Reaksi - Reaksi Spesifikasi Protein

Asam amino adalah sembarang senyawa organik yang memiliki gugus fungsion alkarboksil (-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 (Anonim, 2010).

Protein merupakan polimer yang tersusun dari asam amino sebagai monomernya. Monomer-monomer ini tersambung dengan ikatan peptida, yang mengikat gugus karboksil milik satu monomer dengan gugus amina milik monomer di sebelahnya. Reaksi penyambungan ini (disebut translasi) secara alami terjadi di sitoplasma dengan bantuan ribosom dan tRNA. Pada polimerisasi asam amino, gugus -OH yang merupakan bagian gugus karboksil satu asam amino dan gugus -H yang merupakan bagian gugus amina asam amino lainnya akan terlepas dan membentuk air. Oleh sebab itu, reaksi ini termasuk dalam reaksi dehidrasi. Molekul asam amino yang telah melepaskan molekul air dikatakan disebut dalam bentuk residu asam amino (Tim Dosen Kimia, 2009).

Reaksi kondensasi dua asam amino membentuk ikatan peptide

Pada umumnya asam amino diperoleh sebagai hasil hidrolisis protein, baik menggunakan enzim maupun dengan menggunakan asam, dengan cara ini diperoleh campuan bermacam-macam asam amino dan untuk menentukan jenis asam amino maupun kualitasnya masing-masing asam amino perlu diadakan pemisahan antara asam-asam amino tersebut (Poedjiadi, 1994).

Seperti halnya senyawa-senyawa lainnya, asam amino dan protein  juga dapat mengalami  reaksi-reaksi spesifik. Reaksi- reaksi spesifik pada asam amino dan protein pun ada beberapa macam antara lain reaksi dengan pereaksi millon, ninhidrin, nitroprussida, sistin, sistein (Tim Dosen Kimia, 2009).

            Ada empat tingkat struktur dasar protein, yaitu struktur primer, sekunder, tersier, dan kuartener. Struktur primer terkait mengenai terbentuknya rantai-rantai dengan ikatan-ikatan peptida dimana jumlah, macam, dan cara terkaitnya  (urutan) asam-asam amino mempunyai peranan penting. Struktur sekunder terkait mengenai  berlilitnya rantai-rantai polipeptida sampai terbentuknya  suatu struktur spiral karena terjadi ikatan hidrogen. Struktur tersier, rantai-rantai polipeptida yang berlilit itu bergabung satu dengan yang laindengan pertolongan ikatan yang lemah yakni ikatan hidrogen dan Van Der Wals sampai terbentuknya lapisan, serat atau biji. Struktur kuartener, tidak semua protein mempunyai struktur kuartener, hanya jika protein itu terdisi atas 2 atau 4 rantai polipeptida yang tergabung oleh gaya bukan ikatan kovalen (bukan ikatan peptide atau disulfida). Gaya yang menstabilkan gabungan itu adalah ikatan hydrogen dan elektrostatik atau ikatan garam. Struktur primer protein mempunyai rangkaian asam amino dan komponen prostetik pembentuk protein. Struktur protein sekunder dan tersier mengacu pada kedudukan tiga matra dari makromolekul; struktur kuartener menyatakan susunan komplek protein aneka rantai. Sinarnya dan cara spektrum yang modern lainnya terutama amat penting untuk menjelaskan ciri keruangan protein. Struktur tersier suatu protein menggambarkan perlipatannya rantai polipeptida. Perlipatan terdapat lebih acak daripada cirri struktur sekundernya, tetapi dapat menunjukkan pola yang teratur. Ikatan disulfida yang terbentuk di antara molekul sisterna memberikan pertautan kovalen yang nisbi kuat mendukung struktur tersier. Protein globular sebagaimana ditunjukkan oleh mieglobin, merupakan contoh yang menarik bagi struktur tersier. Dimana berperan menyimpan dan mengalirkan oksigen . Ini sangat erat kaitannya dengan haemoglobin yang merupakan protein yang rumit (Stanley, 1988).

Ada beberapa ciri molekul protein yaitu (Stanley, 1988) :

1)      Berat molekulnya besar, ribuan bahkan sampai jutaan, sehingga merupakan makromolekul.

2)      Umumnya terdiri dari 20 asam amino.Asam amino berikatan secara kovalen satu dengan yang lainnya dalam variasi urutan-urutan yang bermacam-macam, membentuk suatu rantai polipeptida. Ikatan peptida merupakan ikatan gugus karboksil dari asam amino yang satu dengan asam amino lainnya. 

3)      Terdapatnya ikatan kimia lain  yang menyebabkan terbentuknya lengkungan-lengkungan rantai polipeptida menjadi struktur 3 dimensi protein. Sebagai contoh ikatan hidrogen, ikatan hidrofob/ikatan apolar, ikatan ion atau ikatan elektrostatik dan ikatan Van der Waals.

