1

MAKALAH BIOMOLEKULAR

PEMICU 2: PROTEIN

Disusun Oleh: Kelompok Anti Kodom

Aditya Bintang P./1206202091

Eni Mulyatiningsih/1206201971 Jeriko Rama G./1206201984

Reza Syahandika/1206240013 Wildan Nurasad/1206202160

Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik

Universitas Indonesia Depok

2013

2

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat dan hidayah-

Nya kami dapat menyelesaikan makalah sebagai laporan hasil diskusi pemicu 2 mata kuliah

Biomolekular yang bertopik protein. Makalah ini berisi penjelasan tentang protein yang

mencakup struktur, fungsi, sintesis dan analisis.

Terima kasih kami ucapkan kepada kedua orang tua kami yang telah mendukung

segala bentuk kegiatan perkuliahan yang kami jalani; Bapak selaku dosen Biomolekular

yang telah mengajarkan ilmunya yang sangat bermanfaat kepada kami, mahasiswa DTK,

sehingga kami dapat mengerjakan makalah ini dengan baik; dan semua pihak yang telah

membantu menyelesaikan makalah ini yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu di sini.

Semoga makalah ini dapat bermanfaat dan menambah pengetahuan mengenai

protein dan isu-isu terkait.

Depok, Maret 2013

Penulis

3

DAFTAR ISI

Kata Pengantar……………………………………………………………………………………….2 Daftar Isi………………………………………………………………………………………………3 Pembahasan

A. Struktur Protein…………………………………………………………………………….4

B. Fungsi Protein……………………………………………………………………………..10

C. Biosintesis Protein…………………………………………………………………………17

D. Analisis Protein…………………………………………………………………………….24

E. Aplikasi Protein…………………………………………………………………………….31

Kesimpulan………………………………………………………………………………………….36

Daftar Pustaka………………………………………………………………………………………37

4

A. STRUKTUR PROTEIN Protein adalah makromolekul yang tersusun dari bahan dasar asam amino. Asam amino yang menyusun protein ada 20 macam. Protein terdapat dalam sistem hidup semua organisme baik yang berada pada tingkatan rendah maupun yang berada pada tingkatan tinggi. Protein mempunyai fungsi utama yang kompleks dalam semua proses biologi. Protein berfungsi sebagai katalisator, sebagai pengangkut dan penyimpan molekul lain seperto oksigen, mendukung secara mekanis sistem kekebalan, menghsilkan pergerakan, sebagai transistor syaraf dan mengndalikan pertumbuhan dan perkembnagan. Karena kekompeksan sistem dan juga fungsinya maka struktur protein lah yang menjadi penentu utama fungsi tadi. Secara dasar struktur protein dibagi atas struktur primer , sekunder, terdier, dan kuaterner. Pembagian ini didasari oleh kekompleksan dan juga struktur yang menyusunnya.

Gambar 1. Jenis struktur Protein

1. Primer

Struktur primer suatu protein adalah urutan uniknya yang terdiri dari asam amino. Misalnya, kita akan mempelajari struktur primer lisozim, enzim antibakteri. Lisozim adalah protein yang relatif kecil, rantai polipeptida tunggalnya hanya 129 asam amino panjangnya. Masing-masing dari 20 asam amino menempati setiap 129 posisi di sepanjang rantai itu. Struktur primer mirip dengan tatanan huruf dalam sebuah kata yang sangat panjang. Jika dibiarkan membentuk sendiri akan ada 20129 cara yang berbeda untuk mengatur asam amino menjadi suatu rantai polipeptida sepanjang ini. Namun demikian, struktur primer suatu protein yang tepat tidak ditentukan oleh ikatan acak asam amino itu, akan tetapi oleh informasi genetik yang diwarisi. Perubahan yang sedikit sekalipun dalam struktur primer akan dapat mempengaruhi konformasi protein dan kemampuannya untuk digunakan. Misalnya, substitusi 1 asam amino dengan asam amino lain pada posisi tertentu dalam struktur primer hemoglobine menyebabkan anemia sel sabit (sickle-cell), suatu kelainan darah turunan.

5

Pelopor penentuan struktur primer protein adalah Frederick Sanger, Cambridge University, Inggris, akhir tahun 1940 dan awal tahun 1950 mengerjakan urutan asam amino hormon insulin. a). Asam amino Asam amino merupakan unit dasar struktur protein . asam amino terdiri dari gugus amino, gugus karbosil, atom H, dan gugu R tertentu yang semuanya terikat pada ataom karbon α karena bersebelahan dengan gugus karbosil(asam). Gugus R menyatakan rantai samping.

1). Penamaan

o penamaan asam amino didasarkan pada struktur D-gliserida jika NH3+ terletak disebelah kanan. Sedangkan jika NH3+ berada disebelah kiri maka diberi awalan L. Jenis asam amino memiliki banyak jenis yang berrdasarkan dari susunannya, seperti:

Gambar 2. Penamaan Asam Amino

6

b. Ikatan peptida

pada protein, gugus karbosil α asam amino terikat dengan gugus amino α asam amino lain dengan ikatan poli peptida/ ikatan amida secara kovalen membentuk rantai polipeptida. Pada pembentukan suatu dipeptida dari dua asam amino akan terjadi pengeluaran molekul air. Ikatan peptida ini sangat stabil dan hidrolisis kimia memerluka kiondisi yang sagat ekstream. Dalam tubuh, ikatan ini duiraikan oleh enzim proteolitik yang biasa disebut protease atau peptidase. Banyak asam amino yang berikatan memalui ikatan peptida membentuk rantai polipeptida tak ber cabnag. Asam amino disalam suatu protein disebut residu asam amino. Residu asama amino pada salah satu ujung rantai memiliki sebuah gugus amino bebas dan rantai yang lain memiliki gugus karbosil bebas.

Gambar 3. Ikatan Peptida

1) konformasi

Rantai polipeptida dengan suatu urutan asam amino tertentu dapat secara spontan mengatur diri mengambil suatu bentuk 3 dimensi yang dipertahankan oleh interaksi-interaksi yang menyebabkan struktur sekunder dan tersier. Keadaan ini terjadi secara normal ketika protein itu sedang disintesis di dalam sel. Kondisi fisik & kimiawi lingkungan protein menentukan konformasi protein. Jika pH, konsentrasi garam, suhu, atau aspek lain dari lingkungannya diubah, protein tersebut bisa terbuka dan kehilangan konformasi aslinya, suatu perubahan yang disebut denaturasi. Setelah berubah bentuk, protein terdenaturasi itu menjadi inaktif secara biologis.

2) Resonansi Resonansi erjadi apabila struktur protein mengalami pertukaran bentuk dengan benturk resonansi atau bentuk perulangannya.

2. Sekunder Daerah dalam struktur rantai peptida dapat membentuk struktur regular, berulang, dan lokal yang terjadi akibat adanya ikatan hidrogen antara atom-atom ikatan peptida. Ini berhubung dengan pengaturan kedudukan ruang residu asam amino yang berdekatan dengan urutan linear. Daerah yang mencagkup struktur sekunder adalah α heliks dan β sheet.

a. α heliks Pada susatu heliks, terbentuk ikatan antara masing-masing atom oksigen karbonil pada ikatan peptida dengan hidrogen yang melekat pada atom nitrogen amida pada suatu ikatan peptida 4 residu asam amino di sepeanjang rantai polipeptida. Jika tulang punggung polopeptida ini terpilin dengan jumlah yang sama akan terbentuk struktur heliks atau pilinan. Dimana masing-masing ikatan peptida dihubungkan dengan ikatan hidrigen ke ikatan residu asam amino didepannya dan 4 asam amino dibelakangnya dalam urutan primer. Ada beberapa tipe heliks yang terbentuk lewat pemilininan dengan taraf adan arah yang berbeda yang digambarkan olah jumlah(n) residu aminoasil perputaran dan jumlah tonjolan/pitch(p) atau jarak putaran yang dibentuk heliks sepanjang sumbunya.heliks polipeptida

7

yang terbentuk dari asam amino kiral akan memperlihatkan kiralitas, yaitu heliks itu bisa berdomain kiri atau kanan.

Gambar 4. α heliks

b. β pleated sheet Konformasi reguler yang kedua terdapat pada lembaran yang terlipat struktur β atau β pleated sheet. Simbol β menunjukan bahwa stuktur ini merupakan struktur reguler kedua yang diperjelas. Istilah lemabaran lipatan menunjukan pemanpakan struktur tersebut kalau dilihar dari pinggir atas berbeda dengan α heliks, β sheet terbentuk melalui ikatan hidrogen antara daerah liniar rantai polipeptida. Ikatan hidrogen ini terjadi antara oksigen karboil dan satu ikatan peptida dan nitrigen dari ikatan peptida lainnya. Ikatan hidrogen dapat terbentuk antara dua rantai pilopeptida yang terpisah atau antara dua daerah pada sebuah rantai tunggal yang melipat sendiri. Proses pelipatan ini melibatkan 4 struktur asam amino yang diketahui sebagai β turn.

Gambar 5. Ikatan Hidrogen dalam Protein

i. parallel Pada pararel ikatan antar rantai peptida terjadi dengan sisi sebaliknya dehingga ikatan yang terjadi melengkung tau tidak tepat lurus. Hal ini karna jarak antara O dan NH terbatasi oleh R, sehingga lebih membuka(ikatan seperti huruf V

ii. anti parallel Pada anti parallel posisi rantai saling berhadapan dengan unsur R yang berlawanan arah hal ini mengakibatkan jarak antara O dan NH tidak dibatasi oleh R sehingga ikatan dapat tegak lurus dan lebuh pendek.

8

Gambar 6. β pleated sheet

c. heliks kolagen Heliks kolagen terbentuk dari ikatan dua atau lenih rantai poliprptida. Ikatan ini rantai ini yag disebut super koil. d. b turns B turns adalah wilayah dari protein yang melibatkan 4 residu berturut-turut dimana rantai polipeptidamelipat kembali pada dirinya sendiru hampit 180o. Ini memberikan protein globular bukan kelinearan.b turns memiliki dua tipe yang berbeda. Tipe ini didasari oleh oleh NH(i)-CO(i).

Gambar 7. Tipe b tums

i. tipe 1 Pada tipe 1 letak NH(i)-CO(i) dengan posisi atom N didepan dan posisi atom O dibelakang.

ii. tipe 2

Pada tipe 2 letak NH(i)-CO(i) dengan posisi atom N dibelakang dan atom O didepan.

