DENATURASI PROTEIN
Denaturasi protein adalah perubahan struktur sekunder, tersier dan kuartener tanpa mengubah struktur primernya (tanpa
memotong ikatan peptida).
Denaturasi mempunyai sisi negatif dan positif. Sisi negatif denaturasi:
- Protein kehilangan aktivitas biologi - Pengendapan protein
- Protein kehilangan beberapa sifat fungsional Sisi positif denaturasi:
- Denaturasi panas pada inhibitor tripsin dalam legum dapat meningkatkan tingkat
ketercernaan dan ketersediaan biologis protein legum. - Protein yang terdenaturasi sebagian lebih mudah dicerna, sifat pembentuk buih
dan emulsi lebih baik daripada protein asli.
- Denaturasi oleh panas merupakan prasyarat pembuatan gel protein yang dipicu
Denaturasi protein dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu oleh panas, tekanan, gaya mekanik, pH, bahan kimia, dan lain-lain.
A. CARA FISIK 1. Suhu
Denaturasi karena panas biasanya terjadi pada suhu 40 – 80 oC. Stabilitas protein terhadap panas tergantung dari:
- Komposisi asam amino
Protein dengan residu asam amino hidrofobik lebih stabil daripada protein hidrofilik.
- Ikatan disulfida
Adanya ikatan disulfida menyebabkan protein tahan terhadap denaturasi pada suhu tinggi.
- Jembatan garam
Adanya jembatan garam menyebabkan protein tahan terhadap denaturasi pada suhu tinggi.
- Waktu pemanasan
Waktu pemanasan pendek mengakibatkan denaturasi reversibel, sedang waktu pemanasan panjang mengakibatkan denaturasi irreversibel.
- Kadar air
Semakin tinggi kadar air maka protein menjadi semakin tidak stabil.
- Bahan tambahan
Penambahan gula dan garam akan menstabilkan protein Contoh lain:
Pada suhu 2 oC menggumpal dan mengendap, pada suhu kamar dapat larut kembali.
- β-kasein (bagian dari misel kasein pada susu) Pada 4 oC terpisah dari misel kasein.
- Laktat dehidrogenase dan gliseraldehid fosfat dehidrogenase Pada 4 oC aktivitas enzim hilang dan sub unitnya terpisah. Pada suhu kamar, enzim dapat kembali aktif dan sub unitnya
bergabung kembali. 2. Tekanan hidrostatis
Denaturasi karena protein dapat terjadi pada suhu 25 oC apabila tekanan cukup besar. Protein yang terdenaturasi karena tekanan (< 2 kbar) umumnya bersifat reversibel setelah beberapa jam. Tekanan hidrostatis yang tinggi digunakan untuk:
- Inaktivasi mikrobia
Tekanan 2 – 10 kbar menyebabkan: Membran sel rusak irreversibel Organel lepas dari mikroorganisme Mikroorganisme vegetatif tidak aktif - Pembentukan gel.
Pembentukan gel pada putih telur, larutan kedelai 16% dan larutan aktomiosin 3% dilakukan pada tekanan 1 – 7 kbar, suhu 25 oC selama 30 menit. Gel yang terjadi karena tekanan
umumnya lebih lunak daripada gel yang terjadi karena panas. - Pelunak daging
Apabila daging sapi diberi tekanan 1 – 3 kbar maka miofibril sebagian akan lepas sehingga daging menjadi lunak. Kelebihan proses dengan tekanan dibanding dengan panas:
- tidak merusak asam amino esensial - tidak merusak warna dan flavor alami - tidak menimbulkan komponen beracun
Kekurangan proses dengan tekanan adalah harganya mahal. 3. Gaya mekanik
Gaya mekanik (seperti pengocokan) menyebabkan denaturasi protein. Hal ini disebabkan oleh pengikatan gelembung udara dan adsorpsi molekul protein pada perbatasan (interface)
udara-cairan. Contohnya adalah pada putih telur kocok. Pengolahan makanan yang melibatkan tekanan, gaya mekanik dan suhu tinggi adalah ekstrusi, pencampuran kecap tinggi, dan
homogenisasi. Kombinasi suhu dan gaya mekanik tinggi
menyebabkan denaturasi protein irreversibel. Contoh apabila larutan whey 10 – 20% pada pH 3,5 – 4,5 dan suhu 80 – 120 oC diberi gaya 7500 – 10000 per detik maka akan terbentuk partikel makrokoloid dengan diameter 1 μm dengan organoleptik halus seperti emulsi.
