PROTEIN. SITI MUJDALIPAH, S.TP, M.Si

PROTEIN SITI MUJDALIPAH, S.TP, M.Si

DEFINISI DEFINISI  Mengandung unsur-unsur C, H, O, dan N  tidak dimiliki oleh lemak atau karbohidrat.  Pada sebagian besar jaringan tubuh, protein merupakan komponen terbesar setelah air.  Polimer dari asam amino  Asam amino terdiri dari gugus amino, sebuah gugus karboksil, sebuah atom hidrogen, dan gugus R yang terikat pada sebuah atom C.

Struktur asam amino

FUNGSI PROTEIN FUNGSI PROTEIN  Alat pengangkut dan penyimpan  banyak molekul dengan BM kecil serta beberapa ion dapat diangkut atau dipindahkan oleh proteinprotein tertentu. Misalnya hemoglobin mengangkut oksigen dalam eritrosit dan mioglobin mengangkut oksigen dalam otot.  Pengatur pergerakan  protein merupakan komponen utama daging, gerakan otot terjadi karena adanya dua molekul protein yang saling bergeseran.  Penunjang mekanis  kekuatan dan daya tahan robek kulit dan tulang disebabkan adanya kolagen, suatu protein berbentuk bulat panjang dan mudah membentuk serabut.  Pertahanan tubuh atau imunisasi  pertahanan tubuh biasanya dalam bentuk antibodi, yaitu suatu protein khusus yang dapat mengenal dan menempel atau mengikat benda-benda asing yang masuk ke dalam tubuh seperti virus, bakteri, dan sel-sel asing lain.

FUNGSI PROTEIN FUNGSI PROTEIN  Media perambatan impuls syaraf  protein yang mempunyai fungsi ini biasanya berbentuk reseptor, misalnya rodopsin, suatu protein yang bertindak sebagai reseptor penerima warna atau cahaya pada sel-sel mata.  Pengendalian pertumbuhan  protein ini bekerja sebagai reseptor (dalam bakteri) yang dapat mempengaruhi fungsi bagian-bagian DNA yang mengatur sifat dan karakter bahan.  Zat pembangun  protein merupakan bahan pembentuk jaringanjaringan baru yang selalu terjadi dalam tubuh dan mempertahankan jaringan yang telah ada.  Enzim  hampir semua reaksi biologis dipercepat atau dibantu oleh suatu senyawa makromolekul spesifik yang disebut enzim, seperti reaksi transportasi CO2, replikasi kromosom, dan berperan dalam perubahan-perubahan kimia dalam sistem biologis.

SIKLUS PROTEIN  Di dalam tubuh manusia terjadi suatu siklus protein  Protein dipecah menjadi komponen-komponen yang lebih kecil yaitu asam amino dan atau peptida.  Di dalam tubuh, juga terjadi sintesis protein baru untuk mengganti yang lama.  Tidak ada sebuah molekul protein yang disintesis untuk dipakai seumur hidup. Semuanya akan dipecah dan diganti dengan yang baru.  Waktu yang diperlukan untuk mengganti separuh dari jumlah kelompok protein tertentu dengan protein baru disebut haft time atau waktu paruh jangka hidup protein.

SIFAT-SIFAT FISIKOKIMIA PROTEIN Sifat fisikokimia setiap protein tidak sama, tergantung pada jumlah dan jenis asam aminonya. 1. Berat molekul protein sangat besar 2. Ada protein yang larut dalam air, ada pula yang tidak dapat larut dalam air, tetapi semua protein tidak larut dalam pelarut lemak. 3. Bila dalam suatu larutan protein ditambahkan garam, daya larut protein akan berkurang, akibatnya protein akan terisah sebagai endapan  salting out. 4. Apabila protein dipanaskan atau ditambahkan alkohol maka protein akan menggumpal  denaturasi protein. 5. Protein dapat bereaksi dengan asam dan basa, bersifat amfoter

