PROTEIN

Biopolimer Polisakarida: energy storage Asam-asam nukleat: data storage dan transmission of information Protein (poliamida): very diversed functions (sebagai enzim, sebagai outer cover, sebagai antibodi, dll.)

Struktur

Macam-macam struktur Struktur primer: Sequence asam-asam amino yang membentuk suatu poliamida tertentu Struktur sekunder/tersier: suatu rantai poliamida dengan folded structure Struktur quarterner: merupakan agregat dari beberapa macam poliamida

Karakteristik khusus Hidrolisis berbagai protein akan menghasilkan campuran asam-asam amino Asam-asam amino alami selalu memiliki konfigurasi L pada -C (konfigurasi yang sama dengan L-glyceraldehyde) Perkecualian: glycine (achiral)

Review alpha carbon (-C) Tautomerisme pada senyawa dengan gugus karbonil

Posisi  dan  -hidrogen adalah atom H pada atom C yang bersebelahan dengan dengan gugus karbonil -hidrogen lebih asam daripada -hidrogen Hal ini terjadi akibat stabilisasi resonansi pada senyawa karbonil

Resonansi Struktur A: muatan negatif pada karbon karena ikatan  pada C-O lebih kuat daripada ikatan  pada C-C di struktur B Struktur B: muatan negatif pada oksigen karena elektronegativitas oksigen yang jauh lebih besar daripada C

Struktur hibrid Anion dalam bentuk hibrid ini dapat menerima proton pada 2 posisi: 1. pada C negatif membentuk senyawa karbonil semula (bentuk keto) 2. pada O negatif membentuk enol

Tautomer keto dan enol Isomer yang sangat mudah berubah satu menjadi yang lain (hanya dengan sedikit saja asam atau basa) Semua senyawa karbonil merupakan tautomer, tapi tautomerisasi merupakan reaksi kesetimbangan Misal: pada senyawa karbonil sederhana (aseton dan asetaldehid), jumlah enol pada kesetimbangan mereka sangat kecil Semakin dominan ikatan  pada C-O relatif terhadap C-C maka senyawa keto akan jauh lebih stabil daripada senyawa enol

Tautomerisme karbonil sederhana

Asam-asam amino Tiga kelompok asam amino berdasarkan R (side chain pada struktur asam amino): 1. Netral 2. Asam 3. Basa

Asam amino netral

Asam amino asam dan basa

Asam amino esensial Asam amino yang tidak dapat diproduksi sendiri oleh makhluk-makhluk tingkat tinggi Perlu sumber eksternal (sebagai asupan makanan) Indeks ‘b’ pada Tabel 24.1.

Zwitterions Merupakan ion-ion dipolar (dalam satu molekul ada polarisasi muatan) Untuk asam amino: gugus –NH2 = gugus basa gugus –CO2H = gugus asam Asam amino pada kondisi kering: sebagai ion dipolar Asam amino pada kondisi basah: kesetimbangan antara ion dipolar dengan ion basa dan ion asam

Zwitterions

Zwitterions Dominasi asam amino dalam larutan tergantung pH: - pada kondisi basa: sebagai anion - pada kondisi asam: sebagai kation

Karakteristik khusus Struktur umum asam amino : H2NCHRCOOH ada gugus amin (-NH2) dan gugus karboksilat (-COOH) Tapi sifat-sifat protein sangat berbeda dari senyawa-senyawa amin atau senyawa-senyawa karboksilat

Karakteristik khusus Senyawa amin dan karboksilat berupa cairan, asam amino adalah padatan kristalin dengan titik lebur cukup tinggi Asam amino tidak larut dalam solven non polar, larut dengan baik dalam air Keasamannya jauh lebih rendah dibandingkan senyawa karboksilat pada umumnya Kebasaannya jauh lebih tinggi daripada senyawa amin pada umumnya

Ka dan Kb terukur Pada umumnya nilai terukur: Nilai Ka untuk asam karboksilat berorder 10-5 Nilai Kb untuk amin alifatik berorder 10-4 Pada asam amino sederhana (misalnya glycine): Ka = 1,6 x 10-10 (sangat kecil) Kb = 2,5 x 10-12 (sangat kecil)

Penjelasan keasaman/kebasaan Keasaman yang terukur adalah keasaman dari ion amonium Kebasaan yang terukur adalah kebasaan dari ion karboksilat

Dapat dihitung Asam-basa konjugasi dapat dihubungkan dengan persamaan: Ka x Kb = 10-14 Jika diperoleh nilai Ka = 1,6 x 10-10 untuk gugus –NH3+ maka nilai Kb untuk gugus –NH2 adalah 10-14/(1,6x10-10) = 6,3x10-5 Coba hitung nilai Ka untuk gugus –COOH jika terukur nilai Kb asam amino (untuk gugus –COO-) sebesar 2,5x10-12

Menurut definisi Bronsted-Lowry Gugus yang bersifat ‘akseptor proton’ pada asam amino sederhana adalah –COO- Gugus yang bersifat ‘donor proton’ pada asam amino sederhana adalah –NH3+

Manfaat Dapat mempercepat suatu reaksi tertentu dengan mengatur kebasaan atau keasaman sedemikian rupa sehingga meningkatkan konsentrasi spesies reaktifnya. Pikirkan: bagaimana cara mempercepat reaksi esterifikasi asam amino?

