REAKSI-REAKSI SPESIFIK PADA PROTEIN

 REAKSI SPESIFIK PROTEIN

Protein adalah senyawa organik komplek berbobot molekul besar yang terdiri dari asam amino yang dihubungkan satu sama lain dengan ikatan peptida. Molekul protein mengandung karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan kadang kala sulfur serta fosfor. Protein tersusun dari peptida-peptida sehingga membentuk suatu polimer yang disebut polipeptida. Setiap monomernya tersusun atas suatu asam amino. Asam amino adalah molekul organik yang memiliki gugus karboksil dan gugus amino yang mana pada bagian pusat asam amino terdapat suatu atom karbon asimetrik (Gambar 1). Pada keempat pasangannya yang berbeda itu adalah gugus amino, gugus karboksil, atom hidrogen, dan berbagai gugus yang disimbolkan dengan huruf R. Gugus R disebut juga sebagai Rantai samping yang berbeda dengan gugus amino. (Campbell et al., 2009).

Gambar 1. Struktur umum asam amino (Lehninger et al., 2004).

Gambar 2. Level dari struktur protein (Berg et al., 2006).

Protein yang tersusun dari rantai asam amino akan memiliki berbagai macam struktur yang khas pada masing-masing protein. Karena protein disusun oleh asam amino yang berbeda secara kimiawinya, maka suatu protein akan terangkai melalui ikatan peptida dan bahkan terkadang dihubungkan oleh ikatan sulfida. Selanjutnya protein bisa mengalami pelipatan-pelipatan membentuk struktur yang bermacam-macam. Adapun struktur protein meliputi struktur primer, struktur sekunder, struktur tersier, dan struktur kuartener (Gambar 2).  

 Gambar 3. Reaksi pembentukan peptida melalui reaksi dehidrasi (Voet & Judith, 2009).

 Gambar 4. Struktur primer dari protein (Campbell et al., 2009).

Struktur primer merupakan struktur yang sederhana dengan urutan-urutan asam amino yang tersusun secara linear yang mirip seperti tatanan huruf dalam sebuah kata dan tidak terjadi percabangan rantai (Gambar 4). Struktur primer terbentuk melalui ikatan antara gugus α–amino dengan gugus α–karboksil (Gambar 3). Ikatan tersebut dinamakan ikatan peptida atau ikatan amida (Berg et al., 2006; Lodish et al., 2003). Struktur ini dapat menentukan urutan suatu asam amino dari suatu polipeptida (Voet & Judith, 2009). 

Struktur sekunder merupakan kombinasi antara struktur primer yang linear  distabilkan oleh ikatan hidrogen antara gugus =CO dan =NH di sepanjang tulang belakang polipeptida. Salah satu contoh struktur sekunder adalah α-heliks dan β-pleated (Gambar 5 dan 6). Struktur ini memiliki segmen-segmen dalam polipeptida  yang terlilit atau terlipat secara berulang. (Campbell et al., 2009; Conn, 2008).

Gambar 5. Struktur sekunder α-heliks (Murray et al, 2009).

 Gambar 6. Struktur sekunder β-pleated (Campbell et al., 2009).

Struktur α-heliks terbentuk antara masing-masing atom oksigen karbonil pada suatu ikatan peptida dengan hidrogen yang melekat ke gugus amida pada suatu ikatan peptida empat residu asam amino di sepanjang rantai polipeptida (Murray et al, 2009).

Pada struktur sekunder β-pleated terbentuk melalui ikatan hidrogen antara daerah linear rantai polipeptida. β-pleated ditemukan dua macam bentuk, yakni antipararel dan pararel (Gambar 7 dan 8). Keduanya berbeda dalam hal pola ikatan hidrogennya. Pada bentuk konformasi antipararel memiliki konformasi ikatan sebesar 7 Å, sementara konformasi pada bentuk pararel lebih pendek yaitu 6,5 Å (Lehninger et al, 2004). Jika ikatan hidrogen ini dapat terbentuk antara dua rantai polipeptida yang terpisah atau antara dua daerah pada sebuah rantai tunggal yang melipat sendiri yang melibatkan empat struktur asam amino, maka dikenal dengan istilah β turn yang ditunjukkan dalam Gambar 9 (Murray et al, 2009).

 Gambar 7. Bentuk konformasi antipararel (Berg, 2006).

 Gambar 8. Bentuk konformasi pararel (Berg, 2006).

 

Gambar 9. Bentuk konformasi β turn yang melibatkan empat residu asam amino (Lehninger et al., 2004).

