---
title: "Biologi Struktur Protein"
book: "Biologi Universitas — Tahun 3"
subject: biology
language: id
chapter: 7
exercises: 12
source: https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/7-biologi-struktur-protein
---

# Bab 7 — Biologi Struktur Protein

Max Perutz memulai kerjanya pada struktur hemoglobin tahun 1937 lalu menerbitkannya tahun 1960: dua puluh dua tahun untuk melihat, pada [daya pisah](#def-b3-structural-biology-methods) setengah nanometer, bagaimana empat rantai berisi seratus lima puluh asam amino melipat mengelilingi empat hem. Sebuah molekul hemoglobin melipat dirinya sendiri dalam beberapa milidetik. Di antara kedua kenyataan itu terletak pokok bab ini: apa itu bentuk sebuah protein, mengapa rantai asam amino memiliki satu bentuk dan bukan bentuk yang lain, bagaimana rantai itu menemukan bentuknya begitu cepat di antara sekian banyak pilihan yang jumlahnya astronomis, apa yang salah ketika ia tak menemukannya, bagaimana bentuknya dilihat — dengan sinar-X, dengan resonansi magnetik, dengan elektron, dan kini dengan komputasi — dan bagaimana sebuah protein bergerak di antara bentuk untuk menjalankan kerjanya, dengan sakelar hemoglobin antara bentuk tegang dan bentuk kendur sebagai model bagi setiap protein alosterik sesudahnya.

## 7.1 Apa itu struktur sebuah protein

**Definisi 7.1 (Tingkat struktur).**

*Struktur primer* adalah urutan residunya. *Struktur sekunder* adalah konformasi setempat tulang punggungnya yang teratur, yang dimantapkan ikatan hidrogen antara karbonil dan amida tulang punggungnya: *heliks $\alpha$*, sebuah spiral kanan berisi $3.6$ residu tiap putaran, yang naik $0.15\,\mathrm{nm}$ tiap residu ($0.54\,\mathrm{nm}$ tiap putaran), dengan tiap karbonilnya berikatan dengan amida empat residu di depannya; dan *lembar $\beta$*, yang untai terjulurnya berbaring bersisian, sejajar atau berlawanan arah, berikatan dengan tetangganya, dengan rantai sampingnya berselang-seling di atas dan di bawah lembarnya. *Struktur tersier* adalah lipatan satu rantai utuh dalam tiga dimensi; satuan mampat sepanjang $50\text{ sampai }250$ residu di dalamnya yang melipat secara mandiri disebut sebuah *domain*, dan tatanan unsur sekunder sebuah domain disebut *lipatannya*. *Struktur kuaterner* adalah rakitan beberapa rantai: $\alpha_{2}\beta_{2}$ pada hemoglobin. Sekitar $1300$ lipatan menjelaskan seluruh domain yang dikenal, dan beberapa lusin di antaranya — lipatan Rossmann, tong TIM, dan lipatan imunoglobulin — menjelaskan sebagian besar protein: alam memakai ulang lipatan lalu meragamkan urutannya.

![Diagram Ramachandran. Daerah yang diarsir adalah gabungan sudut tulang punggung dan yang diizinkan secara sterik; heliks berputar kanan dan untai masing-masing bersesuaian dengan satu daerah kecil, dan sebagian besar residu protein yang terlipat jatuh pada salah satunya.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-structural-biology/fig-5d70ac78bb54.svg)

*Diagram Ramachandran. Daerah yang diarsir adalah gabungan sudut tulang punggung $\phi$ dan $\psi$ yang diizinkan secara sterik; heliks $\alpha$ berputar kanan dan untai $\beta$ masing-masing bersesuaian dengan satu daerah kecil, dan sebagian besar residu protein yang terlipat jatuh pada salah satunya.*

**Proposisi 7.2 (Apa yang menahan sebuah lipatan).**

Protein yang terlipat dimantapkan oleh *[efek hidrofob](#prop-b3-structural-biology-forces)* — yaitu menguburkan rantai samping nonpolar di dalam sebuah inti yang jauh dari air, yang membebaskan molekul air yang kalau tidak akan tertata di sekelilingnya — oleh ikatan hidrogen [struktur sekundernya](#def-b3-structural-biology-levels) dan ikatan hidrogen gugus polar yang terkubur, oleh pengemasan van der Waals sebuah inti sepadat kristal, oleh jembatan garam sesekali, dan, pada protein yang disekresikan, oleh ikatan disulfida. [Efek hidrofob](#prop-b3-structural-biology-forces) memasok sebagian besar dorongannya; ikatan hidrogennya sebagian besar membayar dirinya sendiri (tulang punggung yang berikatan dengan air pada keadaan tak terlipat berikatan dengan dirinya sendiri pada keadaan terlipat) dan sebagai gantinya menentukan [lipatan](#def-b3-structural-biology-levels) yang *mana*. Energi bebas neto pelipatannya kecil, $\Delta G \approx -20$ sampai $-60\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ — sekuat segenggam ikatan hidrogen bagi molekul yang memiliki ratusan — karena hilangnya entropi konformasi pada pelipatan hampir meniadakan perolehan entalpinya. Protein bersifat *mantap tipis*: beberapa derajat, perubahan pH, atau satu mutasi pada intinya dapat membuka [lipatannya](#def-b3-structural-biology-levels), dan ketipisan itulah yang membuatnya dapat bergerak.

**Bukti eksperimental.** Anfinsen (1961) membuka [lipatan](#def-b3-structural-biology-levels) ribonuklease A dengan urea dan zat pereduksi, sehingga memutus keempat disulfidanya dan memusnahkan keaktifannya; begitu keduanya dibuang, enzimnya melipat kembali, lalu membentuk ulang keempat pasangan disulfida yang benar dari $105$ pasangan yang mungkin, lalu memulihkan keaktifannya sepenuhnya. Tak ada cetakan, tak ada enzim, tak ada keterangan di luar urutannya yang hadir: struktur asalnya adalah keadaan yang paling mantap secara termodinamika yang terjangkau rantainya, dan urutannya menyandikannya. Mengoksidasi ulang disulfidanya selagi rantainya masih di dalam urea memberi campuran teracak dengan keaktifan $1\,\%$, yang lalu terurai menjadi bentuk asalnya ketika dibiarkan melipat: rantainya menemukan minimumnya sendiri. ∎

## 7.2 Bagaimana sebuah rantai menemukan lipatannya

**Teorema 7.3 (Paradoks Levinthal).**

Andaikan tiap dari $n$ residu sebuah protein dapat mengambil $k$ konformasi tulang punggung secara bebas, rantainya akan memiliki $k^{n}$ konformasi. Dengan $k = 3$ dan $n = 100$ jumlahnya $3^{100} \approx
5\times 10^{47}$; mencuplik semuanya pada satu tiap pikodetik ($10^{12}$ tiap detik) akan memakan $5\times 10^{35}$ detik, kira-kira $10^{28}$ tahun. Protein seukuran itu melipat dalam hitungan milidetik sampai detik. Karena itu pelipatannya bukan penelusuran acak atas konformasinya: permukaan energinya sebuah *corong*, yang di dalamnya hampir setiap konformasi sebagian condong ke arah keadaan asalnya, dan rantainya menuruninya lewat langkah setempat yang rata-rata menurun.

