biokimia protein

Biokimia Protein

Protein yang namanya berarti “pertama” atau “utama” merupakan makromolekul yang paling berlimpah didalam sel menyusun lebih dari setengah dari berat kering pada hampir semua organisme.

Protein adalah instrumen yang mengekspresikan informasi genetik. Seperti juga terdapat ribuan gen didalam inti sel, masing-masing mencirikan satu sifat nyata dari organisme, didalam sel terdapat ribuan jenis protein yang berbeda, masing-masing membawa fungsi spesifik yang ditentukan oleh gen yang sesuai. Protein, karenannya bukan hanya meruupakan makromolekul yang paling berlimpah tetapi juga amat bervariasi fungsinya

Sangat luar biasa pula bahwa semua protein dalam semua makhluk hidup, tanpa memandang fungsinya dan aktivitas biologisnya, dibangun oleh susunan dasar yang sama, yaitu 20 asam amino baku, yang molekulnya sendiri tidak mempunyai aktivitas biologis. Lalu apakah yang memberikan suatu protei aktivitas enzimnya, protein lain aktivitas hormon, dan yang lain lagi aktivitas antibodi?. Bagimana kimiawi protein-protein ini berbeda?. Secara cukup sederhana, protein berbeda satu sama lain karena masing-masing mempunyai deret unit asam amino sendiri-sendiri. Asam amino merupakan abjad struktur protein karena molekul-molekul ini dapat disusun dalam sejumlah deret yang hampir tidak terbatas, untuk membuat berbagai protein dalam jumlah yang hampir tidak terbatas pula.

Protein merupakan makro molekul terbanyak dalam sel hidup dan merupakan 50% penyusun. Protein juga berperan sebagai enzim, dan memiliki fungsi lain sebagai berikut :

Fungsi Protein

Enzim

Protein yang paling bervariasi dan mempunyai kekhususan tinggi adalah protei yyang mempunyai aktivitas katalisa, yakni enzim. Hampir semua reaksi kimia biomolekul organik didalam sel dikatalis oleh enzim. Lebih dari 2000 jenis enzim , masing-masing dapat mengkatalisa reaksi kimia yang berbeda, telah ditemukan dalam berbagai bentuk kehidupan.

Protein Transport

Protein transport didalam plasma darah mengikat dan membawa molekul atau ion spesifik dari satu organ ke organ lain. Hemoglobin pada sel darah merah mengikat oksigen ketika darah melalui paru-paru, dan membawa oksigen ke jaringan periferi. Plasma darah mengandung lipo protein. Yang membawa lipid dari hati ke organ lain. Protein transport lain terdapat didalam membran sel dan menyesuaikan strukturnya untuk mengikat dan membawa glukosa, asam amino dan nutrien lain melalui membran menuju kedalam sel.

Protein Nutrien dan Penyimpan

Biji berbagai tumbuhan menyimpan protein nutrien yang dibutuhkan untuk pertumbuhan embrio tanaman, terutama protein biji dari gandum, jagung dan beras.

Protein Kontraktil atau Motil

Beberapa protein memberikan kemampuan kepada sel organisme untuk berkontraksi, mengubah bentuk atau bergerak. Aktin dan miyosin adalah protein filamen yang berfungsi didalam sistem kontraktil otot kerangka dan juga didalam banyak sel.

Protein Stuktur

Banyak protein yang berperan sebagai filamen, kabel, atau lembaran penyanggah untuk memberikan struktur biologi, kekuatan atau proteksi. Komponen utama dari urat dan tulang rawan adalah protein serabut kolagen yang mempunyai daya tegang yang amat tinggi. Hampir semua komponen kulit adalah kolagen murni.

Protein Pertahanan

Banyak protein yang mempertahankan organisme dalam melawan serangan oleh spesies lain atau melindungi organisme tersebut dari luka. Imunoklobulin atau antibodi pada vertebrata adalah protein khusus yang dibuat oleh limposit yang dapat mengenali dan mengendapkan atau menetralkan serangan bakteri, virus atau protein asing dari spesies lain. Fibrinogen dan trombin merupakan protein penggumpal darah yang menjaga kehilangan darah jika sistem pembuluh terluka, bisa ular, toksin bakteri, dan protein tumbuhan beracun seperti risin.

