STRUKTUR FUNGSI DAN ASAM AMINO DAN PROTEIN

STRUKTUR FUNGSI DAN

METABOLISME

METABOLISME

Apa itu Protein?

•

Proteios: utama atau pertama (Yunani)

(Gerardus Mulder, Belanda, 1802-1880)

•

Polimer dari residu asam amino yang

•

Polimer dari residu asam amino yang

memiliki ikatan peptida

•

Komponen penyusun sel hidup sampai

dengan 50 %

ASAM AMINO

•

Hanya asam

α

-amino yang fungsional

•

Konfigurasi L yang dibutuhkan oleh

tubuh

•

Berjumlah 20

COO

-Gugus amino

Gugus karboksilat

Struktur

L

-Asam Amino

α

+

H

Gugus R

α

H = Glisin

CH

₃

= Alanin

H N

3

+

H

Kiralitas Asam Amino

α

Bayangan

α

α

Bayangan

α

cermin

Sifat kimia sama

-C-C-CONH₂ -C-CONH₂ -C-COOH -C-C-COOH -C-C C N N+ -C-C-C-C-NH₃+ -C--C- -OH -C-N _{Nan-Kan line} Chung-San line Northwest line

Alifatik

Amida

Asam

Basa

Aromatic

-C-C-C-N-C-N N+=

Gln

Q

Asn

N

Asp

D

Glu

E

Fen

F

Arg

R

Lis

K

His

H

Y

Tir

Peta Asam Amino

Trp

W

Leu L

-C-COOH -C-C-COOH -H _-CH 3 -C-OH -C-SH -C-C-S-C

_Pro

_P

South line Circular line Central line

Alifatik

Imino,

Sirkuler

Sulfur

Hidroksil

C -C-C-C C -C-C-C C C -C C C C HN C-COOH α -C-C OH

Gli G

Ala

A

A

Val

V

Ile

I

Ser

S

Tre

T

Met

M

Sis

C

Non-polar Polar

Penggolongan asam amino

bagian yang diarsir

berwarna merah

merupakan gugus

fungsi asam amino

/A /V /A /V /I /M /L

mrpk asam amino

terdapat di alam

dan merupakan

penyusun protein

P P

/S /T /C

/K /R /H

SIFAT ASAM AMINO

•

Memiliki serapan maksimum yang

spesifik

•

Aktifitas optiknya meluruh 0,1 % per

tahun pada suhu tubuh akibat

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

maksimum yang

spesifik

Proton：

mempengaruhi muatan molekul

H

+

Pasangan

elektron

H

H

H

+

N

H

H

N

Amino

Proton Dapat Diserap dan Dilepas

Rendah

Tinggi

_pKa

Tinggi

Rendah

H

H

H

+

Karboksilat

_C

O

O

H

C

O

O

pKa

NH

₂

H

+

R

-

C

-

H

NH

₂

H

+

R

-

C

-

H

NH

₂

R

-

C

-

H

Suasana asam

Suasana netral

Suasana basa

pK

₂

~ 9

COOH

COO

-R

-

C

-

H

R

-

C

-

H

COO

-R

-

C

-

H

+1

0

-1

pK

₁

~ 2

Titik isolistrik

5.5

12

9

6

★

pK

2

pH

pI

H

-

C

-

R

NH

₂

H

+

Titik Isoelektrik =

Asam Amino Memiliki Kemampuan Bufer

6

3

0

[OH]

