BIK D3 Struktur Fungsi dan metabolisme Protein · Proton Dapat Diserap dan Dilepas Tinggi pKa...
Transcript of BIK D3 Struktur Fungsi dan metabolisme Protein · Proton Dapat Diserap dan Dilepas Tinggi pKa...
STRUKTUR FUNGSI DAN METABOLISME METABOLISME
ASAM AMINO DAN PROTEIN
Apa itu Protein?
• Proteios: utama atau pertama (Yunani) (Gerardus Mulder, Belanda, 1802-1880)
• Polimer dari residu asam amino yang • Polimer dari residu asam amino yang memiliki ikatan peptida
• Komponen penyusun sel hidup sampai dengan 50 %
ASAM AMINO
ASAM AMINO• Hanya asam α-amino yang fungsional• Konfigurasi L yang dibutuhkan oleh
tubuh• Berjumlah 20• Berjumlah 20
COO-
Gugus amino
Gugus karboksilat
Struktur L-Asam Amino
α+H
Gugus R
αH = Glisin
CH3 = Alanin
H N3+
H
Kiralitas Asam Amino
α αBayanganα αBayangancermin
Sifat kimia sama
Stereo isomer
-C-C-CONH2-C-CONH2
-C-COOH -C-C-COOH
-C-C C
N N+
-C-C-C-C-NH3+
-C-
-C- -OH
-C-
N Nan-Kan line
Chung-San lineNorthwest line
Alifatik
Amida
Asam
Basa
Aromatic-C-C-C-N-C-N
N+
=
Gln QAsn N
Asp D Glu EFen F
Arg R
Lis K
His H
YTir
Peta Asam Amino
Trp W
Leu L
-C-COOH -C-C-COOH
-H -CH3
-C-OH -C-SH
-C-C-S-C PPro
South lineCircular line
Central line
Alifatik
Imino,SirkulerSulfurHidroksil
C
-C-C-C
C
-C-C-C
C C
-C
CC C
HN C-COOH
α-C-C
OH
Gli G AAAla VVal IIle
Ser S
Tre T Met M
Sis C
Non-polar
Polar
Penggolongan asam amino
bagian yang diarsirberwarna merahmerupakan gugusfungsi asam amino
/A /V/A /V
/I/M/L
mrpk asam amino terdapat di alamdan merupakan penyusun protein
PP
/F /Y / W
/S /T /C
/P /N /Q
/K /R /H
+
/D /E
SIFAT ASAM AMINO
• Memiliki serapan maksimum yang spesifik
• Aktifitas optiknya meluruh 0,1 % per tahun pada suhu tubuh akibattahun pada suhu tubuh akibatrasemisasi spontan non enzimatik
• Berbentuk zwitter ion dalam larutannya• Bersifat amfoter
• Memiliki sifat asam dan basa dalam satumolekul
• Asam amino memiliki serapan maksimum yang maksimum yang spesifik
Proton: mempengaruhi muatan molekul
H+
Pasanganelektron
HH
H+
NHH
NAmino
Proton Dapat Diserap dan Dilepas
RendahTinggi pKa
TinggiRendah
HH
H+Karboksilat CO
O
HC
O
O
pKa
ZWITTER ION
NH2 H+
R-C-HNH2 H+
R-C-HNH2
R-C-H
Suasana asam Suasana netral Suasana basa
pK2 ~ 9
COOH COO-
R-C-HR-C-H
COO-
R-C-H
+1 -10
pK1 ~ 2
Titik isolistrik
5.5
12
9
6
★ pK2
pH
pIH-C-RNH2 H+
Titik Isoelektrik =
Asam Amino Memiliki Kemampuan Bufer
6
3
0[OH] →
★ pK1
pIH-C-RCOO-
Titik Isoelektrik =
pK1 + pK2
2
pH
Lingkung
an dan M
uatan Pro
tein
Buffer pH
Titik isoelektrik,pI 6
7
8
9
10
pH
Lingkung
an dan M
uatan
+Muatan total protein
pI
-
3
4
5
6
0 -
Asam amino -COOH -NH2 -R
Gli G 2.34 9.60Ala A 2.34 9.69Val V 2.32 9.62Leu L 2.36 9.68Ile I 2.36 9.68Ser S 2.21 9.15Tre T 2.63 10.4Met M 2.28 9.21Fen F 1.83 9.13Trp W 2.38 9.39
pK1
pK2
pH
pI
pK1 + pK2
2
tiga pKa
dua pKa
pKa Asam
Am
ino Trp W 2.38 9.39
Asn N 2.02 8.80Gln Q 2.17 9.13Pro P 1.99 10.6Asp D 2.09 9.82 3.86Glu E 2.19 9.67 4.25His H 1.82 9.17 6.0Sis C 1.71 10.8 8.33Tir Y 2.20 9.11 10.07Lis K 2.18 8.95 10.53Arg R 2.17 9.04 12.48
pK1
pK2
pK3
[OH-]
pI ?
tiga pKa
?
