PENDAHULUAN Kemungkinan sempat terlintas pertanyaan dalam pikiran kita bahwa bagaimana kita yang berawal dari zigot yang kita ketahui hanya berupa satu sel mampu tumbuh besar menjadi manusia dewasa dengan miliaran sel dalam tubuh kita. Namun demikian ada juga beberapa kasus seperti orang kerdil yang mungkin kita jumpai. Di lain kasus ada juga pertumbuhan orang yang super tinggi bagai raksasa. Beberapa pertanyaan lain mungkin juga muncul begitu saja ketika kita memikirkan hal tersebut. Misalnya telor ayam yang biasa kita konsumsi apakah memang diciptakan untuk kita makan. Dan rasanyapun cukup enak. Namun jika dierami oleh induknya dalam waktu tertentu, telur yang kita lihat hanya terdiri dari putih dan kuning telur tersebut akan menetas menjadi anak ayam. Luar biasa sekali ayam bisa “muncul” dari telur tersebut. Kita juga mengetahui bahwa kita perlu makan makanan yang bergisi jika ingin tumbuh dan hidup sehat. Lalu apakah ayam dalam telur tersebut makan? Belakangan ini juga banyak kita lihat baik melalui media cetak maupun elektronik suatu penelitian yang dilakukan oleh kelompok ilmuan untuk menjawab tantangan melawan penuaan. Tentunya untuk mencapai bisa berhasil dibutuhkan suatu pengetahuan dasar tentang bagaimana mekanisme penuaan itu sendiri. Factor-faktor apa saja yang terlibat, bagaimana cara factor tersebut mempengaruhi dan lain sebagainya. Pertanyaan lain misalnya bagaimana jika di dalam lambung kita tidak mengandung molekul-molekul yang membantu mencerna makanan? Bayangkan juga seekor anaconda mampu menelan seekor babi ke dalam perutnya yang akan tercerna sempurna dalam beberapa bulan. Pertanyaan-pertanyaan di atas akan mulai menjadi jelas jika kita melihat ke dalam reaksi yang terjadi pada level sel yang begitu rumit namun teratur yang keseluruhannya diistilahkan dengan metabolisme. Salah satu molekul penting yang berperan dalam metabolisme sel organisme adalah enzim. Anabolisme atau reaksi pembentukan serta katabolisme atau reaksi pemecahan silih berganti dilakukan oleh sel dengan bantuan enzim dalam rangka sintesis protein sebagai molekul pembangun yang berkontribusi dalam pertumbuhan kita. Sel juga melakukan reaksi untuk mensinteis suatu protein hormone yang akan mengkoordinasi aktivitas kita. Agar reaksi di dalam sel sendiri berjalan efektif, sel juga mensintesis molekul katalitik yang kita kenal dengan enzim yang juga merupakan molekul protein termodifikasi kusus. Dalam tulisan ini kami akan coba membahas prinsip-prinsip dasar tentang protein serta enzim yang begitu beragam serta berperan sentral dalam menjamin kelangsungan hidup suatu organisme . PROTEIN I GEDE SUDIRGAYASA
22
Embed
PROTEIN DAN ENZIM - · PDF fileyang berawal dari zigot yang kita ketahui hanya berupa satu sel mampu tumbuh besar ... Anabolisme atau reaksi pembentukan serta ... dan proses ini
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PENDAHULUAN
Kemungkinan sempat terlintas pertanyaan dalam pikiran kita bahwa bagaimana kita
yang berawal dari zigot yang kita ketahui hanya berupa satu sel mampu tumbuh besar
menjadi manusia dewasa dengan miliaran sel dalam tubuh kita. Namun demikian ada juga
beberapa kasus seperti orang kerdil yang mungkin kita jumpai. Di lain kasus ada juga
pertumbuhan orang yang super tinggi bagai raksasa. Beberapa pertanyaan lain mungkin juga
muncul begitu saja ketika kita memikirkan hal tersebut. Misalnya telor ayam yang biasa kita
konsumsi apakah memang diciptakan untuk kita makan. Dan rasanyapun cukup enak.
Namun jika dierami oleh induknya dalam waktu tertentu, telur yang kita lihat hanya terdiri
dari putih dan kuning telur tersebut akan menetas menjadi anak ayam. Luar biasa sekali
ayam bisa “muncul” dari telur tersebut. Kita juga mengetahui bahwa kita perlu makan
makanan yang bergisi jika ingin tumbuh dan hidup sehat. Lalu apakah ayam dalam telur
tersebut makan? Belakangan ini juga banyak kita lihat baik melalui media cetak maupun
elektronik suatu penelitian yang dilakukan oleh kelompok ilmuan untuk menjawab
tantangan melawan penuaan. Tentunya untuk mencapai bisa berhasil dibutuhkan suatu
pengetahuan dasar tentang bagaimana mekanisme penuaan itu sendiri. Factor-faktor apa
saja yang terlibat, bagaimana cara factor tersebut mempengaruhi dan lain sebagainya.
