ASAM AMINO, PEPTIDA, DAN PROTEIN

1. Pendahuluan

Protein (akar kata protos dari bahasa Yunani yang berarti "yang paling utama")

adalah senyawa organik kompleks berbobot molekul tinggi yang merupakan polimer

dari monomer-monomer asam amino yang dihubungkan satu sama lain dengan

ikatan peptida. Molekul protein mengandung karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen

dan beberapa sulfur serta fosfor. Protein berperan penting dalam struktur dan fungsi

semua sel makhluk hidup dan virus.

Protein memiliki berbagai fungsi seperti:

1. Protein merupakan enzim atau subunit enzim, misal ribonuklease, tripsin

2. Protein berperan dalam fungsi struktural atau mekanis, misal protein yang

membentuk batang dan sendi sitoskeleton

3. Protein juga terlibat dalam sistem kekebalan (imun) sebagai antibodi,

misal Trombin

4. Protein sebagai sistem pengendali dalam bentuk hormon, misal insulin,

hormon tumbuh (auksin),

5. Protein sebagai komponen penyimpanan/ nutrient, misal kasein

(susu),ovalgumin (telur),gliadin (gandum) dan transportasi hara di

tumbuhan

6. Protein sebagai salah satu sumber gizi dan berperan sebagai sumber asam

amino bagi organisme yang tidak mampu membentuk asam amino

tersebut (heterotrof).

7. Pada organism lain, protein memiliki fungsi lain seperti Monelin, pada

suatu tanaman di Afrika yang mempunyai rasa yang amat manis ataupun

protein anti beku pada ikan.

Sebagian besar kimia kehidupan adalah senyawa organik polifungsional. Gugus

fungsional tersebut biasanya mempunyai interaksi agak kuat, seperti gugus yang ada

pada karbohidat dan antara gugus amino dengan karboksil pada asam amino.

Protein yang merupakan komponen tak berair di dalam sel dan begitu banyak

dijumpai di dalam makhluk hidup mempunyai fungsi yang sangat mengagumkan.

Protein berdasarkan bentuk, dibedakan menjadi 2 macam yaitu protein serabut dan

globular. Protein apabila dihidrolisis dengan asam atau basa akan menjadi asam

amino. Hal ini membuktikan bahwa molekul penyusun protein adalah asam amino.

1

Ciri-ciri utama molekul protein yaitu ;

1. Umumnya terjadi atas 20 macam asam amino yang berikatan secara kovalen

dalam variasi urutan yang bermacam-macam, membentuk suatu rantai

polipeptida.

2. Terdapat ikatan kimia lain yang menyebabkan terbentuknya lengkungan-

lengkungan rantai polipeptida menjadi struktur tiga dimensi protein.

3. strukturnya tidak stabil terhadap beberapa faktor seperti pH, dll.

4. umumnya reaktis sangat speifik hal ini disebabkan karena adanya gugus

samping yang reaktif dan susunan khas struktur makromolekulnya.

2. Komposisi Protein

Protein terdiri dari karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, dan, dalam beberapa kasus,

belerang. Protein adalah satu-satunya senyawa organic yang mengandung nitrogen,

sebuah fakta yang menjadikannya kedua penting dan berpotensi beracun.

Asam amino merupakan unit dasar struktur protein. Beberapa dari asam amino ini

dapat synthesized lain dari asam amino (disebut sebagai nonessential asam amino),

sementara beberapa harus diperoleh dari makanan (disebut sebagai asam amino

essensial).

1. Asam Amino

a. Struktur asam amino dan nama asam amino penyusun protein

Asam amino yang terjadi secara alami sebagai penyusun protein mempunyai

gugus amino (NH2) dan gugus karboksilat (COOH) yang terikat pada atom

yang sama yaitu pada atom karbon alfa. Oleh karena itu asam amino ini

disebut asam α-amino dan secara umum rumus strukturnya dapat digambarkan

seperti dibawah ini.

Struktur asam amino α

2

Suatu asam amino-α terdiri atas:

a. Atom C α. Disebut α karena bersebelahan dengan gugus karboksil (asam).

b. Atom H yang terikat pada atom C α.

c. Gugus karboksil yang terikat pada atom C α.

d. Gugus amino yang terikat pada atom C α.

e. Gugus R yang juga terikat pada atom C α.

Contoh struktur dari beberapa asam amino

Perbedaan antara asam amino yang satu dengan asam amino yang lain disebabkan

oleh perbedaan gugus R yang disebut rantai samping. Ada 20 asam amino yang

bertindak sebagai pembangun molekul protein, rumus strukturnya, nama umum

dan singkatannya diberikan dapat dilihat dibawah ini :

No. Nama Singkatan Sturktur Sifat gugus

rantai

samping

1 Alanin Ala hidropibik

2

Valin* Val

3

3 Leusin* Leu

4 Triptofan

*

Trp

5 Metionin

*

Met

4

6 Isoleusin

*

Ile

7 Prolin Pro

8 Fenilalan

in*

Phe

9 Serin Ser Polar tak

bermuatan

5

10 Glisin Gly

11 Threonin

*

Thr

12 Sistein Cys

13 Asparagi

n

Asn

6

14 Glutamin Gln

15 Tirosin Tyr

16 Asam

aspartat

Asp Bermuatan

negative pada

PH 7 (asam)

7

17 Asam

glutamat

e

Glu

18 Arginin Arg Bermuatan

positif pada

PH 7 (basa)

8

19 Lisin* Lys

20 Histidin His

Catatan : tanda *) Asam Amino esensial

Terdapat 20 asam amino yang terbagi menjadi dua kelompok, asam amino non-

enensial dan asam amino esensial. 12 jenis asam amino non-enensial di produksi oleh

tubuh. Sedangkan 8 sisanya, berupa asam amino esensial yang harus didapatkan

melalui makanan.

