Protein

            Protein merupakan polimer alam yang terbentuk dari monomer-monomer asam amino melalui ikatan peptida (ikatan kovalen amida) dalam reaksi polimerisasi kondensasi.

            Asam amino + Asam amino + … ® Protein + nH₂O

1. Asam amino

Asam amino merupakan turunan asam karboksilat dengan substitusi gugus amino –NH₂. Asam amino dalam protein disebut juga asam a-amino karena mengandung setidaknya satu gugus amino –NH₂ dan satu gugus karboksil –COOH, yang terikat ke atom C yang sama yang disebut atom C_a. struktur dari asam amino adalah sebagai berikut:

R merupakan gugus samping yang membedakan suatu asam amino dengan asam amino yang lainnya.

Terdapat 20 asam amino yang dapat berpolimerisasi membentuk protein. Ke-20 asam amino tersebut dibagi menjadi dua yaitu:

a.     Asam amino esensial, yaitu asam amino yang tidak dapat disintesis oleh tubuh (harus disuplai oleh tubuh).

b.    Asam amino non-esensial, yaitu asam amino yang dapat disintesis oleh tubuh dari residu karbohidrat, lemak, dan sumber nitrogen dengan bantuan katalis.

Struktur dari ke-20 asam amino tersebut diberikan pada tabel sebagai berikut:

 Sifat-sifat asam amino

Asam amino bersifat amfoterik, yaitu dapat bereaksi dengan asam dan basa. Di dalam larutan asam, suatu asam amino akan bertindak sebagai suatu basa. Sedangkan dalam larutan basa, asam amino akan bertindak sebagai suatu asam. Dalam kondisi netral (seperti dalam sitoplasma organisme), asam amino dapat bertindak sebagai asam maupun basa. Sifat amfoterik ini dapat dijelaskan sebagai berikut:

      Gugus karboksil –COOH bersifat asam. Karboksil akan terionisasi dalam air dan melepas ion H⁺.

      Gugus amino –NH₂ bersifat basa. Amino akan menyerap ion H⁺ dalam larutan.

      Gugus R juga dapat berpengaruh terhadap sifat amfoterik dari asam amino karena beberapa gugus R dapat bersifat lebih asam dibanding lainnya.

 

            Dalam larutan, muatan asam amino ini bergantung pada pH larutan. Ada tiga kemungkinan yang dapat terjadi.

2. Struktur protein

Asam amino memiliki beberapa titik reaktif yang memungkinkan terbentuknya lebih dari satu jenis ikatan dengan asam-asam amino lainnya. Jenis ikatan utamanya adalah ikatan peptida (ikatan amida). Ikatan peptida adalah ikatan kovalen C-N yang terbentuk antara atom C pada gugus –COOH  dari suatu asam amino, dengan atom N pada gugus –NH₂ dari asam amino lainnya pada reaksi kondensasi. Contoh ikatan peptida yang terbentuk dari reaksi kondensasi antara alanin dan glisin sebagai berikut:

           Reaksi tersebut menghasilkan suatu dipeptida. Karena senyawa dipeptida memiliki gugus –COOH dan –NH₂, maka senyawa tersebut dapat mengikat asam amino lainnya membentuk tripeptida, dan seterusnya. Jika semakin banyak asam amino yang bergabung, maka akan terbentuk polipeptida.

Rantai polipeptida dapat terbentuk dari variasi ke-20 asam amino yang ada. Selain ikatan peptida ada ikatan subsidiari. Ikatan subsidiari merupkan ikatan penting kedua setelah ikatan peptida. Ada empat ikatan subsidiari yaitu ikatan hidrogen, ikatan disulfida, ikatan hidrofobik, dan ikatan ionik/elektrostatis.

            Berdasarkan ikatan peptida dan ikatan subsidiari, struktur protein dibagi menjadi 4 yaitu:

a. Struktur primer, menggambarkan urutan asam amino yang membentuk  polipeptida.

b. Struktur sekunder, menggambarkan susunan tiga dimensi dari polipeptida. Polipeptida cenderung membentuk spiral (heliks-a) atau berbaris bersisian (lembar-b). Perhatikan pada struktur spiral, ikatan peptida membentuk tulang punggung struktur. Di samping ikatan peptida, juga terdapat ikatan penyangga lainya, yaitu ikatan hidrogen antara gugus N-H dan O=C.

c. Struktur tertier, menggambarkan lipatan tiga dimensi dari struktur sekunder. Struktur tersier merupakan gambaran lengkap dari protein. Selain ikatan peptida, ikatan subsidiary seperti ikatan hirofobik dan ikatan sulfida juga berperan. Contoh protein dngan ikatan tersier adalah mioglobin dan albumin.

d. Struktur kuartener, menggambarkan susunan tiga dimensi lebih dari satu struktur tersier. Cantoh struktur kuartener adalah hemoglobin yang tersusun dari dua atau lebih rantai polipeptida dengan ikatan subsidiary, yaitu ikatan hidrofobik dan ikatan ionik.