IKATAN PEPTIDA  Dua asam amino berikatan melalui suatu ikatan peptida dengan melepas sebuah molekul air.  Beberapa asam amino, biasanya lebih dari 100 buah, dapat mengadakan ikatan peptida dan membentuk rantai polipeptida yang tidak bercabang.  Struktur kimia protein : • Rantai utama yang menghubungkan atom-atom C-C-C  rantai kerangka molekul protein • Atom-atom di sebelah kanan maupun kiri rantai kerangka  gugus R atau rantai samping.  Atom yang dikandung dalam gugus R serta cara melekatnya pada rantai kerangka akan membedakan molekul protein yang satu dari yang lain.  Protein dapat terdiri dari satu atau lebih polipeptida, misalnya mioglobin terdiri dari dua polipeptida dan hemoglobin terdiri dari empat rantai polipeptida.  Terdapat 24 jenis rantai cabang (R) yang berbeda ukuran, bentuk, muatan, dan reaktivitasnya.

IKATAN PEPTIDA  Rantai cabang (R) dapat berupa : atom H pada glisin, metil pada alanin, atau berupa gugus lainnya (gugus alifatik, hidroksil, maupun aromatik).  Ikatan peptida terbentuk dari hasil reaksi kondensasi gugus karboksil dari satu asam amino dengan gugus amina dari asam amino yang lain dengan melepaskan satu molekul air.

Pembentukan ikatan peptida

KARAKTERISTIK IKATAN PEPTIDA  Ikatan peptida merupakan ikatan yang kuat dan tidak mudah terurai oleh pemanasan atau garam konsentrasi tinggi, tetapi dapat rusak karena pemanasan dalam waktu lama dalam asam atau basa kuat atau dengan enzim.

 Ikatan peptida memiliki ikatan rangkap sebagian sehingga rigid, planar dan dapat berotasi.  Ikatan peptida berada pada formasi trans dimana oksigen dari karbonil dan hidrogen dari amida pada posisi yang berlawanan  Ikatan peptida bersifat polar dan memiliki kemampuan untuk membentuk ikaktan hidrogen karena gugus karbonil merupakan akseptor hidrogen sedangkan gugus NH merupakan donor hidrogen.

ASAM AMINO  Dalam teknologi pangan, asam amino mempunyai beberapa sifat yang menguntungkan maupun yang kurang menguntungkan. Misalnya adalah sebagai berikut : 1) D-triptofan mempunyai rasa manis 35 kali kemanisan sukrosa, sebaliknya L-triptofan mempunyai rasa yang sangat pahit. 2) Asam glutamat sangat penting peranannya dalam pengolahan makanan, karena dapat menimbulkan rasa yang lezat. Sebaliknya, albumin pada putih telur yang mengandung avidin dan mukoidin yang mengikat biotin sehingga tidak dapat diserap oleh tubuh. 3) Timbulnya reaksi browning akibat bereaksinya lisin dengan gula sederhana pada suhu tinggi dan membentuk melanoidin yang tidak dapat dicerna oleh enzim.

PENGELOMPOKKAN ASAM AMINO  Asam amino eksogen  tidak dapat dibentuk oleh tubuh manusia, disebut juga asam amino esensial, artinya harus didapatkan dari makanan sehari-hari (10 asam amino) : 1. Lisin 6. Valin 2. Leusin 7. Fenilalanin 3. Isoleusin 8. Histidin 4. Treonin 9. Tiptofan 5. Metionin 10.Arginin

 Asam amino endogen  dapat dibentuk dalam tubuh manusia, seperti alanine, asparagine, aspartic acid, cysteine, glutamine, glutamic acid, glycine, proline, serine, dan tyrosine

PENGELOMPOKKAN PROTEIN  Berdasarkan Struktur Susunan Molekul a) Protein fibriler/skleroprotein • berbentuk serabut • tidak larut dalam pelarut – pelarut encer, baik larutan garam, basa, asam, alkohol • Berat molekulnya yang besar belum dapat ditentukan dengan pasti dan sukar dimurnikan. • Susunan molekulnya terdiri dari rantai molekul yang panjang sejajar dengan rantai utamanya, tidak membentuk kristal dan bila rantai ditarik memanjang, dapat kembali ke keadaan semula. • Kegunaan protein ini terutama hanya untuk membentuk struktur bahan dan jaringan. • Contoh : 1. Kolagen : jaringan yang ditemukan pada tulang rawan, tendon, pembuluh darah dan kulit.

PENGELOMPOKKAN PROTEIN  Berdasarkan Struktur Susunan Molekul a) Protein fibriler/skleroprotein • Contoh : 1. Struktur kolagen terdiri dari 3 polipepetida helix, terdiri dari 1/3 glisin, 10% prolin, 10% hidroksi prolin dan 1% hidroksi lisin. 2. Keratin, merupakan rantai polipeptida α-helix yang kaya akan sistein dan asam amino non-polar yang bersifat hidrofob sehingga tidak larut dalam air, keratin ditemukan pada rambut, kuku, enamel gigi dan bagian luar kulit

PENGELOMPOKKAN PROTEIN  Berdasarkan Struktur Susunan Molekul a) Protein fibriler/skleroprotein • Contoh : 3. Miosin, merupakan penyusun otot pada manusia, apabila otot berkontraksi akan berikatan dengan aktin membentuk aktimiosin. 4. Fibrin, merupakan protein penyusun pembuluh darah yang sangat elastis, tersusun atas fibrinogen.

PENGELOMPOKKAN PROTEIN  Berdasarkan Struktur Susunan Molekul b) Protein globuler/sferoprotein : • Berbentuk bola. • Banyak terdapat pada bahan pangan seperti susu, telur dan daging. • Larut dalam larutan garam dan asam encer, juga lebih mudah berubah bi bawah pengaruh suhu, konsentrasi garam, pelarut asam dan basa dibandingkan protein fibriler. • Mudah terdenaturasi, yaitu susunan molekulnya berubah yang diikuti dengan perubahan fisik dan fisiologisnya seperti yang dialami oleh enzim dan hormon.

Protein Globular

PENGELOMPOKKAN PROTEIN  Berdasarkan Kelarutan a) Albumin: larut dalam air dan terkoagulasi oleh panas, contohnya albumin telur, albumin serum dan laktalbumin dalam susu b) Globulin: tidak larut dalam air, terkoagulasi oleh panas, larut dalam larutan garam encer dan mengendap dalam larutan garam konsentrasi tinggi (salting out). Contoh globulin : miosionogen dalam otot, ovoglobulin dalam kuning telur, amandin dari buah almonds, legumin dalam kacang-kacangan. c) Glutelin : tidak larut dalam pelarut netral tetapi larut dalam asambasa encer. Contohnya glutenin dalam gandum dan orizenin dalam beras. d) Prolamin atau gliadin: larut dalam alkohol 70-80% dan tidak larut dalam air maupun alkohol absolut. Contohnya gliadin dalam gandum, hordain dalam barley dan zein dalam jagung. e) Histon : larut dalam air dan tidak larut dalam amonia encer. Histon dapat mengendap dalam pelarut protein lainnya. Histon yang terkoagulasi karena pemanasan dapat larut lagi dalam larutan asam encer. Contoh : globin dalam hemoglobin

PENGELOMPOKKAN PROTEIN  Berdasarkan Kelarutan f) Protamin • Protein yang paling sederhana dibanding protein lain tetapi lebih kompleks dibanding peptida dan pepton. • Protamin larut dalam air dan tidak terkoagulasi oleh panas. • Larutan protamin encer dapat mengendapkan protein lain. • Bersifat basa kuat dan dengan asam kuat membentuk garam kuat. • Contoh protamin: salmin dalam ikan salmon, klupein dalam ikan herring, skombrin dalam ikan mackarel dan siprinin dalam ikan karper.

