biokimia ttg protein

PROTEIN

1.        Fungsi Protein

a.       Sebagai enzim

            Hampir semua reaksi biologis dipercepat atau dibantu oleh suatu senyawa makromolekul spesifik yang disebut enzim, dari reaksi yang sangat sederhana seperti reaksi transportasi karbon dioksida sampai yang sangat rumit seperti replikasi kromosom. Protein besar peranannya terhadap perubahan-perubahan kimia dalam sistem biologis.

b.      Alat pengangkut dan penyimpan

            Banyak molekul dengan MB kecil serta beberapa ion dapat diangkut atau dipindahkan oleh protein-protein tertentu. Misalnya hemoglobin mengangkut oksigen dalam eritrosit, sedangkan mioglobin mengangkut oksigen dalam otot.

c.       Pengatur pergerakan

            Protein merupakan komponen utama daging, gerakan otot terjadi karena adanya dua molekul protein yang saling bergeseran.

d.      Penunjang mekanis

Kekuatan dan daya tahan robek kulit dan tulang disebabkan adanya kolagen, suatu protein berbentuk bulat panjang dan mudah membentuk serabut.

e.       Pertahanan tubuh atau imunisasi

Pertahanan tubuh biasanya dalam bentuk antibodi, yaitu suatu protein khusus yang dapat mengenal dan menempel atau mengikat benda-benda asing yang masuk ke dalam tubuh seperti virus, bakteri, dan sel-sel asing lain.

f.       Media perambatan impuls syaraf

Protein yang mempunyai fungsi ini biasanya berbentuk reseptor, misalnya rodopsin, suatu protein yang bertindak sebagai reseptor penerima warna atau cahaya pada sel-sel mata.

g.      Pengendalian pertumbuhan

Protein ini bekerja sebagai reseptor (dalam bakteri) yang dapat mempengaruhi fungsi bagian-bagian DNA yang mengatur sifat dan karakter bahan

2.        Ciri Molekul Protein

Molekul ini adalah makro molekul yang polimer (dibangun oleh asam amino sebagai monomernya) dan tidak bercabang. Tersusun dari unsur-unsur karbon (C), hidrogen (H) oksigen (O) dan nitrogen (N), dan kadang-kadang disertai unsur sulfur (S), dan posfor (P). Kira-kira 50% dari berat kering organisme hidup adalah protein. Protein dalam organisme hidup ini ada yang berperan sebagai enzim, sebagai sumber energi misalnya untuk pergerakan otot, ada yang bertanggung jawab atas pengangkutan materi melalui peredaran darah misalnya hemoglobin dan zat anti bodi, ada pula yang berperan sebagai persediaan makanan misalnya ovalbumin pada putih telur dan kasein pada susu. Protein juga merupakan bahan untuk perbaikan, pertumbuhan dan pemeliharaan struktur sel dari organ tubuh. Terdapat 20 macam asam amino yang membentuk berbagai macam protein dalam tubuh organisme hidup

Beberapa ciri molekul protein lainnya adalah:

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

2.        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.

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

4.        Umumya reaktif dan sangat spesifik, disebabkan terdapatnya gugus samping yang reaktif dan susunan khas struktur makromolekulnya.

5.        Berbagai macam gugus samping yang biasa terdapat ialah kation, anion, hidroksil aromatik, hidroksil alifatik, amin, amida, tiol dan gugus heterosiklik.

3.    Klasifikasi Protein

Protein terdapat dalam semua sistem kehidupan. Merupakan suatu komponen selular utama dan menyusun sekitar 50% dari berat kering sel. Mikrobiomolekul dengan susunan kompleks ini, merupakan polimer alam dari asam-asam alfa amino, berat molekul berkisar antara lima ribu sampai berapa juta.

Istilah komponen dikemukakan pertama kali oleh pakar kimia bangsa Belanda G. J. Nulder pada tahun 1939, yang diturunkan dari bangsa yunani “proteios”. Proteios sendiri mempunyai arti yang pertama atau yang paling utama. Protein mengandung peranan penting dalam organisme mahluk hidup, yaitu dalam struktur, fungsi dan reproduksi.

