MATERI MAKROMOLEKUL (PROTEIN)

PROTEIN

Pendahuluan

Protein (akar kata protos dari bahasa Yunani yang berarti "yang paling utama") adalah senyawa organik kompleks berbobot molekul tinggi yang merupakan polimer dari monomer-monomer asam amino yang dihubungkan satu sama lain dengan ikatan peptida. Molekul protein mengandung karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan kadang kala sulfur serta fosfor. Protein berperan penting dalam struktur dan fungsi semua sel makhluk hidup dan virus.

Kebanyakan protein merupakan enzim atau subunit enzim. Jenis protein lain berperan dalam fungsi struktural atau mekanis, seperti misalnya protein yang membentuk batang dan sendi sitoskeleton. Protein terlibat dalam sistem kekebalan (imun) sebagai antibodi, sistem kendali dalam bentuk hormon, sebagai komponen penyimpanan (dalam biji) dan juga dalam transportasi hara. Sebagai salah satu sumber gizi, protein berperan sebagai sumber asam amino bagi organisme yang tidak mampu membentuk asam amino tersebut (heterotrof).

Protein adalah senyawa organik kompleks berbobot molekul tinggi yang merupakan polimer dari monomer-monomer asam amino yang dihubungkan satu sama lain dengan ikatan peptida. Molekul protein mengandung karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan kadang kala sulfur serta fosfor. Protein berperan penting dalam struktur dan fungsi semua sel makhluk hidup dan virus.

Protein adalah salah satu bio-makromolekul yang penting perananya dalam makhluk hidup. Fungsi dari protein itu sendiri secara garis besar dapat dibagi ke dalam dua kelompok besar, yaitu sebagai bahan struktural dan sebagai mesin yang bekerja pada tingkat molekular.

Klasifikasi Protein

a.       Berdasarkan bentuknya protein dikelompokkan sebagai berikut:

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.

Menurut kelarutannya, protein globuler dibagi menjadi :

a.       Albumin : laut dalam air terkoagulasi oleh panas. Contoh : albumin telur, albumin serum.

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

c.       Glutelin : tak larut dalam pelarut netral tapi tapi larut dalam asam atau basa encer. Contoh : Histo dalam Hb.

d.      Plolamin/Gliadin : larut dalam alcohol 70-80% dasn tak larut dalam air maupun alcohol absolut. Contoh : prolaamin dalam gandum.

e.       Histon : Larut dalam air dasn tak larut dalam ammonia encer. Contoh : Hisron dalam Hb.

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

Struktur Protein

Struktur protein dapat dilihat sebagai hirarki, yaitu berupa struktur primer (tingkat satu), sekunder (tingkat dua), tersier (tingkat tiga), dan kuartener (tingkat empat). Struktur primer protein merupakan urutan asam amino penyusun protein yang dihubungkan melalui ikatan peptida (amida). Sementara itu, struktur sekunder protein adalah struktur tiga dimensi lokal dari berbagai rangkaian asam amino pada protein yang distabilkan oleh ikatan hidrogen. Berbagai bentuk struktur sekunder misalnya ialah sebagai berikut:

• alpha helix (α-helix, "puntiran-alfa"), berupa pilinan rantai asam-asam amino berbentuk seperti spiral;
• beta-sheet (β-sheet, "lempeng-beta"), berupa lembaran-lembaran lebar yang tersusun dari sejumlah rantai asam amino yang saling terikat melalui ikatan hidrogen atau ikatan tiol (S-H);
• beta-turn, (β-turn, "lekukan-beta"); dan
• gamma-turn, (γ-turn, "lekukan-gamma").

(Wikipedia, 2009).

Protein memiliki empat tingkatan struktur yang bersifat hirarki. Artinya, protein disusun setahap demi setahap dan setiap tingkatan tergantung dari tahapan di bawahnya.

1.      Struktur primer rantai polipeptida sebuah protein adalah susunan atau urutan bagaimana asam-asam amino disatukan dan susunan ini mencakup lokasi setiap ikatan disulfida. Struktur primer dapat digambarkan sebagai rumus bangun yang baisa ditulis untuk senyawa organik. Urutan, macam, dan jumlah asam amino yang membentuk rantai polipeptida adalah struktur primer protein.