3. tersier Struktur tersier menggambarkan pengaturan ruang residu asam amino yang berjauhan di urutan linear dan pola ikatan-ikatan disulfida. struktur ini merupakan konformasi tiga dimensi keseluruhan. Kata tersier mengacu pada hubungan spesial antara unsur struktur sekunder.

9

Pelipatan yang terjadi pada suatu domain biasanya terjadi tanpa tergantung pasa pelipatan domain lainnya. Namun pada struktur tersier hal ini akan dijelaskan. Cara pelipatan dimana proteib dapat menyatukan asam amino yang letaknya terpisah dalam pengertian struktur primer dan ikatan yang menstabilkan konformasi ini. a. protein fibrosida Protein fibros adalah protein yag terdiri dari beberapa rantai peptida berbentuk spiral yang terjalin satu sama lain sehingga menyerupai batrang yang kaku. Karakter dari bentuk ini adalah berbentuk serabut dengan kekuatan yang tinggi dan kelarutan yag rendah juga ketahannya terhadap enzim pencernaan.

i. Keratin

Keratin adalah penyusun dsar dari rambut dan kuku. Struktur ini merupakan super coil kidal yang terdiri dari tiga rantai peptida yang menjadi satu. Kekuatan utama dari keratin adalah struktur melingkar adalah interaksi hidrofobik antara residu non polar sepanjang keratin segmen heliks. Selain karna itu kandungan sulfur yang membentuk ikatan/ jembatan sulfida akan membuat keratin lebih kaku.

ii. kolagen kolagen merupakan material yang mempunyai kekuatan rentang dan stuktur yang banyak terdapat dalam vetebrata. Kolagen seperti keratin terdapat pada kulit dan tendon. Namaun struktur kolagen adalah penunjang yang lebih lentur jika dibandingkan dengan keratin. Keratin tersusun atas tiga tingkat:

kerangka kovalen terdiri dari rantai protein indivudual. Residu asam amino yang paling berimpah adalah glisin.

Tiga rantai bergabung untuk membentuk triplet heliks dalam struktur sekunder. Tripel heliks ini merupakan satuan struktural dasar kolagen atau tropokolagen

Satuan tropokolagen yang terangkaikan secara kovalen, yang kemudian membentuk suatu ikatan atau berkas yang disebut microfibril.

b. protein globular Protein globular berbentuk bola. Protein ini agak larut dalam air dan membentuk koloid. Srtuktur bola ini disebabkan oleh protein tersier. Molekul hidropobik asam amino terbatasi dibagian dalam molekul sedangkan bagian hidrofilik asam amino terikat dibagian luar, sehingga terjadi interaksi dipol-dipol dengan pelarut.

Gambar 8. Globular protein

10

4. quatener

Struktur quaterner menggambarkan pengaruh submit protein dalam ruang. Protein dengan dua tau lebih rantai poliprptida trikat oleh kekuatan non kovalen memperlihatkan struktur kovalen. Pada protein ini masing-masing rantai polipeptida disebut protomer atau submit. Protomer tersebut disatukan oleh jenis interaksi non kovalen yang sama berperan dalam struktur tersier yaitu interaksi elektrostatik san hidrofobik serta ikatan hidrogen. Protein yang yang tersusun dari dua atau empat sibmit masing-masing disebut protein tetrametrik atau dimetrik.

a. heterodimer hetero dimer adalah protein yang terdiri dari dua makromolekul yang berbeda.

b. Homodimer dimer adalah makromolekul kompleks yang terdiri dari dua, biasanya ikatan non kovalen. Protein heterodimer adalah protein yang terdiri dari dua molekul identik.

5. denaturasi protein Denaturasi protein adalha proses pembentukan struktur lengkap dan karakteristik bentuk protein yang diakibatkan gangguan interaksi sekunder, tersier, dan kuaterner. Karena fungsi bioklimia tergantung pada tiga dimensi bentuknya atau susunan senyawa yang terdapat pada asam amino. Hasil dari denaturasi adalah hilangnnya aktivitas biokimia yang terjadi didalam senyawa protein itu sendiri. Perubahan yang terjadi hanya secara struktural bukan secara kandungan hal ini menyababkan kandungan dalam protein akan tetap pada kenanyakan kasus. Penyebab protein terdenaturasi;

Dipindahkan dari lingkungan aqueous ke suatu pelarut organik, seperti eter dan kloroform; protein akan menjadi terbalik (bagian luar masuk ke bagian dalam), daerah hidrofobiknya berganti tempat dengan bagian hidrofiliknya.

Agen denaturasi lain meliputi bahan kimia yang merusak/ mengganggu ikatan hidrogen, ikatan ionik, dan jembatan disulfida yang mempertahankan suatu bentuk protein.

Denaturasi dapat terjadi juga disebabkan oleh panas yang berlebihan, yang merangsang rantai polipeptida berubah. Putih telur menjadi buram tidak transparan selama pemasakan karena protein yang telah terdenaturasi tersebut itu menjadi tidak larut lagi dan mengalami pemadatan.

Ketika suatu protein terdenaturasi oleh panas/ bahan kimiawi, protein akan kembali ke bentuk fungsionalnya bila agen pendenaturasi ini dihilangkan.

B. FUNGSI PROTEIN 1. Protein Struktural Protein struktural diartikan sebagai jenis protein yang mempunyai fungsi sebagai penyangga dan pembangun struktur sel mahluk hidup, misal di dalam tulang, kuku, rambut, pembuluh darah, dan lain-lain. Secara umum protein yang termasuk ke dalam jenis ini adalah kolagen, elastin, keratin, dan tubulin.

Kolagen Matriks bagian luar pada jaringan penghubung di tubuh manusia terdiri dari banyak jenis protein, namun di dominasi oleh kolagen. Dalam tubuh manusia kolagen berfungsi seperti perekat yang menyatukan tubuh dan jumlahnya mencapai 30% dari total protein yang ada. Struktur kolagen adalah triple helix yang terbentuk dari 3 rantai polipeptida. Berikut daftar tipe-tipe kolagen dan letaknya di dalam tubuh: Tabel 1. Tipe dan letak beberapa jenis kolagen

Tipe Letak Distribusi Jaringan

Kolagen pembentuk fibril

11

I tulang, tendon, ligamen, kornea

II tulang rawan, nukleus pulposus

III kulit, paru-paru, hati

V paru-paru, kornea, tulang

XI tulang rawan, vitreous body

Kolagen pembentuk membran dasar

IV membran jaringan dalam di bawah epitel

Kolagen mikrofibrial

VI lapisan dermis, tulang rawan, paru-paru

Anchoring fibril

VII kulit, lapisan dermis

Kolagen pembentuk jaringan hexagonal

VIII sel endotelial, membran descemet

X tulang rawan hipertropik

Kolagen FACIT

IX tulang rawan, kornea

XII ligamen, tendon

XIV lapisan dermis, tendon, hati

XIX rhabdomysarcoma

XX tendon, kulit embrio

XXI pembulih darah

Kolagen transmembran

XIII lapisan epidermis, hati, paru-paru, usus

XVII lapisan dermis

Multiplexin

XV ginjal, pankreas

XVI keratinosit, amnion

XVIII paru-paru, hati (Sumber: Gelse, K, dkk. ―Collagens—structure, function, and biosynthesis‖)

Elastin Protein struktural jenis ini penting untuk jaringan di dalam tubuh manusia yang bergantung pada elastisitas, seperti pada kulit di bagian tertentu dan pita suara. Elastin mempunyai peranan penting untuk menjaga dan menunjang kesehatan sel. Kandungan dari elastin adalah glisin, alanin, prolin, dan valin. Struktur elastin tidak seperti kolagen, melainkan fleksibel seperti karet yang mudah berubah bentuk.

Keratin Keratin adalah filamen pembentuk protein dengan sifat fisikokimia yang spesifik dan diekstrak dari lapisan epidermis. Bagian epitel semua vertebrata memiliki keratin, dan pada tubuh manusia protein struktural jenis ini adalah penyusun lapisan terluar kulit.

12

Gambar 9. Lapisan Kulit

(Sumber: bestofbothworldsaz.com

Tubulin Mikrotubuli adalah filamen struktur intraselular yang berguna dalam penyusunan struktur. Selain itu mikrotubuli juga berperan dalam pergerakan sel eukariotik, transport intrasel, divisi sel, dan lain-lain.

Gambar 10. Proses pembentukan tubulin (Sumber: http://www.ruf.rice.edu/~bioslabs/studies/invertebrates/microtubules.html)

Langkah awal pembentukan tubulin adalah DNA mengalami transkripsi untuk membentuk mRNA. Kemudian mRNA mengalami translasi untuk membentuk protein. Protein yang dihasilkan adalah alpha tubulin dan beta tubulin. Kedua jenis tubulin ini akan berikatan untuk membentuk tubulin heterodimer.

2. Protein Sebagai Katalis/Enzym Fungsi protein dalam hal ini adalah untuk mempercepat proses reaksi biokimia di dalam tubuh namun kehadirannya tidak merubah komposisi reaksi.

Oxidoreductase Enzim yang berfungsi mengkatalis perpindahan electron dari satu molekul ke molekul lainnya, atau dengan kata lain berhubungan dengan reaksi oksidasi dan reduksi. Enzim ini terdiri dari 2 jenis yaitu oxidase dan dehirogenase. Oxidase diperlukan ketika terjadinya reaksi yang membuat oksigen berperan sebagai penerima elektron. Sedangkan dehirogenase berperan untuk mengoksidasi substrat dengan cara mentransfer hydrogen. Enzim oxidoreductase berperan dalam respirasi aerob/anaerob.

Transferase Enzim yang mengkatalis perpindahan suatu gugus (group transfer). Biasanya molekul yang berperan sebagai donor adalah kofaktor dari molekul yang nantinya menjadi akseptor. Contohnya adalah heterokinase dalam proses glikolisis.

Hidrolase Enzim yang mengkatalis reaksi hidrolisis, atau menguraikan zat tertentu dengan bantuan air. Proses perpindahan yang terjadi adalah perpindahan gugus senyawa kimia ke air.

Lyases Enzim yang mengkatalis reaksi dengan cara menambahkan gugus fungsi untuk memecah ikatan rangkap di suatu molekul, atau kebalikannya yaitu menghilangkan gugus fungsi untuk membentuk ikatan rangkap di molekul. Contohnya adalah penggunaan fruktosa

13

bifospat aldolase untuk mengubah fruktosa 1,6 bifospat menjadi gliseraldehid 3 fospat dan dihidroksiaseton fospat dengan memutus ikatan rangkap C.

