Fakultas Kedokteran UGM PROTEIN Dra. Tasmini, M.Kes. Bagian Biokimia Fakultas Kedokteran UGM

PENDAHULUAN Protein : - merupakan penyusun utama sel - dg elemen C, H, O, N (+ S, P, Fe, dll) - merupakan polimer asam amino (AA) ada 20 macam AA proteinogenik (di alam ada kira-kira 300 AA) Struktur 3-dimensi dan sifat biologik ditentukan oleh : Jumlah asam amino Urutan asam amino Macam asam amino Interaksi spesifik asam amino

Fungsi protein Struktural penguat/pelindung sel Regulasi proses metabolik (hormon) Biokatalisator (enzim) Transport oksigen (hemoglobin) Pertahanan tubuh (antibodi) Transmisi impuls (syaraf) Informasi genetik (nukleoprotein) Aktivitas otot (kontraksi) Mengatur keseimbangan air tubuh Sumber energi dan cadangan, dll.

Rumus umum asam amino NH R C COOH = asam -amino H Pemberian nama : - nama trivial: glisin, valin, sistein, dsb disingkat gly, val, sis - sistematik : dg dasar : , , . . . dg no.urut : 2, 3, . . .

Keseimbangan protonik AA R–COOH ↔ R–COO- + H+ R–NH3+ ↔ R–NH2 + H+ R–COOH dan R–NH3+ : Donor proton/asam R–COO- dan R–NH2 : Aseptor proton AA bersifat amfoter (dpt bereaksi dgn asam atau basa)  berfungsi sbg bufer - dlm larutan basa : membentuk ion negatif  migrasi ke elektrode positif - dlm larutan asam : membentuk ion positif  migrasi ke elektrode negatif

R–CH–COOH ↔ R–CH–COO- ↔ R–CH–COO | H+ | OH- | NH3+ NH3+ NH2 ion positif (dlm asam) switterion ion negatif (dlm basa) Pd pH tertentu, AA netral   ion negatif =  ion positif, AA tdk migrasi ke elektrode positif atau negatif = titik isoelektris (kelarutan, viskositas, tekanan osmotik minimum)

Ikatan Peptida Figure Peptide-Bond Formation. The linking of two amino acids is accompanied by the loss of a molecule of water

L- α-Amino acids present in proteins

Amino acid requirements of humans

Struktur 3-dimensi : Primer : jumlah dan urutan AA pada rantai polipeptida (protein) penggantian/pengurangan 1 AA  fungsi biologik? Sekunder : pelipatan rantai polipeptida menjadi pilin spesifik melibatkan ikatan disulfida dan ikatan hidrogen.   heliks, -pleated sheet Tertier : rantai polipeptida membelit menjadi lapisan/serabut spesifik distabilkan oleh ikatan lemah a.l : - jembatan garam (antara gugus positif dan negatif) - ikatan hidrogen - ikatan disulfida - ikatan hidrofobik - ikatan Van der Waals

Kuarterner : gabungan bbrp unit monomer masing2 dg Kuarterner : gabungan bbrp unit monomer masing2 dg struktur primer, sekunder, dan tertier misal : Hb, LDH

Denaturasi Denaturasi dpt terjadi akibat dari : Adl rusaknya ikatan lemah dlm mempertahankan struktur primer, sekunder, tertier  aktivitas biologik hilang Secara fisik : terjadi perubahan konformasi rantai yg tidak mempengaruhi struktur primer Denaturasi dpt terjadi akibat dari : Alkohol  koagulasi/ mengendap Garam dari logam berat (HgCl2 dan silver nitrat) Panas Reagen alkaloid (asam tannat, asam pikrat) Radiasi (UV, sinar-X) pH (HCl pekat, asam nitrat pekat) Agen pengoksidasi atau pereduksi (pemutih, sulfit, oksalat) Salting out (NaCl jenuh, Na2SO4 jenuh, (NH4) 2SO4 jenuh)

