protein berusaha untuk mengembangkan cara-cara yang efisien untuk menyediakan model yang masuk akal untuk protein yang strukturnya belum ditentukan secara eksperimental. [57] Jenis yang paling sukses dari prediksi struktur, yang dikenal sebagai pemodelan homologi , bergantung pada keberadaan struktur "template" dengan kesamaan urutan ke protein yang dimodelkan; tujuan genomik struktural 'adalah untuk memberikan representasi yang cukup dalam struktur dipecahkan untuk model sebagian besar dari mereka yang tetap. [58] Meskipun memproduksi model yang akurat tetap tantangan ketika hanya jauh terkait struktur template yang tersedia, telah menyarankan bahwa sequence aligment adalah hambatan dalam proses ini, sebagai model cukup akurat dapat dihasilkan jika "sempurna" sequence aligment dikenal. [59] metode prediksi struktur Banyak telah melayani untuk menginformasikan bidang muncul dari rekayasa protein , di mana baru lipatan protein telah dirancang. [60] Masalah komputasi yang lebih kompleks adalah prediksi interaksi antarmolekul, seperti di docking molekul dan protein-protein prediksi interaksi . [61]Proses pelipatan protein dan mengikat dapat disimulasikan dengan menggunakan teknik seperti mekanika molekul , khususnya, dinamika molekuler dan Monte Carlo , yang semakin memanfaatkan paralel dan komputasi terdistribusi ( Folding @ Home proyek; [62] pemodelan molekul pada GPU ). Lipat kecil alfa-heliks domain protein seperti vili topi baja [63] dan HIV protein aksesori [64] telah berhasil disimulasikan dalam silico, dan metode hybrid yang menggabungkan dinamika molekuler standar dengan mekanika kuantum perhitungan telah memungkinkan eksplorasi elektronik negara bagian rhodopsins . [65]
Nutrisi
Sebagian besar mikroorganisme dan tanaman bisa biosynthesize semua standar 20 asam amino , sedangkan hewan (termasuk manusia) harus mendapatkan beberapa asam amino dari makanan . [26] Asam amino bahwa organisme tidak dapat mensintesis sendiri disebut sebagai asam amino esensial . Enzim kunci yang mensintesis asam amino tertentu yang tidak hadir pada hewan - seperti aspartokinase , yang mengkatalisis langkah pertama dalam sintesis lisin , metionin , dan treonin dari aspartat . Jika asam amino yang hadir di lingkungan, mikroorganisme dapat menghemat energi dengan mengambil asam amino dari lingkungan mereka dan downregulating jalur biosintesis mereka.Pada hewan, asam amino diperoleh melalui konsumsi makanan yang mengandung protein. Protein dicerna kemudian dipecah menjadi asam amino melalui pencernaan , yang biasanya melibatkan denaturasi protein melalui paparan asam dan hidrolisis oleh enzim yang disebut protease . Beberapa asam amino dicerna digunakan untuk biosintesis protein, sementara yang lain dikonversi menjadi glukosa melalui glukoneogenesis , atau dimasukkan ke dalam siklus asam sitrat . Ini menggunakan protein sebagai bahan bakar sangat penting di bawah kelaparan kondisi seperti itu memungkinkan protein tubuh sendiri akan digunakan untuk mendukung kehidupan, terutama yang ditemukan dalam otot . [66] Asam amino juga merupakan sumber makanan penting dari nitrogen . [ kutipan diperlukan ]
Sejarah dan etimologi
Protein diakui sebagai kelas yang berbeda dari molekul biologi pada abad kedelapan belas oleh Antoine Fourcroy dan lain-lain, dibedakan oleh kemampuan molekul untuk mengentalkan atau terflokulasi bawah perawatan dengan panas atau asam. Contoh mencatat pada saat itu termasuk albumin dari putih telur , darah albumin serum , fibrin , dan gandum gluten . Belanda kimiawan Gerardus Johannes Mulder dilakukan analisis unsur protein umum dan menemukan bahwa hampir semua protein yang sama rumus empiris , C 400 H 620 N 100 120 P O 1 S 1. [67] Dia datang ke kesimpulan yang salah bahwa mereka mungkin terdiri dari satu jenis (sangat besar) molekul. The "protein" istilah untuk menggambarkan molekul-molekul diusulkan pada tahun 1838 oleh asosiasi Mulder Yakub Jöns Berzelius , protein berasal dari bahasa Yunani kata πρωτεῖος (proteios), yang berarti "utama", [68] "memimpin", atau "berdiri di depan ". [69] Mulder melanjutkan untuk mengidentifikasi produk degradasi protein seperti asam amino leusin yang ia menemukan berat (hampir benar) molekul 131 Da . [67]Kesulitan dalam memurnikan protein dalam jumlah besar membuat mereka sangat sulit bagi ahli biokimia protein dini untuk belajar. Oleh karena itu, studi awal difokuskan pada protein yang dapat dimurnikan dalam jumlah besar, misalnya, orang-orang darah , putih telur , berbagai racun , dan pencernaan / metabolisme enzim yang diperoleh dari rumah pemotongan hewan . Pada 1950-an, Dog Armour Co Hot dimurnikan 1 kg pankreas sapi murni ribonuklease A dan membuatnya bebas tersedia untuk ilmuwan, gerakan ini membantu ribonuklease A menjadi target utama untuk studi biokimia untuk dekade berikutnya. [67]
Linus Pauling dikreditkan dengan prediksi sukses protein biasa struktur sekunder berdasarkan ikatan hidrogen , ide pertama yang diajukan oleh William Astbury pada tahun 1933. [70] Kemudian bekerja dengan Walter Kauzmann pada denaturasi , [71] [72] didasarkan sebagian pada sebelumnya studi oleh Kaj Linderstrøm-Lang , [73] memberikan kontribusi pemahaman tentang protein folding dan struktur dimediasi oleh interaksi hidrofobik . Pada tahun 1949 Fred Sanger benar menentukan urutan asam amino insulin , sehingga meyakinkan menunjukkan bahwa protein terdiri dari polimer linier dari asam amino rantai bercabang bukan, koloid , atau cyclols . [74] Para atom-resolusi pertama struktur protein dipecahkan oleh X kristalografi sinar- pada 1960-an [75] dan oleh NMR pada tahun 1980. [75] Pada 2009, Bank Data Protein memiliki lebih dari 55.000 atom resolusi struktur protein. [76] Dalam masa yang lebih baru, cryo-elektron mikroskop dari majelis makromolekul besar [77] dan komputasi prediksi struktur protein dari protein kecil domain [78] adalah dua metode mendekati resolusi atom.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar