Kuliah Biokimia 5 Protein universitas bengkulu

Kuliah Biokimia 5: ProteinDrs. Hery Haryanto, MSc.

fungsi protein, macam asam amino, polaritas asam aminosifat asam basa dari asam amino,sifat optik asam amino,ikatan peptida, struktur protein.

Email : [email protected]

PendahuluanSecara umum, penyusun utama dari sel adalah air, yang dapat mencapai prosentase 70-80%, sisanya merupakan molekul-molekul (dikenal sebagai biomolekul) masing-masing proporsinya adalah

50% protein, 15% asam nukleat,15% karbohidrat,10% lipida, dan

10% lain-lain molekul.

Dilihat dari komponen sel diatas, protein merupakan biomolekul yang tinggi prosentasenya, sehingga tentunya protein mempunyai peranan penting dalam segala aspek proses biologi. Protein berfungsi sebagai : biokatalis (enzim), sarana transportasi, pergerakan, penopang mekanis, kekebalan tubuh, transduksi sinyal, pengendali pertumbuhan dan differensiasi sel.


PendahuluanProtein adalah polimer asam amino. Berbeda dengan polisakarida, protein merupakan heteropolimer, karena satuan penyusun asam amino ada 20 jenis asam amino. Pada rantai polimer asam amino, tiap asam amino satu sama lain terikat pada ikatan peptida. Ikatan peptida adalah ikatan yang terbentuk dari 2 asam amino, antara gugus karboksil suatu asam amino, dengan gugus amino dari asam amino lainnya.


Fungsi ProteinProtein mempunyai peranan penting dalam segala aspek proses biologi. a. Enzim katalis/biokatalisator. Semua proses reaksi dalam sistem biologi dikatalisis oleh enzim. Enzim

mempunyai kemampuan katalisis yang sangat mengagumkan, dengan menaikkan laju reaksi kimia jutaan kali.

b. Alat transport dan gudang penyimpan. Banyak molekul dan ion ditransport oleh protein. Contohnya hemoglobin sebagai alat transport oksigen dalam darah, dan mioglobin untuk alat transport oksigen pada otot. Zat besi(Fe) diangkut dalam plasma darah oleh protein transferrin, dan disimpan dalam molekul dalam hati bersama protein komplek ferritin.

c. Pergerakan yang terkoordinasi. Kontraksi otot merupakan proses pergeseran antara 2 buah proteinfilamen. Pergerakan flagella dari spermatozoa atau mikroorganisme juga merupakan fungsi pergeseran protein filamen.

d. Penopang mekanis. Kekuatan tulang dan otot kita tidak lepas dari keberadaan protein kolagen yang tersusun sebagai serabut yang menopang sel dan jaringan pengikat.

e. Perlindungan kekebalan tubuh (immunitas). Kita dapat sembuh dan survive dari berbagai penyakit berkat perlindungan dari protein antibodi. Antibodi menetralisis substansi penyusup/antigen (virus, bakteri, dan agen penginfeksi yang lain) ke dalam tubuh kita dan antibodi dapat membedakan antara antigen (non-self) dan molekul sendiri (self).

f. Perantara dan transmisi impulse. Tanggapan terhadapan rangsang tertentu dimediasi oleh protein reseptor yang ada permukaan membran sel. Contohnya, protein rhodopsin merupakan reseptor terhadap cahaya yang terhadap sel batang retina.

g. Pengendali pertumbuhan dan differensiasi. Pertumbuhan dan differensiasi sel merupakan produk dari ekspresi informasi genetik yang dikontrol oleh berbagai protein pada setiap tahapan.

Protein tersusun atas asam amino

Asam amino adalah unit monomer protein. Pada tumbuhan dan hewan terdapat 200 macam asam amino, tetapi yang menjadi penyusun protein hanya 20 macam saja. Asam amino mempunyai gugus fungsional karboksil (-COOH) dan amina (-NH2) yang terikat pada karbon alfa. Selain itu pada karbon alfa juga melekat gugus radikal (R) yang menjadi ciri aneka ragam asam amino.

Kedua puluh asam amino yang terdapat pada protein dibedakan menurut substitusi gugus R pada atom a-karbonnya.