Protein Pengatur

Beberapa protein membantu mengatur aktivitas seluler atau fisiologi. Diantara jenis ini terdapat sejumlah hormon, seperti insulin, yang mengatur metabolisme gula dan kekurangannya, menyebabkan penyakit diabetes, hormon pertumbuhan dari pituitary dan hormon paratiroid, yang mengatur transport Ca⁺⁺ dan fosfat juga. Represor mengatur biosintesa enzim oleh sel bakteri

Penggolongan Protein

1.   Berdasarkan kelarutannya :

·           Albumin

Larut di air, garam encer, BM <<

Terdapat pada putih telur (albumin telur), susu (laktalbumin), darah (albumin darah)

·           Globulin

Larut dalam garam netral, tidak larut dalam air, terkoagulasi oleh panas, mengendap pada larutan garam konsentrasi tinggi (salting out)

Dalam tubuh terdapat sebagai zat antibodi dan fibrinogen

Pada susu terdapat dalam bentuk laktoglobulin

Pada telur terdapat dalam bentuk ovoglobulin

Pada daging terdapat dalam bentuk miosin, aktin

·         Prolamin

Tidak larut dalam air, larut dalam etanol 50 -90%

Banyak mengandung prolin dan asam glutamat, banyak terdapat pada serealia, misalnya : zein pada jagung, gliadin pada gandum dan kordein pada barley

·         Glutelin

Protein yang larut dalam asam, basa encer, tidak larut dalam pelarut netral (mis : air, garam encer, alkohol), misalnya : glutein pada gandum, oryzenin pada beras

2.   Berdasarkan bentuknya :

·         Protein globular

Pada protein globular, rantai polipeptida melipat secara rapat dan biasanya larut dalam media cair.

·         Protein serabut

Pada keratin, protein serabut dari rambut, rantai poli peptida disusun sepanjang satu sumbu dan tidak larut didalam air.

Struktur penyusun senyawa protein

Protein tersusun atas minimal 100 asam amino. Dialam tdpt 200 jenis asam amino, tetapi yg menyusun jazad hidup hanya 20 jenis asam amino, yang berikatan kovalen dengan urutan yg khas.

Semua asam amino (20) yang ditemukan pada protein mempunyai ciri sama, gugus karboksil dan gugus amino diikat pada atom karbon yang sama. Masing-masing berbeda satu dengan yang lain pada rantai sampingnya atau gugus R yang bervariasi dalam struktur, ukuran, muatan listrik dan kelarutan didalam air. Ke 20 asam amino pada protein sering kali dipandang sebagai asam amino baku, utama, atau normal, organisme hidup tetapi tidak terdapat dalam protein. Asam amino baku dapat dinyatakan dengan singkatan 3 huruf atau lambang 3 huruf.

Struktur umum asam amino yang ditemukan pada protein, diperlihatkan dalam bentuk non ionik. Warna hitam menunjukkan bagian yang umum pada semua asam α-amino pada protein (kecuali prolin), R melambangkan rantai samping atau gugus R, yang berbeda oada setiap asam amino. Pada semua asam amino kecuali glysin, atom α karbon mempunyai 4 gugus substituen yang berbeda, dan karenanya merupakan karbon asimetrik dan khiral.

Asam amino dapat berperan sebagai asam dan sebagai basa

Jika suatu kristal asam amino, misalnya alanin, dilarutkan didalam air, molekul ini menjadi ion dipolar, yang dapat berperan sebagai suatu asam (donor proton.

Atau sebagai basa (akseptor proton)

Senyawa yang mempunyai kedua sifat ini dinamakan ampoter (bahasa yunani amphi artinya “keduanya”), dan seringkali disebut ampholit, singkatan dari, “amphoteric electrolytes”. Asam mono amino mono karboksilat α-amino yang sederhana seperti alanin sebenarnya merupakan asam diprotik dalam keadaan semua molekul mengikat proton yaitu, jika gugus karboksil dan gugus amino telah megikat proton. Dalam bentuk ini asam amino mempunyai dua gugus yang dapat mengion menghasilkan proton.

Penggolongan asam amino

1. Penggolongan asam amino berdasar polaritas gugus R :

·         Gugus R yg tidak polar

·         Gugus R polar tetapi tidak bermuatan

·         Gugus R bermuatan negatif

·         Gugus R bermuatan positif

·         Polaritas : kecenderungan molekul untuk berinteraksi dengan air pada pH biologi (sekitar 7)

1.   Penggolongan asam amino berdasar struktur kimia gugus R :

·         R merupakan gugus alifatis/tidak bercabang, leu, isoleu

·         R merupakan gugus aromatik (fenila, tir,trip)

·         R merupakan gugus hidroksi (ser, treo)

·         R merupakan gugus karboksilat (as asp, as glu)

·         R merupakan gugus belerang (sist, met)

·         R merupakan gugus imino (pro, gli)

·         R merupakan gugus amino (lis, arg)

·         R merupakan gugus amida (as asp, glutamin)