_→

★

_pK

1

pI

H

-

C

-

R

COO

-Titik Isoelektrik =

pK

₁

+ pK

₂

2

p

H

Li

ng

ku

ng

an

d

an

M

ua

ta

n

Pr

o

te

in

Buffer pH

Titik isoelektrik,

pI

6

7

8

9

10

p

H

Li

ng

ku

ng

an

d

an

M

ua

ta

n

+

Muatan total protein

pI

-3

4

5

6

0

-Asam amino -COOH -NH₂ -R Gli G 2.34 9.60 Ala A 2.34 9.69 Val V 2.32 9.62 Leu L 2.36 9.68 Ile I 2.36 9.68 Ser S 2.21 9.15 Tre T 2.63 10.4 Met M 2.28 9.21 Fen F 1.83 9.13 Trp W 2.38 9.39

pK

₁

pK

₂ pH pI pK₁ + pK₂ 2 tiga pKa dua pKa

p

K

a As

am

Am

in

o

Trp W 2.38 9.39 Asn N 2.02 8.80 Gln Q 2.17 9.13 Pro P 1.99 10.6 Asp D 2.09 9.82 3.86 Glu E 2.19 9.67 4.25 His H 1.82 9.17 6.0 Sis C 1.71 10.8 8.33 Tir Y 2.20 9.11 10.07 Lis K 2.18 8.95 10.53 Arg R 2.17 9.04 12.48

pK

₁

pK

₂

pK

₃ [OH-_] pI ? tiga pKa

?

?

a As

am

Am

in

o

HOOC-CH₂-C-COOH NH₃+ H HOOC-CH₂-C-COO -NH₃+ H

+1

0

pK₁ = 2.1 pK₂ = 3.9

2.1 + 3.9

2

= 3.0

pertama kedua

Titik isoelektrik

Asam aspartat

-_OOC-CH 2-C-COO -NH₃+ H -_OOC-CH 2-C-COO -NH₂ H

-1

-2

pK₂ = 3.9 pK₃ = 9.8 ketiga pK₁ pK₂ pK₃ +1 0 -1 -2 [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

suasana asam

•

Menghasilkan ester dan air

2.

Dekarboksilasi

REAKSI GUGUS KARBOKSIL

3.

Pembentukan amida

•

Reaksi dengan gugus amino

•

Menghasilkan air

•

Menghasilkan air

•

Disebut juga ikatan peptida

•

Reaksinya dengan Cu

2+

menghasilkan

REAKSI GUGUS AMINA

1.

Reaksi dengan oksidator kuat

• Menggunakan HNO2 dan menghasilkan N2

• Prolin tidak bereaksi dan lisin bereaksi secara lambat • Dasar penentuan reaksi Kjeldahl

2.

Reaksi ninhidrin

2.

Reaksi ninhidrin

• Menghasilkan amonia, CO2, dan aldehida • Menghasilkan warna biru

• Reaksi dengan prolin menghasilkan kuning dan asparagin coklat

3.

Reaksi dengan 1-fluoro-2,4-dinitrobenzena (FDNB)

REAKSI GUGUS AMINA

4.

Reaksi dengan danzil klorida

•

Membentuk turunan asam amino dansil yang

berfluoresensi

5.

Reaksi dengan formaldehida

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

REAKSI GUGUS R

•

Tirosin dan histidin dapat mengion untuk

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

NH

2

1

CO

OH

N

H

2

2

COOH

Pembentukan Ikatan Peptida Melalui Dehidrasi

Dehidrasi

NH

2

C N

COOH

O

H

2

1

Dehidrasi

-H

₂

O

Karboimida

Suatu penta peptida

Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu

Ikatan Peptida Kaku dan Datar

H

C

C

N

C

O

ASAM AMINO YANG BERPERAN DALAM

STRUKTUR PROTEIN

1.

Sistein: membentuk ikatan disulfida

2.

Histidin: berfungsi sebagai ligan

3.

Lisin: pengikat koenzim

3.

Lisin: pengikat koenzim

4.

Prolin: anti

α

-heliks

5.

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

2.

Asam amino non esensial

•

Pro, Ser, Arg, Tir, Sis, Gli, Glu, Ala, Asp,

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

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 primer protein

STRUKTUR SEKUNDER

•

Ikatan hidrogen antara gugus karbonil

dengan gugus amina dari atom C

α

yang berbeda

yang berbeda

1.

α

-heliks

2.

