Reaksi-Reaksi Spesifik Pada Protein

REAKSI-REAKSI SPESIFIK PADA PROTEIN

                        Nah…. Kembali lagi pada postingan berikutnya, kali pada postingan ini akan dibahas mengenai “Reaksi-reaksi Spesifik pada Protein”. Sebelum memahami lebih lanjut mengenai reaksi-reaksi spesifik pada protein, terlebih dahulu kita harus mengetahui apa yang dimaksud dengan protein itu sendiri. Pada dasarnya yang dimaksud dengan Protein adalah  suatu senyawa organik yang mempunyai ikatan peptida dan berasal dari monomer asam amino.Kata protein merupakan kata yang berasal dari bahasa Yunani, yaitu Protos dan memiliki arti “yang paling utama”. Dalam hal ini perlu diketahui bahwasannya apabila organisme sedang kekurangan energy, maka protein ini dapat digunakan sebagai sumber energy. Kandungan energy protein rata-rata 4 kkal/gram atau setara dengan energy rata-rata yang dimiliki oleh karbohidrat. Perlu ditegaskan bahwasannya seluruh sel makhluk hidup mendapatkan manfaat penting dari protein ini, oleh karena itu hal ini tentunya punya penyebab, yaitu karena protein mengandung karbon, sulfur, nitrogen, hidrogen dan oksigen. Protein juga mengandung fosfor.

            Banyak protein mengandung zat- zat lain disamping asam amino, maka struktur 3 dimensi dan banyak sifat biologi protein ditentukan terutama oleh jenis asam amino berikatan satu sama lain pada rantai polipeptida dari hubungan keruangan satu asam amino dengan yang lain. Sifat biologi protein yang unik terutama disebabkan oleh interaksi spesifik antara asam amino yang menyusunnya. Pada dasarnya yang dimaksud dengan asam amino adalah asam karboksilat yang mempunyai gugus amino, mempunyai rumus dasar R-CHNH₂COOH dimana R adalah gugus rantai samping.  Asam amino merupakan monomer pembentuk protein, mempunyai peranan penting dalam metabolisme sel hidup.  Adanya gugus rantai samping tersebut menyebabkan sifat berbeda antara asam-asam amino dan juga berbedanya sifat protein.  Gugus amino asam amino dan gugus karboksil memperlihatkan semua reaksi yang dapat diharapkan dari fungsi ini, misalnya pembentukan garam, pengesteran, dan asilasi.  Gugus rantai samping juga menghasilkan reaksi spesifik dengan pereaksi tertentu.  Oleh karena itu, pada dasarnya protein memiliki beberapa reaksi spesifik asam amino dengan pereaksi ninhidrin, Hopkins-Cole, dan garam nitroprussida.

Perlu diketahui bahwasannya Reaksi Adamkiewitz-Hopkins adalah suatu reaksi untuk menentukan gugus indole spesifik untuk asam amino triptofan. Senyawa-senyawa indolik dengan aldehid tertentu (asam glioksilik, metanol, para metil amino-benzaldehide) dalam suasana asam dan dingin memberikan warna violet.

Seperti yang telah dijelaskan diatas bahwasannya Protein merupakan polimer yang tersusun dari asam amino sebagai monomernya. Monomer-monomer ini tersambung dengan ikatan peptida, yang mengikat gugus karboksil milik satu monomer dengan gugus amina milik monomer di sebelahnya. Reaksi penyambungan ini (disebut translasi) secara alami terjadi di sitoplasma dengan bantuan ribosom dan tRNA. Pada polimerisasi asam amino, gugus -OH yang merupakan bagian gugus karboksil satu asam amino dan gugus -H yang merupakan bagian gugus amina asam amino lainnya akan terlepas dan membentuk air. Oleh sebab itu, reaksi ini termasuk dalam reaksi dehidrasi. Molekul asam amino yang telah melepaskan molekul air dikatakan disebut dalam bentuk residu asam amino. Berikut ini merupakan gambaran mengenai dua asam amino yang akan menghasilkan ikatan peptide, yaitu sebagai berikut :

