Makhluk hidup menjaga kondisi lingkungan di dalam selnya yang disebut dengan homeostatis, artinya meskipun kondisi lingkungan di luar berbeda-beda, organisme tersebut akan tetap mempertahankan dirinya agar dapat bertahan hidup. Pembentukan gula terjadi dengan bantuan ATP yang dihasilkan sebagai energi dan NADPH, yang diperlukan untuk reduksi CO2. Fotosintesis terjadi pada kloroplas yang berasal dari klorofil yang merupakan pigmen yang mampu menyerap cahaya.
Semua reaksi kimia dan fisika terjadi secara spontan hanya jika ketidakteraturan dalam sistem yang terisolasi meningkat. Contohnya adalah molekul makanan yang dikonsumsi manusia untuk menghasilkan energi dan bahan struktural yang diperlukan untuk memelihara tubuhnya, yang kemudian diubah menjadi limbah yang tidak teratur, yang kemudian dibuang ke lingkungan. Hal ini banyak terjadi pada sistem biologis yaitu ikatan antara molekul kecil (ligan) dengan protein pada permukaan sel (reseptor).
Protein merupakan makromolekul penting dalam sel yang memiliki struktur berupa rangkaian asam amino. Asam amino menunjukkan bahwa senyawa ini mempunyai 2 gugus fungsi, yaitu gugus karboksil yang bersifat asam dan gugus amino yang bersifat basa. Asam amino yang paling sederhana adalah glisin, tidak memiliki rantai samping sehingga tidak mengandung karbon kiral.
Asam amino yang berasal dari protein termasuk dalam deret –L yang berarti gugus yang mengelilingi karbon α mempunyai konfigurasi yang sama seperti pada L-gliseraldehida.
Pengelompokkan asam amino
Nilai pKa gugus amino berkisar antara 9 sampai 10, sehingga pada pKa ini 50% gugus amino akan terionisasi. Oleh karena itu, kedua gugus, amina dan asam karboksilat, akan mengalami protonasi (-NH3+ dan –COOH). Pada pH tinggi konsentrasi proton menjadi rendah sehingga gugus amina dan asam karboksilat akan mengalami deprotonasi (-NH2 & -COO-).
Pada pH netral, gugus amina akan terprotonasi (-NH3+) dan asam karboksilat akan terdeprotonasi (-COO-). Larut dalam air dan pelarut polar lainnya, tetapi tidak larut dalam pelarut non-polar seperti dietil eter dan benzena.
Struktur Protein
Struktur primer suatu protein dapat secara spontan terlipat menjadi bentuk sekunder atau tersier tanpa diketahui mekanisme pasti pelipatan protein. Diketahui bahwa pelipatan protein diawali oleh interaksi non-kovalen antara rantai samping polipeptida, yang disebut situs inisiasi. Protein yang baru disintesis akan mengalami pelipatan yang terkadang membutuhkan protein pendamping atau chaperonin, yaitu protein yang terdapat sebagai heat shock protein (HSPs).
Ikatan yang Menstabilkan Protein
Misalnya, terjadi mutasi basa tunggal pada gen yang mengkode protein β-globin, salah satu komponen hemoglobin, yang mengakibatkan perubahan asam amino, yaitu asam glutamat, menjadi valin. Perubahan salah satu asam amino dapat mengubah konformasi hemoglobin menjadi bulan sabit, sehingga hemoglobin tidak dapat lagi melakukan proses transpor. Berbeda dengan mamalia yang hanya mensintesis asam amino tertentu yang disebut asam amino non esensial.
Hal ini karena mamalia tidak mampu melakukan jalur yang panjang dan rumit serta membutuhkan energi dalam jumlah besar untuk mensintesis asam amino tersebut. Asam amino esensial: asam amino yang hanya dapat diperoleh dari makanan sehari-hari karena tidak dapat disintesis di dalam tubuh. Asam amino non-esensial: Selain makanan, asam amino juga dapat disintesis di dalam tubuh melalui proses transaminasi.
Fiksasi nitrogen atau asimilasi nitrogen
Perpindahan ion amonium dari bakteri secara simbiosis dengan akar tanaman Nitrogen, N2, dari atmosfer diubah menjadi NH3 oleh nitrogenase. Produk reaksi reduksi yaitu NH3 merupakan basa dalam lingkungan berair yang menarik proton membentuk NH4. Jika sumber nitrogen adalah nitrat, nitrat harus diubah menjadi NH4 dalam reaksi dua langkah.