Struktur tersier dari suatu protein adalah lapisan yang tumpang tindih di atas pola struktur sekunder yang terdiri atas pemutarbalikan tak beraturan dari ikatan antara rantai samping (gugus R) berbagai asam amino (Gambar 10). Struktur ini merupakan konformasi tiga dimensi yang mengacu pada hubungan spasial antar struktur sekunder. Struktur ini distabilkan oleh empat macam ikatan, yakni ikatan hidrogen, ikatan ionik, ikatan kovalen, dan ikatan hidrofobik. Dalam struktur ini, ikatan hidrofobik sangat penting bagi protein. Asam amino yang memiliki sifat hidrofobik akan berikatan di bagian dalam protein globuler yang tidak berikatan dengan air, sementara asam amino yang bersifat hodrofilik secara umum akan berada di sisi permukaan luar yang berikatan dengan air di sekelilingnya (Murray et al, 2009; Lehninger et al, 2004).

 

Gambar 10. Bentuk struktur tersier dari protein denitrificans cytochrome C550 pada bakteri Paracoccus denitrificans (Timkovich and Dickerson, 1976).

Struktur kuarterner adalah gambaran dari pengaturan sub-unit atau promoter protein dalam ruang. Struktur ini memiliki dua atau lebih dari sub-unit protein dengan struktur tersier yang akan membentuk protein kompleks yang fungsional. ikatan yang berperan dalam struktur ini adalah ikatan nonkovalen, yakni interaksi elektrostatis, hidrogen, dan hidrofobik. Protein dengan struktur kuarterner sering disebut juga dengan protein multimerik. Jika protein yang tersusun dari dua sub-unit disebut dengan protein dimerik dan jika tersusun dari empat sub-unit disebut dengan protein tetramerik (Gambar 11) (Lodish et al., 2003; Murray et al, 2009).

Protein berperan penting dalam pembentukan struktur, fungsi, regulasi sel-sel makhluk hidup dan virus. Protein juga bekerja sebagai neurotransmiter dan pembawa oksigen dalam darah (hemoglobin). Protein juga berguna sebagai sumber energi tubuh.

Analisis protein dapat dilakukan dengan dua metode, yaitu ; Secara kualitatif terdiri atas ; reaksi Xantoprotein, reaksi Hopkins-Cole, reaksi Millon, reaksi Nitroprusida, dan reaksi Sakaguchi. Secara kuantitatif terdiri dari ; metode Kjeldahl, metode titrasi formol, metode Lowry, metode spektrofotometri visible (Biuret), dan metode spektrofotometri UV.
 
Analisa Kualitatif. :

1. Reaksi Xantoprotein

     

      Uji xantoprotein merupakan uji kualitatif pada protein yang digunakan untuk menunjukkan adanya gugus benzena (cincin fenil). Asam amino yang menunjukkan reaksi positif untuk uji ini adalah tyrosin, phenilalanin, dan tryptophan. Reaksi positif ada uji xantoprotein adalah munculnya gumpalan atau cincin warna kuning. Pada uji ini, digunakan larutan HNO₃ yang berfungsi untuk memecah protein menjadi gugus benzena.

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 ialah nitrasi pada inti benzena yang terdapat pada molekul protein. Reaksi ini positif untuk protein yang mengandung tirosin, fenilalanin dan triptofan.

2. Reaksi Hopkins-Cole
Uji hopkins cole atau tes hopkins cole merupakan uji kimia yang digunakan untuk menunjukkan adanya asam amino triptofan. Pereaksi yang dipakai mengandung asam glioksilat. Kondensasi 2 inti induk dari trptofan oleh asam glioksilat akan menghasilkan senyawa berwarna ungu. Reaksi positif ditunjukkan dengan adanya cincin ungu pada bidang batas.
          Reaksi kondensasi merupakan penggabungan monomer-monomer menjadi polimer disertai dengan pelepasan molekul kecil seperti H2O, NH3, atau HCl. Secara sederhana dapat dijelaskan sebagai reaksi penggabungan molekul kecil untuk menghasilkan molekul yang lebih besar dengan disertai pelepasan molekul kecil seperti air. Reaksi kondensasi juga sering disebut dengan istilah polimerisasi kondensasi (pembentukan polimer dengan cara kondensasi).
Pada reaksi kondensasi setiap monomer harus memiliki dua gugus fungsional pada kedua ujungnya sehingga dapat ditambahkan pada unit rantai polimer yang telah terbentuk. Salah satu contoh reaksi kondensasi adalah terbentuknya polipeptida dari penggabungan asam amino. Polipeptida (protein) merupakan hasil kondensasi asam amino dengan melepaskan molekul air. Kondensasi asam amino menjadi protein terjadi di sitoplasma sel dengan bantuan organel ribosom.