Isomerase Enzim yang mengkatalis perubahan struktur gugus fungsi di suatu molekul sehingga membentuk isomernya. Perubahan yang terjadi bisa secara struktural ataupun geometri. Contohnya adalah fospoglukosa isomerase untuk mengubah glukosa 6-fospat menjadi fruktosa 6-fospat.

Ligase Enzim yang mengkatalis pengikatan/penggabungan dari 2 molekul, dan bisa juga untuk membentuk ikatan karbon-karbon, karbon-nitrogen, karbon-oksigen, dan lain-lain. Contohnya adalah dalam replikasi DNA, yang menggunakan ligase untuk menyambung fragmen Okazaki.

3. Protein Sebagai Motor Penggerak Protein jenis ini mampu bergerak di permukaan zat tertentu (mikrotubulus dan filamen aktin) karena memanfaatkan energi yang dihasilkan dari reaksi hidrolisis ATP, dan mengubah energi kimia menjadi mekanik. Protein penggerak terdiri dari 3 jenis yaitu myosin, kinesin, dan dynein.

Myosin Myosin berperan besar dalam kontraksi otot. Kontraksi otot bisa terjadi karena adanya interaksi antara myosin dengan aktin. Apabila kita umpamakan cara kerja otot, maka myosin berfungsi sebagai penggerak (motor), aktin adalah filamen tempat myosin bergerak, dan ATP adalah sumber yang dibutuhkan untuk menggerakan myosin (motor). Sebenarnya myosin terdiri dari 13 jenis, yang dikategorikan menjadi bagian kepala, badan, dan ekor. Namun intinya masing-masing bagian tersebut mempunyai fungsi masing-masing dan berkesinambungan ketika myosin berinteraksi dengan aktin.

Kinesin Kinesin adalah protein penggerak yang menggunakan mikrotubulus sebagai jalur pergerakannya. Fungsi dari kinesin adalah untuk membantu transport intraseluler. Arah pergerakan kinesin di mikrotubulus adalah menuju sisi akhir (+) atau disebut anterograde transport. Dalam pergerakannya bagian kepala kinesin mengikat mikrotubuli dan ATP, sedangkan bagian ekor mengikat vesikel. Selain itu tiap membrane vesikel dipindahkan oleh protein penggerak kinesinnya masing-masing (unik).

Dynein Dynein adalah protein penggerak mirip seperti kinesin namun memungkinkan pergerakan seperti bergeser. Arah pergerakan dynein di mikrotubuli kebalikan dari kinesin, yaitu menuju sisi akhir (-) atau disebut retrograde transport. Pengikatan bagian kepala dan ekor dynein sama seperti kinesin.

4. Protein Sebagai Pelindung Tubuh Protein pelindung ini berfungsi untuk melindungi tubuh dari serangan zat-zat asing. Dalam prosesnya protein ini akan menghasilkan sistem imunitas atau kekebalan tubuh. Secara garis besar protein pelindung ini dibagi menjadi 2 kriteria yaitu protein komplemen dan protein antibodi. Protein komplemen menghancurkan zat asing dari dalam. Contoh mekanismenya adalah:

1. Protein komplemen melekat pada zat asing 2. Komplemen menyerang membrane zat asing dan mengeluarkan ion-ion kalsium yang ada

di dalamnya 3. Cairan dan garam di sekitar akan berusaha masuk ke dalam zat asing karena ada

perbedaan konsentrasi 4. Ketika cairan dan garam yang masuk berlebih akan menyebabkan zat asing hancur dari

dalam (lisis/pecah)

Antibodi adalah protein dengan bentuk dan kemampuan khusus yang mampu mendeteksi dan menempel pada benda asing seperti bakteri/virus dan kemudian menghancurkannya. Antibodi mempunyai 2 fungsi terpisah, pertama yaitu kemampuan untuk mengenal dan menempel pada benda asing tertentu dan yang kedua adalah berperan seperti penanda. Penanda ini akan

14

mengirim sinyal ke bagian sistem imun yang lain dan akan menyerang zat asing. Berikut beberapa jenis protein antibodi:

Immunoglobin Immunoglobin adalah molekul glikoprotein yang diproduksi dari sel plasma karena adanya respon untuk melawan antigen (zat asing). Immunoglobin bersifat sangat spesifik, sehingga tiap antigen akan diikat/ditempel oleh immunoglobin yang berbeda.

Aglutinin Aglutinin adalah protein yang mampu menyebabkan antigen menjadi menggumpal. Ketika antigen ini menggumpal maka akan lebih mudah untuk dikeluarkan dari tubuh.

Opsonin Protein yang menempel pada antigen dan memberi sinyal kepada leukosit untuk memusnahkan virus/bakteri tertentu.

Lisin Protein antibodi yang cara kerjanya mirip dengan protein komplemen, yaitu menghancurkan antigen dari dalam dengan cara lisis (pecah).

Presipitin Protein antibodi yang melindungi tubuh dengan cara mengendapkan antigen.

Selain protein pelindung, leukosit (sel darah putih) juga berperan besar dalam melawan zat asing yang masuk ke dalam tubuh. Leukosit dibagi menjadi 2 jenis, jenis pertama adalah granulosit yang terdiri dari basofil, eosinofil, dan neutrofil. Jenis kedua adalah agranulosit yang terdiri dari limfosit dan monosit. Berikut kegunaannya:

Basofil, melawan antigen dengan mengeluarkan reaksi alergi.

Eosinofil, jumlahnya akan meningkat dalam tubuh apabila ada kehadiran zat asing.

Neotrofil, melawan antigen dengan cara fagositosis dan jenis leukosit pertama yang

memberi tanggapan pada antigen.

Limfosit, melawan antigen dengan membentuk antibodi. Terdiri dari 3 jenis yaitu sel B

(membuat antibodi dengan sistem memori), sel T (pembantu), dan sel natural killer (membunuh sel tertentu)

Monosit, bersifat fagosit dan diproduksi di jaringan getah bening

E. Protein Sebagai Penyimpanan Molekul

15

Protein sebagai penyimpanan molekul ini diartikan protein yang mampu menyimpan/menampung zat tertentu yang masih berguna untuk manusia. Sehingga protein ini bisa digunakan sebagai cadangan energi atau memang membantu proses metabolisme tubuh. Berikut beberapa protein yang termasuk dalam jenis ini:

Hemoglobin Protein ini mampu menyimpan/mengikat oksigen sehingga berperan besar dalam transportasi oksigen. Walaupun memang hemoglobin juga bisa mengikat karbon monoksida. Hemoglobin berada di sel darah merah.

Gambar 11. Hemoglobin

(Sumber: www.masimo.fr)

Ovalbumin Ovalbumin adalah glikoprotein yang terdiri 54% dari total protein di putih telur. Protein ini banyak menyimpan asam amino dan bisa digunakan sebagai cadangan energi

Kasein Protein utama di dalam susu sapid an kandungannya mencapai 80% dari kandungan total protein susu sapi

Ferritin Protein sebagai tempat penyimpanan ion besi dan banyak ditemukan di limfa. Fungsinya tidak hanya sebagai tempat penyimpanan namun juga bisa mengeluarkan ion besi di dalam tubuh sebagai proses regulasi.

Gambar 12. Ferritin

(Sumber: www.chemistry.wustl.edu)

5. Protein Sebagai Hormon Protein berperan dalam membentuk hormon dan membantu mengkontrol fungsi tubuh yang berhubungan dengan interaksi kerja beberapa organ. Namun tidak semua hormon pasti dibentuk dari protein. Hormon yang dibentuk dari protein disebut hormon peptide. Contohnya adalah seperti insulin, yang berfungsi mengatur kadar gula dalam darah dan berhubungan dengan organ pancreas dan hati. Contoh lainnya adalah sekretin, yang berfungsi membantu proses pencernaan dengan menstimulasi pancreas dan usus.

6. Protein Sebagai Signaling Signaling ini diartikan proses reaksi yang dilakukan oleh sel akibat dari perubahan lingkungan luar. Reaksi ini terjadi karena sel mempunyai kemampuan untuk

16

beradaptasi/menyesuaikan diri dengan memproses rangsangan yang diterima dari luar. Contohnya adalah organisme prokariotik yang mempunyai sensor untuk mendeteksi nutrisi dan mengarahkannya ke sumber makanan. Dalam organisme multiseluler faktor-faktor seperti hormon, neurotransmitter, dan komponen matrix ekstraseluler merupakan beberapa jenis sinyal sel yang digunakan. Contohnya seperti neurotransmitter, yaitu molekul yang mentransmisi dan meneruskan suatu sinyal jarak pendek dari 1 neuron ke neuron lainnya atau antara sel otot. Namun ada juga beberapa sel yang memberi respon terhadap rangsangan mekanis. Contohnya adalah sel sensor di kulit yang memberi respon terhadap tekanan atau panas. Tiap sel mampu mengolah rangsangan yang diterima dari luar karena adanya protein yang disebut reseptor, yang berfungsi mengikat molekul sinyal dan kemudian mengubahnya menjadi urutan untuk memulai respon. Tiap molekul tentunya mempunyai reseptornya masing-masing (unik). Contohnya adalah reseptor insulin yang mengikat insulin, reseptor dopamine yang mengikat dopamine, dan lain-lain. Reseptor pada umumnya adalah protein transmembran, yang setelah ia mengikat molekul sinyal tertentu di luar sel ia akan mentransmisikan sinyal untuk memulai internal signaling pathways. Membran reseptor terbagi menjadi 3 jenis yaitu G-protein - coupled receptors, ion channel receptors, dan enzyme-linked receptors. Pembagian jenis reseptor ini didasarkan pada mekanismenya mengubah sinyal eksternal menjadi sinyal internal.

