BAB 3 MAKROMOLEKUL
B. Protein
Protein berasal dari bahasa yunani protos yang berarti yang paling utama, merupakan makromolekul organik kompleks. Protein merupakan polimer dari monomer-monomer penyusunnya yaitu asam amino yang dihubungkan satu dengan yang lain dengan ikatan peptida. Ikatan ini terbentuk ketika atom C pada gugus karboksil suatu moleul berbagi elektron dengan atom N pada gugus amina molekul lainnya. Ikatan ini hanya terjadi pada protein. Reaksi yang terjadi pada pembentukan protein dari asam amino merupakan reaksi kondensasi, yang ditandai dengan lepasnya molekul air ketika reaksi berlangsung. Molekul protein mengandung karbon, hydrogen, oksigen, nitrogen, dan terkadang sulfur dan fosfor.
Protein mempunyai peran yang sangat penting dalam hal struktur dan fungsi dari semua sel mahluk hidup maupun virus.
Sumber : dok pribadi
Gambar 3.17 Struktur penyusun protein
102 1. Asam amino
Asam amino adalah senyawa organik yang berfungsi sebagai unit dasar penyusun protein. Asam amino yang dihubungkan oleh ikatan peptida akan membentuk protein.
Secara umum, struktur asam amino adalah satu atom C yang mengikat empat gugus: gugus karboksil (COOH), atom hidrogen (H), gugus amina (NH2), dan satu gugus sisa (R, dari residue) atau disebut juga dengan rantai samping. Gugus R, atau rantai samping memberikan sifat kimia yang berbeda yang membedakan satu asam amino dengan asam amino lainnya dalam hal struktur, ukuran, muatan listrik dan kelarutan dalam air. Terdapat sekitar 500 jenis asam amino yang sebagian besar adalah non-fisiologis. Namun, banyak juga asam amino fisiologis penting yang tidak terdapat dalam protein. Dalam biokima, istilah “asam amino” pada umumnya mengacu pada 20 jenis asam amino (monomer) yang dapat berpolimerasi untuk membangun protein yang diperlukan oleh tubuh manusia.
Susunan asam amino menentukan struktur protein dan stabilitas struktur protein.
Berdasarkan essensial dan tidaknya, asam amino dapat dibagi menjadi 3 jenis, yaitu:
- Asam amino esensial, yaitu asam amino yang tidak dapat diproduksi oleh tubuh sehingga kebutuhannya harus didapat dari konsumsi makanan. Terdapat 3 jenis asam amino essensial yaitu: isin, isoleusin, falin, triptopan, metionin, threonin, dan penil alanin.
- Asam amino non-essensial, yaitu asam amino yang dapat disintesis dalam tubuh dan mencukupi kebutuhan meskipun tidak diperoleh dari makanan. Jenis asam amino non- essensial yaitu: aspartic acid, glisin, alanin dan serin.
- Asam amino kondisional, yaitu asam amino yang biasanya tidak essensial, namun pada saat tertentu, seperti saat sakit, stress, setelah latihan beban yang keras, produksi tubuh tidak secepat dan sebanyak yang diperlukan sehingga harus dipasik dari makanan maupun suplemen protein. Jenis asam amino ini, yaitu: argin, histidin, cystin, asam glutamat, thryrosin, glutamin, taurin, dan ornitin.
Sumber : https://www.quora.com/
Gambar 3.18 Struktur asam amino
103 Struktur dasar asam amino (asam α-amino) yang terdiri dari gugus karboksil (COOH), atom hidrogen (H), gugus amina (NH2), dan satu gugus sisa (R) yang terikat pada atom Cα.
a. Fungsi biologis asam amino
Fungsi biologis asam amino antara lain sebagi berikut:
- Bahan utama / unit monomer pembentuk protein termasuk enzim, - Pertumbuhan dan pemeliharaan tubuh,
- Kerangka dasar sejumlah senyawa penting dalam metabolism (vitamin, hormon, asam nukleat dan senyawa penting lainnya),
- Asam amino dapat dipecah untuk menghasilkan energi setelah cadangan karbohidrat dan lemak sudah habis,
- Pengikat logam penting yang diperlukan dalam reaksi enzimatik (kofaktor).
Struktur dari 20 asam amino ditunjukkan pada gambar di bawah. Struktur ini dikategorikan berdasarkan gugus R-nya. Pengelompokan 20 asam amino tersebut dapat dijabarkan sebagai berikut:
1) Asam amino dengan gugus R non-polar yang bersifat hidrofob (tidak larut dalam air). Gugus ini memiliki ciri-ciri: gugus R alifatik, bersifat hidrofobik (tidak larut dalam air), dan pada umumnya terdapat pada protein yang berinteraksi dengan lipid.
Contoh dari asam amino jenis ini antara lain: Alanin, Glisin, Valin, Leusin, Isoleusin, Prolin, Fenilalanin, Triptofan dan Metionin.
2) Asam amino dengan gugus R polar tanpa muatan. Gugus ini memiliki ciri-ciri:
gugus R tidak bermuatan, bersifat hidrofilik (larut dalam air), dan pada umumnya terdapat pada bagian luar protein. Contoh dari asam amino jenis ini antara lain:
Lisin, Serin, Treonin, Sistein, Tirosin, Asparagin dan Glutamin.