**Bukti.** Cacahnya adalah asas perkalian; waktunya adalah cacahnya dibagi laju cupliknya, $5\times 10^{47}/10^{12} = 5\times
10^{35}$ s, dan setahun sebesar $3\times 10^{7}$ s. Kesimpulannya adalah kontrapositifnya: penelusuran acak sebesar itu mustahil dalam waktu yang teramati, sehingga penelusurannya tidak acak. Yang membuatnya tidak acak adalah bahwa interaksi yang terbentuk pada satu bagian rantainya bertahan selagi bagian lain terbentuk (keruntuhan hidrofob dan pembentukan heliks terjadi dalam hitungan mikrodetik lalu menciutkan ruang yang harus ditelusuri), dan bahwa struktur yang sebagian benar rata-rata berenergi lebih rendah daripada yang salah, sehingga penurunannya terpandu — sebuah corong, bukan lapangan golf dengan satu lubang. ∎

![Corong pelipatan. Energi bebasnya turun dan cacah konformasi yang tersedia menciut seiring rantainya mendekati keadaan asalnya; dindingnya berkerut, sehingga sebuah rantai dapat terperangkap di dalam zat antara yang sebagian salah lipat, tetapi kemiringan keseluruhannya membawanya turun dalam hitungan milidetik.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-structural-biology/fig-5da8583b91e2.svg)

*[Corong pelipatan](#thm-b3-structural-biology-levinthal). Energi bebasnya turun dan cacah konformasi yang tersedia menciut seiring rantainya mendekati keadaan asalnya; dindingnya berkerut, sehingga sebuah rantai dapat terperangkap di dalam zat antara yang sebagian salah lipat, tetapi kemiringan keseluruhannya membawanya turun dalam hitungan milidetik.*

**Definisi 7.4 (Pendamping).**

Sebuah *pendamping molekul* adalah protein yang membantu pelipatan protein lain tanpa menjadi bagiannya dan tanpa memasok keterangan tentang [lipatannya](#def-b3-structural-biology-levels): pendamping itu mencegah penggumpalan yang bersaing dengan pelipatan di dalam sitoplasma yang sesak. *Hsp70* mengikat segmen hidrofob yang terpapar pada rantai nasen atau rantai tak terlipat, lalu melepaskannya pada hidrolisis ATP demi percobaan berikutnya; *kaperonin* GroEL (Hsp60 di dalam mitokondria, TRiC di dalam sitosol eukariot) adalah tong ganda berisi empat belas subunit yang rongga pusatnya, yang ditudungi GroES, mengurung satu rantai sampai $60\,\mathrm{kDa}$ secara tersendiri selama kira-kira sepuluh detik — sebuah sangkar Anfinsen — lalu melontarkannya entah terlipat entah tidak, agar mencoba lagi. Sekitar sepersepuluh protein bakteri yang baru dibuat melewati GroEL, dan sel yang pendampingnya kewalahan — oleh panas, dan itulah sebabnya sebagian besar disebut *protein kejut panas* yang diimbas naiknya suhu — terisi gumpalan.

**Definisi 7.5 (Amiloid).**

*Amiloid* adalah gumpalan protein yang teratur, yang rantainya bertumpuk menjadi fibril tak bercabang selebar $5\text{ sampai }10\,\mathrm{nm}$, dengan untai tiap rantainya berjalan tegak lurus terhadap sumbu fibrilnya dan berikatan hidrogen dengan untai fibril berikutnya — yaitu struktur *silang-$\beta$*, yang sama apa pun proteinnya. Hampir setiap protein dapat membentuknya pada keadaan yang mengacaukan kemantapan; pada *penyakit salah lipat* protein tertentu melakukannya di dalam tubuh: amiloid-$\beta$ dan tau pada penyakit Alzheimer, $\alpha$-sinuklein pada penyakit Parkinson, huntingtin, transtiretin, dan amiloid pulau pada diabetes tipe 2. Sebuah *prion* adalah amiloid yang merambat: bentuk salah lipat protein prion PrP mengubah bentuk normalnya begitu bersentuhan menjadi lebih banyak dirinya sendiri, sehingga “infeksinya” tidak mengusung asam nukleat, hanya sebuah bentuk — yakni mekanisme skrapi, ensefalopati spongiform sapi, dan penyakit Creutzfeldt–Jakob, yang ditegakkan Prusiner sejak 1982 melawan perlawanan panjang.

![Kiri: fibril amiloid di bawah mikroskop elektron — lurus, tak bercabang, kadang-kadang terpilin, dan serupa strukturnya apa pun protein penyusunnya. Kanan: tetramer hemoglobin, dua rantai dan dua rantai , yang masing-masing memangku sebuah hem.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-structural-biology/img-c3d08c7aab22.jpg)

![Kiri: fibril amiloid di bawah mikroskop elektron — lurus, tak bercabang, kadang-kadang terpilin, dan serupa strukturnya apa pun protein penyusunnya. Kanan: tetramer hemoglobin, dua rantai dan dua rantai , yang masing-masing memangku sebuah hem.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-structural-biology/img-14ff43ff728c.jpg)

*Kiri: fibril [amiloid](#def-b3-structural-biology-amyloid) di bawah mikroskop elektron — lurus, tak bercabang, kadang-kadang terpilin, dan serupa strukturnya apa pun protein penyusunnya. Kanan: tetramer hemoglobin, dua rantai $\alpha$ dan dua rantai $\beta$, yang masing-masing memangku sebuah hem.*

## 7.3 Melihat sebuah protein

**Definisi 7.6 (Metode struktur).**

*Kristalografi sinar-X* menumbuhkan sebuah kristal proteinnya, memaparkannya pada berkas sinar-X, lalu merekam pola difraksinya; kedudukan bintiknya memberi kisinya dan keamatannya, begitu fase gelombangnya dipulihkan, memberi kerapatan elektron sel satuannya, dan ke dalamnya rantainya dibangun. *Resonansi magnetik inti* (NMR) mengukur, di dalam larutan, kopling antarinti atom yang berdekatan di ruang, dan dari situ jarak serta sebuah struktur dihitung; cara itu berhasil bagi protein di bawah kira-kira $40\,\mathrm{kDa}$ dan melaporkan geraknya. *Mikroskopi elektron krio* mencitra ribuan sampai jutaan molekul tunggal yang dibekukan di dalam lapisan tipis es kaca, masing-masing pada orientasi acak, lalu menyusun ulang kerapatan tiga dimensinya dengan menggabungkannya; sejak detektor elektron langsung (2013) cara itu mencapai daya pisah atom dan tak menuntut kristal, sehingga kompleks besar, protein membran, dan rakitan lentur yang tak pernah mengkristal kini dipecahkan secara rutin. *Daya pisah* sebuah struktur adalah jarak terkecil ketika dua ciri masih terpisahkan: pada $0.35\,\mathrm{nm}$ tulang punggung dan rantai samping yang besar ditempatkan, pada $0.2\,\mathrm{nm}$ setiap atom, pada $0.1\,\mathrm{nm}$ hidrogennya.