Gambar 13. Aktivasi Ion Channel Receptor

(Sumber: http://www.nature.com/scitable/topicpage/cell-signaling-14047077)

Reseptor asetilkolin (warna hijau) membentuk ion channel di dalam membran plasma. Asetilkolin adalah reseptor yang pori-porinya berair sehingga memungkinkan transfer material dalam membran plasma ketika keadaan terbuka. Ketika tidak ada sinyal dari luar maka pori-pori akan tertutup (gambar tengah), namun ketika molekul asetilkolin (warna biru) menempel pada reseptor pori-pori akan menjadi terbuka dan memungkinkan transport material berwarna merah ke dalam membran plasma. Ketika suatu sel menerima sinyal, sinyal tersebut akan diproses hingga berubah menjadi respon tertentu. Proses perubahan sinyal ini disebut signal transduction cascade. Berikut tahapannya:

1. Aktivasi reseptor pada suatu sel. 2. Sistesis molekul kecil yang disebut second messenger, yang akan memulai dan

mengkoordinasi signaling pathways intraselluler. Contoh dari second messenger adalah cylic AMP (cAMP). cAMP ini dibentuk dari ATP menggunakan enzim adenil cyclase.

3. Kemudian cAMP akan mengaktivasi enzim protein kinase A (PKA). 4. Terjadinya proses fosporilat, yaitu penempelan gugus fospat ke kumpulan protein. 5. Proses-proses dari 1-4 akan menguatkan sinyal awal yang diterima sel dan akan berhenti

dengan bantuan enzim fosfodiesterase.

17

Gambar 14. Proses signal transduction cascade (Sumber: http://www.nature.com/scitable/topicpage/cell-signaling-14047077)

Intinya ketika suatu sel menerima rangsangan/sinyal dari luar, suatu proses diperlukan agar sel bisa memberikan respon yang sesuai. Dalam proses mengubah sinyal yang diterima menjadi respon, tahapan-tahapan yang ada tidak hanya meneruskan sinyal ke target melainkan juga menguatkan sinyal awal yang diterima oleh sel.

C. BIOSINTESIS PROTEIN

Terdapat 2 (dua) jenis protein yang selama ini kita ketahui, yaitu: protein nabati dan protein hewani. Protein nabati merupakan protein yang berasal dari tumbuh-tumbuhan. Protein nabati tidak mempunyai profil asam amino yang lengkap. Selanjutnya, protein hewani merupakan protein yang sumbernya diperoleh dari hewan, di antaranya adalah susu, daging, dan telur. Protein hewani mengandung asam amino yang lengkap jika dibandingkan dengan yang nabati sehingga dapat digunakan secara optimal untuk perkembangan tubuh manusia. Protein-protein esensial (penting) tidak bisa diproduksi oleh tubuh manusia sendiri. Oleh sebab itu, asam amino ini hanya bisa didapat dari makanan yang dikonsumsi.

Kebanyakan protein merupakan enzim atau subunit enzim. Jenis protein lain berperan dalam fungsi struktural atau mekanis, seperti misalnya protein yang membentuk batang dan sendi sitoskeleton. Protein terlibat dalam sistem kekebalan (imun) sebagai antibodi, sistem kendali dalam bentuk hormon, sebagai komponen penyimpanan (dalam biji) dan juga dalam transportasi hara.

18

Gambar 15. Visualisasi struktur protein sesungguhnya.

(source: http://www.topsan.org/)

Biosintesis protein sama dengan ekspresi sintesis genetik. Kode genetik yang dibawa DNA ditranskripsi menjadi RNA, yang berperan sebagai cetakan bagi translasi yang dilakukan ribosom.Sampai tahap ini, protein masih "mentah", hanya tersusun dari asam amino proteinogenik. Melalui mekanisme pascatranslasi, terbentuklah protein yang memiliki fungsi penuh secara biologi.

Biosintesis Protein

I. Transkripsi

Transkripsi merupakan pengkopian daerah pengkode pada DNA menjadi RNA untai tunggal (Lodish, 2005), pengertian ini diperjelas lagi bahwa, transkripsi adalah pembuatan RNA dengan menyalin sebagian berkas DNA, transkripsi merupakan bagian dari rangkaian ekspresi genetik. Pengertian asli "transkripsi" adalah alih aksara atau penyalinan. Di sini, yang dimaksud adalah mengubah template DNA menjadi RNA.

Secara fungsional, transkripsi diartikan sebagai transfer informasi genetik yang terdapat dalam urut-urutan nukleotida DNA menuju ke urut-urutan nukleotida RNA atau penyalinan atau perekaman informasi genetik yang ada pada DNA (berupa urutan nukleotida) yang menghasilkan salinan atau rekaman berupa urutan nukleotida RNA dan menggunakan DNA sebagai template.

Proses Transkripsi dapat dipicu oleh rangsangan dari luar maupun tanpa rangsangan. Pada proses tanpa rangsangan, transkripsi berlangsung terus-menerus (gen-gennya disebut gen konstitutif atau "gen pengurus rumah", house-keeping genes). Sementara itu, gen yang memerlukan rangsangan biasanya gen yang hanya diproduksi sewaktu-waktu; gen-nya disebut gen regulatorik karena biasanya mengatur mekanisme khusus. Rangsangan akan mengaktifkan bagian promoter. Promoter ini terletak di sebelah hulu bagian yang akan disalin (disebut transcription unit). Mekanisme transkripsi pada eukariot berbeda dengan mekanisme transkripsi pada prokariot. Berikut penjelasannya:

Transkripsi pada Prokariot

Padas sel prokariot, umumnya gen yang mengkode protein pada prokariot adalah gen dengan kopi tunggal (single copy), sedangkan gen yang mengkode tRNA dan rRNA berupa gen dengan jumlah kopi banyak (multiple copies). Organisasi gen dalam organisme prokariot disebut operon. Suatu operon adalah organisasi beberapa gen struktural yang ekspresinya

19

dikendalikan oleh satu promoter yang sama.Contoh dari operon adalah lac operon (operon yang mengendalikan kemampuan metabolisme pada E. coli).

Terdapat 3 macam gen dalam lac operon, yaitu gen Z (mengkode β-galaktosidase), gen Y (mengkode permease), dan gen A (mengkode trans-asetilase). Masing-masing gen struktural memiliki kodon inisiasi awal dan kodon terminasi, tetapi ekspresinya dikendalikan oleh satu promoter yang sama. Pada saat transkripsi, terbentuk 1 mRNA yang membawa kodon untuk 3 macam polipeptida yang berbeda (polisistronik). Masing-masing polipeptida akan ditranslasi secara independen dari satu untaian mRNA.

Berikut penjelasan lebih lanjut tentang tahapan-tahapan dalam proses transkripsi: A. Inisiasi

Tahap inisiasi berupa pengenalan holoenzyme (RNA polimerase) pada tapak awal inisiasi atau yang disebut sebagai promoter. Pengenalan promoter ini berlangsung melalui pelekatan/pengikatan holoenzyme (RNA polimerase) pada posisi promoter. Bagian RNA polimerase yang mengenali promoter adalah subunit τ(sigma) (Corebima, 2002).

Semua promoter mempunyai urut-

urutan nukleotida yang sama atau sangat mirip. Pada E. coli diketahui ada dua macam urut-urutan promoter yaitu 5'-TTGACA-3' (-35box) dan 5'-TATAAT-3' (-10 box atau Pribnow box). -10 menunjuk pada lokasi box tersebut terdapat berkaitan dengan posisi awal transkripsi.

Pada awal proses pengikatan RNA polimerase (holoenzime) dengan promoter disebut sebagai "kompleks promoter yang tertutup" atau Closed promoter complex (Brown, 1989 dalam Corebima, 2002). Dalam bentuk closed promoter complex, enzim polimerase menutupi atau "melindungi" sekitar 60 bp (base pairs) dari heliks ganda, bermula dari posisi di depan (upstream) -35 box menuju ke arah -10 box. Diduga holoenzyme RNA polimerase secara khusus mengenali -35 box sebagai tapak pengikatan DNA, meskipun kesimpulan ini masih kontroversial. Akan tetapi dinyatakan lagi, bahwa -10 box adalah daerah yang jelas-jelas merupakan tempat pemutusan ikatan hidrogen antara basa (yang disebut peleburan), maupun tempat pertama terbukanya lilitan heliks ganda DNA (Corebima, 2002).

Setelah RNA polimerase berlekatan dengan bagian promoter, selanjutnya

akan membentuk formasi open promoter complex, yakni struktur yang terbentuk akibat pemutusan ikatan hidrogen maupun terbukanya lilitan heliks. Dengan terbentuknya open promoter complex tersebut memungkinkan terjadinya proses polimerisasi RNA, setelah terlebih dahulu berlangsung polimerisasi pertama yang menghadirkan dua nukleotida yang pertama.

B. Elongasi

Setelah tahap inisiasi selesai, maka dilanjutkan dengan tahap elongasi. Selama tahap elongasi, RNA polimerase (core enzyme) memutuskan ikatan hidrogen, serta membuka lilitan heliks ganda. RNA polimerase bergerak sepanjang molekul DNA dan menghubungkan ribonukleotida-ribonukleotida ke ujung 3‘ pada

Gambar 16. Proses Inisiasi

(sumber: http://www.picstopin.com)

20

molekul RNA yang sedang tumbuh, sesuai dengan macam basa pada DNA yang menjadi cetakannya (Brown 1989 dalam Corebima, 2002). Proses ini berlangsung dengan arah polimerisasi dari ujung 5‘ ke ujung 3‘.

Selama berlangsungnya polimerisasi, bagian molekul RNA yang telah

terbentuk, secara bertahap terlepas ikatannya dari untaian DNA pengkode, sehingga memungkinkan segera terbentuknya kembali heliks ganda seperti semula. Dalam hubungan ini bagian DNA yang terbuka, atau yang disebut "gelembung transkripsi" hanya mengandung pasangan basa RNA-DNA sejumlah antara 12 sampai 17 (Corebima, 2002).

C. Terminasi

Proses elongasi pada akhirnya harus dihentikan, penghentian ini dinamakan

terminasi. Proses terminasi transkripsi pada prokariot dapat dikelompokkan menjadi 2 kelas, yaitu:

Terminasi yang ditentukan oleh urutan nukleotida tertentu (rho-independent)

Terminasi yang diatur oleh suatu protein (faktor ρ) (rho-dependent). Kelas pertama dicirikan oleh struktur jepit rambut dan lengkung. Dewasa ini

diketahui adanya perbedaan struktur antara terminasi yang tergantung pada faktor ρ (dependent terminator), dan yang tidak tergantung pada faktor ρ atau ρ-independent terminator (Brown, 1989). Dalam hal ini struktur terminator yang tidak tergantung pada faktor ρ memiliki suatu seri pasangan basa A-T langsung mengikuti palindrom. Pasangan basa A-T ini menyebahkan terbentuknya suatu seri 5 sampai 10 U pada ujung 3' dari RNA hasil transkripsi.

