Reaksi - Reaksi Spesifik Pada Protein

     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.

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 bagiorganisme 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.

Biosintesis protein alami sama dengan ekspresi genetik. Kode genetik yang dibawa DNA ditranskripsi menjadi RNA, yang berperan sebagai cetakan bagitranslasi yang dilakukan ribosom. Sampai tahap ini, protein masih "mentah", hanya tersusun dari asam amino proteinogenik. Melalui mekanisme pascatranslasi, terbentuklah protein yang memiliki fungsi penuh secara biologi

     Struktur

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").

·      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 enzim Rubisco 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 spektroskopicircular 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 satudomain. 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

     Denaturasi Protein

Denaurasi merupakkan perubahan fisik dan perubahan yang tidak diketahui dariprotein. Perubahan struktur yang diakibatkan proses denaturasi adalah perubahan konfigurasi protein dari bentuk α-heliks menjadi memanjang. Hal ini disebabkan rusaknya ikatan hydrogen dan ikatan non polar yang terjadi pada struktur berlipat dari protein.

Sifat denaturasi protein umumnya bersifat irreversible yaitu pengendapan yang tidak dapat diperoleh kembali protein asal, baik dengan melarutkan dalam air ataupun dalam larutan garam. Dengan berubahnya struktur protein maka aktifitas protein akan hilang. Perubahan struktur dapat juga terjadi pada proses hirolisis sehingga kecenderungan membentuk sifat koagulasi berkurang dan akhirnya hilang sama sekali (larutan menjadi jernih).

Denaturasi akibat penambahan senyawa kimia dapat disebabkan terjadinya reaksi kimia antara gugus-gugus yang ada dengan senyawa yang ditambahkna. Sebagai contoh penambahan formaldehid akan terjadi reaksi pada gugus amino pada protein dengan asam aminodimetil. Hasil reaksi ini memberikan endapan yang tidak larut dalam air dan mengeras.

    Pengendapan Protein

Adanya berbagai gugus fungsional (NH₂, NH, OH, CO) dan bentuk ion ganda (switzer ion) yang terdapat dalam struktur protein dapat menyebabkan terjadinya reaksi pengendapan protein. Gugus-gugus fungsional tersebut mampu mengikat molekul air melalui pembentukan ikatan hydrogen. Reaksi pengendapan dapat terjadi dikarenakan penambahan bahan-bahan kimia seperti garam-garam dan pelarut organic yang dapat merubah sifat kelarutan protein dalam air.

a)      Pengendapan dengan aminium sulfat

Pengendapan yang dikarenakan penambahan ammonium sulfat pekat menyebabkan terjadinya dehidratasi protein (kehilangan air). Akibat proses dihidratasi ini molekul protein yang mempunyai kelarutan paling kecil akan mudah mengendap. Protein yang mempunyai kelarutan yang paling kecil akan mudah mengendap. Protein yang diendapkan dengan cara ini tidak mengalami perubahan kimia sehingga dapat dengan mudah dilarutkan kembali melalui penambahan air. Pengendapan dengan cara ini bersifat reversible.

b)      Pengendapan karena asam mineral pekat

Perlakuan asam mineral pekat pada protein dapat menyebabkan terbentuknya senyawa garam dari reaksi asam dengan gugus amino protein. Pengaruh lainnya dapat terjadi denaturasi irreversible dan diperoleh endapan protein. Namun pada umumnya pengendapan dengan penambahan asam mineral kuat (kecuali HNO3 pekat) bersifat reversible.

c)      Pengendapan protein oleh logam berat

Dasar reaksi pengendapan oleh logam berat adalah penetralan muatan. Pengendapan dapat terjadi apabila protein berada dalam bentuk isoelektik yang bermuatan negative. Dengan adanya muatan positif dari logam berat akan terjadi reaksi netralisasi dari protein dan dihasilkan garam netral protein yang mengendap. Endapan protein ini akan larut kembali pada penambahan alkali (NH₃, NaOH, dll). Sifat pengendapan protein ini adalah reversible.

Dari dasar reaksi iniprotein sering kali dipakai sebagai obat penawar keracunan logam-logam berat seperti merkuri, tembaga, dll.

    Reaksi Warna Protein

a)      Reaksi Biuret

Reaksi biuret merupakan reaksi warna yang umum untuk gugus peptide (-CO-NH-) dan protein. Reaksi positif ditandai dengan terbentuknya warna ungu karena terbentuk senyawa kompleks antara Cu²⁺ dan N dari molekul ikatan peptide. Banyaknya asam amino yang terikat pada ikatan peptide mempengaruhi warna reaksi ini. Senyawa dengan dipeptida member warna biru, tripeptida ungu dan tripeptida serta peprida komplek memberikan warna merah. Beberapa protein yang mempunyai gugus –CS-NH-, CH-NH- dalam molekulnya juga memberikan tes warna positif dari reaksi biuret ini membentuk senyawa kompleks.

b)      Reaksi Ksanthoprotein

Reaksi warna ksanthoprotein dapat terjadi karena reaksi nitrasi pada cincin benzena dari asam aminoa penyusun protein. Test dikatakan positif ditunjukkan dengan warna kuning yang disebabkan terbentuknya suatu senyawa polinitrobenzena. Reaksi ini positif untuk protein yang mengandung asam amino dengan inti benzene misalnya tirosin, fnil alamin, triftofan,. Pada penambahan senyawa alkali warna kuning akan hilang dan berubah menjadi kuning muda sampai jingga disebabkan sifat keasaman fenol bereaksi dengan alkali. Warna jingga ini apabila diasamkan akan berubah kembali menjadi kuning.