Klasifikasi I. Berdasar elemen penyusun A. protein Sederhana : - albumin - globulin - protamin, dll - glutelin - prolamin B. Protein Majemuk : 1. Nukleoprotein : protein + as.nukleat - nuklein, nukleohiston 2. Glikoprotein : protein + karbohidrat - musin 3. Fosfoprotein : protein + ggs yg mengandung fosfat - kasein 4. Khromoprotein : protein + ggs berwarna - hemosianin, sitokrom 5. Lipoprotein : protein + lemak netral - fosfolipid, kholesterol 6. Metaloprotein : protein yg mengikat logam - seruloplasmin (Cu), siderofilin (Fe)

II. Berdasarkan atas kelarutan 1. Albumin : larut dlm air, garam encer 2. Globulin : larut dlm garam encer 3. Prolamin : tdk larut dlm air, larut dlm alkohol 4. Glutelin : tdk larut dlm air, larut dlm asam/ basa encer 5. Protamin : larut dlm air dan NH4OH 6. Histon : larut dlm air dan asam encer tdk larut dlm NH4OH

III. Berdasarkan struktur A. Protein fibrosa : protein yg memanjang contoh : kolagen, myosin, keratin, fibrin B. Protein globuler : protein yg rantai polipeptida-nya melingkar, sehingga bentuk molekulnya membulat contoh : albumin, globulin, enzim, hormon

IV. Berdasarkan fungsi biologik 1. Protein kontraktil : - miosin : filamen tebal pd otot - aktin : filamen tipis pd otot - dinein : silia, flagella 2. Protein cadangan : - ovalbumin : protein pd putih telur - kasein : protein pd susu - ferritin : cadangan Fe pd spleen - gliadin : protein pd gandum - zein : protein pd jagung 3. Protein enzim : - heksokinase - sitokrom C - polimerase DNA

4. Protein transporter : - hemoglobin : transfer O2 dlm darah vertebrata - hemosianin : transfer O2 dlm darah invertebrata - mioglobin : O2 dlm sel otot - albumin serum: O2 dlm asam lemak darah - seruloplasmin : Cu dlm darah 5. Protein protektif : - antibodi : membentuk komplek dg protein asing - komplemen: kompleks dg bbrp sistem antigen-antibodi - fibrinogen : prekursor fibrin dlm penggumpalan darah - trombin : pd mekanisme penggumpalan darah

6. Protein toksin (racun) : - racun Clostridium botulinum : penyebab keracunan bahan makanan - difteria : toksin bakteri - racun ular - resin : protein toksin pd jarak - gossipium : protein toksin pd kapas 7. Protein hormon : - insulin : mengatur metabolisme glukosa - hormon tumbuh : memacu pertumbuhan 8. Protein strukturil : - glikoprotein: lapis pelindung sel - sklerotin : kerangka luar insekta - kolagen : jaringan pengikat berserat

Protein Majemuk Nukleoprotein : protein bergabung dg asam nukleat Glikoprotein Fungsi : - protein struktural : kolagen - lubricant : musin, sekresi mukus - transporter bagi vitamin, lipid, mineral - pertahanan : imunoglobulin (Ig) - hormon : TSH - enzim : hidrolase, nuclease - tempat reseptor hormon - spesifikasi tipe-tipe darah manusia - Glikoforin : dlm membran eritrosit manusia - Heparin : menghambat penjendalan darah

Lipoprotein : bagian dari membran sel Lipid : trigliserida (TG) dan kolesterol, tdk larut air  harus digabung dg protein - kilomikron : mentransport lipid makanan - VLDL : mentransport TG yg disintesis oleh hepar

Protein Struktural 1. - Kreatin : protein serat yang dibuat oleh sel epidermis. -Kreatin memberikan perlindungan eksternal bagi vertebrata. Protein utama pada rambut, kuku dan kulit.

2. Kolagen: protein fibrous, komponen utama jaringan ikat Protein paling banyak jumlahnya pd manusia Terdapat di tulang, tendon, kulit, pembuluh darah, kornea.