Fungsi Asam Amino antra lain :

1. Penyusun protein, termasuk enzim.

2. Kerangka dasar sejumlah senyawa penting dalam metabolisme (terutama

vitamin, hormon, dan asam nukleat)

3. Pengikat logam penting yang di perlukan dalam reaksi enzimatik (kofaktor).

9

Semua asam amino kecuali prolin mempunyai formula struktur umum L-α asam

amino sebagai berikut. Satu dengan yang lainnya dibedakan dengan gugus samping

R.Terdapat 4 golongan asam amino berdasarkan sifat – sifat kandungan gugus R:

1. Asam amino dengan gugus samping R non polar atau hidrofobik.

2. Asam amino dengan gugus samping R polar tak bermuatan

3. Asam amino dengan gugus samping R bermuatan positif

4. Asam amino dengan gugus samping R bermuatan negative

Asam amino dengan gugus samping R

non polar atau

hidrofobik

polar tak

bermuatanbermuatan positif bermuatan negatif

Alanin

Isoleusin

Leusin

Metionin

Fenilalanin

Prolin

Triptofan

Valin

Asparagin

Sistein

Glutamin

Glisin

Serin

Treonin

Tirosin

Arginin

Histidin

Lisin

Asam Aspartat

Asam glutamat

b. Asam amino esensial

Dari 20 asam amino pembangun molekul protein, ada delapan diantaranya

yang tidak dapat disintesis oleh manusia dewasa sehingga diperoleh melalui

makanan. Asam amino semacam ini dikenal dengan asam amino esensial.

Ciri – cirri Asam amino essensial :

1. rantai samping bersifat hidrofobik atau sukar larut dalam air.

2. mempunyai nama umum (trivial).

3. Biasanya diambil (dipakai) dari sumber (dimana) pertama kali protein

tersebut ditemukan. Sebagai contoh, asparagin diisolasi pertama kali dari

asparagus, asam glumatat diisolasi dari gandum, glisin berasal dari bahasa

yunani yang artinya manis.

10

Asam Amino esensial yang tidak di produksi oleh tubuh, antara lain sebagai

berikut:

a. Triptofan: beberapa sumber di dapatkan dari karbohidrat. Triptofan terdapat

pada telur, daging, susu skim, pisang, susu, dan keju.

b. Treonin: terdapat pada bahan pangan berupa susu, daging, ikan ,dan biji

wijen.

c. Metionin: Sumber utama metionin adalah buah-buahan, daging (ayam, sapi,

ikan,susu (susu murni, beberapa jenis keju), sayuran (bayam, bawang putih,

jagung), serta kacang-kacangan (kapri, pistacio, kacang mete, kacang

merah, tahu tempe).

d. Lisin: terdapat dalam protein kedelai, biji polong-polongan, dan ikan. Rata-

rata kebutuhan lisin per hari adalah 1-1,5 g.

e. Leusin; banyak tersedia pada makanan yang tinggi protein, seperti daging,

susu, beras merah dan kacang kedelai. Pada produk-produk susu kedelai

juga banyak di temui kandungan leusin.

f. Isoleusin;

g. Fenilalanin: merupakan bahan baku bagi pembentukan katekolamin.

Katekolamin ini di kenal sebagai peningkat kewaspadaan penting bagi

tranmisi impuls saraf. Fenilalamin terdapat pada daging ayam, sapai, ikan,

telur, dan kedelai.

h. Valin; terdapat pada produk-produk peternakan seperti daging, telar, susu

dan keju. Selain itu, asam amino esensial ini terdapat pada biji-bijian yang

mengandung minyak seperti kacang tanah, wijen, dan gentil.

c. Asam Amino non-essensial yang diproduksi tubuh antara lain:

a. Tirosin; pertama kali di temukan dalam keju. Pembentukannya

menggunakan bahan baku fenilalanin oleh enzim phehidroksilase. Menurut

penelitian yang dilakukan oleh institut penelitian kesehatan Lingkungan

Amerika Serikat tahun 1988, tirosin berfungsi pula sebagia obat stimulan

dan penenang yang eektif untuk meningkatkan kinerja mental dan fisik di

bawah tekanan, tanpa efek samping. Tirosin terkandung dalam hati ayam,

keju, alpukat, pisang, ragi, ikan dan daging.

11

b. Sistein: kandungan atom sistein hampir sama dengan metionin. Sistein juga

di temukan pada bahan pangan seperti cabai, bawang putih, bawang

bombai, brokoli, haver, dan inti bulis gandum.

c. Serin

d. Prolin

e. Glisin: glisin banyak terdapat pada kolagen, hamper 2 per tiga.

f. Asam glutamat: glutamat di manfaatkan dalam industri penyedap rasa.

Dalam keseharian di dapati dalam bentuk garam turunan yang di sebut

sebagai monosodium glutamat atau MSG.

g. Asam aspartat: Fungsinya di ketahui sebagai pembangkit neurotransmiter di

otak dan saraf otot. Aspartat juga dimungkinkan berperan dalam daya tahan

terhadap kepenatan.

h. Arginin: sekalipun bersifat non-esensial bagi manusia dan mamalia lain,

tetapi ariginin dapat di katakan sebagai asam amino setengah esensial

karena produksinya sangat bergantung pada tingkat perkembangan dan

kondisi kesehatan. Pada anak-anak, arginin sangatlah penting. Pangan

sumber utama arginin ditemukan pada produk-produk peternakan seperti

daging, susu, telur, dan berbagai olahannya. Sedangkan dari produk

tumbuhan, ariginin banyak ditemukan pada cokelat dan biji kacang tanah.

i. Alanin: ditemukan dalam bahan pangan bentuk lain seperti daging, ikan,

susu, telur, dan kacang-kacangan.

j. Histidin: bagi manusia, histidin merupakan asam amino yang esensial bagi

anak-anak.

k. Glutamin: merupakan asam amino yang dikenal pula dengan sebutan asam

glumatik. Asam amino ini berfungsi sebagai bahan bakar otak yang

mengontrol kelebihan amonia yang terbentuk dalam tubuh akibat proses

biokimia. Secara alami, glutamin di temukan dalam gandum dan kedelai.

l. Asparagin: diperlukan oleh sistem saraf untuk menjaga kesetimbangan dan

diperlukan pula dalam transformasi asam amino. Asparagin di temukan pula

pada daging (segala macam sumber), telur dan susu (serta produk

turunannya).