β

-pleated sheet

•

Paralel

•

Antiparalel

STRUKTUR TERSIER

•

Distabilkan oleh interaksi gugus R

• Ikatan disulfida

• Ikatan hidrogen

• Ikatan hidrogen

• Interaksi hidrofobik

• Interaksi hidrofilik

• Interaksi ionik

Struktur

tersier

subunit

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) Miosin, protein otot (kontraksi) Protein serat (elastin)

PROTEIN BERDASARKAN

BENTUK

1.

Protein serabut (fibrous)

•

Kurang larut, amorf, dapat memanjang

dan berkontraksi

dan berkontraksi

•

Keratin, miosin, kolagen, fibrin

2.

Protein globuler

•

Larut, dapat dikristalkan

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

Fibroin (β-keratin) antiparalel, pada serat sutra dan jaring laba-laba, bersifat fleksibel dan lentur dan tdk dapat meregang.

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 Proses pemanasan shg ikatan kovalen terhidrolisis, misal pada daging.

Mioglobin, protein pengikat oksigen. Fungsi:

menyimpan oksigen, meningkatkan transport oksigen

ke mitokondria

PROTEIN MAJEMUK

1.

Nukleoprotein: ssDNA binding protein

2.

Glikoprotein: musin

3.

Fosfoprotein: kasein

4.

Kromoprotein: hemoglobin

4.

Kromoprotein: hemoglobin

5.

Protein-koenzim: piruvat

dehidrogenase-NAD

+

6.

Lipoprotein

REAKSI PROTEIN

1.

Dengan garam

•

Kelarutan protein meningkat dengan

penambahan sedikit garam (salting in)

•

Protein mengendap dalam garam pekat (salting

•

Protein mengendap dalam garam pekat (salting

out

2.

Dengan asam

•

Sedikit asam mendenaturasi protein

REAKSI PROTEIN

3.

Dengan basa

• Tidak mengendapkan tetapi menyebabkan hidrolisis, dekomposisi oksidatif, dan rasemisasi

4.

Dengan logam berat

• Menghasilkan endapan yang tidak dapat larut kembali • Menghasilkan endapan yang tidak dapat larut kembali

5.

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

•

Alkohol, kloroform

7.

Dengan pemanasan

•

Terjadi denaturasi (terurainya protein

menjadi struktur primernya)

REAKSI UJI PROTEIN

1.

Reaksi Millon: tirosin

2.

Reaksi Biuret: ikatan peptida

3.

Reaksi xantoprotein: asam amino

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)

• Menggunakan pereaksi Folin fenol • Standar terbaik Human Albumin

• Terganggu oleh ion K+_{, Mg}2+_{, EDTA, Tris, pereaksi tiol,}

dan karbohidrat dan karbohidrat

7.

Reaksi Bradford (Anal. Biochem, 1976)

• Menggunakan pewarna Coomassie Brilliant Blue G-250 • Standar terbaik γ-Globulin

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 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 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.

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 30 – 55 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

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 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

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.

Reaksi penting metabolisme

asam amino

•

Dekarboksilasi

•

Transaminasi

•

Deaminasi oksidatif

•

Deaminasi oksidatif

•

Transpor amonia dan detoksifikasi

•

Sintesis urea

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

α

-•

Kebanyakan transaminase membutuhkan

α

Deaminasi oksidatif

•

Glutamat yang terbentuk dari reaksi transaminasi

di-deaminasi menjadi

α

-ketoglutarate

•

Glutamate dehydrogenase sebagai enzim

Transport dan detoksifikasi amonia

•

Amonia ditranspor

ke hati

•

Terutama dalam

bentuk glutamin

•

Glutamin berperan

sebagai penyedia

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

•

Menggunakan

amonia, CO

₂

, 3 ATP

and aspartat

Sintesis Asam Amino

Biosintesis asam amino _ koneksi dengan glikolisis/ gluconeogenesis dan siklus asam sitrat

Siklus Glukosa-Alanina:

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

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.

TERIMA KASIH

TERIMA KASIH