3) Asam amino dengan gugus aromatik. Gugus ini memiliki ciri-ciri: gugus R bersifat non- polar dan hidrofobik (tidak larut dalam air), dan pada umumnya terdapat pada bagian luar protein. Kelompok ini memiliki cincin benzena dan menjadi bahan baku metabolit sekunder aromatik. Contoh dari asam amino jenis ini antara lain:
Fenilalanina (Phe, F), Tirosina (Tyr, Y), dan Triptofan (Trp, W).
4) Asam amino dengan gugus R bermuatan positif, yang memiliki ciri-ciri rantai R bersifat basa dan bersifat polar. Contoh dari asam amino jenis ini antara lain: Lisin, Arganin, dan histidin. Pada asam amino Histidin mempunyai muatan mendekati
104 netral.
5) Asam amino dengan gugus R bermuatan negatif, yang memiliki ciri-ciri bermuatan negatif dan bersifat asam. Contoh dari asam amino jenis ini antara lain: aspartat dan glutamat.
Sumber : Dok priibadi
Gambar 3.19 Struktur dan penggolongan dari 20 asam amino penting penyusun protein
b. Sifat-sifat asam amino
Asam amino juga bersifat amfoter, yaitu dapat berekasi dengan asam maupun basa.
Di dalam larutan asam, asam amino dapaat bersifat sebagai basa dan menerima proton dari basa kuat. Sedangkan di dalam larutan basa, asam amino dapat bertindak sebagai asam dan memberikan proton kepada basa kuat. Sedangkan dalam kondisi netral (seperti dalam sitoplasma organisme), asam amino dapat bertindak sebagai asam maupun basa.
Berikut ini adalah beberapa penjelasan dari masing-masing 20 jenis asam amino.
1) Alanin
Tubuh manusia memiliki kemampuan untuk memproduksi asam amino jenis ini, tetapi kita
105 juga dapat menemukannya dalam bahan pangan seperti daging, ikan, susu, telur, dan kacang-kacangan. Alanin memainkan peran penting dalam siklus glukosa-alanin, yang terjadi antara hati dan jaringan lainnya. Otot memproduksi alanin selama periode kekurangan oksigen. Alanin ini melakukan perjalanan ke hati, di mana hati menggunakannya untuk membuat glukosa.
2) Arginin
Meskipun bersifat non-esensial bagi manusia dan mamalia lain, arginin dapat dikategorikan sebagai asam amino penting “kondisional”. Produksinya bergantung pada kondisi kesehatan dan tingkat perkembangan seseorang. Bayi prematur tidak bisa memproduksi asam amino ini, sehingga sangat penting untuk memberi mereka arginin dari sumber makanan atau suplemen. Sumber arginin termasuk daging, produk susu, makanan laut, unggas, granola, kacang-kacangan, oatmeal dan biji-bijian. Arginin membantu menyembuhkan luka, membantu dalam fungsi kekebalan tubuh yang tepat, berpartisipasi dalam penghapusan amonia, memberikan kontribusi pelepasan hormon dan berperan dalam pembelahan sel.
3) Asparagin
Asparagin merupakan asam amino non-esensial yang berperan dalam fungsi sistem saraf dan produksi amonia. Diet sumber asparagines termasuk asparagus, kacang-kacangan, daging sapi, produk susu, kacang-kacangan, biji-bijian, ikan, telur, biji-bijian dan makanan laut.
4) Asam asparta
Asam aspartat merupakan asam amino non-esensial yang membantu dalam produksi glukosa dan merangsang reseptor glutamat. Sumber makanan asam amino ini termasuk alpukat, molase dan serpih oat.
5) Sistein
Sistein adalah asam amino nonesensial dengan beberapa fungsi dalam tubuh manusia. Ini bertindak sebagai antioksidan, yang berarti membantu memerangi efek radikal bebas pada sel. Asam amino ini juga memainkan peran dalam stabilitas protein. Diet sumber sistein termasuk babi, unggas, telur, produk susu, paprika merah, bawang merah, bawang putih, granola, bibit gandum dan brokoli.
106 6) Asam glutamate
Asam glutamat diperlukan untuk fungsi sel yang tepat dan berfungsi sebagai blok bangunan untuk protein. Hal ini juga bertindak sebagai neurotransmitter dan berperan dalam proses memori dan belajar. Sumber asam amino ini termasuk daging, telur, kombu, produk susu, ikan dan unggas.
7) Glutamin
Glutamin juga merupakan asam amino esensial kondisional. Mereka yang memiliki gangguan pencernaan dan mereka yang melakukan olahraga berat mungkin perlu untuk melengkapi produksi glutamin dengan suplemen atau sumber makanan asam amino ini.
Sumber makanan glutamin meliputi produk susu, daging, telur, unggas, bit, kubis, gandum, peterseli dan bayam. Glutamin membantu dalam sintesis protein, membantu memproduksi amonium, berfungsi sebagai sumber energi, menyumbangkan karbon dalam siklus asam sitrat dan menyumbangkan nitrogen untuk proses anabolik dalam tubuh.
