STRUKTUR FUNGSI DAN ASAM AMINO DAN PROTEIN

Transkripsi

1

2 STRUKTUR FUNGSI DAN METABOLISME ASAM AMINO DAN PROTEIN

3

4 Apa itu Protein? Proteios: utama atau pertama (Yunani) (Gerardus Mulder, Belanda, ) Polimer dari residu asam amino yang memiliki ikatan peptida Komponen penyusun sel hidup sampai dengan 50 %

5 ASAM AMINO

6 ASAM AMINO Hanya asam α-amino yang fungsional Konfigurasi L yang dibutuhkan oleh tubuh Berjumlah 20

7 Struktur L-Asam Amino Gugus karboksilat COO - Gugus amino + H N 3 α H Gugus R H = Glisin CH 3 = Alanin

8 Kiralitas Asam Amino α Bayangan cermin α Sifat kimia sama Stereo isomer

9

10 Basa -C-C-C-C-NH 3 + Central line Non-polar Polar Northwest line -C-C-C-N-C-N -C-C C N N + N += Arg R Lis K Chung-San line -C- His H Gli G Aromatic Trp W -OH Tir Fen F -H -CH 3 -C-OH -C-C OH Ser S Tre T Hidroksil Ala Y A South line -C- -C- N Sis C Met M Sulfur Peta Asam Amino -C-CONH 2 Asn N Asp D -C-COOH Val C C -C -C-SH V -C-C-S-C Nan-Kan line -C-C-CONH 2 Gln Q Glu E -C-C-COOH Ile C -C-C-C Circular line Pro I P Amida Asam Alifatik Leu L C -C-C-C C C C HN C-COOH α Imino, Sirkuler

11 Penggolongan asam amino bagian yang diarsir berwarna merah merupakan gugus fungsi asam amino /A /V mrpk asam amino terdapat di alam dan merupakan penyusun protein /L /M /I

12 P /F /Y / W

13 /S /T /C /P /N /Q

14 /K /R /H +

15 /D /E

16 SIFAT ASAM AMINO Memiliki serapan maksimum yang spesifik Aktifitas optiknya meluruh 0,1 % per tahun pada suhu tubuh akibat rasemisasi spontan non enzimatik Berbentuk zwitter ion dalam larutannya Bersifat amfoter Memiliki sifat asam dan basa dalam satu molekul

17 Asam amino memiliki serapan maksimum yang spesifik

18 Proton Dapat Diserap dan Dilepas Proton: mempengaruhi muatan molekul Amino Pasangan elektron Karboksilat N H H C O O Tinggi pka H + Rendah H pka Rendah Tinggi H + N C O O H H H +

19 ZWITTER ION

20 Suasana asam Suasana netral Suasana basa pk 2 ~ 9 NH 2 H + NH 2 H + R-C-H R-C-H COOH COO - NH 2 R-C-H COO - pk 1 ~ Titik isolistrik

21 Asam Amino Memiliki Kemampuan Bufer ph 12 9 pk NH 2 H + H-C-R- - Titik Isoelektrik = COO - pk 1 + pk 2 2 pi pk 1 0 [OH]

22 ph Lingkungan da an Muatan Protein Titik isoelektrik, pi 6 Buffer ph Muatan total protein -

23 pka Asam Amino Asam amino -COOH -NH 2 -R Gli G Ala A Val V Leu L Ile I Ser S Tre T Met M Fen F Trp W Asn N Gln Q Pro P Asp D Glu E His H Sis C Tir Y Lis K Arg R ph pk 2 pk 1 pk 3 pk 2 pk 1 dua pka tiga pka? pi pk 1 + pk 2 2? pi? [OH - ]

24 H pertama HOOC-CH 2 -C-COOH NH 3 + kedua H HOOC-CH 2 -C-COO - NH pk 1 = pk 2 = 3.9 Asam aspartat = 3.0 Titik isoelektrik H - OOC-CH 2 -C-COO - NH 3 + ketiga -1 pk 3 = 9.8 pk 3 pk H - OOC-CH 2 -C-COO - NH 2-2 pk 1 +1 [OH]

