PROTEIN

Protein merupakan senyawa polimer organik yang berasal dari monomer asam amino yang mempunyai ikatan peptida. Istilah protein berasal dari bahasa Yunani “protos” yang memiliki arti “yang paling utama”.Protein adalah senyawa organik kompleks dengan berat molekul tinggi, protein merupakan polimer dari monomer-monomer asam amino yang dihubungkan satu sama lain dengan ikatan peptida. Protein mengandung molekul karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan kadang kala sulfur serta fosfor. Protein berperan penting dalam struktur dan fungsi semua sel makhluk hidup dan virus. Meskipun protein hanya tersusun atas asam amino yang ada 20 jenis saja, namun untuk dapat berfungsi, ia akan melipat-lipat dan membentuk suatu struktur tertentu yang sangat presisi sekaligus sulit diprediksi hingga saat ini. Karena strukturnya yang unik dan presisi itulah maka protein memiliki fungsi yang spesifik yang berbeda satu dengan lainnya. Fungsi utama protein Sebagai enzim, Alat pengangkut dan penyimpan Misalnya hemoglobin mengangkut oksigen dalam eritrosit sedangkan mioglobin mengangkut

oksigen dalam otot,penunjang mekanis, Media perambatan impuls syaraf misalnya berbentuk reseptor, dan Pengendalian pertumbuhan.

Secara singkat penjelasan tentang protein sebagai berikut :

A.  Klasifikasi Protein

Klasifikasi Protein dapat dibeda-bedakan berdasarkan bentuk,kelarutan, senyawa pembentuk , keberadaan asam amino esensia atau fungsi biologisnya.

·         Klasifikasi Protein  dibedakan berdasarkan bentuknya :

1.      Protein bentuk serabut (fibrous)

Protein ini terdiri atas beberapa rantai peptida berbentu spiral yang terjalin. Satu sama lain sehingga menyerupai batang yang kaku. Karakteristik protein bentuk serabut adalah rendahnya daya larut, mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi untuk tahan terhadap enzim pencernaan. Kolagen merupakan protein utama jaringan ikat. Elasti terdapat dalam urat, otot, arteri (pembuluh darah) dan jaringan elastis lain. Keratini adalah protein rambut dan kuku. Miosin merupakan protein utama serat otot.

2.      Protein Globuler

Berbentuk bola terdapat dalam cairan jaringan tubuh. Protein ini larut dalam larutan garam dan encer, mudah berubah dibawah pengaruh suhu, konsentrasi garam dan mudah denaturasi. Albumin terdapat dalam telur, susu, plasma, dan hemoglobin. Globulin terdapat dalam otot, serum, kuning telur, dan gizi tumbuh-tumbuhan. Histon terdapat dalam jaringan-jaringan seperti timus dan pancreas. Protamin dihubungkan dengan asam nukleat.

3.      Protein Konjugasi

Merupakan protein sederhana yang terikat dengan baha-bahan non-asam amino. Nukleoprotein terdaoat dalam inti sel dan merupakan bagian penting DNA dan RNA. Nukleoprotein adalah kombinasi protein dengan karbohidrat dalam jumlah besar. Lipoprotein terdapat dalam plasma-plasma yang terikat melalui ikatan ester dengan asam fosfat sepertu kasein dalam susu. Metaloprotein adalah protein yang terikat dengan mineral seperti feritin dan hemosiderin adalah protein dimana mineralnya adalah zat besi, tembaga dan seng.

·         Klasifikasi Protein  dibedakan berdasarkan kelarutannya dibagi menjadi :

1.      Albumin : larut dalam air terkoagulasi oleh panas. Contohnya : albumin telur, albumin serum.

2.      Globulin : tak larut air, terkoagulasi oleh panas, larut dalam larutan garam, mengendap dalam larutan garam, konsentrasi meningkat. Contohnya : Ixiosinogen dalam otot.

3.      Glutelin : tak larut dalam pelarut netral tapi larut dalam asam atau basa encer. Contohnya : Histo dalam Hb.

4.      Plolamin/Gliadin : larut dalam alcohol 70-80% dan tak larut dalam air maupun alcohol   absolut. Contohnya : prolaamin dalam gandum.

5.      Histon : Larut dalam air dan tak larut dalam ammonia encer. Contohnya : hisron dalam Hb.

6.      Protamin : protein paling sederhana dibanding protein-protein lain, larut dalam air dan tak terkoagulasi oleh panas. Contohnya : salmin dalam ikatan salmon.