12

O

OHH2NCH2CH2 CH2

OHH2NCH2CH C

O

H

C NHCH2CH2 C OH

OO

CHOCH2 C

CH2 OH

CH3

O

OHHOCH2CH2

NH2

CH C

O

OHH3CCH2CH2

NH2

d. Asam amino non protein

Ada beberapa asam amino yang terjadi secara alami di dalam makhluk hidup yang

bukan merupakan protein dan strukturnya bukan asam α-amino. Beberapa di

antaranya sering dijumpai dan memainkan peranan penting di dalam metabolism

sel. Sebagai contoh, asam 3-amino propinoat adalah suatu zat pemula di dalam

biosintesis vitamin. Asam pantotenat dan asam 4-amino butanoat terlibat di dalam

jaringan (transmisi) simpul nervus (saraf).

Asam 3-amino propionate Asam 4-amino butanoat

(β-alanin) (γ-amino butirat)

Asam pentotenat

Homo sisteina dan homo sirena adalah diantara asam-asam α-amino yang bukan

penyusun protein. Senyawa ini merupakan senyawa di dalam biosintesis metionina.

Homosisteina Homosirena

e. Pengaruh gugus samping

Berdasarkan atas struktur rantai samping, asam amino dibedakan menjadi asam

amino asam, asam amino basa dan asam amino netral.

13

CH C

Beberapa contoh sebagai berikut:

Asam glutamatSuatu asam amino asam

LisinaSuatu asam amino basa

Valin Suatu asam amino netral

Serina Suatu asam amino netral

Jadi kelebihan gugus –COOH pada suatu asam amino menjadikan asam

amino tersebut termasuk asam amino asam, sedangkan kelebihan gugus –NH2

menjadikan asam amino tersebut masuk kelompok asam amino basa. Asam amino

yang tidak mengandung kelebihan keduanya menjadi asam amino netral. Reaksi-

reaksi terhadap protein juga dapat terjadi pada rantai samping. Misalnya

hemoglobin adalah suatu protein yang mempunyai unit ulang (repeating unit)

terdiri atas 146 unit asam amino. Salah satu dari unit asam amino itu adalah asam

glutamate.

f. Asam amino sebagai ion dipol

Pengukuran pKa dan pKb dari asam amino netral memberikan data pKb = 12 dan

pKa=10. Harga-harga ini adalah sesuai dengan pKa dari –NH3 dan pKb dari gugus

–COO-. Atas dasar itu asam amino netral digambarkan sebagai dwi kutub berikut:

Gambar 1.3 asam amino netral

Pada struktur di atas terlibat adanya satu muatan positif dan satu muatan

negative pada satu molekul ion. Struktur semacam ini dinamakan ion dipole atau

“zwitterions”. Sebagaimana telah diketahui pada reaksi asam dengan basa, maka

14

C

COO-

HH3N

R

ASAM BASA BASA ASAM

BASA ASAM ASAM BASA

H2O +

asam kuat akan menghasilkan basa konjugat lemah dan basa kuat akan

menghasilkan asam konjugat lemah.

CH3OH H+ + CH3O-

H2O H+ + OH-

CH3COOH H+ + CH3COO-

H2O + RNH2 OH- + RNH3+

RNH3 + CI- RNH3 + CI-

RNH3+ + H2O RNH2 + H3O+

RNH3+ + H2O RNH3OH + H+

Dua hal yang dapat disimpulkan berdasarkan informasi diatas yaitu:

a. Gugus –COO- adalah kurang bersifat basa bila dibandingkan dengan gugus –

NH2.

b. Gugus –NH3+ bersifat kurang asam apabila dibandingkan dengan gugus –

COOH.

Adanya ion dipole ini menyebabkan asam amino mempunyai titik leleh yang tinggi

dan kelarutan yang rendah di dalam pelarut organik. Kedua pernyataan di atas

dapat dilihat pada persamaan umum perubahan struktur asam amino akibat

perubahan pH.

Dalam pelarut air, asam amino berupa “Zwiter ion” sehingga dapat bersifat sebagai

asam (proton donor) dan sebagai basa (proton aseptor)

Sebagai asam : H3N+CH(CH3)COO- ↔ H2NCH(CH3)COO- + H+

Sebagai basa : H+ H3N+CH(CH3)COOH

Senyawa yang terdapat asam dan basa seperti asam amino disebut senyawa amfplit

( amfoter ekektrolid )

15

Zwitter-ion

Asam amino dalam bentuk tidak terion (kiri) dan dalam bentuk zwitter-ion. Karena

asam amino memiliki gugus aktif amina dan karboksil sekaligus, zat ini dapat

dianggap sebagai sekaligus asam dan basa (walaupun pH alaminya biasanya

dipengaruhi oleh gugus-R yang dimiliki). Pada pH tertentu yang disebut titik

isolistrik, gugus amina pada asam amino menjadi bermuatan positif (terprotonasi, –

NH3+), sedangkan gugus karboksilnya menjadi bermuatan negatif (terdeprotonasi, –

COO-). Titik isolistrik ini spesifik bergantung pada jenis asam aminonya. Dalam

keadaan demikian, asam amino tersebut dikatakan berbentuk zwitter-ion. Zwitter-ion

dapat diekstrak dari larutan asam amino sebagai struktur kristal putih yang bertitik

lebur tinggi karena sifat dipolarnya. Kebanyakan asam amino bebas berada dalam

bentuk zwitter-ion pada pH netral maupun pH fisiologis yang dekat netral.

g. Sifat-sifat asam dan basa amino

Karena asam amino mengikat gugus amino (NH2) dan gugus karboksil (COOH) di

dalam satu molekul, maka asam amino mempunyai sifat ion ammonium (+NH3) dan

sifat ion karboksilat (COO-), dengan perkataan lain dapat bersifat amfoter yaitu dapat

bersifat asam atau memberikan proton pada basa kuat dan bersifat basa atau

menerima proton pada asam kuat. Persamaan keseimbangan secara umum dari asam

amino dapat dilukiskan sebagai berikut;