2.      Struktur sekunder Struktur sekunder protein bersifat reguler, pola lipatan berulang dari rangka protein. Dua pola terbanyak adalah alpha helix dan beta sheet. Analisis difraksi sinar-X merupakan cara yang baik untuk mempelajari struktur protein serabut. Struktur ini terjadi karena ikatan hidrogen antara atom O dari gugus karbonil (C=O) dengan atom H dari gugus amino (N-H) dala satu rantai polipeptida, memungkinkan terbentuknya konformasi spiral yang disebut struktur helix. Bila ikatan hidrogen tersebut terjadi di antara dua rantai polipeptida, maka masing-masing rantai tidak membentuk helix, melainkan rantai pararel polepeptida dengan konformasi- β. Rantai polipeptida denagn konformasi- β ini dihubung silangkan (cross-linked) oleh ikatan hydrogen sehingga membentuk struktur yang disebut lembaran berlipat-lipat (pleated sheets).

3.      Struktur tersier adalah lipatan secara keseluruhan dari rantai polipeptida sehingga membentuk struktur 3 dimensi tertentu. Sebagai contoh, struktur tersier enzim sering padat, berbentuk globuler. Struktur tersier terbentuk karena terjadinya perlipatan (folding) rantai α-helix, konformasi β, maupun gulungan rambang suatu polipeptida, membentuk protein globular, yang struktur tiga dimensinya lebih rumit daripada protein serabut. Dengan menggunakan berbagai cara difraksi sinar-x yang teliti, beberapa protein telah dapat ditentukan struktur tersiernya, seperti misalnya, hemoglobin, mioglobin, lisozim, ribonuklease, dan kimotripsinogen (Wirahadikusumah, 1989).

Dari hasil penelitian didapatkan beberapa fakta mengenai struktur tiga dimensi mioglobin sebagai berikut:

a.       molekul sangat kompak, dan di bagian dalamnya terdapat suatu ruangan yang cukup untuk empat molekul air.

b.      Semua gugus R mengutub dari asam aminonya berlokasi di bagian permukaan molekul dan berhidart.

c.       Gugus R yang tak mengutub dari asam aminonya tedapart di bagian dalam, sehingga tersembunyi dari larutan medium di luar.

d.      Residu prolin hanya terdapat pada bagian rantai yang membengkok, yang juga mengandung sisa asam amino yang tak dapat membentuk α-helix seperti isolesin dan serin.

e.       Konformasi umumnya sama dengan molekul mioglobin pada hewan menyusui.

4.      Struktur kuaternair Beberapa protein tersusun atas lebih dari satu rantai polipeptida. Struktur kuartener menggambarkan subunit-subunit yang berbeda dipak bersama-sama membentuk struktur protein. Sebagian besar protein berbentuk globular yang mempunyai berat molekul lebih dari 50.000 merupakan suatu oligomer, yang terjadi dari beberapa rantai polipeptida yang terpisah. Rantai polipeptida ini juga disebut protomer saling mengadakan interaksi membentuk struktur kuartener dari proteina olighomer tersebut. (Wirahadikusumah, 1989).

Fungsi Protein

Menurut Winarno (2002), Protein mempunyai bermacam-macam fungsi bagi tubuh, yaitu sebagai enzim, zat pengatur pergerakan, pertahanan tubuh, alat pengangkut.

1. Sebagai enzim

Hampir semua reaksi biologis dipercepat atau dibantu oleh suatu senyawa makromolekul spesifik yang disebut enzim; dari reaksi yang sangat sederhana seperti reaksi transportasi karbon dioksida sampai yang sangat rumit seperti reaksi kromoson.

Hamper semua enzim menunjukan daya kualitik yang luar biasa, dan biasanya dapat mempercepat reaksi sampai beberapa juta kali. Sampai kini lebih dari seribu enzim telah dapat diketahui sifat-0sifatnya dan jumlaha tersebut terus bertambah. Protein besar peranannya terhadap perubahan-perubahan kimia dalam sistem biologis.

2. Alat pengangkut dan alat penyimpan

Banyak molekul dengan Berat molekul serta beberapa ion dapat diangkut atau dipindahkan oleh protein-protein tertentu. Misalnya hemoglobin mengankut oksigen dalam eritosit, sedang mioglobin mengankut oksigwn dalam otot. Ion besi diangkut dalam plasma darah oleh transferin dan disimpan dalam hati sebagai kompleks dengan feritin, suatu protein yang berbeda dengan transferin.

3. Pengatur pergerakan

Protein merupakan komponen utama daging; gerakan otot terjadi karena adanya dua molekul protein yang saling bergeseran. Pergerakan flagella sperma disebabkan oleh protein.

