p~
~
N~
H~
N~
"""*'~
XKt4,ISSN 1410-'16g6
TINJAUAN TEKNIK DIFRAKSI UNTUK KRIST ALOGRAFI PROTEIN A. Purwanto Puslitbang Iptek Bahan -BATAN; Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang
[email protected]
ABSTRAK TINJAUAN TEKNIK DIFRAKSIUNTUK KRISTALOGRAFIPROTEIN. Oi Indonesia,pemanfaatanteknik difraksi untuk kristal protein masih relatifmudadibandingkandenganuntuk bahanindustrikarenaukuranbutirankrista! yang relatifbesarsehinggadiperlukanperalatandifraksi sudut kecil dengan resolusi memadai. Oilain pihak, peningkatanpublikasi protein database internasional di abad ke-20 mendekati kurva eksponensial. Peningkatandrastis ini merupakan akibat dari pentingnyastruktur bahan untuk pemahamansifat dan pengembanganbahan tersebut secara mikroskopikyang akhirnya menunjangbidang kedokterandan farmasi. Metoda, peralatan, perangkatanalisis dan database struktur kristal protein dibahas secara umum sehinggadiharapkandapat menimbulkankerjasamapemanfaatanteknik difraksi untuk kristalografi proteinbaik dalam segi peralatanmaupunbahannya.
ABSTRACT AN OVERVIEWOF DIFFRACTIONTECHNIQUEON PROTEIN CRYSTALLOGRAPHY. In Indonesia,the use of the diffraction techniquefor protein crystallographyis relativelyyoung comparedto those of industrialmaterials,especiallydue to bigger grains in which small angle diffraction instrumentswith enough resolutionare needed. On the other hand, the deposition of the internationalprotein database has increasedexponentiallyduringthe 20-thcentury. This dramaticincreasetook placedue to the importanceof the materialsstructurein orderto gain the understandingof the properties and to develop better materials microscopically,which then support medical and pharmaceuticalarea. Methods,instruments,analysis software and databasefor protein crystallographicstructuresare highlightedin view of possiblecollaborationsto explorethe diffractionof the proteincrystalsfrom the instrumentalor materialspointofview.
PENDAHULUAN Kristalografi protein merupakancabangkhusus kristalografi yang mempelajari struktur 3-D makromolekul biologi melalui teknik difraksi pacta kristal tunggal bahan tersebut. Dahulu, kristal tunggal protein diperoleh hanya untuk protein globular. Sekarang,makromolekulbiologi lainnya,sepertit-RNA, polysaccharidedaDpolynucleotidemenghasilkankristal yang sesuaiuntuk analisis difraksi sinar-X. Salah satu contohsumbangankristalografi protein berkaitandengan virus penyebabAIDS (HumanlmmunodeficienceyVirus -HIV)[ 1] yang sangatbermanfaatuntukkedokterandaD farmasi. Walaupun kristal protein telah dikenal sejak awal 20, baru sekitar 1960 struktur pertarnamyoglobin dan haemoglobin dipahami dengan teknik difraksi. Resolusinya terutama dimungkinkan dengan pengembangan teknik penggantianisomorf. Sejak saat itu, banyak kemajuan teoritis dan teknis terjadi, diantaranya adalah penggunaan dispersi anomali, penggantianmolekulardan pengembangan teknik osilasi
~,
untuk koleksi data untuk kristal berukuran sel sawall besar. Pada akhir tahun 1970-an pengembangan kemampuankomputer memungkinkanrefinementpada ruang kisi balik. Sementaraitu, fasilitas grafik yang semakin canggih daD murah memungkinkan pengembanganperangkat lunak graflk. Sekarang, banYak informasi struktur 3-D yang berasal dari eksperimenseperti difraksi, mikoroskop elektron daD Nuclear Magnetic Resonance(NMR) pada molekul biologi seperti protein, asam nukleat daD karbohidrat disimpan dalam arsip databasepublic domain PDB[2]. PDB dikelola olehResearchCollaboratoryfor Structural Bioinformatics (RCSB) [3], departemenkimia, State University of New Jersey, Amerika, yang merupakan konsorsiumnirlaba dengan tujuan untuk memperbaiki pemahaman mengenai sistem biologi melalui studi struktur 3-D dari makromolekul biologi. Berbagai kerjasama seperti "Protein Structure Initiative" dari National Institute of GeneralMedical Sciences[4], "New York Structural GenomicsResearchConsortium [5]" daD projek genom struktural Jerman [6]
6J~ 2001
21
T~T~~U~~~P~
A.P",,*,~
elektron untuk masing-masing titik x,y,z dalarn sel satURn denganmenggunakan deret Fourier:
"Proteinstrukturfabrik" mengarah pada program penentuanstruktur protein secara rutin, cepat dan efisien. Pada makalah ini dibahas metoda, peralatan, perangkat lunak analisis dan database struktur kristal protein yang semakin berkembang dewasa ini. Hal ini diharapkan mendorong semangat kerjasama untuk memanfaatkan teknik difraksi di tanah air baik dari segi peralatan maupun bahan sehingga akhimya turnt membantu kemajuan bidang kedokteran dan farmasi, seperti yang telah dilakukan oleh Prof. Sangkot Marzuki dan timnya dari lnstitut Eijkman untuk Biologi Molekuler, Jakarta.