·         Klasifikasi Protein  dibedakan berdasarkan senyawa pembentuknya tebagi sebagai berikut:

1.      Protein sederhana (misalnya serum darah albumin) yang bila dihidrolisis hanya menghasilkan asam-asam amino saja) atau protein saja,  Contoh : Hb

2.      Protein terkonjugasi (protein-protein yang terdapat di dalam membran sel) yang bila dihidrolisis menghasilkan asam-asam amino dan senyawa lain.

·         Klasifikasi Protein  dibedakan berdasarkan keberadaan asam amino esensial. Dikelompokkan kedelapan asam amino esensial yang harus disediakan dalam bentuk jadi dalam menu makanan yang dikonsumsi sehari-hari yaitu :

Isoleusin, Leussin, Lisin, Methionin (asam amino esensial) fungsinya dapat digantikan sistin (semi esensial) secara tidak sempurna, Penilalanin yang fungsinya dapat digantikan tirosin (semi esensial) tidak secara sempurna, akan tetapi paling tidak dapat menghematnya, Threonin, Triptopan, dan Valin.

·         Klasifikasi protein menurut fungsi biologisnya, yang dapat dibedakan menjadi 8 golongan :

1.      Enzim

Enzim merupakan golongan protein yang terbesar dan paling penting. Lebih dari 2.000 jenis enzim telah ditemukan di dalam berbagai bentuk kehidupan, dimana enzim berfungsi sebagai biokatalisator reaksi kimia dalam jasad hidup. Molekul enzim biasanya berbentuk globular (bulat), sebagian terdiri dari satu rantai polipeptida dan ada yang lebih dari satu rantai polipeptida. Hampir semua reaksi senyawa organik dalam sel dikatalis enzim.

Sebagai contoh adalah ribonuklease (enzim yang mengkatalisis hidrolisis RNA), sitokrom (berperan dalam proses pemindahan elektron),  tripsin (katalisator pemutus ikatan peptida).

2.      Protein Pembangun

Protein ini berfungsi sebagai pembentuk struktur,penyangga untuk memberikan struktur biologi kekuatan atau perlindungan.

Sebagai contohnya ialah kolagen, yaitu komponen utama dalam urat dan tulang rawan. Contoh lain adalah keratin yang terdapat pada rambut, kuku, dan bulu ayam/burung; fibroin, yaitu komponen utama dalam serat sutera dan jaring laba-laba.

3.      Protein Kontraktil

protein yang berfungsi memberikan kemampuan pada sel dan organisme untuk mengubah bentuk atau bergerak.

Sebagai contoh adalah myosin (filament tak bergerak dalam  miofibril), aktin (filament yang bergerak miofibril), dinein (dalam rambut getar dan flagel).

4.      Protein Pengangkut

Protein yang mengikat dan memindahkan molekul atau ion spesifik. Hemoglobin dalam sel darah merah mengikat oksigen dari paru-paru, dan membawanya ke jaringan periferi. Lipoprotein dalam plasma darah membawa lipid dari hati ke organ lain. Protein transpor lain terdapat dalam dinding sel dan menyesuaikan strukturnya untuk mengikat dan membawa glukosa, asam amino, dan nutrien lain melaluai membran ke dalam sel.

Sebagai contoh adalah hemoglobin (alat pengangkut oksigen  dalam darah), mioglobin (pengangkut oksigen dalam otot), serum albumin (pengangkut asam lemak dalam darah), β-lipoprotein (pengangkut lipida dalam darah).

5.      Protein Hormon

Seperti halnya enzim, hormon termasuk protein yang aktif. protein yang berfungsi mengatur aktivitas seluler atau fisiologi.

Sebagai contoh adalah insulin (mengatur metabolisme glukosa), adrenokortikotrop (mengatur sintesis kortikosteroid).

6.      Protein Bersifat racun

Beberapa protein bersifat racun terhadap hewan kelas tinggi.

Sebagai contoh adalah Clostridium botulinum (keracunan bahan makanan), bisah ular (penyebab terhidrolisisnya fosfogliserida), risin (racun dalam beras).

7.      Protein Pelindung

Protein yang melindungi organisme terhadap serangan oraganisme lain (penyakit). Golongan ini umumnya terdapat dalam darah vertebrata.

Sebagai contohnya adalah imunoglobin atau antibodi yang terdapat dalam vertebrata. Protein ini dapat mengenali dan menetralkan bakteri, virus, atau protein asing dari spesi lain. Fibrinogen dan trombin merupakan protein penggumpal darah jika sistem pembuluh terluka.

8.      Protein Cadangan

Protein ini disimpan untuk berbagai proses metabolisme dalam  tubuh berfungsi sebagi cadangan makanan.

Sebagi contoh adalah ovalbumin (protein pada putih telur), kasein (protein susu), feritin (cadangan besi dalam limfa).