Denaturasi protein adalah perubahan struktur protein akibat pengaruh dari perubahan suhu, pH, radiasi, deterjen, dan perubahan jenis pelarut. Protein yang terdenaturasi hampir selalu mengalami kehilangan fungsi biologis. Kebanyakan denaturasi merupakan reaksi yang tidak dapat balik. Sebagian lagi dapat dikembalikan lagi ke bentuik awal melalui proses yang disebut renaturasi. Contohnya, enzim nuclease yang berfungsi mendegradasi DNA dan RNA akan terdenaturasi dalam suatu asam. Namun, jika larutan enzim dietralkan, maka enzim dapat terenaturasi dalam waktu kurang dari 1 detik.

3. Penggolongan protein

Sekitar 18% tubuh makhluk hidup terbuat dari protein. Protein sangat penting bagi makhluk hidup, antara lain sebagai:

      Komponen struktur kulit, rambut, dan otot.

      Komponen pembuat jaringan baru atau memperbaiki jaringan yang rusak.

      Sumber energi dalam respirasi

      Enzim yang mengkatalisis berbagai reaksi metabolisme.

      Hormon yang mengontrol aktivitas makhluk hidup.

      Tranmisi/pembawa impuls dari satu sel saraf ke sel lainnya.

Protein dapat digolongkan sebagai berikut:

1.     Berdasarkan komposisi kimia

      Protein sederhana

Hanya terdiri dari asam amino tanpa gugus kimia lainnya. Contohnya adalah ribonuklease.

      Protein konjugasi

Terdiri dari molekul protein yang terikat ke gugus kimia lain, yang disebut gugus prostetik. Contohnya adalah glikoprotein, lipoprotein, hemoprotein, fosfoprotein, dan metaloprotein.

Tabel Contoh dan kegunaan protein konjugasi

Protein konjugasi	Gugus prostetik	Contoh dan kegunaan
Glikoprotein	Karbohidrat	Imonoglobulin, pelumas dalam tubuh seperti lender dan cairan sinovial dalam sendi, serta tromboplastin yang berperan dalam pembekuan darah (untuk membentuk fibrin)
Lipoprotein	Lipid	Kilomikron (protein yang terlibat dalam transpor lemak dalam darah)
Hemoprotein	Heme	Hemoglobin, mioglobin
Fosfoprotein	Fosfat	Kasein (dalam susu) dan albumin (dalam putih telur, darah, susu, dan tumbuhan)
Metaloprotein	Ion logam seperti Fe, Zn, Ca, Cu	Feritin (protein pembawa besi yang menjadi zat antara pada proses penyerapan besi)

2.     Berdasarkan bentuk

      Protein serabut

Merupakan rantai polipeptida yang panjang dan parallel dengan beberapa ikatan silang atau membentuk lembaran. Struktur ini kuat dan elastis sehingga digunakan sebagai komponen structural. Protein serabut tidak larut dalam air. Contohnya adalah kolagen, keratin, fibroin, aktin, dan myosin (interaksi otot), serta fibrin (pembekuan darah).

      Protein globuler

Merupakan protein yang sangat besardengan struktur tersier dan terkadang kuartener yang kompleks. Struktur-struktur ini bergabung dan berlipat membentuk globular (bulatan). Umumnya, protein globular larut dalam air, dan mudah berdifusi. Contohnya adalah enzim, antibodi (imonoglobulin), protein transport (seperti hemoglobin), protein penyimpan (kasein dan albumin), serta hormon (seperti insulin).

3.     Berdasarkan fungsi biologis

      Protein struktur

Beberapa protein serabut, seperti kolagen dan keratin merupakan protein struktur. Kolagen memberikan kekuatan pada tulang, tulang rawan, gigi, dan tendon, serta merupakan matriks serat pada kulit dan pembuluh darah. Keratin ditemukan pada rambut, wol, tanduk, dan ekor.

      Protein transport

Berfungsi memindahkan molekul yang lebih kecil dari satu bagian tubuh ke bagian lainnya. Contohnya hemoglobin yang berfungsi mengikat oksigen dari paru-paru dan membawanya ke sel-sel di seluruh tubuh.

      Protein penyimpan

Contohnya mioglobin yang menyimpan oksigen di dalam otot yang diperlukan sewaktu tubuh melakukan kegiatan.

      Protein pengatur

Berfungsi untuk mengatur aktivitas seluler. Beberapa hormone termasuk protein pengatur, seperti insulin, hormone pertumbuhan dan hormone seks.

      Protein kontraktil

Memungkinkan perubahan bentuk atau pergerakan pada makhluk hidup. Contohnya adalah aktin dan myosin yang berperan pada interaksi otot.

      Enzim

Berfungsi sebagai biokatalis untuk reaksi kimia. Enzim sering bekerja secara konjugasi satu sama lainnya.

      Protein pertahanan

Berfungsi untuk mengusir benda asing yang masuk ke tubuh, seperti organisme pembawa penyakit. Contohnya adalah immunoglobulin untuk melawan kuman penyakit serta fibrin untuk menggumpalkan darah pada luka.