Karena protein tersusun atas asam-asam alfa amino, maka susunan kimianya juga mengandung unsur-unsur seperti yang terdapat dalam asam-asam amino penyusunya, yaitu : karbon, oksigen, hidrogen, dan nitrogen. Kadang-kadang dalam molekul protein terdapat unsur-unsur belerang, yaitu bila diantara monomernya terdapat asam amino sistein metoinin. Pada protein majemuk disamping unsur-unsur tersebut kemungkinan masih mengandung fosfor, besi atau magnesium. Susunan untuk bagian-baguan protein untuk berbagai macam tidak jauh berbeda, yaitu sekitar : 52,40% karbon; 6,90-7,30% hidrogen; 15,30-18% nitrogen; 21-23,50% oksigen dan 0,80-2,00% belerang.

Berbagai jenis protein yang telah dikenak mempunyai fungsi yang spesifik, misalnya sebagai pengatur metabolik ( hormon ), sebagai biokatalisator ( enzim ), sebagai pertahanan tubuh (antibodi ), sebagai pembangun struktur, sebagai pengatur PH, sebagai pembawa sifat keturunan, sebagai sumber energi dan sebagai pengangkut lipida, oksigen atau ion tembaga dalam tubuh.

a. Berdasarkan bentuknya protein diklasifikasikan sebagai berikut :

        Protein bentuk serabut (fibrous)

Protein ini terdiri atas beberapa rantai peptida berbentu spiral yang terjalin. Satu sama lain sehingga menyerupai batang yang kaku. Karakteristik protein bentuk serabut adalah rendahnya daya larut, mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi untuk tahan terhadap enzim pencernaan. Kolagen merupakan protein utama jaringan ikat. Elasti terdapat dalam urat, otot, arteri (pembuluh darah) dan jaringan elastis lain. Keratini adalah protein rambut dan kuku. Miosin merupakan protein utama serat otot.

        Protein globuler

Berbentuk bola terdapat dalam cairan jaringan tubuh. Protein ini larut dalam larutan garam dan encer, mudah berubah dibawah pengaruh suhu, konsentrasi garam dan mudah denaturasi. Albumin terdapat dalam telur, susu, plasma, dan hemoglobin. Globulin terdapat dalam otot, serum, kuning telur, dan gizi tumbuh-tumbuhan. Histon terdapat dalam jaringan-jaringan seperti timus dan pancreas. Protamin dihubungkan dengan asam nukleat.

        Protein konjugasi

Merupakan protein sederhana yang terikat dengan baha-bahan non-asam amino. Nukleoprotein terdaoat dalam inti sel dan merupakan bagian penting DNA dan RNA. Nukleoprotein adalah kombinasi protein dengan karbohidrat dalam jumlah besar. Lipoprotein terdapat dalam plasma-plasma yang terikat melalui ikatan ester dengan asam fosfat sepertu kasein dalam susu. Metaloprotein adalah protein yang terikat dengan mineral seperti feritin dan hemosiderin adalah protein dimana mineralnya adalah zat besi, tembaga dan seng.

b. Menurut kelarutannya protein diklasifikasikan sebagai berikut :

        Albumin : laut dalam air terkoagulasi oleh panas. Ex : albumin telur, albumin serum.

        Globulin : tak larut air, terkoagulasi oleh panas, larut dalam larutan garam, mengendap dalam larutan garam, konsentrasi meningkat. Ex : Ixiosinogen dalam otot.

        Glutelin : tak larut dalam pelarut netral tapi tapi larut dalam asam atau basa encer. Ex : Histo dalam Hb.

        Plolamin/Gliadin : larut dalam alcohol 70-80% dasn tak larut dalam air maupun alcohol absolut. Ex : prolaamin dalam gandum.

        Histon : Larut dalam air dasn tak larut dalam ammonia encer. Ex : Hisron dalam Hb.

        Protamin : protein paling sederhana dibanding protein-protein lain, larut dalam air dan tak terkoagulasi oleh panas. Ex : salmin dalam ikatan salmon.

c. Berdasarkan senyawa pembentuk protein diklasifikasikan sbb:

        Protein sederhana (protein saja ) ex : Hb

        Protein kojugasi dan senyawa non protein

Protein yang mengandung senyawa lain yang non protein disebut protein konjugasi, sedang protein yang mengandung senyawa non protein disebut protein sederhana. Ex : 9 Glikoprotein terdapat pada hati.