2.   Penggolongan asam amino berdasar fungsi Nutrisi :

Ada 2, yaitu : Asam amino Essensiil dan Asam amino Non Essensil

·         Asam amino essensil : asam amino yang harus ada di dalam tubuh, namun tubuh tidak dapat mensintesa, harus ada dari luar

Yang termasuk asam amino Essensiil : lisin, isolisin, isoleusin, treonin, metionin, valin, fenilalanin, histidin (essensil bagi anak, tidak bagi orang dewasa), arginin (tidak essensil bagi anak dan dewasa, tapi essensil bagi bayi)

·         Yang termasuk asam amino non essensil : selain 10 yang disebutkan

Ikatan Peptida

Asam amino untuk membentuk suatu protein dihubungkan dengan ikatan peptida.

Dua molekul asam amino dapat diiikat secara kovalen melalui suatu ikatan amida subtitusi yang disebut ikatan peptida menghasilkan suatu dipeptida. Ikatan seperti ini dibentuk dengan menarik unsur H₂O dari gugus karboksil satu asam amino dan gugus α-amino dari molekul lain, dengan reaksi kondensasi yang kuat. 3 asam amino dapat disatukan oleh dua ikatan peptida dengan cara yang sama untuk membentuk suatu tripeptida : tetrapeptida dan pentapeptida. Jika terdapat banyak asam amino yang tergabung dengan cara demikian struktur yang demikian dinamakan polipeptida. Unit asam amino didalam peptida biasanya disebut residu (rantai ini bukan lagi merupakan asam amino karena telah kehilangan atom hidrogen dari gugus amino dan sebagian gugus karboksilnya). Residu asam amino pada ujung suatu peptida yang mempunyai gugus α-amino bebas disebut residu terminal amino (juga residu terminal N) : residu pada ujung yang satu lagi, yang mempunyai gugus karboksil bebas disebut terminal karboksil atau residu terminal C. Peptida dimnamakan dari deret kandungan asam amino, dimulai dari residu termina N.

Struktur Protein

1.   Struktur Primer : Merupakan struktur linier asam amino dalam protein , jarang di alam

2.   Struktur Sekunder : Struktur yang merupakan polipeptida yang melipat-lipat, merupakan bentuk 3 dimensi dengan cabang-cabang rantai polipeptidanya tersusun saling berdekatan

Misal : bentuk α-heliks pada wol, bentuk lipatan pada molekul sutera, bentuk heliks pd kolagen

3.   Struktur tertier : Merupakan bentuk penyusunan bagian terbesar rantai cabang, Merupakan gabungan struktur sekunder satu dengan yang lain . Beberapa ikatan yang terdapat : ikatan garam, iktatan hidrofob, ikatan disulfide.

4.   Struktur kuartener : Melibatkan beberap polipeptida dalam membentuk suatu protein

Berbentuk seperti bola, struktur mantab

Bentuk ikatan yang mendukung :

·      ikatan antar gugus S (ikatan disulfida)

·      ikatan antar gugus bermuatan +/-

·      ikatan antar gugus tidak bermuatan

·      ikatan antar gugus sama-sama hidrofob

·      ikatan van der walls, karena adanya gerakan antar atom

misal : mioglobin.

Faktor penyebab perubahan struktur alami protein

1.   Panas

2.   pH

3.   Bahan kimia

4.   Gerakan mekanik

5.   Radiasi

Denaturasi Protein

•       DENATURASI PROTEIN merupakan perubahan sifat alami, tetapi tanpa merubah struktur primer. Suatu proses yang merubah konfigurasi 3 dimensi dari molekul protein, tanpa menyebabkan adanya pemecahan ikatan peptida

•       Sifat fisik berubah

1.   Protein struktur tertier menjadi struktur sekunder

2.   Protein struktur  Sekunder menjadi struktur primer

3.   Protein struktur  Primer menjadi struktur tetap

•       Perubahan sifat kelarutan

Sifat denaturasi : Irreversibel (tidak dapat kembali) dan reversibel (dapat kembali).

Kesimpulan

·         Protein merupakan makromolekul yang paling melimpah dalam sel

·         Protein terdiri dari rantai polipeptida panjang, yang disusun oleh 100-1000 unit asam amino yang disatukan oleh ikatan peptida

·         Protein sederhana hanya menghasilkan asam amino dengan hidrolisis

·         Sel mengandung ratusan atau ribuan jenis protein, fungsi atau aktivitas biologi yang berbeda

·         Deret asam amino pada rantai polipeptida dapat ditentukan dengan memecah protein menjadi potongan kecil

·         Struktur protein dibedakan menjadi 4, yaitu primer, sekunder, tertier dan kuartener

·         Denaturasi dapat merubah sifat fisik protein