Urut-urutan proses transkripsi yang telah dibicarakan di atas, secara lengkap dapat

dilihat pada gambar berikut ini:

Gambar 17. Rangkuman proses transkripsi protein.

21

Pada prokariot, translasi terjadi sebelum transkripsi sepenuhnya dirampungkan. Hal ini dimungkinkan karena pada prokariot molekul mRNA di translasikan berdasarkan arah dari ujung 5` ke ujung 3`. Selain dari itu, pada prokariot tidak terdapat membran inti, sehingga tidak ada yang memisahkan transkripsi dan translasi (sebagaimana yang terjadi pada eukariot) sehingga translasi dapat segera dilakukan (Gardner, dkk. 1991).

Transkripsi pada Eukariot

Mekanisme transkripsi secara umum pada organisme eukariot sama dengan pada prokariot, yaitu melalui tahapan inisiasi, elongasi dan terminasi. Perbedaan antara transkripsi pada eukariot dengan prokariotik adalah RNA polimerase tidak melekat pada DNA selama proses inisiasi.

Inisiasi transkripsi pada eukariot diperantarai oleh faktor-faktor transkripsi yang bersifat

spesifik untuk tiap macam RNA polimerase. Segera setelah inisiasi, RNA polimerase langsung berikatan pada DNA. Ketiga macam RNA polimerase pada eukariot membutuhkan prakondisi yang berbeda untuk terlibat dalam transkripsi (Russel, 1992 dalam Corebima, 2002). Tiga macam RNA polimerase mengenali urutan promoter yang berbeda; dan membutuhkan perangkat protein yang berbeda (disebut ―faktor transkripsi‖ atau ―transcription factor‖). Berikut penjelasan dari ketiga RNA polimerase yang bekerja pada eukariot.

A. RNA Polimerase I

Dalam Gardner (1991), dijelaskan bahwa RNA polimerase I terletak pada nukleolus dan mengkatalis pembentukan rRNA

B. RNA Polimerase II Masih dalam Gardner dkk (1991), dijelaskan bahwa RNA polimerasi II

mentranskripsikan sebagian besar gen-gen struktural inti. RNA polimerase II ini bertanggungjawab pada pembentukan pra-mRNA.

C. RNA Polimerase III RNA polmerase III, sebagaimana RNA polimerase II, tidak berada di nukleolus,

melainkan di nukleoplasma. RNA polimerase III ini mentranskripsikan gen-gen untuk inti kecil RNAs dan tRNAs. Tempt pelekatannya berada di antara gen-gen tersebut (Gardner dkk, 1991).

Sedikit telah disinggung di atas bahwa pada eukariot transkripsi terjadi tidak bersamaan dengan translasi. Dengan adanya membran inti, pada eukariot dapat dibedakan tempat terjadinya transkripsi dan translasi, transkripsi terjadi di dalam inti sedang translasi terjadi di sitoplasma. Waktunya pun tidak dapat terjadi secara bersamaan, sebab sebelum dapat melakukan translasi, harus merampungkan terlebih dahulu proses transkripsi. Proses transkripsi dan translasi pada eukariotpun lebih kompleks daripada prokariot (Gardner, dkk. 1991).

II. Translasi

Translasi merupakan pemindahan informasi genetik dari RNA dan membentuk protein yang sesuai. Pada proses ini terjadi penerjemahan informasi genetik yang berupa serangkaian kodon di sepanjang molekul mRNA oleh tRNA menjadi asam amino. Setiap molekul tRNA menghubungkan kodon tRNA tertentu dengan asam amino tertentu.Kodon (kode genetic) adalah urutan nukleotida yang terdiri atas tiga nukleotida berurutan (sehingga sering disebut sebagai triplet codon) yang menyandi suatu asam amino tertentu, misalnya urutan ATG (AUG pada mRNA) mengkode asam amino metionin. Kodon inisiasi translasi merupakan kodon untuk asam amino metionin yang mengawali struktur suatu polipeptida (protein). Pada prokaryot , asam amino awal tidak berupa metionin tetapi formil metionin (fMet). Kodon pertama (kodon inisiasi) pada E coli dapat berupa AUG (90 % kemungkinan), GUG (8%), atau UUG (1%). Meskipun demikian, pada bagian transkripsi sebelah dalam (setelah kodon inisiasi), kodon GUG dan UUG masing-masing mengkode valin dan leusin. Dalam proses translasi, rangkaian nukleotida pada mRNA akan dibaca tiap nukleotida sebagai satu kodon untuk satu

22

asam mino, dan pembacaan dimulai dari urutan kodon metionin (ATG pada DNA atau AUG pada mRNA).

Pada proses selanjutnya, tRNA akan terus datang membawa asam amino ke ribosom dan menyatukan asam aminonya sehingga terbentuk polipeptida yang makin panjang. Setiap molekul tRNA akan dilepaskan dari ribosom setelah memberikan asam aminonya. Peristiwa ini berlanjut hingga kodon “stop” mencapai ribosom. Kodon “stop” berfungsi sebagai sinyal untuk menghentikan translasi. Selanjutnya protein dan ribosom akan pisah dari mRNA. Perlu dipahami bahwa hanya molekul mRNA yang ditranslasi, sedangkan rRNA dan tRNA tidak di translasi.

Molekul mRNA merupakan transkripsi (salinan) urutan DNA yang menyusun suatu gen dalam bentuk ORF (open reading frame/kerangka baca terbuka). Molekul rRNA adalah salah satu molekul penyusun ribosom, yakni organel tempat berlangsungnya sintesis protein, sedangkan tRNA adalah pembawa asam-asam amino yang akan disambungkan menjadi rantai polipeptida. Suatu ORF dicirikan oleh :

1. Kodon inisiasi translasi, yaitu urutan ATG (pada DNA) atau AUG (pada mRNA) 2. Serangkaian urutan nukleotida yang menyusun banyak kodon 3. Kodon terminasi translasi, yaitu TAA (UAA pada mRNA), TAG (UAG pada mRNA),

atau TGA (UGA pada mRNA).

Gambar 18. Gambaran mekanisme translasi.

(sumber: http://www.bbc.co.uk/)

Gambar19. Lingkaran kodon.

(sumber: http://www.bbc.co.uk/)

23

Terdapat perbedaan proses translasi mendasar pada sel eukariot dan prokariot. Perbedaanya dijelaskan pada table berikut:

Tabel 2. Perbedaan Prokariotik dan Eukariotik

Prokariot Eukariot

Prokariot tidak terdapat membran inti

Translasi dapat terjadi sebelum transkripsi sepenuhnya dirampungkan

Transkripsi terjadi tidak bersamaan dengan translasi.

Transkripsi terjadi di dalam inti sedangkan translasi terjadi di sitoplasma.

Proses transkripsi dan translasi pada eukariot lebih kompleks daripada prokariot

Mekanisme Tranlasi

Proses translasi terdiri dari tiga tahap yaitu: A. Inisiasi

Proses ini dimulai dari menempelnya ribosom sub unit kecil ke mRNA. Penempelan terjadi pada tempat tertentu yaitu pada 5′-AGGAGGU-3′, sedang pada eukariot terjadi pada struktur tudung (7mGpppNpN). Selanjutnya ribosom bergeser ke arah 3′ sampai bertemu dengan kodon AUG. Kodon ini menjadi kodon awal. Asam amino yang dibawa oleh tRNA awal adalah metionin. Metionin adalah asam amino yang disandi oleh AUG. pada bakteri, metionin diubah menjadi Nformil metionin. Struktur gabungan antara mRNA, ribosom sub unit kecil dan tRNA-Nformil metionin disebut kompleks inisiasi. Pada eukariot, kompleks inisiasi terbentuk dengan cara yang lebih rumit yang melibatkan banyak protein initiation factor.

B. Elongation Tahap selanjutnya adalah penempelan sub unit besar pada sub unit kecil

menghasilkan dua tempat yang terpisah. Tempat pertama adalah tempat P (peptidil) yang ditempati oleh tRNA-Nformil metionin. Tempat kedua adalah tempat A (aminoasil) yang terletak pada kodon ke dua dan kosong. Proses elongasi terjadi saat tRNA dengan antikodon dan asam amino yang tepat masuk ke tempat A. Akibatnya kedua tempat di ribosom terisi, lalu terjadi ikatan peptide antara kedua asam amino. Ikatan tRNA dengan Nformil metionin lalu lepas, sehingga kedua asam amino yang berangkai berada pada tempat A. Ribosom kemudian bergeser sehingga asam amino-asam amino-tRNA berada pada tempat P dan tempat A menjadi kosong. Selanjutnya tRNA dengan antikodon yang tepat dengan kodon ketiga akan masuk ke tempat A, dan proses berlanjut seperti sebelumnya.

C. Terminasi Proses translasi akan berhenti bila tempat A bertemu kodon akhir yaitu UAA, UAG,

UGA. Kodon-kodon ini tidak memiliki tRNA yang membawa antikodon yang sesuai. Selanjutnya masuklah release factor (RF) ke tempat A dan melepaska rantai polipeptida yang terbentuk dari tRNA yang terakhir. Kemudian ribosom berubah menjadi sub unit kecil dan besar.

III. Post-translasi

Translasi adalah bukan akhir dari sintesis protein. Polipeptida hasil translasi tidak langsung aktif. Untuk menjadi protein aktif atau fungsional dalam sel, protein harus diproses sekurang‐kurang satu dari empat tipe pemrosesan berikut ini :

1. Protein folding (pelipatan protein) Polipeptida dilipat menjadi struktur tersier yang benar.

2. Proteolytic cleavage (pemotongan proteolitik)

24

Pemotongan protein oleh protease ini dapat membuang segmen‐segmen dari satu atau kedua ujungpolipeptida. Hasil pemotongan dapat berupa fragmen protein aktif yang lebih pendekf atau menjadifragmen‐fragmen protein yang seluruh atau beberapa fragmen protein aktif.

3. Chemical modification (modifikasi kimiawi) Asam amino polipeptida dimodifikasi melalui penambahan gugus kimia baru.

4. Intein splicing (pembuangan intein) Intein adalah urutan penyela pada beberapa protein, mirip intron pada mRNA. Intein harus dibuang(splicing) dan exteins disambung menjadi protein aktif.