p(x, y, z) = ~ LIF(h, k, I ~ exp[i
-211:i(hx+ ky + lz)]
(1)
Disini, refleksi dengan indeks (hk/) mencakup bola dalam ruang kisi balik. Ahli kristalografi protein terkadang menyebut peta kerapatan elektron sebagai Fourier. Namun, pada tahapan ini, hanya amplitudo faktor struktur IF(h)1 yang dapat diukur, sementara rasa cp(h)belum diketahui. Untungnya, fungsi Patterson dapat dihitung dengan menggunakan amplitudo teramati tanpa mengetahui fasanya. Hal ini akan menghasilkan distribusi vektor interatomik dalam sel satuan untuk semua refleksi hk/ sebagai fungsi daTi kerapatan Patterson untuk masing-masing titik u, v, w dalam sel satuan:
TEORI TeknikDifraksi Faktor struktur terdiri dari arnplitudo daD rasa. Jika keduanya diketahui, kerapatan elektron yang menghasilkan gelombang difraksi dapat dibuat berdasarkan analisis Fourier. Narnun, dalarn eksperimen difraksi, hanya arnplitudo yang dapat diukur sedangkan fasanya hilang. Oleh karenanya, kita tidak mendapatkakn bayangan langsung dari struktur dalarn kristal. Untuk menginterpretasikan struktur, kita perlu mengukur arab daD intensitas (atau arnplitudo kuadrat) dari masing-masing sinar-X terdifraksi, daD kemudian menyimpulkan fasanya. Hal ini merupakan problem rasa dalarn kristalografi.
(2) Ahli kristalografi protein sering menyebut perhitungan peta Patterson sebagai Patterson, walaupun sintesis Fourier digunakan untuk perhitungan. Puncak dalam fungsi Patterson terjadi pacta titik ujung vektor antar semua pasangan posisi atom, sehingga berkaitan langsung dengan vektor interatomik. Misalkan dua atom berada dalam sel satuan dengan koordinat XI, Yl, z, dan X2,Y2,Z2; Patterson akan menunjukkan sebuah puncak pactatitik uvw sesuaidengan hubungan
r
U = Xl -X2 V = Yl -Y2
.ray aour..
W = Zl -Z2
(3)
namunjuga mempunyai sebuahpuncak lain di Gambar 1. Skema konfigurasi pengukuran difraksi pad a kristal.