**Bukti eksperimental.** Kendrew (1958) memperoleh struktur protein yang pertama, yaitu mioglobin paus sperma, pada $0.6\,\mathrm{nm}$ — sebuah sosis yang tak disangka-sangka tak teratur, “lebih rumit dan kurang setangkup daripada ramalan siapa pun” — dan pada $0.2\,\mathrm{nm}$ tahun 1960, ketika heliks $\alpha$ yang diusulkan Pauling dari pemodelan tahun 1951 terlihat untuk pertama kalinya. Perutz (1960) memecahkan hemoglobin pada $0.55\,\mathrm{nm}$ dengan metode atom berat yang dirancangnya untuk memperoleh fasenya: atom raksa yang dilekatkan pada proteinnya mengubah keamatannya dengan cara yang menyingkapkan keterangan yang hilang. Dengan membandingkan bentuk beroksigen dan tak beroksigen (1970) ia melihat subunitnya berputar satu sama lain sebesar $15{}^{\circ}$ saat mengikat oksigen, yakni peralihan alosterik pertama yang teramati pada skala atom. ∎

![Max Perutz pada tahun 1962, tahun hadiah Nobelnya bagi struktur hemoglobin (Associated Press, domain publik). Tengah: kristal protein di dalam tetesan gantung, yaitu titik awal kristalografi. Kanan: sebuah mikroskop elektron krio, yaitu instrumen yang membuat kristal tak lagi diperlukan.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-structural-biology/img-fc39896a2189.jpg)

![Max Perutz pada tahun 1962, tahun hadiah Nobelnya bagi struktur hemoglobin (Associated Press, domain publik). Tengah: kristal protein di dalam tetesan gantung, yaitu titik awal kristalografi. Kanan: sebuah mikroskop elektron krio, yaitu instrumen yang membuat kristal tak lagi diperlukan.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-structural-biology/img-04571dfbf51c.jpg)

![Max Perutz pada tahun 1962, tahun hadiah Nobelnya bagi struktur hemoglobin (Associated Press, domain publik). Tengah: kristal protein di dalam tetesan gantung, yaitu titik awal kristalografi. Kanan: sebuah mikroskop elektron krio, yaitu instrumen yang membuat kristal tak lagi diperlukan.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-structural-biology/img-bd5b191ec321.jpg)

*Max Perutz pada tahun 1962, tahun hadiah Nobelnya bagi struktur hemoglobin (Associated Press, domain publik). Tengah: kristal protein di dalam tetesan gantung, yaitu titik awal kristalografi. Kanan: sebuah mikroskop elektron krio, yaitu instrumen yang membuat kristal tak lagi diperlukan.*

**Metode 7.7 (Memecahkan sebuah struktur lewat kristalografi).**

(1) Murnikanlah proteinnya sebanyak beberapa miligram lalu tapislah ratusan keadaan (zat pengendap, pH, garam) untuk memperoleh kristal; (2) bekukanlah sebuah kristal secara kilat lalu kumpulkanlah citra difraksinya di sebuah sinkrotron selagi kristal itu berputar di dalam berkasnya; (3) indekskanlah bintiknya untuk memperoleh sel satuan dan kesetangkupannya; sudut terbesar ketika bintiknya masih terlihat menetapkan [daya pisahnya](#def-b3-structural-biology-methods) lewat [hukum Bragg](#met-b3-structural-biology-crystallography), $d =
\lambda/(2\sin\theta)$; (4) pecahkanlah *[masalah fase](#met-b3-structural-biology-crystallography)* — detektornya merekam keamatan tetapi bukan fase — lewat atom berat, lewat hamburan anomali selenium di dalam selenometionina, atau, bagi protein yang mirip protein yang telah dikenal, lewat penggantian molekul, yakni menaruh model yang telah dikenal di dalam selnya; (5) hitunglah kerapatan elektronnya, bangunlah rantainya ke dalamnya, lalu haluskan modelnya terhadap datanya sampai ketaksesuaiannya (faktor $R$) kecil; (6) sahkanlah: geometrinya, pencilan Ramachandran, dan kecocokannya dengan data yang tak dipakai menghaluskan modelnya.

![Dari kristal ke model. Kisi yang teratur menghamburkan sinar-X menjadi bintik yang terpisah; bintik pada sudut terbesar menetapkan daya pisahnya; memulihkan fasenya mengubah keamatannya menjadi peta kerapatan elektron, dan ke dalamnya rantainya dibangun.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-structural-biology/fig-cf44dfa7f3b2.svg)

*Dari kristal ke model. Kisi yang teratur menghamburkan sinar-X menjadi bintik yang terpisah; bintik pada sudut terbesar menetapkan [daya pisahnya](#def-b3-structural-biology-methods); memulihkan fasenya mengubah keamatannya menjadi peta kerapatan elektron, dan ke dalamnya rantainya dibangun.*

**Catatan 7.8 (Peramalan telah bergabung dengan metodenya).**

Sejak tahun 2020 struktur sebuah protein diramalkan dari urutannya dengan kesaksamaan yang kerap menyaingi struktur percobaan $0.3\,\mathrm{nm}$ ([Bab 5](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/5-bioinformatika-dan-analisis-urutan#ch-b3-bioinformatics)). Ramalannya adalah hipotesis tentang keadaan asal yang statis; metode percobaannya tetap menjadi hakim, dan menjadi satu-satunya sumber keterangan mengenai ligan, perubahan konformasi, dan kompleks, serta dinamika yang dibahas di bawah ini. Perannya telah berubah — sebuah model ramalan memecahkan [masalah fase](#met-b3-structural-biology-crystallography) lewat penggantian molekul, dan mengarahkan percobaan mana yang layak dikerjakan — alih-alih yang satu menggantikan yang lain.

## 7.4 Alosteri: hemoglobin sebagai modelnya

**Definisi 7.9 (Alosteri dan kekooperatifan).**

Sebuah protein disebut *alosterik* apabila pengikatan sebuah ligan pada satu tapak mengubah kegemaran tapak yang lain, lewat perubahan konformasi yang diteruskan melintasi molekulnya. Ketika kedua tapaknya mengikat ligan yang sama dan pengaruhnya positif, pengikatannya disebut *kooperatif*: kejenuhan pecahannya $Y$ naik terhadap kepekatan ligannya sebagai sigmoid, bukan sebagai hiperbola, dan diperikan secara empiris oleh *persamaan Hill* $Y = [S]^{n_{H}}/(K^{n_{H}} +
[S]^{n_{H}})$ dengan *koefisien Hill* $n_{H} > 1$ (hemoglobin: $n_{H} \approx 2.8$ bagi keempat tapaknya; mioglobin, satu tapak: $n_{H} =
1$). Hemoglobin hadir dalam dua konformasi kuaterner, yaitu *keadaan T* (tegang, kegemarannya rendah, dipihak ketika tak ada oksigen terikat) dan *keadaan R* (kendur, kegemarannya tinggi), dan beralih di antara keduanya sebagai satu kesatuan; proton, karbon dioksida, dan 2,3-bisfosfogliserat memantapkan T sehingga menurunkan kegemarannya — yaitu [efek Bohr](#prop-b3-structural-biology-mechanism), yang membuat jaringan yang bekerja, asam dan hangat, mengambil lebih banyak oksigen dari darahnya.

