PROTEIN

Penemuan awal

Protein ditemukan oleh Jöns Jakob Berzelius pada tahun 1838. Jauh sebelum DNA dinyatakan menjadi materi genetik sebagai unit pewarisan sifat, protein telah diyakini sebagai molekul pengatur metabolisme pada suatu sel. Pada masa itu protein dikenal sebagai molekul organik yang penting yang berperan dalam proses perubahan suatu molekul kecil menjadi molekul kompleks. Pada tahun 1878, teminologi enzim digunakan untuk menyebut katalis biologi yang berperan dalam mempercepat proses biokimia dalam sel. Enzim kemudian disebut sebagai protein atau bagian dari protein oleh Emil Fischer seorang ahli biokimia dari Jerman pada tahun 1900.  Penelitian tentang molekul-molekul materi genetik menjadi mudah dengan ditemukannya struktur komponen asam nukleat sebagai materi genetik oleh Watson dan Crick. Weisman dan DeVries menunjukkan konsep awal yang menunjukkan pengatur aktifitas di dalam sel terletak pada sitoplasma. Pada awal 1900an Driesch, Verwon, dan Wilson menunjukkan bahwa inti sel merupakan tempat berkumpulnya enzim dan menjadi pusat aktifitas protein. Mazia pada tahun 1952 menunjukkan bahwa inti sel lebih berfungsi sebagai tempat pergantian daripada sebagai tempat penghasil aktifitas seluler.

Struktur

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

Kebanyakan protein lipat ke dalam struktur 3 dimensi yang unik. Bentuk mana protein alami lipatan dikenal sebagai konformasi asli. Meskipun banyak protein dapat melipat tanpa bantuan, hanya melalui sifat-sifat kimia asam amino mereka, yang lainnya memerlukan bantuan pendamping molekul melipat ke negara asal mereka. Ahli biokimia sering menyebut empat aspek yang berbeda dari struktur protein yaitu:

·         struktur primer: urutan asam amino. Sebuah protein adalah poliamida.

·         Struktur sekunder: berulang secara teratur struktur lokal distabilkan oleh ikatan hidrogen. Contoh yang paling umum adalah α-helix, β-sheet dan bergantian. Karena struktur sekunder lokal, banyak daerah struktur sekunder yang berbeda dapat hadir dalam molekul protein yang sama.

·         Struktur tersier: bentuk keseluruhan molekul protein tunggal; hubungan spasial dari struktur sekunder untuk satu sama lain. struktur tersier umumnya distabilkan oleh interaksi nonlokal, paling sering pembentukan inti hidrofobik, tetapi juga melalui jembatan garam, ikatan hidrogen, ikatan disulfida, dan bahkan modifikasi posttranslational. Istilah "struktur tersier" sering digunakan sebagai sinonim dengan flip jangka. Struktur tersier adalah apa yang mengontrol fungsi dasar protein.

·         Struktur Kuarter: struktur yang dibentuk oleh beberapa molekul protein (rantai polipeptida), biasanya disebut subunit protein dalam konteks ini, yang berfungsi sebagai kompleks protein tunggal.

Atau struktur protein dapat dilihat sebagai hierarki, yaitu berupa struktur primer (tingkat satu), sekunder (tingkat dua), tersier (tingkat tiga), dan kuartener (tingkat empat) yaitu:

1)    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.

2)    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").

3)    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.

4)    penentuan massa molekular dengan spektrometri massa.

Struktur sekunder bisa ditentukan dengan menggunakan spektroskopi circular dichroism (CD) dan Fourier Transform Infra Red (FTIR).[6] 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.

Penentuan Struktur

Menemukan struktur tersier dari protein, atau struktur kuaterner kompleks, dapat memberikan petunjuk penting tentang bagaimana protein melakukan fungsinya. metode eksperimental umum penentuan struktur termasuk X-ray kristalografi dan spektroskopi NMR, yang keduanya dapat menghasilkan informasi pada resolusi atom. Namun, NMR eksperimen mampu memberikan informasi dari mana subset dari jarak antara pasang atom dapat diperkirakan, dan mungkin konformasi akhir untuk protein ditentukan dengan memecahkan masalah geometri jarak. Polarisasi ganda interferometri adalah metode analisis kuantitatif untuk mengukur konformasi protein secara keseluruhan dan perubahan konformasi karena interaksi atau stimulus lainnya. dichroism melingkar adalah teknik laboratorium lain untuk menentukan internal yang β-sheet / komposisi α-heliks protein. Mikroskop cryoelectron digunakan untuk menghasilkan resolusi yang lebih rendah informasi struktural tentang kompleks protein yang sangat besar, termasuk virus dirakit; varian yang dikenal sebagai kristalografi elektron juga dapat menghasilkan informasi-resolusi tinggi dalam beberapa kasus, terutama untuk kristal dua dimensi protein membran. struktur diselesaikan biasanya disimpan di Protein Data Bank (PDB), sumber daya yang tersedia secara bebas dari data yang terstruktur mengenai ribuan protein dapat diperoleh dalam bentuk koordinat Cartesian untuk setiap atom dalam protein.

