STRUKTUR FUNGSI DAN ASAM AMINO DAN PROTEIN

Transkripsi

1 STRUKTUR FUNGSI DAN ASAM AMINO DAN PROTEIN

2 STRUKTUR FUNGSI DAN METABOLISME ASAM AMINO DAN PROTEIN 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 % ASAM AMINO ASAM AMINO Hanya asam α-amino yang fungsional Konfigurasi L yang dibutuhkan oleh tubuh Berjumlah 20 Struktur L-Asam Amino Gugus karboksilat Gugus amino + H3 N Gugus R COO α - H H = Glisin CH3 = Alanin Kiralitas Asam Amino α Bayangan cermin Sifat kimia sama Stereo isomer α Northwest line Chung-San line -C-C-C-N-C-N = Aromatic Peta Asam Amino N+ Trp W Arg R Basa -C-

3 -OH Tir Y Lis K -C-C-C-C-NH3 + -CN Nan-Kan line -C-CONH2 -C-C-CONH2 Asn N Gln Q Amida Asp D Glu E Asam -C-COOH -C-C-COOH -C- -C-C C N N+ His H Central line Gli G Fen F Ala A A Val V Ile I Leu L -CH3 C C -C C -C-C-C C -C-C-C

4 -H -C-OH Ser S Sis C -C-SH Circular line South line Non-polar Polar -C-C OH Alifatik Tre T Met M Hidroksil Sulfur -C-C-S-C Pro P C C C HN C-COOH α Imino, Sirkuler Penggolongan asam amino bagian yang diarsir berwarna merah merupakan gugus fungsi asam amino /V /A mrpk asam amino terdapat di alam dan merupakan penyusun protein /L /M /I P

5 /F /Y /W /S /P /T /N /C /Q + /K /R /H /D /E 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 Asam amino memiliki serapan maksimum yang spesifik Proton Dapat Diserap dan Dilepas Proton: mempengaruhi muatan molekul Pasangan elektron Amino Tinggi pka Rendah H+ N H H+ N H H H Rendah pka Tinggi

6 Karboksilat C O H O O C O H+ ZWITTER ION Suasana asam Suasana netral Suasana basa pk2 ~ 9 NH2 H+ R-C-H COOH NH2 H+ R-C-H COOpK1 ~ 2 +1 NH2 R-C-H COO Titik isolistrik -1 Asam Amino Memiliki Kemampuan Bufer ph 12 pk2 Titik Isoelektrik = pi 9 NH2 H+ 6 H-C-R COO-

7 3 0 [OH] pk1 + pk2 2 pk1 ph Lingkungan dan Muatan Protein Buffer ph Titik isoelektrik, pi Muatan total protein - pka Asam Amino Asam amino -COOH -NH2 Gli Ala Val Leu Ile Ser Tre Met Fen Trp Asn Gln Pro Asp Glu His Sis Tir Lis Arg G A V L I S T M F W N Q P D E H C Y K R R ph dua pka pk2 pi pk1 pk1 + pk2 2 tiga pka

8 pk3? pk2? pk1 pi? [OH-] H pertama HOOC-CH2-C-COOH Asam aspartat +1 NH3+ pk1 = 2.1 H kedua HOOC-CH2-C-COO = Titik isoelektrik 0 NH3+ pk2 = 3.9 H -OOC-CH -C-COO NH3+ ketiga pk3 = 9.8 H -OOC-CH -C-COO2 NH2 pk3-1 pk2 0 pk [OH] REAKSI ASAM AMINO Reaksi gugus karboksil Reaksi gugus amino Reaksi gugus R REAKSI GUGUS KARBOKSIL 1. Esterifikasi Reaksi dengan alkohol dan dalam suasana asam Menghasilkan ester dan air 2. Dekarboksilasi Dapat terjadi secara kimia atau enzimatis REAKSI GUGUS KARBOKSIL 3. Pembentukan amida Reaksi dengan gugus amino Menghasilkan air Disebut juga ikatan peptida Reaksinya dengan Cu2+

9 menghasilkan warna biru ungu (reaksi Biuret) REAKSI GUGUS AMINA 1. Reaksi dengan oksidator kuat 2. Menggunakan HNO2 dan menghasilkan N2 Prolin tidak bereaksi dan lisin bereaksi secara lambat Dasar penentuan reaksi Kjeldahl Reaksi ninhidrin 3. Menghasilkan amonia, CO2, dan aldehida Menghasilkan warna biru Reaksi dengan prolin menghasilkan kuning dan asparagin coklat Reaksi dengan 1-fluoro-2,4-dinitrobenzena (FDNB) Membentuk 2,4-dinitrofenil yang berwarna 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 REAKSI GUGUS R Tirosin dan histidin dapat mengion untuk bereaksi 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 Pembentukan Ikatan Peptida Melalui Dehidrasi NH2 1 COOH NH2

