protein

1.1.        Pengertian protein

Protein  (asal 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.

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 merupakan salah satu dari biomolekul raksasa, selain polisakarida, lipid, dan polinukleotida, yang merupakan penyusun utama makhluk hidup. Selain itu, protein merupakan salah satu molekul yang paling banyak diteliti dalam biokimia. Protein ditemukan oleh Jöns Jakob Berzelius pada tahun 1838.

1.2.       Sinteses protein

Dari makanan kita memperoleh Protein. Di sistem pencernaan protein akan diuraikan menjadi peptid peptid yang strukturnya lebih sederhana terdiri dari asam amino. Hal ini dilakukan dengan bantuan enzim. Tubuh manusia memerlukan 9 asam amino. Artinya kesembilan asam amino ini tidak dapat disintesa sendiri oleh tubuh esensiil, sedangkan sebagian asam amino dapat disintesa sendiri atau tidak esensiil oleh tubuh. Keseluruhan berjumlah 21 asam amino. Setelah penyerapan di usus maka akan diberikan ke darah. Darah membawa asam amino itu ke setiap sel tubuh. Kode untuk asam amino tidak esensiil dapat disintesa oleh DNA. Ini disebut dengan DNA transkripsi. Kemudian karena hasil transkripsi di proses lebih lanjut di ribosom atau retikulum endoplasma, disebut sebagai translasi.

1.3.       Kekurangan Protein

Protein sendiri mempunyai banyak sekali fungsi di tubuh kita. Pada dasarnya protein menunjang keberadaan setiap sel tubuh, proses kekebalan tubuh. Setiap orang dewasa harus sedikitnya mengonsumsi 1 g protein per kg berat tubuhnya. Kebutuhan akan protein bertambah pada perempuan yang mengandung dan atlet-atlet.

Kekurangan Protein bisa berakibat fatal:

1.     Kerontokan rambut (Rambut terdiri dari 97-100% dari Protein -Keratin)

2.     Yang paling buruk ada yang disebut dengan Kwasiorkor, penyakit kekurangan protein. Biasanya pada anak-anak kecil yang menderitanya, dapat dilihat dari yang namanya busung lapar, yang disebabkan oleh filtrasi air di dalam pembuluh darah sehingga menimbulkan odem.

 Simptom yang lain dapat dikenali adalah:

·  hipotonus

·  gangguan pertumbuhan

·  hati lemak

3.     Kekurangan yang terus menerus menyebabkan marasmus dan berkibat kematian.

1.4.        Keuntungan Protein

·       Sumber energi

·       Pembetukan dan perbaikan sel dan jaringan

·       Sebagai sintesis hormon,enzim, dan antibodi

·       Pengatur keseimbangan kadar asam basa dalam sel

1.5.       Fungsi protein

Protein memegang peranan penting dalam berbagai proses biologi. Peran-peran tersebut antara lain:

1.         Katalisis enzimatik

Hampir semua reaksi kimia dalam sistem biologi dikatalisis oleh enzim dan hampir semua enzim adalah protein.

2.              Transportasi dan penyimpanan

Berbagai molekul kecil dan ion-ion ditansport oleh protein spesifik. Misalnya transportasi oksigen di dalam eritrosit oleh hemoglobin dan transportasi oksigen di dalam otot oleh mioglobin.

3.              Koordinasi gerak

Kontraksi otot dapat terjadi karena pergeseran dua filamen protein. Contoh lainnya adalah pergerakan kromosom saat proses mitosis dan pergerakan sperma oleh flagela.

4.              Penunjang mekanis

Ketegangan kulit dan tulang disebabkan oleh kolagen yang merupakan protein fibrosa

5.              Proteksi imun

Antibodi merupakan protein yang sangat spesifik dan dapat mengenal serta berkombinasi dengan benda asing seperti virus, bakteri dan sel dari organisma lain.