U = X2 -XI v = Y2 -Y\
Jika tidak ditemukan protein dengan struktur mirip yang sudahdiperoleh,strukturperlu ditentukanab initio. Untuk itu, kristal diturunkandenganmenggunakan atom metal berat. Jika hanya sedikit ion metal berada dalam kristal, struktur metal berat dapat ditentukan dengan analisis Patterson. Jika kristal tetap tidak terganggu (isomorj), teknik Multiple Isomorphous Replacementdapat menggalistruktur metal berat untuk menentukanrasauntukprotein. Ana/isis Patterson Jika amplitudo dan rasa daTi faktor struktur diketahui, distribusi atom dalam sel satuan dapat dihitung untuk semua refleksi hk/ dalam bentuk kerapatan
22
~I
(4)
W = Z2 -Zl
Karena keduanya merupakan vektor dengan panjang yang sarna narnun arab berlawanan, Patterson akan menampilkansimetri inversitambaban(lihat Gambar2). Simetri Pattersondapat diterangkandengangrup ruang simorfik. Terdapat 2 sifat Patterson yang perlu dipertimbangkan untuk membandingkannya dengan Fourier: 1. Sel satuan dalam ruang riil daD ruang Patterson adalah identik. Jika sel satuan mengandung N atom, Patterson akan menunjukkan N2 puncak, berkaitan dengan vektor N yang muncul untuk masing-masing N atom. Vektor dari suatu atom ke dirinya sendiri
6 J~ 2001
T~T~~U~~~P~ A.Pw.w~
mempunyaipanjang0, sehinggaatomN mempunyai puncak titik awal yang besar. Set saWallPatterson akan mengandungN2-N puncak tersebar diseluruh set. Contohdenganstruktursederhanamangandung N=3 atom dalam setsaWalldengangrup ruang PI. Hal ini menghasilkanN2-N=6 puncak per settanpa memperhitungkan puncak titik awal. Untuk makromolekul,N berorder 1000 sid 10000. Peta Pattersonakan mengandungbanyak puncak yang salingtumpangtindih. 2. Hal ini mengakibatkanpuncak Pattersonkurang tajam dibandingkandengan puncak Fourier (lihat Gambar3 untukN=3). Kombinasi dari dua sifat di atas membuat Patterson untuk makromolekultidak dapatdiinterpretasikan. (0,0)
~,O)
kasus N beroder 1-5, Patterson.
Hal ini memungkinkananalisis
Metoda Penggantian Isomorf dan Hamburan Anomali Pacta dasamya, metoda penggantian isomorf (Isomorphous Replacement) terjadi ketika metal berat direndam dalam kristal daD tidak mengganggu struktur kristal. Pacta saat itu, faktor struktur daTi protein Fp, turunannya FpH daD atom berat FH terhubung melalui persamaankompleks: F
H
= F
PH
-F
(5)
P
Amplitudo IFpH I daD IFp 1 dapat diukur, sehingga memberikan perbedaan isomorf I FpH 1 -I Fp I. Koordinat atom metal berat dapat ditentukan dengan peta perbedaan Patterson. Hal ini akan menghasilkan F H daD kemudian memungkinkan perhitungan rasa dari faktor struktur
(1,0)
protein.
\V\O,1i3)
Karena satu turunan metal berat (Single Isomorhou;; Replacement -SIR) masih menghasilkan rasa yang belum pasti, perlu digunakan turunan kedua untuk mengatasinya. Sebenarnya secara teoritis satu turunan tambahan sudah memadai, namun karena adanya kesalahan pengamatan, biasanya dibutuhkan beberapa turunan (Multiple Isomorphous Replacement -MIR). Gambar 4 menunjukkan diagram perbedaan antara SIR dengan MIR. (0,1)
(a) Ruang Lang5ung
r
sumbu imajlner
(b) Ruang Patterson
sum
Gbu imaji~ --,\ -~\
/1
A
---I-
Gambar 2,
Empat gel satuan
persel-satuan,
(a)
ruang
dengan
langsung,
(b)
3 atom
/
(;,.,
ruang
'1
Patterson.
-~
FPt
--sumbu real
(a) ,,"
Gambar 4. Konfigurasi S.I.R. dan (b) M.I.R.
(a) Ruang Riil Patterson 1-2
~ ~
\
i
-1
.
~
'.
\ ';J1112 )
-fp '~'"
mooreal
FPtl
\7":-_~...
~
dmax dmln
Fp
-Fh -\!~
atom 2 ,---,
atom 1 /-~
( \4
/--
~~-
(b)
ruang kisi batik untuk (a)
(b).
