REAKSI SPESIFIK PROTEIN

REAKSI SPESIFIK PROTEIN

Protein merupakan polimer yang tersusun dari asam amino sebagai monomernya. Monomer-monomer ini tersambung dengan ikatan peptida, yang mengikat gugus karboksil milik satu monomer dengan gugus amina milik monomer di sebelahnya. Reaksi penyambungan ini (disebut translasi) secara alami terjadi di sitoplasma dengan bantuan ribosom dan tRNA. Pada polimerisasi asam amino, gugus -OH yang merupakan bagian gugus karboksil satu asam amino dan gugus -H yang merupakan bagian gugus amina asam amino lainnya akan terlepas dan membentuk air. Oleh sebab itu, reaksi ini termasuk dalam reaksi dehidrasi. Molekul asam amino yang telah melepaskan molekul air dikatakan disebut dalam bentuk residu asam amino (Tim Dosen Kimia, 2009).

Kira-kira 50 % dari berat kering organisme yang hidup adalah protein, dan protein bukan hanya sekedar bahan simpanan atau nahan struktural seperti halnya dengan polisakarida. Variasi fungsi protein sama banyaknya dengan variasi fungsi kehidupan itu sendiri. Semua katalisis yang jumlahnya ribuan, yang memungkinkan terjadinya reaksi kimia dalam zat yang hidup yang disebut protein.

Asam-asam kuat yang ditambahkan ke larutan protein menyebabkan suatu denaturasi irreversibel protein. selain penambahan asam-asam kuat dapat juga dilakukan penambahann logam, penambahan alkohol dan melakukan pengocokan terhadap larutan protein sehingga menyebabkan protein itu terdenaturasi.

Struktur protein dapat dikelompokkan menjadi empat golongan, yaitu struktur primer, sekunder, tersier, dan kuarterner. Struktur primer adalah struktur linear dari rantai protein. Dalam struktur ini tidak terjadi antaraksi, baik dengan rantai protein yang lain maupun di antara asam amino dalam rantai protein itu sendiri.

Gambar 1. Struktur primer dari protein.

Struktur sekunder adalah struktur dua dimensi dari protein. Pada struktur ini terjadi lipatan (folding) beraturan, seperti α–heliks dan β–sheet, akibat adanya ikatan hidrogen di antara gugus-gugus polar dari asam amino dalam rantai protein.

Gambar 2. Struktur sekunder protein (a) Struktur α-heliks dari protein (b) Struktur β-sheet dari protein.

Struktur tersier merupakan struktur tiga dimensi sederhana dari rantai protein. Dalam struktur ini, selain terjadi folding membentuk struktur α–heliks dan β–sheet, juga terjadi antaraksi van der Waals dan antaraksi gugus nonpolar yang mendorong terjadi lipatan.

Gambar 3. (a) Struktur tersier dari protein b) Struktur kuarterner dari protein hemoglobin dengan empat subunit (a1, a2, b1, b2)

Struktur tertinggi dari protein adalah struktur kuarterner. Dalam struktur ini, protein membentuk molekul kompleks, tidak terbatas hanya pada satu rantai protein, tetapi beberapa rantai protein bergabung membentuk seperti bola.

Jadi, pada struktur kuartener molekul protein di samping memiliki ikatan hidrogen, gaya van der Waals, dan antaraksi gugus nonpolar, juga terjadi antaraksi antar rantai protein baik melalui antaraksi polar, nonpolar, maupun van der Waals. Contoh dari struktur ini adalah molekul Hemoglobin, tersusun dari empat subunit rantai protein.

