PROTEIN Proteins are the most abundant biological macromolecules, occurring in all cells and all parts of cells. Proteins also occur in great variety; thousands of different kinds, ranging in size from relatively small peptides to huge polymers with molecular weights in the millions, may be found in a single cell. Moreover, proteins exhibit enormous diversity of biological function and are the most important final products of the information pathways
What is most remarkable is that cells can produce proteins with strikingly different properties and activities by joining the same 20 amino acids in many different combinations and sequences.
From these building blocks different organisms can make such widely diverse products as enzymes, hormones, antibodies, transporters, muscle fibers, the lens protein of the eye, feathers, spider webs, rhinoceros horn, milk proteins, antibiotics, mushroom poisons, and myriad other substances having distinct biological activities (Fig. 3–1).
Asam Amino
5
Senyawa yang memiliki gugus amino (NH2) dan asam karboksilat (COOH) pada molekul yang sama. Asam 2-aminokarboksilat Unsur dasar pembentuk peptida dan protein
Jumlah asam amino pembentuk protein adalah 20 jenis dan disebut asam amino proteinogenik. 6 Sifat kimia gugus rantai samping (R) menyebabkan perbedaan sifat asam amino Berdasarkan struktur R, ke 20 asam amino dibagi menjadi tujuh golongan. Asam amino yang pertama kali ditemukan adalah asparagin (1806) dan yang paling akhir treonin (1938) Asparagin pertama kali ditemukan pada asparagus; asam glutamat ditemukan dalam gluten gandum dan glisin berasal dari kata Yunani yang artinya manis.
Sifat-Sifat Asam Amino 1. 2. 3. 4.
Stereokimia asam amino: C2 atom kiral Pasangan enansiomer L dan D Umumnya asam amino alami yang terdapat pada molekul protein berbentuk L Treonin dan isoleusin memiliki 2 atom C kiral (atom C2 dan C3)
Dikutip dari Color Atlas of Biochemistry ed. 2
Sifat Optis Aktif Sifat kimia pasangan enansiomer persis sama tetapi berbeda sifat optis aktifnya Enasiomer L dan D memutar sinar bidang polarisasi dengan sudut yang sama tapi arah yang berlawanan. Levorotatory (-) memutar ke kiri berlawanan arah jarum jam dan dektrorotatory (+) memutar ke kanan searah putaran jarum jam. Hasil sintesa asam amino umumnya tidak stereospesifik atau berupa campuran rasemat Campuran rasemat mengandung pasangan enansiomer dalam jumlah yang sama (1:1)
Sifat keasaman - kebasaan Jika suatu kristal asam amino, seperti alanin dilarutkan dalam air, maka molekul ini berbentuk ion dipolar, yang dapat berperan sebagai asam (donor proton) dan sebagai basa (akseptor proton) Senyawa yang mempunyai kedua sifat ini disebut amfoter Semua asam amino sedikitnya memiliki 2 gugus yang dapat terionisasi sehingga dapat bermuatan +, - dan netral, tergantung kepada pH lingkungannya. pKa gugus karboksilat pada C2: 1.8 – 2.8 pKa gugus amino pada C2: 8.8 – 10.6 Asam amino asam dan basa memiliki gugus yang dapat terionisasi pada rantai sampingnya.
Kurva Dissosiasi Histidin pKa COOH: 1.8 pKa NH2: 9.2 pKa gugus imidazol: 6.0 Pada pH 0.5 muatan total Histidin: +2 pH 5: +1 pH 7.6: 0 pH 11: -1
16
Keadaan dimana muatan positif dan muatan negatif suatu asam amino berimbang/muatan total nol: Titik isoelektrik pH isoelektrik: pH dimana tercapainya kesetimbangan tersebut Pada titik isoelektrik, asam amino disebut juga zwitterion Pada pH asam, kelarutan asam amino meningkat karena ion karboksilat mengambil proton dari larutan, akibatnya asam amino bermuatan+ Pada pH basa, asam amino bermuatan –
17
Ikatan Peptida Gabungan asam amino yang gugus amino alfa dari asam amino1 berikatan dengan gugus karboksilat alfa dari asam amino2, membentuk ikatan peptida Semua asam amino yang terikat pada peptida: Residu asam amino
18
In principle, another “peptide” (or “amide”) bond can be formed at either end of the polymer chain (note: for peptides synthesized on the ribosome, new bonds always form at the C-terminus
19
Hormon Peptida
20
Nama peptida ditulis berdasarkan residu asam amino penyusunnya Penulisannya ditulis dari kiri ke kanan dimulai dari N-ujung Untuk menyingkat penulisan, residu asam amino ditulis 3 huruf atau 1 huruf saja Efek faal dari hormon peptida berkaitan erat dengan runtunan asam aminonya Hormon oksitosin dan vasopresin
Protein Proses penambahan asam amino pada rantai peptida dapat berlangsung terus. Jika jumlah residu asam amino >100, maka peptida ini: PROTEIN Makromolekul yang paling berlimpah dan menyusun lebih dari setengan berat kering semua organisme Protein murni dapat berbentuk kristal Gambar a: Kristal tripsin murni (enzim pencernaan) Gambar b: sitokrom c, protein pembawa elektron pada mitokondria
21
a
b
22
BM Protein Protein Insulin (Sapi) Ribonuklease (Pankreas sapi) Lisosim (putih telur) Mioglobin (jantung kuda) Kimotripsin (pankreas sapi) Hemoglobin (manusia) Serum albumin (manusia) Heksokinase (ragi) Globulin (kuda) Glutamat dehidrogenase
Jumlah Jumlah Res rantai 2 5.733 51 1 12.640 124 1 13.930 129 1 16.890 153 3 22.600 241 4 64.500 574 1 68.500 ~ 550 2 102.000 ~ 800 149.900 ~ 1250 4 1.000.000 ~ 8300 ~ 40 BM
Fungsi Protein 23
1. 2. 3. 4.