Banyak urutan gen lebih dikenal daripada struktur protein. Selanjutnya, set struktur dipecahkan adalah condong ke protein yang dapat dengan mudah mengalami kondisi yang dibutuhkan dalam kristalografi sinar-X, salah satu metode penentuan struktur utama. Secara khusus, protein globular yang relatif mudah untuk mengkristal dalam persiapan untuk X-ray kristalografi. protein membran, sebaliknya, sulit untuk mengkristal dan kurang terwakili dalam PDB. inisiatif genomik struktural telah berusaha untuk memperbaiki kekurangan ini dengan sistematis memecahkan struktur perwakilan dari kelas lipat utama. metode prediksi struktur protein berusaha untuk menyediakan sarana untuk menghasilkan struktur yang masuk akal untuk protein yang strukturnya belum eksperimen ditentukan

Kenyataannya, seluruh protein yang ada di dunia ini merupakan kombinasi dari dua puluh macam asam amino, baik esensial maupun non esensial.

AkibatKekurangan 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:

1.   hipotonus

2.   gangguan pertumbuhan

3.   hati lemak

·         Kekurangan yang terus menerus menyebabkan marasmus dan berkibat kematian.

Sintese 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 DNAtranskripsi. Kemudian karena hasil transkripsi di proses lebih lanjut di ribosom atau retikulum endoplasma, disebut sebagai translasi.

Sumber dari Protein

§  Daging

§  Ikan

§  Telur

§  Susu, dan produk sejenis Quark

§  Tumbuhan berbji

§  Suku polong-polongan

§  Kentang

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 bahwa kelinci yang memperoleh protein nabati, lebih sehat dan hidup dua kali lebih lama.

Keuntungan Protein

·         Sumber energi

·         Pembetukan dan perbaikan sel dan jaringan

·         Sebagai sintesis hormon,enzim, dan antibodi

·         Pengatur keseimbangan kadar asam basa dalam sel

·         Sebagai cadangan makanan

Protein merupakan molekul yang sangat besar-atau makrobiopolimer- yang tersusun dari monomer yang disebut asam amino. Ada 20 asam amino standar, yang masing-masing terdiri dari sebuah gugus karboksil, sebuah gugus amino, dan rantai samping (disebut sebagai grup "R"). Grup "R" ini yang menjadikan setiap asam amino berbeda, dan ciri-ciri dari rantai samping ini akan berpengaruh keseluruhan terhadap suatu protein. Ketika asam amino bergabung, mereka membentuk ikatan khusus yang disebut ikatan peptida melalui sintesis dehidrasi, dan menjadi Polipeptida, atau protein.

Asam nukleat (bahasa Inggris: nucleic acid) adalah makromolekul biokimia yang kompleks, berbobot molekul tinggi, dan tersusun atas rantai nukleotida yang mengandung informasi genetik. Asam nukleat yang paling umum adalah Asam deoksiribonukleat (DNA) and Asam ribonukleat (RNA). Asam nukleat ditemukan pada semua sel hidup serta pada virus. Asam nukleat dinamai demikian karena keberadaan umumnya di dalam inti (nukleus) sel. Asam nukleat merupakan biopolimer, dan monomer penyusunnya adalah nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari tiga komponen, yaitu sebuah basa nitrogen heterosiklik (purin atau pirimidin), sebuah gula pentosa, dan sebuah gugus fosfat. Jenis asam nukleat dibedakan oleh jenis gula yang terdapat pada rantai asam nukleat tersebut (misalnya, DNA atau asam deoksiribonukleat mengandung 2-deoksiribosa). Selain itu, basa nitrogen yang ditemukan pada kedua jenis asam nukleat tersebut memiliki perbedaan: adenina, sitosina, dan guanina dapat ditemukan pada RNA maupun DNA, sedangkan timina dapat ditemukan hanya pada DNA dan urasil dapat ditemukan hanya pada RNA. Asam deoksiribonukleat, lebih dikenal dengan DNA (bahasa Inggris: deoxyribonucleic acid), adalah sejenis asam nukleat yang tergolong biomolekul utama penyusun berat kering setiap organisme. Di dalam sel, DNA umumnya terletak di dalam inti sel. Secara garis besar, peran DNA di dalam sebuah sel adalah sebagai materi genetik; artinya, DNA menyimpan cetak biru bagi segala aktivitas sel. Ini berlaku umum bagi setiap organisme. Di antara perkecualian yang menonjol adalah beberapa jenis virus (dan virus tidak termasuk organisme) seperti HIV (Human Immunodeficiency virus). Asam ribonukleat (bahasa Inggris:ribonucleic acid, RNA) adalah satu dari tiga makromolekul utama (bersama dengan DNA dan protein) yang berperan penting dalam segala bentuk kehidupan. Asam ribonukleat berperan sebagai pembawa bahan genetik dan memainkan peran utama dalam ekspresi genetik. Dalam dogma pokok (central dogma) genetika molekular, RNA menjadi perantara antara informasi yang dibawa DNA dan ekspresi fenotipik yang diwujudkan dalam bentuk protein.

Sumber

Blog Riyawan | Kumpulan Artikel Kesehatan dan Obat-obatan

Wikipedia

Artikel Asam Amino