1. A. Protein
B. Asam Amino
C. Biosintesis Asam Amino
D. Oksidasi Asam Amino
1
Akhmadi, Biologi, FKIP UPR
3. METABOLISME PROTEIN
2. A. Protein
Pengertian
Protein secara harfiah berarti “pertama” atau “utama”.
Protein merupakan makromolekul yang mengandung
satu atau lebih rantai polipeptida.
Protein yang mengandung dua atau lebih rantai
polipeptida disebut protein oligomer.
Setiap polipeptida dapat mengandung antara 51 – 1.800
residu asam amino.
Pada semua makhluk hidup, protein dibangun oleh unit
dasar yang sama, yaitu 20 jenis asam amino baku, yang
molekul asam aminonya itu sendiri hampir tidak
mempunyai fungsi biologis.
2
3. Protein merupakan makromolekul yang paling
berlimpah di dalam sel dan menyusun lebih dari
setengah berat kering pada hampir semua organisme.
Perbedaan antara satu jenis protein dengan jenis
protein yang lain disebabkan oleh perbedaan jumlah,
jenis dan susunan (komposisi) asam amino
penyusunnya.
Terdapat ribuan jenis protein yang masing-masing
mempunyai fungsi spesifik yang ditentukan oleh gen
yang sesuai.
Insulin merupakan molekul protein pertama yang
ditentukan deret (komposisi) asam amino penyusunnya.
3
4. 4
Insulin sapi merupakan protein murni yang mempunyai
BM 5.733, dan dibangun oleh dua rantai polipeptida, yaitu
rantai A dengan 21 asam amino dan rantai B dengan 30
residu asam amino.
5. 5
Jenis Protein
Asal Sampel
Protein
BM
Jumlah Residu
Asam Amino
Jumlah Rantai
Polipeptida
Insulin
Ribonuklease
Lisosim
Mioglobin
Khimotripsin
Haemoglobin
Serum albumin
Heksokinase
-globulin
Glutamat dehidrogenase
Pankreas Sapi
Pankreas sapi
Putih telur
Jantung kuda
Pankreas sapi
Manusia
Manusia
Ragi (Jamur)
Kuda
Hati sapi
5.733
12.640
13.930
16.890
22.600
64.500
68.500
102.000
149.900
1.000.000
51
124
129
153
241
574
~ 550
~ 800
~ 1.200
~ 8.300
2
1
1
1
3
4
1
2
4
~ 40
Tabel 3.1 Data Molekuler Beberapa Molekul Protein
(Lehninger, 1990).
6. 6
No. Golongan Protein Contoh
1
2
3
4
5
6
7
Enzim
Protein transport
Protein nutrien / penyimpan
Protein kontraktil / motil
Protein struktural
Protein pertahanan tubuh
Protein pengatur
Ribonuklease, dehidrogenase, sitrat sintase, tripsin.
Haemoglobin, albumin, mioglobin, 1- lipoprotein.
Gliadin (gandum), ovalbumin, kasein (susu), feritin.
Aktin, miosin, tubulin, troponin, tropomiosin, lamin.
Keratin, fibroin, kolagen, elastin, proteoglikan.
Antibodi, fibrinogen, toksin botulinus, toksin difteri.
Insulin, somatotropin, gonadotropin, kortikotropin.
Tabel 3.2 Penggolongan Protein Berdasarkan Fungsi Biologis
Klasifikasi Protein
Protein dapat diklasifikasikan berdasarkan fungsi biologis,
sifat kelarutan, gugus prostetik, dan bentuk molekul.
7. 7
Nama Protein Sifat Kelarutannya
Albumin
Globulin
Glutein
Gliadin (Promalin)
Histon
Protamin
Skleroprotein*
Larut dalam air dan larutan garam, tetapi dapat diendapkan oleh
larutan garam kadar tinggi.
Tidak larut dalam air murni, larut dalam larutan garam encer tetapi
tidak larut dalam larutan garam dengan kadar ¼ - ½ jenuh.
Tidak larut dalam larutan netral. Larut dalam larutan basa atau asam
encer.
Tidak larut dalam air dan etanol absolut, larut dalam etanol 70 – 80 %.
Larut dalam air, tidak larut dalam larutan ammonia encer, sifat basa.
Larut dalam air, bersifat basa (lebih basa dari histon), berupa protein
kecil.
Tidak larut dalam air atau larutan garam, kaya akan Gly, Ala, dan Pro.