25 REAKSI ASAM AMINO Reaksi gugus karboksil Reaksi gugus amino Reaksi gugus R

26 REAKSI GUGUS KARBOKSIL 1. Esterifikasi Reaksi dengan alkohol dan dalam suasana asam Menghasilkan ester dan air 2. Dekarboksilasi Dapat terjadi secara kimia atau enzimatis

27 REAKSI GUGUS KARBOKSIL 3. Pembentukan amida Reaksi dengan gugus amino Menghasilkan air Disebut juga ikatan peptida Reaksinya dengan Cu 2+ menghasilkan warna biru ungu (reaksi Biuret)

28 REAKSI GUGUS AMINA 1. Reaksi dengan oksidator kuat Menggunakan HNO2 dan menghasilkan N2 Prolin tidak bereaksi dan lisin bereaksi secara lambat Dasar penentuan reaksi Kjeldahl 2. Reaksi ninhidrin Menghasilkan amonia, CO2, dan aldehida Menghasilkan warna biru Reaksi dengan prolin menghasilkan kuning dan asparagin coklat 3. Reaksi dengan 1-fluoro-2,4-dinitrobenzena (FDNB) Membentuk 2,4-dinitrofenil yang berwarna

29 REAKSI GUGUS AMINA 4. Reaksi dengan danzil klorida Membentuk turunan asam amino dansil yang berfluoresensi 5. Reaksi dengan formaldehida Terbentuk kompleks asam amino formaldehida Melepaskan gugus karboksil bebas yang dapat dititrasi dengan fenolftalein dan timolftalein 6. Reaksi Edman Reaksi fenilisotiosianat menghasilkan fenilhidantoin yang menjadi dasar kromatografi

30 REAKSI GUGUS R Tirosin dan histidin dapat mengion untuk bereaksi

31 IKATAN PEPTIDA Linus Pauling dan RB Corey Pembentukan ikatannya melepaskan 1 molekul air Salah satu bentuk dari ikatan amida Ikatan C-N lebih pendek dari normal Ikatan C-N tidak dapat berotasi Gugus karbonil berkonfigurasi trans dengan atom hidrogen pada gugus amino

32 Pembentukan Ikatan Peptida Melalui Dehidrasi NH2 1 COOH 2 NH2 COOH Karboimida 1 O NH2 C N COOH H Dehidrasi -H 2 O 2

33

34 Suatu penta peptida Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu Serilglisiltirosinilalanilleusin

35 Ikatan Peptida Kaku dan Datar C C N H O C

36 ASAM AMINO YANG BERPERAN DALAM STRUKTUR PROTEIN 1. Sistein: membentuk ikatan disulfida 2. Histidin: berfungsi sebagai ligan 3. Lisin: pengikat koenzim 4. Prolin: anti α-heliks 5. Asam amino polar: membentuk ikatan ionik

37 ASAM AMINO BUKAN PENYUSUN PROTEIN

38 ASAM AMINO BERDASARKAN FUNGSINYA 1. Asam amino esensial Met, Trp, Tre, His, Ile, Lis, Leu, Val, Fen 2. Asam amino non esensial Pro, Ser, Arg, Tir, Sis, Gli, Glu, Ala, Asp, Gln, Asn

39 PROTEIN

40 Penggolongan/klasifikasi protein berdasarkan fungsi biologi 1. Enzim, protein yang terbesar dan paling penting 2. Protein pembangun, sebagai unsur pembentuk struktur (glikoprotein, penunjang struktur dinding sel; elastin, protein serat) 3. Protein kontraktil, berperan dalam proses gerak (miosin, unsur filamen tak bergerak dalam miofibril; aktin, unsur filamen tak bergerak dalam miofibril) 4. Protein pengangkut, pengangkutan berbagai macam zat melalui aliran darah (hemoglobin, alat pengangkut oksigen; mioglobin, alat pengangkut oksigen dalam jaringan otot; serum albumin, alat pengangkut asam lemak dalam darah