4)      Strukturnya tidak stabil terhadap beberapa faktor seperti: pH, radiasi, temperatur, dan medium pelarut.

5)      Umumnya reaktif dan sangat spesifik, disebabkan terdapatnya gugus samping yang reaktif dan susunan khas struktur molekulnya.

6)      Beraksi positif terhadap pereaksi uji-uji yang spesifik seperti: Biuret, Ninhidrin dan Millon, Xantoprotein, Sakaguchi, Adamkiewitz.

Denaturasi ada dua macam yaitu (Lehninger,1990) :

-          Pengembangan rantai peptida dan pemecahan protein menjadi kecil tanpa diikuti pengembangan molekul seperti pada polipeptida.

-          Denaturasi yang tergantung pada keadaan molekul seperti pada bagian molekul yang tergabung dalam struktur sekunder.

Karena itu denaturasi dapat berarti suatu perubahan atau modifikasi terhadap struktur sekunder, tersier dan kuartener molekul protein tanpa terjadi pemecahan ikatan kovalen. Atau dapat pula diartikan sebagai suatu proses pecahnya ikatan hidrogen, interaksi hidrofobik, ikatan Van der Waals, dan terbuka atau tidaknya ikatan molekul. Pada umumnya protein yang sudah didenaturasikan kelarutannya berkurang atau hilang sama sekali, dan ada pula yang membentuk endapan pada bagian dasar larutan. Hal ini disebabkan karena lapisan protein bagian dalam yang bersifat hidrofobik terbalik keluar dan bagian luarnya yang bersifat hidrofil terlipat ke dalam atau kebalikannya, terutama jika larutan protein telah mendekati pada isoelektrik hingga protein menggumpal dan akhirnya mengendap (Lehninger,1990).

Triptofan merupakan satu dari 20 asam amino penyusun protein yang bersifat esensial bagi manusia. Bentuk yang umum pada mamalia adalah, seperti asam amino lainnya, L-triptofan. Meskipun demikian D-triptofan ditemukan pula di alam (contohnya adalah pada bisa ular laut kontrifan). Gugus fungsional yang dimiliki triptofan, indol, tidak dimiliki asam-asam amino dasar lainnya. Akibatnya, triptofan menjadi prekursor banyak senyawa biologis penting yang tersusun dalam kerangka indol. Triptofan adalah prekursor melatonin (hormon perangsang tidur), serotonin (suatu transmiter pada sistem saraf) dan niasin (suatu vitamin). Indol adalah sebuah aromatik heterosiklik senyawa organik. Bisiklik memiliki struktur, yang terdiri dari enam anggota benzencincin melebur kelima-anggota nitrogen yang mengandung pirol cincin. Indol adalah komponen populer wewangian dan pendahulu untuk banyak obat-obatan. Senyawa yang mengandung sebuah cincin indol disebut indoles. Derivatif yang paling terkenal adalah asam amino triptofan. Indol berbentuk padat pada suhu kamar. Indole dapat diproduksi oleh bakteri sebagai produk degradasi asam amino triptofan. Hal ini terjadi secara alami di manusia tinja dan tinja yang intens bau. Pada konsentrasi yang sangat rendah, bagaimanapun, ia memiliki aroma bunga-bunga dan merupakan konstituen dari banyak bunga aroma (seperti bunga jeruk) dan parfum (Colby, 1985).

Bila asam amino dalam makanan malampaui kebutuhan untuk sintesis protein dan lintasan anabolik lainnya. Kelebihannya dikatabolisme untuk menentukan ATP atau diubah menjadi substrak untuk sintesis asam lemak. Protein selular mengalami “turn over” (dipecahkan dan diganti kembali) dengan kecepatan sekitar 400 gr/hari pada orang dewasa. Melalui suatu proses tertentu sejumlah asam amino dapat membentuk suatu senyawa yang memiliki banyak ikatan peptida. Molekul senyawa ini merupakan suatu molekul besar atau makromolekul yang terdiri atas banyak molekul asam amino yang disebut juga sebagai polipeptida. Ada beberapa analisis asam amino, misalnya metode gravitrimetri, kalorimetri, mikrobiologi, kromatografi dan elekrofotolisis. Salah satu metode yang banyak digunakan dan memperoleh perkembangan adalah metode kromatografi. Konsumsi protein diperlukan untuk sumber nitrogen dalam tubuh, pembentukan zat-zat yang mengandung N (nitrogenous) dan sebagai sumber asam amino esensial yang tidak dapat dibentuk di dalam tubuh atau hanya dalam jumlah kecil saja untuk mensuplai kebutuhan sehari-hari.  Hampir semua nitrogen dari katabolisme protein asam amino secara normal hilang dalam bentuk urea melalui ekskresi urine walaupun jumlahnya terbuang dalam bentuk NH₄⁺ dan keratin. Gangguan metabolisme asam amino ditandai oleh kadar asam amino atau produk metaboliknya yang abnormal dalam darah dan urine. Gangguan dalam metabolisme asam amino sering menyebabkan retardasi mental dan gangguan perkembangan (Linder, 1985).

