MODUL 2

ASAM AMINO DAN PROTEIN

Tujuan Pembelajaran:

Mahasiswa mampu menjelaskan tentang unsur penyusun, sifat, rumus kimia,

struktur , dan jenis asam amino standar, serta mengklasifikasikan asam amino

standar berdasarkan rantai sisinya. Selain itu, mahasiswa mampu menjelaskan

tentang pembentukan protein dari asam amino melalui ikatan peptida, urutan

asam amino dalam protein, struktur protein, jenis, sifat dan fungsi protein.

Asam amino

Asam amino, peptida dan protein merupakan komponen makro yang penting dalam

sistem pangan. Asam amino merupakan prekursor penyusun peptida dan protein. Struktur

peptida dan protein disusun oleh deretan asam amino yang dihubungkan satu sama lain melalui

ikatan kovalen yang disebut ikatan peptida. Peptida memiliki deretan asam amino yang pendek,

sedangkan protein merupakan molekul yang besar dan kompleks yang disusun oleh lebih dari

100 buah residu asam amino.

Jenis peptida dan protein berbeda akan membentuk struktur kimia dan sifat fisikokimia

yang berbeda pula tergantung jenis dan deretan asam amino penyusunnya. Sebagai contoh,

protein yang mengandung banyak residu asam amino polar (misalnya albumin dan globulin)

akan lebih larut dalam air, sebaliknya protein dengan kandungan asam amino non-polar lebih

banyak (misalnya gliadin dan glutenin) akan kurang larut dalam air.

Protein merupakan molekul yang sangat penting baik dalam system biologis,

kontribusinya sebagai sumber nutrisi maupun dalam mempengaruhi kualitas pangan. Dalam

system bologis, protein berperan sebagai zat pengatur dan pembangun jaringan, mempunyai

aktivitas biologis sebagai hormone, enzim, penghambat kerja enzim (inhibitor enzim), antibody

dan lain lain. Sebagai sumber nutrisi, protein menyumbangkan energy yang sama dengan

karbohidrat yaitu 4 Kkal/gram. Sedangkan dalam proses pangan, protein dapat berperan dalam

mempengaruhi karakteristik produk pangan, misalnya mengentalkan, membentuk gel,

menstabilkan emulsi, membentuk buih, membentuk flavor dan sebagainya.

Protein dapat diperoleh dari tanaman dan hewan, misalny kacang-kacangan, biji-bijian,

ikan, unggas. Kandungan protein dalam bahan pangan bervariasi. Selain itu, protein juga dapat

ditemui pada alga, khamir, dan bakteri (misalnya single cell protein).

5

Bab ini membahas protein dengan cakupan sebagai berikut: a. Asam amino sebagai

prekursor penyusun struktur protein, yang mencakup struktur kimia, jenis, pengelompokkan,

tatanama, sifat fungsional dan reaksi-reaksi kimia yang melibatkannya, b. struktur kimia peptide

dan polipeptida (protein), pengelompokannya, sifat fungsionalnya dan reaksi-reaksi kimia yang

melibatkannya dan c. peranan protein dalam proses pengolahan pangan.

Fungsi protein bagi tubuh antara lain sebagai pengatur, pembangun, dan menentukan

aktivitas biologis (contohnya hormon, enzim dll). Sebagai enzim, protein berfungsi mengkatalisis

reaksi suatu substrat A menjadi produk B. Protein pengangkut berfungsi mengikat dan

membawa molekul ligan (seperti hemoglobin). Protein penyimpan contohnya ovalbumin,

ferretin, kasein. Protein kontraktil yang berfungsi untuk berkontraksi, perubahan bentuk (aktin

dan myosin), protein structural untuk menopang bentuk (serat kolagen dari suatu tendon),

elastin dll, protein pertahanan untuk melindungi tubuh dari serangan dari luar tubuh (contoh

protein antibody), fibrinogen, thrombin. Protein pengatur yang berfungsi mengatur metabolisme

tubuh contohnya hormon, dan faktor transkripsi. Kebutuhan protein untuk tubuh setiap hari

sebesar 1g perkilogram berat badan.

Struktur kimia

Asam amino adalah senyawa organik penyusun protein yang memiliki dua buah gugus

fungsional primer, yaitu gugus amin (-NH2) dan gugus karboksil (-COOH). Kedua gugus

fungsional tersebut terikat melalui ikatan kovalen pada atom karbon primer atau karbon α. Atom

karbon α merupakan pusat kiral, yaitu dapat memutar sinar bidang polarisasi menuju suatu arah

atau kebalikannya. Pada karbon α tersebut, terikat juga atom hydrogen (disebut juga hydrogen

α) dan gugus R (rantai karbon). Struktur umum dari asam amino dapat dilihat pada Gambar di

bawah ini.