Pengelompokan asam amino

A. Asam Amino dengan gugus R alifatisB. Asam amino non-aromatik dengan

gugus R hidroksilC. Asam Amino dengan gugus R mengandung

SulfurD. Asam amino bersifat asam dengan amidaE. Asam amino bersifat basaF. Asam amino dengan cincin aromatikG. Asam imino

Asam Amino dengan gugus R alifatis

Asam amino

Simbol Struktur kimia pK1(COOH)

pK2(NH2)

pKR group

Glycyne Gly-G 2,4 9,8

Alanine Ala-A 2,9 9,9

Valine Val-V 2,2 9,7

Leucine Leu-L 2,3 9,7

Isoleucinei Ile-I 2,3 9,8

Asam amino non-aromatik dengan gugus R hidroksil

Asam amino


pK2(NH2)

pKR group

Serin Ser- S 2,2 9,2 13

Threonin Thr- T 1,1 11 13

Asam Amino dengan gugus R mengandung SulfurAsam amino


pK2(NH2)

pKR group

Cysteine Cys - C 1,9 10,8 8.3

Methionin Met - M 2,1 9,3

Asam amino bersifat asam dengan amidaAsam amino


pK2(NH2)

pKR group

Asam Aspartate

Asp - D 2,0 9,9 3,9

Asparagine Asn - N 2,1 8,8

Asam glutamate

Glu - E 2,1 9,4 4,1

Glutamine Gln - Q 2,2 9,1

Asam amino bersifat basaAsam amino


pK2(NH2)

pKR group

Arginin Arg- A 1,8 9,1 2,5

Lysine Lis - K 2,2 9,2 10,8

Histidin His - H 8.0 9,2 6,0

Asam amino dengan cincin aromatikAsam amino Simbol Struktur kimia pK1

(COOH)pK2

(NH2)pKR

group

Phenylalanine Phe - F 2,2 9,2

Tyrosine Tyr - Y 2,2 9,1 10,1

Tryptophane Trp - W 2,4 9,4

Asam iminoAsam amino Simbol Struktur kimia pK1

(COOH)pK2

(NH2)pKR

group

Proline Pro - P 2.0 10,6

Polaritas asam amino

Berdasarkan polaritas ke 20 asam amino ada yang bersifat non polar dan ada yang polar. Asam amino non polar bersifat hidrofobik, sedang yang polar bersifat hidrofilik.Asam amino hidrofobik berkecendrungan untuk menghindari lingkungan berpelarut air, sehingga asam amino tersebut akan menempatkan diri pada bagian dalam dari pada pelipatan protein, tidak terionisasi, dan tidak pula berpartisipasi dalam pembentukan ikatan hidrogen.Sebaliknya asam amino hidrofilik akan berinteraksi dengan lingkungan berpelarut air, terlibat dalam pembentukan ikatan hidrogen, menempatkan dirinya pada bagian eksterior protein, atau bagian reaktif dari suatu enzim.

Asam aminoBerdasarkan sifatnya kimiawi gugus R itulah, beberapa asam

amino dikelompokkan ada yang bersifat A. non polar : glisin, alanin, valin, leusin, isoleusin, metionin,

prolin, fenil alanin, triptofan.B. bersifat polar bermuatan parsial : serin, treonin, asparagin,

glutamin, tirosin dan sistein.C. bersifat polar bermuatan : lisin, arginin, histidin, asam

aspartat, dan asam glutamat.

Asam amino bersifat hidrofobik

Asam amino bersifat hidrofilik

Asam amino bersifat antara hidrofobik dan hidrofilik

Jenis asam amino yang gugus R bersifat non polar

Alanin, Isoleusin, Leusin, Asparagin, Asparagin, Metionin, Sistein, Fenil alanin,Prolin, Glutamin, Triptofan, Glisin, Valin, Histidin, Serin, Treonin, Tirosin

Jenis asam amino yang gugus R bersifat polar parsial

bermuatan - : Asam aspartat, Asam glutamatbermuatan + : Arginin, Lisin

Fungsi asam amino di dalam badan manusia adalah

1. Sebagai penyusun protein2. Sebagai prekursor (bahan baku) untuk

membuat asam amino spesifik yang berfungsi fisiologis khusus, misalnya- Histamin = modifikasi histidin, untuk reaksi-reaksi anti alergi- Dopamin (neurotransmitter syaraf tepi) yang berasal dari L-DOPA = L- Dihidroksifenil alanin, merupakan modifikasi fenil alanin.

Anda perlu Tahu !