?
a Asam
Am
ino
HOOC-CH2-C-COOH
NH3+
H
HOOC-CH2-C-COO-
NH3+
H
+1
0
pK1 = 2.1
pK2 = 3.9
2.1 + 3.92
= 3.0
pertama
kedua
Titik isoelektrik
Asam aspartat
-OOC-CH2-C-COO-
NH3+
H
-OOC-CH2-C-COO-
NH2
H
-1
-2
pK2 = 3.9
pK3 = 9.8
ketiga
pK1
pK2
pK3
+1
0
-1
-2
[OH]
REAKSI ASAM AMINO
• Reaksi gugus karboksil• Reaksi gugus amino• Reaksi gugus R• Reaksi gugus R
REAKSI GUGUS KARBOKSIL
1. Esterifikasi• Reaksi dengan alkohol dan dalam
suasana asamsuasana asam• Menghasilkan ester dan air
2. Dekarboksilasi• Dapat terjadi secara kimia atau enzimatis
REAKSI GUGUS KARBOKSIL
3. Pembentukan amida• Reaksi dengan gugus amino• Menghasilkan air• Menghasilkan air• Disebut juga ikatan peptida• Reaksinya dengan Cu2+ menghasilkan
warna biru ungu (reaksi Biuret)
REAKSI GUGUS AMINA
1. Reaksi dengan oksidator kuat• Menggunakan HNO2 dan menghasilkan N2
• Prolin tidak bereaksi dan lisin bereaksi secara lambat• Dasar penentuan reaksi Kjeldahl
2. Reaksi ninhidrin2. Reaksi ninhidrin• Menghasilkan amonia, CO2, dan aldehida• Menghasilkan warna biru• Reaksi dengan prolin menghasilkan kuning dan asparagin
coklat
3. Reaksi dengan 1-fluoro-2,4-dinitrobenzena (FDNB)• Membentuk 2,4-dinitrofenil yang berwarna
REAKSI GUGUS AMINA
4. Reaksi dengan danzil klorida• Membentuk turunan asam amino dansil yang
berfluoresensi
5. Reaksi dengan formaldehida5. Reaksi dengan formaldehida• Terbentuk kompleks asam amino formaldehida• Melepaskan gugus karboksil bebas yang dapat
dititrasi dengan fenolftalein dan timolftalein
6. Reaksi Edman• Reaksi fenilisotiosianat menghasilkan
fenilhidantoin yang menjadi dasar kromatografi
REAKSI GUGUS R• Tirosin dan histidin dapat mengion untuk
bereaksi
IKATAN PEPTIDA
• Linus Pauling dan RB Corey• Pembentukan ikatannya melepaskan 1
molekul air• Salah satu bentuk dari ikatan amida• Ikatan C-N lebih pendek dari normal• Ikatan C-N tidak dapat berotasi• Gugus karbonil berkonfigurasi trans dengan
atom hidrogen pada gugus amino
NH2 COOH1 NH2 COOH2
Pembentukan Ikatan Peptida Melalui Dehidrasi
Dehidrasi
NH2 C N COOH
O
H21
Dehidrasi-H2O
Karboimida
Suatu penta peptida
Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu
Serilglisiltirosinilalanilleusin
Ikatan Peptida Kaku dan Datar
HC
C N
CO
ASAM AMINO YANG BERPERAN DALAM STRUKTUR PROTEIN
1. Sistein: membentuk ikatan disulfida2. Histidin: berfungsi sebagai ligan3. Lisin: pengikat koenzim3. Lisin: pengikat koenzim4. Prolin: anti α-heliks5. Asam amino polar: membentuk ikatan
ionik
ASAM AMINO BUKAN PENYUSUN PROTEIN
ASAM AMINO BERDASARKAN FUNGSINYA
1. Asam amino esensial• Met, Trp, Tre, His, Ile, Lis, Leu, Val, Fen
2. Asam amino non esensial2. Asam amino non esensial• Pro, Ser, Arg, Tir, Sis, Gli, Glu, Ala, Asp,
Gln, Asn
PROTEIN
Penggolongan/klasifikasi protein berdasarkan fungsi biologi
1. Enzim, protein yang terbesar dan paling penting
2. Protein pembangun, sebagai unsur pembentukstruktur (glikoprotein, penunjang struktur dinding sel; elastin, protein serat)
3. Protein kontraktil, berperan dalam proses gerak3. Protein kontraktil, berperan dalam proses gerak(miosin, unsur filamen tak bergerak dalam miofibril; aktin, unsur filamen tak bergerak dalam miofibril)
4. Protein pengangkut, pengangkutan berbagai macamzat melalui aliran darah (hemoglobin, alat pengangkutoksigen; mioglobin, alat pengangkut oksigen dalamjaringan otot; serum albumin, alat pengangkut asamlemak dalam darah
5. Protein hormon, protein aktif seperti enzim (Insulin, mengatur metabolisme glukosa; hormonpertumbuhan, menstimulasi pertumbuhan tulang)
6. Protein bersifat racun (racun ular, protein enzim ygdapat menyebabkan terhidrolisisnya fosfogliserida; Clostidium botulinum, menyebabkan keracunanbahan makanan
7. Protein pelindung, umumnya terdapat dalam darah(fibrinogen, sumber pembentuk fibrin dalam prosespembekuan darah; trombin, komponen dalammekanisme pembekuan darah)
8. Protein cadangan, disimpan untuk berbagai prosesmetabolisme dlam tubuh (ovalbumin, protein padaputih telur; casein, protein susu)
Struktur protein
Struktur primer protein
Hanya ikatan peptida
STRUKTUR SEKUNDER
• Ikatan hidrogen antara gugus karbonil dengan gugus amina dari atom Cαyang berbedayang berbeda
1. α-heliks2. β-pleated sheet
• Paralel• Antiparalel
αααα-heliks
ββββ-sheet
STRUKTUR TERSIER
• Distabilkan oleh interaksi gugus R• Ikatan disulfida• Ikatan hidrogen• Ikatan hidrogen• Interaksi hidrofobik• Interaksi hidrofilik• Interaksi ionik
Struktur tersier subunit subunit HMG-KoA reduktase II bakteri
Struktur tersier suatu protein dalam berbagai bentuk representatif
STRUKTUR KUARTERNER
• Gabungan beberapa struktur tersier
Protein serat kolagen padajaringan pengikat
Protein penggumpal darah (protrombin)
Miosin, protein otot (kontraksi)
Protein serat (elastin)
PROTEIN BERDASARKAN BENTUK
1. Protein serabut (fibrous)• Kurang larut, amorf, dapat memanjang
dan berkontraksidan berkontraksi• Keratin, miosin, kolagen, fibrin
2. Protein globuler• Larut, dapat dikristalkan• Enzim, imunoglobulin
Protein serabut, tidak larut dalam air. Rantai polipeptida memanjang pada satu sumbu dan tidak berlipat membentuk globular
Fungsi, sebagai protein struktural/ pelindung
Terdpt pada rambut, wol, sayap, kuku, tanduk
Susunan keratin rambut
Fibroin (β-keratin) antiparalel, pada serat sutra dan jaring laba-laba, bersifat fleksibel dan lentur dan tdk dapat meregang.
Protein jaringan laba-laba yang mengandung residu Glisin dan Alanin
Kolagen, pada urat, serat kulit, pembuluh darah, tulang, dan tulang rawan. Tdk dpt meregang
Bentuk heliks kolagen, terdiri atas 3 peptida yang berulang yi: Gly-X-prolinatau Gly-X-hidroksiprolin
Kolagen (tdk larut dan tdk dicerna) →
gelatin (larut dan dapat dicerna)
Proses pemanasan shg ikatan kovalen Proses pemanasan shg ikatan kovalen terhidrolisis, misal pada daging.
Mioglobin, protein pengikat oksigen. Fungsi: menyimpan oksigen, meningkatkan transport oksigen ke mitokondria
PROTEIN MAJEMUK
1. Nukleoprotein: ssDNA binding protein2. Glikoprotein: musin3. Fosfoprotein: kasein4. Kromoprotein: hemoglobin4. Kromoprotein: hemoglobin5. Protein-koenzim: piruvat dehidrogenase-
NAD+
6. Lipoprotein7. Metaloprotein: kalmodulin-Ca2+
REAKSI PROTEIN
1. Dengan garam• Kelarutan protein meningkat dengan
penambahan sedikit garam (salting in)• Protein mengendap dalam garam pekat (salting • Protein mengendap dalam garam pekat (salting
out
2. Dengan asam• Sedikit asam mendenaturasi protein• Asam berlebih menyebabkan hidrolisis
REAKSI PROTEIN
3. Dengan basa• Tidak mengendapkan tetapi menyebabkan hidrolisis,
dekomposisi oksidatif, dan rasemisasi
4. Dengan logam berat• Menghasilkan endapan yang tidak dapat larut kembali• Menghasilkan endapan yang tidak dapat larut kembali
5. Dengan pereaksi alkoloidal• Mengendapkan protein pada suasana asam• Asam trikloroasetat, asam tannat, asam fosfotungstat,
asam fosfomolibdat
REAKSI PROTEIN
6. Dengan pelarut organik• Menurunkan konstanta dielektrik• Alkohol, kloroform• Alkohol, kloroform
7. Dengan pemanasan• Terjadi denaturasi (terurainya protein
menjadi struktur primernya)• Terjadi koagulasi
REAKSI UJI PROTEIN
1. Reaksi Millon: tirosin2. Reaksi Biuret: ikatan peptida3. Reaksi xantoprotein: asam amino 3. Reaksi xantoprotein: asam amino
aromatik4. Reaksi Hopkins Cole: triptofan5. Reaksi ninhidrin: gugus karboksil dan
amino bebas
REAKSI UJI PROTEIN
6. Reaksi Lowry (J. Biol. Chem, 1951)• Menggunakan pereaksi Folin fenol• Standar terbaik Human Albumin• Terganggu oleh ion K+, Mg2+, EDTA, Tris, pereaksi tiol,
dan karbohidratdan karbohidrat
7. Reaksi Bradford (Anal. Biochem, 1976)• Menggunakan pewarna Coomassie Brilliant Blue G-250• Standar terbaik γ-Globulin• Terganggu oleh deterjen dan sedikit oleh aseton
METABOLISME NITROGEN
Metabolic Nitrogen Balance • Sebagian besar organisma memiliki kapasitas yang kecil untuk
menyimpan nitrogen. Oleh karena itu, hewan harus terus menerusmemanfaatkan nitrogen dari makanan untuk mengganti nitrogen yang hilang akibat katabolisme.
• Bila protein makanan kurang, maka produksi protein untuk tujuanlain, misalnya untuk protein otot, akan terputus dan tidak akanlain, misalnya untuk protein otot, akan terputus dan tidak akantergantikan.
• Seseorang dikatakan berada dalam kesetimbangan nitrogen bilaNitrogen yang dikonsumsi dari makanan = Nitrogen yang hilang(melalui ekskreasi dan proses lainnya)
• Positive nitrogen balance: Dietary intake of nitrogen > Nitrogen loss
• Negative nitrogen balance : Dietary intake of nitrogen < Nitrogen loss
Protein turnover• Dalam keadaan biasa, seseorang yang berada dalam kesetimbangan
nitrogen akan mengkonsumsi 100 gram protein, mendegradasi 400 gram protein tubuh, mensintesis kembali 400 gram protein, danmengeksresi/katabolisme 100 gram protein.
• Setiap individu protein memiliki variasi waktu hidup, dari beberapamenit hingga beberapa bulan. Degradasi protein mengikuti kinetika ordepertama. pertama.
• Protein yang berada dalam lingkungan ekstrasel, seperti enzimpencernaan, hormon polipeptida, dan antibodi, memiliki turn over yang cepat, tetapi protein yang berperan dalam struktur, seperti kolagen lebihstabil.
• Enzim yang mengkatalisis tahap penentu laju dalam jalur metabolismejuga memiliki waktu hidup pendek. Oleh karena itu degradasi protein merupakan salah satu regulasi yang penting dalam metabolisme.
Peran protein makanan dalam metabolisme nitrogen keseluruhan
1. Jumlah protein makanan yang disarankan: Katabolisme asam amino menyebabkan kehilangan 30 – 55 g protein per hari. Kehilangan ini harus dapat digantikan dari protein makanan. Diperlukan sekitar 55 g protein per hari untuk orang dengan berat badan 70 kg.
