protein - eLisa UGM

PROTEIN
1. Introduction
2. Asam Amino
3. Structure and Protein Classification.
4. Changes and Reaction :
a. Denaturation
b. Nonenzymic Browning.
5. Functional Properties.
a. Ionic Bonding
b. Water Holding Capacity
Food Chemistry
(de Man, 1999)
1. Introduction
Asal kata dari Bahasa Greek.
 Proteios (primary, utama)
 Protos (first, utama).
 suatu bahan yang menduduki tempat (posisi)
utama atau pertama.
Definisi
Protein merupakan senyawa makromolekul yang
tersusun atas asam amino – asam amino yang
dihubungkan melalui ikatan peptida sehingga senyawa
ini disebut juga polipeptida
1. Introduction
• Komposisi proteins :
• Carbon
: 50 – 55 %
• Hydrogen : 6 – 7 %
• Oxygen
: 20 – 23 %
• Nitrogen
: 12 – 19 %
• Sulfur
: 0,2 – 3,0 %
• Asam amino primer : 20 jenis
• Sintesis protein terjadi di ribosome kemudian
beberapa asam amino dimodifikasi di sitoplasma
1. Introduction
Fungsi Protein :
(1) zat pembangun tubuh (pertumbuhan) dan
memperbaiki sel rusak
(2) media kontraksi jaringan (otot)
(3) zat cadangan (pada susu dan bijian)
(4) zat pembawa (misalnya oksigen dibawa oleh
hemoglobin dalam darah)
(5) zat pelindung (antibodi)
(6) sebagai biokatalisator (enzim)
(7) sebagai hormon
(8) sebagai racun (toxin).
1. Introduction
• Asam amino
• Senyawa organik yang bersifat amfoter,
mengandung gugus amino (NH2), gugus
karboksil (COOH), atom H dan gugus R
sebagai rantai cabang
• Peptida
• Senyawa yang terdiri dari 2 atau lebih asam
amino yang saling dihubungkan dengan ikatan
peptida (CONH)
• Protein
• Senyawa polipeptida yang tersusun atas asam
amino
2. Asam Amino
Fungsi Asam Amino
• Penyusun protein, termasuk enzim.
• Kerangka dasar sejumlah senyawa
penting dalam metabolisme (terutama
vitamin, hormon dan asam nukleat).
• Pengikat ion logam penting yang
diperlukan dalam dalam reaksi
enzimatik (kofaktor).
2. Asam Amino
• Struktur dasar protein adalah α - Asam Amino
yang terdiri atas
• Atom karbon α yang berikatan secara
kovalen dengan atom hidrogen, gugus
amino, gugus karboksil dan rantai samping
gugus R.
Carboxyl group (acidic)
COOH
COOH
Amino group (basic )
NH2
H
Cα
H
Cα
NH2
Atom C asimetris
R
R
L-Amino acid
D-Amino acid
Stereochemistry of amino acids
Gugus R yang
membedakan struktur
dan sifat asam amino
satu dan lainnya
2. Asam Amino
• Klasifikasi Asam Amino berdasarkan interaksinya dengan
air :
• Hidrophobic (limited solubility in water, non-polar)
• Aliphatic (Ala, Ile, Leu, Met, Pro, Val)
• Aromatic (Phe, Trp, Tyr)
• Hydrophilic (polar, quite soluble in water)
• Charged (Arg, Asp, Glu, His, Lys)
• Positively charged at neutral pH (Arg and Lys)  contain
guanidino and amino group
• Negatively charged at neutral pH (Asp and Glu) 
contain carboxyl group
• The net charge of protein is dependent on relative
number of basic and acidic amino acid residues in the
protein
• Uncharged (Ser, Thr, Asn, Gln, Cys)  neutral amino acids.
Berikatan dengan air melalui ikatan hidrogen gugus hidroksil
dengan air
2. Asam Amino
Asam amino sendiri merupakan asam organik
yang bersifat amfoter yang mengandung gugus
amino (NH2), gugus karboksil (COOH), atom
hydrogen dan gugus R (rantai cabang).
Ikatan peptida (--CONH--) merupakan ikatan
yang terbentuk antara gugus alfa karboksil
suatu asam amino dengan gugus alfa amino
dari asam amino lainnya.
2. Asam Amino
• Acid-base properties of amino acids
• Ampholytes (behave both as acids and bases)
COO-
COOH
COO-
K1
H
Cα
NH3
+
K2
H
H+
R
Acidic
(+)
pKa1 : pH at which [COO-] = [COOH]
pKa2 : pH at which [NH3+] = [NH2]
Cα
NH3
+
H
- H+
R
Neutral
• neutral pH
• dipolar ion
• zwitter ion
• isoelectric point (PI),
NEC = 0
Cα
R
Basic
(-)
NH2
2. Asam Amino
2. Asam Amino
2. Asam Amino
2. Asam Amino
2. Asam Amino
2. Asam Amino
2. Asam Amino
3. Struktur & Klasifikasi Protein
• Definisi protein : polimer yang terdiri atas asam
amino yang dihubungkan dengan ikatan peptida
• Klasisifikasi Berdasarkan Asal protein :
• Homoprotein : not enzymatically modified in cells.