Dalarn hamburan anomali (Anomalous Scattering -AS), informasi rasa diperoleh melalui harnburan dari sebuah atom dimana frekuensi absorbsinya mendekati panjang gelombang dari radiasi datang sehingga terjadi resonansi. Misalkan, kisi absorbsi L3 (~1,5368A) daD Lz (~1,3905A) dari Holmium masing-masing sangat dekat dengan radiasi CuKa(~1,5368A) daD CuKJ} (~1,3922A). Resonansi biasanya memadai untuk menghilangkan ketidak-pastian rasa dari satu turunan (Single Isomorphous Replacement -SIRAS). Untuk lebih dari satu turunan, perbedaan anomali lebih baik digunakan (Multiple Isomorphos Replacement-MIRAS).
Namun, dengan asumsi bahwa derivatif IFpHI dan amplitudo IFpl asli telah diskalakan dengan benar, peta Patterson yang dihitung daTi amplitudo perbedaan isomorfus IFpHI-IFpl menjadi kebanyakan kosong dalam
FungsiKerapatanProbabilitas Kesalahan pengamatan difraksi mungkintimbul daTi: a. kesalahan padaintensitas,
::
dmin
(b) Ruang
~(dl-2..
Patterson
~
dmax
/
Gambar 3. Dua atom berjarak d1-2 pada (a) ruang riil menjadi sebuah titik berjarak d1-2dari titik acuan pada (b) ruang Patterson. Sebuah lagi dengan jarak -d1-2 dari titik acuan tidak digambarkan pada
~I
6 J~ 2001
pacta
pengukuran
23
T~
T~ ~
U~ K..~
p~ A. Pw~
b.
kesalahan pacta posisi, fraksi dan faktor temperatur dari atom berat c. kurang isomorf, karena pergeseran atom protein dan molekul pelarut disekitar posisi atom berat, dan lainlain. Oleh karenanya, lingkaran pacta Gambar 4 sangat mungkin tidak memotong pacta titik yang tepat sehingga basil perhitungan menjadi tidak akurat. Untuk itu
I_ihat Gambar 6 untuk rincian tahapan Refinement.
Elcktron
I Perhitungan faktorStruktur l
digunakan fungsi kerapatan probabilitas (dengan mengabaikan faktor penguatan zone, sentrisitas dan nonisomorfisme):
L EJ{E2
p(tjJp)= nex~
I Pcrubahan M~l secara ~J
(6)
J /21J
/ Kriteria "'"
1idak
8 j = F PH(obs)-F
Berhenti
PH(hitung)
Tercapai}'" ,
= FpH(ObS)-IFp(ObS) exp(itjJp)+FHI
~il
dengann adalahfaktor nonnalisasidan lack ofclossure:
Refinement!
Gambar 6. Diagram Refinement yang merupakan bagian dari tahapan penentuan struktur makromolekul
-
(8)
nilai kuadratmeandari residulack of clossure
,
Va
(7)
Flcaft1. Structures Deposited In l1Iep.,,1eIaDataB...
,.. "~
E} = ((FpH(ObS) -FpH(bilung) r)
I'~ I~
(9) Least-squaresuntuk refinement parameteratom berat (untuk kristalografi protein) secara rinci telah dibahas pada literatur [7]. Strategirefinementdapatdilihat pada Gambar 5 daD6.
.-,
4"~4" ""..
~",~,,~,~,~.,~
}__~L_~ .c
_
'
f
-1-~~~~:~~~ --1~~ _LL
~~~~~~ ~
-..L~~~~
--
~ -dst
Ruang ~ngsung I~r.;);-;; dan PemIKJatan McxIeI L- unbJkKerapatan ~
Gambar 5. Diagram sederhana dari tahapan penentuan struktur makromolekul.
i --{~~~
v-
Gambar 7. Peningkatan struktur makromolekul yang disimpan dalam database PDB.