Merupakan protein sederhana yang terikat dengan baha-bahan non-asam amino. Nukleoprotein terdaoat dalam inti sel dan merupakan bagian penting DNA dan RNA. Nukleoprotein adalah kombinasi protein dengan karbohidrat dalam jumlah besar. Lipoprotein terdapat dalam plasma-plasma yang terikat melalui ikatan ester dengan asam fosfat sepertu kasein dalam susu. Metaloprotein adalah protein yang terikat dengan mineral seperti feritin dan hemosiderin adalah protein dimana mineralnya adalah zat besi, tembaga dan seng.

d. Berdasarkan keberadaan asam amino esensial.

Dikelompokkan kedelapan asam amino esensial yang harus disediakan dalam bentuk jadi dalam menu makanan yang dikonsumsi sehari-hari.

        Isoleusin

        Leussin

        Lisin

        Methionin (asam amino esensial), fungsinya dapat digantikan sistin (semi esensial) secara tidak sempurna.

        Penilalanin, yang fungsinya dapat digantikan tirosin (semi esensial) tidak secara sempurna, akan tetapi paling tidak dapat menghematnya.

        Threonin

        Triptopan

        Valin

e. Klasifikasi protein pada biokimia didasarkan atas fungsi biologinya.

      Enzim

Enzim merupakan golongan protein yang terbesar dan paling penting. Kira-kira seribu macam enzim telah diketahui, yang masing-masing berfungsu sebagai katalisator reaksi kimai dalam jasad hidup. Pada jasad fhidup yang berbeda terdapat macam enzim yang berbeda pula. Molekul ensim biaanya berbentuk bulat (globular), sebagian terdiri atas satu rantai polipeptida dan sebagian lain terdiri lebih dari satu polipeptida. Contoh enzim:ribonuklese,suatu enzim yang mengkatalisa hidrolisis RNA; sitokrom, berperan dalam proses pemindahan elektron; tipsin, kataliator pemutus ikatan peptida tertentu dalam polipeptida

      Protein Pembangun

Protein pembangun berfungsi sebagai unsur pembentuk struktur. Beberapa contoh misalnya: protein pembungkus virus, merupakan selubung pada kromosom; glikoprotein, merupakan penunjang struktur dinding sel; struktur membran, merupakan protein komponen membran sel; α-keratin,terdapat dalam kulit, bulu ayam, kuku; sklerotin, terdapat dalam rangka luar insekta; fibroin, terdapat dalam kokon ulat sutra; kolagen, merupakan serabut dalam jaringan pengambung; elastin, terdapat pada jaringan penyambung yang elastis (ikat sendi); mukoprotein, terdapat dalam sekresi mukosa (lendir).

      Protein Kontaktil

Merupakan golongan protein yang berperan dalam proses gerak. Sebagai contoh misalnya: miosin, unsur filamen tak bergerak dalam miofibril; aktin, unsur filamen yang bergerak dalam miofibril; dienin, terdapat dalam rambut getar dan flagel.

      Protein Pengangkut

Mempunyai kemampuan mengikat molekul tertentu dan melakukan pengangkutan berbagai macam zat melalui aliran darah. Sebagai contoh: haemoglobin, terdiri atas gugus senyawa hame yang mengandung besi terikat pada protein globin, berfungsi sebagai alat pengankut oksigen dalam darah vertebrata; hemosianin, sebagai alat pengangkut oksigen dalam darah beberapa macam invertebrata; serum albumin, pengangkut asam lemak dalam darah; seruloplasmin, alat pengangkut ion tembaga dalam darah.

      Protein Hormon

Beberapa hormon protein adalah: insulin, mengatur metabolisme glikosa; adrenokortikotrop, mengatur sintesis kortikosteroid; hormon pertumbuhan, menstimulasi pertumbuhan tulang.

      Protein Bersifat Racun

Bersifat racun terhadap hewan kelas tinggi: racun dari Clostridium botulinum, yang menyebabkan keracunan bahan makanan.

      Protein Pelindung

Umumnya terdapat dalam darah vertebrata . misalnya: antibodi, protein yang dibentuk jika ada antigen dan dengan antigen yang merupakan protein asing, dapat membentuk senyawa kompleks.

      Protein Cadangan

Disimpan untuk berbagai proses metabolisme dalam tubuh. Sebagai contoh: ovalbumin, protein yang terdapat padaputih telur; zein, merupakan protein dalam biji jagung.

4.        Organisasi struktur Protein

Protein merupakan polimer yang linear dan tidak bercabang. Tersusun dari asam amino sebagai monomeriknya ditambah polimer atau polipeptidanya. Memiliki panjang tidak lebih 2000 unit. Terdapat 20 macam asam amino saling berikatan menyusun ikatan peptida yang beraneka ragam membentuk kode perintah dalam pembentukan protein.

