MEMBANGUN DAN MENGATUR TAMPILAN POLIPEPTIDA PADA HYPERCHEM

Membuat Lembaran Beta

Langkah awal dalam membangun polipeptida ialah penetapan konformasi sekunder. Klik kiri Databases-Amino Acid untuk membuka kotak dialog Amino Acids (gambar 42).

Gambar 42

Pilihlah Beta Sheet yang secara otomatis mengatur sudut φ dan ψ sebesar 180⁰. Kedua sudut ini berturut-turut merupakan sudut torsi untuk C-N-C_a-C dan untuk N-C_a-C-N pada tulang punggung polipeptida. Kemudian aturlah sudut ω, yaitu sudut torsi untuk ikatan peptida O=C-N-H, ke 180^o  sehingga dihasilkan ikatan peptida trans yang lazim ditemui pada polipeptida.

Langkah kedua ialah pemilihan residu-residu asam amino. Pemilihan dilakukan mulai dari ujung -N berturut-turut ke ujung –C,  misalnya Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro-Phe-Arg. Saat Pro dipilih, Hyperchem menimbulkan bunyi beep, yang berarti bahwa konformasi yang dikehendaki tidak dapat digunakan. Prolin hanya dapat mengadopsi sudut φ dan ψ tertentu yang bukan konformasi alfa heliks atau lembaran beta. Karena itu, saat membangun polipeptida, Hyperchem akan memaksa sudut residu-residu Pro ke nilai yang diperbolehkan.

Kotak dialog Amino Acids bersifat ‘persisten’, artinya ia tetap terbuka selama anda merangkaikan residu-residu asam amino menjadi polipeptida. Setelah polipeptida selesai anda bangun, tutuplah kotak dialog itu dan polipeptida akan muncul pada ruang kerja. Agar tampak lebih sederhana, hilangkan semua lambang unsur dengan mengklik kiri Display-Labels-None-OK. Geser dan putar peptida yang anda buat sampai tampai seperti gambar 43.

Gambar 43

Membuat Zwiterion

Peptida yang anda buat memiliki residu telanjang pada setiap ujungnya, yaitu NH- pada ujung –N dan –CO pada ujung –C. untuk mengubahnya menjadi bentuk zwiterionik, klik kiri Databases-Make Zwiterion, maka terbentuk –NH₃ pada ujung –N dan –CO₂ pada ujung –C (gambar 44).

Gambar 44

Mutagenesis Terarah

Dengan mensubstitusi residu asam amino tertentu pada suatu tapak penting dari rantai polipeptida, struktur dan sifat-sifat protein dapat diubah, yang lebih lanjut mengubah fungsi-nya. Peristiwa ini disebut mutagenensis terarah (site-spesific-mutagenesis), yang berperan penting dalam rekayasa protein. Untuk memudahkan melihat residu yang akan anda substitusi, klik kiri Display-Labels-Name+seq (pada Residues)-OK, maka ruang kerja akan muncul tampilan seperti gambar 45.

Gambar 45

Misalkan anda hendak mengganti residu kelima dari fenilalanin menjadi threonin. Pertama-tama anda klik kiri Select-Residues, lalu Selection tool. Pilihlah residu PHE 5 sehingga ditandai dengan highlight. Bersamaan dengan itu, item mutate pada menu Databases menjadi aktif (gambar 46).

Gambar 46

Klik kiri item itu untuk membuk kotak dialog Mutate (gambar 47), lalu pilih residu pengganti, yaitu Thr, dan klik kiri OK, maka residu PHE 5 disubstitusi oleh THR 5 (gambar 48). Simpanalah polipeptida tersebut dalam arsip polipeptida 1.hin pada direktori Latihan.

Gambar 47

Gambar 48

Membuat Alfa Heliks

Selain lembaran beta, protein juga dapat memiliki konformasi sekunder alfa heliks yang memiliki sudut φ dan ψ berturut-turut sebesar -58^o dan -47^o. untuk membuatnya, pada kotak dialog Amino Acids, pilihlah Alpha Helix, lalu aturlah sudut ω ke 180^o (ikatan peptida trans). Setelah itu, secara berurutan, pilihlah residu-residu asam amino penyusun polipeptida, misalnya klik kiri residu Phe sebanyak 6 kali. Tutup kotak dialog, maka diperoleh tampilan seperti pada gambar 49. Hilangkan atom hidrogen dengan menonaktifkan item Show Hydrogens pada menu Display, dan juga label atom, dari struktur polipeptida.