Seringkali tipe‐tipe pemrosesan berbeda terjadi bersama‐sama, yaitu polipeptida dipotong, dimodifikasi dan/atau splicing, serta dilipat pada waktu yang sama untuk membentuk konformasi tiga dimensi yang benar. Selain itu, proses pemotongan atau modifikasi kimiawi dapat juga terjadi setelah protein dilipat, proses ini mungkin sebagai bagian mekanisme pengaturan yang engkonversi pelipatan protein inaktif menjadi bentuk yang aktif.

D. ANALISIS PROTEIN Pengkajian dan pemahanan mengenai protein dapat didekati dengan dua jenis analisis, yaitu analisis kuantitatif dan kualitatif yang mana akan dijabarkan di bawah ini. Analisis Kuantitatif

1. Metode Kjeldahl Metode Kjeldahl adalah suatu metode analisis kuantitatif dengan cara menentukan kadar kandungan unsur Nitrogen dalam suatu sampel. Metode membutuhkan faktor konversi (F), karena tidak melakukan pengukuran protein secara langsung. Prinsip utama metode ini adalah oksidasi senyawa organik menggunakan asam sulfat kuat.Di mana senyawa organik teroksidasi dan kandungan karbonnya akan diubah menjadi karbon dioksida sedangkan hidrogen diubah menjadi air. Nitrogen dari kelompok amina yang ditemukan dalam ikatan peptida diubah menjadi menjadi ion amonium yang larut dalam larutan oksidasi, dan kemudian dikonversi menjadi gas amonia.

Analisa protein cara Kjeldahl pada dasarnya dapat dibagi menjadi tiga tahapan yaitu proses destruksi, proses destilasi dan tahap titrasi.

a. Tahap destruksi/digesti

Tujuan dari tahap ini adalah untuk memecah ikatan polipeptida dan mengkonversikannya ke senyawa sederhana, seperti air, karbon monoksida, karbon dioksida dan amonia. Reaksi ini dapat dipercepat dengan adanya katalis seperti kalium sulfat (K2SO4) atau natrium sulfat (Na2SO4) yang akan meningkatkan titik didih asam sulfat dan suhu reaksi destruksi. b. Destilasi

Tujuan dari tahap ini adalah untuk memisahkan amonia (yaitu nitrogen) dari campuran destruksi. Hal ini dilakukan dengan :

1) Meningkatkan pH campuran dengan menambahkan NaOH sehingga mengubah ion ammonium (NH4

+) yang merupakan cairan menjadi ion amoniak (NH3+) yang

berbentuk gas

Reaksinya adalah sebagai berikut

2) Memisahkan nitrogen dari campuran destruksi dengan distilasi amonia

(mengubahnya menjadi gas volatile dengan menaikkan suhu sampai titik didihnya)

25

dan kemudian menuju labu penerima yang telah di isi asam borat atau 15 ml HCl (asam klorida) di 70 ml air. Rendahnya pH membuat amoniak menjadi ion Amonia

c. Tahap titrasi

Tujuan dari tahap ini ada menetralkan campuran dari tahap 2 atau destilasi. Apabila penampung destilat digunakan HCl maka sisa asam klorida yang bereaksi dengan ammonia dititrasi dengan NaOH standar (0,1 N). Akhir titrasi ditandai dengan tepat perubahan warna larutan menjadi merah muda dan tidak hilang selama 30 detik bila menggunakan indikator PP (phenopthalen).

%N = × N. NaOH × 14,008 × 100% Untuk penampung destilat yang menggunakan asam borat, kandungan N diestimasi dengan titrasi ion amonium borat dengan asam sulfat atau asam klorida standar

H2BO3- + H+ H3BO3 Ion nitrogen dapat diketahui dari ion hidrogen (mol) yang dibutuhkan untuk mencapai end point titrasi. Persamaannya adalah

Vs dn vb adalah volume titrasi sampel dan blanko sedangkan14 g adalah mr Nitrogen. Dari kadar Nitrogen dikonversi untuk mengetahui kadar protein dengan

%Protein = F x %N

Gambar 20. Tiga step dalam metod Kjeldahl

2. Metode Dumas Termodifikasi

Prinsip metode ini adalah menghitung kadar Nitrogen dalam protein dengan penguapan dan tanpa titrasi. Sampel dipanaskan dalam tangas dengan suhu 900oC. Dengan adanya oksigen, cara ini akan melepaskan CO2, H2O, dan N2. Gas CO2 dan H2O dipisahkan dengan melewatkan gas pada kolom khusus untuk menyerapnya. Kandungan Nitrogen dihitung dengan melewatkan sisa gas melalui kolom dengan detektor konduktivitas termal pada ujungnya. Alat dikalibaris terlebih dahulu dengan senyawa analis murni yang kadar Nitrogennya telah diketahui seperti EDTA (= 9,59 %N). Dengan demikian sinyal dari detektor dapat dikonversi menjadi kadar nitrogen.

26

3. Spektroskopi UV-Vis

Kemampuan protein dalam menyerap (absorbsi) cahaya pada rentang UV-Visible pada spektrum elektromagnetik menjadi prinsip dasar pada metode ini. Analisis protein dilakukan dengan membuat kurva kalibrasi absorbansi terhadap konsentrasi protein dengan larutan protein yang telah diketahui konsentrasinya (larutan standar. Kemudian absorbansi dari larutan analit diukur dan di plot ke dalam kurva kalibrasi. Contoh gugus fungsi yang berperan dalam absorbsi atau pembiasan radiasi elektromagnetik adalah ikatan peptida, rantai samping aromatis, gugus inti dan agregat protein.

Macam-macam metode UV-Vis

a) Pengukuran pada panjang gelombang 205 nm

Berdasarkan pada ikatan peptide yang dapat mengabsorbsi sinar dengan panjang gelombang 205 nm, maka pengukuran konsentrasi protein dapat dilakukan pada panjang gelombang tersebut. Metode ini dapat dilakukan pasa larutan dengan konsentrasi 1 – 100 ug/ml protein.

b) Pengukuran pada panjang gelombang 280 nm

Protein memiliki kandungan tryptophan dan tyrosine yang dapat menyerap sinar UV pada 280 nm. Kandungan tryptophan dan tyrosine dalam protein biasanya cenderung konstan, sehinga absorbansi larutan protein dapat digunakan untuk menentukan konsentrasinya.

c) Fluorescence Emission

Konsentrasi protein dapat ditentukan dengan mengukur fluorescence instrinsik berdasar pada emisi fluorescence asam amino aromatik tryptophan, tyrosine, atau fenilalanin. Ketika intensitas fluorescence protein sample di ukur, konsentrasi dapat dihitung dari kurva kalibrasi emisi fluorescence larutan standar.

d) Metode Colorimetric

1) Metode Biuret (Cu2+ + Ikatan peptida)

Pada metode ini reagen atau larutan copper sulfate bereaksi dengan protein atau peptida dalam suasana basa untuk memproduksi senyawa komplek berwarna ungu. Perubahan senyawa komplek biru menjadi ungu ini membutuhkan waktu 5 menit dan panjang sinar UV yang ditembakkan adalah 540 nm. Analisis kandungan protein dapat dilakukan dengan memplot kurva standar absorbansi terhadap konsenentrasi.

2) Metode Lowry

Metode ini berdasarkan pada reduksi ion cupric (Cu2+) menjadi ion cuprus (Cu+) pada pH basa ketika bereaksi dengan peptida. Ion Cu+ dan grup fenol (tyrosine dan tryptophan) kemudian bereaksi dengan reagen Folin-Ciocalteau menghasilkan tipe produk ‗molydenum blue‘ yang tidak stabil ketika ditembakkan cahaya 500-750 nm. Folin-Ciocalteau mengadung fosfomolibdat dan asam fosfotungstat yang berfungsi sebagai pendeteksi fenol. Hasil dari penambakkan akan memperlihatkan puncak kecil (500 nm) yang digunakan untuk menentukan protein konsentrasi tinggi dan puncak besar (750 nm) untuk menentukan protein konsentrasi rendah.

3) Metode Dye-Binding

Pewarna (dye) bermuatan negatif ditambahkan kedalam larutan protein yang pH-nya telah diatur sehingga muatannya menjadi positif. Protein ini kemudian membentuk kompleks tak larut dengan dye karena adanya atraksi elektrostatik antar molekul, namun masih ada sisa pewarna yang larut.

27

Dengan sentrifugasi, kompleks protein-dye dipisahkan dengan dye yang tidak berikatan melalui pengukuran absorbansinya. Jumlah protein yang ada ditentukan dari jumlah protein yang terikat. Hal ini dapat ditentukan melalui proses spektroskopi. Persamaannya adalah :

Dyebound = Dyeinitial - Dyefree

4. SDS-PAGE (Sodium Dodecyl Sulfate Polyacrylamide Gel Electrophoresis)

SDS-PAGE adalah metode untuk memisahkan protein dengan elektroforesis menggunakan gel poliakrilamid terputus (discontinue) sebagai dukungan media dan sodium dodesil sulfat (SDS) untuk denaturasi protein. SDS (disebut juga lauryl sulfate) merupakan deterjen anionik, yang berarti bahwa ketika terlarut molekulnya memiliki muatan negatif dalam kisaran pH yang lebar. Sebuah rantai polipeptida yang mengikat jumlah SDS sebanding dengan massa molecuar relatif dan muatan negatif pada SDS yang menghancurkan sebagian besar struktur kompleks protein. Selain itu, juga sangat tertarik menuju anoda (elektroda bermuatan positif) dalam medan listrik. Ketika elektroforesis dilakukan di akrilamida atau agarosa gel, gel berfungsi sebagai saringan ukuran-selektif selama pemisahan. Protein akan bergerak melalui gel akibat respon terhadap medan listrik, struktur pori gel memungkinkan protein berukuran kecil untuk melakukan perjalanan lebih cepat dibanding protein berukuran besar. Sehingga SDS-PAGE dapat digunakan untuk memperkirakan massa molekul relatif, menentukan kelimpahan relatif protein utama dalam sampel, dan menentukan distribusi protein antara fraksi.

Gambar 21. SDS-PAGE

Analisis Kualitatif 1. Analisis Komposisi Protein

Uji Komposisi Secara Umum a. Protein (serbuk) dipanaskan dalam tabung reaksi kering. b. Warna hitam residu menandakan adanya karbon. c. Bau amoniak (membirukan kertas lakmus merah) menandakan adanya nitrogen dan

hidrogen. d. Kertas yang mengandung Pb-asetat menjadi berwarna hitam menandakan adanya

sulfur.