• Heteroprotein (conyugated protein) : modified
or complexes covalently or non-covalently linked with
non-protein components (prosthetic group)
• Nucleoproteins (ribosomes)
• Glycoprotein (ovalbumin, caseins)
• Phosphoprotein (α dan β caseins)
• Lipoproteins (egg yolks)
• Metalloproteins (myoglobin, hemoglobin)
3. Struktur & Klasifikasi Protein
• Berdasarkan struktur
• Globular  spherical and ellipsoidal shapes.
Sebagai hasil dari pelipatan rantai
polipeptidanya
• Fibrous  rod shapes, linier polipetida
(collagen, tropomyosin, keratin, elastin)
• Berdasarkan Fungsi :
•
•
•
•
•
•
•
•
Enzyme catalyst
Structural proteins
Contractil proteins (myosin, actin)
Transfer proteins (serum albumin, hemoglobin)
Antibodies (immunoglobulins)
Storage proteins (eggs, seed proteins)
Hormonal (insulin)
Toxic (snake venom)
3. Struktur & Klasifikasi Protein
• Primary structure
• Struktur protein ditinjau dari urutan asam aminonya
• Struktur protein yang merupakan urutan linear asam
amino yang terhubung melalui ikatan kovalen berupa
ikatan peptida (ikatan amida)
• protein yang membentuk rantai lurus dan panjang
sebagai untaian polipeptida tunggal
• Secondary Structure
• Struktur protein ditinjau tidak hanya pada urutan AAnya
saja tapi juga dari struktur bangunnya
•
Protein sudah mengalami interaksi intermolekul, melalui rantai
samping asam amino. Ikatan pembentuk struktur ini didominasi
oleh ikatan hidrogen antar rantai samping yang membentuk
pola tertentu bergantung pada orientasi ikatan hidrogennya
3. Struktur & Klasifikasi Protein
• Tertiary Structure
• Struktur protein yang digambarkan kembali
atas bentuk primer dan sekundernya sehingga
diketahui bentuk lipatan intra molekularnya
• struktur yang dibangun oleh struktur primer
atau sekunder dan distabilkan oleh interakasi
hidrofobik, hidrofilik, jembatan garam, ikatan
hidrogen dan ikatan disulfida (antar atom S)
sehingga strukturnya menjadi kompleks
• Quaternary Structure
• Struktur protein yang terdiri atas dua atau lebih
struktur tertiernya yang bergabung secara
kovalen
• hasil interaksi dari beberapa molekul protein
tersier
3. Struktur & Klasifikasi Protein
• Ikatan peptida
3. Struktur & Klasifikasi Protein
• Peptida dan Ikatan peptida
H
NH3
+
C
H
COO-
NH3
+
C
+
R1
R2
H
NH3
+
C
COO-
H
CO
NH
C
Ikatan peptida
R1
R2
dipeptida
COO-
+ H 2O
3. Struktur & Klasifikasi Protein
H
NH3
+
C
H
CO
NH
C
H
CO
NH
C
H
CO
NH
C
COO-
Ikatan peptida
R1
R2
R2
R2
n
N-terminal
Second A.A
C-terminal
3. Struktur & Klasifikasi Protein
1. Atas dasar komposisi kimia penyusun
a. Simple protein
• Tediri atas hanya asam amino (AA)
b. Conyugated protein
• Terdiri atas AA + komponen organik maupun an organik
• Misalnya : Nucleoprotein  Nucleic acid + protein
Lipoprotein  Lipid + protein
Glycoprotein  Karbohidrat + protein
c. Derived protein
• Diturunkan dari kelompok a dan b di atas.
3. Struktur & Klasifikasi Protein
2. Atas dasar kelarutan
a. Albumin
• Larut dalam air
• Mengendap dengan (NH4)2. SO4
• Mis: egg albumin dan lactalbumin
b. Globulin
• Larut dalam garam netral
• Misalnya : Actin, miosin, dll.
c. Histone
• Larut dalam air
d. Prolamine
• Larut dalam 50 – 90% etanol
e. Protamine
• Membentuk kompleks dengan asam nukleat
f. Skleroprotein
• Tidak larut dalam air
3. Struktur & Klasifikasi Protein
3. Atas dasar bentuk
a. Fibrous protein (silk, wool, hair)
• Collagen
• Elastin
• Keratin
b. Globular protein
• Larut dalam air, asam, basa, etanol
• Misalnya : Albumin, lactalbumin, hormon, enzyme
4. Changes and Reaction
Denaturation :
Perubahan struktur protein dari bentuk alami nya, tanpa
merubah struktur primernya
Sebab-sebab :
• Suhu
• Bahan Kimia (asam, basa)
4. Changes and
Reaction
4. Changes and Reaction
• Chemical reaction of functional group in amino acids
and proteins
• Reaction of Amino groups  (deamination, reductive
alkylation, acetylation, guanidation, etc)
• Reaction of carboxyl groups (esterification, reduction,
decarboxylation)
• Reaction of Sulfhydryl groups (oxidation, blocking)
• Chemical reagents to detect amino acids
• Ninhydrin
• O-phthaldialdehyde
• Fluorescamine
4. Changes and Reaction
• Pemanasan protein dapat menyebabkan
terjadi reaksi yang diharapkan maupun yang
tidak diharapkan.