4. Penunjang mekanis

Kekuatan dan daya tahan robek kulit dan tulang disebabkan adanya kolagen, suatu protein berbentuk bulat panjang dan mudah membentuk serabut.

5. Pertahanan tubuh/Imunisasi

Pertahanan tubuh biasanya dalam bentuk antibody, 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 asong lain. Protein dapat membedakan benda-benda yang menjadi anggota tubuh dengan benda-benda asing.

6. Media perambatan impuls syaraf

Protein yang mempunyai fungsi ini biasanya berbentuk resepotr; misalnya rodopsin, suatu protein yang bertindak sebagai reseptor/penerima warna atau cahaya pada sel-sel mata.

7. Pengendalian pertumbuhan

Protein ini bekerja sebagai reseptor (dalam bakteri) yang dapat mempengaruhi fungsi-fungsi bagain DNA yang mengatur sifat dan karakter bahan.

Asam Amino

Asam amino adalah sembarang senyawa organik yang memiliki gugus fungsional karboksil (-COOH) dan amina (biasanya -NH₂). Dalam biokimia seringkali pengertiannya dipersempit: keduanya terikat pada satu atom karbon (C) yang sama (disebut atom C "alfa" atau α). Gugus karboksil memberikan sifat asam dan gugus amina memberikan sifat basa. Dalam bentuk larutan, asam amino bersifat amfoterik: cenderung menjadi asam pada larutan basa dan menjadi basa pada larutan asam. Perilaku ini terjadi karena asam amino mampu menjadi zwitter-ion. Asam amino termasuk golongan senyawa yang paling banyak dipelajari karena salah satu fungsinya sangat penting dalam organisme, yaitu sebagai penyusun protein (Wikipedia ^b, 2009).

Struktur Asam Amino

Struktur asam amino secara umum adalah satu atom C yang mengikat empat gugus: gugus amina (NH₂), gugus karboksil (COOH), atom hidrogen (H), dan satu gugus sisa (R, dari residue) atau disebut juga gugus atau rantai samping yang membedakan satu asam amino dengan asam amino lainnya.

Atom C pusat tersebut dinamai atom C_α ("C-alfa") sesuai dengan penamaan senyawa bergugus karboksil, yaitu atom C yang berikatan langsung dengan gugus karboksil. Oleh karena gugus amina juga terikat pada atom C_α ini, senyawa tersebut merupakan asam α-amino.

Asam amino biasanya diklasifikasikan berdasarkan sifat kimia rantai samping tersebut menjadi empat kelompok. Rantai samping dapat membuat asam amino bersifat asam lemah, basa lemah, hidrofilik jika polar, dan hidrofobik jika nonpolar.

Asam Amino sendiri di bagi menjadi 3 jenis :
1. Asam amino essensial.
2. Asam amino nonessendial.
3. Asam amino essensial bersyarat.

Asam amino esensial adalah asam amino yang tidak bisa diproduksi sendiri oleh tubuh, sehingga harus didapat dari konsumsi makanan. Asam amino non-esensial adalah asam amino yang bisa diprosuksi sendiri oleh tubuh, sehingga memiliki prioritas konsumsi yang lebih rendah dibandingkan dengan asam amino esensial. Asam amino esensial bersyarat adalah kelompok asam amino non-esensial, namun pada saat tertentu, seperti setelah latihan beban yang keras, produksi dalam tubuh tidak secepat dan tidak sebanyak yang diperlukan sehingga harus didapat dari makanan maupun suplemen protein.

Jenis-jenis asam amino essensial :

1. Leucine (BCAA = Branched-Chain Amino Acids = Asam amino dengan rantai bercabang) - Membantu mencegah penyusutan otot - Membantu pemulihan pada kulit dan tulang
2. Isoleucine (BCAA = Branched-Chain Amino Acids = Asam amino dengan rantai bercabang) - Membantu mencegah penyusutan otot - Membantu dalam pembentukan sel darah merah
3. Valine (BCAA = Branched-Chain Amino Acids = Asam amino dengan rantai bercabang) - Tidak diproses di organ hati, dan lebih langsung diserap oleh otot - Membantu dalam mengirimkan asam amino lain (tryptophan, fenilalanin) ke otak.  
4. Lycine - Kekurangan lycine akan mempengaruhi pembuatan protein pada otot dan jaringan penghubung lainnya - Bersama dengan Vitamin C membentuk L-Carnitine - Membantu dalam pembentukan kolagen maupun jaringan penghubung tubuh lainnya (cartilago dan persendian)
5. Tryptophan - Pemicu serotonin (hormon yang memiliki efek relaksasi) - Merangsang pelepasan hormon pertumbuhan
6. Methionine - Prekusor dari cysteine dan creatine - Menurunkan kadar kolestrol darah - Membantu membuang zat racun pada organ hati dan membentuk regenerasi jaringan baru pada hati dan ginjal
7. Threonine - Salah satu asam amino yang membantu detoksifikasi - Membantu pencegahan penumpukan lemak pada organ hati - Komponen penting dari kolagen - Biasanya kekurangannya diderita oleh vegetarian
8. Phenylalanine - Prekursor untuk tyrosine - Meningkatkan daya ingat, mood, fokus mental - Digunakan dalam terapi depresi - Membantu menekan nafsu makan