R CH CO2H R CHCOO- R CH

COO-

16

+NH3

+ OH-

H+

+NH3

H+

+ OH- OH-

NH2

Asam amino pada pH rendah (bersifat

asam)

(2)

Bentuk ion dipole (netral)

(1)

Asam amino pada pH tinggi 9bersifat

basa)

pH makin tinggi

N2H H

COOH

R

C

NH

H COOH

R

N2H H

COOH

R

Dari persamaan diatas terlihat jelas keamfoteran asam amino. Dalam suasana asam

(pH rendah) struktur (1) mengikat H+ menghasilkan suatu kation (2) sehingga (1)

bersifat basa dan dalam suasana basa (pH tinggi) struktur (1) mengikat OH -

menghasilkan anion (3), sehingga (1) bersifat asam. Keasaman gugus +NH3 lebih

kuat dari pada kebasaan gugus COO-, maka jumlah anion lebih banyak dari pada

kation, sehingga larutan akan bersifat agak asam dan muatan netto adalah negative.

h. Stereokimia asam amino

Asam amino protein merupakan senyawa optic aktif dengan pusat kiral pada atom

karbon alfa dan mempunyai konfigurasi L. secara stereo struktur asam amino

tesebut dapat dilukiskan sebagai berikut:

L-asam amino (S-asam)

Pengertian konfigurasi L didasarkan pada konfigurasi gliseraldehid, yang

dilukiskan mengikuti proyeksi fischer. Apabila struktur umum asam amino juga

dilukiskan menurut proyeksi fischer, maka konfigurasi L adalah apabila gugus

amina (NH2) terletak disebelah kiri.

L (-) – gliseraldehid L-asam amino

Setiap asam α- amino mempunyai satu atau lebih atom karbon tak simetris, kecuali

glisin, tetapi semuanya mempunyai konfigurasi L, karena itu disebut asam amino

L-alfa. Jumlah stereo isomer dari asam amino ditentukan oleh jumlah atom karbon

17

atau atauCN2H H

COOH

RProyeksi ficscher

HO H

CHO

CH2OH

tak simetris yang dimilikinya. Misalnya treonina atau isoleusina, masing-masing

mempunyai dua atom karbon tak simetris.

i. Reaksi asam amino

Karena asam amino mengandung gugus amino dan gugus karbosilat, semua asam

amino akan memberikan reaksi positif dari gugus-gugus fungsi ini. Sebagai contoh,

gugus amino dapat diasetilisasi dan gugus karbosilat dapat diesterkan. Dalam diktat

ini tidak akan dibahas semua reaksi-reaksi kimia dari asam amino, hanya akan

dijelaskan dua reaksi yang cukup penting saja, yang bisa dipakai secara luas untuk

identifikasi dan kuantitasi asam amino.

Reaksi asam amino

Reaksi khas asam amino disebabkan oleh adanya gugus α- karboksil, α- amino,

dan gugus yang terdapat pada rantai samping (R). Enyawa amida, aster dan

asilhalida dapat terbentuk dari asam amino ini.

Reaksi ninhidrin

Reaksi nihidrin dapat dipakai untuk penentuan kuantitatif asam amino. Dengan

memanaskan campuran asam amino dan nihidrin, terjadilah larutan berwarna

biru yang intensitasnya dapat ditentukan dengan cara spektrofotometri. Semua

asam amino dan peptide yang mengandung, gugus α- amino bebas memberikan

reaksi nihidrin yang positif. Prolina dan hidroksi prolina yang gugus asam

aminonya tersubsitusi, memberikan hasil reaksi lain yang berwarna kuning.

Reaksi sanger

Reaksi sanger merupakan reaksi antara gugus α- amino dengan l-fluoro-2, 4-

dinitrobenzena (FDNB). Dalam suasan basa lemah, FDNB bereaksi dengan α-

asam amino membentuk derivate 2, 4-dinitrofetil, disebut DNP- asam amino.

Reaksi ini dipakai untuk penentuan asam amino N-ujung suatu rantai

polipedtida.

FDNB juga bereaksi dengan gugus α- amino dan derivate gugus α- amino yang

terjadi, diidentifikasi dengan cara kromatografi.

Reaksi dansil klorida

Reaksi dansil klorida adalah reaksi antara gugus asam amino denagn l-dimetil-

amino naftalena-5-sulfonil klorida (dansil klorida).

18

Karena gugus dansil mempunyai sifat flouresensi yang tinggi, maka derivate

dansil asam amino dapat ditentukan dengan cara flourometri.

reaksi edman

reaksi edman merupakan reaksi antar α- asam amino dengan fenilisotio-sianat,

yang menghasilkan derivate asam amino feniltiokarbamil. Dalam suasana asam

dalam pelarut nitrometana, yang terakhir ini mengalami siklisasi membentuk

senyawa lingkar feniltiohidantoin.

Hasil reaksi yang terjadi dapat dipisahkan dan diidentifikasi dengan cara

kromatografi. Reaksi edman ini juga dipakai untuk penentuan asam amino N-

ujung suatu reaksi rantai polipeptida.

reaksi basa Schiff

reaksi basa Schiff adalah reaksi reversible antar gugus α- amino dengan gugus

aldehida. Basa Schiff biasanya terjadi sebagai senyawa antara dalam reaksi

enzima antara α- asam amino dan substrat.

reaksi gugus R

gugus SH pada sisteina, hidroksifenol pada tirosina, dan guanidium pada

arginina menunjukkan reaksi khas yang biasa terjadi pada gugus fungsi tersebut.

Gugus sulfihidril pada sisteina bereaksi dengan ion logam berat, dan

menghasilkan merkaptida. Reaksi oksidasi sisteina dengan adanya ion besi,

memberikan hasil senyawa disuffida, dan sistina.

analisia asam amino

prinsip kromatografi partisi dan kromatografi ion dapat dipakai untuk

menganalisa tidak hanya asam amino, tetapi juga peptide, protein, asam nukleat,

nukleotida, lipida dan campuran karbohidrat. Berbagai cara kromatografi dan

elektroforesa asam amino didasarkan pada daya larut dan sifat-sifatnya.