Gambar 49

Memberi Label pada Ujung-N dan Ujung-C

Agar diperoleh visualisasi yang lebih baik dari ujung-N dan ujung-C, anda dapat memberi label padanya. Mula-mula klik kiri Select-Atoms dan pastikan bahwa item Multiple Selections aktif, lalu klik kiri Selection tool. Pilihlah atom nitrogen dari ujung-N pada sisi kiri polipeptida (gambar 50), dilanjutkan dengan atom karbon dari ujung-C pada sisi kanan polipeptida (gambar 51). (untuk memandu anda mencari kedua atom tersebut, anda dapat memberi label nama residu pada poliipeptida).

Gambar 50

Gambar 51

Setelah itu, klik kiri Display-Labels-Symbol-OK, maka atom nitrogen pada ujung –N dan atom oksigen pada ujung –C akan diberi label seperti pada Gambar 52.

Gambar 52

Visualisasi Hanya Tulang-Punggung

            Untuk menyelidiki sifat alfa heliks, visualisasi tulang-punggung saja akan membantu. Mula-mula pilihlah tulang-punggung itu dengan dua alternatif berikut. Cara pertama ialah seret kiri kursor Selection Tool dari atom C pada ujung –C ke atom N pada ujung –N, sehingga kedua atom itu dihubungkan oleh sebua garis (Gambar 53), lalu lepaskan mouse. Cara kedua ialah dengan mengklik kiri Select-Select Backbone. Kedua cara tersebut memberikan hasil yang sama, yang ditampilkan pada Gambar 54. Tulang-punggung terpilih ini dapat Anda warnai dengan salah satu warna yang tersedia pada kotak dialog Selection Color, yang dibuka dengan mengklik kiri Display-Color.

Gambar 53

Gambar 54

            Setelah tulang-punggung terpilih, Anda klik kiri Display-Show Selection Only, maka hanya tulang-punggung dan labelnya yang ditampilkan, sedangkan rantai-rantai samping dihilangkan. Geser dan putar tulang-punggung itu sehingga Anda seolah-olah melihatnya dari atas, untuk memperlihatkan struktur alfa heliks (Gambar 55).

Gambar 55

Mengkomplemenkan Suatu Pilihan (Visualisasi Hanya Rantai-rantai Samping)

            Jika tulang-punggung dapat dengan mudah Anda pilih secara langsung, tidak demikian halnya dengan rantai-rantai samping. Akan tetapi, Anda dapat menggunakan cara tidak langsung sebagai berikut. Pertama-tama, klik kiri Display-Show All untuk menampilkan kembali rantai-rantai samping (Gambar 56).

Gambar 56

Kemudian klik kiri Select-Complement Selection, maka bagian yang semula terpilih menjadi tidak terpilih, dan sebaliknya yang tidak terpilih menjadi terpilih (Gambar 57).

Gambar 57

Sesudah itu Anda klik kiri Display-Show Selection Only, maka hanya tulang-punggung yang tidak ditampilkan.

Gambar 58

Pemilihan dalam Daerah Persegi Panjang atau Lingkaran

Tampilkan kembali tulang punggung beserta aom-atom hidrogennya dengan meng-klik kiri Display-Show All, lalu Display-Show Hydrogens. Pastikan bahwa item Select Sphere pada menu Select tidak aktif. Seret kiri-kanan kursor Selection Tool dari sudut kiri-atas ke kanan-bawah, untuk memilih daerah pemilihan berbentuk persegi panjang (gambar 59). Prosedur serupa dengan yang Anda pelajari di BAB II.

Gambar 59

Lepaskan mouse, maka semua atom dan ikatan dalam daerah itu ditandai dengan highlight.

            Untuk membuat daerah pemilihan berbentuk lingkaran, terlebih dahulu Anda batalkan pilihan sebelumnya dengan kilik kanan pada daerah kosong dalam ruang kerja, lalu klik kiri Select-Select Sphere. Tempatkan kursor misalnya di atas atom nitrogen pada ujung-N (gambar 60). Seret kiri-kanan menjauhi atom itu sehingga terbentuk daerah pemilihan berbentuk lingkaran yang berpusat pada atom N dengan jejari tertera pada status line. Teruskan sampai jejarinya kira-kira 5,0 Ε (gambar 61).