Tabel 3.3 Penggolongan Protein Berdasarkan Sifat Kelarutan
(Soerodikoesoemo dan Hartiko, 1989 dan Harper*, 1987).
8. 8
No. Golongan Protein Gugus Prostetik
1
2
3
4
5
6
Lipoprotein
Glikoprotein
Fosfoprotein
Haemoprotein
Flavoprotein
Metaloprotein
Lipid
Karbohidrat (gula)
Gugus fosfat
Heme (forpirin besi)
Flavin nukleotida
Besi, seng, tembaga
Tabel 3.4 Penggolongan Protein Berdasarkan Gugus Prostetik
(Stryer, 2000).
9. Penggolongan protein berdasarkan bentuk fisik
molekulnya dibedakan menjadi protein globular dan
protein fibrilar
1) Protein Globular
Molekul protein yang memiliki rantai polipeptida yang
berlipat-lipat dan rapat kemudian menjadi bentuk bulat
padat.
Protein globular biasanya larut dalam air, dan hampir
semuanya mempunyai fungsi gerak atau dinamik.
Contohnya : hampir semua enzim, protein transport
pada darah, antibodi, dan protein penyimpan nutrien.
9
10. 2) Protein Fibrilar
Molekul protein yang memiliki rantai polipeptida panjang
pada satu sumbu.
Protein fibrilar ini tidak larut dalam air, dan hampir
semuanya mempunyai peran struktural dan pelindung.
Contohnya : -keratin (rambut), fibroin (sutera), kolagen
(otot).
10
11. 11
Protein filamen merupakan kumpulan dari monomer
protein globular.
Filamen aktin dibentuk oleh protein globular aktin
(G-actin).
Filamen mikrotubula dibentuk oleh protein globular
α-tubulun dan β-tubulin.
12. Polipeptida
Polipeptida merupakan komponen pokok penyusun
molekul protein.
Setiap polipeptida dapat mengandung antara 51 – 1.800
residu asam amino.
Untuk menentukan komposisi dan susunan residu asam
amino penyusun polipeptida, maka dilakukan
pemotongan rantai polipeptida.
Prosedur pemotongan yang umum dilakukan adalah
dengan metode hidrolisis enzimatik dan kimiawi,
misalnya dengan enzim tripsin, khimotripsin, pepsin, dan
sianogen bromida.
12
13. 13
No. Perlakuan Titik Potong
(Gugus Karbonil pada Residu Asam amino)
1
2
3
4
Tripsin
Khimotripsin
Pepsin
Sianogen bromida
Lisin dan Arginin
Fenilalanin, triptofan, tirosin
Fenilalanin, triptofan, tirosin, beberapa yang lain
Metionin
Tabel 3.5 Empat Metode Pemotongan Rantai Polipeptida
(Stryer, 2000).
14. Biosintesis Protein
Pada dasarnya proses biosintesis protein merupakan
proses biosintesis polipeptida itu sendiri, karena hasil
perakitan asam amino-asam amino (dengan ikatan
peptida) pada ribosom membentuk rantai polipeptida.
Proses biosintesis protein dikenal pula sebagai ekspresi
gen, yang secara umum mencakup tahapan transkripsi
DNA membentuk mRNA, splicing mRNA, dan tahapan
translasi mRNA oleh rRNA pada ribosom.
14
15. Asam-asam amino yang akan dirakit diangkut oleh
tRNA.
Lingkungan tempat berlangsungnya proses biosintesis
protein seluler adalah sitosol, retikulum endoplasma,
dan membran nukleus.
Kloroplas dan mitokondria adalah organel semi
otonom.
15
16. 16
DNA doubel heliks pada sel eukariota berbentuk linier
dengan jumlah yang bervariasi sesuai spesiesnya.
DNA doubel heliks pada organel semi otonom
kloroplas dan mitokondria berbentuk linier.
DNA doubel heliks pada sel prokariota (bakteri)
berbentuk sirkuler dan berjumlah 1 (satu) utas DNA (=
1 kromosom).
DNA virus ada yang doubel heliks dan ada yang
benang tunggal (seperti benang tunggal RNA).
Struktur DNA
17. 17
RNA yang terlibat dalam biosintesis protein adalah :
1) mRNA : berbentuk linier, dan tersusun atas kodon-
kodon untuk pembentukan asam amino menjadi
polipeptida.
2) tRNA : berbentuk “daun semanggi”, berperan
dalam pengangkutan molekul asam amino untuk
sintesis protein.
3) rRNA : berbentuk “globular”, bergabung dengan
protein ribosom untuk membentuk ribosom.