19

j. Isomerisme pada asam amino Dua model molekul isomer optis asam amino alanin

Karena atom C pusat mengikat empat gugus yang berbeda, maka asam amino—

kecuali glisin—memiliki isomer optik: L dan D. Cara sederhana untuk

mengidentifikasi isomeri ini dari gambaran dua dimensi adalah dengan

"mendorong" atom H ke belakang pembaca (menjauhi pembaca). Jika searah

putaran jarum jam (putaran ke kanan) terjadi urutan karboksil-residu-amina maka

ini adalah tipe D. Jika urutan ini terjadi dengan arah putaran berlawanan jarum jam,

maka itu adalah tipe L. (Aturan ini dikenal dalam bahasa Inggris dengan nama

CORN, dari singkatan COOH - R - NH2).

Pada umumnya, asam amino alami yang dihasilkan eukariota merupakan tipe L

meskipun beberapa siput laut menghasilkan tipe D. Dinding sel bakteri banyak

mengandung asam amino tipe D.

3. Peptida

Senyawa peptida merupakan hasil polimerisasi dari asam amino. Molekul-molekul

asam amino terikat satu sama lain dihubungkan oleh gugus amida yang disebut ikatan

peptida yang dibentuk antara gugus NH2 dari asam amino yang satu dengan gugus

COOH dari asam amino yang lain.

20

Dalam disiplin kimia polimer dikenal istilah monomer, oligomer, polimer,

segmer atau satuan antar unit ulang (inter unit linkage). Adapun penetrapan konsep

polimer pada disiplin peptida didapatkan korelasi sebagai berikut:

Asam Amino --- Monomer

Peptida --- Oligomer

Polipeptida --- Polimer

Gugus (-CH-C-NH-) ------ satuan antar unit ulang

Berdasarkan dari keterangan di atas dapat disimpulkan bahwa dalam hal

disiplin ilmu peptida atau protein lebih ditekankan pada satuan antar unit ulang

yang disebut gugus peptida.

Pengertian segmer dalam kimia polimer agak sukar diterapkan dalam

polipeptida, karena segmer yang dimilikinya kurang teratur (memiliki rantai

samping yang beragam). Cukup banyak senyawa peptida yang menarik serta

memegang peranan penting dalam kehidupan. Salah satu diantaranya adalah

piroglutamilhistiridilprolinamida. Senyawa tersebut terdapat dalam kelenjar

hipotalamus sapi dan babi. Jika peptida ini dimasukan dalam tubuh manusia maka

akan merangsang pengeluaran tirotropin yang selanjutnya merangsang pengeluaran

hormon tiroid sebagai pengatur metabolisme dalam tubuh.

1. Ikatan Peptida

Setiap mahluk hidup memiliki beragam protein yang terbentuk dari 20 asam

amino sama jenis yang yang membentuk dunia protein yang beragam. Asam

Amino adalah zat pembangun tubuh, membentuk antibodi,memperbaiki jaringan,

membangun RNA & DNA; menyebarkan oksigen ke seluruh tubuh dan ikut dalam

aktifitas otot. Terdapat sejenis zat medium yang terbentuk dari asam amino yang

mempunyai ciri khas protein, tapi tidak sama dengan protein, yang disebut peptida.

Peptida: asam amino dapat terangkai satu sama lain dalam suatu rantai yang

disebut “Ikatan Peptida”. Ikatan peptida ini dapat disebut juga sebagai ikatan

amida. Kedua puluh macam asam amino saling berikatan, dengan urutan yang

beraneka ragam untuk membentuk protein. Proses pembentukan protein dari asam-

21

R

O

asam amino ini dinamakan sintesis protein. Ikatan antara asam amino yang satu

dengan lainnya disebut ikatan peptida.

Ikatan peptida merupakan ikatan yang terbentuk ketika atom karbon pada

gugus karboksil suatu molekul berbagi elektron dengan atom nitrogen pada gugus

amina molekul lainnya. Reaksi yang terjadi merupakan reaksi kondensasi, hal ini

ditandai dengan lepasnya molekul air ketika reaksi berlangsung. Hasil dari ikatan

ini merupakan ikatan CO-NH, dan menghasilkan molekul yang disebut amida.

Ikatan peptida ini dapat menyerap panjang gelombang 190-230 nm.

Pembentukan Ikatan Peptida

Ikatan peptida dapat dirusak atau diputus dengan melakukan hidrolisis. Ikatan

peptida terbentuk dari protein yang mempunyai kecenderungan untuk putus secara

spontan ketika terdapat air. Dari hasil pemutusan tersebut, dilepaskan energi

sebesar 10 kJ/mol. Namun, proses pemutusan terjadi sangat lambat. Pada

umumnya, organisme menggunakan enzim untuk membantu proses pemutusan atau

pembentukan ikatan peptida untuk mempercepat reaksi.

2. Struktur Peptida dan Tatanama

Peptida adalah merupakan hasil polimerisasi dari asam amino, sehingga

struktur peptida terdiri dari dua atau lebih asam amino. Peptida yang terdiri dari

dua molekul asam amino disebut dipeptida, bila terdiri dari 3, 4,5 dan 6 asam

22

amino disebut tripeptida, tentra peptida, penta peptida, dan heksa peptida. Untuk

peptida yang terdiri dari banyak asam amino disebut polipeptida. Dalam penulisan

struktur peptida, gugus NH2 bebas (sisa NH2) selalu terletak di sebelah kiri yang

disebut dengan ujung N dan gugus COOH bebas (sisa COOH) selalu terletak di

sebelah kanan yang disebut ujung C.

Asam amino yang mengendung ujung –N disebut asam amino terminal –N dan

asam amino yang mengandung ujung –C disebut asam amino terminal –C.