Gambar 60

Gambar 61

Lepaskan mouse, maka semua atom dan ikatan ikatan di daerah itu ditandai dengan highlight.

Menamai Suatu Pilihan

            Sering kali berguna jika Anda menamai suatu pilihan sedemikian rupa sehingga Anda dapat menampilkan kembali dengan mudah kelak. Sebagai contoh, coba Anda namai daerah pemilihan berbentuk lingkaran tadi. Caranya, klik kiri Select-Name Selection. Pada kotak dialog Name Selectiion (gambar 62), pilih Other dan ketik nama daerah, misalnya 'sphere', lalu klik OK, maka HyperChem akan menyimpan semua atom dan ikatan yang ditandai dalam suatu pilihan yang dinamai 'sphere'.

Gambar 62

Sekarang, batalkan pilihan tadi dengan kilk kanan daerah kosong pada ruang kerja. Kemudian Anda klik kiri Select-Select, maka akan muncul kotak dialog select (gambar 63).

Gambar 63

Klik kiri By name, lalu pilihlah 'sphere' dari daftar Names, dan klik kiri OK. Pilihan yang telah dibatalkan itu dipilih kembali.

Memilih sebuah Cincin atau Sebuah Rantai Samping

            Anda juga dapat memilih hanya sebuah cincin atau sebuah rantai samping. Batalkan pilihan sebelumnya, lalu klik kiri dua kali dengan kursor Selection tool pada ikatan manapun dari salah satu cincin fenil untuk memilih cincin tersebut (Gambar 64).

Batalkan pilihan atas cincin itu,lalu arahkan kursor Selection tool pada ikatan antara atom C_α dan rantai samping,dan klik kiri dua kali lebih dekat pada rantai samping untuk memilih rantai samping itu (Gambar 65). (Jika klik kiri dua kali dilakukan lebih dekat pada atom C_α, maka justru hanya rantai samping itu yang tidak Anda pilih.) Simpanlah polipeptida yang Anda buat dalam arsip polipeptida 2.hin pada direktori Latihan.

Membuka Arsip PDB Brookhaven

            Selain membangun polipeptida baru, Anda juga dapat memanfaatkan struktur polipeptida dari Brookhaven Protein Data Bank (PDB Brookhaven), yang sudah disediakan oleh Hyperchem.

1.      Klik kiri File-Open, untuk membuka kotak dialog Open File.

2.      Pada kotak Files of type: cari Brookhaven PDB (*.ENT) dan klik kiri, lalu pada kotak Look in: cari direktori/ SAMPLES/ PDB dan klik kiri lagi.

3.      Klik kiri arsip PDB5PTI.ENT, maka kotak Comments akan menampilkan baris-baris HEADER, COMPND, SOURCE, AUTHOR, REVDAT, JRNL, dan REMARK dari arsip PDB Brookhaven itu (Gambar 66).

Gambar 66

4.      Klik kiri sekali lagi atau klik kiri tombol Open, maka pada ruang kerja akan muncul struktur BPTI. Hilangkan atom hidrogen dan label atomnya, maka diperoleh Gambar 67. Keterangan khusus tentang polipeptida itu akan tertera pada status line.

Gambar 67

Menghilangkan Molekul Air

            Struktur BPTI pada Gambar 67 sangat rumit, dan perlu disederhanakan dengan menghilangkan molekul-molekul air yang ada. Mula-mula, Anda klik kiri Select-Molecules, lalu gerakan kursor Selection tool ke atas salah satu atom atau ikatan pada molekul BPTI dan klik kiri lagi, maka molekul BPTI terpilih. Komplemenkan pilihan itu dengan mengklik kiri Select-Complement Selection, maka pilihan atas molekul BPTI akan digantikan oleh pilihan atas molekul-molekul air. Hilangkan pilihan itu dengan klik kiri Edit-Clear-Yes untuk memperoleh tampilan seperti pada gambar 68. Prosedur ini serupa dengan yang Anda lakukan pada subbab ‘Visualisasi Hanya Rantai Samping’.

Gambar 68

            Untuk menghindari modifikasi arsip PDB untuk BPTI, simpanlah struktur BPTI yang sedang Anda modifikasi dalam arsip polipeptida 3.hin pada direktori Latihan. (Gunakan File-Save As!!!) Setelah itu, Anda visualisasikan struktur primer (tulang punggung) BPTI seperti pada Gambar 69.