Protein Pengatur 1. Hormon : hasil sekresi kelenjar spesifik yg akan bekerja : - pd sel didekatnya dlm suatu jaringan tertentu - pd sel ditempat dia disintetis. Contoh: a. Growth Hormon (GH): hormon pertumbuhan dan utk metabolisme normal karbohidrat, lipid dan mineral. Kekurangan hormon ini dpt menyebabkan gangguan pertumbuhan pd bayi. b. Paratiroid Hormon (PTH): mempertahankan konsentrasi kalsium cairan ekstrasel, dg bekerja langsung pd tulang dan ginjal tidak langsung pd mukosa intestinal.

c. Insulin Berfungsi dlm pengaturan kadar glukosa dlm tubuh Peningkatan konsentrasi glukosa dlm plasma merupakan faktor fisiologik penting yg mengatur sekresi insulin. Glukosa, asam lemak, dan asam amino yg diabsorpsi akan menuju ke hati. Insulin dilepas utk merespon konsentrasi glukosa darah yg tinggi. Sebagian glukosa dibawa ke otak, dan sebagian lagi ke jaringan otot dan jaringan lemak.

Structure of bovine preproparathyroid hormone Structure of human proinsulin

2. Enzim : Hampir semua enzim adalah protein - aktivitas katalitiknya bergantung pd struktur protein - enzim mempunyai berat molekul >1.000.000 - krn itu enzim berukuran amat besar dibanding dg substrat atau gugus fungsional targetnya. Kerja enzim dapat digambarkan sbb : E + S  ES  P + E Contoh enzim: Heksokinase mengkatalisis fosforilasi glukosa  glukosa-6-P

Protein Transpor : Hemoglobin dan Mioglobin 1. Mioglobin : menyimpan oksigen dlm otot 2. Hb : - membawa oksigen dari paru-paru ke jaringan - membawa H+ dan CO2 ke ginjal utk diekskresikan Substitusi asam amino dpt menimbulkan efek kecil pd fungsional molekul tapi dpt juga menimbulkan efek yg serius. misal : substitusi val  glu menyebabkan anemia sel sabit Figure The  2  2 Tetramer of Human Hemoglobin.

Protein Protektif Contoh : 1. Antibody (imunoglobulin = Ig) yg berinteraksi dg protein asing atau antigen. Antibody Structure 2. Fibrinogen digunakan dlm pembekuan darah.

Protein utk media perambatan implus syaraf Contoh: Rhodopsin : suatu protein yg bertindak sbg penerima warna atau cahaya pd sel-sel mata. Protein dlm informasi genetik Protein yg dpt mempengaruhi fungsi bagian-bagian DNA yg mengatur sifat dan karakter. Contoh : - Protein histon - Protein non histon

Protein Kontraktil Molekul Miosin Dua protein utama otot adalah aktin dan miosin. 1. Aktin (G-aktin) monomerik (globuler) protein yg menyusun 25% berat protein otot. 2. Miosin : menyusun 55% berat protein otot dan membentuk filamen tebal bagian fibrosa yg terdiri atas 2 buah heliks yg saling terpilin Masing2 heliks tsb memiliki regio globuler yg terikat dg salah satu ujung heliks. terdiri atas 2 pasang rantai berat dan dua pasang rantai ringan. Hidrolisis ATP dapat menghasilkan gerakan. Molekul Miosin

Protein Nutrien dan Cadangan Protein nutrien dan penyimpan terdapat pd : Biji tumbuhan menyimpan protein nutrient yg dibutuhkan utk pertumbuhan embrio tanaman. Contoh : protein biji gandum, jagung dan beras Ovalbumin : protein nutrient pd putih telur Kasein: protein utama pd susu. Protein cadangan dlm tubuh misal feritin sbg cadangan zat besi

CLASSIFICATION ACCORDING TO COMPOSITION Conjugated protein Prostetic group example Nucleoprotein Nucleic acid Chromosomes Glycoprotein Carbohydrate Mucin in saliva Phosphoprotein s Phosphate Casein in milk Chromoproteins Chromophore Hb, hemocyanin, Flavoprot, cyt Lipoprotein Lipid Fibrin in blood Metaloprotein Metals Ceruloplasmin, siderophilin

Proteins Classified According to Function Type of Protein Example Use Structural Collagen Keratin In structure of connective tissue In structure of hair and nails Contractile Myosin, actin In muscle contraction Storage Ferritin In storage of iron needed to make hemoglobin Transport Hemoglobin Serum albumin In carrying oxygen In carrying fatty acids Hormones Insulin In metabolism of carbohydrates Enzymes Pepsin In digestion of protein Protective Gamma globulin Fibrinogen In antibody formation In blood clotting Toxins Venoms poisons