B.   Struktur Protein

Struktur utama dari polipeptida dan protein adalah urutan asam amino dalam rantai polipeptida dengan mengacu pada lokasi dari setiap ikatan disulfida. Struktur primer dapat dianggap sebagai deskripsi lengkap semua ikatan kovalen dalam suatu rantai polipeptida atau protein.

Cara yang paling umum untuk menunjukkan struktur utama adalah untuk menulis urutan asam amino menggunakan singkatan tiga huruf standar untuk asam amino. Sebagai contoh:

Gly-Gly-ser-ala

struktur utama untuk polipeptida terdiri dari glisin, glisin, serin , dan alanin , agar, dari asam N-terminal amino (glisin) untuk asam C-terminal amino (alanin).

Protein terbentuk dari ikatan antarmolekul asam amino (disebut ikatan peptida). Dua molekul asam amino dapat berikatan (berkondensasi) dengan melepas molekul air sebagai berikut.

Rangkaian asam amino yang membentuk protein sering dikelompokkan ke dalam empat tingkatan struktur, yaitu primer, sekunder, tersier, dan kuarterner.

1.      Struktur Primer

Struktur primer merupakan rantai pendek dari asam amino dan dianggap lurus.

2.      Struktur Sekunder

Struktur sekunder merupakan rangkaian lurus (struktur primer) dari rantai asam amino. Namun, setiap gugus mengadakan ikatan hidrogen sehingga rantai asam amino membentuk struktur heliks, seperti pegas atau per.

3.      Struktur Tersier

Struktur tersier terbentuk jika rangkaian heliks (struktur sekunder) menggulung karena adanya tarik-menarik antarbagian polipeptida sehingga membentuk satu subunit protein yang disebut struktur tersier.

4.      Struktur Kuartener

Struktur kuarterner terbentuk jika antarsubunit protein (dari struktur tersier) berinteraksi membentuk struktur kuarterner.

Berikut ini adalah gambar 4 struktur protein.

 

C.  Rantai Peptida

Protein merupakan senyawa makromolekul yang terbentuk dari hasil polimerisasi kondensasi berbagai asam amino. Protein termasuk kopolimer. Setiap molekul protein mengandung sekitar 20 jenis asam amino yang berikatan, dengan jumlah asam amino yang dapat mencapai ribuan. Antarmolekul asam amino tersebut berikatan kovalen yang disebut ikatan peptida. Ikatan peptida ini terjadi antara atom C (dari gugus -COOH) dan atom N dari (gugus - NH2).

Berikut ini adalah gambar Ikatan Peptida.

Karena reaksi pembentukan peptida membebaskan 1 molekul air, maka jumlah Asam Amino penyusun polipeptida disebut residu.

Protein yang terbentuk dari dua molekul asam amino disebut dipeptida, dari tiga molekul asam amino disebut tripeptida, dan dari banyak molekul asam amino disebut polipeptida. Suatu rangkaian asam amino diberi nama dengan cara menambahkan akhiran -il pada asam amino awal (yang memiliki gugus fungsional bebas -NH2), diikuti oleh asam amino berikutnya, kemudian diakhiri dengan nama asam amino terakhir (yang memiliki gugus fungsi bebas -COOH) tanpa akhiran -il. Misalnya, senyawa tripeptida yang terbentuk dari asam amino glisin, alanin, dan fenilalanin, diberi nama glisilalanilfenilalanin.

Berdasarkan konvensi, penyebutan urutan Asam Amino dimulai dari Asam Amino yang memiliki gugus –NH2 (disebut N terminal) hingga yang memiliki gugus –COOH bebas (C terminal).

Struktur molekul polipeptida

Rantai peptida biasa disebut “backbone” alias tulang punggung sedangkan gugus R biasa disebut gugus samping.

D.  Elektroferisis

Elektroforesis adalah teknik yang digunakan untuk memisahkan unsur-unsur yang berbeda (pecahan) dari sampel darah menjadi komponen-komponen individu. Elektroforesis protein serum (SPEP) adalah tes skrining yang mengukur protein darah utama dengan memisahkan mereka ke dalam lima fraksi yang berbeda: albumin, alpha _1, alpha _2, beta, gamma dan protein. Elektroforesis protein juga dapat dilakukan pada urin.

Elektroforesis merupakan proses bergeraknya molekul bermuatan pada suatu medan listrik. Kecepatan molekul yang bergerak pada medan listrik tergantung pada muatan, bentuk dan ukuran. Dengan demikian elektroforesis dapat digunakan untuk separasi makromolekul (seperti protein dan asam nukleat). Posisi molekul yang terseparasi pada gel dapat dideteksi dengan pewarnaan atau autoradiografi, ataupun dilakukan kuantifikasi dengan densitometer.Elektroforesis untuk makromolekul memerlukan matriks penyangga untuk mencegah terjadinya difusi karena timbulnya panas dari arus listrik yang digunakan. Gel poliakrilamid dan agarosa merupakan matriks penyangga yang banyak dipakai untuk separasi protein dan asam nukleat. Elektroforesis yang dibahas di bawah ini menggunakan matriks berupa gel poliakrilamida (PAGE = poly-acrilamida gel electrophoresis) untuk separasi sampel protein.