PENGELOMPOKKAN PROTEIN  Berdasarkan Keberadaan Senyawa Lain a) Protein Terkonjugasi  protein yang mengandung senyawa lain yang non protein Nama Nukleoprotein Glikoprotein Fosfoprotein Kromoprotein (metaloprotein) Lipoprotein

Tersusun oleh Terdapat pada Protein + asam Inti sel, kecambah biji-bijian nukleat Protein + karbohidrat Musin pada kelenjar ludah, tendonmusin pada tendon, hati Protein + fosfat yang Kasein susu dan vitelin mengandung lesitin Protein + pigmen Hemoglobin (ion logam) Protein + lemak Serum darah, kuning telur darah, susu

b) Protein senyawa sederhana  protein yang tidak mengandung senyawa non protein

PENGELOMPOKKAN PROTEIN  Berdasarkan Tingkat Degradasi Degradasi biasanya merupakan tingkat permulaan denaturasi. a) Protein alamiah  dalam keadaan seperti protein dalam sel b) Turunan protein  hasil degradasi protein pada tingkat permulaan denaturasi, dapat dibedakan sebagai berikut : 1. Protein turunan primer hasil hidrolisis ringan, terdiri dari : • Protean  hasil hidrolisis oleh air, asam encer atau enzim yang tidak bersifat larut, misalnya miosan dan edestan • Metaprotean  hasil hidrolisis lanjut oleh asam dan alkali dan larut dalam asam dan alkali encer tetapi tidak larut dalam larutan garam, contoh : asam albuminat dan alkali albuminat 2. Protein turunan sekunder (proteosa, pepton dan peptida). • Proteosa, bersifat larut dalam air dan tidak terkoagulasi oleh panas, diendapkan oleh (NH4)2SO4 jenuh.

PENGELOMPOKKAN PROTEIN  Berdasarkan Tingkat Degradasi Degradasi biasanya merupakan tingkat permulaan denaturasi. 2. Protein turunan sekunder ( proteosa, pepton dan peptida). • Pepton, juga larut dalam air, tidak terkoagulasi oleh panas dan tidak mengalami salting out dengan amonium sulfat tetapi ,mengendap oleh pereaksi alkaloid seperti asam fosfat tungstat. • Peptida gabungan dua atau lebih asam amino yang terikat melalui ikatan peptida

DENATURASI PROTEIN  Bila susunan ruang atau rantai polipeptida suatu molekul protein berubah, maka dikatakan protein ini terdenaturasi.  Denaturasi protein adalah perubahan atau modifikasi pada struktur sekunder, tersier dan kuartener dari molekul protein tanpa terjadinya pemecahan-pemecahan ikatan kovalen.  Denaturasi dapat juga diartikan suatu proses terpecahnya ikatan hidrogen, interaksi hidrofobik, ikatan garam, dan terbukanya lipatan molekul.  Sebagian besar protein globuler, mudah mengalami denaturasi.  Jika ikatan-ikatan yang membentuk konfigurasi molekul tersebut rusak, molekul akan mengembang.

KARAKTERISTIK PROTEIN TERDENATURASI  Denaturasi menyebabkan terpecahnya ikatan hidrogen, interaksi hidrofobik, ikatan garam, dan terbukanya lipatan molekul.  Jika ikatan-ikatan yang membentuk konfigurasi molekul tersebut rusak, molekul akan mengembang.  Pengembangan molekul yang terdenaturasi akan membuka gugus reaktif yang ada pada rantai polipeptida. Selanjutnya akan terjadi pengikatan kembali pada gugus reaktif yang sama atau yang berdekatan. • Bila unit ikatan dispersi terbentuk cukup banyak sehingga protein tidak lagi terdispersi sebagai suatu koloid, maka protein tersebut mengalami koagulasi. • Apabila ikatan- ikatan antara gugus reaktif dalam protein tersebut menahan cairan maka terbentuklah gel • Bila cairan terpisah dari ptotein yang terkoagulasi itu, protein akan mengendap. # Denaturasi belum tentu mengakibatkan koagulasi #

KARAKTERISTIK PROTEIN TERDENATURASI  Protein dapat saja mengendap, tetapi dapat kembali ke keadaan semula yang disebut dengan flokulasi.  Protein yang terdenaturasi berkurang kelarutannya  Lapisan molekul protein bagian dalam yang bersifat hidrofob berbalik ke luar sedangkan bagian luar yang bersifat hidrofil melipat ke dalam.  Pelipatan atau pembalikan terjadi khususnya bila larutan protein mendekati pH isoelektrik dan akhirnya protein akan menggumpal atau mengendap.  Viskositas akan meningkat karena molekul mengembang dan menjadi asimetrik.  Enzim-enzim yang gugus prostetiknya terdiri dari protein akan kehilangan aktivitasnya sehingga tidak berfungsi lagi sebagai enzim yang aktif.  Detergen dan sabun yang menyebabkan denaturasi protein karena senyawa ini dapat membentuk jembatan antara gugus hidrofobik dengan hidrofilik sehingga protein terdenaturasi.