B. CARA KIMIA 1. pH
Denaturasi karena pH bersifat reversibel, kecuali terjadi: - hidrolisis sebagian pada ikatan peptida
- rusaknya gugus sulfhidril - agregasi
Pada titik isoelektrik (pI) kelarutan protein akan berkurang sehingga protein akan menggumpal dan mengendap. 2. Pelarut organik
Pada konsentrasi rendah, pelarut organik akan menstabilkan protein, sedang pada konsentrasi tinggi, pelarut organik akan mendenaturasi protein.
3. Zat terlarut (solut) organik
Solut organik dapat memecah ikatan hidrogen yang akhirnya menyebabkan denaturasi protein. Contoh solut organik adalah urea dan guanidin HCl.
4. Deterjen
Deterjen akan membentuk jembatan antara gugus hidrofobik dengan hidrofilik yang menyebabkan denaturasi protein. Denaturasi ini bersifat irreversibel. Contoh deterjen adalah sodium dodecyl sulfate (SDS).
5. Garam
Pada konsentrasi rendah, garam akan menstabilkan protein, sedang pada konsentrasi tinggi, garam akan mendenaturasi protein.
DENATURASI
Denaturasi adalah suatu perubahan atau modiikasi terhadap struktur sekunder, tersier, dan kuartener molekul protein tanpa terjadinya pemecahan ikatan-ikatan peptida. Denaturasi protein dapat juga diartikan sebagai kerusakan struktur sekunder dan tersier protein akibat terpecahnya ikatan hidrogen , interaksi hidrofobik atau ikatan disulfida. Reaksi denaturasi tidak mampu memutuskan ikatan peptida sehingga struktur primer molekul protein tidak mengalami kerusakan (Winarno,2006). Bila susunan ruang atau rantai polipeptida suatu molekul protein berubah, maka dikatakan protein ini terdenaturasi. Ada dua macam denaturasi, pengembangan rantai peptida dan pemecahan protein menjadi unit lebih kecil tanpa disertai pengembangan molekul. Yang pertama kali terjadi pada pengembangan polipeptida, sedangkan yang kedua terjadi pada bagian molekul yang bergabung dalam ikatan sekunder (Winarno,2006).
1. Faktor – faktor Penyebab
Denaturasi proteindapat terjadi dengan berbagai macam perlakuan, antara lain dengan perlakuan panas, pH, garam,dan tegangan permukaan. Denaturasi protein merupakan suatu keadaan dimana protein mengalami perubahan atau perusakan struktur sekunder, tersier dan kuartenernya. Denaturasi ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor diantaranya pemanasan, suasana asam atau basa yang ekstrim, kation logam berat dan penambahan garam jenuh ( Purnomo,2007 ).
Denaturasi protein terjadi bila susunan ruang atau rantai polipeptida suatu molekul protein berubah. Jika ikatan-ikatan yang membentuk konfigurasi molekul tersebut rusak, molekul akan mengembang. Berikut ini merupakan beberapa
mekanisme denaturasi (Purnomo,2007) :
Denaturasi karena Panas Panas dapat digunakan untuk mengacaukan ikatan hidrogen dan interaksi hidrofobik non polar. Hal ini terjadi karena suhu tinggi dapat meningkatkan energi kinetik dan menyebabkan molekul
penyusun protein bergerak atau bergetar sangat cepat sehingga mengacaukan ikatan molekul tersebut. Protein telur mengalami denaturasi dan terkoagulasi selama pemasakan. Beberapa makanan dimasak untuk mendenaturasi
protein yang dikandung supaya memudahkan enzim pencernaan dalam mencerna protein tersebut. Pemanasan akan membuat protein bahan
terdenaturasi sehingga kemampuan mengikat airnya menurun. Hal ini terjadi karena energi panas akan mengakibatkan terputusnya interaksi non-kovalen yang ada pada struktur alami protein tapi tidak memutuskan ikatan
kovalennya yang berupa ikatan peptida. Proses ini biasanya berlangsung pada kisaran suhu yang sempit.