I
Penurunan lSOlOOlf
24
.~
,~
l PengumpuIan Data~
I~
.~
.~
~
Persiapandan Pengumpulan Data
I"
~,
Databaseuntuk KristalografiProtein Penggunaandatabasesangatberguna untuk pernbuatan rnodel, refinement,validasi dan analisis [8]. Database tersebutdigunakansecaralangsungatautidak langsung (yaitu denganrnenggunakaninforrnasiyang diturunkan dari analisisdatabase).Biasanyatahapanprojek seperti itu adalah a. pencarian literatur, rnisalnya dengan rnenggunakan databaseMEDLINE atauISI. b. Jika urutan protein target tersedia, perbandingan urutan yang banyak dan perangkatanalisis dapat digunakan. Misalkan, untuk rnenernukan(secara global atau lokal) protein homologous,program seperti BLAST [9] atau FASTA [IOI8)dapat digunakan pacta protein besar dan/atau database
6J~ 2001
T~T~~U~I<:,~p~ A.P~~
c.
d.
e.
f.
nucleic acid seperti SWISS-FRaT daD TrEMBL [11] daDGenBank [12]. Untuk mengidentifikasi karakteristik urutan yang sesuai dengan struktur atau fungsi, PROSITE [13] atau ProDOM [14] dapat digunakan Database kristalisasi daD atom berat dapat digunakan ketika kristal dibuat untuk eksperimen difraksi. .Jika protein merupakan homologus dalam urutan dibandingkan dengan protein dengan struktur yang sudah diketahui, struktur tersebut dapat diambil daTi Bank Data Protein [15], daD dapat digunakan untuk perhitungan penggantian molekuler. .Model dapat dibuat daTi awal dengan menggunakan kerapatan elektron yang diperoleh daTi eksperimen. Hal ini biasanya membutuhkan database struktur yang tidak terlalu besar. Ketika model telah siap untuk proses refinement, nilai target daTi geometrinya dapat diturunkan daTi analisis struktur kristal molekul kecil beresolusi tinggi, yang diperoleh daTi CSD [16]. Selama proses rebuilding daD refinement, metoda database dapat digunakan untuk memeriksa kemajuan daD untuk menemukan tempat dimana problem mungkin terjadi. Perangkat serupa dapat digunakan untuk mem-validasi model fmal, sebelum
Synchrotron adalah pemercepat partikel berbentuk melingkar yang menggunaakn medan listrik untuk mempercepat partikel dan medan magnet untuk mengarahkan lintasannya menjadi melingkar. Ketika partikel seperti elektron atau positron berjalan sepanjang jalur melingkar dengan kecepatan cahaya, mereka kehilangan energi karena radiasi elektromagnet yang disebut sebagai radiasi synchrotron yang menghasilkan sinar-X dengan karakteristik: a. mempunyai distribusi spektral dengan daerah
publikasi[17]. g.
Pada tahap akhir, database dapat digunakan untuk memeriksa kesamaan daTi protein yang strukturnya sudah diketahui, misalkan berada pada level overall fold [18], atau pada level loops daD active-site
residues. Contoh struktur kristal protein lysozyme putih telur daTi analisis sinar- X dengan resolusi 1,8A [19] ditunjukkan pada Gambar 8.
Gambar 8. Struktur kristal protein lysozyme putih telur dari analisis sinar-X dengan resolusi 1 ,8A [19].
FASILITAS Secara intemasional,banyak fasilitas difraksi tersedia,antaralain peralatandifraksi X-Ray biasayang berasaldari rotating anode,SynchrotronX-Ray, Neutron yang berasal dari reaktor maupun dari spalasi.