FAKTOR – FAKTOR PENYEBAB DENATURASI 1. Perubahan ph : penggumpalan kasein 2. Panas : • merusak ikatan hidrogen dan jembatan garam. • meningkatkan energi kinetik dan menyebabkan molekul mengental sangat cepat sehingga ikatan rusak, protein dalam telur terdenaturasi dan terkoagulasi selama pemasakan, makanan lain dimasak untuk mendenaturasi protein sehingga lebih mudah dicerna oleh enzim. Peralatan medis disterilisasi menggunakan panas untuk menghancurkan protein dalam bakteri sehingga dengan sendirinya menghancurkan bakteri itu. 3. Radiasi : sinar X dan U.V 4. Pelarut organik : aseton, alkohol 5. Garam-garam dari logam berat : Ag2+, Hg2+, Pb2+

SIFAT FUNGSIONAL PROTEIN DALAM SISTEM PANGAN Fungsi Melarutkan

Mekanisme Hidrofilik

Bahan pangan Tipe protein Minuman (beverages) Whey protein

Kekentalan (viskositas) Pengikatan air

Pengikatan air, bentuk dan ukuran hidrodinamik Ikatan hidrogen, hidrosi ionik Pengikatan air, imobilisasi, formasi Hidrofobik, ionik dan ikatan hidrogen Ikatan hidrofobik, crosslinks disulfida Adsorpsi dan pembentukan lapisan pada permukaan Adsorpsi antarmuka dan pembentukan film Ikatan hidrofobik

Sup, salad dressing, desserts Sosis daging, kue dan roti Gels, cake, bakery, keju Pasta, bakery, sosis

Gelasi

Kohesi-adesi Elastisitas Emulsifikasi Foaming Pengikatan lemak dan flavor

Daging, bakery Sosis, bologna, sup, cake, dressing. Krim kocok, es krim, dessert Bakery rendah lemak, donat.

Gelatin Protein otot, protein telur Protein otot, protein telur dan susu Protein otot, protein telur dan whey Protein otot, protein telur dan susu protein telur dan susu protein telur dan susu Protein sereal, protein telur dan susu

PEMURNIAN PROTEIN 1. Pemurnian protein merupakan tahap yang harus dilakukan untuk mempelajari sifat dan fungsi protein. 2. Protein dapat dipisahkan dari protein lain berdasarkan ukuran, kelarutan, muatan dan afinitas ikatan. a) Dialisis • Protein dapat dipisahkan dari molekul kecil dengan cara dialisis melalui selaput semi permeabel. • Molekul dengan berat molekul lebih besar dari 15.000 tertahan pada kantung dialisis, sedangkan molekul dengan ukuran kecil dan ion akan melewati pori-pori selaput semipermeabel dan keluar dari kantung. b) Kromatografi filtrasi gel, • Protein dipisahkan dengan cara mengalirkan sampel di atas kolom yang berisi butiran gel yang terdiri dari karbohidrat berpolimer tinggi. • Butiran tersebut biasanya mempunyai diameter 0,1 mm, di pasaran dikenal dengan nama sephadex.

PEMURNIAN PROTEIN b) Kromatografi filtrasi gel, • Prinsip pemisahan, molekul yang kecil dapat masuk ke dalam butiran sephadex sedangkan yang besar terdapat diantara butiran sephadex. c) Kromatografi pertukaran ion • Protein dapat dipisahkan berdasarkan muatannya. • Bila sebuah protein mempunyai muatan positif pada pH 7, maka ia akan terikat pada kolom penukar ion yang berisi gugus bermuatan negatif sedangkan protein yang bermuatan negatif tidak. • Protein yang bermuatan positif yang terikat kolom tersebut dapat dikeluarkan dengan penambahan garam NaCl atau garam lain pada larutan buffer yang digunakan untuk elusi.