BIOKIMIA PROTEIN

  CIRI MOLEKUL PROTEIN

Protein merupakan koponen utama dalam semua sel hidup. Fungsinya terutama ialah sebagai unsur pembentuk setruktur sel, misalnya dalam rambut, wol, kolgen, jaringan penghubung, membran sel, dan lain-lain. Selain iu dapat pula berfungsi sbagai protein yang aktif, seperti misalnya enzim, yang berperan sebagai katalis segala prses biokimia dalam sel. Protein aktif selain enzim yaitu hormon, haemoglobin, protein yang terikat pada gen, tioksin, antibodi/antigen danlain-lain.

Protein adalah makromolekul polipeptida yang tersusundari sejumlah L-asam amino yang dihubungkan oleh ikatan peptide, bobot molekul tinggi. Suatu molekul protein disusun oleh sejumlah asam amino dengan susunan tertentu dan bersifat turunan.

Rantai polipeptida sebuah molekul protein mempunyai satu konformasi yang sudah tertentu pada suhu dan pH normal. Konformasi ini disebut konformasi asli, sangat stabil sehingga memungkinkan protein dapat diisolasi dalam keadaan konformasi aslinya itu

Kebanyakan protein merupakan enzim atau subunit enzim. Jenis protein lain berperan dalam fungsi struktural atau mekanis, seperti misalnya protein yang membentuk batang dan sendi sitoskeleton. Protein terlibat dalam sistem kekebalan (imun) sebagai antibodi, sistem kendali dalam bentuk hormon, sebagai komponen penyimpanan (dalam biji) dan juga dalam transportasi hara. Sebagai salah satu sumber gizi, protein berperan sebagai sumber asam amino bagi organisme yang tidak mampu membentuk asam amino tersebut (heterotrof).

Semua jenis protein terdiri dari rangkaian dan kombinasi dari 20 asam amino. Setiap jenis protein mempunyai jumlah dan urutan asam amino yang khas. Di dalam sel, protein terdapat baik pada membran plasma maupun membran internal yang menyusun organel sel seperti mitokondria, retikulum endoplasma, nukleus dan badan golgi dengan fungsi yang berbeda-beda tergantung pada tempatnya.

1.      Berat molekulnya besar, ribuan sampai jutaan, sehingga merupakan suatu makromolekul.

2.      Umumnya terdiri atas 20 macam asam amino. Asam amino berikatan (secara kovalen) satu dengan yang lain dalam variasi urutan yang bermacam-macam, membentuk suatu rantai polipeptida. Ikatan peptida merupakan ikatan antara gugus α-karboksil dari asam amino yang satu dengan gugus α-amino dari asam amino yang lainnya.

3.      terdapatnya ikatan kimia lain, yang menyebabkan terbentuknya lengkungan-lengkungan rantai polipeptida menjadi struktur tiga dimensi protein. Sebagai contoh misalnya ikatan hidrogen, ikatan hidrofob (ikatan apolar), ikatan ion atau elektrostatik dan ikatan Van Der Waals.

4.      Strukturnya tidak stabil terhadap beberapa faktor seperti pH, radiasi, temperatur, medium pelarut organik, dan deterjen.

5.      umumya reaktif dan sangat spesifik, disebabkan terdapatnya gugus samping yang reaktif dan susunan khas struktur makromolekulnya.
Berbagai macam gugus samping yang biasa terdapat ialah kation, anion, hidroksil aromatik, hidroksil alifatik, amin, amida, tiol dan gugus heterosiklik.

Klasifikasi protein dalam biokimia didasarkan pada fungsi biologinya yaitu :

1. Enzim
2. Protein Pembangun
3. Protein Kontraktil
4. Protein Pengangkut
5. Protein Hormon
6. Protein Bersifat Racun
7. Protein Pelindung
8. Protein Cadangan

 Organisasi Struktur Protein

1. Struktur Primer (Struktur Utama)

Struktur primer protein ditentukan oleh ikatan kovalen antara residu asam amino yang berurutan membentuk ikatan peptide. Struktur ini  dapat digambarkan sebagai rumus bangun yang biasa ditulis senyawa organik.

2. Struktur Sekunder

Dari analisis difraksi sinar X dapat dipelajari struktur sekunder protein. Struktur ini  timbul karena ikatan hidrogen antara atom O dari gugus karbonil (C=O) dengan atom H dari gugus amino (N–H) dalam rantai polipeptida, hal ini memungkinkan terjdinya konformasi spiral (struktur helix). Bilamana ikatan hydrogen terjadi antara dua rantai polipeptida, maka masing-masing rantai tidak membentuk helix, melainkan rantai parallel yang berkelok (konformasi β). Rantai ini dihubungkan silang oleh ikatan hidrogen membentuk struktur lembaran berlipat.

3. Struktur Terzier

Bentuk penyusunan  bagian terbesar rantai cabang disebut struktur terzier, artinya adalah susunan dari struktur sekunder yang satu dengan struktur sekunder bentuk lain. Sebagai contoh beberapa protein yang mempunyai bentuk α-helix dan bagian yang tidak membentuk α-helix.