cakupan energi yang luas, sehingga memungkinkan teknik yang membutuhkan sinar-X dengan berbagai panjang gelombang, b. berkas berintensitas tinggi. lntensitas tersebut sering mengacu pacta fluks yaitu jumlah photon persatuan waktu, c. berkas juga mempunyai kecemerlangan (brilliance) yang sangat tinggi sehingga sangat banyak jumlah photon yang dapat diarahkan pacta daerah yang sangat sempit. Kecemerlangan tersebut merupakan intensitas per-satuan sudut ruang. Keuntungan dari karakteristik tersebut untuk kristalografi makromolekuler dibandingkan dengan sumberX-Ray konvensional adalah: a. Penambahan besaran kecemerlangan dibandingkan generator konvensional X-Ray memungkinkan pengumpulan data yang sebelurnnya memakan waktu berhari-hari menjadi menit. b. Peningkatan kecemerlangan juga berarti semakin kecil kristal yang dapat digunakan dibandingkan dengan kristalografi X-Ray konvensional. c. Struktur resolusi tinggi dapat diperoleh d. Karena berkas sangat terfokus, struktur dengan molekul sangatbesar dapat diperoleh e. Teknik dispersi anomali majemuk (Multiple Anomalous Dispersion -MAD), yang membutuhkan pengukuran dengan panjang gelombang bervariasi, hanya dapat dilakukan di synchrotron. Pendekatan ini mempunyai banyak keuntungan terutama dikuranginya kebutuhan penggantian isomorfus. f. Karena intensitas tinggi, set data penuh dapat dikumpulkan dalam hitungan detik. Studi oleh BIOSYNC (Structural Biology Synchrotron Users Organization) menunjukkan peningkatan struktur protein yang di publikasi (tidak terbatas dari data yang dari Synchrotron saja) dalam Database Protein (PDB) [20] (lihat Gambar 7) pactaabad 20. Peralatan difraksi sinar-X (konvensional) sudut kecil dapat pula digunakan, namun dengan modifikasi goniometer untuk cuplikan kristal tunggal sehingga dapat digunakan untuk mengukur difraksi sudut kecil beresolusi 700A dengan cuplikan kristal tunggal. Contoh instrumen tersebut adalah SSRL BL 4-2, Universitas Stanford, Amerika yang'telah digunakan untuk mengukur difraksi dari sistem kristal virus (grup ruang R3 dengan a=325,7A dan c=61,25A). Pertanyaan pertama yang diselesaikan dengan difraksi neutron adalah mengenai posisi atom H (seperti
~,
6J~ 2001
~.
6J~ 2001
25
T~T~~U~~~P~ A.P~~ deuterium) clan air atau molekul surfactant dalam kristal protein yang menghamburkan berkas sinar-X terlalu lemah untuk resolusi yang memadai [21]. Kedua, berdasarkan posisi atom H, diperoleh pemahaman mengenai pola ikatan hidrogen clan keadaan proton dari residue katalis yang merupakan hal penting untuk memahami reaktifitas enzirn. Contoh yang baik mengenai lokalisasi clan refinement dari posisi atom H dengan menggunakan neutron diperoleh pada refinement struktur cyclodextrin inclusion complexes [22]. Contoh lokalisasi surfactant dengan difraksi neutron, yang tidak dapat diperoleh dengan difraksi sinar-X, adalah mengenai struktur detergent dalam OmpF porin dari Eshericia coli [23]. Difraktometer neutron resolusi tinggi (I,SA) diperoleh dengan pengembanganneutron-sensitive image plate. Diffiaktometer pertama yang menggunakannya adalah diffiaktometer neutron Laue LAlli di ILL (Grenoble, Perancis) yang menggunakan berkas neutron polikromatik [24]. Instrument kedua yang menggunakannya adalah diffiaktometer kristal tunggal
BIX-3 dengan berkas neutron monokromatik [25]. Perbandingan signal-to-noise. meningkat karena pengurangan drastisdari sensitifitasy padaimageplate. PERANGKA T LUNAK ANALISA DATA Banyak perangkat lunak analisis tersedia di internet secaragratis dalam public domain, antara lain: a. Rasmol yang dikembangkan oleh Roger Sayle dari Glaxo, Inggris [26]. Alamat website http://www.umass.edu/microbio/rasmoi/ b. Protein Explorer, merupakan pengembangan lebih lanjut oleh Eric Martz pacta tahun 2000 dengan kemampuan lebih dibandingkan Rasmol. Alamat website http://www.umass.edu/microbio/rasmoi/ Lihat Gambar 9 untuk contoh keluarannya. Input dari program tersebut adalah file ASCII Text denganfile extension pdb.
