Ikatan Peptida
- Dua asam amino dapat berikatan secara kovalen membentuk ikatan peptida, rangkaian senyawa tersebut disebut sebagai dipeptida.
- Ikatan peptida dibentuk dari reaksi antara gugus –karboksil suatu asam amino dengan gugus -amino dari asam amino yang lain dengan membebaskan satu
molekul air.
Masing-masing asam amino akan bergabung dengan asam amino lainnya melalui pembentukan ikatan peptida.
Ikatan peptida
Rangkaian peptida
Tiga asam amino dapat membentuk dua ikatan peptida, sehingga disebut tripeptida.
senyawa yang terdiri dari beberapa asam amino (< 20) dan membentuk rantai peptida pendek disebut sebagi oligopeptida.
Polipeptida (bisa berupa protein) merupakan rangkaian dari banyak asam amino (> 20) yang membentuk rantai linear, biasanya berat molekulnya , 10.000 D (10 kD).
Asam amino yang menjadi monomer dari suatu rangkaian peptida sering disebut residu.
Asam amino bebas yang mempunyai gugus -amino pada ujung rangkaian suatu peptida disebut sebagai residu amino terminal (N-terminal), sedang asamamino bebas yang memiliki gugus -karboksil pada ujung akhir suatu peptida disebut karboksil terminal (C-terminal).
Urutan asam amino suatu peptida dimulai dari residu asam amino disebelah kiri
Karakteristik rantai peptida
Ikatan kovalen disulfida yang dibentuk oleh asam amino yang mempunyai unsur S (sistein) merupakan ikatan yang sering ditemui pada polipeptida dan protein, serta menentukan struktur dan fungsi protein (misalnya: hormon insulin, imunoglobulin atau antibodi)
Suatu peptida memiliki satu gugus -amino bebas dan satu gugus - karboksil bebas, sehingga dapat ditentukan sifat ionisasinya dari asam amino terminalnya.
Selain itu, gugus karboksi pada rantai samping asam amino (gugus R) dapat menentukan sifat ionisasi peptida tersebut, sehingga peptida juga mempunyai kurva titrasi yang karateristik dan nilai isoelektrik tertentu.
Ikatan peptida dapat dihidrolisis (dipecah) dengan cara pemanasan, dengan asam kuat (6 M HCl) atau basa kuat.
Hidrolisis merupakan reaksi penting untuk menentukan asam amino
yang menyusun protein. Hidrolisis peptida dapat dilakukan secara
enzimatik dengan protease.
Jenis protease (enzim yang mampu memotong Ikatan peptida pada
protein) memiliki sisi
pemotongan yang spesifik dan akan membebaskan ujung residu
yang spesifik pula
Beberapa polipeptida rantai pendek mempunyai aktivitas biologis,
misalnya: hormon insulin (30 asam amino), hormon glukagon (29 asam amino).
Beberapa peptida (dipeptida maupun oligopeptida) yang penting bagi manusia: aspartam yang merupakan zat manis buatan,
enkafalin yakni senyawa yang mampu mengontrol rasa sakit dan
ditemukan pada sel syaraf (reseptor), zat ini dapat berikatan dengan
morfin, heroin dan senyawa adiktif lainnya.
Sintesis Peptida dan Protein Kecil secara Kimiawi.
Beberapa senyawa peptida sangat penting sebagai obat, sehingga sering diisolasi dan disintesis di laboratorium (in vitro) dengan cara:
1. Diisolasi dan dimurnikan dari jaringan atau sel-sel, cara ini cukup rumit dan hasilnya sedikit.
2. Rekayasa genetik
3. Sintesis kimia langsung
Sintesis peptida secara kimiawi dengan cara mengikatkan asam amino pada medium penyokong yakni berupa polimer yang tidak larut (resin).
Selanjutnya asam amino yang lainnya direaksikan melalui suatu rekasi standar tertentu dan pengulangan siklus rekasi.
Sekarang ini, dengan mesin “amino acid synthesizer” mampu disintesis protein dengan jumlah 100 asam amino selama 4 hari.
Sintesis peptida secara kimiawi
PROTEIN
Protein merupakan senyawa polipeptida yang memilki berbagai struktur molekul yang bervariasi sesuai dengan fungsinya.