2. Konsekuensi kekurangan protein: kekurangan asam amino 2. Konsekuensi kekurangan protein: kekurangan asam amino esensial akan memaksa terjadinya degradasi protein jaringan dan menyebabkan efek klinis yang disebut kwashiorkor.
3. Konsekuensi kelebihan protein: tidak ada gudang penyimpanan untuk asam amino. Oleh karena itu, makanan yang mengandung asam amino berlebih akan dimanfaatkan segera untuk meresintesis protein tubuh, dan senyawa-senyawa nitrogen lainnya. Kerangka karbonnya akan dioksidasi atau dikonversi menjadi glukosa atau lemak, dan gugus aminonya dikonversi menjadi amoniak.
Pencernaan Protein Makanan
1. Pencernaan protein oleh cairan lambung� Isi cairan lambung: HCl (pH 2-3)
dan pepsinogen.2. Pencernaan protein oleh protease
pankreas.� Protease pankreas: tripsin,
kimotripsin, elastase, karboksipeptidasekarboksipeptidase
3. Pencernaan oligopeptida oleh protease usus kecil� Permukaan usus mengandung
aminopeptidase, yaitu suatu eksopeptidase yang memotong asam amino dari arah ujung N
4. Penyerapan asam amino dan dipeptida
Gambaran Umum Aliran Nitrogen didalam Tubuh
Asam amino glukogenik dan ketogenik
Asam amino dapat diklasifikasikan sebagai ketogenik atauglukogenik bergantung pada produk akhir dari metabolime
1. Ketogenik: Asam amino yang katabolismenyamenghasilkan asetoasetat atau salah satu darimenghasilkan asetoasetat atau salah satu dariprekursornya, yaitu asetil-CoA atau asetoasetil-CoA(Ketone bodies).
2. Glukogenik: Asam amino yang katabolismenyamenghasilkan piruvat atau salah satu intermedietsiklus asam sitrat, dimana intemediet2 tsb merupakanprekursor dalam proses glukoneogenesis.
Katabolisme asam amino
Reaksi penting metabolismeasam amino
• Dekarboksilasi• Transaminasi• Deaminasi oksidatif• Deaminasi oksidatif• Transpor amonia dan detoksifikasi• Sintesis urea• Metabolisme rantai karbon
Dekarboksilasi
Transaminasi• Asam amino kehilangan gugus amin• Dikatalisis oleh transaminase (atau amino
transferase) • Transaminasi terjadi in vivo pada semua asam
amino kecuali lisin and threonin• Kebanyakan transaminase membutuhkan α-• Kebanyakan transaminase membutuhkan α-
ketoglutarat untuk menerima gugus amin
Deaminasi oksidatif• Glutamat yang terbentuk dari reaksi transaminasi di-
deaminasi menjadi α-ketoglutarate• Glutamate dehydrogenase sebagai enzim• - NAD+ or NADP+ adalah koenzim
Transport dan detoksifikasi amonia
• Amonia ditransporke hati
• Terutama dalambentuk glutamin
• Glutamin berperansebagai penyediasebagai penyediagugus amin untukbiosintesis asamamino
Sintesis urea
• Di hati• 5 langkah siklus
urea (Small Krebs c., Krebs-Hensleit c., Ornitihin c.)
• Menggunakan• Menggunakanamonia, CO2, 3 ATP and aspartat
Sintesis Asam Amino
Biosintesis asam amino � koneksi dengan glikolisis/ gluconeogenesis dansiklus asam sitrat
Siklus Glukosa-Alanina:Siklus ini adalah lintasan yang ditempuh untuk membawa ion amonium buangan yang berasal darimetabolisme asam amino di otot kehati untuk diproses menjadi urea didalam siklus urea.
Di otot: gugus amina akan dipindahdari glutamat, bereaksi denganpiruvat melalui reaksi transaminasimembentuk alanina untukmembentuk alanina untukselanjutnya dibawa sirkulasi darahmenuju hati.
Di hati: alanina akan mengalamitransaminasi menjadi piruvat kembalidan memindahkan gugus aminapada alfa ketoglutarat menghasilkanglutamat. Glutamat akan megalamideaminasi oksidatif membebaskanion amonium yang segera masuk kedalam siklus urea.
Kaitan Siklus Urea dengan Siklus Sitrat
TERIMA KASIHTERIMA KASIH