6

Gambar…Struktur umum asam amino

Kelompok Asam amino Berdasarkan Sifat Kepolaran

a. Asam amino non-polar, mempunyai gugus samping/ residu yang memiliki gugus alifatik

yaitu yang tersusun dari gugus hidrokarbon yang bersifat hidrofobik. Termasuk

kelompok ini adalah: glisin, alanin, valin, leusin, metionin, isoleusin

b. Asam amino yang memiliki gugus samping berupa gugus aromatik yang tersusun dari

struktur cincin aromatik atau sulfur, yaitu fenilalanin, tirosin, triptofan.

7

c. Asam amino polar karena memiliki gugus samping yang tidak bermuatan karena

mengandung gugus hidroksil atau gugus amino dan bersifat hidrofilik (dapat membentuk

ikatan hidrogen. Termasuk kelompok ini antara lain: serin, treonin, sistein, prolin,

asparagin, glutamin

d. Asam amino yang mempunyai gugus samping bermuatan positif. Gugus samping ini

mempunyai gugus amida yang dapat membentuk ion positif pada pH di bawah 7.0.

Yang termasuk kelompok ini yaitu: lisin, arginin, histidin.

8

e. Asam amino memiliki gugus samping bermuatan negatif, karena terdapat gugus COOH

yang dapat membentuk ion negatif pada pH di atas 7.0. Termasuk kelompok ini: asam

aspartat, asam glutamat.

Adapun struktur kimia dan singkatan asam amino yang dipakai dalam literature

Asam amino Singkatan

L-Alanine Ala / AL-Arginine Arg / R

L-Asparagine Asn / NL-Aspartic acid Asp/ D

L-Cysteine Cys / CL-Glutamic acid Glu / E

L-Glutamine Gln / QGlycine Gly /G

L-Histidine His / HL-Isoleucine Ile / IL-Leucine Leu / LL-Lysine Lys / K

L- Methionine Met / ML-Phenylalanine Phe / F

L-Proline Pro / PL-Serine Ser / S

L-Threonine Thr / TL-Tryptophan Trp / W

L-Tyrosine Tyr / YL- Valine Val / V

SIFAT ASAM AMINO

a. Isomer: Setiap asam amino (kecuali glisin) memiliki dua bentuk molekul yang sama,

namun masing-masing memiliki arah perputaran atom yang berbeda dalam ruangan.

Ibarat gambaran dalam cermin, molekul asam amino yang memiliki tangan kiri dan

9

kanan yang disebut dengan chiral dan gambaran cermin disebut dengan

enansiomer.

b. Sifat ionisasi: Di dalam larutan, asam amino terionisasi dan dapat bersifat sebagai

asam atau basa (bersifat amfoter). Dalam keadaan dipolar (zwitterion), dimana

gugus amin dan karboksil berionisasi (zwitterion), asam amino memiliki kelarutan

yang minimal. Selain itu asam amino memiliki titik isoelektrik yaitu suatu kondisi

dimana pH pada saat molekul asam amino tersebut tidak bermuatan. Sedangkan

nilai pK yaitu pH pada saat gugus amino dan karboksil 50% terionisasi dan 50%

tidak terionisasi. Contoh ionisasi asam amino glisin

c. Beberapa asam amino dalam suatu protein memiliki muatan listrik dalam bahan

yang berbeda, dan tergantung pada pH dalam media dimana protein tersebut

ditemukan. Molekul protein yang disebut amfoterik, karena asam amino tersebut

memiliki potensi fungsi sebagai asam maupun basa, tergantung pH. Pada titik

10

isoelektrik, jumlah muatan positif dan negatif sama, dan pada kondisi tersebut

protein memiliki kelarutan yang terendah.

d. Polimerisasi: beberapa asam amino bergabung membentuk polimer tertentu. Ada

beberapa jenis polimerisasi yaitu dipeptida, jika dua asam amino berikatan;

oligopeptida jika lebih dari dua asam amino bergabung; polipeptida, jika banyak

asam amino berikatan. Antar asam amino satu sama lain dihubungkan dengan

dengan ikatan peptida. Ikatan peptida merupakan ikatan kovalen yang

menghubungkan antara gugus amin (-NH2) pada asam amino pertama dengan

gugus karboksil (-COOH) pada asam amino kedua. Pada saat terbentuk ikatan

peptida, 1 molekul air dibebaskan (polimerisasi kondensasi). Ikatan peptida lebih

pendek dan lebih kuat daripada ikatan C-C, tetapi lebih lemah dibanding C=C. Selain

itu, ikatan peptida tidak dapat berotasi secara bebas. Berikut gambaran ikatan

peptide yang menghubungkan beberapa asam amino.