Alkohol dapat merusak ikatan hidrogen Ikatan hidrogen terjadi antara gugus amida dalam struktur sekunder protein. Ikatan hidrogen antar rantai samping terjadi dalam struktur tersier protein dengan kombinasi berbagai asam amino penyusunnya.
Denaturasi karena Asam dan basa Protein akan mengalami kekeruhan
terbesar pada saat mencapai ph isoelektris yaitu ph dimana protein memiliki muatan positif dan negatif yang sama, pada saat inilah protein mengalami denaturasi yang ditandai kekeruhan meningkat dan timbulnya gumpalan. Asam dan basa dapat mengacaukan jembatan garam dengan adanya muatan ionik. Sebuah tipe reaksi penggantian dobel terjadi sewaktu ion positif dan negatif di dalam garam berganti pasangan dengan ion positif dan negatif yang berasal dari asam atau basa yang ditambahkan. Reaksi ini terjadi di dalam sistem pencernaan, saat asam lambung mengkoagulasi susu yang dikonsumsi
Denaturasi karena Garam logam berat Garam logam berat mendenaturasi protein sama dengan halnya asam dan basa. Garam logam berat umumnya mengandung Hg+2, Pb+2, Ag+1 Tl+1, Cd+2 dan logam lainnya dengan berat atom yang besar. Reaksi yang terjadi antara garam logam berat akan mengakibatkan terbentuknya garam protein-logam yang tidak larut Protein akan mengalami presipitasi bila bereaksi dengan ion logam. Pengendapan oleh ion positif (logam) diperlukan ph larutan diatas pi karena protein bermuatan negatif, pengendapan oleh ion negatif diperlukan ph larutan
dibawah pi karena protein bermuatan positif. Ion-ion positif yang dapat mengendapkan protein adalah; Ag+, Ca++, Zn++, Hg++, Fe++, Cu++ dan Pb++, sedangkan ion-ion negatif yang dapat mengendapkan protein adalah; ion salisilat, triklorasetat, piktrat, tanat dan sulfosalisilat .
Garam logam berat merusak ikatan disulfida Logam berat juga merusak ikatan disulfida karena affinitasnya yang tinggi dan kemampuannya untuk menarik sulfur sehingga mengakibatkan denaturasi protein.
Agen pereduksi merusak ikatan disulfida Ikatan disulfida terbentuk dengan adanya oksidasi gugus sulfhidril pada sistein. Antara rantai protein yang berbeda yang sama-sama memiliki gugus sulfhidril akan membentuk ikatan disulfida kovalen yang sangat kuat. Agen pereduksi dapat memutuskan ikatan disulfida, dimana penambahan atom hidrogen sehingga membentuk gugus tiol; -SH
3. Dampak yang Ditimbulkan Pada produk
Denaturasi menimbulkan beberapa dampak pada produk , dampak – dampak tersebut diantaranya adalah hilangnya aktivitas enzim, penambahan kelarutan dan dehidrasi, dan perubahan warna. Selain itu produk yang memiliki kandungan protein akan mengalami kerusakan mulai dari kerusakan struktur primernya sampai pada kerusakan struktur tersiernya (Purwaningsih,2007).
Denaturasi protein
Denaturasi Protein Dalam Kehidupan Sehari-hari
Denaturasi protein merupakan proses terjadinya perubahan atau modifikasi terhadap konformasi protein yang terjadi pada struktur tersier maupun kuartener dari protein.