28

Uji Komposisi

a. Uji Reaksi Warna Protein

1) Reaksi biuret Uji ini berujuan untuk memperlihatkan adanya gugus amida asam yang berbeda dengan gugus amida lain. Metodenya adalah dengan membuat larutan protein bersifat basa dengan menambahkan NaOH, kemudian ditambahkan larutan CuSO4 encer sebagai reagen. Jika reaksi menunjukkan hasil positif maka akan terbentuk gumpalan warna ungu.

Gambar 22. Reaksi Biuret

2) Reaksi Millon

Reagen Millon adalah larutan mercuric dan mercurous ion dalam nitric dan nitrous acid. Reaksi ini bertujuan untuk mendeteksi keberadaan tyrosine. Apabila hasilnya positif maka akan menghasilkan endapan putih dari senyawa merkuri yang berubah menjadi merah akibat pemanasan. Warna merah yang terbentuk adalah garam merkuri dan tirosin yang ternitrasi.

Gambar 23. Reaksi Millon

3) Reaksi Hopkins Cole Uji ini bertujuan untuk mementukan keberadaan asam amino tryptophan. Sebagian ahli kimia sudah tidak lagi menggunakan tes ini karena tryptophan yang diidentifikasi disini adalah sebuah indol nucleus yang dikenal untuk membuat cincin violet di mana 2 lapisan bertemu. Oleh karena itu, untuk melakukan tes ini ahli kimia harus tahu terlebih dahulu regent yang tepat untuk hal tersebut. Sehingga ketika cincin violet sudah mucul, ini berarti konsentrasi asam sulfat ditambahkan ke dalam campuran yang berisi asam glikol dan protein.

4) Reaksi Xantoprotein Uji Xantoprotein digunakan untuk menguji keberadaan senyawa aromatik yang terdapat dalam suatu asam amino, misalnya tyrosine, tryptophan dan fenilalanin. Pada uji Xantoprotein ini, 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 atau reaksi substitusi atom H pada benzene yang terdapat pada molekul protein oleh gugus nitro.

29

5) Reaksi Ninhidrin Ninhidrin (triketohydrindene hydrate) adalah agen oxidasi yang mengarahkan pada deaminasi oksidatif kelompok alpha-amino. Sehingga metode reaksi ini bertujuan untuk mendeteksi keberadaan amonia atau amina primer maupun sekunder. Reaksi akan menunjukkan hasil positif dengan memberikan warna biru atau ungu akibat reaksi pada gugus amino bebas dari asam amino dengan ninhydrin.

Gambar 24 . Reaksi Ninhidrin

6) Reaksi Sakaguchi

Reaksi Sakaguchi digunakan untuk menguji asam amino tertentu dan protein. Asam amino yang terdeteksi dalam tes ini adalah arginin. Sampel yang akan diuji dengan alpha-naftol dan natrium hipoklorit. Hasil positif menghasilkan warna kemerahan anggur ketika arginin hadir. Reagen yang digunakan dalam tes ini merupakan reagen berbahaya.

7) Reaksi Natriumnitroprusida Reaksi Natriumnitroprusida terjadi apabila pelarutnya adalah larutan amoniak. Sehingga protein yang mengandung senyawa sistein akan menunjukkan hasil yang positif.

2. Analisis Struktur Protein

a. NMR Spectroscopy

Pada metode ini protein dimurnikan dan ditempatkan dalam medan magnet yang kuat untuk kemudian diperiksa (probed) oleh gelombang radio. Inti NMR aktif menyerap radiasi elektromagnetik pada frekuensi karakteristik isotop sehingga terbentuk satu set resonansi yang khas. Resonansi yang terbentuk dapat dianalisis untuk memberikan daftar inti atom yang dekat satu sama lain dan untuk mengkarakterisasi konformasi lokal atom yang terikat bersama-sama. Daftar tersebut kemudian akan digunkan untuk membangun sebuah model dari protein yang menunjukkan lokasi setiap atom.

30

Gambar 25. Tahapan NMR

b. X-Ray Crystallography

Pada metode ini sebelum protein ditembak dengan sinar X, protein harus terlebih dahulu di murnikan dan dikristalisasi. Sinar X yang mengenai protein akan terdifraksi dengan pola yang berbeda-beda. Perbedaan pola ini akan dianalisis untuk menentukan distribusi electron dalam protein yang kemudian akan diinterpretasikan untuk menentukan lokasi dari setiap atom. Pola hasil distribusi electron ini akan dicocokan dengan PDB (Protein Data Bank) yang berisi mengenai data tentang koordinat atom.

Gambar 26. Hasil Analisis dengan X-Ray Crystallography

IV. Western Blotting

Western blotting sering digunakan dalam penelitian untuk memisahkan dan mengidentifikasi protein. Dalam teknik ini campuran protein dipisahkan berdasarkan pada berat molekul dan jenisnya melalui gel elektroforesis. Hasil ini kemudian ditransfer ke

31

membran yang memproduksi band untuk setiap protein. Membran tersebut kemudian diinkubasi dengan label antibodi spesifik terhadap protein yang menarik. Antibodi yang terikat dicuci sehingga hanya menyisakan antibodi yang terikat pada protein yang menarik dan kemudian dideteksi dengan mengembangkan film. Karena antibodi hanya mengikat pada protein yang menarik, maka hanya satu band yang akan terlihat. Ketebalan band sesuai dengan jumlah protein yang ada, sehingga standarisasi dapat menunjukkan jumlah protein yang ada.

Gambar 27. Tahapan Western Blotting

E. APLIKASI PROTEIN

Kemajuan teknologi dan ilmu di bidang biologi membuat protein, makromolekul yang banyak ditemui dalam sel, berkembang. Tak hanya mengetahui struktur dan fungsi sel. Manusia mulai mencoba untuk merekayasa protein untuk memaksimalkan fungsi-fungsi protein untuk memudahkan hidup manusia. Aplikasinya pun tak terbatas dalam dunia biologi saja, tetapi merambah luas ke bidang-bidang lain. Bahkan, dijumpai aplikasi protein dalam bidang militer, bidang yang mungkin tak pernah terbersit dalam pikiran kita. Protein Engineering Semenjak struktur protein diketahui, perkembangan deteksi protein semakin maju, ilmuwan mulai mengembangkan protein menjadi sesuatu yang lebih. Rekayasa protein. Konsep rekayasa protein awalnya dikembangkan pada tahun 1980-an di mana saat itu konsep rekayasa yang dibahas adalah rekayasa dengan teknik X-Ray Cristallography, sintesis kimia DNA dan permodelan dari struktur protein. Protein Engineering adalah ilmu yang berfokus pada rekayasa protein tersebut. Protein yang direkayasa pun bermacam-macam, mulai dari protein pada organisme mikro hingga sel manusia. Pada ilmu ini, dikembangkan teknik rekayasa protein yang berdasar pada rekombinan DNA. Untuk merekayasa protein, DNA pada protein direkayasa. Hasil rekayasanya adalah protein yang lebih stabil, lebih efektif dalam beraktivitas, menjalankan fungsinya. Contoh dari rekayasa protein adalah enzim, dan antibodi. Salah satu contohnya adalah rekayasa enzim pendeteksi glukosa. Enzim ini dapat digunakan sebagai sensor untuk mendeteksi penyakit diabetes. Banyak bidang yang menerapkan konsep dari rekayasa protein seperti bidang kesehatan, industri nanoteknologi, dan lain-lain. Siklus dari protein

Gambar 28. Protein engineering – Evolusi protein (MIT OpenCourseWare.

http://ocw.mit.edu/courses/biology/7-344-antibiotics-toxins-and-protein-engineering-spring-2007/)

32

engineering dapat dilihat pada gambar 1.1 dimana protein dimutasi dengan mengubah gen pada protein yang database-nya ada pada gene library. Lalu terciptalah protein yang telah direkayasa dengan sifat-sifat yang lebih berkembang dari sebelumnya.

Consumer Goods Enzim Pada industri pangan, protein yang digunakan umumnya adalah enzim. Mulai dari enzim protease, amilase dan lipase. Aplikasi dari enzim-enzim tersebut sangatlah banyak. Mulai dari aditif hingga mempercepat produksi. Enzim protease digunakan pada industri susu dan untuk menambah cita rasa. Bahkan, bila protease direkayasa, enzim ini akan semakin stabil sehingga aktivitasnya akan semakin meningkat pada pH dan suhu rendah. Enzim-enzim tersebut mudah untuk direkayasa dan cukup murah harganya untuk skala industry. Selain itu, ada pula substilin carlsberg, substilin BPN, dan savinase yang digunakan dalam dunia industri detergen. Pada industri pangan seperti roti, dijumpai enzim amilase yang berperan dalam liquefaction dan saccharification amilum dan berperan dalam pengaturan kadar tepung dan pelembut roti. Dalam industri detergen, amilase berperan dalam membuang amilum strain. Enzim lipase umumnya digunakan sebagai perasa keju, pengemulsi, dan mampu menghilangkan lipid strain akibat kemampuannya menghidrolisis lemak. Protein Whey Istilah protein whey sering dijumpai bagi mereka yang berada di dunia olahraga, terutama binaraga. Protein whey adalah istilah untuk rangkaian pecahan protein dalam susu. Protein whey memiliki konsentrat dan isolat yang cocok untuk orang-orang yang rutin. Protein whey merupakan protein yang dirancang agar konsumen mendapatkan protein murni berkualitas dengan kadar karbohidrat, lemak, dan laktosa yang minim. Tak hanya itu, protein whey juga dirancang secara biokimia agar mampu memberikan kekebalan bagi tubuh, mempercepat pertumbuhan otot.