Sifat-sifat penting yang dimiliki protein dapat dilihat dari:
- tugas/fungsi protein - ukuran molekul
- strukturnya (bentuk dan konfigurasi)
- sifat kimiawinya
Fungsi Protein
1. Enzim
merupakan protein yang mempunyai fungsi katalitik dan berperan dalam setiap reaksi biokimiawi sebagai biokatalisator.
Ribuan macam reaksi akan dikatalisis oleh ribuan macam enzim.
2. Protein transpot
dijumpai dalam darah yang berfungsi mengangkut molekul atau ion-ion dari satu organ ke organ lain, misalnya: hemoglobin pada sel darah merah mengangkut oksigen maupun CO
2untuk respirasi seluler pada seluruh jaringan. Lipoprotein dalam plasma darah
mengangkut lipid dari hati ke organ lain. Transferin merupakan
protein yang membawa zat besi (Fe) melalui serum darah.
Produksi enzim oleh sel-sel saluran pencernakan sangat penting untuk memecah bahan makanan yang berupa karbohidrat, protein, lemak dan asam nukleat
menjadi monomer penuysunnya (glukosa, asam amno, asam lemak dan nukleotida) yang akan diserap sel epitel usus
3. Protein nutrien dan penyimpan
Biji tanaman mengandung protein nutrien yang diperlukan untuk perkecambahan, misalnya pada padi, jagung, dan terigu.
Pada hewan juga dijumpai protein nutrien yakni ovalbumin pada telur dan casein pada susu. Feritin merupakan protein yang
mengikat dan menyimpan zat besi.
4. Protein kontraktil (motil protein)
Beberapa protein yang terdapat di dalam sel berfungsi untuk menggerakkan sel atau organel dan menentukan bentuk sel,
misalnya: tubulin. Beberapa protein berfungsi untuk menggerakkan suatu jaringan atau organ, misalnya: aktin, miosin pada otot, jantung.
Protein dienin yang terdapat dalam flagela atau silia berfungsi
untuk membantu gerakan sel.
5. Protein struktur
Protein yang berfungsi sebagai penyangga atau pelindung tubuh. Protein ini bersifat keras dan kuat, misalnya protein yang menyusun jaringan tendon dan Kartilago, rambut, kulit, kuku, keratin dll.
6. Protein untuk pertahanan diri
Protein yang mampu mengenal protein atau partikel asing yang masuk kedalam tubuh, misalnya: antibodi. Protein yang bersifat racun bagi organisme lain:
racun ular, risin (racun pada tanaman). Protein yang melindungi jaringan luka, Misalnya: fibrinogen, trombin.
7. Protein regulator (pengatur)
Protein yang mengatur proses atau aktivitas seluler dan fisiologis, misalnya:
insulin berfungsi mengatur kadar gula, hormon pertumbuhan mengatur proses pertumbuhan, protein regulator yang berinteraksi dengan DNA untuk mengatur sintesis RNA.
8. Jenis protein lainnya
Beberapa protein mempunyai fungsi khusus, misalnya: monelin merupakan protein yang terdapat pada tanaman dan mempunyai rasa manis, protein “anti beku”
merupakan protein yang dijumpai pada ikan yang hidup didaerah kutub yang berfungsi untuk mencegah pembekuan darah.
Berbagai jenis protein yang dihasilkan organisme sesuai dengan fungsinya.
Protein lucifera yang dihasilkan kunang Protein keratin pada tanduk badak
Protein benang sutra yang dihasilkan ulat stra Struktur asam amino penyusun protein sutra
Molekul Protein
Protein tersusun dari rangkaian polipeptida yang dapat terdiri dari ratusan asam amino (biasanya kurang dari 200 asam amino).
rangkaian polipeptida tersebut dapat berasosiasi dengan polipeptida
lainnya membentuk struktur subunit. Protein dapat terdiri dari satu rantai polipeptida atau lebih dari satu rantai polipeptida (multisubunit) yang
identik (protein oligomer, sedang subunitnya disebut protomer) atau
berbeda.