        Ada empat tingkat struktur dasar protein, yaitu struktur primer, sekunder, tersier, dan kuartener. Struktur primer terkait mengenai terbentuknya rantai-rantai dengan ikatan-ikatan peptida dimana jumlah, macam, dan cara terkaitnya  (urutan) asam-asam amino mempunyai peranan penting. Struktur sekunder terkait mengenai  berlilitnya rantai-rantai polipeptida sampai terbentuknya  suatu struktur spiral karena terjadi ikatan hidrogen. Struktur tersier, rantai-rantai polipeptida yang berlilit itu bergabung satu dengan yang laindengan pertolongan ikatan yang lemah yakni ikatan hidrogen dan Van Der Wals sampai terbentuknya lapisan, serat atau biji. Struktur kuartener, tidak semua protein mempunyai struktur kuartener, hanya jika protein itu terdisi atas 2 atau 4 rantai polipeptida yang tergabung oleh gaya bukan ikatan kovalen (bukan ikatan peptide atau disulfida). Gaya yang menstabilkan gabungan itu adalah ikatan hydrogen dan elektrostatik atau ikatan garam. Struktur primer protein mempunyai rangkaian asam amino dan komponen prostetik pembentuk protein. Struktur protein sekunder dan tersier mengacu pada kedudukan tiga matra dari makromolekul; struktur kuartener menyatakan susunan komplek protein aneka rantai. Sinarnya dan cara spektrum yang modern lainnya terutama amat penting untuk menjelaskan ciri keruangan protein. Struktur tersier suatu protein menggambarkan perlipatannya rantai polipeptida. Perlipatan terdapat lebih acak daripada cirri struktur sekundernya, tetapi dapat menunjukkan pola yang teratur. Ikatan disulfida yang terbentuk di antara molekul sisterna memberikan pertautan kovalen yang nisbi kuat mendukung struktur tersier. Protein globular sebagaimana ditunjukkan oleh mieglobin, merupakan contoh yang menarik bagi struktur tersier. Dimana berperan menyimpan dan mengalirkan oksigen . Ini sangat erat kaitannya dengan haemoglobin yang merupakan protein yang rumit (Stanley, 1988).

Ada beberapa ciri molekul protein yaitu (Stanley, 1988) :

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

2)      Umumnya terdiri dari 20 asam amino.Asam amino berikatan secara kovalen satu dengan yang lainnya dalam variasi urutan-urutan yang bermacam-macam, membentuk suatu rantai polipeptida. Ikatan peptida merupakan ikatan gugus karboksil dari asam amino yang satu dengan asam amino lainnya. 

3)      Terdapatnya ikatan kimia lain  yang menyebabkan terbentuknya lengkungan-lengkungan rantai polipeptida menjadi struktur 3 dimensi protein. Sebagai contoh ikatan hidrogen, ikatan hidrofob/ikatan apolar, ikatan ion atau ikatan elektrostatik dan ikatan Van der Waals.

4)      Strukturnya tidak stabil terhadap beberapa faktor seperti: pH, radiasi, temperatur, dan medium pelarut.

5)      Umumnya reaktif dan sangat spesifik, disebabkan terdapatnya gugus samping yang reaktif dan susunan khas struktur molekulnya.

6)      Beraksi positif terhadap pereaksi uji-uji yang spesifik seperti: Biuret, Ninhidrin dan Millon, Xantoprotein, Sakaguchi, Adamkiewitz.

Denaturasi ada dua macam yaitu (Lehninger,1990) :

-          Pengembangan rantai peptida dan pemecahan protein menjadi kecil tanpa diikuti pengembangan molekul seperti pada polipeptida.

-          Denaturasi yang tergantung pada keadaan molekul seperti pada bagian molekul yang tergabung dalam struktur sekunder.

Karena itu denaturasi dapat berarti suatu perubahan atau modifikasi terhadap struktur sekunder, tersier dan kuartener molekul protein tanpa terjadi pemecahan ikatan kovalen. Atau dapat pula diartikan sebagai suatu proses pecahnya ikatan hidrogen, interaksi hidrofobik, ikatan Van der Waals, dan terbuka atau tidaknya ikatan molekul. Pada umumnya protein yang sudah didenaturasikan kelarutannya berkurang atau hilang sama sekali, dan ada pula yang membentuk endapan pada bagian dasar larutan. Hal ini disebabkan karena lapisan protein bagian dalam yang bersifat hidrofobik terbalik keluar dan bagian luarnya yang bersifat hidrofil terlipat ke dalam atau kebalikannya, terutama jika larutan protein telah mendekati pada isoelektrik hingga protein menggumpal dan akhirnya mengendap (Lehninger,1990).

Triptofan merupakan satu dari 20 asam amino penyusun protein yang bersifat esensial bagi manusia. Bentuk yang umum pada mamalia adalah, seperti asam amino lainnya, L-triptofan. Meskipun demikian D-triptofan ditemukan pula di alam (contohnya adalah pada bisa ular laut kontrifan). Gugus fungsional yang dimiliki triptofan, indol, tidak dimiliki asam-asam amino dasar lainnya. Akibatnya, triptofan menjadi prekursor banyak senyawa biologis penting yang tersusun dalam kerangka indol. Triptofan adalah prekursor melatonin (hormon perangsang tidur), serotonin (suatu transmiter pada sistem saraf) dan niasin (suatu vitamin). Indol adalah sebuah aromatik heterosiklik senyawa organik. Bisiklik memiliki struktur, yang terdiri dari enam anggota benzen cincin melebur kelima-anggota nitrogen yang mengandung pirol cincin. Indol adalah komponen populer wewangian dan pendahulu untuk banyak obat-obatan. Senyawa yang mengandung sebuah cincin indol disebut indoles. Derivatif yang paling terkenal adalah asam amino triptofan. Indol berbentuk padat pada suhu kamar. Indole dapat diproduksi oleh bakteri sebagai produk degradasi asam amino triptofan. Hal ini terjadi secara alami di manusia tinja dan tinja yang intens bau. Pada konsentrasi yang sangat rendah, bagaimanapun, ia memiliki aroma bunga-bunga dan merupakan konstituen dari banyak bunga aroma (seperti bunga jeruk) dan parfum (Colby, 1985).