Gambar 8. Contoh keluaran Protein Explorer
26
~,
6J~ 2001
T~
T~ ~
U~ k:.~
p~ A.P...,...,~
KESIMPULAN
[10]. W. R. PEARSONDAN D. J. LIPMAN, Proc.Natl. Acad. Sci., USA 85, 2444-2448(1988). Protein terbukti sangat berperan dalam [II]. A. BAIROCH DAN R. APWEILER, Nucl. Acids kehidupan dan melibatkan pengetahuan lintas bidang Res.25, 31-36(1997). antara lain: biologi, kedokteran dan farmasi untuk [12]. D. A. DENSON,M. S. BOGUSKI,D. J. LIPMAN, penelitian dan pengembangannya. Teknik penyiapan DAN J. OSTELL,Nucl. Acids Res.25, 1-6(1997). cuplikan daD pembuatan kristal tunggaInya sangat [13]. A. BAIROCH DAN P. BUCHER,Nucl. Acids Res. membutuhkan pemahaman dan pengalaman dalam 22,3583-3589(1994). bidang tersebut. Dilain pihak, teknik difraksi sangat [14]. E. L. L. SONNHAMMER DAN D. KAHN, Proto bermanfaat untuk mempelajari struktur bahan termasuk Sci. 3,482-492(1994). bahan molekul dimana protein merupakan molekul [15]. F. C. BERNSTEIN, T. F. KOETZLE, G. J. B. khusus. Fasilitas teknik difraksi mulai dari sinar-X daD WILLIAMS, E. F. MEYER JR., M. D. BRICE, J. neutron dari reaktor sudah tersedia di Indonesia. R. RODGER,O. KENNARD, T. SHIMANOUCHI Peralatan SANS dari BA TAN secara prinsip dapat DAN M. TASUMI. J. Mol. Bioi. 112,535-542 dimanfaatkan untuk kristalografi protein, walaupun [16]. F. H. ALLEN, S. BELLARD, M. D. BRICE, B. A. lingkungan cuplikan termasuk goniometemya masih CARTWRIGHT,A. DOUBLEDAY, H. HIGGS,T. perlu dilengkapi. Kerjasama antara pihak yang HUMMELINK, B. G. HUMMELINK-PETERS,O. mempunyai pengalaman dan pemahaman mengenai KENNARD, W. D. S. MOTHERWELL, J. R. protein dan sintesisnya dengan pihak fasilitas difraksi RODGERS,DAN D. G. WATSON. Acta Cryst. sangat diperlukan untuk lebih meneliti dan B35,2331-2339(1979). mengembangkanprotein secara khusus atau biologi [17]. M. W. MACARTHUR, R. A. LASKOWSKI DAN molekuler secara umum. Hal ini diharapkan dapat J. M. THORNTON. Cur. Oppin. Struct. Bio/. 4, menunjang bidang kedokteran dan farmasi di Indonesia. 731-737(1994). [18]. L. HOLM DAN C. SANDER. ProtoStruct. Funct. DAFTARPUSTAKA Genet.19, 165-173(1994). [19]. W. R. RYPNIEWSKI, H. M. HOLDEN, I. [1], J. LESCAR, J. BRYNDA, P. REZACOVA, R. RAYMENT. BIOCHEMISTRY 32,9851(1993). STOURACOVA, M. M. RIOTTOT, V. [20]. http://www.pdb.bnl.gov, juga lihat H.M.BERMAN, CHITARRA, M. FABRY, M. HOREJSI, J. J.WESTBROOK, Z.FENG, G.GILLILAND, SEDLACEK, DAN G. A. BENTLEY. Protein T.N.BHAT, H.WEISSIG, I.N.SHINDYALOY, Science,8,2686-2696(1999). P.E.BOURNE, The Protein Data Bank, Nucleic A. SALI. NatureStruct.BioI. 5, 1029-1032(1998). [2].[3].[4]. Acids Research2000,28, 235-242. [21]. U. MUELLER, D. PERL, F. X. SCHMIDT DAN http://www.rcsb.orgiindex.htrnl, A. ZAPP MACHALEK. NIGMS -Structural U. HEINEMANN. J. Mol. Bioi. 297, 975-988 Genomics Lay Summary, (2000). [22]. W. SAENGER DAN T. STEINER. Acta Cryst. http://www.nigrns.nih.gov/fundingipsi/ lay_summary .htrnl A54,798-805(1998). [5]. S. K. BURLEY, Biophys.J. 78, 19A(2000). [23]. E. PEBAY-PEYROULA,R. M. GARAYITO, J. P. [6]. P. Bork. Biophys.J. 78, 19A(2000). ROSENBUSCH, M. ZULAUF DAN P. A. [7]. Fundamentals of Crystallography,edited by C. TIMMINS. Structure,3,1051-1059(1995). Giacovazzo,IUCr, Oxford Univ. Press, 1992, p. [24]. J. HABASH, et. al.'