**Teorema 7.10 (Model Monod–Wyman–Changeux).**

Misalkan sebuah protein berisi $n$ tapak yang identik hadir dalam dua konformasi, $T$ dan $R$, dalam kesetimbangan $L = [T_{0}]/[R_{0}]$ tanpa ligan, dengan tiap tapak $R$ mengikat ligannya dengan tetapan disosiasi $K_{R}$ dan tiap tapak $T$ dengan $K_{T}$, $c = K_{R}/K_{T} < 1$. Seluruh tapak sebuah molekul beralih bersama-sama (peralihannya *serentak*). Maka dengan $\alpha = [S]/K_{R}$ kejenuhan pecahannya adalah

$$
Y = \frac{\alpha(1+\alpha)^{n-1} + Lc\alpha(1+c\alpha)^{n-1}}
{(1+\alpha)^{n} + L(1+c\alpha)^{n}},
$$

dan bagian molekul yang berada pada keadaan $R$ adalah $\bar R =
(1+\alpha)^{n}/\bigl[(1+\alpha)^{n} + L(1+c\alpha)^{n}\bigr]$. Bagi $L
\gg 1$ dan $c \ll 1$ kurvanya sigmoid: ligan yang pertama mengikat molekul $R$ yang langka dan bergemar tinggi lalu menjungkirkan kesetimbangannya, sehingga pengikatannya merekrut lebih banyak $R$ dan kegemaran tapak yang tersisa pun naik — [kekooperatifan](#def-b3-structural-biology-allostery) tanpa interaksi langsung apa pun antartapak.

**Bukti.** Spesi dengan $i$ ligan terikat pada bentuk $R$ berkepekatan $[R_{0}]\binom{n}{i}\alpha^{i}$ (tiap dari $\binom{n}{i}$ pilihan tapak terisinya menyumbang $([S]/K_{R})^{i}$ menurut hukum aksi massa), dan pada bentuk $T$ berkepekatan $[T_{0}]\binom{n}{i}(c\alpha)^{i}$, karena $[S]/K_{T} = c\alpha$. Dengan menjumlahkan atas $i$ lewat teorema binomial, total proteinnya $[R_{0}]\bigl[(1+\alpha)^{n} + L(1+c\alpha)^{n}\bigr]$ dan total ligan yang terikat $[R_{0}]\sum_{i} i\binom{n}{i}\bigl[
\alpha^{i} + L(c\alpha)^{i}\bigr] = [R_{0}]\,n\bigl[\alpha(1+\alpha)^{n-1}
+ Lc\alpha(1+c\alpha)^{n-1}\bigr]$, dengan memakai $\sum_{i} i\binom{n}{i}x^{i} =
nx(1+x)^{n-1}$. Membagi ligan terikat dengan $n$ kali total proteinnya memberi $Y$; bagian $R$-nya adalah suku $R$ dibagi totalnya. Ketika $\alpha$ kecil, suku $T$ mendominasi penyebutnya (karena $L \gg 1$) dan $Y \approx c\alpha$, yakni kegemaran $T$ yang rendah; ketika $\alpha$ cukup besar sehingga $(1+\alpha)^{n} > L(1+c\alpha)^{n}$, suku $R$ mengambil alih dan kegemarannya menjadi $K_{R}$: peralihan antara kedua rezim itulah sigmoidnya. ∎

**Contoh 7.11 (Hemoglobin dalam angka).**

Ambillah $n = 4$, $K_{R} = 1\,\mathrm{mmHg}$, $c = 0.01$ (sehingga $K_{T} =
100\,\mathrm{mmHg}$) dan $L = 3\times 10^{5}$. Pada tekanan parsial oksigen di dalam darah arteri, $100\,\mathrm{mmHg}$, $\alpha = 100$ dan $Y =
0.97$; pada $40\,\mathrm{mmHg}$, yakni nilai vena saat istirahat, $Y = 0.78$; pada $26\,\mathrm{mmHg}$, $Y = 0.52$ — modelnya menghasilkan ulang tekanan setengah-jenuh $26\,\mathrm{mmHg}$; pada $20\,\mathrm{mmHg}$, di dalam otot yang berolahraga, $Y = 0.35$. Sebuah pengusung tak kooperatif dengan tekanan setengah-jenuh yang sama akan memberi $100/126 = 0.79$ di dalam paru-paru dan $20/46 = 0.43$ di dalam ototnya, sehingga melepaskan $0.36$ kemampuannya di tempat hemoglobin melepaskan $0.62$. [Kekooperatifan](#def-b3-structural-biology-allostery) itulah yang membuat sebuah pengusung memuat penuh pada satu tekanan dan melepaskan sebagian besarnya pada tekanan yang hanya lima kali lebih rendah.

![Kejenuhan oksigen hemoglobin yang dihitung dari persamaan Monod–Wyman–Changeux dengan parameter contohnya (merah), terhadap pengusung bertapak tunggal dengan tekanan setengah-jenuh yang sama (biru). Antara paru-paru dan otot yang bekerja, pengusung yang kooperatif melepaskan nyaris dua kali lebih banyak.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-structural-biology/fig-365f4e37a0d9.svg)

*Kejenuhan oksigen hemoglobin yang dihitung dari persamaan Monod–Wyman–Changeux dengan parameter contohnya (merah), terhadap pengusung bertapak tunggal dengan tekanan setengah-jenuh yang sama (biru). Antara paru-paru dan otot yang bekerja, pengusung yang kooperatif melepaskan nyaris dua kali lebih banyak.*

**Proposisi 7.12 (Mekanisme sakelarnya).**

Pada deoksihemoglobin, besinya duduk sedikit di luar bidang hemnya, tertarik ke arah histidina proksimalnya, dan hemnya melengkung seperti kubah. Pengikatan oksigen meratakan hemnya lalu menarik besinya, dan bersamanya histidina serta heliks tempatnya berada, sejauh kira-kira $0.06\,\mathrm{nm}$ ke arah hemnya; pergeseran itu diperkuat pada antarmuka antara dimer $\alpha_{1}\beta_{1}$ dan $\alpha_{2}\beta_{2}$, yang berputar sebesar $15{}^{\circ}$ lalu memutus jembatan garam yang menahan [keadaan T](#def-b3-structural-biology-allostery). Efektornya bekerja pada jembatan yang sama itu: proton mengikat histidina yang jembatannya hanya ada pada T (yakni [efek Bohr](#prop-b3-structural-biology-mechanism)), karbon dioksida membentuk karbamat dengan ujung aminonya sehingga memantapkan T, dan 2,3-bisfosfogliserat, molekul kecil yang sangat negatif, duduk di dalam rongga pusat di antara rantai $\beta$-nya, yang hanya cukup lebar pada T. Hemoglobin janin, yang rantai $\gamma$-nya kurang kuat mengikatnya, bergemar lebih tinggi daripada milik ibunya sehingga menarik oksigen melintasi plasenta.

## 7.5 Protein yang bergerak

**Definisi 7.13 (Ketakteraturan dan dinamika).**

Sebuah daerah yang *tak teratur secara hakiki* tidak memiliki [lipatan](#def-b3-structural-biology-levels) yang mantap sendirian dan hadir sebagai ansambel konformasi yang saling berubah dengan cepat, dan kerap baru melipat ketika berjumpa mitranya; sekitar sepertiga protein manusia mengusung daerah tak teratur sepanjang lebih dari tiga puluh residu, dan daerah itu banyak terdapat pada pengisyaratan dan pengaturan, tempat sebuah segmen lentur dapat difosforilasi pada banyak tapak, mengikat beberapa mitra secara bergiliran, dan bertindak sebagai penghubung. Protein yang terlipat pun bergerak: rantai sampingnya berputar dalam pikodetik, lengkungnya membuka dalam nanodetik sampai mikrodetik, [domainnya](#def-b3-structural-biology-levels) berengsel dalam mikrodetik sampai milidetik, dan daur katalitik sebuah enzim adalah tarian gerak semacam itu, bukan gembok dan kunci yang statis. Sebuah struktur kristal adalah satu jepretan sebuah *ansambel konformasi*; NMR dan simulasi molekul melihat sisanya. Protein dan RNA tak teratur yang bervalensi banyak juga dapat memisah dari sitoplasma menjadi tetesan cair — *kondensat biomolekul* seperti nukleolus, butiran cekaman, dan badan P — yang memekatkan reaksi tanpa membran, dan penuaannya menjadi gumpalan padat merupakan salah satu jalan menuju penyakit [amiloid](#def-b3-structural-biology-amyloid).