1.6.        Fungsi protein dalam tubuh

Protein memainkan peran utama dalam memastikan kesehatan tubuh Anda. Ada tak terhitung fungsi protein dalam tubuh. Fungsi utama protein termasuk membangun dan memperbaiki jaringan tubuh, regulasi proses tubuh dan pembentukan enzim dan hormon.

Protein membantu dalam pembentukan antibodi yang memungkinkan tubuh untuk melawan infeksi. Protein berfungsi sebagai pemasok energi utama. Ada jenis khas protein, masing-masing melakukan fungsi yang unik dalam tubuh. Protein membentuk bagian utama dari tubuh Anda, di samping air.

Komposisi protein dalam tubuh adalah seperti otot yang berisi sekitar 1 / 3 protein, tulang tentang bagian 1 / 5 dan kulit terdiri dari 1 / 10 bagian. Bagian lainnya adalah protein dalam jaringan tubuh dan cairan lainnya. Bahkan darah manusia pun mengandung banyak protein. Selain itu, molekul hemoglobin tidak lain adalah protein.

Tubuh kita membutuhkan protein untuk tujuan pemeliharaan dan pertumbuhan yang sehat. Kebutuhan mengonsumsi lebih banyak protein terutama pada bayi, anak-anak, wanita hamil dan pasien yang baru pulih dari sakitnya. Ada “kerusakan protein” yang terjadi secara konstan dalam tubuh dan ini menjelaskan alasan mengapa kita perlu mengkonsumsi protein setiap hari secara teratur. Merupakan hal yang penting untuk memastikan bahwa Anda memiliki asupan protein harian dalam jumlah sesuai yang disarankan, sehingga hal ini dapat membantu meningkatkan kebugaran dan kesehatan tubuh Anda. (Sep.07, 2011 in Nutrition)

1.7.        Struktur Molekul Protein

Protein adalah makromolekul yang unik sekaligus memiliki struktur yang kompleks. 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.
Struktur protein memiliki tingkatan, kita akan melihat bagaimana asam amino sebagai monomer penyusun protein tersusun sehingga membentuk struktur protein.

Struktur 20 asam amino penyusun protein (Image from wikipedia)

Struktur Primer

Struktur Primer Protein (Image from w3.hwdsb.on.ca)

Secara sederhana, struktur primer protein adalah urutan asam amino penyusun protein yang disebutkan dari kiri (N-terminal) ke kanan (C-terminal). AA bisa ditulis dalam singkatan 3 huruf atau 1 huruf.

Struktur Sekunder

Pada bagian tertentu dari protein, terdapat susunan AA 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 AA.

Struktur Sekunder Protein (Image from uic.edu)

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.

Struktur Tersier

Struktur Tersier Protein Dihydrofolatreductase (Image from uic.edu)

Struktur tersier adalah menjelaskan bagaimana seluruh rantai polipeptida melipat sendiri sehingga membentuk struktur 3 dimensi. Pelipatan ini dipengaruhi oleh interaksi antar gugus samping (R) satu sama lain. Ada beberapa interaksi yang terlibat yaitu:

Interiaksi ionik

Terjadi antara gugus samping yang bermuatan positif (memiliki gugus –NH2 tambahan) dan gugus negatif (–COOH tambahan).

Ikatan Ionik (Image from uic.edu)

Ikatan hidrogen

Jika pada struktur sekunder ikatan hidrogen terjadi pada ‘backbone‘, maka ikatan hidrogen yang terjadi antar gugus samping akan membentuk struktur tersier. Karena pada gugus samping bisa banyak terdapat gugus seperti –OH, –COOH, –CONH2 atau –NH2 yang bisa membentuk ikatan hidrogen.

Ikatan hidrogen (Image from uic.edu)

Gaya Dispersi Van Der Waals

Beberapa asam amino memiliki gugus samping (R) dengan rantai karbon yang cukup panjang. Nilai dipol yang berfluktuatif dari satu gugus samping dapat membentuk ikatan dengan dipol berlawanan pada gugus samping lain.