Secara hirarki, para ahli mengklasifikasikan 4 tingkatan struktur, yaitu:

1. Struktur Primer

Protein yang dibentuk dengan asama amino tergabung dalam ikatan polipeptida.  Setiap asam amino terhubung dengan asam amino lainnya dalam ikatan peptida yang terbentuk karena adanya  reaksi kondensasi gugus karboksil pada setiap masing-masing asam amino.

Gambar 1.1 Struktur Asam amino primer

Gambar 1.2 Struktur protein primer

Pada ujung dari rangkaian polipeptida yang terbentuk mempunyai sifat kimia yang berbeda: satu ujung mempunyai gugus amino bebas (N atau amino, NH2-) disisi satunya, sedangkan mempunyai gugus karboksil bebas (ujung C atau karboksil, COOH-) pada ujung satunya. Oleh karena itu, arah polipeptida dan dituliskan baik N→C (kiri ke kanan) maupun C →N (kanan ke kiri).

2.  Struktur Sekunder

Pada struktur sekunder, rangkaian polipeptida memiliki konformasi yang berbeda. Bersifat reguler dan memiliki pola lipatan berulang dari rangka protein. Dua tipe umum struktur protein sekunder yaitu α-heliks dan β-sheet. Keduanya terbentuk karena ikatan hidrogen yang terjadi antara asam amino yang berbeda pada polipeptida.

Gambar 2.1

Alpha helix dan beta sheet sebagai struktur sekunder protein

Gambar 2.2

Alpha helix dan beta sheet sebagai struktur sekunder protein

3.    Struktur Tersier

Struktur polipeptida yang terjadi dari lipatan komponen struktur sekunder polipeptida yang membentuk konfigurasi tiga dimensi. Bermacam-macam gaya ikatan hidrogen antar asam amino yang terjadi pada rangkaian polipeptida inilah maka disebur struktur tersier. Disertai gaya hidrofobik rangkaian ini menempatkannya (asam amino gugus non-polar) dibagian dalam protein dengan tujuan melindunginya dari air. Selain ikatan hidrogen, terdapat juga ikatan kovalen yang disebut juga sebagai jembatan disulfide antara asam amino sistein di berbagai macam posisi pada rangkaian polipeptida.

Gambar 3.1 Struktur Protein Tertsier

Gambar 3.2

Struktur tersier dari protein enzim triosa fosfat isomerase (TPI)

4.    Struktur Kuartener

Asosiasi yang terjadi antara dua atau lebih rangkaian polipeptida, dimana masing-masing terlipat menjadi struktur tersier, menjadi protein multisubunit. Tidak semua protein membentuk struktur kuaternair. Antara rangkian polipeptida yang berbeda struktur protein terikat dengan jembatan disulfide. Sedangkan pada protein yang terdiri dari asosiasi subunit yang lebih lemah akan dihubungkan dengan ikatan hidrogen dan efek hidrofobik. Protein ini dapat kembali pada komponen polipeptidanya, atau berubah komposisi subunitnya tergantung pada kebutuhan fungsinya. Singkatnya, 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.

Gambar 4.1.

Struktur hemoglobin yang merupakan struktur kuartener protein.

5.      Sifat Larutan Protein

Sifat asam-basa suatu protein dalam larutan, sebagian besar ditentukan oleh gugus R asam aminonya yang dapat berionisasi. Gugus NH2 dan COOH yang terdapat pada kedua ujung rantai polipeptida sedikit sekali menunjang sifat asam-basa protein tersebut. Karena perbedaan macam protein ditentukan oleh urutan asam amino dan konformasi polipeptidanya, maka kemumngkinan ionisasi gugus R itu dipengaruhi oleh gugus tetangganya. Seperti pada asam amino bebas, protein juga mempunyai titik isoelektrik, yaitu pada pH yang menunjukan jumlah muatan positif dan negatif sama dalam protein itu, sehingga pada keadaan ini daya larut protein minimum. Pada pH ini protein tidak akan bergerak bila diletakan dalam medan listrik. pH iso elektriknya ditentukan oleh jumlah dan pK’ gugus R yang berionisasi. Dalam larutan dengan pH di atas pH isoelektrik, protein bermuatan negatif dan akan bergerak ke anoda, pada pH sebaliknya protein bergerak ke katoda.