**Catatan 7.14 (Struktur dan fungsi).**

Pelajaran enam puluh tahun struktur bersisi dua. Sebuah [lipatan](#def-b3-structural-biology-levels) adalah pemecahan masalah fisik — ikatlah ini, katalisilah itu, teruskanlah sebuah isyarat sepanjang empat nanometer — dan mengetahui strukturnya kerap membuat mekanismenya terang, sebagaimana terjadi bagi besi hemnya dan bagi putaran dimer hemoglobin yang didorong oksigen. Dan sebuah [lipatan](#def-b3-structural-biology-levels) adalah objek sejarah: beberapa ratus arsitektur yang sama, yang diutak-atik, digandakan, dan difusikan, melayani seluruh keragaman fungsi protein, sehingga struktur sebuah protein bakteri kerap akan memberi tahu kita bagaimana sepupunya pada manusia bekerja.

## 7.6 Latihan

**Latihan 7.1 ★.**

Definisikanlah keempat tingkat struktur protein lalu berikan contoh masing-masing pada hemoglobin.

**Solusi Latihan 7.1.**

Primer: urutan $141$ residu sebuah rantai $\alpha$. Sekunder: kedelapan heliks $\alpha$-nya. Tersier: [lipatan](#def-b3-structural-biology-levels) globin satu rantai yang membungkus hemnya. Kuaterner: tetramer $\alpha_{2}\beta_{2}$ dan cara dimernya berputar satu sama lain.

**Latihan 7.2 ★.**

Sebuah heliks $\alpha$ memuat $36$ residu. Berapa panjangnya, berapa putaran yang dibuatnya, dan berapa ikatan hidrogen tulang punggung yang menahannya (karbonil tiap residu berikatan dengan amida empat residu di depannya)?

**Solusi Latihan 7.2.**

$36\times 0.15\,\mathrm{nm} = 5.4\,\mathrm{nm}$; $36/3.6 = 10$ putaran; $36 - 4 = 32$ ikatan hidrogen.

**Latihan 7.3 ★.**

Apa yang ditunjukkan pelipatan ulang ribonuklease oleh Anfinsen, dan mengapa penting mengerjakan percobaannya tanpa kehadiran komponen sel apa pun?

**Solusi Latihan 7.3.**

Bahwa struktur asalnya, termasuk pasangan yang benar dari empat disulfida di antara $105$ kemungkinannya, dipulihkan secara spontan dari rantai yang tak terlipat: urutannya memuat seluruh keterangan yang dibutuhkan, dan keadaan asalnya adalah minimum termodinamikanya. Mengerjakannya di dalam tabung reaksi dengan protein murni menyingkirkan cetakan, enzim, atau permesinan sel mana pun sebagai sumber keterangannya.

**Latihan 7.4 ★.**

Urutkanlah kristalografi, NMR, dan [mikroskopi elektron krio](#def-b3-structural-biology-methods) menurut ukuran protein yang paling baik ditangani masing-masing, lalu katakan mana yang memberi keterangan tentang gerak.

**Solusi Latihan 7.4.**

NMR: protein kecil, di bawah kira-kira $40\,\mathrm{kDa}$, di dalam larutan. Kristalografi: ukuran berapa pun yang dapat mengkristal, dari peptida sampai ribosom. [Mikroskopi elektron krio](#def-b3-structural-biology-methods): kompleks besar, di atas kira-kira $50\,\mathrm{kDa}$, tanpa kristal. NMR melaporkan gerak secara langsung (dan krio-EM dapat memilah molekulnya menjadi golongan konformasi); sebuah struktur kristal adalah rata-rata yang statis.

**Latihan 7.5 ★★.**

Ulangilah cacahan Levinthal bagi protein berisi $150$ residu dengan $k = 2$, dan bagi peptida berisi $20$ residu dengan $k = 3$. Bagi yang mana dari keduanya penelusuran acak masih terbayangkan dalam satu detik pada $10^{12}$ percobaan tiap detik?

**Solusi Latihan 7.5.**

$2^{150} \approx 1.4\times 10^{45}$ konformasi, $1.4\times 10^{33}$ s $\approx 5\times 10^{25}$ tahun. $3^{20} \approx 3.5\times 10^{9}$, $3.5$ ms: peptidanya dapat menelusuri seluruhnya dalam satu detik; proteinnya tidak dapat, bahkan sepanjang umur alam semesta.

**Latihan 7.6 ★★.**

Dengan persamaan MWC dan $n = 2$, $L = 100$, $c = 0.01$, hitunglah $Y$ pada $\alpha = 1$, $10$, dan $100$, lalu bandingkan dengan satu tapak bertetapan disosiasi $K_{R}$ ($Y = \alpha/(1+\alpha)$). Di mana [kekooperatifannya](#def-b3-structural-biology-allostery) tampak?

**Solusi Latihan 7.6.**

$Y = [\alpha(1+\alpha) + Lc\alpha(1+c\alpha)]/[(1+\alpha)^{2} +
L(1+c\alpha)^{2}]$. $\alpha = 1$: $3.01/106 = 0.028$ (satu tapak $0.50$). $\alpha = 10$: $121/242 = 0.50$ ($0.91$). $\alpha = 100$: $10\,300/10\,601 = 0.97$ ($0.99$). Kurva MWC-nya jauh tertinggal di belakang satu tapak pada ligan rendah, lalu naik curam — dari $0.03$ menjadi $0.97$ sepanjang dua dasawarsa ketika satu tapaknya bergerak dari $0.5$ menjadi $0.99$: ketajaman itulah [kekooperatifannya](#def-b3-structural-biology-allostery).

**Latihan 7.7 ★★.**

Jelaskanlah, dengan model MWC, mengapa 2,3-bisfosfogliserat menurunkan kegemaran oksigen hemoglobin, parameter model yang mana yang diubahnya, dan mengapa darah simpanan, yang kehilangan senyawa itu, buruk mengantarkan oksigen ketika ditransfusikan.

**Solusi Latihan 7.7.**

Bisfosfogliserat hanya mengikat [keadaan T](#def-b3-structural-biology-allostery) (di dalam rongga pusatnya), sehingga ia memantapkan T: di dalam modelnya ia menaikkan $L$, yakni nisbah $T/R$ protein yang tak berligan, sehingga menggeser kurvanya ke kanan — kegemaran lebih rendah, lebih banyak oksigen dilepaskan pada tekanan jaringan. Sel darah merah yang disimpan kehilangan senyawa itu, $L$-nya turun, kurvanya bergeser ke kiri, dan darah transfusi menahan oksigennya alih-alih melepaskannya di dalam jaringan, sampai selnya mensintesisnya kembali sepanjang sehari.