Gambar 1. Pembentukan polipeptida

Asam amino yang satu dan lainnya disatukan dengan membentuk ikatan peptida. Setiap asam amino memiliki dua gugus fungsional yaitu karboksil (-COOH) dan amina (-NH2). Gugus karboksil dan gugus amina akan berikatan membentuk ikatan peptida dengan melepaskan molekul H2O, seperti nampak pada Gambar 1 di atas.

Contoh lain reaksi kondensasi adalah dalam produksi nylon untuk kepentingan andustri. Nylon dapat disintesis dengan mereaksikan 1,6 – diaminoheksana dan asam adipat. Pembentukan nylon terjadi antara dua molekul berbeda yang berikatan dengan ikatan amida dan melepaskan molekul H2O.

Gambar 2. Pembentukan nylon

Contoh lainnya adalah pembentukan metil etanoat yang berasal dari kondensasi antara asam metanoat dan metanol dengan melepaskan molekul air. 

Gambar 3. Pembentukan metil etanoat

Larutan protein yang mengandung triptofan dapat direaksikan dengan pereaksi Hopkins-Cole yang mengandung asam glioksilat. Pereaksi ini dibuat dari asam oksalat dengan serbuk magnesium dalam air. 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 tersebut.

3. Reaksi Millon

Pereaksi Millon adalah larutan merkuro dan merkuri nitrat dalam asam nitrat. Apabila pereaksi ini ditambahkan pada larutan protein, akan menghasilkan endapan putih yang dapat berubah menjadi merah oleh pemanasan. Pada dasarnya reaksi ini positif untuk fenol-fenol, karena terbentuknya senyawa merkuri dengan gugus hidroksifenil yang berwarna.

4. Reaksi Natriumnitroprusida

Rekasi ini terjadi apabila pelarutnya adalah larutan amoniak. Protein yang mengandung senyawa sistein akan menunjukkan hasil yang positif.
Natriumnitroprusida dalam larutan amoniak akan menghasilkan warna merah dengan protein yang mempunyai gugus –SH bebas. Jadi protein yang mengandung sistein dapat memberikan hasil positif.

5. Reaksi Sakaguchi

      Tes Sakaguchi adalah tes kimia yang diberi nama setelah ilmuwan yang pertama kali menggambarkannya pada tahun 1925, Schoyo Sakaguchi. Tes ini dilakukan dengan apa yang dikenal sebagai reagen Sakaguchi, kombinasi 1-naphthol dan sodium hypobromite. Ketika reaktan ditambahkan, kelompok guanidin dalam arginin bereaksi dengannya untuk membentuk warna kemerahan.
Gugus guanidin adalah gugus karbon dengan ikatan tunggal ke dua atom nitrogen dan ikatan rangkap ke satu atom nitrogen. Tes Sakaguchi mengandung sodium hypobromite, agen pengoksidasi. Reaksi oksidasi dengan gugus guanidin inilah yang memberi hasil warna kemerahan. Menurut Reference.com, reagen yang digunakan dalam tes Sakaguchi cukup berbahaya. Tes yang lebih aman yang menghasilkan hasil serupa adalah Uji Biuret. Tes ini juga dapat digunakan untuk menguji arginin dan zat lain, tetapi reagen yang digunakan adalah natrium hidroksida, tembaga sulfat dan kalium natrium tartrat, yang lebih aman daripada zat yang digunakan dalam tes Sakaguchi. Uji Biuret menghasilkan perubahan warna biru-ke-merah muda sebagai hasil dari tes.
Pereaksi yang digunakan ialah naftol dan natriumhipobromit. Pada dasarnya reaksi ini memberikan hasil positif apabila ada gugus guanidin. Jadi arginin atau protein yang mengandung arginin dapat menghasilkan warna merah.

6. Metode Biuret
Larutan protein dibuat alkalis dengan NaOH kemudian ditambahkan larutan CuSO4 encer. Uji ini untuk menunjukkan adanya senyawasenyawa yang mengandung gugus amida asam yang berada bersama gugus amida yang lain. Uji ini memberikan reaksi positif yaitu ditandai dengan timbulnya warna merah violet atau biru violet.

 PERMASALAHAN

1.  Bagaimana reaksi yang terjadi pada reaksi millon ?

2. Apakah reaksi-reaksi spesifik pada protein sama dengan reaksi spesifik pada asam aminio? 

3. Reaksi apa yang dapat terjadi pada reaksi-reaksi spesifik pada protein ? Apakah reaksi kondensasi ?