Pertanyaan lain misalnya bagaimana jika di dalam lambung kita tidak mengandung
molekul-molekul yang membantu mencerna makanan? Bayangkan juga seekor anaconda
mampu menelan seekor babi ke dalam perutnya yang akan tercerna sempurna dalam
beberapa bulan.
Pertanyaan-pertanyaan di atas akan mulai menjadi jelas jika kita melihat ke dalam
reaksi yang terjadi pada level sel yang begitu rumit namun teratur yang keseluruhannya
diistilahkan dengan metabolisme. Salah satu molekul penting yang berperan dalam
metabolisme sel organisme adalah enzim. Anabolisme atau reaksi pembentukan serta
katabolisme atau reaksi pemecahan silih berganti dilakukan oleh sel dengan bantuan enzim
dalam rangka sintesis protein sebagai molekul pembangun yang berkontribusi dalam
pertumbuhan kita. Sel juga melakukan reaksi untuk mensinteis suatu protein hormone yang
akan mengkoordinasi aktivitas kita. Agar reaksi di dalam sel sendiri berjalan efektif, sel juga
mensintesis molekul katalitik yang kita kenal dengan enzim yang juga merupakan molekul
protein termodifikasi kusus.
Dalam tulisan ini kami akan coba membahas prinsip-prinsip dasar tentang protein
serta enzim yang begitu beragam serta berperan sentral dalam menjamin kelangsungan
hidup suatu organisme .
PROTEIN I GEDE SUDIRGAYASA
A. Protein
1. Prinsip polimer
Protein merupakan salah satu jenis makromolekul kehidupan selain karbohidrat,
lipid, dan asam nukleat. Oleh karena itu, sebelum membahas lebih jauh mengenai
hubungan struktur dan fungsi dari protein sabagai suatu makromolekul, pertama akan
dibahas mengenai generalisasi umum bagaimana sel menyusun molekul besar tersebut
dari molekul yang lebih kecil.
a. Sebagian besar makromolekul adalah polimer
Tiga molekul besar di antara empat kategori senyawa organik kehidupan:
karbohidrat, protein, dan asam nukleat adalah molekul yang menyerupai rantai yang
disebut polimer ( dari bahasa Yunani polys, berarti “banyak”, dan meris yang berarti
“bagian”). Polimer adalah suatu molekul panjang yang terdiri dari banyak blok
penyusun yang identik atau serupa yang dihubungkan dengan ikatan-ikatan kovalen,
mirip seperti kereta api yang terdiri dari rangkaian gerbong. Unit-unit yang disusun
berulang-ulang yang berfungsi sebagai blok penyusun suatu polimer adalah molekul
kecil yang disebut monomer. Beberapa molekul tersebut yang berfungsi sebagai
monomer juga memiliki fungsi lain.
Makromolekul polimer berbeda sifatnya dari monomer penyusunnya, akan
tetapi mekanisme kimiawi yang digunakan sel untuk membuat dan memutus
polimer secara mendasar adalah sama. Monomer-monomer dihubungkan melalui
suatu reaksi di mana dua molekul berikatan secara kovalen satu sama lain melalui
pelepasan satu molekul air; reaksi ini disebut reaksi kondensasi atau reaksi
dehidrasi karena molekul yang hilang adalah air. Ketika ikatan terbentuk antara dua
monomer, setiap monomer menyumbangkan bagian dari molekul air yang hilang itu:
satu molekul memberikan gugus hidroksil ( -OH), sementara yang lainnya
memberikan hidrogen (-H). Untuk membuat suatu polimer, reaksi ini dilakukan
secara berulang saat monomer ditambahkan ke rantai itu satu demi satu. Sel harus
mengeluarkan energi untuk melaksanakan reaksi kondensasi ini, dan proses ini
terjadi hanya dengan bantuan enzim, suatu protein terspesialisasi yang
mempercepat laju reaksi kimiawi dalam sel yang akan kita bahas nanti.