6.      Pemisahan Protein

Pemisahan protein dari campuran yang terdiri atas berbagai macam sifat asam-basa, ukuran, dan bentuk protein, dapat dilakukan dengan cara:

a. Elektroforesis

Cara ini didasarkan pada kecepatan bergerak yang berbeda-beda dari protein dalam medan listrik, pada pH tertentu. Ada dua cara pemisahan protein: yang pertama adalah elektroforesisi batas gerak (moving boundary electrophoresis) dengan meletakan kedua campuran dalam tabung U yang kedua ujungnya masing-masing dihubungkan dengan anoda dan katoda. Kecepatan gerak protein positif ke katoda maupun protein negatif ke anoda berbeda-beda. Perbedaan kecepatan ini akan menghasilkan batas atau lapisan dalam tabung U yang dapat dilihat dengan menggunakan cara penentuan index refraksinya. Jumlah lapisan yang terjadi menunjukan banyaknya macam protein dalam campuran. Masing-masing protein dapat dipisahkan dengan mengeluarkannya dari tabung U dengan menggunakan kran yang merupakan bagia tabung tersbut. Cara ini mempunya berbagai kekurangan, yaitu lambatnya pekerjaan, dibutuhkannya jumlah campuran protein yang banyak, penentuan indeks refraksi yang sukar, lapisan yang terjadi mudah dipengaruhi oleh getaran; cara ekedua adalah elektroforesis lajur (zone electrophoresis) sedikit campuran protein dari larutan dapat ditempatkan pada suatu matriks padat, misalnya kertas saring, jel kanji. Pergerakan protein pada matriks padat tersebut akan jelas terlihat setelah dilakukan penentuan kualitatif dengan uji warna.

b. Kromatografi

Penentuan dan pemisahan campuran protein dengan cara kromatografi dilakukan berdasarkan prinsip-prinsip kromatografi pada umumnya yaitu dengan mempertimbangkan adanya dua fase yaitu fase gerak dan fase diam.

c. pengandapan protein sebagai garam

Sebagian besar protein dapat diendapkan dari larutan air dengan penambahan asam tertentu, seperti, asam trikloroasetat dan asam perkolat. Penambahan asam ini menyebabkan terbentuknya garam protein yang tidak larut. Zat pengendap lainnya adalah asam tungsat, fosfotungsat, dan metafosat. Protein dapat juga diendapakan dengan kation tertentu seperti Zn2+ dan Pb2+.

d. pengendapan dengan cara perbedaan kelarutan

Berbagai protein globular mempunyai daya kelarutan yang berbeda didalam air. Variabel yang mempengaruhi kelarutan ini adalah: pertama, pengaturan protein dari campuran dengan pengaturan pH didasarkan pada harga pH isoelektrik yang berbeda-beda untuk tiap macam protein. Pada pH isoelektriknya beberapa protein akan mengendap dari larutan, sehingga dengan cara pengaturan pH larutan, masing-masing protein dalam campuran dapat dipisahkan satu dari yang lainnya dengan teknik yang disebut penendapan isoelektrik; kedua, penambahan garam didasarkan pada oengaruh yang berbeda daripada penambahan garam tersebut pada kelarutan beberapa protein globular. Proses ini disebut salt-in, dan tidak dipengaruhi oleh garam netral, tetapi dipengaruhi oleh konsentrasi dan jumlah muatan pada tiap ion dalam lartuan. Dalam proses ini garam divalen seperti MgCl2 dan MgSO4 lebih efektif daripada garam monovalen seperti NaCl, dan KCl; ketiga, penambahan pelarut organik tertentu seperti etanol dan aseton kedalam larutan protein dalam air akan menyebebkan berkurangnya kelarutan protein, sehingga memungkinkan pengandapannya. Kejadian ini disebabkan oleh kelarutan protein yang pada pH dan kekuatan ion tertentu merupakan fungsi konstanta dielektrik daripada medium, dan adanya kecenderungan menurunnya hidratasi gugus ion dengan masuknya pelarut organik tersebut; keempat, temperatur , dalam batas-batas tertentu mempengaruhi kelarutan protein. Pada umumnya kelarutan naik pada suhu yang lebih tinggi (0o-40oC). pada suhu diatas 40oC kebanyakan protein menjadi tidak mantap dan mulai mengalami denaturasi