Gambar:…Ikatan peptide

Pembentukan ikatan peptide untuk membentuk struktur protein/peptide dapat dilihat dari

gambar berikut ini:

11

Struktur Protein

Struktur protein dibagi menjadi 4 bagian yaitu struktur primer, struktur sekunder, struktur

terter dan struktur kuarterner. Struktur primer adalah merupakan sekuen linier dari asam-asam

amino dari mulai ujung nitrogen sampai ke ujung karbon. Misalnya NCC-NCC-NCC-NCC-NCC-

NCC-NCC-NCC. Struktur sekunder, merupakan struktur yang teratur dengan orientasi asam

amino dalam ikatan peptide disebabkan karena ikatan H pada ikatan alfa heliks dan lembaran

beta. Struktur tertier, merupakan struktur tiga dimensi bentuk konformasi disebabkan adanya

interaksi elektrostatik lemah antar atom-atomnya. Bentuk terbanyak dari protein adalah globular

(bulat). Struktur kuarterner merupakan gabungan dari dua atau lebih polipeptida atau interaksi

sub-unit yang menghasilkan bentuk unik. Berikut gambaran struktur protein:

Jenis-jenis Protein

Jenis-jenis protein meliputi protein globular, protein serat, dan protein konjugasi. Protein

globular merupakan protein alami yang memiliki konfigurasi struktur tertier di dalamnya.

Sebagai contoh: albumin (pada telur), globulin ( pada daging, polong-polongan), histon ( pada

jaringan kelenjar), dan protamin (pada sel sperma ikan). Protein serat bersifat tidak larut air dan

berwujud protein yang memanjang. Sebagai contoh: kolagen, elastin (dalam daging dan

ternak). Protein konjugasi yaitu protein kombinasi antara beberapa jenis seperti karbohidrat

atau lipid. Contohnya glikoprotein, lipoprotein, metalloprotein, nukleoprotein, fosfoprotein.

Sifat fisiko kimiawi

Asam amino memiliki sifat fisikokimiawinya antara lain: sifat hidrasi, dimana asam amino

memilki daya ikat terhadap air dan pembentuk viskositas. Selain itu, asam amino juga memiliki

12

Sifat kelarutan (penting untuk proses ekstraksi), sebagai pengental, pembentuk gel (penting

untuk produk olahan daging dan ikan), pembentuk tekstur, koagulasi panas dan pembentuk film

(seperti pada kembang tahu), dan texturized protein (pembentukan struktur serat seperti daging

pada produk ekstrusi, sebagai pengemulsi, pembentuk busa (busa protein putih telur

melembutkan dan mengembangkan produk cake), pembentuk adonan (protein gluten yang

bersifat viskoelastis pada adonan roti dan mie) dan bersama-sama dengan gula pereduksi

membentuk warna dan aroma melalui reaksi Maillard.

Perubahan yang mungkin terjadi selama proses pengolahan dan penyimpanan adalah:

a. Denaturasi (karena panas) yang akan menyebabkan perubahan kelarutan,

sehingga mempengaruhi tekstur pada bahan pangan.

b. Penyimpangan flavor yang disebabkan karena oksidasi (dikatalisis oleh cahaya)

c. Degradasi enzimatik yang akan menyebabkan perubahan pada tekstur dan

flavor (bisa menyebabkan terbentuknya flavor pahit).

d. Pembekuan dapat menyebabkan protein mengalami perubahan konformasi dan

kelarutannya.

Metabolisme protein

Protein menyediakan 5-10% kebutuhan energi untuk bekerja. Sumber tenaga diperoleh melalui

substrat siklus Krebs, proses glukoneogenesis melalui siklus glukosa-alanin. Siklus Krebs dapat

dilihat pada Gambar di bawah ini:

Adapun siklus glukosa alanin tergambar seperti di bawah ini:

13

DAFTAR PUSTAKA

Lehninger A. 1994. Dasar-dasar Biokimia Jilid 1. Thenawijaya M, penerjemah; Jakarta: Penerbit Erlangga, Terjemahan dari: Principle of Biochemistry.

14