Setelah nitrat diubah menjadi nitrit oleh nitrat reduktase, nitrit selanjutnya akan direduksi oleh nitrit reduktase menjadi amonia. Sebagian besar asam amino yang dibutuhkan untuk sintesis protein atau sebagai prekursor turunan asam amino diperoleh dari makanan. Berbagai reaksi biokimia dalam tubuh, termasuk reaksi non-esensial biosintesis asam amino, memerlukan gugus asam amino amina.
Proses ini dipengaruhi oleh reaksi transaminasi, yaitu proses perpindahan gugus amina dari asam α-amino menjadi asam α-keto, dengan katalis transaminase.
Transaminasi
Reaksi ini diperlukan karena amonia tidak dapat masuk ke siklus urea langsung dari alanin. Selektivitas pemutusan ikatan bergantung pada ada tidaknya katalis basa yang berdekatan dan orientasi asam amino pada situs aktif enzim. Reaksi transaminase merupakan mekanisme reaksi perpindahan ganda karena substrat pertama harus meninggalkan tempat aktif enzim agar substrat kedua dapat masuk.
Sintesis asam amino nonesensial
Reaksi biosintetik yang melibatkan asam amino 1. Metabolisme satu karbon
Fungsi glutathione meliputi perannya dalam sintesis DNA dan RNA, sintesis eicosanoid tertentu dan biomolekul lainnya, yang meningkatkan transportasi asam amino.
Katabolisme asam amino
Berdasarkan produk hasil pemecahan kerangka karbonnya, asam amino dibedakan menjadi asam amino ketogenik, yaitu asam amino yang pemecahannya menghasilkan asetil-KoA atau asetoasetil-KoA, karena produk tersebut selanjutnya dapat diubah menjadi asam lemak atau badan keton. Sementara itu, degradasi kerangka karbon asam amino glukogenik akan menghasilkan zat antara siklus piruvat atau asam sitrat yang dapat digunakan dalam glukoneogenesis. Penghapusan/penghilangan gugus amino dari asam amino melibatkan 2 jenis reaksi biokimia, yaitu transaminasi dan deaminasi oksidatif.
Orang dengan kadar homosistein serum yang tinggi umumnya memiliki risiko tinggi terkena penyakit kardiovaskular dan aterosklerosis. Proses degradasi heme diawali dengan konversi bilirubin menjadi biliverdin oleh heme oksigenase dan kemudian menjadi bilirubin oleh enzim biliverdin reduktase.
Peptida
Protein ada yang larut dalam air, ada pula yang tidak larut dalam air, namun semua protein tidak larut dalam pelarut lemak. Jika garam ditambahkan ke dalam larutan protein, kelarutan protein akan menurun, sehingga protein terpisah sebagai endapan.
Pendahuluan
Sifat protein
Hampir semua reaksi biologis dipercepat atau dibantu oleh senyawa makromolekul spesifik yang disebut enzim, mulai dari reaksi yang sangat sederhana seperti reaksi transpor karbon dioksida hingga reaksi yang sangat kompleks seperti replikasi kromosom. Protein merupakan komponen utama daging, pergerakan otot disebabkan oleh adanya 2 molekul protein yang saling bergesekan. Kekuatan dan ketahanan terhadap robeknya kulit dan tulang disebabkan oleh adanya kolagen, protein elips yang mudah membentuk serat.
Pertahanan tubuh biasanya berupa antibodi, yaitu protein khusus yang dapat mengenali dan menempel atau mengikat zat asing yang masuk ke dalam tubuh, seperti virus dan bakteri. Protein yang memiliki fungsi tersebut biasanya berbentuk reseptor, seperti rhodopsin, yaitu protein yang berperan sebagai reseptor warna atau cahaya pada sel mata. Protein ini berperan sebagai reseptor (pada bakteri) yang dapat mempengaruhi fungsi bagian DNA yang mengatur sifat dan sifat bahan.