41 5. Protein hormon, protein aktif seperti enzim (Insulin, mengatur metabolisme glukosa; hormon pertumbuhan, menstimulasi pertumbuhan tulang) 6. Protein bersifat racun (racun ular, protein enzim yg dapat menyebabkan terhidrolisisnya fosfogliserida; Clostidium botulinum, menyebabkan keracunan bahan makanan 7. Protein pelindung, umumnya terdapat dalam darah (fibrinogen, sumber pembentuk fibrin dalam proses pembekuan darah; trombin, komponen dalam mekanisme pembekuan darah) 8. Protein cadangan, disimpan untuk berbagai proses metabolisme dlam tubuh (ovalbumin, protein pada putih telur; casein, protein susu)

42 Struktur protein

43 Struktur primer protein Hanya ikatan peptida

44 STRUKTUR SEKUNDER Ikatan hidrogen antara gugus karbonil dengan gugus amina dari atom Cα yang berbeda 1. α-heliks 2. β-pleated sheet Paralel Antiparalel

45 α-heliks

46 β-sheet

47 STRUKTUR TERSIER Distabilkan oleh interaksi gugus R Ikatan disulfida Ikatan hidrogen Interaksi hidrofobik Interaksi hidrofilik Interaksi ionik

48 Struktur tersier subunit HMG-KoA reduktase II bakteri

49 Struktur tersier suatu protein dalam berbagai bentuk representatif

50 STRUKTUR KUARTERNER Gabungan beberapa struktur tersier

51 Protein serat kolagen pada jaringan pengikat Protein penggumpal darah (protrombin) Protein serat (elastin) Miosin, protein otot (kontraksi)

52 PROTEIN BERDASARKAN BENTUK 1. Protein serabut (fibrous) Kurang larut, amorf, dapat memanjang dan berkontraksi Keratin, miosin, kolagen, fibrin 2. Protein globuler Larut, dapat dikristalkan Enzim, imunoglobulin

53 Protein serabut, tidak larut dalam air. Rantai polipeptida memanjang pada satu sumbu dan tidak berlipat membentuk globular Fungsi, sebagai protein struktural/ pelindung Terdpt pada rambut, wol, sayap, kuku, tanduk Susunan keratin rambut

54 Fibroin (β-keratin) antiparalel, pada serat sutra dan jaring laba-laba, bersifat fleksibel dan lentur dan tdk dapat meregang. Protein jaringan laba-laba yang mengandung residu Glisin dan Alanin

55 Kolagen, pada urat, serat kulit, pembuluh darah, tulang, dan tulang rawan. Tdk dpt meregang Bentuk heliks kolagen, terdiri atas 3 peptida yang berulang yi: Gly-X-prolin atau Gly-X-hidroksiprolin Kolagen (tdk larut dan tdk dicerna) gelatin (larut dan dapat dicerna) Proses pemanasan shg ikatan kovalen terhidrolisis, misal pada daging.

56 Mioglobin, protein pengikat oksigen. Fungsi: menyimpan oksigen, meningkatkan transport oksigen ke mitokondria

57 PROTEIN MAJEMUK 1. Nukleoprotein: ssdna binding protein 2. Glikoprotein: musin 3. Fosfoprotein: kasein 4. Kromoprotein: hemoglobin 5. Protein-koenzim: piruvat dehidrogenase- NAD + 6. Lipoprotein 7. Metaloprotein: kalmodulin-ca2 +

58 REAKSI PROTEIN 1. Dengan garam Kelarutan protein meningkat dengan penambahan sedikit garam (salting in) Protein mengendap dalam garam pekat (salting out 2. Dengan asam Sedikit asam mendenaturasi protein Asam berlebih menyebabkan hidrolisis