STRUKTUR DARI PROTEIN

            Protein tersusun dari peptida-peptida sehingga membentuk suatu polimer yang disebut polipeptida. Setiap monomernya tersusun atas suatu asam amino. Asam amino adalah molekul organik yang memiliki gugus karboksil dan gugus amino yang mana pada bagian pusat asam amino terdapat suatu atom karbon asimetrik (Gambar 1). Pada keempat pasangannya yang berbeda itu adalah gugus amino, gugus karboksil, atom hidrogen, dan berbagai gugus yang disimbolkan dengan huruf R. Gugus R disebut juga sebagai Rantai samping yang berbeda dengan gugus amino. Pada dasarnya bentuk umum dari struktur protein adalah sebagai berikut :

Dibawah ini akan dijelaskan mengenai pembagian struktur dari protein, yaitu dapat dilihat seperti dibawah ini :

1)      Struktur Primer

Struktur primer terkait mengenai terbentuknya rantai-rantai dengan ikatan-ikatan peptida dimana jumlah, macam, dan cara terkaitnya (urutan) asam-asam amino mempunyai peranan penting. Struktur primer dari protein dapat dilihat pada gambar berikut ini, yaitu :

1)      Struktur Sekunder

Pada dasarnya sruktur sekunder merupakan kombinasi antara struktur primer yang linear  distabilkan oleh ikatan hidrogen antara gugus =CO dan =NH di sepanjang tulang belakang polipeptida. Salah satu contoh struktur sekunder adalah α-heliks dan β-pleated (Gambar 5 dan 6). Struktur ini memiliki segmen-segmen dalam polipeptida  yang terlilit atau terlipat secara berulang, atau dapat dikatakan bahwa yang dimaksud dengan struktur sekunder pada protein adalah struktur yang terkait mengenai  berlilitnya rantai-rantai polipeptida sampai terbentuknya  suatu struktur spiral karena terjadi ikatan hidrogen. Berikut ini merupakan bentuk atau struktur dari struktur sekunder protein, yaitu sebgaai berikut :

Struktur α-heliks terbentuk antara masing-masing atom oksigen karbonil pada suatu ikatan peptida dengan hidrogen yang melekat ke gugus amida pada suatu ikatan peptida empat residu asam amino di sepanjang rantai polipeptida (Murray et al, 2009).

Pada struktur sekunder β-pleated terbentuk melalui ikatan hidrogen antara daerah linear rantai polipeptida. β-pleated ditemukan dua macam bentuk, yakni antipararel dan pararel (Gambar 7 dan 8). Keduanya berbeda dalam hal pola ikatan hidrogennya. Pada bentuk konformasi antipararel memiliki konformasi ikatan sebesar 7 Å, sementara konformasi pada bentuk pararel lebih pendek yaitu 6,5 Å (Lehninger et al, 2004). Jika ikatan hidrogen ini dapat terbentuk antara dua rantai polipeptida yang terpisah atau antara dua daerah pada sebuah rantai tunggal yang melipat sendiri yang melibatkan empat struktur asam amino, maka dikenal dengan istilah β turn yang ditunjukkan dalam Gambar 9 (Murray et al, 2009).

1)      Struktur Tersier

Struktur tersier dari suatu protein adalah lapisan yang tumpang tindih di atas pola struktur sekunder yang terdiri atas pemutarbalikan tak beraturan dari ikatan antara rantai samping (gugus R) berbagai asam amino (Gambar 10). Struktur ini merupakan konformasi tiga dimensi yang mengacu pada hubungan spasial antar struktur sekunder. Struktur ini distabilkan oleh empat macam ikatan, yakni ikatan hidrogen, ikatan ionik, ikatan kovalen, dan ikatan hidrofobik. Dalam struktur ini, ikatan hidrofobik sangat penting bagi protein. Asam amino yang memiliki sifat hidrofobik akan berikatan di bagian dalam protein globuler yang tidak berikatan dengan air, sementara asam amino yang bersifat hodrofilik secara umum akan berada di sisi permukaan luar yang berikatan dengan air di sekelilingnya (Murray et al, 2009; Lehninger et al, 2004). Berikut ini akan diberikan contoh gambar dari struktur tersier pada protein, yaitu :