Pada struktur tersier protein misalnya, terdapat empat jenis interaksi pada rantai samping
seperti ikatan hidrogen, jembatan garam, ikatan disulfida, interaksi non polar pada bagian non
hidrofobik. Adapun penyebab dari denaturasi protein bisa berbagai macam, antara lain panas, alkohol, asam-basa, maupun logam berat.
Ciri-ciri suatu protein yang mengalami denaturasi bisa dilihat dari berbagai hal. Salah satunya adalah dari perubahan struktur fisiknya, protein yang terdenaturasi biasanya mengalami pembukaan lipatan pada bagian-bagian tertentu. Selain itu, protein yang terdenaturasi akan
berkurang kelarutannya. Lapisan molekul yang bagian hidrofobik akan mengalami perubahan posisi dari dalam ke luar, begitupun sebaliknya. Hal ini akan membuat perubahan kelarutan Beberapa factor penyebab yang ditimbulkan dari denaturasi, diantaranya :
1. Perubahan pH: penggumpalan kasein
2. Panas
3. Radiasi: sinar X dan UV
4. Pelarut organic: aseton, alcohol
5. Garam-garam dari logam berat: Ag2+, Hg2+, Pb2+
6. Pereksi-pereaksi alkaloid: asam tannat, asam pikrat bisa menggumpalkan protein menurunkan
infeksi.
7. Pereduksi: thioglikolat
Mekanisme dan dampak yang ditimbulkan dari terjadinya denaturasi, yaitu 1. Panas dan Radiasi Sinar Ultraviolet
Proses panas dan radiasi sinar ultraviolet menghasilkan gumpalan protein. Protein yang terdenaturasi lebih mudah tercernakan dan dengan alasan inilah makanan yang mengandung protein perlu dimasak dahulu sebelum dihidangkan.
2. Pelarut-Pelarut Organik
Pelarut etanol membentuk ikatan hydrogen intermolekuler dengan molekul protein dan demikian memutuskan ikatan hydrogen intermolekuler.
3. Asam atau Basa
Pereaksi asam atau basa memecah ikatan hydrogen intermolekuler menyebabkan koagulasi protein. Bila protein kontak lama dengan asam atau basa maka kemungkinan besar ikatan peptide terhidrolisis sehingga struktur primer rusak sama sekali.
4. Ion Logam Berat
Ikatan ion antar molekul dipecah dan menyebabkan protein mengendap sebagia senyawa protein-logam yang tak larut. Sifat inilah yang memberikan kemungkinan beberapa garam protein-logam berat digunakan sebagai antiseptic.
5. Pereaksi Alkaloid
Pereaksi asam pikrat dan asam tanat bersenyawa bermuatan positif pada gugus asam amino dan memutuskan ikatan ionic intramolekul disebut juga pereaksi alkaloid karena kedua reaksi ini banyak digunakan untuk mengidentifikasi alkaloid seperti morfin, kodein, dll.
Contoh Denaturasi Protein yang terjadi di kehidupan sehari-hari
1. Pemasakan Telur dan Makanan Lain yang Mengandung Protein
Protein telur mengalami denaturasi dan terkoagulasi selama pemasakan. Beberapa makanan dimasak untuk mendenaturasikan protein yang dikandung supaya memudahkan enzim pencernaan dalam mencerna protein tersebut (Poedjiadi, 1994).
Pemanasan akan membuat protein bahan terdenaturasi sehingga kemampuan mengikat airnya menurun. Hal ini terjadi karena energy panas akan mengakibatkan terputusnya interaksi non kovalen yang ada pada struktur alami protein tetapi tidak memutus ikatan kovalenya yang berupa ikatan peptide. Proses ini biasanya pada kisaran suhu yang sempit (Poedjiadi, 1994). 2. Denaturasi Protein pada Rebonding Rambut
Protein rambut terdiri dari asam amino yang mengandung sulfur tinggi membentuk jembatan disulfide antara asam amino yang menentukan bentuk rambut. Rambut yang direbonding maka protein akan terdenatrusai akibat panas dari alat untuk rebonding. Dengan penambahan reduktor (obat rebonding) maka akan terputus jembatan disulfide dan menghasilkan bentuk rambut yang baru.
