biokimia protein

BAB II

PEMBAHASAN

A.    PENGERTIAN PROTEIN

Protein (akar kata protos dari bahasa Yunani yang berarti "yang paling utama") adalah senyawa organik kompleks berbobot molekul tinggi yang merupakan polimer dari monomer-monomer asam amino yang dihubungkan satu sama lain dengan ikatan peptida. Molekul protein mengandung karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan kadang kala sulfur serta fosfor. Protein berperan penting dalam struktur dan fungsi semua sel makhluk hidup dan virus.

Kebanyakan protein merupakan enzim atau subunit enzim. Jenis protein lain berperan dalam fungsi struktural atau mekanis, seperti misalnya protein yang membentuk batang dan sendi sitoskeleton. Protein terlibat dalam sistem kekebalan (imun) sebagai antibodi, sistem kendali dalam bentuk hormon, sebagai komponen penyimpanan (dalam biji) dan juga dalam transportasi hara. Sebagai salah satu sumber gizi, protein berperan sebagai sumber asam amino bagi organisme yang tidak mampu membentuk asam amino tersebut (heterotrof).

Protein merupakan salah satu dari biomolekul raksasa, selain polisakarida, lipid, dan polinukleotida, yang merupakan penyusun utama makhluk hidup. Selain itu, protein merupakan salah satu molekul yang paling banyak diteliti dalam biokimia. Protein ditemukan oleh Jöns Jakob Berzelius pada tahun 1838.

Biosintesis protein alami sama dengan ekspresi genetik. Kode genetik yang dibawa DNA ditranskripsi menjadi RNA, yang berperan sebagai cetakan bagi translasi yang dilakukan ribosom. Sampai tahap ini, protein masih "mentah", hanya tersusun dari asam amino proteinogenik. Melalui mekanisme pascatranslasi, terbentuklah protein yang memiliki fungsi penuh secara biologi.

B.     STRUKTUR PROTEIN

Protein, seperti halnya suatu molekul DNA, merupakan polimer yang linear dan tidak bercabang. Subunit protein monomeriknya disebut asam amino dan polimer yang dihasilkan atau polipeptidanya, jarang yang panjangnya melebihi 2000 unit. Struktur protein bersifat hirarki, yaitu protein disusun setahap demi setahap dan setiap tingkatan tergantung dari tahapan di bawahnya. Adapun protein terdiri dari empat struktur yaitu :

1.      Struktur primer adalah struktur protein yang dibentuk dengan menggabungkan asam amino ke dalam polipeptida. Asam amino dihubungkan dengan ikatan peptida yang terbentuk dengan reaksi kondensasi antara gugus karboksil pada satu asam amino dengan gugus amino pada asam amino kedua. Ujung dari polipeptida yang terbentuk mempunyai sifat kimia yang berbeda.

Struktur primer protein bisa ditentukan dengan beberapa metode:

·         Hidrolisis protein dengan asam kuat (misalnya, 6N HCl) dan kemudian komposisi asam amino ditentukan dengan instrumen amino acid analyzer,

·         Analisis sekuens dari ujung-N dengan menggunakan degradasi Edman,

·         Kombinasi dari digesti dengan tripsin dan spektrometri massa, dan

·         Penentuan massa molekular dengan spektrometri massa.

2.      Struktur sekunder adalah merujuk pada konformasi yang berbeda yang dapat terjadi pada polipeptida. Dua tipe yang umum yaitu α-heliks dan β-sheet. Keduanya terbentuk karena ikatan hidrogen yang terjadi antara asam amino yang berbeda pada polipeptida.

Berbagai bentuk struktur sekunder misalnya ialah sebagai berikut:

• alpha helix (α-helix, "puntiran-alfa"), berupa pilinan rantai asam-asam amino berbentuk seperti spiral;
• beta-sheet (β-sheet, "lempeng-beta"), berupa lembaran-lembaran lebar yang tersusun dari sejumlah rantai asam amino yang saling terikat melalui ikatan hidrogen atau ikatan tiol (S-H);
• beta-turn, (β-turn, "lekukan-beta"); dan
• gamma-turn, (γ-turn, "lekukan-gamma").