Kekurangan Dopamin menyebabkan penyakit Parkinson (otot tulang tungkai lengan bergerak tanpa dapat dikontrol oleh kesadaran). Penyakit Parkinson yang diderita mantan petinju kelas berat Mohammad Ali, dapat diringankan penderitaannya dengan konsumsi L-DOPA.Dopamin juga merupakan prekursor senyawa berikut ini:a. Nor-epineprin yang berperanan penting untuk neurotransmitter pada syaraf tepi. b. Hormon Epineprin, merupakan hormon pada medula adrenalis yangberfungsi mengatur kadar pembebasan glukosa dari glikogen dan fungsi saraf tepi.c. Hormon tiroksin, yang berperanan penting untuk mengatur pertumbuhan. Kekurangan tiroksin pada masa balita menyebabkan penyakit kretinisme. Kekurangan tiroksin ada hubungannya dengan defisiensi mineral yodium. Pada orang dewasa kekurangan yodium menyebabkan penyakit gondok

Sifat asam-basa dari asam amino

Gugus a-COOH dan a-NH2 pada asam amino dapat terionisasi, sebab gugus R ada yang bersifat asam dan basa. Sehingga persamaan reaksi keseimbangannya da[at ditulis sebagai berikut

R-COOH ↔ R-COO- + H+

R-NH3+ ↔ R-NH2 + H+

Pada reaksi keseimbangan tersebut asam amino menunjukkan sifat 2 buah gugus asam lemah. Gugus karboksil menunjukkan lebih kuat dibandingkan dengan gugus aminonya. Pada pH fisiologis (sekitar 7,4) gugus karboksil tidak membebaskan H+ , sedang gugus amino akan membebaskan H+. Suatu asam amino dengan gugus R tidak terionisasi dalam keadaan netral polaritasnya pada pH tertentu disebut zwitterion.Kekuatan asam dari gugus karboksil, amino, dan gugus R yang dapat terionisasi pada sebuah asam amino dapat didefinisikan oleh konstanta asosiasi, Ka atau biasanya dinyatakan sebagai log negatif dari Ka, yakni pKa. Muatan bersih (merupakan hasil penjumlahan semua muatan pada gugus-gugusnya) pada asam amino, peptida, atau protein sangat tergantung dari keadaan pH lingkungannya. Sehingga perubahan pada pH larutan suatu asam amino atau protein akan merubah muatan bersih dari asam amino atau protein tersebut. Fenomena dapat diobservasi selama proses titrasi suatu asam amino atau protein. Pada waktu muatan bersih suatu larutan asam amino atau protein dalam keadaan NOL, maka pH larutan tersebut dikatakan sebagai ekuivalen terhadap titik isoelektrik, pI.

Sifat optik dari asam amino

Atom karbon yang mengikat 4 gugus fungsi yang berbeda dikatakan sebagai C kiral atau asimetrik. Dari 20 macam asam amino tersebut di atas, hanya asam amino glisin yang tidak mempunyai C kiral. Adanya C kiral dapat menunjukan sifat optik aktif, yakni dapat memutar bidang polarisasi. Bila memutar ke kanan dinamakan sebagai dextrorotatory (putar kanan), bila ke kiri sebagai levorotatory (putar kiri). Semua asam amino pada protein menunjukan konfigurasi stereo seperti L-gliseraldehid. Sehingga semua asam amino adalah L-a-asam amino. D- a-asam amino jarang djumpai dalam protein, merskipun dapat dijumpai di alam, yakni pada antibiotika polipeptida.Gugus R pada asam amino dapat menyerap sinar ultra violet pada kisaran panjang gelombang 280 nm. Kemampuan untuk menyerap ultra violet (UV) tersebut karena keberadaan asam amino triptofan yang dapat menyerap sinar UV.

Ikatan Peptida

Pembentukan ikatan peptida merupakan reaksi kondensasi antara gugus karboksil dari salah satu asam amino dengan gugus amina dari asam amino berikutnya dengan melepaskan sebuah molekul air yang menyebabkan polimerisasi asam amino untuk membentuk peptida dan protein. Peptida adalah bentuk yang terdiri dari hanya beberapa asam amino. Misalnya beberapa hormon, neurotransmitter, antibiotika, dan agen anti-tumor adalah peptida Protein adalah bentuk polipeptida yang jumlahnya residu asam amino sangat banyak.

Struktur Protein

Ada 4 tingkatan struktur protein yaitu : Struktur Primer, Sekunder, Tersier, dan Quartener.