Ikatan Van Der Waals (Image from uic.edu)

Jembatan Sulfida

Jembatan Disulfida (Image from altabioscience.bham.ac.uk)

Cysteine memiliki gugus samping –SH dimana dapat membentuk ikatan sulfida dengan –SH pada cystein lainnya, ikatan ini berupa ikatan kovalen sehingga lebih kuat dibanding ikatan-ikatan lain yang sudah disebutkan di atas.

Struktur Quartener

Protein atau polipeptida yang sudah memiliki struktur tersier dapat saling berinteraksi dan bergabung menjadi suatu multimer. Protein pembentuk multimer dinamakan subunit. Jika suatu multimer dinamakan dimer jika terdiri atas 2 subunit, trimer jika 3 subunit dan tetramer untuk 4 subunit. Multimer yang terbentuk dari subunit-subunit identik disebut dengan awalan homo–, sedangkan jika subunitnya berbeda-beda dinamakan hetero–. Misalnya hemoglobin yang terdiri atas 2 subunit alfa dan 2 subunit beta dinamakan heterotetramer.

Struktur Quartener Protein Hemoglobin (Image from sciencecases.org)

Perlu diketahui bahwa beberapa protein dapat berfungsi sebagai monomer sehingga ia tidak memiliki struktur quartener.

1.8.       Sumber Protein

Makanan sumber protein hewani :

1.      ayam

2.      daging sapi

3.      Ikan

4.      Hati

5.      Ampela

6.      Usus

7.      Telur

8.      Cumi

9.      Udang

10.  Kerang

Makanan sumber protein  nabati:

1.       Tempe

2.       tahu

3.      oncom bandung

4.       susu

5.       kacang kedelai

6.       kacang hijau

7.       kacang merah

8.       kacang tanah

9.       selai kacang

10.   kacang polong

Studi dari Biokimiawan USA Thomas Osborne Lafayete Mendel, Profesor untuk biokimia di Yale, 1914, mengujicobakan protein konsumsi dari daging dan tumbuhan kepada kelinci. Satu grup kelinci-kelinci tersebut diberikan makanan protein hewani, sedangkan grup yang lain diberikan protein nabati. Dari eksperimennya didapati bahwa kelinci yang memperoleh protein hewani lebih cepat bertambah beratnya dari kelinci yang memperoleh protein nabati. Kemudian studi selanjutnya, oleh McCay dari Universitas Berkeley menunjukkan how to get a six pack in a week bahwa kelinci yang memperoleh protein nabati, lebih sehat dan hidup dua kali lebih lama.

 KLASIFIKASI BERDASARKAN ADANYA SENYAWA LAIN:

1)   Nukleoprotein; Protein + asam nukleat, terdapat pada inti sel kecambah

2)   Glikoprotein; Protein + karbohidrat, terdapat pada air ludah, hati

3)   Fosfoprotein; Protein + fosfat, lestin pada susu, dan kuning telur

4)   Lipoprotein; Protein + lemak, banyak ditemukan pada serum darah.

KLASIFIKASI BERDASARKAN KELARUTAN:

Khusus pada protein globular, protein dapat dibedakan berdasarkan sifat kelarutannya;

1)   Albumin, bersifat larut dalam air dan mudah terkoagulasi oleh panas. albumin telur, serum, dan laktalbumin susu

2)   Globulin, bersifat tidak larut dalam air larut dalam garam encer dan mudah terkoagulasi oleh panas. oroglobulin kuning telur dan legumin kacang.

3)   Glutelin, bersifat larut dalam asam/ basa encer dan tidak larut dalam pelarut netral. glutenin gandum, orizen beras.

KLASIFIKASI MENURUT KOMPOSISI KIMIA:

1)   Protein sederhana; protein yang tidak mengandung senyawa non protein. hanya terdapat asam amino dan tidak ada gugusan kimia lainnya. Globulin, Albumin, Hemoglobin

2)   Protein konjugasi; protein yang mengandung senyawa lain yang bersifat nonprotein. gugus kimia non protein tersebut terikat pada rantai polipeptida. Nucleoprotein, Glikoprotein, Lipoprotein, Fosfoprotein.