3.      Struktur tersier terjadi dari lipatan komponen struktur sekunder polipeptida yang membentuk konfigurasi tiga dimensi. Struktur tersier terjadi karena bermacam-macam gaya kimiawi terutama ikatan hidrogen antara individu asam amino dan gaya hidrofobik yang mengatur bahwa asam amino dengan sisi gugus non-polar harus dilindungi dari air dengan menenpatkannya di bagian dalam protein.

4.      Struktur kuaternair adalah melibatkan asosiasi dua atau lebih polipeptida, masing-masing terlipat menjadi struktur tersier, menjadi protein multisubunit. Tidak semua protein membentuk struktur kuaternair. Hanya protein yang mempunyai fungsi kompleks yang memiliki struktur ini termasuk beberapa protein yang terlibat dalam ekspresi gen.

Ditinjau dari strukturnya, protein dapat dibagi dalam 2 golongan yaitu:

1. Protein sederhana yang merupakan protein yang hanya terdiri atas molekul-molekul asam amino
2. Protein gabungan yang merupakan protein yang terdiri atas protein dan gugus bukan protein. Gugus ini disebut gugus prostetik dan terdiri atas karbohidrat, lipid atau asam nukleat.

Protein sederhana menurut bentuk molekulnya dibagi menjadi 2 kelompok, yaitu:

1. Protein fiber. Molekul protein ini terdiri atas beberapa rantai polipeptida yang memanjang dan dihubungkan satu sama lain oleh beberapa ikatan silang hingga merupakan bentuk serat atau serabut yang stabil. Protein fiber tidak larut dalam pelarut-pelarut encer, baik larutan garam, asam, basa ataupun alkohol. Berat molekulnya yang besar belum dapat ditentukan dengan pati dan sukar dimurnikan. Kegunaan protein ini hanya untuk membentuk struktur jaringan dan bahan, contohnya adalah keratin pada rambut.
2. Protein globular. rotein globular pada umumnya berbentuk bulat atau elips dan terdiri atas rantai polipeptida yang terlibat. Protein globular/speroprotein berbentuk bola, protein ini larut dalam larutan garam dan asam encer, juga lebih mudah berubah di bawah pengaruh suhu, konsentrasi asam dan asam encer. Protein ini mudah terdenaturasi. Banyak terdapat pada susu, telur dan daging.

Reaksi-reaksi kahas pada protein (uji kualitatif):

1. Reaksi Ninhidrin. Ninhidrin beraksi dengan asam amino bebas da protein menghasilkan warna biru. Reaksi ini termasuk yang paling umum dilakukan untuk analisis kualitatif protein dan produk hasil hidrolisisnya. Reaksi ninhidrin dapat pula dilakukan terhadap urin untuk mengetahui adanya asam amino atau untuk mengetahui adanya pelepasan protein oleh cairan tubuh.
2. Reaksi Biuret. Bila larutan protein dalam suasana basa kuat direaksikan dengan larutan CuSO4 pekat, akan dihasilkan warna ungu. Warna yang dihasilkan dari reaksi tersebut disebabkan oleh ikatan koordinasi antara ion Cu2+ dengan pasangan elektron bebas dari N yang berasal dari protein dan pasangan elektron bebas dari O molekul air. Reaksi ini tidak berlaku untuk peptida.
3. Reaksi Uji Millon untuk Tirosin. Reagen Millon adalah larutan asam nitrat yang mangandung raksa (I) nitrat dan raksa (II) nitrat. Bila reagn millon dicampurkan dengan larutan yang mengandung protein akan terbentuk endapan putih yang akan berubah merah bila dipanaskan.

Uji Penetralan Titik Isoelektrik. Titik isoelektrik adalah daereah pH tertentu dimana protein mempunyai selisih muatan, sehingga tidak bergerak dalam muatan listrik.

C.    PERANAN PROTEIN

Protein memegang peranan penting dalam berbagai proses biologi. Peran-peran tersebut antara lain:

1. Katalisis enzimatik

Hampir semua reaksi kimia dalam sistem biologi dikatalisis oleh enzim dan hampir semua Enzim adalah protein.

2. Transportasi dan penyimpanan

Berbagai molekul kecil dan ion-ion ditansport oleh protein spesifik. Misalnya transportasi oksigen di dalam eritrosit oleh hemoglobin dan transportasi oksigen di dalam otot oleh mioglobin.