Polimer akan diurai menjadi monomernya melalui hidrolisis, suatu proses yang
pada prinsipnya merupakan kebalikan dari reaksi dehidrasi. Hidrolisis berarti
memutus dengan air ( dari bahasa Yunani hydro berarti “air” dan lysis berarti
“memutus”). Ikatan dari monomer-monomer diputuskan dengan penambahan
molekul air, hidrogen dari molekul air terikat dengan satu monomer, dan gugus
hidroksil terikat dengan monomer didekatnya. Contoh hidrolisis yang bekerja dalam
tubuh kita adalah proses pencernaan. Sejumlah besar materi organik dalam
makanan kita berbentuk polimer yang terlalu besar untuk dapat masuk ke dalam sel
kita. Di dalam saluran pencernaan, berbagai enzim menghancurkan polimer itu
sehingga mempercepat hidrolisis. Monomer yang dibebaskan kemudian diserap ke
dalam aliran darah untuk didistribusikan ke seluruh sel-sel tubuh. Sel-sel itu
kemudian dapat menggunakan reaksi dehidrasi untuk merakit monomer itu menjadi
polimer baru yang berbeda dari polimer yang dicerna sebelumnya.
Gambar 1. Sintesis dan Perombakan Polimer
b. Variasi polimer yang sangat banyak dapat dibangun dari sekumpulan kecil
monomer.
Masing-masing sel memiliki ribuan jenis makromolekul yang berbeda. Jenis-
jenis makromolekul tersebut bervariasi dari satu jenis sel ke jenis sel yang lain dalam
organisme yang sama. Perbedaan yang hakiki antara saudara sekandung
menggambarkan variasi dalam polimer, kususnya DNA dan protein. Perbedaan
molekuler antara individu-individu yang tidak saling berkerabat, jauh lebih besar
lagi, dan perbedaan antara spesies-spesies makin besar lagi. Keragaman
makromolekul dalam dunia kehidupan sangat besar dan potensi keragaman sungguh
tak terbatas.
Apa yang menjadi dasar keragaman seperti itu dalam polimer kehidupan?
Molekul-molekul ini disusun hanya dari 40 sampai 50 monomer yang umum dan
beberapa monomer lain yang jarang sekali muncul. Pembentukan keragaman
polimer yang begitu besar dari monomer-monomer yang jumlahnya terbatas analog
dengan menyusun ratusan ribu kata hanya dari 26 huruf alfabet. Kuncinya adalah
pengaturan, variasi urutan linier dari unit-unit penyusunnya. Protein misalnya,
dibangun dari 20 jenis asam amino yang tersusun dalam rantai dengan ratusan
asam amino panjangnya. Molekul-molekul kecil yang dimiliki oleh semua organisme
disusun menjadi makromolekul yang unik. Prinsip yang perlu diingat bahwa
makromolekul memiliki sifat-sifat baru yang tidak ditemukan pada blok-blok
penyusunnya.
2. Protein perkakas molekuler sel
Peran penting protein dapat dilihat dari namanya yang berasal dari bahasa Yunani
proteios yang artinya “tempat pertama.” Protein meliputi 50% bobot kering sebagian
besar sel, dan molekul ini sangat berguna sebagai alat bantu dalam hampir setiap hal
yang dilakukan oleh organisme. Protein digunakan untuk dukungan struktural,
penyimpanan, transport substansi lain, pengiriman sinyal dari satu bagian organisme ke
bagian lain, pergerakan, dan pertahanan melawan substansi asing. Sebagai emzim,
protein juga mengatur metabolism. Manusia memiliki puluhan ribu protein yang
berbeda, masing-masing dengan struktur dan fungsi yang spesifik.
Table 1. Gambaran Umum Fungsi Protein
JENIS PROTEIN FUNGSI CONTOH GAMBAR
Protein structural Pendukung Serangga dan laba laba menggunakan serat sutera, masing-masing untuk membentuk kokon dan sarangnya
Protein simpanan Cadangan
asam amino Ovalbumin adalah protein pada putih telur yang digunakan sebagai sumber asam amino bagi embrio yang sedang berkembang, kasein protein susu merupakan sumber asam amino untuk bayi mamalia. Tumbuhan memiliki protein cadangan di dalam bijinya
Protein transport Mengangkut substansi lain
Hemoglobin, protein yang mengandung besi dalam darah vertebrata mengangkut oksigen dari paru paru ke bagian tubuh lain. Protein transport lainnya mengangkut molekul melewati membrane sel
Protein hormonal Koordinasi aktivitas organism
Insulin, suatu hormone yang disekresi oleh pancreas membantu mengatur konsentrasi gula dalam darah vertebrata
Protein reseptor Respon sel terhadap rangsangan kimiawi
Reseptor yang ada di dalam membrane sel-sel saraf akan mendeteksi sinyal kimiawi yang dilepaskan oleh sel-sel saraf lainnya
Protein kontraktil Pergerakan Aktin dan myosin bertanggung jawab atas pergerakan otot. Protein kontraktil bertanggung jawab atas pergerakan atau getaran silia dan flagella yang menggerakkan banyak sel
Protein pertahanan
Perlindungan terhadap penyakit
Antibody menyerang bakteri dan virus
Protein enzimatik Percepatan
reaksi-reaksi kimiawi secara selektif
Enzim pencernaan menghidrolisis polimer dalam makanan
Protein merupakan molekul yang dikenal mempunyai struktur paling rumit. Sesuai
dengan fungsinya yang beragam itu, molekul protein sangat beragam strukturnya. Setiap
jenis protein memiliki bentuk tiga dimensi atau konformasi yang unik. Meskipun protein
beragam, semua molekul protein merupakan polimer yang dibangun dari kumpulan 20
asam amino yang sama. Polimer asam amino disebut polipeptida. Suatu protein terdiri
atas satu atau lebih polipeptida yang terlipat dan terbelit membentuk suatu kesesuaian
yang spesifik (Campbell, 2004).