O Ujung C

H2N – CH – C – – NH – CH – COOH

Ujung N R1 R2

Gambar Struktur terminal –N dipeptida

Struktur peptida semuanya sering disingkat dengan menggabung simbol tiga

huruf dari singkatan nama asam amino tertentu yang urutannya sesuai dengan

urutan asam amino penyusun peptida tersebut. misalnya, dipeptida yang terbentuk

dari glisin dan alanin strukturnya mempunyai dua kemungkinan dari glisin dan

alanin strukturnya mempunyai dua kemungkinan yaitu:

O CH3 CH3 O

H2NCH2 – C – NH – CH – COOH H2NCH – C – NHCH2 – COOH

Glisil Alanin (Gly-Ala) Alanil Glisin (Ala-Gly)

Bentuk yang pertama dinamakan Glisil Alanin disingkat (Gly-Ala), sedangkan

bentuk yang kedua dinamakan Alanil Glisin atau disingkat Ala-Gly. Garis yang

menghubungkan singkatan asam amino yang lain adalah menunjukkan ikatan

peptida.

3. Sintesis Peptida Fase Padat

Perbedaan antara sintesis peptida fase padat dengan sintesis peptida klasik

adalah sintesis ini dilakukan dari belakang, di mulai dari atom C terminal ke atom

N terminal , dari kanan ke kiri seperti kita menulis peptida. Sintesis peptida fase

padat digunakan untuk menggabungkan banyak asam amino. Prinsip utama:

membentuk ikatan peptida, sementara salah satu ujungnya terikat secara kimia pada

padatan yang tak larut.

Proses sintesis peptida fase padat:

23

1. Pengikatan gugus karboksil pada asam amino pertama dengan padatan khusus.

2. Penggabungan asam amino pertama dengan asam amino kedua dan seterusnya

dengan terlebih dahulu melepaskan gugus pelindung amino.

3. Penghilangan padatan khusus pada peptida yang terbentuk dengan HBr dalam

CF3COOH.

4. Pelindung gugus amino adalah Boc.

5. Penghilangan pelindung dengan direaksikan dengan HCl di asam asetat.

6. Pengikatan asam amino setelah asam amino pertama dibantu dengan DCC.

4. Struktur protein

Ada 4 tingkat struktur protein yaitu struktur primer, struktur sekunder, struktur

tersier dan struktur kuartener.

1. Struktur primer

Struktur primer adalah urutan asam-asam amino yang membentuk rantai

polipeptida.

Struktur primer protein

Sumber: www.biology.arizona.edu\biochemistry\biochemistry.html, 2003, The

Biology Project-Biochemistry

2. Struktur sekunder

Struktur sekunder protein bersifat reguler, pola lipatan berulang dari rangka

protein. Dua pola terbanyak adalah alpha helix dan beta sheet. Lihat Gambar

2.6.

Gambar 2.6

24

Alpha helix dan beta sheet sebagai struktur sekunder protein

Sumber: www.biology.arizona.edu\biochemistry\biochemistry.html, 2003, The

Biology Project-Biochemistry

Berbagai bentuk struktur sekunder misalnya ialah sebagai berikut:

alpha helix (α-helix, "puntiran-alfa"), berupa pilinan rantai asam-asam amino

berbentuk seperti spiral;

beta-sheet (β-sheet, "lempeng-beta"), berupa lembaran-lembaran lebar yang

tersusun dari sejumlah rantai asam amino yang saling terikat melalui ikatan

hidrogen atau ikatan tiol (S-H);

beta-turn, (β-turn, "lekukan-beta"); dan

gamma-turn, (γ-turn, "lekukan-gamma").

3. Struktur tersier

Struktur tersier protein adalah lipatan secara keseluruhan dari rantai polipeptida

sehingga membentuk struktur 3 dimensi tertentu. Sebagai contoh, struktur

tersier enzim sering padat, berbentuk globuler. Lihat contoh Gambar 2.7.

Struktur tersier dari protein enzim triosa fosfat isomerase (TPI)

25

4. Struktur kuartener

Beberapa protein tersusun atas lebih dari satu rantai polipeptida. Struktur

kuartener menggambarkan subunit-subunit yang berbeda dipak bersama-sama

membentuk struktur protein. Sebagai contoh adalah molekul hemoglobin

manusia yang tersusun atas 4 subunit, yang dipaparkan pada Gambar 2.8.

Struktur hemoglobin yang merupakan struktur kuartener protein

Sumber: www.biology.arizona.edu\biochemistry\biochemistry.html, 2003, The

Biology Project-Biochemistry

5. Kasifikasi protein

1. Berdasarkan komposisi protein dibagi menjadi dua kelompok utama yaitu ;

a. Protein sederhana adalah protein yang pada hidrolisis hanya menghasilkan

asam amino.

b. Protein konjugasi adalah protein yang pada hidrolisis tidak hanya

menghasilkan asam amino.

2. Berdasarkan struktur molekulnya, protein dapat dibagi menjadi 3 golongan

utama, yaitu :

1. Protein Bentuk Serabut (fibrous)

Protein bentuk serabut terdiri atas beberapa rantai peptida berbentuk

spiral yang terjalin satu sama lain sehingga menyerupai batang yang

kaku. Karakteristik protein serabut adalah rendahnya daya larut,

mempunyaikekuatan mekanis yang tinggi dan tahan terhadap enzim

26

pencernaan. Protein ini terdapat dalam unsur-unsur struktur tubuh

(kolagen, elastin, keratin, dan myosin).

2. Protein Globular

Protein globular berbentuk bola, terdapat dalam cairan jaringan tubuh.

Protein ini larut dalam larutan garam dan asam encer, mudah berubah

dibawah pengaruh suhu. Yang termasuk dalam protein globular adalah

(Albumin, Globulin, Histon, dan Protamin).