**Latihan 7.8 ★★.**

Sebuah kristal berdifraksi sampai sudut maksimum $\theta = 15{}^{\circ}$ dengan sinar-X berpanjang gelombang $0.1\,\mathrm{nm}$. Berapa [daya pisahnya](#def-b3-structural-biology-methods)? Ciri protein yang mana yang akan terlihat? Sudut berapa yang dibutuhkan bagi $0.12\,\mathrm{nm}$?

**Solusi Latihan 7.8.**

$d = \lambda/(2\sin\theta) = 0.1/(2\times 0.259) = 0.19\,\mathrm{nm}$: tulang punggung dan setiap rantai sampingnya tertempatkan, atom demi atom terpisahkan. Bagi $0.12\,\mathrm{nm}$: $\sin\theta = 0.1/0.24 = 0.417$, $\theta =
25{}^{\circ}$.

**Latihan 7.9 ★★.**

Sebuah mutasi mengganti leusina yang terkubur dengan lisina. Ramalkanlah pengaruhnya pada kemantapannya, dengan [Proposisi 7.2](#prop-b3-structural-biology-forces), lalu jelaskan mengapa penggantian yang sama pada permukaannya tak berbahaya. Lalu jelaskanlah mengapa protein dengan $\Delta G_{\text{lipat}} =
-30\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ bukanlah protein yang “sangat mantap” walaupun angkanya tampak besar.

**Solusi Latihan 7.9.**

Sebuah lisina bermuatan yang terkubur di antara rantai samping nonpolar memakan puluhan kilojoule tiap mol (muatannya tak tersolvasi, penguburan hidrofob leusinanya hilang), lebih besar daripada seluruh $\Delta G$ pelipatannya: proteinnya membuka [lipatan](#def-b3-structural-biology-levels) atau intinya menata ulang. Pada permukaannya, lisinanya terhidrasi sebagaimana pada keadaan tak terlipat dan tak ada yang hilang. $-30\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol} \approx -12RT$ berarti $K = e^{12} \approx 1.6\times
10^{5}$: satu molekul dari $160\,000$ tak terlipat pada tiap saat, dan seluruh marginnya setara dua atau tiga ikatan hidrogen dari ratusan ikatan — senilai satu mutasi saja.

**Latihan 7.10 ★★★.**

Turunkanlah bagian molekul yang berada pada keadaan $R$, yaitu $\bar R$, dari spesi yang dicacah pada bukti [Teorema 7.10](#thm-b3-structural-biology-mwc), lalu tunjukkan bahwa untuk $c \to 0$ kepekatan ligan ketika separuh molekulnya berada pada $R$ memenuhi $(1+\alpha)^{n} = L$. Hitunglah $\alpha$ ini bagi parameter hemoglobin lalu bandingkan dengan $P_{50}$.

**Solusi Latihan 7.10.**

Spesi $R$-nya berjumlah $[R_{0}](1+\alpha)^{n}$ dan spesi $T$-nya $[R_{0}]L(1+c\alpha)^{n}$, sehingga $\bar R = (1+\alpha)^{n}/[(1+\alpha)^{n}
+ L(1+c\alpha)^{n}]$. Untuk $c \to 0$ suku $T$-nya menjadi $L$, dan $\bar R =
1/2$ ketika $(1+\alpha)^{n} = L$, yakni $\alpha = L^{1/n} - 1$. Bagi hemoglobin $(3\times 10^{5})^{1/4} = 23.4$, sehingga $\alpha \approx 22$: $22\,\mathrm{mmHg}$, dekat dengan $P_{50}$-nya $26\,\mathrm{mmHg}$ — sakelar konformasinya dan setengah-jenuhnya nyaris berimpit.

**Latihan 7.11 ★★★.**

[Prion](#def-b3-structural-biology-amyloid) meneruskan sebuah bentuk. Jelaskanlah mengapa hipotesis “protein saja” ditentang, percobaan apa yang akan membantahnya, dan bukti apa (ketahanan daya infeksinya terhadap nuklease dan cahaya ultraungu, kepekaannya terhadap zat pendenaturasi protein, [prion](#def-b3-structural-biology-amyloid) sintetik) yang mendukungnya. Mengapa sebuah [prion](#def-b3-structural-biology-amyloid) menuntut benih?

**Solusi Latihan 7.11.**

Hipotesis itu ditentang karena setiap agen penular yang dikenal bereplikasi lewat asam nukleat, dan sebuah protein tak dapat menyalin urutannya. Bila sebuah asam nukleat ternyata dibutuhkan, atau protein murni terbukti tak dapat menularkannya, hipotesisnya terbantah. Dukungannya: daya infeksinya bertahan terhadap nuklease, cahaya ultraungu, dan radiasi pengion pada dosis yang memusnahkan genom mana pun, tetapi musnah oleh zat pendenaturasi protein dan protease; PrP rekombinan yang dilipat di luar sel menjadi fibril menularkan penyakitnya kepada hewan, dengan sifat galur yang sama pada penyalurannya. Sebuah benih dibutuhkan karena perubahan sebuah monomer normal terlalu lambat bila sendirian — inti struktur silang-$\beta$-nya harus terbentuk lebih dahulu, dan itulah peristiwa yang membatasi lajunya — sedangkan ujung fibril yang telah terbentuk mengubah monomernya dengan cepat: bentuknya disalin lewat pertumbuhan tercetak.

**Latihan 7.12 ★★★.**

Sebuah famili protein mempertahankan [lipatannya](#def-b3-structural-biology-levels) sementara urutannya menyimpang sampai keidentikan $15\,\%$. Jelaskanlah mengapa struktur lebih lestari daripada urutan, residu macam apa yang menjadi residu yang lestari, dan bagaimana hal itu dimanfaatkan baik oleh metode [profil](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/5-bioinformatika-dan-analisis-urutan#def-b3-bioinformatics-msa) ([Bab 5](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/5-bioinformatika-dan-analisis-urutan#ch-b3-bioinformatics)) maupun oleh perancangan protein baru.

**Solusi Latihan 7.12.**

Banyak urutan melipat menjadi struktur yang sama: yang dituntut sebuah [lipatan](#def-b3-structural-biology-levels) adalah pola kedudukan hidrofob dan polar, beberapa glisina dan prolina pada belokannya, serta residu yang mengerjakan tugasnya; segala yang lain pada permukaannya dapat berubah tanpa denda, sehingga mutasi menumpuk di situ sementara seleksi mempertahankan [lipatan](#def-b3-structural-biology-levels) dan fungsinya. Karena itu residu yang lestari adalah intinya (lebih sebagai pola daripada sebagai jati diri), residu katalitik dan pengikatnya, serta glisina, prolina, dan sisteina strukturalnya. Metode [profil](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/5-bioinformatika-dan-analisis-urutan#def-b3-bioinformatics-msa) membobot justru lajur itu sehingga mengenali anggota famili pada keidentikan $15\,\%$; perancangan protein menjalankan logikanya terbalik, dengan memilih pola hidrofob bagi [lipatan](#def-b3-structural-biology-levels) sasarannya lalu membiarkan permukaannya menjadi apa saja.