10 2 COOH Dehidrasi Karboimida -H2O O NH2 1 C N H 2 COOH Suatu penta peptida Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu Serilglisiltirosinilalanilleusin Ikatan Peptida Kaku dan Datar C H C O N C ASAM AMINO YANG BERPERAN DALAM STRUKTUR PROTEIN Sistein: membentuk ikatan disulfida Histidin: berfungsi sebagai ligan Lisin: pengikat koenzim Prolin: anti α-heliks Asam amino polar: membentuk ikatan ionik ASAM AMINO BUKAN PENYUSUN PROTEIN ASAM AMINO BERDASARKAN FUNGSINYA 1. Asam amino esensial Met, Trp, Tre, His, Ile, Lis, Leu, Val, Fen 2. Asam amino non esensial

11 Pro, Ser, Arg, Tir, Sis, Gli, Glu, Ala, Asp, Gln, Asn PROTEIN 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 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) Struktur protein Struktur primer protein Hanya ikatan peptida STRUKTUR SEKUNDER Ikatan hidrogen antara gugus karbonil dengan gugus amina dari atom Cα yang berbeda 1. α-heliks 2. β-pleated sheet Paralel Antiparalel α-heliks β-sheet STRUKTUR TERSIER Distabilkan oleh interaksi gugus R Ikatan disulfida Ikatan hidrogen Interaksi hidrofobik Interaksi hidrofilik Interaksi ionik Struktur tersier subunit HMG-KoA reduktase II bakteri Struktur tersier suatu protein dalam berbagai bentuk representatif STRUKTUR KUARTERNER Gabungan beberapa struktur tersier Protein serat kolagen pada jaringan pengikat Protein penggumpal darah (protrombin)

12 Protein serat (elastin) Miosin, protein otot (kontraksi) 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 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 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 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. Mioglobin, protein pengikat oksigen. Fungsi: menyimpan oksigen, meningkatkan transport oksigen ke mitokondria PROTEIN MAJEMUK Nukleoprotein: ssdna binding protein Glikoprotein: musin Fosfoprotein: kasein Kromoprotein: hemoglobin Protein-koenzim: piruvat dehidrogenasenad+ 6. Lipoprotein 7. Metaloprotein: kalmodulin-ca2+ 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 REAKSI PROTEIN 3. Dengan basa 4.

13 Tidak mengendapkan tetapi menyebabkan hidrolisis, dekomposisi oksidatif, dan rasemisasi Dengan logam berat 5. Menghasilkan endapan yang tidak dapat larut kembali Dengan pereaksi alkoloidal Mengendapkan protein pada suasana asam Asam trikloroasetat, asam tannat, asam fosfotungstat, asam fosfomolibdat REAKSI PROTEIN 6. Dengan pelarut organik Menurunkan konstanta dielektrik Alkohol, kloroform 7. Dengan pemanasan Terjadi denaturasi (terurainya protein menjadi struktur primernya) Terjadi koagulasi 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 REAKSI UJI PROTEIN 6. Reaksi Lowry (J. Biol. Chem, 1951) 7. Menggunakan pereaksi Folin fenol Standar terbaik Human Albumin Terganggu oleh ion K+, Mg2+, EDTA, Tris, pereaksi tiol, dan karbohidrat Reaksi Bradford (Anal. Biochem, 1976) Menggunakan pewarna Coomassie Brilliant Blue G-250 Standar terbaik γ-globulin Terganggu oleh deterjen dan sedikit oleh aseton METABOLISME NITROGEN 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 Protein turnover Dalam keadaan biasa, seseorang yang berada dalam kesetimbangan nitrogen

14 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. 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. 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 Gambaran Umum Aliran Nitrogen di dalam Tubuh 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. Katabolisme asam amino Reaksi penting metabolisme asam amino Dekarboksilasi Transaminasi Deaminasi oksidatif Transpor amonia dan detoksifikasi Sintesis urea

15 Metabolisme rantai karbon Dekarboksilasi 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 αketoglutarat untuk menerima gugus amin Deaminasi oksidatif Glutamat yang terbentuk dari reaksi transaminasi dideaminasi menjadi α- ketoglutarate Glutamate dehydrogenase sebagai enzim - NAD+ or NADP+ adalah koenzim Transport dan detoksifikasi amonia Amonia ditranspor ke hati Terutama dalam bentuk glutamin Glutamin berperan sebagai penyedia gugus amin untuk biosintesis asam amino Sintesis urea Di hati 5 langkah siklus urea (Small Krebs c., Krebs-Hensleit c., Ornitihin c.) Menggunakan amonia, CO2, 3 ATP and aspartat Sintesis Asam Amino Biosintesis asam amino koneksi dengan glikolisis/ gluconeogenesis dan siklus asam sitrat 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. 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. Siklus Glukosa-Alanina: Kaitan Siklus Urea dengan Siklus Sitrat TERIMA KASIH

16