Bila asam amino dalam makanan malampaui kebutuhan untuk sintesis protein dan lintasan anabolik lainnya. Kelebihannya dikatabolisme untuk menentukan ATP atau diubah menjadi substrak untuk sintesis asam lemak. Protein selular mengalami “turn over” (dipecahkan dan diganti kembali) dengan kecepatan sekitar 400 gr/hari pada orang dewasa. Melalui suatu proses tertentu sejumlah asam amino dapat membentuk suatu senyawa yang memiliki banyak ikatan peptida. Molekul senyawa ini merupakan suatu molekul besar atau makromolekul yang terdiri atas banyak molekul asam amino yang disebut juga sebagai polipeptida. Ada beberapa analisis asam amino, misalnya metode gravitrimetri, kalorimetri, mikrobiologi, kromatografi dan elekrofotolisis. Salah satu metode yang banyak digunakan dan memperoleh perkembangan adalah metode kromatografi. Konsumsi protein diperlukan untuk sumber nitrogen dalam tubuh, pembentukan zat-zat yang mengandung N (nitrogenous) dan sebagai sumber asam amino esensial yang tidak dapat dibentuk di dalam tubuh atau hanya dalam jumlah kecil saja untuk mensuplai kebutuhan sehari-hari.  Hampir semua nitrogen dari katabolisme protein asam amino secara normal hilang dalam bentuk urea melalui ekskresi urine walaupun jumlahnya terbuang dalam bentuk NH₄⁺ dan keratin. Gangguan metabolisme asam amino ditandai oleh kadar asam amino atau produk metaboliknya yang abnormal dalam darah dan urine. Gangguan dalam metabolisme asam amino sering menyebabkan retardasi mental dan gangguan perkembangan (Linder, 1985).

Reaksi-reaksi untuk mengidentifikasi asam amino dan protein antara lain:

a.       Reaksi sakaguci

Reaksi sakaguci dilakukan dengan menggunakan pereaksi nafol dan natrium hipobromit. Pada dasarnya reaksi ini dapat memberi hasil positif apabila ada gugus guanidin. Jadi arginin atau protein yang mengandung arginin dapat menghasilkan warna merah (Tim Dosen kimia, 2009)

b.      Reaksi Xantoprotein

Larutan asam nitrat pekat ditambahkan dengan hati-hati ke dalam larutan protein. Setelah dicampur terjadi endapan putih yang dapat berubah menjadi kuning apabila dipanaskan. Reaksi yang terjadi adalah nitrasi pada inti benzena yang terdapat pada molekul protein. Jadi reaksi ini positif jika mengandung tirosin, fenil alanin  dan triptofan (Poedjadi,1994).

c.       Reaksi Hopkins-Cole

Triptofan dapat berkondensasi dengan beberapa aldehida dengan bantuan asam kuat dan membentuk senyawa yang berwarna. Larutan protein yang mengandung triptofan dapat direasikan dengan pereaksi Hopkins-Cole yang mengandung asam glioksilat.. Setelah dicampur dengan pereaksi Hopkins-Cole, asam sulfat dituangkan perlahan-lahan sehingga membentuk lapisan di bawah larutan protein. Beberapa saat kemudian akan terjadi cincin ungu pada batas antara kedua lapisan. Reaksi Hopkins-Cole memberi hasil positif khas untuk gugus indol dalam protein (Poedjadi,1994).

 permasalahan : 

1. Apakah yang dimaksud denaturasi protein? Sebutkan hal-hal yang menyebabkan terjadinya denaturasi protein!
2. Mengapa protein yang mengalami denaturasi menjadi kehilangan fungsi biologisnya?
3. Tuliskan dan jelaskan tiga tahap dasar dalam proses anabolisme protein!