1. Struktur Primer ialah susunan linear polipeptida yang tersusun atas urutan/sikuen asam-asam aminonya yang jenis-jenisnya berurutan menurut kombinasi yang ditentukan oleh kode genetik di dalam mRNA.

Struktur primer protein heksokinase

5 10 15 20 25 301 A A S X D X S L V E V H X X V F I V P P X I L Q A V V S I A31 T T R X D D X D S A A A S I P M V P G W V L K Q V X G S Q A61 G S F L A I V M G G G D L E V I L I X L A G Y Q E S S I X A91 S R S L A A S M X T T A I P S D L W G N X A X S N A A F S S121 X E F S S X A G S V P L G F T F X E A G A K E X V I K G Q I151 T X Q A X A F S L A X L X K L I S A M X N A X F P A G D X X181 X X V A D I X D S H G I L X X V N Y T D A X I K M G I I F G211 S G V N A A Y W C D S T X I A D A A D A G X X G G A G X M X241 V C C X Q D S F R K A F P S L P Q I X Y X X T L N X X S P X271 A X K T F E K N S X A K N X G Q S L R D V L M X Y K X X G Q301 X H X X X A X D F X A A N V E N S S Y P A K I Q K L P H F D331 L R X X X D L F X G D Q G I A X K T X M K X V V R R X L F L361 I A A Y A F R L V V C X I X A I C Q K K G Y S S G H I A A X391 G S X R D Y S G F S X N S A T X N X N I Y G W P Q S A X X S421 K P I X I T P A I D G E G A A X X V I X S I A S S Q X X X A451 X X S A X X A

Di atas adalah sikuen asam amino dari protein hexokinase dari jamur Saccharomyces cerevisiae. Catatan : A = alanin, S = serin, D = asaparagin, G = glisin, dan sebagainya (lihat kode notasi macam asam amino).

Struktur primer protein

Sikuen asam amino terbentuk melalui sintesis protein yang diarahkan oleh mRNA. Sikuen polimer protein terdiri atas urutan asam-asam amino,.

Struktur Sekunder Protein

Struktur Sekunder, ialah struktur tiga dimensi dari susunan primernya. Struktur sekunder protein ada dua : Struktur α-heliks dan β-pleated sheetStruktur sekunder a-heliks : Susunan berpilin spiral membentuk untaian alpha heliks. Untaian berpilin alpha heliks distabilkan oleh ikatan hidrogen antara residu gugus karboksil dengan residu amino dari unit asam amino yang berbeda. Pada diagram di sebelah menggambarkan bagaimana struktur sekunder alfa heliks terbentuk : hanya karbon alfa yang diperlihatkan setiap asam amino, karbon alfa membentuk rantai utama polipeptida, ikatan hidrogen antara residu gugus karboksil (asam amino ke n) dengan residu amino dari unit asam amino yang ke n+4


Struktur Sekunder, ialah struktur tiga dimensi dari susunan primernya. Struktur sekunder protein ada dua :Struktur α-heliks dan β-pleated sheetStruktur sekunder lembaran β (β-pleated sheet). Pada suatu model protein, struktur sekunder β−pleated sheet digambarkan sebagai pita dengan arah anak panah, sementara struktur sekunder α-heliks digambarkan sebagai pita heliks.


Pada suatu model protein, struktur sekunder β−pleated sheet digambarkan sebagai pita dengan arah anak panah, sementara struktur sekunder α-heliks digambarkan sebagai pita heliks.

3. Struktur Tersier

Pelipatan spiral secara berlekuk-lekuk membentuk suatu unit struktur yang padat dan hampir bulat (globuler). Contoh protein globuler Hemoglobin, dan Immunoglobulin. Hemoglobin terdapat sel darah merah yang berfungsi untuk pembawa asam lemak di dalam darah.Immunoglobulin, ialah protein globulin yang juga terdapat pada serum darah, berguna untuk antibodi pada sistem kekebalan.

4. Struktur Kuarterner,

ialah susunan yang terbentuk dari dua atau lebih sub-unit struktur tersier. Hubungan antara sub-unit satu dengan lainnya melalui ikatan asosiasi kimia.

Struktur quarterner

Protein fibrousProtein globuler

Kuliah Biokimia 5 Protein universitas bengkulu

Documents

Transcript of Kuliah Biokimia 5 Protein universitas bengkulu