4. Struktur Kuartener

Struktur primer, sekunder dan terzier umumnya hanya melibatkan satu rantai polipeptida, tetapi bilamana struktur ini melibatkan beberapa polipeptida dalam membentuk suatu protein, maka disebut struktur kuartener.

5. Denaturasi Protein/Peracunan Protein

Bila susunan ruang atau rantai polipeptida suatu molekul protein berubah, maka dikatakan protein ini terdenaturasi. Sebagian besar protein  globular mudah mengalami denaturasi, jika ikatan-ikatan yang membentuk konfigurasi molekul tersebut rusak. Kadang-kadang perubahan ini memang dikehendaki namun sering juga merugikan sehingga perlu dicegah.

Ada dua macam denaturasi yaitu pengembangan rantai peptida dan pemcahan protein menjadi unit yang lebih kecil tanpa disertai pengembangan molekul. Terjadinya kedua jenis denaturasi ini tergantung  pada keadaan molekul. Yang pertama terjadi pada rantai polipeptida, dan yang kedua terjadi pada bagian molekul yang bergabung dalam ikatan sekunder.

Masalah utama terjadinya denaturasi meliputi : Panas dan Radiasi Sinar Ultraviolet, Pelarut-pelarut Organik, Asam atau Basa, Ion Logam Berat, dan Pereaksi Alkaloid.

    ASAM AMINO

 

a.      Klasifikasi Asam Amino

1.      Asam amino dengan  gugus R yang tidak mengutub

dibagi menjadi beberapa golongan yakni  lima asam amino yang mengandung gugus R alifatik (alanina, lesina, isolesina, valina, dan prolina), dua dengan

dengan R aromatik (fenilalanina dan triptofana) dan satu mempunyai atom sulfur (metionina)

1.      Asam amino dengan gugus R  mengutub tidak bermuatan

ini lebih mudah larut dalam air, karena gugus R mengutub dapat membentuk ikatan  hidrogen dengan molekul air. Kepolaran serina, treonina, dan tirosina disebabkan oleh gugus  hidroksil, pada asparagina dan glutamine oleh gugus amida, dan pada sisteina oleh gugus  sulfidril (-SH).

2.      Asam amino dengan gugus R bermuatan negatif/asam amino asam

mempunyai pH 6 s/d 7 dan terdiri dari asam aspartat dan asal glutamate dimana masing-masing asam amino ini mempunyai dua gugus karboksil

3.      Asam amino dengan gugus R bermuatan positif/asam amino basa

bermuatan positif pada pH 7 terdiri dari lisina yang mengandung gugus amino, arginina mengandung gugus basa lemah (imidazolium), histidina pada pH 6 umumnya bermuatan posistif.

a.      Sifat Asam Basa Asam Amino

Asam amino dapat membentuk zwitter ion yang bersifat asam maupun basa, sehingga asam amino bersifat “AMFOTER”.[1]

b.      Stereo Kimia Asam Amino

Semua asam amino didapatkan dari hasil hidrolisis protein, glisina mempunyai sifat optik aktif yang disebabkan adanya atom karbon asimetrik yaitu atom karbon yang mengikat unsur/senyawa/gugus yang berbeda pada tiap ikatannya

c.       Reaksi Kimia Asam Amino

1.      Reaksi Ninhidrin

Reaksi Ninhidrin digunakan  untuk penentuan kuantitatif asam amino, dengan memanaskan asam amino dan ninhidrin akan terjadi larutan warna biru  dan intensitasnya dapat diukur dengan spektrofotometer. Asam amino dengan gugus α-amino bebas memberikan reaksi ninhidrin yang positif, pada prolina dan hidroksi prolina menghasilkan warna kuning.

2. Reaksi Sanger

Reaksi Sanger adalah reaksi antara gugus α-amino dengan 1-fluoro-2-,4-dinitrobenzena (FDNB). Dalam keadaan basa lemah, FDNB bereaksi dengan α-asam amino menghasilkan derivat  2,4-dinitrofenil atau DNP-asam amino

Reaksi di atas digunakan untuk penentuan asam amino N-ujung dari suatu rantai polipeptida.

3. Reaksi Dansil Klorida

Reaksi Dansil klorida adalah reaksi antara gugus amino dengan 1-dimetil amino naftalena 5-sulfonil klorida. Karena gugus dansil mempunyai sifat fluoresensi yang tinggi, maka derivat dansil asam amino dapat ditentukan dengan cara fluorometri

4. Reaksi Edman

Reaksi Edman merupakan reaksi antara α-asam amino dengan fenilisotiosianat yang menghasilkan derivat asam amino feniltiokarbamil. Dalam suasana asam pelarut nitrometana yang terakhir ini mengalami siklisasi membentuk senyawa lingkar feniltuihidantoin.

Reaksi Edman  sering dipakai untuk penentuan asam amno N-ujung suatu rantai polipeptida.