3. Protein Konjugasi

Protein konjugasi adalah protein sederhana yang terikat dengan bahan-

bahan non asam asam amino. Yang termasuk dalam protein globular

adalah (Nukleoprotein, Lipoprotein, Fosfoprotein dan Metaloprotein)

6. Koenzim

Banyak enzim yang memerlukan koenzim untuk dapat berfungsi aktif sebagai

katalisator. Koenzim akan memperbesar kemampuan katalitik suatu enzim

sehingga jauh melebihi kemampuan yang ditawarkan. Koenzim yang berikatan

secara erat dengan enzim melalui ikatan kovalen atau non kovalen sering disebut

sebagai gugus prostetik. Reaksi-reaksi yang memerlukan koenzim antara lain:

reaksi oksidoreduksi, pemindahan gugus serta isomerisasi, dan reaksi yang

membentuk ikatan kovalen.

Koenzim dan hubungannya dengan beberapa vitamin

1. Koenzim: molekul organic kecil, tahan terhadap panas yang mudah

terdisosiasi dan dapat dipisahkan dari enzimnya dengan cara dialysis.

Contoh: NAD, NADP, ATP.

2. Vitamin: golongan senyawa kimia yang terdapat dalam jumlah kecil

makanan tetapi mempunyai arti penting, sebab jika kekurangan vitamin

maka akan menimbulkan penyakit seperti beri-beri, skorbut, rabun senja,

dan lain-lain.

3. Hubungan keduanya adalah beberapa koenzim mempunyai struktur yang

mirip dengan vitamin tertentu. Pada koenzim tertentu molekul vitamin

menjadi bagian dari molekul tersebut. contohnya ada 9, salah satumya

Niasin. Niasin adalah nama vitamin yang beberapa molekul

nikotinamida/asam nikotinat. Niasin terdapat dalam jaringan hewan

maupun tumbuhan. Daging adalah bahan makanan yang mengandung

27

banyak niasin. Molekul nikotinamida terdapat sebagai bagian dari molekul

NAD+ atau NADP+ yang merupakan koenzim

Unsur-unsur kimia pada sel hidup mengalami berbagai proses dan reaksi. Pada

setiap reaksi kimia organik, dibutuhkan katalisator. Katalisator diperlukan untuk

mempercepat proses reaksi. Namun, katalisator tidak akan berubah dan tidak akan

habis oleh reaksi tersebut. Enzim merupakan suatu biokatalis. Artinya, suatu

katalisator yang disintesis oleh organisme hidup.

Katalisator ada dua macam, yaitu katalisator protein dan katalisator nonprotein.

Contoh katalisator protein adalah enzim, sedangkan yang merupakan katalisator

nonprotein, misalnya H, OH, dan ion logam. Dilihat dari sturkturnya, enzim adalah

protein. Oleh karena itu, enzim memiliki sifat-sifat protein, seperti termolabil, bisa

rusak oleh logam berat (Ag,Pb,Hg), dan dapat terganggu oleh perubahan pH.

1. Perbedaan Enzim dan Koenzim

Ketika mempelajari enzim, Anda pasti akan mengenal koenzim, holoenzim,

dan apoenzim. Koenzim diperlukan agar enzim dapat bekerja. Koenzim adalah

molekul organik nonprotein. Jika enzim dan koenzim disatukan, disebut

holoenzim. Sementara itu, bagian protein holoenzim disebut apoenzim.

Berikut ini adalah perbedaan enzim dan koenzim.

Enzim: biokatalisator, termolabil, memiliki fungsi yang spesifik, mudah

rusak oleh logam berat, pengukuran aktivitasnya dilakukan dengan

kecepatan reaksi enzimatik, memiliki letak tertentu di dalam sel, dan

hanya satu macam reaksi yang mampu dikatalis olehnya.

Koenzim: diperlukan untuk aktivitas enzim tertentu, termostabil,

memiliki berat molekul yang rendah, bisa dikatakan sebagai substrat

kedua, banyak koenzim yang merupakan derivat vitamin B.

2. Enzim Memerlukan Koenzim

Banyak enzim yang megatalisis proses pemindahan gugus dan reaksi lain

memerlukan, di samping substratnya, sebuah molekul organik sekunder yang

dikenal sebagai koenzim karena tanpa koenzim, enzim tersebut tidak aktif.

Koenzim akan memperbesar kemampuan katalitik sebuah enzim sehingga

menjadi jauh melebihi kemampuan yang ditawarkan hanya oleh gugus

fungsional asam aminonya, yang menyusun massa enzim tersebut. Koenzim

yang berikatan secara erat dengan enzim lewat ikatan kovalen atau gaya

28

nonkovalen kerap kali disebut sebagai gugus prostetik.. Koenzim yang mampu

berdifusi secara bebas umumnya berfungsi sebagai unsur pembawa (yang

didaur ulang secara kontinu) hydrogen (FADH), hidrida (NADH dan NADPH),

atau unit-unit kimia seperti gugus asil (koenzim A) atau gugus metil (folat),

membawanya bolak-balik antara tempat pembentukannya dan pemakaiannya.

Oleh karena itu, koenzim yang disebut belakangan ini dapat dianggap sebagai

substrat sekunder.

Jenis-jenis enzim yang membutuhkan koenzim adalah enzim yang mengatalisis

reaksi oksidoreduksi, pemindahan gugus serta isomerisasi, dan reaksi yang

membentuk ikatan kovalen (kelas IUB 1,2,5, dan 6). Reaksi lisis, termasuk

reaksi hidrolisis yang dikatalisis oleh enzim-enzim pencernaan, tidak

memerlukan koenzim.

3. Koenzim Dapat dianggap Sebagai Subtrat Sekunder

Untuk dua laasan penting, akan sering kali membantu untuk menganggap

koenzim sebagai substrat sekunder. Alasan pertama, perubahan kimia di dalam

koenzim terjadi tepat mengimbangi perubahan kimia yang berlangsung di

dalam substrat. Sebagai contoh, dalam reaksi oksideruduksi, jika satu molekul

substrat dioksidasi, satu molekul koenzim akan direduksi.