3. Koordinasi gerak

Kontraksi otot dapat terjadi karena pergeseran dua filamen protein. Contoh lainnya adalah pergerakan kromosom saat proses mitosis dan pergerakan sperma oleh flagela.

4. Penunjang mekanis

Ketegangan kulit dan tulang disebabkan oleh kolagen yang merupakan protein fibrosa.

5. Proteksi imun

Antibodi merupakan protein yang sangat spesifik dan dapat mengenal serta berkombinasi dengan benda asing seperti virus, bakteri dan sel dari organisma lain.

6. Membangkitkan dan menghantarkan impuls saraf

Respon sel saraf terhadap rangsang spesifik diperantarai oleh oleh protein reseptor. Misalnya rodopsin adalah protein yang sensitif terhadap cahaya ditemukan pada sel batang retina. Contoh lainnya adalah protein reseptor pada sinapsis.

7. Pengaturan pertumbuhan dan diferensiasi

Pada organisme tingkat tinggi, pertumbuhan dan diferensiasi diatur oleh protein faktor pertumbuhan. Misalnya faktor pertumbuhan saraf mengendalikan pertumbuhan jaringan saraf. Selain itu, banyak hormon merupakan protein

D.    SINTESIS PROTEIN

            Molekul protein terdiri atas beberapa ratus molekul asam amino yang berikatan satu dengan yang lain melalui ikatan peptide serta mengikuti suatu urutan tertentu. Oleh karena itu biosintesis protein yang terjadi dalam sel merupakan reaksi kimia yang kompleks dan melibatkan beberapa senyawa penting, terutama DNA dan RNA.

E.     SIFAT-SIFAT PROTEIN

1.      Ionisasi

       Seperti asam amino, protein yang larut dalam air akan membentuk ion yang mempunyai muatan positif dan negative. Dalam suasana asam molekul protein akan membentuk ion positif, sedangkan dalam suasana basa akan membentuk ion negative. Pada titik isolistrik protein mempunyai muatan positif dan negative yang sama, sehingga tidak bergerak kea rah elektroda positif maupun negative atau juga ditempatkan diantara kedua elektroda tersebut.

Oleh karena itu untuk mengendapakan protein diperlukan pH larutan di atas titik isolistrik, sedangkan pengendapan oleh ion negative memerlukan Ph dibawah titik isolistrik. Ion-ion positif yang dapat mengendapkan protein antara lain adalah Ag⁺, Ca2+, Zn2+, Hg2+, Fe2+, Cu²⁺, Pb²⁺, sedangkan ion-ion negative yang dapat mengendapkan protein ialah ion salisilat, triklorasetat

2.      Denaturasi

       Beberapa jenis protein sangat peka terhadap perubahan lingkungannya. Suatu protein mempunyai arti bagi tubuh apabila protein tersebut di dalam tubuh dapat melakukan aktifitas biokimia yang menunjang kebutuhan tubuh. aktivitas ini banyak tergantung pada struktur dan konfirmasi molekul yang tepat. Apabila konfirmasi molekul protein berubah, misalnya oleh perubahan suhu, Ph atau karena terjadinya suatu reaksi dengan senyawa lain, ion-ion logam, maka aktivitas biokimianya berkurang. Enzim adalah suatu protein yang mempunyai aktivitas biokimiawi sebagai katalis dalam tubuh. Oleh perubahan suhu atau pH, aktivitas enzim akan mengalami perubahan. Karena itu tiap enzim mempunyai pH dan suhu tertentu yang menyebabkan aktivitasnya mencapai keadaan optimum. Ion-ion logam berat yang masuk ke dalam tubuh akan bereaksi dengan sebagian protein, sehingga menyebabkan terjadinya koagulasi atau penggumpalan. Dengan demikian protein tersebut mengalami perubahan konfirmasi serta posisinya, sehingga aktivitasnya berkurang atau kemampuannya menunjang aktivitas organ tubuh tertentu hilang dan dikatakan tubuh mengalami keracunan. Perubahan konfirmasi almiah menjadi suatu konfirmasi yang tidak menentu merupakan suatu proses yang di sebut denaturasi. Proses denaturasi ini kadang-kadang dapat berlangsung secara reversible, kadang-kadang tidak. Penggumpalan protein biasanya di dahului oleh proses denaturasi yang berlangsung dengan baik pada titik isolistrik protein tersebut.