./J.Chern.Soc. FaradayTrans. 549-551. 93,4313-4317(19,91). [8], G. J. KLEYWEGT AND T. A. JONES,Databa.~es [25]. N. NIlMURA, Ne~tron in Biology,edited by B. P. in protein crystallography,Acta Cryst. D54, 1119SchoenborndaD R. B. Knott, pp. 415-422, New 1131(1998). York: PlenumPress(1996). [9] S. F. ALTSCHUL, W. GISH, W. MILLER, E. W. [26]. ROGERA. SAYLE DAN E. J. MILNER-WHITE, MYERS DAN D. J. LIPMAN, J. Mol. Bioi. 215, RasMol: Biomoleculargraphicsfor all, Trends in 403-410(1990). BiochemicalScience(TIBS), September1995,Yol. 20,No.9, p.374.) TANYA-JAWAB Penanya: Marsongkohadi(Fisika -ITB) Sifat makroskopik dan mikroskopik sangatberguna untuk penurunan sifat-sifat bahan dari konstanta, sehingga diperlukan model dan asumsi-asumsi.Bagaimana untuk kasus protein?
~,
6J~ 2001
27
T~
T~ ~
U..t../L /<:.~
p~ A.P'"'l-lll~
Jawaban
Secara urnum, kasus protein dapat dikatakan analog dengan kasus logam untuk penurunan sifatnya. Teknik difraksi masih harus dikombinasikan dengan teknik lain berikut dengan penggunaan model yang sesuai untuk penurunan sifat bahan secara lengkap. Penerapan teknik difraksi secara langsung misalnya adalah penentuan posisi atom hidrogen yang banyak terdapat pada protein. Posisi atom hidrogen tersebut berperan dalanl proses osmosis yang merupakan sifat makroskopik.
Penanya: Sri Wahyono (Universitas Sebelas Maret -Surakarta) Seberapajauh / Apa yang sudah dilakukan untuk mempelajari protein di P3IB tentang analisa Rietveld? Jawaban
Kami di P3IB belum membuatlmenerima cuplikan untuk dianalisis. Cuplikan tersebut diperlukan dalam bentuk kristal tunggal untuk memungkinkan pengambilan data dengan resolusi yang tinggi. Kami tidak mungkin membuat sendiri cuplikan protein tersebut, karena tingkat kesulitan yang cukup tinggi. Hal ini memerlukan kerjasama antar-instansi, misalnya dengan institut Eijkmann ataupun Puslitbang Bioteknologi. Untuk analisis, kita dapat menggunakan teknik difraksJ dengan menggunakan SANS untuk penentuan butiran kristal atau sifat mesoscopic lainnya. Untuk penentuan posisi atom, peralatan difraksi kami masih harus di tingkatkan untuk memperoleh data dengan resolusi tinggi, misalnya dengan penggunaan imaging plate sebagai detektor. Perangkat lunak yang digunakan biasanya bukan menggunakanmetoda Rietveld karena cuplikannya merupakan bahan kristal tunggal.
Penanya: KrisnaLumbanraja(P3TIR BATAN) Fasilitasapasajayang dimiliki untukpenelitianproteindi P3IB ? Jawaban Selain SANS dan difraktometer netron yang masih harus ditingkatkan resolusinya, kita mempunyai SAXS walaupun belum pemah digunakan. Kita dapat pula menggunakan incubator yang tersedia di P3IB untuk penyimpanan sementaracuplikan yang akan dianalisis.
28
~I
~ J~ 2001
Ke Daftar Isi