Struktur RNA
18. 18
Messenger RNA
(mRNA)
A hairpin loop from a pre-mRNA. Highlighted are the nucleobases
(green) and the ribose-phosphate backbone (blue). Note that this is
a single strand of RNA that folds back upon itself.
20. 20
Three-dimensional representation of the 50S ribosomal subunit.
RNA is in ochre, protein in blue. The active site is in the middle (red).
Ribosome RNA
(rRNA)
31. 31
Ribosomes assemble polymeric protein molecules whose sequence is
controlled by the sequence of messenger RNA molecules. This is required
by all living cells and associated viruses.
34. Asam Amino Membentuk Molekul Peptida
Molekul peptida merupakan molekul hasil kondensasi
dari molekul-molekul asam amino yang dihubungkan oleh
ikatan peptida antara gugus amino (-NH3
+ ) pada satu asam
amino dengan gugus karboksil (-COO- ) dari asam amino yang
lain.
Satuan (unit) asam amino di dalam molekul peptida
disebut sebagai residu, karena “asam aminonya” telah
kehilangan atom hidrogen (H) dari gugus amino ataupun
gugus karboksilnya.
34
37. 37
Jenis Protein
Asal Sampel
Protein
BM
Jumlah Residu
Asam Amino
Jumlah Rantai
Polipeptida
Insulin
Ribonuklease
Lisosim
Mioglobin
Khimotripsin
Haemoglobin
Serum albumin
Heksokinase
-globulin
Glutamat dehidrogenase
Pankreas Sapi
Pankreas sapi
Putih telur
Jantung kuda
Pankreas sapi
Manusia
Manusia
Ragi (Jamur)
Kuda
Hati sapi
5.733
12.640
13.930
16.890
22.600
64.500
68.500
102.000
149.900
1.000.000
51
124
129
153
241
574
~ 550
~ 800
~ 1.200
~ 8.300
2
1
1
1
3
4
1
2
4
~ 40
Tabel 1. Data Molekuler Beberapa Molekul Protein
(Lehninger, 1990).
38. 38
Struktur Protein
1) Protein primer ; merupakan molekul protein (rantai linier
polipeptida) yang baru selesai disintesis pada ribosom,
umumnya belum berfungsi aktif.
2) Protein sekunder ; merupakan rantai polipeptida yang
melipat-lipat dan rapat (globular) oleh adanya ikatan
disulfida dan ikatan kimia lainnya (umumnya protein
belum berfungsi aktif).
3) Protein tersier ; merupakan penggabungan dua atau
lebih polipeptida membentuk molekul protein (sebagian
merupakan protein yang aktif jika tidak memerlukan
gugus prostetik).
4) Protein kuartener ; merupakan molekul protein yang
berkonjugasi dengan gugus prostetik untuk dapat
berfungsi aktif.
40. Ikatan Kimia pada Rantai Polipeptida
Struktur protein umumnya dipertahankan oleh dua
ikatan yang sangat kuat (ikatan peptida dan disulfida) dan
tiga ikatan yang sangat lemah (ikatan hidrogen, hidrofobik,
dan elektrostatik atau ikatan garam).
1) Ikatan Peptida
Merupakan ikatan yang menghubungkan -karboksil
(-COO-) dan -nitrogen (-NH3
+ ) yang mempunyai ikatan
rangkap parsial.
2) Ikatan Disulfida
Merupakan ikatan yang menghubungkan dua residu
sistein yang saling berhubungan dengan dua bagian
rantai polipeptida melalui residu sistein.
40
41. 3) Ikatan Hidrogen
Merupakan ikatan antara atom-atom hidrogen pada
dua residu asam amino.
4) Ikatan hidrofobik
Merupakan ikatan pada rantai non-polar asam amino
netral pada protein yang cenderung bergabung.
5) Ikatan elektrostatik
Merupakan ikatan antara gugus-gugus yang bermuatan
berlawanan pada rantai samping asam amino.
Struktur primer protein berasal dari ikatan
kovalen asam L--amino oleh ikatan -peptida.
41
42. 42
Denaturasi dan Renaturasi Protein
Denaturasi protein adalah perubahan struktur
protein dari struktur aslinya, yang disebabkan oleh
faktor mekanik, fisik, dan kimiawi.
Renaturasi protein merupakan peristiwa kembalinya
struktur dan fungsi protein sesuai aslinya setelah
mengalami denaturasi, asalkan faktor-faktor
penyebab denaturasi dihilangkan.