Protein merupakan salah satu dari biomolekul raksasa, selain polisakarida, lipid, dan polinukleotida, yang merupakan penyusun utama makhluk hidup. Selain itu, protein merupakan salah satu molekul yang paling banyak diteliti dalam biokimia. Protein ditemukan oleh Jöns Jakob Berzelius pada tahun 1838.

Struktur tersier protein. Protein ini memiliki banyak struktur sekunder beta-sheet dan alpha-helix yang sangat pendek. Model dibuat dengan menggunakan koordinat dari Bank Data Protein (nomor 1EDH). 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). Frederick Sanger merupakan ilmuwan yang berjasa dengan temuan metode penentuan deret asam amino pada protein, dengan penggunaan beberapa enzim protease yang mengiris ikatan antara asam amino tertentu, menjadi fragmen peptida yang lebih pendek untuk dipisahkan lebih lanjut dengan bantuan kertas kromatografik. Urutan asam amino menentukan fungsi protein, pada tahun 1957, Vernon Ingram menemukan bahwa translokasi asam amino akan mengubah fungsi protein, dan lebih lanjut memicu mutasi genetik.
• 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").^[4]
• struktur tersier yang merupakan gabungan dari aneka ragam dari struktur sekunder. Struktur tersier biasanya berupa gumpalan. Beberapa molekul protein dapat berinteraksi secara fisik tanpa ikatan kovalen membentuk oligomer yang stabil (misalnya dimer, trimer, atau kuartomer) dan membentuk struktur kuartener.
• contoh struktur kuartener yang terkenal adalah enzimRubisco dan insulin.

Struktur primer protein bisa ditentukan dengan beberapa metode: (1) hidrolisis protein dengan asam kuat (misalnya, 6N HCl) dan kemudian komposisi asam amino ditentukan dengan instrumen amino acid analyzer, (2) analisis sekuens dari ujung-N dengan menggunakan degradasi Edman, (3) kombinasi dari digesti dengan tripsin dan spektrometri massa, dan (4) penentuan massa molekular dengan spektrometri massa.

Struktur sekunder bisa ditentukan dengan menggunakan spektroskopi circular dichroism (CD) dan Fourier Transform Infra Red (FTIR). Spektrum CD dari puntiran-alfa menunjukkan dua absorbans negatif pada 208 dan 220 nm dan lempeng-beta menunjukkan satu puncak negatif sekitar 210-216 nm. Estimasi dari komposisi struktur sekunder dari protein bisa dikalkulasi dari spektrum CD. Pada spektrum FTIR, pita amida-I dari puntiran-alfa berbeda dibandingkan dengan pita amida-I dari lempeng-beta. Jadi, komposisi struktur sekunder dari protein juga bisa diestimasi dari spektrum inframerah. Struktur protein lainnya yang juga dikenal adalah domain. Struktur ini terdiri dari 40-350 asam amino.

Protein sederhana umumnya hanya memiliki satu domain. Pada protein yang lebih kompleks, ada beberapa domain yang terlibat di dalamnya. Hubungan rantai polipeptida yang berperan di dalamnya akan menimbulkan sebuah fungsi baru berbeda dengan komponen penyusunnya. Bila struktur domain pada struktur kompleks ini berpisah, maka fungsi biologis masing-masing komponen domain penyusunnya tidak hilang. Inilah yang membedakan struktur domain dengan struktur kuartener. Pada struktur kuartener, setelah struktur kompleksnya berpisah, protein tersebut tidak fungsional.

FUNGSI PROTEIN

1)   memperbaiki protein jaringan tubuh yang aus terpakai (katabolisme)

2)   membangun jaringan baru terutama pada periode pertumbuhan

3)   sumber energi, yaitu menghasilkan 4kkal/gram protein

4)   berperan dalam berbagai sekresi tubuh (enzim dan hormon)

5)   mengatur proses osmotic antar/ dari berbagai cairan tubuh

6)   mengatur keseimbangan asam basa dalam darah dan jaringan”

7)   berperan dalam transpor zat gizi

8)   membantu pembentukan antibody, berperan dalam mencegah tubuh dari penyakit.