Contoh Jenis dan ukuran berbagai molekul protein
Sifat protein ditentukan dari komposisi (jumlah dan jenis) asam aminonya,
terutama gugus bebas asam aminonya.
Jumlah dan macam asam amino tidak sama dalam suatu protein tergantung dari tipe protein.
Protein konjugasi
Beberapa protein mengandung gugus kimia lain selain asam amino,
sehingga disebut sebagai protein konjugasi. Senyawa yang bukan asam amino tadi disebut sebagai gugus prostetik.
Penggolongan protein konjugasi berdasarkan jenis gugus prostetiknya, misalnya: glikoprotein (protein yang mengikat karbohidrat), metalo protein (protein yang mengikat metal), lipoprotein (protein yang mengikat lipid).
Gugus prostetik pada protein konjugasi bisa terdiri dari satu atau lebih jenisnya dan sangat menentukan fungsi protein tersebut.
Apoprotein merupakan bagian protein dari suatu protein yang mengikat
gugus prostetik.
Contoh protein konjugasi
Struktur Protein
Struktur protein tergantung dari urutan asam aminonya dan masing-masing asam amino dapat saling berinteraksi dan membentuk struktur tiga demensi.
Struktur pertama (primer) protein terdiri dari rangkaian asam amino yang terikat secara kovalen melalui ikatan peptida.
Struktur berikutnya yakni struktur sekunder (kedua) ditentukan oleh interaksi antara gugus pada rantai samping antara asam amino satu dengan yang lainnya, sehingga membentuk struktur memutar (heliks).
Struktur tersier (ketiga) dicirikan dengan lekukan yang lebih tajam dan kompleks daripada struktur kedua.
Struktur kuaterner (keempat) yakni struktur protein yang merupakan gabungan antara unit polipeptida (monomerik) yang menyusun kompleks protein (dimerik
Struktur primer protein hanya dibentuk oleh ikatan peptida, sedang struktur sekunder, tersier dan kuaterner ditentukan iakatan peptida dan ikatan nonkovalen lainnya (ikatan: hidrogen, ionik, hidrofobik dan ikatan van der Walls)
Ikatan kimia yang membangun struktur protein
Dua puluh jenis asam amino yang menyusun protein ditentukan oleh kode genetik (kodon) yang terdapat pada DNA atau yang ditranskrip dalam mRNA
Urutan asam amino suatu protein dari suatu organisme dapat dibandingkan dengan urutan asam amino protein homolog (sejenis) dari organisme yang berbeda. Perbandingan ini penting dalam mencari hubungan kekerabatan.
Urutan asam amino sangat mempengaruhi struktur konformasi protein yang terkait dengan fumgsinya.
Denaturasi proten
Denaturasi dan renaturasi proten
Struktur konformasi molekul protein globular mioglobin
Struktur konformasi molekul protein globular hemoglobin
Struktur protein fibrous (benang) keratin yang menysun rambut.
Struktur konformasi molekul protein fibrous pembentuk sarang laba-laba.
Perubahan susunan asam amino dalam suatu protein dapat disebabkan adanya mutasi urutan DNA dari gen penyandinya. Perubahan tersebut dapat
menyebakan perubahan struktur dan fungsi protein tersebut.
Sel darah merah normal karena mengandung protein hemoglobin normal.
Sel darah merah tidak normal karena
mengandung protein hemoglobin yang tidak normal.
Urutan asam amino menentukan struktur konfirmasi protein enzim
Struktur protein enzim sangat ditentukan susunan asam amino terutama pada bagian sisi aktif tempat mengikat substratnya.
Protein enzim yang mengikat substrat Bagian sisi aktif enzim yang ditentukan oleh beberapa jenis asam amino
Reaksi enzimatik sangat spesifik karena ditentukan oleh jenis enzim dan substratnya.Enzim yang mampu berikatan dengan substratnya akan mengubah substrat tsb menjadi produknya.
Enzim sebagai biokatalisator mampu mengubah substrat menjadi produknya dengan menurunkan energi aktivasi untuk reaksinya, tanpa mengubah enzimnnya.
Metode untuk menganalisis protein
Protein dapat dipisahkan dan dimurnikan berdasarkan sifat kelarutan, muatan, dan ukurannya. Protein yang mengikat senyawa lain dapat dipisahkan berdasarkan jenis ikatannya.