Banyak molekul biologi bermuatan listrik yang besarnya tergantung pada pH dan komposisi medium dimana molekul biologi tersebut terlarut. Bila berada dalam suatu medan listrik, molekul biologi yang bermuatan positif akan bermigrasi ke elektroda negatif dan sebaliknya. Prinsip inilah yang dipakai dalam elektroforesis untuk memisahkan molekul-molekul berdasarkan muatannya.

Didalam elektroforesis tak-penyahaslian (nondenaturing) atau elektroforesis natif, protein dipisahkan dalam bentuk aslinya berdasarkan cas, saiz, dan bentuk molekul tersebut. Satu lagi bentuk elektroforesis yang selalu digunakan bagi pemisahan protein ialah elektroforesis penyahaslian. Elektroforesis gel poliakrilamid (PAGE) dengan suatu detergen anion, sodium dodesil sulfat (SDS) digunakan untuk memisahkan subunit protein mengikut saiz. Protein dilarutkan didalam suatu larutan penimbal yang mengandungi SDS dan agen penurun, merkaptoetanol atau ditiotreitol, untuk menceraikan protein menjadi subunit dan menurunkan ikatan disulfat (Rajah 1). Protein bergabung dengan SDS lalu bercas negartif, dan dipisahkan hanya berdasarkan saiz.

E.   Coenzyme

Koenzim adalah suatu molekul organik yang merupakan kobaktor non protein dari enzim, yang dibutuhkan untuk fungsi katalitiknya. Kobaktor enzim walaupun jumlahnya kecil dalam sel tetapi sangat esensial bagi kerja beberapa enzim, dan oleh karena itu memegang peranan.

Model pengisian ruang koenzim NADH

Koenzim adalah kofaktor berupa molekul organik kecil yang mentranspor gugus kimia atau elektron dari satu enzim ke enzim lainnya. Contoh koenzim mencakup NADH, NADPH dan adenosina trifosfat. Gugus kimiawi yang dibawa mencakup ion hidrida (H^–) yang dibawa oleh NAD atau NADP⁺, gugus asetil yang dibawa oleh koenzim A, formil, metenil, ataupun gugus metil yang dibawa oleh asam folat, dan gugus metil yang dibawa oleh S-adenosilmetionina. Beberapa koenzim seperti riboflavin, tiamina, dan asam folat adalah vitamin.

Oleh karena koenzim secara kimiawi berubah oleh aksi enzim, adalah dapat dikatakan koenzim merupakan substrat yang khusus, ataupun substrat sekunder. Sebagai contoh, sekitar 700 enzim diketahui menggunakan koenzim NADH. Regenerasi serta pemeliharaan konsentrasi koenzim terjadi dalam sel. Contohnya, NADPH diregenerasi melalui lintasan pentosa fosfat, dan S-adenosilmetionina melalui metionina adenosiltransferase.

F.    Struktur Sekunder Protein

Pada bagian tertentu dari protein, terdapat susunan Asam Amino yang membentuk suatu struktur yang reguler dengan sudut-sudut geometri tertentu. Ada dua struktur sekunder utama yaitu alfa-helix dan beta-sheet. Struktur ini terjadi akibat adanya ikatan hidrogen antar Asam Amino.

Struktur sekunder protein

Pada gambar sebelah kiri, terlihat bahwa struktur alfa-helix terbentuk oleh ‘backbone‘ ikatan peptida yang membentuk spiral dimana jika dilihat tegak lurus dari atas, arah putarannya adalah searah jarum jam menjauhi pengamat (dinamakan alfa). Satu putaran terdiri atas 3.6 residu asam amino dan struktur ini terbentuk karena adanya ikatan hidrogen antara atom O pada gugus CO dengan atom H pada gugus NH (ditandai dengan garis warna oranye).

Seperti halnya alfa-helix, struktur beta-sheet juga terbentuk karena adanya ikatan hidrogen, namun seperti terlihat pada gambar sebelah kanan, ikatan hidrogen terjadi antara dua bagian rantai yang pararel sehingga membentuk lembaran yang berlipat-lipat.

Tidak semua bagian protein membentuk struktur alfa-helix dan beta-sheet, pada bagian tertentu mereke tidak membentuk struktur yang reguler.