BIODEGRADASI PROTEIN

Degradasi dan Denaturasi protein


Degradasi protein merupakan suatu proses pemecahan protein dari ikatan-ikatan yang terdapat di dalamnya. Degradasi ini dapat terjadi akibat adanya pemanasan atau kontaminasi dengan zat kimia. Pada eukariot kebanyakan gangguan terjadi pada sistem tunggal yang meliputi ubiquitin dan proteosom. Ubiquitin pada degradasi protein memperlihatkan bahwa keberadaan 76 protein asam amino yang sangat berlimpah dan melibatkan reaksi proteolisis yang tergantung pada energi, dimana energi tersebut dapat membantu proses ubiquitin dalam degradasi protein. Beberapa penemuan menunjukkan hasil yang positif terhadap identifikasi seri tiga enzim yang menyertakan molekul ubiquitin baik secara tunggal maupun berantai. Asam amino lisin pada protein merupakan salah satu contoh molekul ubiquitin yang dapat dijadikan protein target untuk proses degradasi. Suatu protein dapat bersifat ubiquitin tergantung pada kehadiran atau tidaknya motif asam amino yang ada di dalam protein yang merupakan pertanda sinyal keberhasilan degradasi protein. Sinyal ini tidak memiliki karakteristik yang kompleks, tetapi ada tipe tertentu yang dapat digunakan sebagai karakteristik, diantaranya :

1. N-degron, merupakan suatu urutan elemen yang dipresentasikan pada N-terminal atau rantai ujung N pada suatu protein.

2. Sekuen PEST, dimana tipe ini merupakan tipe yang memiliki sekuen internal yang

banyak mengandung prolin (P), asam glutamat (E), serin (S), dan treonin (T).

Komponen yang kedua proses degradasi protein adalah proteosom, yaitu suatu struktur di dalam protein berubiquitin. Degradasi protein pada eukariot dan prokariot dapat mengalami perbedaan. Eukariot memiliki proteosom yang luas, struktur multi subunit dengan sebuah koefisien sedimetasi 26S, mengandung silinder cekung 20S dan dua ‘cap’ 19 S. Prokariot memiliki proteosom kurang kebih sama dengan ukuran yang sama tetapi kurang kompleks dan terdiri dari berbagai salinan yang hanya memiliki dua macam protein. Proteosom eukariotik juga mengandung 14 tipe berbeda pada subunit protein dengan rongga yang sebagai sebagai pintu masuk, sehingga suatu protein harus direntangkan agar dapat masuk ke dalam proteosom. Protein yang telah terbentang akan dengan mudah memasuki proteosom. Pembentangan ini memungkinkan terjadinya proses pengikatan energi dan terlibat dalam struktur yang sama. Setelah pembentangan ini maka protein dapat masuk ke dalam proteosom dan membelah menjadi rantai peptida pendek 4-10 asam amino yang panjang. Peptida ini dapat kembali ke dalam sitoplasma dan dapat melibatkan kembali pada sintesis protein.

Sedangkan denaturasi adalah perubahan susunan ruang atau rantai polipeptida suatu molekul protein. Terjadi perubahan atau modifikasi terhadap struktur sekunder, tersier, dan kuartener terhadap molekul protein, tanpa terjadinya pemecahan ikatan-ikatan kovalen. Karena itu denaturasi dapat pula diartikan suatu proses terpecahnya ikatan hidrogen, interaksi hidrofobik, ikatan garam, dan terbukanya lipatan atau wiru molekul. Protein yang terdenaturasi akan berkurang kelarutannya. Denaturasi protein dapat dilakukan dengan berbagai cara yaitu oleh panas, pH, bahan kimia, mekanik dan sebagainya. Masing-masing cara mempunyai pengaruh yang berbeda-beda terhadap denaturasi protein.
Secara garis besar proses utama yang bertanggung jawab dalam degradasi protein pada bakteria dan eukariot
 Sintesis dan pemrosesan protein yang telah kita pelajari pada pokok bahasan sebelumnya merupakan protein aktif baru di dalam sel. Pengertian protein baru di sini adalah baik protein yang dibentuk sebagai pengganti protein yang tidak berfungsi lagi maupun protein de novo (yang belum ada sebelumnya) yang dibentuk untuk memenuhi kebutuhan sel yang dipicu oleh kondisi lingkungan yang berubah. Konsep bahwa proteom sel dapat berubah sepanjang waktu memerlukan tidak hanya sintesis protein baru tetapi juga pembuangan (degradasi) protein yang fungsi tidak diperlukan lagi. Proses degradasi ini harus selektif supaya hanya protein tertentu yang didegradasi, dan juga harus cepat agar dapat menyesuaikan dengan perubahan mendadak pada saat kondisi tertentu, misalnya selama transisi dalam siklus sel (Hunt, 1997). Pada eukariot, sebagian besar degradasi protein melibatkan sistem tunggal yang terdiri dari komponen ubiquitin dan proteasome.