       Protein akan mengalami koagulasi apabila dipanaskan pada suhu 50⁰C atau lebih. Koagulasi ini hanya terjadi apabila protein berada pada titik isolistriknya. Protein yang terdenaturasi pada titik isolistriknya masih dapat larut pada pH diluar titik isolistrik tersebut. Air ternyata diperlukan untuk proses denaturasi oleh panas. Putih telur yang kering dapat dipanaskan hingga 100⁰C dan tetap dapat larut dalam air. Disamping oleh Ph, suhu tinggi dan ion logam berat, denturasi dapat pula terjadi oleh adanya gerakan mekanik, alcohol, aseton, eter, dan detergen.

3.      Viskositas

Viskositas adalah tahanan yang timbul oleh adanya gesekan antara molekul-molekul di dalam zat cair yang mengalir. Suatu larutan protein dalam air mempunyai viskositas atau kekentalan yang relative lebih besar dari pada viskositas sebagai pelarutnya. Alat yang digunakan untuk menentukan viskositas adalah viscometer Ostwald. Pengukuran viskositas alat ini di dasarkan pada kecepatan aliran suatu zat cair atau larutan melalui suatu pipa tertentu. Serum darah misalnya, mempunyai kecepatan aliran yang lebih lambat di bandingkan dengan kecepatan aliran air. Viskositas larutan protein tergantung pada jenis protein, bentuk molekul, konsentrasi serta suhu larutan. Viskositas berbanding lurus dengan konsentrasi tetapi berbanding terbalik dengan suhu. Larutan suatu protein yang bentuk molekulnya panjang, mempunyai viskositas lebih besar dari pada larutan suatu protein yang berbentuk bulat. Pada titik isolistrik larutan protein mempunyai harga terkecil.

4.      Kristalisasi

Proses kristalisasi untuk berbagai jenis protein tidak selalu sama, artinya ada yang dengan mudah dapat terkristalisasi, tetapi ada juga yang sukar. Beberapa enzim pepsin, tripsin, katalase, dan urease telah dapat diperoleh dalam bentuk Kristal. Albumin pada serum atau telur sukar di kristalkan. Proses kristalisasi protein sering di lakukan dengan jalan penambahan garam amonim sulfat atau NaCl pada larutan dengan pengaturan Ph pada titik isolistriknya. Kadang-kadang dilakukan pula penambahan aseton atau alcohol dalam jumlah tertentu. Pada dasarnya semua usaha yang dilakukan itu dimaksudkan untuk menurunkan kelarutan protein dan ternyata pada titik isolistrik kelarutan protein paling kecil, sehingga mudah dikristalkan dengan baik.

5.      System koloid

Pada tahun 1861 Thomas Graham membagi zat-zat kimia dalam dua kategori, yaitu zat yang dapat menembus membrane atau kertas perkamen dan zat yang tidak dapat menembus membrane. Oleh karena yang mudah menembus membrane adalah zat yang dapat mengkristal, maka golongan ini di sebut kristaloid, sedangkan golongan lain yang tidak dapat menembus membrane di sebut koloid

F.     MANFAT PROTEIN

1.Hanya protein yang menciptakan otot

Karbohidrat memang merupakan sumber tenaga utama, tetapi bukan bahan baku pembentuk otot.  Hanya asam amino yg terdapat dalam protein yang dapat dipakai untuk membentuk jaringan otot baru. Dan protein bisa memperbaiki sel tubuh yang rusak. Nah, tanpa suplai protein yang cukup, kapasitas mesin otot tidak akan meningkat.

2. Asam amino dalam protein menbentuk creatine

Beberapa asam amino, seperti arginine, glycine, dan methionine ( semuanya terdapat dalam ayam, ikan, daging, produk susu dan telur ), bila digabung, akan membentuk creatine phoshate di hati. Creatine adalah materi yang membantu meningkatkan tenaga dan volume otot.

3. Protein adalah sumber glutamine

Mengkonsumsi 1 gr protein per kg berat badan akan membantu tubuh memproduksi glutamine, asam amino yang membantu meningkatkan kerja sel dengan cara menarik air ke dalam sel. Hal ini akan mempercepat kerja sel dalam membentuk otot.