## 7.7 Soal: Lipatan Sebuah Globin

**Soal 7.1.**

Soal akhir pekan — heliks sebuah globin yang diukur, pelipatannya yang ditakar terhadap Levinthal, pengikatan oksigennya yang dihitung dari model dua keadaan, dan strukturnya yang dipecahkan dari sebuah kristal, berakhir pada selisih kejenuhan antara paru-paru dan otot, waktu Levinthal, serta daya pisah petanya

Data: sebuah rantai globin berisi $150$ residu, massa residu rata-rata $110\,\mathrm{Da}$, $75\,\%$ residunya berada di dalam delapan heliks $\alpha$; kenaikan heliksnya $0.15\,\mathrm{nm}$ tiap residu, $3.6$ residu tiap putaran. Volume jenis parsial proteinnya $0.73\,\mathrm{cm}^{3}/\mathrm{g}$. Parameter MWC bagi hemoglobin: $n = 4$, $K_{R} = 1\,\mathrm{mmHg}$, $c = 0.01$, $L = 3\times 10^{5}$. Panjang gelombang sinar-X $0.1\,\mathrm{nm}$; sel satuannya kubus berusuk $6\,\mathrm{nm}$; kristalnya kubus berusuk $100\,\text{µ}\mathrm{m}$.

**Bagian I — Anatomi sebuah rantai.**

1. Berapa residu yang berada di dalam heliks? Berapa panjang heliks seluruhnya, dan berapa putarannya?
2. Berapa ikatan hidrogen tulang punggung yang dimuat heliksnya, bila dihitung satu tiap residu di luar empat residu pertama tiap heliks?
3. Berapa massa rantainya dan berapa volumenya menurut volume jenis parsialnya; berapa jari-jari bola bervolume itu?
4. Rantai yang terjulur akan sepanjang $0.36\,\mathrm{nm}$ tiap residu. Bandingkanlah panjangnya dengan garis tengah bolanya: dengan faktor berapa pelipatannya memampatkan rantainya?
5. Kedelapan heliksnya rata-rata $14$ residu. Andaikan residunya dijajarkan ujung ke ujung, berapa bagian panjang terjulurnya yang berupa heliks, dan bagaimana heliksnya memendekkannya?
6. Sebuah globin mengubur sekitar $40$ rantai samping nonpolar di dalam intinya. Dengan mengambil $4\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ pemantapan hidrofob tiap rantai samping yang terkubur dan ongkos entropi konformasi sebesar $0.9\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ tiap residu pada pelipatan (seluruh $150$ residu), taksirlah $\Delta G$ neto pelipatannya lalu bandingkan dengan rentang pada [Proposisi 7.2](#prop-b3-structural-biology-forces) .

**Bagian II — Menemukan [lipatannya](#def-b3-structural-biology-levels).**

7. Hitunglah cacahan Levinthal bagi $150$ residu dengan $k = 3$ dan waktu untuk mencupliknya pada $10^{12}$ tiap detik.
8. Globinnya melipat dalam $10\,\mathrm{ms}$ . Berapa konformasi, paling banyak, yang dapat dikunjunginya? Berapa bagian cacahannya itu?
9. Andaikanlah sebagai gantinya tiap heliks terbentuk secara bebas dalam $1\,\text{µ}\mathrm{s}$ , lalu kedelapan heliks yang terbentuk itu mencari pengemasannya di antara $8!$ urutan yang dicuplik pada $10^{6}$ tiap detik. Taksirlah waktu pelipatannya. Apakah ini sebuah corong?
10. Sebuah [kaperonin](#def-b3-structural-biology-chaperones) mengurung sebuah rantai selama $10\,\mathrm{s}$ tiap daur lalu melepaskannya dalam keadaan terlipat dengan peluang $0.3$ tiap daur. Berapa harapan cacah daurnya, dan berapa harapan waktunya, untuk melipat sebuah substrat yang sukar? Berapa bagiannya yang masih tak terlipat sesudah semenit?
11. Sebuah mutasi yang mengacaukan kemantapan menaikkan bagian yang tak terlipat pada $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ dari $10^{-4}$ menjadi $10^{-2}$ . Dengan $\Delta G =  -RT\ln(K)$ dan $K = [\text{terlipat}]/[\text{tak terlipat}]$ , berapa besar perubahan $\Delta G_{\text{lipat}}$ -nya?
12. Jelaskanlah mengapa protein tak terlipat yang seratus kali lebih banyak dapat menjadi pembeda antara sehat dan penyakit [amiloid](#def-b3-structural-biology-amyloid) , dengan memakai kebutuhan akan sebuah benih.

**Bagian III — Mengikat oksigen.**

13. Hitunglah $Y$ dari persamaan MWC pada $\alpha = 100$ (paru-paru) dan $\alpha = 20$ (otot yang bekerja).
14. Hitunglah bagian molekul yang berada pada keadaan $R$ pada kedua tekanan itu.
15. Berapa banyak oksigen yang dimuatnya yang dilepaskan antara paru-paru dan otot? Bandingkanlah dengan pengusung bertapak tunggal dengan tekanan setengah-jenuh $26\,\mathrm{mmHg}$ .
16. Darah mengusung $150\,\mathrm{g}$ hemoglobin tiap liter, dan tiap gramnya mengikat $1.34\,\mathrm{mL}$ oksigen. Berapa mililiter oksigen tiap liter yang diantarkan hemoglobin ke ototnya, menurut pertanyaan 15? Tubuh yang beristirahat memakai $250\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ : berapa aliran darah yang dituntutnya saat istirahat (pelepasan dari $0.97$ menjadi $0.78$ )?
17. Bisfosfogliserat menaikkan $L$ menjadi $3\times 10^{6}$ . Hitunglah ulang $Y$ pada $\alpha = 40$ lalu katakan apa akibatnya bagi pengantaran saat istirahat.
18. Hemoglobin janin, pada dasarnya, memiliki $L = 3\times 10^{4}$ . Hitunglah $Y$ -nya pada tekanan plasenta $30\,\mathrm{mmHg}$ , bandingkan dengan milik ibunya, lalu jelaskan pemindahannya.

**Bagian IV — Melihatnya.**

19. Berapa sel satuan yang dimuat kristalnya? Bila tiap selnya memuat empat rantai globin, berapa molekul yang berdifraksi bersama?
20. Bintiknya terlihat sampai $\theta = 14.5{}^{\circ}$ . Berapa [daya pisahnya](#def-b3-structural-biology-methods) , dan apakah rantai sampingnya akan tertempatkan?
21. Sudut berapa yang akan memberi $0.15\,\mathrm{nm}$ ? Mengapa kristal yang buruk keteraturannya hanya berdifraksi sampai sudut rendah?
22. Pada [mikroskopi elektron krio](#def-b3-structural-biology-methods) , isyarat citra yang dirata-ratakan tumbuh sebagai akar kuadrat cacah partikelnya. Bila $10\,000$ partikel memberi $0.6\,\mathrm{nm}$ , dan [daya pisahnya](#def-b3-structural-biology-methods) membaik sebagai kebalikan isyaratnya, berapa partikel yang memberi $0.3\,\mathrm{nm}$ ?
23. [Mikroskopi elektron krio](#def-b3-structural-biology-methods) tidak menuntut kristal. Sebutkanlah dua macam protein atau kompleks yang bagi keduanya hal itu menentukan apakah sebuah struktur dapat diperoleh sama sekali, lalu jelaskan sebabnya.
24. Sebuah model ramalan globin itu berbeda dari struktur kristalnya sebesar $0.1\,\mathrm{nm}$ rata-rata pada tulang punggungnya. Sebutkanlah dua hal yang tak dapat dipasok ramalannya sedangkan kristalnya dapat.
25. Ringkaskanlah: pelepasan antara paru-paru dan otot (pertanyaan 15), waktu Levinthal bagi $150$ residu (pertanyaan 7), dan [daya pisah](#def-b3-structural-biology-methods) petanya (pertanyaan 20).