Ekstraksi protein
Banyak molekul bermassa molekul kecil dan beberapa ion dapat diangkut atau dipindahkan oleh protein tertentu. Hal ini akan mengurangi energi yang dibutuhkan untuk membuka dan menurunkan kinetika reaksi protease. Inhibitor protease: Karena protease inhibitor adalah jenis protein yang mampu mengkatalisis proses hidrolisis rantai peptida, maka perlu ditambahkan inhibitor protease dan mengurangi penggunaan logam yang digunakan oleh protease.
Protein deterjen, yaitu protein yang menempel pada membran harus dihilangkan dengan deterjen agar membran berada pada posisi alami atau bebas agar mudah rusak. Karena semakin lama waktu yang diperlukan untuk proses pemurnian, maka semakin besar kemungkinan hilangnya aktivitas protein. Secara umum, proses mekanis penguraian sel dilakukan dengan tekanan, pencampuran mekanis, penggilingan, gesekan, dll.
Perlakuan dilakukan dengan metode mekanis seperti homogenisasi tekanan tinggi, peledakan tumbukan, getaran ultrasonik, dan geser tekanan padat. Pada konsentrasi garam yang rendah, kelarutan protein umumnya sedikit meningkat, keadaan ini disebut salting-in. Sebaliknya pada konsentrasi garam yang tinggi kelarutan protein menurun, hal ini disebut salting out dan protein akan mengendap.
Apabila suatu medium mengalami penurunan konstanta dielektriknya akibat penambahan pelarut organik maka kelarutan protein akan menurun sehingga protein akan mengendap. Protein yang telah mengendap harus didialisis untuk dipisahkan dari molekul kecilnya menggunakan membran semipermeabel berbentuk kantong. Pada proses ini, molekul yang berukuran lebih besar dari pori-pori membran akan tetap berada di dalam membran, sedangkan molekul kecil dan ion akan keluar dari membran.
Teknik ini sangat berguna untuk menghilangkan garam dan molekul kecil dari protein yang kita inginkan. Dalam metode ini, protein dilewatkan melalui kolom dengan fase diam dan pelarut yang sesuai untuk tujuan pemurnian. Fase diam mengandung molekul yang berikatan spesifik dengan protein sehingga terbentuk protein spesifik.
Penetapan kadar protein
Metode Biuret: reaksi pereaksi Biuret terhadap senyawa basa membentuk senyawa kompleks berwarna ungu yang serapannya diukur pada panjang gelombang 550 nm. Metode Lowry: mereduksi fosfomolibdat menjadi molibdenum biru, yang serapannya dapat diukur pada panjang gelombang 600 nm.
Karakterisasi protein
Korelasi klinis
Lipid membran melindungi ion, protein, dan molekul lain yang dibutuhkan sel dan mencegah molekul tersebut didistribusikan ke tempat yang tidak diinginkan.
Struktur membran
Lipid membran
Gliserofosfolipid merupakan senyawa ester gliserol sebagai ikatan balik yang diesterifikasi pada gugus hidroksil C-1 dan C-2 dengan asam lemak. Fosfatidilkolin dengan kolin sebagai gugus ujung polar merupakan contoh senyawa gliserofosfolipid yang diterima secara umum sebagai penyusun membran. Fosfatidlinositol dengan inositol sebagai gugus ujung polar merupakan contoh senyawa gliserofosfolipid yang sering ditemukan sebagai penyusun membran yang berfungsi dalam signaling sel.
Setiap gliserofosfolipid mempunyai bagian polar yang terdiri dari gugus karboksil, Pi dan X, serta bagian non polar berupa 2 rantai hidrokarbon. Sphingolipid merupakan senyawa turunan sphingosine yang mempunyai rantai hidrokarbon panjang dan gugus polar termasuk gugus amina. Gugus amina dapat membentuk ikatan amino dengan gugus karboksil pada asam lemak membentuk ceramide.
Sifat amphiphatic lipid
Pada suhu rendah, untaian hidrokarbon berada pada posisi memanjang dan teratur dengan ikatan van der Waals maksimum, sehingga berada dalam keadaan kristal. Adanya putusnya untaian hidrokarbon akibat adanya ikatan rangkap dapat menghambat proses menuju keadaan kristal sehingga menurunkan suhu transisi fase kristal.
Mobilitas lipid
Protein perifer adalah protein yang terletak pada lapisan luar membran yang diikat oleh ikatan ionik. Protein terikat lipid adalah protein yang berada di luar membran dengan ikatan hidrofobik pada bagian lipid.
Korelasi klinis