5. Reaksi Basa Schiff

Reaksi basa Schiff merupakan reaksi reversible anta gugus α-amino dengan gugus aldehida, basa Schiff b ini biasa terjadi sebagai senyawa antara dalam reaksi enzim antara α-asam amino dan substrat.

6. Reaksi Gugus R

Gugus –SH pada sisteina, hidroksifenol pada tirosina, dan guanidium pada arginina menunjukkan reaksi khas yang sering terjadi pada gugus fungsi tersebut. Gugus sulfidril pada sisteina bereaksi dengan ion logam berat (ion Ag dan ion Hg) menghasilkan merkaptida

Reaksi oksidasi sistein dengan ion besi menghasilkan senyawa disulfida, sistina

d.      Analisis Asam Amino

Asam amino diperlukan oleh makhluk hidup sebagai penyusun protein atau sebagai kerangka molekul-molekul penting. Ia disebut esensial bagi suatu spesies organisme apabila spesies tersebut memerlukannya tetapi tidak mampu memproduksi sendiri atau selalu kekurangan asam amino yang bersangkutan. Untuk memenuhi kebutuhan ini, spesies itu harus memasoknya dari luar (lewat makanan).

Struktur asam amino secara umum adalah satu atom C yang mengikat empat gugus: gugus amina (NH₂), gugus karboksil (COOH), atom hidrogen (H) dan satu gugus sisa (R, dari residue) atau disebut juga gugus atau rantai samping yang membedakan satu asam amino dengan asam amino lainnya. Atom C pusat tersebut dinamai atom C_α ("C-alfa") sesuai dengan penamaan senyawa bergugus karboksil, yaitu atom C yang berikatan langsung dengan gugus karboksil. Oleh karena gugus amina juga terikat pada atom C_α ini, senyawa tersebut merupakan asam α-amino. Asam amino biasanya diklasifikasikan berdasarkan sifat kimia rantai samping tersebut menjadi empat kelompok. Rantai samping dapat membuat asam amino bersifat asam lemah, basa lemah, hidrofilik jika polar, dan hidrofobik jika nonpolar

B.     PEPTIDA DAN ANALISA ASAM AMINO PADA PEPTIDA

Peptida tersusun dari beberapa asam amino yang merupakan rantai yang terhubungkan dari gugus karboksil asam amino  dengan gugus amino dari asam amino lainnya melalui ikatan peptide.

Dua asam amino yang dihubungan oleh ikatan peptida disebut dipeptida dan lebih dari dua asam amino adalah tripeptida dan seterusnya akan menjadi polipeptida

Penamaan peptida lebih lanjut didasarkan pada komponen asam aminonya. Urutan dimulai dari rantai N-ujung.

Penamaan pentapeptida di atas didasarkan pada komponen asam aminonya. Urutan dimulai dari rantai N-ujung, sehingga gambar di atas mempunyai susunan nama adalah Serilglisiltirosilalanillesina (Ser-Gli-Tir-Ala-Les).

Ikatan peptida yang terjadi dari dua residu asam amino menunjukkan kemantapan resonansi yang tinggi; ikatan C – N akan mempunyai sifat ikatan rangkap sebesar 40 %, dan ikatan rangkap C = O mempunyai sifat ikatan tunggal sebesar 40 %. Akibatnya, gugus amino (- NH -) dalam ikatan peptida tersebut tidak mengalami ionisasi, juga ikatan C – N dalam peptida tidak mengalami rotasi dengan bebas. Hal ini merupakan faktor penting  dalam menentukan struktur tiga dimensi dan sifat rantai polipeptida dari protein.

Sifat asam basa peptida ditentukan oleh gugus ujungnya, NH2 dan – COOH serta gugus R yang berionisasi. Pada peptida dengan rantai panjang, sifat asam basa dari gugus ujung berkurang artinya karena jumlah gugus R yang banyak dan berionisasi.

Sintesis Rantai Polipeptida

Pembentukan peptida dari dua asam amino menemui beberapa masalah yaitu bahwa pereaksi yang digunakan untuk pembentukan ikatan peptida juga dapat bereaksi dengan gugus fungsi yang seharusnya tidak terlibat seperti gugus amino ujung, gugus karboksil ujung dan gugus tios dari sisteina.

C.    SINTESIS RANTAI POLIPEPTIDA

Protein merupakan polimer yang tersusun dari asam amino sebagai monomernya. Monomer-monomer ini tersambung dengan ikatan peptida, yang mengikat gugus karboksil milik satu monomer dengan gugus amina milik monomer di sebelahnya. Reaksi penyambungan ini (disebut translasi) secara alami terjadi di sitoplasma dengan bantuan ribosom dan tRNA.

Pada polimerisasi asam amino, gugus -OH yang merupakan bagian gugus karboksil satu asam amino dan gugus -H yang merupakan bagian gugus amina asam amino lainnya akan terlepas dan membentuk air. Oleh sebab itu, reaksi ini termasuk dalam reaksi dehidrasi. Molekul asam amino yang telah melepaskan molekul air dikatakan disebut dalam bentuk residu asam amino.

---

---