• Contoh : denaturasi, kehilangan aktivitas
enzim, perubahan kelarutan dan hidrasi,
perubahan warna, derivatisasi residu asam
amino, cross-linking, pemutusan ikatan
peptida, dan pembentukan senyawa yang
secara sensori aktif.) dan Reaksi Maillard
(interaksi protein dan gula pereduksi)
5. Sifat Fisik, Kimia & Fungsional
1. Sifat Fisik  Makromolekul
Pemisahan dengan
• Electrphoresis
• Sedimentasi
• Sentrifugasi
2. Sifat Kimia  Protein memiliki gugus reaktif,
sehingga dapat bersifat
• Amphoter :
• Asal kata (bhs Greek) : ampho = both
• Mempunyai dua sifat berlawanan, khususnya
kemampuan bereaksi sebagai asam atau basa
• Dapat bereaksi dengan asam atau basa
• Dapat memberi dan menerima proton sekaligus
• Mengikat ion (binding of ion)
• Mengikat air (Hydration)
5. Sifat Fisik, Kimia & Fungsional
• Amphoter
• Asal kata (bhs Greek) : ampho = both
• Mempunyai dua sifat berlawanan, khususnya
kemampuan bereaksi sebagai asam atau basa
• Dapat bereaksi dengan asam atau basa
• Dapat memberi dan menerima proton sekaligus
COO-
COOH
COO-
K1
H
Cα
NH3
+
R
pH < pI :
• Acidic
• Cationic (+)
K2
H
H+
Cα
NH3
+
H
- H+
R
Neutral
• neutral pH
• dipolar ion
• zwitter ion
• isoelectric point (PI), NEC = 0
Cα
NH2
R
pH > pI :
• Basic
• Anionic (-)
5. Sifat Fisik, Kimia & Fungsional
• Isoelectric point (titik isoelectric)
• Adalah menunjukkan nilai pH dimana
AA memiliki muatan total (net electrical
charge, NEC) nol (NEC = 0) dalam satu
larutan tertentu
• Zwitter ion = dipolar ion
• Senyawa yang memiliki dua kutub yang
berlawanan
5. Sifat Fisik, Kimia & Fungsional
• Binding of Ion
• Pada pH > pI :
• Protein / AA bersifat anionik (COO-)
 mengikat Cation (Ca2+, dll)
• Pada pH < pI :
• Protein / AA bersifat cationik (NH3+)
 mengikat Anion (Cl-, dll)
• Dalam bahan pangan, terdapat
campuran berbagai protein dengan
berbagai pI  mengikat berbagai ion
5. Sifat Fisik, Kimia & Fungsional
• Hydration of protein
• Kemampuan protein dalam mengikat air
• Pada gugus N (amino)
 Pada N terminal + N pada rantai peptida
• Pada gugus C (karboksil)
 Pada C terminal + C karbonil rantai peptida
• Negativitas N < C
• Pada pH > pI atau pH < pI  protein memiliki afinitas
terhadap air lebih besar dibandingkan pd pH = pI.
• Agregat molekul air akan terbentuk pada titik polar
protein
• Hydrasi protein tergantung pada :
• Konsentrasi protein
• pH
• Adanya senyawa lain (kekuatan ion)
• Suhu
5. Sifat Fisik, Kimia & Fungsional
• Interaksi protein dan air
• Melalui ikatan peptida dalam rantai
polipeptida
• Dipole – dipole atau ikatan hidrogen
• Melalui gugus R (rantai cabang) asam amino
(AA)
• Interaksi melalui ionisasi, polar dan non
polar
• Kelarutan protein dalam air tergantung pada :
• pH : pH > pI  protein bermuatan Dapat berinteraksi
pH < pI  protein bermuatan + dengan air
Protein
pH = pI  protein netral (NEC=0)  mengendap
5. Sifat Fisik, Kimia & Fungsional
• Interaksi protein dan air (lanjutan)
• Adanya senyawa lain  kekuatan ionik (µ) :
• µ = ½ Σ (Ci x Zi2)  C = konsentrasi ion;
Z = valensi ion
• Misal: adanya garam
pada 0,5 – 1 M  kelarutan protein naik  salting in.
pada > 1 M  kelarutan protein turun  salting out
 protein mengendap karena
Interaksi : Air – garam > air – protein sehingga
terjadi interaksi protein – protein.
5. Sifat Fisik, Kimia & Fungsional
• Interaksi protein dan gula  Non
enzymatic browning
• Maillard reaction :
• Jenis gula  (gugus karbonil)
• Jenis protein  (gugus amino)