1)      Struktur Kuarterner

Struktur kuarterner adalah gambaran dari pengaturan sub-unit atau promoter protein dalam ruang. Struktur ini memiliki dua atau lebih dari sub-unit protein dengan struktur tersier yang akan membentuk protein kompleks yang fungsional. ikatan yang berperan dalam struktur ini adalah ikatan nonkovalen, yakni interaksi elektrostatis, hidrogen, dan hidrofobik. Protein dengan struktur kuarterner sering disebut juga dengan protein multimerik. Jika protein yang tersusun dari dua sub-unit disebut dengan protein dimerik dan jika tersusun dari empat sub-unit disebut dengan protein tetramerik (Gambar 11) (Lodish et al., 2003; Murray et al, 2009). Berikut ini merupakan gambar dari struktur kuarterner dari protein, yaitu sebagai berikut :

CIRI-CIRI MOLEKUL PROTEIN

        Adapun ciri-ciri dari molekul protein dapat dilihat berdasarkan coro-ciri protein berikut ini, yaitu :

a)      Berat molekulnya besar, ribuan bahkan sampai jutaan, sehingga merupakan makromolekul.

b)      Umumnya terdiri dari 20 asam amino.Asam amino berikatan secara kovalen satu dengan yang lainnya dalam variasi urutan-urutan yang bermacam-macam, membentuk suatu rantai polipeptida. Ikatan peptida merupakan ikatan gugus karboksil dari asam amino yang satu dengan asam amino lainnya. 

c)      Terdapatnya ikatan kimia lain  yang menyebabkan terbentuknya lengkungan-lengkungan rantai polipeptida menjadi struktur 3 dimensi protein. Sebagai contoh ikatan hidrogen, ikatan hidrofob/ikatan apolar, ikatan ion atau ikatan elektrostatik dan ikatan Van der Waals.

d)     Strukturnya tidak stabil terhadap beberapa faktor seperti: pH, radiasi, temperatur, dan medium pelarut.

e)      Umumnya reaktif dan sangat spesifik, disebabkan terdapatnya gugus samping yang reaktif dan susunan khas struktur molekulnya.

f)       Beraksi positif terhadap pereaksi uji-uji yang spesifik seperti: Biuret, Ninhidrin dan Millon, Xantoprotein, Sakaguchi, Adamkiewitz.

Pada dasarnya Bila asam amino dalam makanan malampaui kebutuhan untuk sintesis protein dan lintasan anabolik lainnya. Kelebihannya dikatabolisme untuk menentukan ATP atau diubah menjadi substrak untuk sintesis asam lemak. Protein selular mengalami “turn over” (dipecahkan dan diganti kembali) dengan kecepatan sekitar 400 gr/hari pada orang dewasa. Melalui suatu proses tertentu sejumlah asam amino dapat membentuk suatu senyawa yang memiliki banyak ikatan peptida. Molekul senyawa ini merupakan suatu molekul besar atau makromolekul yang terdiri atas banyak molekul asam amino yang disebut juga sebagai polipeptida. Ada beberapa analisis asam amino, misalnya metode gravitrimetri, kalorimetri, mikrobiologi, kromatografi dan elekrofotolisis. Salah satu metode yang banyak digunakan dan memperoleh perkembangan adalah metode kromatografi. Konsumsi protein diperlukan untuk sumber nitrogen dalam tubuh, pembentukan zat-zat yang mengandung N (nitrogenous) dan sebagai sumber asam amino esensial yang tidak dapat dibentuk di dalam tubuh atau hanya dalam jumlah kecil saja untuk mensuplai kebutuhan sehari-hari.  Hampir semua nitrogen dari katabolisme protein asam amino secara normal hilang dalam bentuk urea melalui ekskresi urine walaupun jumlahnya terbuang dalam bentuk NH₄⁺ dan keratin. Gangguan metabolisme asam amino ditandai oleh kadar asam amino atau produk metaboliknya yang abnormal dalam darah dan urine. Gangguan dalam metabolisme asam amino sering menyebabkan retardasi mental dan gangguan perkembangan (Linder, 1985).