 Ubiquitin
 Hubungan antara ubiquitin dan degradasi protein pertama kali diketahui pada tahun 1975. Pada waktu itu, protein yang tersusun dari 76 asam amino ini terlibat dalam reaksi proteolisis yang memerlukan energi pada sel kelinci (Varshavsky, 1997). Riset selanjutnya berhasil mengidentifikasi seri tiga enzim yang menempelkan molekul ubiquitin (tunggal atau rantai) pada asam amino lisin dari protein yang menjadi target degradasi. Apakah suatu protein menjadi terubiquitinasi atau tidak terubiquitinasi tergantung pada ada atau tidaknya motif asam amino yang bertindak sebagai sinyal kerentanandegradasi. Walaupun sinyal‐sinyal ini belum lengkap terkarakterisasi, namun ada dugaan sekurang-kurang sepuluh tipe sinyal terdapat pada S. cerevisiae, di antaranya:
 • The N‐degron, suatu elemen urutan pada ujung N protein;
 • PEST sequences, urutan internal yang banyak mengandung prolin (P), asam glutamat (E), serin
 (S) dan treonin (T).

 Proteasom
 Komponen kedua jalur degradasi tergantung‐ubiquitin adalah proteasom, suatu struktur tempat protein terubiquitinasi didegradasi. Pada eukariot, proteasom tersusun dari struktur multi‐subunit besar dengan koefisien pengendapan (sedimentasi) 26S yang terdiri dari 20S berupa silinder berlubang dan 19S berupa dua topi (‘caps') (Groll et al., 1997; Ferrell et al., 2000).
 Oleh karena lubang pada proteasom sempit, maka protein yang akan didegrasi harus dalam keadaan
 tidak terlipat agar dapat memasuki proteasom. Protein yang telah memasuki proteasom selanjutnya
 dipotong menjadi peptida pendek berukuran 4–10 asam amino. Potongan pendek peptida ini kemudian dikembalikan lagi ke dalam sitoplasma. Di dalam sitoplasma, peptida pendek ini dipotong lagi menjadi asam amino yang dapat digunakan lagi dalam sintesis protein.

Yoghurt merupakan minuman hasil fermentasi susu menggunakan bakteri Lactobacillus substilis atau Lactobacillus bulgaricus (Gambar 8.5). Bakteri yang di manfaatkan mampu mendegradasi protein dalam susu menjadi asam laktat. Proses degradasi ini disebut fermentasi asam laktat dan hasil akhirnya dinamakan yoghurt.

Aplikasi Bioteknologi pada Keju

Keju merupakan contoh produk bioteknologi yang cukup terkenal (Gambar 8.6). Keju dibuat dengan bantuan bakteri pada susu. Bakteri tersebut dikenal sebagai bakteri asam laktat atau Lactobacillus. Bakteri Lactobacillus mengubah laktosa menjadi asam laktat dan menyebabkan susu menggumpal. Pada pembuatan keju, kondisi pH harus rendah. Kondisi pH yang rendah membuat susu mengental. Akibatnya protein pada susu berubah menjadi semi solid yang disebut curd. Proses ini dibantu dengan menambahkan enzim renin. Enzim renin dapat diekstrak dari perut anak sapi. Namun, saat ini enzim renin dapat diproduksi dalam skala besar dengan menggunakan teknik rekayasa genetika.
Setelah susu berubah menjadi curd, garam ditambahkan. Garam ini selain untuk menambahkan rasa, berfungsi juga sebagai bahan pengawet. Bakteri kemudian ditambahkan sesuai dengan tipe keju yang akan dibuat. Bakteri yang ditambahkan ini disebut bakteri pematang. Bakteri pematang berguna memecah protein dan lemak yang terdapat dalam keju. Beberapa jenis keju mempunyai karakteristik tertentu dengan ditambahkan mikroba lain, seperti jamur. Contohnya terdapat pada keju biru, yang mempunyai karakteristik berwarna biru karena ditambahkan jamur pada curd kejunya. Untuk mempercepat produksi keju, dapat ditambahkan enzim bakteri selain bakteri pematang itu sendiri.

ARTIKEL
Otofogi adalah sistem degradasi intrasel yang berperan penting dalam pengaturan
homeostatis protein dan sangat diperlukan untuk kelangsungan hidup sel yang menghadapi
stres metabolik. Otofqgi merupakan salah satu kematian sel terprogram. Sejumlah penelitian
menunjukknnperan otofagi sebagai penekan tumor, namun pengaruh otofagi dalam pertumbuhan
tumor dan perannya dalam terapi kanker masih kontroversial. Studi lebih lanjut sangat
diperlukan untuk dapat mengaplikasikan berbagai strategi terapi kanker dengan otofogi
sebagai target.

pertanyaan :
1. dari artikel diatas disebutkan bahwa otofogi merupakan bagian dari degradasi sel yang berperan penting dalam pengaturan homeostatis protein . Namun , otofogi juga merupakan kematian sel yang terprogram . Bagaimana proses otofogi sehingga bisa digunakan dalam pengobatan terapi kanker sementara otofogi adalah dampak kematian sel ???
2. dalam pembuatan yogurt , mengapa hanya menggunakan bakteri Lactobacillus substilis atau Lactobacillus bulgaricus saja ??? apakah tidak ada bakteri lain yang dapat mendegradasi protein dalam susu menjadi asam laktat ??? apa kelebihan kedua bakteri tersebut sehingga digunakan dalam pembuatan yogurt ?
3. Bagaimana aktivitas bakteri  proteolitik aerob tersebut mendegradasi protein
dalam limbah cair tahu dan susu krim?