3. Proses Sterilisasi
Pada proses sterilisasi baik dengan oven maupun dengan radiasi sinar ultraviolet akan menyebabkan denaturasi dari enzim-enzim yang ada pada bakteri dan akan menggumpalkan protein dari enzim tersebut. Dengan rusaknya enzim yang dalam bakteri, bakteri tersebut tidak dapat melakukan metabolism sehingga bakteri akan mati.
4. Pemeriksaan Protein Urine dengan Asam Sulfosalisil 20%
Asam sulfosalisil merupakan asam yang akan memecah ikatan ion intramolekuler yang akan menyebabkan koagulasi protein. Dengan adanya koagulasi protein, hasil urine yang mengandung protein dinyatakan dari kekeruhan sampai terjadi kekeruhan yang berkeping dan bergumpal. Bila protein kontak lama dengan asam atau basa maka kemungkinan besar ikatan peptide terhidrolisis sehingga struktur primer akan rusak sama sekali.
5. Pemeriksaan Protein Urine Bang dan Asam Asetat 6 %
Pada pemeriksaan ini urine dengan reagen bang atau asam asetat 6 % akan dipanaskan pada titik iso elektrik sehingga terjadi denaturasi dan disertai koagulasi. Apabila urine mengandung protein maka urine akan terlihat keruh berbutir hingga berkeping dan bergumpal.
6. Penggunaan Antiseptik dan Desinfeksi
Etanol 70% dipergunakan sebagai desinfektan untuk membersihkan kulit sebelum disuntik. Alkohol ini berfunsi untuk mendenaturasi protein bakteri yang terdapat pada kulit. Etanol merupakan pelarut organic yang akan membentukikatan hydrogen intramolekular protein dengan demikian memutuskan ikatan hydrogen intramolekuler.
7. Penggunaan Perak Nitrat Mencegah Infeksi Gonorhoe
Perak nitrat digunakan mencegah gonorhoe pada mata anak yang baru lahir sehingga mampu mengendapkan protein bakteri. Perak nitrat merupakan logam berat yang akan memecah ikatan antarmolekul dan menyebabkanprotein akan mengendap.
8. Penggunaan Antibiotik
Protein terdapat dalam bentuk tiga dimensi dan berlipat-lipat, yang ditentukan dengan ikatan disulfide kovalen intramolekul dan sejumlah ikatan nonkovalen seperti ikatan ionic, hidrofobik, dan hydrogen. Bentuk ini disebut struktur tersier protein, yang mudah terganggu oleh sejumlah agen kimia atau fisika, menyebabkan protein menjadi tidak berfungsi. Contoh antibiotic yang akan menyebabkan denaturasi protein yaitu: Grup tetrasiklin, Grup makrolida.
DAPUS :
Stoker, H. Stephen. 2010. General, Organic, And Biological Chemistry Fifth Edition Page 684 . Cengage Learning : Belmont, CA USA
Frederick A B, William H, Brown, dkk. 2010. Introduction to general, organic, and
biochemistry. Kanada : Nelson Education Ltd.
Uversky, Vladimir. N. 2007. Conformational Stability, Size, Shape and Surface of
Protein Molecules . Nova Science : New York
Vaclavik, Vickie. A dan Elizabeth W. Cristian. 2008. Essential of Food Science Third
Edition. Springer Science + Business Media : New York
Sumardjo Damin. 2006. Pengantar Kimia Buku Panduan Kuliah Mahasiswa Kedokteran. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC
Damarjo, Sumin. 2009. Pengantar Kimia Buku Panduan Mahasiswa Kedokteran. Jakarta. Penerbit Buku Kedokteran EGC
Damasceno, F, et al. 2008. Evaluation and Optimization Of Non Enzymatic Browning Of “Cajuina” During Thermal Treatmentl. 1Vol. 25, No. 02, pp. 313 – 320, April – June, 2008 Brazil