Alasan kedua untuk memberi koenzim penghargaan yang sama adalah bahwa

aspek reaksi ini mungkin mempunyai makna fisiologik mendasar yang lebih

besar. Sebagai contoh, peran penting kmampuan otot yang bekerja secara

anaerob untuk mengubah piruvat menjadi laktat tidak terletak pada piruvat

ataupun laktat. Reaksi tersebut semata-mata bertujuan mengoksidasi koenzin

NADH yang tereduksi menjadi NAD+. Tanpa NAD+ glikolisis tidak dapat

berlanjut dan sintesis ATP Anaerob (dan dengan demikian, aktivitas kerjannya)

akan terhenti. Di bawah keadaan anaerob, reduksi piruvat menjadi laktat

menghasilkan oksidasi ulang NADH dan memunkinkan sintesis ATP. Reaksi

lain dapat melakukan funsi ini sama baiknya. Sebagai contoh pada bakteri atau

ragi yang tumbuh secara anaerob, metabolit yang berasal dari piruvat bertindak

secara oksidan bagi NADH dan mereka sendiri berada dalam keadaan

tereduksi.

Tabel . Mekanisme bagi regenerasi Anaerob NAD+

29

Oksidan Produk Tereduksi Bentuk Kehidupan

Piruvat

Asetaldehid

Dihidroksiasoto

n fosfat

Fruktosa

Laktat

Etanol

a-Gliserofosfat

Matinol

Otot, bakteri laktat, ragi

(yeast) Eschrichia coli

bakteri heterolaktat

Fungsi Koenzim sebagai Reagensia Pemindah Gugus

Tipe reaksi biokimia pemindahan gugus

D – G + A A – G + D

Yang memindahkan gugus molekul fungsional (G) dari molekul donor (D-G)

kepada sebuah molekul aseptor akhir (misal, reaksi dahidrogenasi) atau sebagai

pembawa gugus intermediet (misal, reksi transaminasi). Diagram berikut

melukiskan konsep yang disebut terakhir ini.

D – H KoE A – H

D KoE - H A

Meskipun diagram ini mengesankan pembentukan hanya satu kompleks KoE-

G tunggal saat berlangsungnya seluruh reaksi, sebenarnya ada berbagai kompleks

intermediet KoE-G yang dapat terlibat dalam suatu reaksi tertentu (misal,

transaminasi).

Jika gugus yang dipindahkan merupakan hydrogen, adalah biasa untuk

menggambarkan hanya “separuh reaksi” di sebelah kiri:

D – H KoE

D KoE - H

Bahwa hal ini sebenarnya merepresentasikan hanya suatu kasus khusus dari

pemindahan gugus yang biasa dapat paling mudah dipahami dalam pengertian reksi

yang berlangsung di dalam sel utuh.

30

Untuk pemindahan gugus bukan hydrogen:

Vitamin B membentuk bagian dalam struktur banyak koenzim. Vitamin B

nikotinamida, tiamin, riboflafin dan asam pantotenat merupakan unsur esensial

yang membentuk koenzim bagi oksidasi serta reduksi biologik, dan koenzim

kobamida serta asam folat berfungsi dalam metabolisme satu karbon. Banyak

koenzim mengandung adenin, ribose, serta fosfat, dan merupakan darivat adenosin

monofosfat (AMP). Contoh-contohnya mencakup NAD+ dan NADP+.

Karakteristik koenzim:

1. Merupakan senyawa organik dengan berat molekul kecil; non protein

2. Stabil terhadap panas

3. Banyak diperlukan untuk aktivitas Enzim kecuali Enzim pencernaan (reaksi

hidrolitik)

4. Terikat pada Enzim ada yang secara kovalen (prostetik) kebanyakan non kovalen

5. Dianggap sebagai substrat ke-2

Klasifikasi koenzim

1. Pemindah gugus H

NAD+ , NADP+, FMN, FAD As. Lipoat, co-Enzim Q

kebanyakan derivat vit. B dan adenosin monopospat.

2. Pemindah gugus selain H

Gula phosphat

CoA.SH

KoEnzim folat

KoEnzim kobomida (vit. B12)

As. Lipoat

Thiamin piropospat

Piridoksal pospat

Biotin

Gula fosfat

Dalam peranannya ,enzim sering memerlukan senyawa organik tertentu selain

protein. Ditinjau dari fungsinya, dikenal adanya koenzim yang berperan sebagai

pemindah hidrogen, pemindah elektron, pemindah gugusan kimia tertentu (“group

transferring”) dan koenzim dari isomerasa dan liasa.

31

Tabel 2. Contoh-contoh koenzim dan peranannya

No Kode Singkatan dari Yang dipindahkan

1. NAD Nikotinamida-adenina dinukleotida Hidrogen

2. NADP Nikotinamida-adenina dinukleotida

fosfat

Hidrogen

3. FMN Flavin mononukleotida Hidrogen

4. FAD Flavin-adenina dinukleotida Hidrogen

5. Ko-Q Koenzim Q atau Quinon Hidrogen

6. Sit Sitokrom Elektron

7. Fd Ferredoksin Elektron

8. ATP Adenosina trifosfat Gugus fosfat

9. PAPS Fosfoadenil sulfat Gugus sulfat

10. UDP Uridina difosfat Gula

11. Biotin Biotin Karboksil (CO2)

12. Ko-A Koenzim A Asetil

13. TPP Tiamin pirofosfat C2-aldehida

DAFTAR PUSTAKA

32

Lehningger, Albert L. 1982. Dasar-dasar Biokimia (jilid 1). Jakarta: Erlangga

Muhamad Wirahadi Kusumah. 1977. Biokimia (protein, enzim, dan asam nukleat).

Bandung: ITB

Purwo Arbianto. 1994. Biokimia (konsep-konsep dasar). Jakarta : Departemen pendidikan

dan kebudayaan

Sabirin Matsjeh, dkk. 1994. Kimia Organik II. Yogyakarta :Departemen pendidikan dan

kebudayaan

Stryer L, 1996, Biokimia, Edisi IV, Penerjemah: Sadikin dkk (Tim Penerjemah Bagian

Biokimia FKUI), Jakarta: EGC

www.biology.arizona.edu\biochemistry\biochemistry.html, 2003, The Biology Project-

Biochemistry, Edisi: 28 Januari 2003

33