Protein yang akan dianalisis diperoleh dari jaringan dan sel yang telah dilisiskan (membran selnya dipecah) dan menghasilkan ekstrak kasar (crude extract).
Protein pada ekstrak kasar tersebut dipisahkan dengan teknik
Kromatografi pertukaran ion berdasarkan muatan asam amino yang
menyusunnya atau dengan teknik elektroforesis.
Protein juga dapat dipisahkan dengan metode kolom
kromatografi
Kromatografi pertukaran ion memisahkan protein
berdasarkan muatannya.
Kromatografi afinitas memisahkan protein secara spesifik berdasarkan jenisnya.
Untuk menganalisis berbagai jenis protein dapat dilakukan pemisahan jenis protein tsb berdasarkan berat molekulnya dengan teknik elektroforesais gel poliakrilamid (SDS-PAGE)
Fungsi protein sangat ditentukan oleh urutan asam aminonya.
- Kaitan antara susunan asam amino dan fungsi biologisnya dapat ditandai dengan adanya fenomena sebagai berikut:
1. Protein yang berbeda fungsinya mempunyai urutan asam amino yang berbeda pula.
2. Lebih dari 1.400 penyakit kelainan genetik disebabkan struktur protein tertentu yang tidak normal. Hal ini disebabkan adanya perbedaan susunan asam amino pada protein yang normal dengan protein yang tidak normal tersebut.
3. Protein yang mempunyai fungsi sama pada organisme yang berbeda
memiliki kesamaan susunan asam aminonya (>70%), tetapi sebagian (<30%) protein yang sama dari individu yang berbeda memiliki susunan asam amino yang tidak persis sama (tidak identik). Kondisi seperti ini disebut sebagai polimorfisme, yakni fungsi sama tetapi struktur (urutan asam amino) bisa
berbeda. Perbedaan susunan asam amino tersebut tidak mengubah fungsinya.
Protein Homolog
-
Protein homolog merupakan protein dari spesies yang berbeda yang mempunyai kesamaan atau homolog pada asam amino penyusunnya.
- Protein homolog umumnya mempunyai fungsi yang sama atau mirip, misalnya hemoglobin pada vertebrata mempunyai fungsi yang sama tapi sebagian susunan asam aminonya berbeda. Bagian susunan asam amino yang sama disebut residu invariant (tidak bervariasi), sedang bagian yang memiliki susunan yang berbeda disebut residu variabel.
- Protein homolog dapat digunakan untuk melacak proses evolusi dari
spesies satu dengan lainnya dengan melihat melalui perbedaan asam
aminonya.
Tingkat kesamaan (homologi) susunan asam amino pada protein tertentu (protein EF-1/EF-TU) yang dimiliki berbagai kelompok organisme.
Pohon evolusi yang menunjukkan perbedaan asam amino pada masing-masing percabangan bardasarkan urutan asam amino pada berbagai protein globin.
Tugas!
1. Berapa jumlah asam amino residu dan ikatan peptida pada senyawa pentapeptida?
2. Gambarkan reaksi pembentukan ikatan peptida!
3. Apa bedanya polipeptida dengan protein?
4. Suatu urutan peptida adalah sebagai berikut:
ala-val-phe-tyr-glu-leu-his-phe-tyr-trp-tyr-phe-arg a. N-terminal ditempati oleh asam amino……..
c. C-terminal ditempati oleh asam amino……...
c. Golongan asam amino apa yang paling dominan pada oligopeptida tersebut?
5. Ada berapa jenis struktur protein? Jelaskan!
6. Sifat/karateristik apa saja yang perlu diketahui dari suatu protein?
Referensi Materi dan Gambar Materi Asam amino dan Protein
Campbell MK and Farrell S (2003) Biochemistry. Fourth edition. Thomson, Brooks/Cole
Nelson DL and Cox MM (2000) Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition.
Worth Publisher.
Nelson DL and Cox MM (2004) Lehninger Principles of Biochemistry. 4th Edition.
Worth Publisher.
(Catatan: mahasiswa dapat mengambil referensi dari berbagai sumber buku/
textbook tentang Biokimia