**Solusi Soal 7.1.**

**1.** $0.75\times 150 \approx 112$ residu heliks; $112\times
0.15\,\mathrm{nm} = 17\,\mathrm{nm}$; $112/3.6 \approx 31$ putaran. **2.** $112 - 8\times 4 = 80$ ikatan hidrogen. **3.** Massanya $150\times 110 = 16\,500\,\mathrm{Da} = 2.7\times 10^{-20}$ g; volumenya $2.7\times 10^{-20}\times 0.73 = 2.0\times 10^{-20}$ cm$^{3}$ $= 20\,\mathrm{nm}^{3}$; jari-jarinya $(3V/4\pi)^{1/3} = 1.7\,\mathrm{nm}$. **4.** Terjulur $150\times 0.36 = 54\,\mathrm{nm}$ terhadap garis tengah $3.4\,\mathrm{nm}$: faktor $16$. **5.** Residu heliksnya $75\,\%$ panjang terjulurnya, $112\times 0.36 = 40\,\mathrm{nm}$; heliksnya menekannya menjadi $17\,\mathrm{nm}$, faktor $0.36/0.15 = 2.4$. **6.** $40\times 4 = 160\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ diperoleh, $150\times 0.9 =
135\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ hilang: neto $\Delta G \approx -25\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$, di dalam rentang tipisnya. **7.** $3^{150} \approx 4\times 10^{71}$; $4\times 10^{59}$ s $\approx 10^{52}$ tahun. **8.** $10^{-2}\times 10^{12} = 10^{10}$ konformasi, sebesar bagian $3\times 10^{-62}$ dari cacahannya. **9.** Heliksnya dalam $1\,\text{µ}\mathrm{s}$ (secara paralel); $8! = 40\,320$ pengemasan pada $10^{6}$ tiap detik memakan $40\,\mathrm{ms}$: seluruhnya sekitar $40\,\mathrm{ms}$, yakni orde besar yang teramati. Ya: memecahkan bagiannya secara bebas lalu keseluruhannya adalah sebuah corong — ruang telusurnya difaktorkan, bukan dihabiskan. **10.** Harapan cacah daurnya $1/0.3 = 3.3$, kira-kira $33\,\mathrm{s}$; sesudah enam daur tersisa $0.7^{6} = 0.12$ yang tak terlipat. **11.** $\Delta G = -RT\ln K$ dengan $K = 10^{4} \to 10^{2}$: dari $-23.7$ menjadi $-11.9\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$, yakni kehilangan $12\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ kemantapan ($RT = 2.58\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$, $\ln 100 = 4.6$). **12.** Penggumpalan dimulai dengan sebuah inti, yang laju pembentukannya naik sebagai pangkat tinggi kepekatan spesi tak terlipat yang rawan menggumpal; seratus kali lebih banyak spesi itu menaikkan peluang terbentuknya sebuah benih sepanjang satu umur hidup sampai beberapa orde besar, dan begitu sebuah benih ada, pertumbuhannya cepat dan mencetak dirinya sendiri. **13.** $\alpha = 100$: $Y = 1.054\times 10^{8}/1.089\times 10^{8} =
0.97$. $\alpha = 20$: pembilangnya $185\,220 + 103\,680 = 288\,900$, penyebutnya $194\,481 + 622\,080 = 816\,561$: $Y = 0.35$. **14.** $\bar R = 1.041\times 10^{8}/1.089\times 10^{8} = 0.96$ di dalam paru-paru; $194\,481/816\,561 = 0.24$ di dalam ototnya. **15.** $0.97 - 0.35 = 0.62$ kemampuannya dilepaskan (dua pertiga muatannya). Satu tapak: $100/126 - 20/46 = 0.79 - 0.43 = 0.36$. **16.** Kemampuannya $150\times 1.34 = 200\,\mathrm{mL}/\mathrm{L}$; ke ototnya $0.62\times 200 \approx 125\,\mathrm{mL}/\mathrm{L}$. Saat istirahat $(0.97 - 0.78)\times
200 = 38\,\mathrm{mL}/\mathrm{L}$; $250/38 \approx 6.5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ aliran darah — seorde dengan curah jantung saat istirahat. **17.** $L = 3\times 10^{6}$, $\alpha = 40$: pembilangnya $2.76\times
10^{6} + 3.29\times 10^{6} = 6.05\times 10^{6}$, penyebutnya $2.83\times
10^{6} + 11.5\times 10^{6} = 14.4\times 10^{6}$: $Y = 0.42$ alih-alih $0.78$ — jauh lebih banyak oksigen dilepaskan saat istirahat, yakni penyesuaian darah terhadap ketinggian dan otot terhadap kerja. **18.** Janin, $L = 3\times 10^{4}$, $\alpha = 30$: pembilangnya $893\,730 + 19\,770 = 913\,500$, penyebutnya $923\,520 + 85\,680 =
1\,009\,200$: $Y = 0.91$. Ibunya pada tekanan yang sama: pembilangnya $893\,730 + 197\,730 = 1\,091\,460$, penyebutnya $923\,520 + 856\,830
= 1\,780\,350$: $Y = 0.61$. Pada tekanan yang sama darah janin menahan lebih banyak oksigen, sehingga oksigennya mengalir dari ibu ke janin melintasi plasenta. **19.** $(10^{5}\,\text{nm}/6\,\text{nm})^{3} = 4.6\times 10^{12}$ sel; $1.9\times 10^{13}$ molekul. **20.** $d = 0.1/(2\sin 14.5^{\circ}) = 0.20\,\mathrm{nm}$: ya, setiap rantai samping dan atomnya tertempatkan. **21.** $\sin\theta = 0.1/0.3$, $\theta = 19.5{}^{\circ}$. Di dalam kristal yang tak teratur, molekulnya tidak sebaris persis, gelombang yang terhambur pada sudut tinggi — yang menyandikan rincian halus — tak lagi berpadu sefase, dan bintiknya memudar pada sudut tinggi; hanya bintik berdaya pisah rendah yang bertahan. **22.** Memparuhkan $d$ menuntut isyarat dua kali lipat, sehingga empat kali partikelnya: sekitar $40\,000$ (lebih banyak dalam praktiknya, karena galat lain ikut masuk). **23.** Protein membran, yang jarang mengkristal dari larutan deterjen dan dapat dicitra di dalam nanocakram lipid; kompleks besar yang lentur — ribosom, spliseosom, saluran ion beserta pengaturnya — yang keheterogenannya mencegah pengkristalan tetapi partikelnya dapat dipilah menjadi golongan konformasi. **24.** Hem dan oksigen yang terikat beserta geometrinya yang persis, air dan ion yang tertata, konformasi keduanya (T terhadap R), serta bukti bahwa [lipatannya](#def-b3-structural-biology-levels) benar — sebuah ramalan hanyalah satu model tanpa ligan tanpa pemeriksaan percobaan. **25.** Pelepasan $0.62$ kemampuannya (satu tapak $0.36$); waktu Levinthalnya sekitar $10^{52}$ tahun; sebuah peta pada $0.20\,\mathrm{nm}$.