Gambar 69

Menampilakan Alfa Heliks

            Residu 47-55 dalam molekul BPTI membentuk konformasi alfa heliks. Untuk menampilkannya, digunakan prosedur berikut ini :

1.      Batalkan pilihan sebelumnya, lau klik kiri Select-Residues dan pastikan bahwa item Muliple Selection aktif.

2.      Bukalah kotak dialog Select dengan megklik kiri Select-Select.

3.      Klk kiri tombol radio By Number, lalu ketikkan '47' pada kotak teks >= dan '55' pada kotak <=. Kilik kiri OK, maka residu 47-55 akan ditandai dengan highlight.

4.      Tampilkan hanya kesembilan reidu terpilih dengan mengklik kiri Display-Show Selection Only pindahkan mereka ketengah-tengah ruang kerja.

5.      Geser dan putarlah itusehinggan Anda seolah-olah melihatnya dari atas, untuk memperlihatkan struktur alfa heliks (gambar 70).

Gambar 70

Menggambarkan Jembatan Disulfida

            Polipeptida BPTI memilki residu sistin yang membentuk tautan-silang disulfide kovalen. Untuk menampilkannya, digunakan prosedur beikut ini :

1.      Batalkan pilihan sebelumnya, lalu tampilkan kembali keseluruhan molekul BPTI ditengah- tengah ruang kerja dengan klik kiri Display-Show All lalu Display-Scale to Fit.

2.      Buatlah daerah pemilihan persegi panjang atau ligkaran dimulai dari daerah kosong sedemikian rupa sehingga residu-residu sistin yang ada di sisi kanan bawah molekul (berwarna kuning) tercakup di dalamnya (gambar 71).

Pada status line akan tertera bahwa residu CYX 14 (dan juga beberapa residu tetangga yang ikut terbawa) telah terpilih. Letakkan pilihan itu ke tengah-tengah ruang kerja, lalu beri label lambang unsur .

Gambar 71

3.      Putar zoom perlahan-lahan sampai ikatan -S-S- mudah diidentifikasi (gambar 72).

Gambar 72

Menampilkan Struktur Cincin

            Melalui jembatan disulfide antara residu CYX 14 dan CYX 38, terbentuk cincin yang dapat ditamplkan dengan prosedur berikut :

1.      Batalkan pilihan sebelumnya, lalu klik kiri Select Atoma.

2.      Klik kiri dua kali kursor Selection tool pada tengah-tengah ikatan –S-S-, aka struktur cincin yang dibentuk oleh jembatan disulfida akan terpilih.

3.      Tampilakn hanya pilihan itu dengan mengklik kiri Display-Show Selection Only.

4.      Letkkan pilihan itu ke tengah-tengah ruang kerja, lalu beri label nama da urutan residu.

5.      Putarlah cincin itu agar tampak seperti pada gambar 73.

Gambar 72

Menampilkan Ikatan Hidrogen

           Batalkan pilihan atas cincin, lalu hilangkan label atom dan tampilkan kembali keseluruhan molekul BPTI di tengah-tengah ruang kerja. Untuk menampilkan ikatan hidrogen pada molekul itu, seperti pada BAB IV, atom-atom hidrogen harus ditampilkan dulu dengan mengklik kiri Display-Show Hydrogen. Setelah itu, klik kiri Display-Show Hydrogen Bonds, dilanjutkan dengan mengklik kiri Display-Recompute H Bonds. Ikatan-ikatan hidrogen dalam sistem akan ditampilkan sebagai garis putus-putus Zoom sampai semua ikatan hidrogen tampak jelas (Gambar 74).

Ikatan hidrogen

 

Gambar 73

 Memutar Sebuah Rantai Samping

           Sebelumnya, lakukan mutagenesis terarah residu ALA 58 dengan VAL, GLY 57 dengan lebih mudah, gunakan cara seperti pada subbab 'Menampilkan Alfa Heliks'). Klik kanan untuk membatalkan pilihan terakhir, lalu klik kiri Select-Atoma, dan posisikan struktur menjadi seperti Gambar 75.

           Pilihlah rantai samping VAL dengan mengklik kiri dua kali sisi C_β pada ikatan C_α-C_β dari reidu itu (Gambar 76). Setelah itu, putarlah menjadi seperti pada gambar 77 dengan cara menyeret kursor Z rotation tool secara horizontal.