59 REAKSI PROTEIN 3. Dengan basa Tidak mengendapkan tetapi menyebabkan hidrolisis, dekomposisi oksidatif, dan rasemisasi 4. Dengan logam berat Menghasilkan endapan yang tidak dapat larut kembali 5. Dengan pereaksi alkoloidal Mengendapkan protein pada suasana asam Asam trikloroasetat, asam tannat, asam fosfotungstat, asam fosfomolibdat

60 REAKSI PROTEIN 6. Dengan pelarut organik Menurunkan konstanta dielektrik Alkohol, kloroform 7. Dengan pemanasan Terjadi denaturasi (terurainya protein menjadi struktur primernya) Terjadi koagulasi

61 REAKSI UJI PROTEIN 1. Reaksi Millon: tirosin 2. Reaksi Biuret: ikatan peptida 3. Reaksi xantoprotein: asam amino aromatik 4. Reaksi Hopkins Cole: triptofan 5. Reaksi ninhidrin: gugus karboksil dan amino bebas

62 REAKSI UJI PROTEIN 6. Reaksi Lowry (J. Biol. Chem, 1951) Menggunakan pereaksi Folin fenol Standar terbaik Human Albumin Terganggu oleh ion K +, Mg 2+, EDTA, Tris, pereaksi tiol, dan karbohidrat 7. Reaksi Bradford (Anal. Biochem, 1976) Menggunakan pewarna Coomassie Brilliant Blue G-250 Standar terbaik γ-globulin Terganggu oleh deterjen dan sedikit oleh aseton

63 METABOLISME NITROGEN

64 Metabolic Nitrogen Balance Sebagian besar organisma memiliki kapasitas yang kecil untuk menyimpan nitrogen. Oleh karena itu, hewan harus terus menerus memanfaatkan nitrogen dari makanan untuk mengganti nitrogen yang hilang akibat katabolisme. Bila protein makanan kurang, maka produksi protein untuk tujuan lain, misalnya untuk protein otot, akan terputus dan tidak akan tergantikan. Seseorang dikatakan berada dalam kesetimbangan nitrogen bila Nitrogen yang dikonsumsi dari makanan = Nitrogen yang hilang (melalui ekskreasi dan proses lainnya) Positive nitrogen balance: Dietary intake of nitrogen > Nitrogen loss Negative nitrogen balance : Dietary intake of nitrogen < Nitrogen loss

65 Protein turnover Dalam keadaan biasa, seseorang yang berada dalam kesetimbangan nitrogen akan mengkonsumsi 100 gram protein, mendegradasi 400 gram protein tubuh, mensintesis kembali 400 gram protein, dan mengeksresi/katabolisme 100 gram protein. Setiap individu protein memiliki variasi waktu hidup, dari beberapa menit hingga beberapa bulan. Degradasi protein mengikuti kinetika orde pertama. Protein yang berada dalam lingkungan ekstrasel, seperti enzim pencernaan, hormon polipeptida, dan antibodi, memiliki turn over yang cepat, tetapi protein yang berperan dalam struktur, seperti kolagen lebih stabil. Enzim yang mengkatalisis tahap penentu laju dalam jalur metabolisme juga memiliki waktu hidup pendek. Oleh karena itu degradasi protein merupakan salah satu regulasi yang penting dalam metabolisme.