a. Polipeptida adalah polimer asam amino yang dihubungkan dalam suatu urutan
yang spesifik
Asam amino adalah molekul organik yang memiliki gugus karboksil dan gugus
amino. Pada bagian pusat asam amino terdapat suatu atom karbon asimetrik.
Keempat pasangannya yang berbeda itu adalah gugus amino, gugus karboksil, atom
hidrogen dan berbagai gugus yang disimbulkan dengan R. Gugus R itu yang juga
disebut rantai samping. Gugus R bisa sesederhana seperti atom hidrogen, misalnya
pada asam amino glisin, atau bisa juga suatu kerangka karbon dengan berbagai
gugus fungsional yang terikat seperti pada glutamin.
Gambar 2. Rumus Umum Asam Amino
Sifat kimiawi dan fisik rantai samping akan menentukan karakteristik yang unik
dari suatu asam amino tertentu. Pada gambar 3. asam amino dikelompokkan sesuai
sifat rantai sampingnya. Satu kelompok terdiri atas asam amino dengan rantai
samping nonpolar, yang bersifat hidrofobik. Kelompok lain terdiri atas asam amino
dengan rantai samping polar yang bersifat hidrofilik. Asam amino bersifat asam atau
asidik adalah asam amino dengan rantai samping yang umumnya bermuatan negatif
akibat kehadiran suatu gugus karboksil yang umumnya terurai (terionisasi) pada
tingkat pH seluler. Asam amino bersifat basa atau basik mempunyai gugus amino
pada rantai sampingnya yang umumnya bermuatan positif. Karena bersifat ionik,
rantai samping asidik dan basik juga bersifat hidrofilik.
Bagaimana asam amino berikatan membentuk polimer? Ketika dua asam amino
diposisikan sedemikian rupa sehingga gugus karboksil dari satu asam amino
berdekatan dengan gugus amino dari asam amino yang lain, suatu enzim akan dapat
menyatukan kedua asam amino tersebut melalui reaksi dehidrasi. Ikatan kovalen
yang dihasilkan disebut ikatan peptida. Jika dilakukan berulang-ulang, proses ini
akan menghasilkan polipeptida, suatu polimer yang terdiri dari banyak asam amino
yang berikatan melalui ikatan peptida. Pada salah satu ujung rantai polipeptida itu
terdapat satu gugus amino bebas. Dengan demikian, rantai tersebut memiliki
polaritas dengan ujung amino ( terminal N) dan ujung karboksil ( terminal C).
Panjang polipeptida berkisar mulai dari hanya beberapa monomer sampai ke seribu
monomer atau lebih setiap polipeptida spesifik memiliki urutan linier yang unik yang
terdiri dari asam-asam amino. Keragaman polipeptida yang begitu besar yang
ditemukan di alam ini menggambarkan konsep penting yang telah dibahas
sebelumnya bahwa sel dapat menghubungkan sejumlah monomer yang terbatas ke
dalam urutan yang sangat beragam.
Dari sekitar dua puluhan asam amino yang kita kenal, sekitar sepuluh macam
tidak bisa dibentuk oleh tubuh manusia dan harus didatangkan dari asupan
makanan. Itulah yang disebut asam amino esensial, sering juga disebut asam amino
indispensable. Asam amino esensial ini diperlukan untuk pertumbuhan tubuh. Jika
kekurangan kelompok asam amino ini akan menderita busung lapar (kwashiorkor).
Itu sebabnya asupan asam amino yang cukup dari makanan selalu diperlukan setiap
hari. Asam amino yang termasuk ke dalam kelompok esensial diantaranya :