4. Protein kaya akan BCAA

Leucine, isoleucine dan valine adalah tiga jenis asam amino rantai cabang (BCAA) yang merupakan sumber tenaga untuk kontraksi otot dalam latihan beban. Leucine adalah BCAA yang terpenting, karena akan meningkatkan pembentukan protein otot, mencegah pemecahan otot, dan mendukung kadar testosteron selama latihan.

5. Mencegah kehilangan massa otot saat saat kita berdiet

Bila anda mengurangi asupan karbohidrat, tubuh akan menggunakan protein otot sebagai bahan bakar alternatif dan ini akan menurunkan massa otot. Karena itu anda harus meningkatkan asupan protein, agar tubuh tidak membakar jaringan otot  untuk energi. Ingat otot adalah kompor untuk membakar kalori.

6. Meningkatkan sistem kekebalan tubuh

7. Membuat kita waspada

8. Sumber growth hormone

9. Meningkatkan pelepasan insulin

10. Protein adalah bahan baku vasodilator

G. JENIS-JENIS PROTEIN

Jenis-jenis protein berdasarkan sumbernya dibagi menjadi dua yaitu yakni Protein Hewani (protin yang bersumber dari hewan) dan Protein Nabati (protein yang bersumber dari tumbuh-tumbuhan)

Protein Hewani: daging(sapi, ayam, ikan, kambing, kanguru, kalkun), telur, susu. Untuk suplemen protein hewani umumnya berasal dari susu

Protein Nabati: kacang-kacangan (terutama kacang kedelai), tahu, tempe, untuk suplemen protein nabati umumnya berasal dari kacang kedelai (soy protein)

Tiap jenis protein ditandai ciri-cirinya oleh:
* Susunan kimia yang khas
Setiap protein individual merupakan senyawa murni

* Bobot molekular yang khas
Semua molekul dalam suatu contoh tertentu dari protein murni mempunyai bobot molekular yang sama. Karena molekulnya yang besar maka protein mudah sekali mengalami perubahan fisik ataupun aktivitas biologisnya.

* Urutan asam amino yang khas

H.   KEKURANGAN PROTEIN

Protein sendiri mempunyai banyak sekali fungsi di tubuh kita. Pada dasarnya protein menunjang keberadaan setiap sel tubuh, proses kekebalan tubuh. Setiap orang dewasa harus sedikitnya mengkonsumsi 1 g protein pro kg berat tubuhnya. Kebutuhan akan protein bertambah pada perempuan yang mengandung dan atlet-atlet.

Kekurangan Protein bisa berakibat fatal:

• Kerontokan rambut (Rambut terdiri dari 97-100% dari Protein -Keratin)
• Yang paling buruk ada yang disebut dengan Kwasiorkor, penyakit kekurangan potein. Biasanya pada anak-anak kecil yang menderitanya, dapat dilihat dari yang namanya busung lapar, yang disebabkan oleh filtrasi air di dalam pembuluh darah sehingga menimbulkan odem.Simptom yang lain dapat dikenali adalah:
• hipotonus
• gangguan pertumbuhan
• hati lemak

Kekurangan yang terus menerus menyebabkan marasmus dan berkibat kematian

I.  ASAM-ASAM AMINO YANG TERDAPAT DALAM PROTEIN

·         Asam amino rantai samping alifatik

1.      Glisin (Gly) = G

2.      Valin (Val)  = V

3.      Alanin (Ala)= A

4.      Leusin (Leu)=L

5.      Isoleusin (Leu)=L

·         Asam amino rantai samping gugus hidrosil (OH)

1.      Serin (Ser) = S

2.      Treonin (Tgr) = T

3.      Tirosin (Tyr) = Y

·         Asam amino rantai samping sulfur

1.      Sistein (Cys) = C

2.      Metionin (Met) = M

·         Asam amino rantai samping gugus asidik dan amida

1.      Asam aspartat (Asp) = D

2.      Asparagin (Asn) = N

3.      Asam glutamate (Glu) = E

4.      Glutamin (Gln) = Q

·         Asam amino rantai samping gugus alkalis

1.      Arginin (Arg) = R

2.      Lisin (Lys) = K

3.      Histidin (His) = H

·         Asam amino rantai samping mengandung cincin aromatika

1.      Histidin (His) = H

2.      Tirosin (Tyr) = Y

3.      Fenilalanin (Phe) = F

4.      Triptofan (Trp) = W

·         Asam amino siklik

Prolin (Pro) = P