Jenis-jenis asam amino non-essensial :

1. Aspartic Acid - Membantu mengubah karbohidrat menjadi energy - Membangun daya tahan tubuh melalui immunoglobulin dan antibodi - Meredakan tingkat ammonia dalam darah setelah latihan
2. Glyicine - Membantu tubuh membentuk asam amino lain - Merupakan bagian dari sel darah merah dan cytochrome (enzim yang terlibat dalam produksi energi) - Memproduksi glucagon yang mengaktifkan glikogen - Berpotensi menghambat keinginan akan gula
3. Alanine - Membantu tubuh mengembangkan daya tahan - Merupakan salah satu kunci dari siklus glukosa alanine yang memungkinkan otot dan jaringan lain untuk mendapatkan energi dari asam amino
4. Serine - Diperlukan untuk memproduksi energi pada tingkat sel - Membantu dalam fungsi otak (daya ingat) dan syaraf

Jenis-jenis asam amino essensial bersyarat :

1. Arginine (asam amino essensial untuk anak-anak) - Diyakini merangsang produksi hormon pertumbuhan - Diyakini sebagai pemicu Nitric Oxide (suatu senyawa yang melegakan pembuluh darah untuk aliran darah dan pengantaran nutrisi yang lebih baik) dan GABA - Bersama glycine dan methionine membentuk creatine
2. Histidine (asam amino essensial pada beberapa individu) - Salah satu zat yang menyerah ultraviolet dalam tubuh - Diperlukan untuk pembentukan sel darah merah dan sel darah putih - Banyak digunakan untuk terapi rematik dan alergi
3. Cystine - Mengurangi efek kerusakan dari alkohol dan asap rokok - Merangsang aktivitas sel darah putih dalam peranannya meningkatkan daya tahan tubuh - Bersama L-Aspartic Acid dan L-Citruline menetralkan radikal bebas - Salah satu komponen yang membentuk otot jantung dan jaringan penyambung (persendian, ligamen, dan lain-lain) - Siap diubah menjadi energi - Salah satu elemen besar dari kolagen
4. Glutamic Acid (Asam Glutamic) - Pemicu dasar untuk glutamine, proline, ornithine, arginine, glutathine, dan GABA - Diperlukan untuk kinerja otak dan metabolisme asam amino lain
5. Tyrosine - Pemicu hormon dopamine, epinephrine, norepinephrine, melanin (pigmen kulit), hormon thyroid - Meningkatkan mood dan fokus mental
6. Glutamine - Asam amino yang paling banyak ditemukan dalam otot manusia - Dosis 2 gram cukup untuk memicu produksi hormon pertumbuhan - Membantu dalam membentuk daya tahan tubuh - Sumber energi penting pada organ tubuh pada saat kekurangan kalori - Salah satu nutrisi untuk otak dan kesehatan pencernaan - Mengingkatkan volume sel otot
7. Taurine - Membantu dalam penyerapan dan pelepasan lemak - Membantu dalam meningkatkan volume sel otot
8. Ornithine - Dalam dosis besar bisa membantu produksi hormon pertumbuhan - Membantu dalam penyembuhan dari penyakit - Membantu daya tahan tubuh dan fungsi organ hati

DAFTAR PUSTAKA

Wirahadikusumah, M. 1989. Biokimia Protein, Enzim dan Asam Nukleat. Penerbit ITB. Bandung.

Wikipedia. 2009. Protein. http://id.wikipedia.org/wiki/ diakses tanggal 9 Desember 2009.

Wikipedia ^b. 2009. Asam Amino. http://id.wikipedia.org/wiki/ diakses tanggal 9 Desember 2009.

Winarno, F.G. 2002. Kimia Pangan dan Gizi. Penerbit Gramedia Pustaka Utama. Jakarta