Titik isoelektrik (pI) pH di mana konsentrasi anion sama dengan konsentrasi kation Konsentrasi ion dipolar maksimum Titik optimum pada proses pengendapan (koagualasi) protein Misalnya pada pembuatan tahu

Fenomena zwitterion Misal tinjau alanine Jika alanine dilarutkan dalam suasana asam, bentuk dominan adalah bentuk kationik Perhatikan bahwa nilai pKa atom H pada gugus karboksilat-nya LEBIH KECIL daripada asam karboksilat biasa

Enhanced acidity Keasaman gugus karboksil pada -asam amino disebabkan efek induksi dari kation aminium Keberadaan kation di dekatnya menyebabkan gugus karboksil cenderung ‘menghilangkan’ protonnya agar tercapai kestabilan. Penghilangan proton ini menghasilkan ion dipolar

Menghitung titik isoelektrik pI (titik isoelektrik) adalah rata-rata dari nilai-nilai pKa Untuk kasus alanine: pI = 0.5 (2.3+9.7) = 6.0

Contoh kasus titrasi basa Misal alanine mula-mula berada pada keadaan sangat asam (misal pH 0) sehingga bentuk dominannya adalah bentuk kation. Ditambahkan basa sedikit demi sedikit: - mula-mula proton yang ‘dikeluarkan’ adalah proton pada gugus karboksilat - saat pH mencapai 2.3 (pH=pKa), proton gugus karboksilat telah terpisah dari SEPARUH populasi molekul alanine (pikirkan mengapa demikian!)

Persamaan Henderson-Hasselbalch Tinjau ionisasi: HA  H+ + A- Buktikan bahwa pada kesetimbangan: Kaitkan untuk menjawab pertanyaan di slide sebelumnya

Kembali ke kasus titrasi basa Pada pH = 2.3, separuh dari populasi molekul alanine telah kehilangan proton dari gugus karboksilatnya. Jika penambahan basa dilanjutkan, tercapai kondisi dimana SELURUH molekul alanine telah kehilangan proton dari gugus karboksilatnya. Kondisi tersebut adalah titik isoelektrik (pI)

Kasus titrasi basa Untuk alanine, pI tercapai pada pH = 6.0 Jika penambahan basa diteruskan, proton akan mulai lepas dari ion aminium Pada pH = 9.7 SEPARUH populasi molekul alanine telah kehilangan proton dari ion aminium (pikirkan mengapa demikian) Nilai pH ini adalah nilai pKa dari ion aminium

Kasus titrasi basa Jika titrasi diteruskan pH akan naik dan akhirnya seluruh molekul alanin telah kehilangan proton dari ion aminiumnya Pada kondisi ini, alanine berada pada kondisi anionik

Kurva titrasi alanine

Sintesis asam amino Sintesis penting di industri: sintesis asimetris (enantioselective) Ingat: kebanyakan asam amino alami adalah L-amino acid Produksi skala industri sering menghasilkan racemic mixture Perlu pemurnian (proses resolusi)

Contoh: L-DOPA

Sintesis polipeptida Molekul hasil penggabungan asam-asam amino disebut peptida: 2 asam amino = dipeptida 3-10 asam amino = oligopeptida > 10 asam amino = polipeptida

Polipeptida Polimer linier dengan salah satu ujung berupa N-terminal residue dan ujung yang lain berupa C-terminal residue

Hidrolisis Dengan HCl 6 M selama 24 jam, menghasilkan campuran asam-asam amino Pemisahan asam-asam amino dilakukan dengan metode chromatography Misal: dengan cation-exchange resin

Cation-exchange resin Asam amino dilewatkan pada kolom berisi resin: asam-asam amino akan teradsorpsi pada resin akibat muatan negatif pada gugus sulfonat dan muatan positif pada asam amino

Cation exchange resin Kekuatan adsorpsi tergantung pada kebasaan asam amino : semakin basa, semakin kuat Jika kolom kemudian ‘dicuci’ dengan larutan buffer pada pH tertentu, asam amino akan terlepas dari resin dengan kecepatan yang berbeda Asam amino yang paling dulu keluar dari kolom adalah asam amino yang adsorpsinya paling lemah (paling asam)