ANALISIS PROTEIN

        Berikut ini akan dijelaskan reaksi-reaksi untuk mengidentifikasi asam amino dan protein, yaitu sebagai berikut :

          a)      Reaksi Sakaguci

Pada dasarnya pengujian reaksi asam amino dan protein dengan Reaksi Sakaguci merupakan suatu reaksi dimana reaksi ini dilakukan dengan menggunakan pereaksi nafol dan natrium hipobromit. Pada dasarnya reaksi ini dapat memberi hasil positif apabila ada gugus guanidin. Jadi arginin atau protein yang mengandung arginin dapat menghasilkan warna merah. 

b)     Reaksi Xantoprotein

Pada dasarnya reaksi ini dilakukan dengan cara menambahakan larutan asam nitrat pecan kedalam latutan protein. Setelah dicampur terjadi endapan putih yang dapat berubah menjadi kuning apabila dipanaskan. Reaksi yang terjadi adalah nitrasi pada inti benzena yang terdapat pada molekul protein. Jadi reaksi ini positif jika mengandung tirosin, fenil alanin  dan triptofan.

c)      Reaksi Hopkins-Cole

Pada dasarnya triptofan dapat berkondensasi dengan beberapa aldehida dengan bantuan asam kuat dan membentuk senyawa yang berwarna. Larutan protein yang mengandung triptofan dapat direasikan dengan pereaksi Hopkins-Cole yang mengandung asam glioksilat.. Setelah dicampur dengan pereaksi Hopkins - Cole, asam sulfat dituangkan perlahan-lahan sehingga membentuk lapisan di bawah larutan protein. Beberapa saat kemudian akan terjadi cincin ungu pada batas antara kedua lapisan. Reaksi Hopkins-Cole memberi hasil positif khas untuk gugus indol dalam protein.

d)     Reaksi Millon

Pada dasarnya reaksi millon ini dilakukan dengan cara menambahakan pereaksi millon kedalam larutan protein. Pada dasarnya pereaksi millon dibuat dengan cara mencampurkan larutan merkuro dan merkuri nitrat dalam asam nitrat. Hasil pencampuran akan menghasilkan endapan putih yang dapat berubah menjadi merah oleh pemanasan. Pada dasarnya reaksi ini positif untuk feno;-fenol, karena terbentuknya senyawa merkuri dengan gugus hidroksifenil yang berwarna.

e)      Reaksi NatriumNitroPrusida

Pada dasarnya reaksi NatriumNitroPrusida dalam larutan amoniak akan menghasilkan warna merah dengan protein yang mempunyai gugus –SH bebas. Sehingga protein yang mengandung sistein dapat memberikan hasil positif jika direaksikan dengan larutan asam amino dan protein.

f)       Metode Buret

Dalam melakukan pengujian terhadap larutan asam amino dan protein ini dapat di lakuan dengan metode sederhana yakni, Metode Buret. Dalam hal ini metode buret dilakukan dengan cara membuat alkalis larutan protein dengan NaOH kemudian ditambahkan CuSO₄ enver. Pada dasarnya pengujian ini dilakukan untuk menunjukkan adanya senyawa-senyawa yang mengandung gugus amida asam yang berada bersama gugus amida yang lain. Uji ini memberikan reaksi positif yaitu ditandai dnegan timbulnya warna violet atau biru violet pada larutan yang akan diuji.

PERMASALAHAN

1)      Coba saudara jelaskan dengan singkat bagaimana pembentukan ikatan peptide yang terjadi pada asam amino dan protein serta jelaskan prosesnya!

2)      Jelaskan dengan singkat apa yang dimaksud dengan triptofan? Dan jelaskna stuktur yang terdapat pada triptofan ini!

3)      Jelaskan dengan singkat bagaimana proses terbentuknya stuktur sekunder α-heliks dan β-pleated ?

4)      Jelaskan menurut pendapat anda bagaimana jika seseorang kelebihan protein dalam tubuh? Dan apa upaya yang hars dilakukan jika protein dalam tubuh sudah berlebih ?