c)      Reaksi Ninhidrin

Reaksi warna protein ninhidrin menunjukkan positif bila memberikan warna biru atau ungu. Reaksi ini terjadi pada gugus amino bebas dari asam amino dengan ninhirin. Warna biru-ungu di atas juga dapat dipakai untuk menentukan asam amino secara kuantitatif dengan mengukur absorbansinya pada 570 nm. Dasar reaksi ini dipakai dalam alat untuk penentuan asam amino.

d)     Reaksi Millon

Pereaksi millon melibatkan penambahan senyawa Hg ke dalamprotein sehingga pada penambahan logam ini akan menghasilakan endapan putih dari senyawa merkuri. Untuk protein yang mengandung tirosin atau triftofan penambahan pereaksi millon menghasilakan warna merah. Namun pereaksi ini tidak sfesifik karena juga memberikan test positif warna merah denganadanya senyawa fenol.

e)      Reaksi Hopkin-Cole

Reaksi warna protein ini menunjukkan positif apabila ditandai terbentuknya cincin ungu pada bidang batas antara larutan protein dengan pereaksi. Pembentukan cincin ini dikarenakan terbentuknya kondensasi 2 inti indol dari triptofan dengan aldehid. Aldehid disini diperoleh asam glioksalat yang dipakai untuk test Adamkiewicz-hopkins.

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:

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

·      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

 Reaksi Spesifik Protein 

Pembagian reaksi dalam lingkup analisa kualitatif adalah sebagai berikut: 

1. Reaksi Hopkins Case. Reaksi ini terjadi apabila larutan senyawa protein yang mengandung unsur triptofan bereaksi dengan pereaksi yang disebut dengan istilah Hopkins cole. Pereaksi ini mengandung beberapa senyawa antara lain asam glikosilat.
2. Reaksi Millon. Jenis reaksi dari uji kualitatif protein ini terjadi apabila larutan protein ditambahkan dengan pereaksi berupa larutan merkuri serta merkuri nitrat yang ada di dalam asam nitrat. Sebagai hasilnya, akan muncul endapan berwarna putih yang akan berubah menjadi warna merah apabila terjadi pemanasan.
3. Reaksi Natriumnitroprusida. Reaksi ini terjadi apabila pelarutnya adalah larutan amoniak. Protein yang mengandung senyawa sistein akan menunjukkan hasil yang positif.
4. Reaksi Biuret. Uji biuret ini dilakukan dengan tujuan untuk menentukan adanya senyawa – senyawa yang mengandung gugus amida asam. Reaksi biuret merupakan uji yang dilakukan untuk mengetahui ikatan peptida. Reaksi ini positif (berwarna ungu) untuk zat yang mengandung 2 atau lebih ikatan peptida. Reaksi biuret merupakan reaksi warna yang umum untuk gugus peptida (-CO-NH-) dan protein. Reaksi positif ditandai dengan terbentuknya warna ungu karena terbentuk senyawa kompleks antara Cu²⁺dan N dari molekul ikatan peptida. Banyaknya asam amino yang terikat pada ikatan peptida mempengaruhi warna reaksi ini. Senyawa dengan dipeptida memberikan warna biru, tripeptida ungu dan tetrapeptida serta peptida kompleks memberikan warna merah. Biuret dihasilkan dengan memanaskan urea kira-kira pada suhu 180 ^oC dalam larutan basa. Biuret memberikan warna violet dengan CuSO₄. Reaksi ini disebut dengan reaksi biuret, kemungkinan terbentuknya Cu²⁺ dengan gugus CO dan –NH dari rantai peptida dalam suasana basa. Dipeptida dan asam-asam amino (kecuali histidina, serina dan treonina) tidak memberikan uji ini. Beberapa protein yang mempunyai gugus –CS-NH-, -CH-NH- dalam molekulnya juga memberikan tes warna positif dengan biuret.
5. Reaksi Xantoprotein. Untuk mendapatkan reaksi ini, perlu penambahan larutan asam nitrat yang pekat ke dalam larutan protein. Pada saat dicampur, akan terlihat pembentukan endapan berwarna putih yang apabila dipanaskan akan berubah warna menjadi kekuningan. Reaksi ini terjadi pada protein yang di dalamnya terkandung senyawa antara lain fenilalanin, triptofan, dan juga tirosin.   

6. Reaksi sakaguchi. Uji Sakaguchi adalah uji kimia yang digunakan untuk mendeteksi asam amino arginin. Arginin memiliki kelompok-R propil (3 metil) dengan gugus guanidin di ujungnya. Gugus guanidin merupakan atom C yang mengikat N2 dengan ikatan tunggal dan mengikat N dengan ikatan ganda. Gugus guanidin akan bereaksi dalam uji sakaguchi. Dalam kondisi basa, alpha naphtol akan bereaksi dengan gugus guanidin dalam arginin yang telah teroksidasi sodium hipoklorit, menghasilkan senyawa berwarna merah. Apabila protein yang diuji dengan tes sakaguchi menunjukkan perubahan warna merah berarti dalam protein tersebut terdapat arginin.

Struktur arginin

Permasalahan:

1.      Mengapa Protein berperan penting dalam struktur dan fungsi semua sel makhluk hidup dan virus?

2.      Apa yang membedakan struktur domain dengan struktur kuartener?

3. Mengapa Protein yang mengandung senyawa sistein akan menunjukkan hasil yang positif?

4.      Mengapa gugus fungsional (NH₂, NH, OH, CO) dan bentuk ion ganda (switzer ion) yang terdapat dalam struktur protein dapat menyebabkan terjadinya reaksi pengendapan protein? Jelaskan