Reaksi-reaksi untuk mengidentifikasi asam amino dan protein antara lain:

a.       Reaksi sakaguci

Reaksi sakaguci dilakukan dengan menggunakan pereaksi nafol dan natrium hipobromit. Pada dasarnya reaksi ini dapat memberi hasil positif apabila ada gugus guanidin. Jadi arginin atau protein yang mengandung arginin dapat menghasilkan warna merah (Tim Dosen kimia, 2009)

b.      Reaksi Xantoprotein

Larutan asam nitrat pekat ditambahkan dengan hati-hati ke dalam larutan protein. Setelah dicampur terjadi endapan putih yang dapat berubah menjadi kuning apabila dipanaskan. Reaksi yang terjadi adalah nitrasi pada inti benzena yang terdapat pada molekul protein. Jadi reaksi ini positif jika mengandung tirosin, fenil alanin  dan triptofan (Poedjadi,1994).

Pereaksi xantoprotein adalah larutan asam nitrat pekat. Jika larutan HNO₃ pekat dimasukkan ke dalam larutan protein secara hati-hati, akan terbentuk endapan putih, dan berubah menjadi kuning jika dipanaskan. Gejala ini akibat nitrasi pada inti benzena yang terdapat dalam protein.

c.       Reaksi Hopkins-Cole

Triptofan dapat berkondensasi dengan beberapa aldehida dengan bantuan asam kuat dan membentuk senyawa yang berwarna. Larutan protein yang mengandung triptofan dapat direasikan dengan pereaksi Hopkins-Cole yang mengandung asam glioksilat.. Setelah dicampur dengan pereaksi Hopkins-Cole, asam sulfat dituangkan perlahan-lahan sehingga membentuk lapisan di bawah larutan protein. Beberapa saat kemudian akan terjadi cincin ungu pada batas antara kedua lapisan. Reaksi Hopkins-Cole memberi hasil positif khas untuk gugus indol dalam protein (Poedjadi,1994).

Pereaksi Hopkins-cole dibuat dari asam oksalat dan serbuk magnesium dalam air. Pereaksi ini positif terhadap protein yang mengandung asam amino dengan gugus samping indol, seperti pada asam amino triptofan.

Triptofan memberikan hasil yang positif dengan tes Hopkins-cole karena mengandung gugus indol.

Dalam pereaksi ini, asam oksalat direduksi menjadi asam glioksilat dengan bantuan katalis serbuk magnesium:

Asam glioksilat yang terbentuk mengkondensasi asam amino triftofan membentuk senyawa berwarna. Setelah H₂SO₄ pekat dituangkan, akan terbentuk dua lapisan dan beberapa saat kemudian terbentuk cincin ungu di antara batas kedua lapisan itu.

d.     Tes Millon

Pereaksi Millon adalah campuran larutan raksa (I) nitrat dan raksa (II) nitrat dalam asam nitrat. Jika pereaksi Millon ditambahkan ke dalam larutan protein, akan dihasilkan endapan putih yang dapat berubah menjadi merah akibat pemanasan.

Tirosin memberikan hasil yang positif dengan tes Millon karena mengandung gugus fenol.

Pereaksi ini positif untuk protein yang mengandung asam amino dengan gugus samping senyawa fenol sebab terjadi reaksi antara senyawa raksa (II) dengan gugus hidroksifenil membentuk senyawa berwarna. Protein yang mengandung tirosin akan memberikan hasil positif.

e.     Tes Biuret

Larutan protein memberikan hasil yang positif terhadap pereaksi biuret. Tes Biuret dilakukan dengan cara menuangkan larutan natrium hidroksida pekat ke dalam larutan protein. Kemudian, larutan CuSO₄ ditambahkan setetes demi setetes yang akan terbentuk warna ungu.

f.     Tes Nitroprusida

Natrium nitroprusida dalam larutan amonia akan menghasilkan warna merah dengan protein yang mempunyai gugus –SH bebas (merkapto). Jadi, protein yang mengandung sistein akan memberikan hasil positif. Gugus –S–S– pada sistein apabila direduksi terlebih dahulu dapat juga memberikan hasil positif.

Permasalahan:

1.     Ada empat tingkat struktur dasar protein, sebutkan dan jeaskan!

2.    mengapa protein yang sudah didenaturasikan kelarutannya berkurang atau hilang sama sekali,  da nada yang membentuk endapan pada bagian dasar larutan. Jeaskan!

3.    mengapa Tirosin akan  memberikan hasil yang positif  pada tes milon? Jeaskan !

4.    mengapa pada reaksi Hopkins-cole akan terbentuk cincin ungu pada batas antara kedua lapisan. Dan reaksi Hopkins-Cole akan memberikan  hasil positif khas untuk gugus indol dalam protein, jelaskan apa itu gugus indol!