66 Peran protein makanan dalam metabolisme nitrogen keseluruhan 1. Jumlah protein makanan yang disarankan: Katabolisme asam amino menyebabkan kehilangan g protein per hari. Kehilangan ini harus dapat digantikan dari protein makanan. Diperlukan sekitar 55 g protein per hari untuk orang dengan berat badan 70 kg. 2. Konsekuensi kekurangan protein: kekurangan asam amino esensial akan memaksa terjadinya degradasi protein jaringan dan menyebabkan efek klinis yang disebut kwashiorkor. 3. Konsekuensi kelebihan protein: tidak ada gudang penyimpanan untuk asam amino. Oleh karena itu, makanan yang mengandung asam amino berlebih akan dimanfaatkan segera untuk meresintesis protein tubuh, dan senyawa-senyawa nitrogen lainnya. Kerangka karbonnya akan dioksidasi atau dikonversi menjadi glukosa atau lemak, dan gugus aminonya dikonversi menjadi amoniak.

67 Pencernaan Protein Makanan 1. Pencernaan protein oleh cairan lambung Isi cairan lambung: HCl (ph 2-3) dan pepsinogen. 2. Pencernaan protein oleh protease pankreas. Protease pankreas: tripsin, kimotripsin, elastase, karboksipeptidase 3. Pencernaan oligopeptida oleh protease usus kecil Permukaan usus mengandung aminopeptidase, yaitu suatu eksopeptidase yang memotong asam amino dari arah ujung N 4. Penyerapan asam amino dan dipeptida

68 Gambaran Umum Aliran Nitrogen di dalam Tubuh

69 Asam amino glukogenik dan ketogenik Asam amino dapat diklasifikasikan sebagai ketogenik atau glukogenik bergantung pada produk akhir dari metabolime 1. Ketogenik: Asam amino yang katabolismenya menghasilkan asetoasetat atau salah satu dari prekursornya, yaitu asetil-coa atau asetoasetil-coa (Ketone bodies). 2. Glukogenik: Asam amino yang katabolismenya menghasilkan piruvat atau salah satu intermediet siklus asam sitrat, dimana intemediet2 tsb merupakan prekursor dalam proses glukoneogenesis.

70 Katabolisme asam amino

71 Reaksi penting metabolisme asam amino Dekarboksilasi Transaminasi Deaminasi oksidatif Transpor amonia dan detoksifikasi Sintesis urea Metabolisme rantai karbon

72 Dekarboksilasi

73 Transaminasi Asam amino kehilangan gugus amin Dikatalisis oleh transaminase (atau amino transferase) Transaminasi terjadi in vivo pada semua asam amino kecuali lisin and threonin Kebanyakan transaminase membutuhkan α- ketoglutarat untuk menerima gugus amin

74 Deaminasi oksidatif Glutamat yang terbentuk dari reaksi transaminasi dideaminasi menjadi α-ketoglutarate Glutamate dehydrogenase sebagai enzim - NAD + or NADP + adalah koenzim

75 Transport dan detoksifikasi amonia Amonia ditranspor ke hati Terutama dalam bentuk glutamin Glutamin berperan sebagai penyedia gugus amin untuk biosintesis asam amino

76 Sintesis urea Di hati 5 langkah siklus urea (Small Krebs c., Krebs-Hensleit c., Ornitihin c.) Menggunakan Menggunakan amonia, CO 2, 3 ATP and aspartat

77 Sintesis Asam Amino Biosintesis asam amino koneksi dengan glikolisis/ gluconeogenesis dan siklus asam sitrat

78 Siklus ini adalah lintasan yang ditempuh untuk membawa ion amonium buangan yang berasal dari metabolisme asam amino di otot ke hati untuk diproses menjadi urea di dalam siklus urea. Siklus Glukosa-Alanina: Di otot: gugus amina akan dipindah dari glutamat, bereaksi dengan piruvat melalui reaksi transaminasi membentuk alanina untuk selanjutnya dibawa sirkulasi darah menuju hati. Di hati: alanina akan mengalami transaminasi menjadi piruvat kembali dan memindahkan gugus amina pada alfa ketoglutarat menghasilkan glutamat. Glutamat akan megalami deaminasi oksidatif membebaskan ion amonium yang segera masuk ke dalam siklus urea.

79 Kaitan Siklus Urea dengan Siklus Sitrat

80 TERIMA KASIH