5. 6.
7.
Pembentuk jaringan struktural: kolagen, histon, keratin, fibroin, elastin, proteoglikan Pengangkut/transport: hemoglobin, albumin, mioglobin, lipoprotein Pelindung dan pertahanan: antibodi/immonoglobulin G, fibrinogen, trombin, bisa ular, risin Pengatur aktifitas sel atau fisiologis: insulin, hormon tumbuh, kortikotropin. Katalisator: enzim laktat dehidrogenase, glutamin sintetase Penggerak; pengerutan dan pmanjangan otot diakibatkan interaksi protein aktin dan miosin.Tubulin pembentuk mikrotubul. Protein nutrien dan penyimpan yang dibutuhkan untuk pertumbuhan embrio tanaman: gliadin, ovalbumin, kasein, ferritin
24
Hemoglobin: terdapat di dalam sel darah merah, mengikat O2 dari paru-paru ke jaringan perifer Lipoprotein: terdapat di dalam plasma darah, membawa lipid dari hati ke organ/jaringan lain Ovalbumin: protein utama putih telur Kasein: protein utama susu Ferritin: protein penyimpan zat besi yang terdapat di dalam jaringan mamalia Aktin dan miosin: protein filamen yang berfungsi di dalam sistim kontraktil otot kerangka. Tubulin: protein pembentuk mikrotubul, kompenen penting bagi flagella dan silia penggerak sel. Kolagen: protein serat utama pada urat dan tulang rawan Elastin: protein serat yang terdapat pada persendian Keratin: protein serat utama pada rambut, kuku dan bulu burung
25
Bentuk Protein Berdasarkan bentuk dan sifat-sifat fisik tertentu, protein dibagi menjadi 2 golongan: a. Protein globular, berbentuk seperti bola dan larut dalam air b. Protein serat, berbentuk seperti batang panjang dengan kekuatan mekanis tinggi dan tidak larut air
26
Konformasi Rantai Rantai peptida dari protein sejenis selalu terlipat dengan cara yang sama Pelipatan rantai peptida membentuk molekul protein tertentu: Konformasi rantai protein Faktor yang menentukan: runtunan residu asam amino suatu protein
27
Pelipatan rantai peptida dipengaruhi oleh beberapa gaya/ikatan yang terjadi diantara gugus rantai samping asam amino dalam rantai peptida yang sama atau antar rantai peptida Jenis gaya/ikatan yang menyebabkan terbentuknya pelipatan protein: 1. Ikatan H di dalam dan diantara masing-masing rantai peptida 2. Ikatan kovalen, seperti ikatan peptida dan ikatan disulfida 3. Ikatan tak kovalen, seperti ikatan elektrostatik/ion, ikatan tidak mengutub/hidrofob dan ikatan van der walls
Ikatan Disulfida: terbentuk diantara dua gugus 28 –SH sistein, yang dapat mengakibatkan menggelungnya rantai peptida tunggal atau menghubungkan dua rantai peptida terpisah Ikatan ion=jembatan garam, terbentuk di antara ion karboksilat bermuatab negatif dari rantai samping aspartat atau glutamat dan ggs amino bermuatan positif dari rantai samping lisin atau arginin Ikatan H, terbentuk diantara pemberi H, yaitu N-H amida dari suatu ikatan peptida dan penerimanya, yaitu karbonil dari ikatan peptida lainnya
29
Fibroin: protein serat utama pada serat sutra dan jaring laba-laba Immunoglobulin: protein yang dibuat limfosit untuk melindungi dan melawan serangan bakteri, virus dan protein asing lainnya. Fibrinogen dan trombin: protein yang berfungsi dalam proses koagulasi darah, menjaga tubuh kehilangan darah jika sistim pembuluh terluka Bisa ular, toksin bakteri: protein yang berfungsi dalam pertahanan tubuh Insulin: protein/hormon yang mengatur metabolisme gula