KLASIFIKASI PROTEIN BERDASARKAN FUNGSI TERTENTU:

a)    Enzim; merupakan protein yang paling bervariasi dan mempunyai kekhususan tinggi, yaitu aktivitas katalis. Hampir semua reaksi kimia biomolekul organic di dalam sel dikatalis oleh enzim; dan lebih dari 2000 jenis enzim dapat mengkatalis reaksi kimia yang berbeda.

b)   Protein transport; protein ini mengikat dan membawa molekul” atau ion spesifik dari suatu organ ke organ lain. Hemoglobin pada sel darah merah mengikat oksigen ketika darah melewati paru” dan membawa oksigen ini ke jaringan perifer. kemudian oksigen dilepaskan untuk kelangsungan oksidase nutrien yang menghasilkan energi.

c)    Protein Nutrien dan penyimpan; biji berbagai tumbuhan menyimpan protein nutrien yang digunakan untuk pertumbuhan embrio tanaman, contohnya adalah protein biji gandum, jagung, dan beras. Ovalbumin merupakan protein utama putih telur dan kasein protein utama pada susu. Ferritin jaringan hewan merupakan protein penyimpn besi.

d)   Protein kontraktil/motil; memberikan kemampuan kepada sel dan mikroorganisme untuk berkontraksi, mengubah bentuk atau bergerak. Aktin dan miosin adalah protein filamen yang berfungsi di dalam sistem kontraktil otot kerangka dan juga di dalam banyak sel bukan otot.

e)    Protein Struktural; protein sebagai filament, kabel atau lembaran penyanggah untuk memberikan struktur biologi kekuatan atau proteksi. komponen utama dari urat dan tulang rawan adalah protein serabut kolagen. yang mempunyai daya tenggang yang amat tinggi.

f)    Protein pertahanan; merupakan organisme yang dapat melawan serangan oleh spesies lain atau melindungi organisme tersebut dari luka.

g)   Protein pengatur; beberapa protein membantu mengatur aktivitas seluler atau fisiologi. diantaranya insulin yang mengatur metabolisme gula dan kekurangannya menyebabkan diabetes, hormon pertumbuhan dari pituitary dan hormon paratiroid yang mengatur transport Ca dan Fosfat, sedangakan protein lainnya yang disebut reseptor biosintesa enzim oleh bakteri.

SIFAT TERPENTING DARI PROTEIN

1. Ionisasi : apabila larut dalam air akan membentuk ion ( + dan - )
2. Denaturasi : perubahan konformasi serta posisi protein sehingga aktivitasnya berkurang atau kemampuannya menunjang aktivitas organ tertentu dalam tubuh hilang → tubuh mengalami keracunan.
3. Viskositas : tahanan yang timbul adanya gesekan antara molekul didalam zat cair yang mengalir.
4. Kristalisasi : proses yang sering dilakukan dengan jalan penambahan garam amonium sulfat atau NaCl pada larutan dengan pengaturan pH pada titik isolistriknya.
5. Sistim Koloid : sistem yang heterogen terdiri atas dua fase yaitu partikel kecil yang terdispersi dari medium atau pelarutnya ( Poedjiadi ,1994).

Protein disusun atas unsure karbon (C ), hydrogen (H), oksigen dan kadang-kadang ada unsure phosphor (P) dan sulfur (S). Protein dibentuk dari asam amino yaitu :

a)      Asam amino esensial yaitu asam amino yang tidak dapat dibentuk oleh tubuh yang berjumlah 8 yaitu isoleusin, leusin, lisin, metionin, valin, triptofan, tronin dan fenilanin.

b)      Asam amino non esensial yaitu asam amino yang dapat disintesis oleh tubuh yaitu alanin, asparagin, glisin, glutamine dan prolin.