8) Glisin
Glisin lain adalah asam amino non-esensial dengan fungsi ganda. Ini bertindak sebagai neurotransmitter di sumsum tulang belakang, retina dan batang otak. Hal ini juga membantu dalam sintetis asam D-aminolevulinic dan menyumbangkan unit C2N untuk purin.
9) Histidin
Histidin adalah salah satu dari 4 asam amino esensial. Ini bertindak sebagai prekursor histamin dan membantu dalam sintesis carnosine. Hal ini juga berperan dalam sintesis asam urocanic dan amonia. Jika seseorang tidak memiliki histidin amonia-liase, itu menghasilkan histidinemia, gangguan metabolisme langka.
10) Isoleusin
Isoleusin merupakan asam amino esensial, yang berarti Anda perlu untuk menelannya.
Sumber makanan asam amino ini termasuk ayam, domba, kalkun, ikan, telur, keju dan rumput laut. Karbon kerangka isoleusin dapat digunakan untuk produksi glukosa atau dimasukkan ke dalam siklus asam sitrat untuk berperan dalam oksidasi.
107 11) Leusin
Leusin, asam amino esensial, digunakan oleh hati, jaringan lemak dan jaringan otot. Lemak dan jaringan otot menggunakan leusin untuk membentuk sebuah sub kelompok steroid yang dikenal sebagai sterol. Asam amino ini juga merangsang produksi protein otot dan memperlambat kerusakan jaringan otot. Leusin juga memiliki digunakan sebagai aditif makanan yang digunakan untuk meningkatkan rasa. Sumber asam amino ini termasuk kacang tanah, almond, gandum, protein kedelai, buncis, beras, kacang dan jagung.
12) Lisin
Lisin adalah asam amino esensial yang berfungsi sebagai basa. Zat ini membantu dalam ikatan hidrogen dan sebagai dasar umum dalam mengubah kecepatan reaksi kimia. Sumber makanan lisin termasuk kedelai, ikan lele, daging sapi, kacang, ayam, susu, kacang polong split, buncis, kacang merah dan telur. Asam amino ini juga membantu dalam penyerapan kalsium, produksi protein otot, produksi hormon, pemulihan dari trauma pada jaringan tubuh dan produksi antibodi dan enzim.
13) Metionin
Asam amino esensial metionin bertindak sebagai perantara dalam produksi taurin, sistein, lesitin, karnitin dan zat lainnya. Sumber metionin termasuk kacang Brasil, gandum, protein kedelai, kacang tanah, biji wijen, jagung kuning, gandum, buncis, lentil, almond dan beras merah.
14) Fenilalanin
Asam amino Esensial fenilalanin berfungsi sebagai prekursor untuk zat seperti dopamin, epinefrin, norepinefrin dan melatonin. Ini juga memiliki analgesik, pereda nyeri, dan efek anti depresan. Sumber asam amino ini termasuk ikan cod, daging organ, keju, ayam, biji, susu, tahu, telur dan protein kedelai.
15) Prolin
Prolin, asam amino non-esensial, memiliki aplikasi di bidang bioteknologi dan farmasi.
Hal ini sering digunakan untuk mengubah tingkat di mana reaksi organik terjadi. Hal ini juga berfungsi sebagai komponen struktural protein.
108 16) Serin
Tubuh menghasilkan serin, sehingga bukan asam amino esensial. Salah satu kegunaan yang paling penting adalah dalam metabolisme, karena membantu menghasilkan pirimidin dan purin. Hal ini juga bertindak sebagai pendahulu untuk bahan lain dan membantu dalam fungsi enzim.
17) Treonin
Treonin merupakan asam amino esensial dan merupakan salah satu dari hanya dua asam amino umum yang mengandung gugus alkohol. Sumber makanan asam amino ini termasuk ikan, keju cottage, lentil, unggas, biji wijen dan daging. Asam amino ini dapat muncul pada permukaan protein atau dalam interior protein. Gugus hidroksil dalam asam amino ini membantu itu membentuk ikatan hidrogen dengan zat lain.
18) Triptofan
Triptofan, dikenal karena kehadirannya di Turki, adalah asam amino esensial. Sumber tambahan triptofan termasuk coklat, produk susu, ikan, biji-bijian, kacang, buncis, daging merah dan ayam. Asam amino ini berfungsi sebagai prekursor serotonin dan niacin.
19) Tirosin
Tirosin, asam amino non-esensial, menerima gugus fosfat dalam proses transduksi sinyal dan berpartisipasi dalam proses fotosintesis. Sumber makanan asam amino ini termasuk kacang, alpukat, produk susu, almond, biji, ayam, ikan, produk kedelai dan kalkun.
20) Valin
Valin merupakan asam amino esensial yang ditemukan pada unggas, ikan, kacang, biji wijen, keju dan kacang tanah. Ini memiliki rantai samping hidrokarbon, yang membuatnya menjadi rantai asam amino bercabang. Asam amino ini adalah komponen protein.