Protein Sel Tunggal

Dari mikroba, dapat dibuat sebuah protein yang dapat digunakan sebagai bahan makanan. Kadar proteinnya tinggi. Protein ini disebut protein sel tunggal. Sel tunggal di sini menunjukkan asal dari protein tersebut, yaitu organisme bersel tunggal. Pada tahun 1970-an, kecemasan meningkat. Hal ini diakibatkan terjadinya kekurangan pangan dan malnutrisi di belahan dunia. Dunia pun menggantungkan nasibnya pada protein sel tunggal, yang pemanfaatannya dimulai sejak Perang Dunia I di Jerman. Perlu diketahui bahwa protein menempati hampir lebih dari 50 persen berat sel kering. Operasi utama dalam produksi protein sel tunggal adalah fermentasi yang bertujuan mengoptimalkan konversi substrat menjadi massa microbial. Kecemasan akan kekurangan pangan dan malnutrisi di dunia pada tahun 1970-an telah meningkatkan perhatian pada sel tunggal. Sebagian besar dari bobot kering sel dari hampir semua organisme adalah protein. Oleh karena itu, bobot kering sel tunggal memiliki nilai protein yang tinggi. Namun, tak semua mikroorganisme dapat dibiakkan untuk dimanfaatkan sebagai protein sel tunggal. Perlu perawatan khusus dimana sebelumnya dilakukan seleksi mikroorganisme yang tidak menyebabkan penyakit, dapat digunakan sebagai bahan pangan, tak beracun, dan tentunya berbiaya rendah, Mikroorganisme yang umum digunakan sebagai protein sel tunggal, antara lain alga Spirulina Chlorella, atau bakteri. Dikenal juga istilah mikro protein, yaitu protein sel tunggal yang berasal dari kapang berfilamen.

Kelebihan PST antara lain :

tak bergantung iklim tak bergantung musim kandungan protein lebih tinggi dari hewan dan tumbuhan laju pertumbuhan sangat cepat dapat menggunakan berbagai media atau substrat

33

Produksi protein sel tunggal diawali dengan memilih dan menyiapkan sumber karbon, memberikan beberapa perlakuan fisik dan kimiawi terhadap bahan dasar yang diperlukan, menyiapkan media yang cocok dan mengandung sumber karbon, sumber nitrogen, fosfor, dan unsur-unsur penting lainnya, mencegah kontaminasi media, membiakkan mikroorganisme yang diperlukan, pemisahan biomassa microbial dari cairan fermentasi, penanganan lanjut biomassa. Diagram alir dari proses produksi protein sel tunggal dapat dilihat pada gambar 1.2

Lingkungan Detoksifikasi Di bidang lingkungan, protein dapat dijadikan sebagai detoks. Jamur yang diisolasi lalu diperoleh protein enzimnya, yaitu enzim proxidase dapat digunakan sebagai detoks berbagai polutan. Polutan organik seperti pestisida, azo dyes, polisklik aromatik hidrokarbon, fenol dapat didetoksifikasi oleh protein enzim pengoksidasi yang terdapat pada mikroorganisme. Bioremidiasi Pada suatu jenis mikroba, terdapat permukaan yang tersusun atas protein yang memiliki sifat-sifat seperti biosorbent, biokatalisis, dan biostimulan. Mikroba dengan sifat protein tersebut dapat dimanfaatkan sebagai bioremediasi limbah. Bioplastik Polimer dari mikroorganisme atau archaebacteria dapat menghasilkan microbial bioplastic atau polihidroksialkanoat (PHA). Bioplastik tersebut dapat diaplikasikan dalam dunia industri bioteknologi lingkungan. Bioplastik memiliki sifat biodegradable dengan kualitas yang setara dengan plastic olahan minyak bumi. Dari segi lingkungan, keberadaan bioplastik sendiri merupakan harapan baru untuk masa depan lingkungan yang lebih baik. Protein yang menyusun PHA bernama poliester synthases dan phasins. Protein memiliki struktur yang dapat menentukan fungsinya. Dari struktur tersebut, terwujudlah bioplastik yang memiliki sifat layaknya plastik pada umumnya. PHA tak hanya digunakan sebagai bioplastik. Ia juga dapat diaplikasikan untuk pembuatan bahan-bahan biomaterial bidang lain, terutama pada bidang medis.

Gambar 29. Diagram alir protein sel tunggal (FAO Corporate Document Repository. http://www.fao.org/wairdocs/ilri/x5458e/x5458e0d.htm)

34

Kesehatan Biosensor Diabetes Perkembangan dunia sensor mengantarkan kita pada protein, yaitu komponen biologis dengan keberadaan yang tinggi pada sel untuk dijadikan sebagai sensor. Biosensor benyak digunakan dalam dunia medis untuk keperluan diagnosis penyakit pasien. Sebelumnya telah dibahas contoh biosensor diabetes. Penyakit diabetes merupakan penyakit yang masih menjadi penyebab utama kematian di muka bumi. Perkembangan diagnosis diabetes sangatlah esensial untuk mencegah akibat yang membahayakan hidup manusia lebih lanjut. Pada kasus diabetes mellitus, dapat diaplikasikan protein yang telah ditingkatkan kemampuannya melalui suatu proses rekayasa untuk mendeteksinya. Berikut ini penjelasan aplikasi protein melalui rekayasa protein dalam komponen sensor glukosa. Protein yang digunakan adalah enzim glucose oxidase (GOD) yang dihasilkan dari mold seperti Penicillium sp., dan lain-lain. Pada penerapannya, GOD tidak pernah mengalami perbaikan sehingga memunculkan suatu masalah yaitu saat mengoksidasi glukosa, konsentrasi oksigennya menjadi terbatas. Dengan rekayasa protein, hal ini dapat teratasi, dimana GOD melalui proses dengan bantuan ion ferricyan menghasilkan enzim glucose dehydrogenase (GDH). Antibodi Kata antibodi identik dengan sistem kekebalan tubuh manusia. Belakangan ini telah dikembangkan antibodi yang dapat mendeteksi kanker. Kelebihannya adalah pengobatan kanker menggunakan antibodi anti kanker ini sejauh ini diketahui tak memiliki efek samping karena sifat proteinnya yang spesik menyerang sel kanker. Antibodi ini namun produksinya memakan biaya yang cukum malah dan juga produksinya sulit. Vaksin Mekanisme kekebalan tubuh diganggu oleh patogen. Keberadaan protein asing dari patogen dapat digunakan untuk melemahkan virus atau bakteri yang menyerang manusia. Inilah awal munculnya vaksin. Pada tubuh diinjeksikan protein asing seperti subunit B Cholera Toxin, subunit B Heat-Labile Toxin, Envelope Surface Protein dari Virus Hepatitis B, Protein VP dari penyakit kaki-mulut Kulit dan Kecantikan Kandungan protein kacang kedelai cukup tinggi, kurang lebihnya 35%. Mutu proteinnya juga cukup baik. Telah kita ketahui bahwa terdapat asam amino yang tidak diproduksi oleh tubuh, yaitu asam amino esensial yang harus didapatkan dari sumber lain, seperti makanan. Jenis asam amino esensial pada kacang kedelai cukup banyak sehingga mengonsumsi kacang kedelai mampu membantu tubuh untuk mendapatkan asam amino esensial tersebut. Tercatat 8 asam amino esensial terdapat pada kacang kedelai dari 10. Kacang kedelai juga mengandung kalsium, potassium, dan kaya akan vitamin. Kolestorel juga tak ditemui dalam kacang kedelai. Krena proteinnya yang tinggi, orang tertarik untuk mengekstrak protein dalam kacang kedelai. Hasil riset menunjukkan bahwa ekstrak protein kedelai menghasilkan estrogen dalam bentuk zat isoflavon atau kerap disebut phytoestrogen. Phytoestrogen akan mengurangi kerutan pada kulit dan efeknya sama seperti dengan terapi hormon. Selain itu, kacang kedelai juga mampu berperan sebagai antioksidan, menetralkan radikal bebas.

Serum Bisa ular identik dengan zat yang beracun. Jumlah racun pada bisa ular juga bervariasi. Hal yang perlu diketahui adalah bahwa bisa ular adalah senyawa protein yang telah dimodifikasi yang dihasilkan oleh ular dengan spesifikasi yang berbeda-beda sesuai dengan jenisnya. Manusia mencari akal untuk membuat penawar dari bisa ular ini. Bisa ular bervariasi kadar racunnya. Hati berfungsi untuk menetralkan racun tersebut dibantu dengan antibodi. Bila racun tak dapat dinetralisir oleh hati maka dapat menimbulkan kematian. Langkah untuk membuat penawar bisa ular adalah dengan menyuntikkan bisa ular ke hewan yang mempunyai kekebalan yang tinggi, seperti contoh kuda. Bisa ular yang disuntikkan yang kadar racunnya tak tinggi. Lalu, dari tubuh kuda akan dibentuk antibodi yang mana diambil protein dari darah kuda tersebut. Protein ini

35

disebut serum. Serum adalah penawar racun pada bisa ular. Untuk membantu antibodi dalam tubuh yang memiliki keterbatasan, diberikan serum kepada tubuh. Kerap kali antibodi disebut sebagai daya imun aktif sedangkan serum disebut daya imun pasif. Anti Kanker dari Tembakau Protein anti kanker dapat dihasilkan dari tembakau yang umumnya dikenal sebagai bahan utama rokok. Dari tembakau, dapat dihasilkan protein GCSF yang penting untuk menstimulasi produksi darah. Proses mendapatkannya melalui reaktor penghasil protein. DNA pada tubuh yang membuat protein dipindahkan ke tembakau melalui bakteri. Tembakau secara alami akan membuat protein yang disesuaikan dengan DNA yang telah dimasukkan tersebut. Lalu protein dari tembakau tersebut diambil dan protein tersebut adalah protein anti kanker.

Militer Dalam dunia ini, perkembangan ilmu sains kerap ditakutkan akan menimbulkan kekacauan dunia. Kekacauan tersebut disebabkan oleh senjata biologis. Senjata biologis ada yang dibuat dari protein, contohnya racun botulinum dari bakteri Clostridium botulinium. Pada gambar 1.3 terlihat bagaimana racun botulinum bekerja. Racun dalam bakteri Bacillus anthracis juga berbentuk protein. Tak hanya senjata biologis, dari jenis senjata kimia, gas kimia

misalnya Sarin, VX, OP, bekerja dengan mematikan kerja enzim-enzim dalam sistem saraf seperti enzim acetylcholinesterase. Beberapa waktu yang lalu dikabarkan bahwa peneliti Angkatan Darat AS berhasil memutasi enzim sehingga kebal terhadap gas-gas beracun tersebut.

Gambar 30. Senjata biologis botulinum (Pharmaleads. http://www.pharmaleads.com/en/pag23-

Mechanism.html )

36

KESIMPULAN Protein merupakan makromolekul yang sangat esensial bagi kehidupan manusia. Struktur protein berdasar bentuknya ada 4, yaitu primer, sekunder dan tersier. Protein terbentuk dari ratusan hingga ribuan asam amino, yang saling menempel membentuk rantai panjang. Urutan sususan dan jenis asam amino akan menentukan fungsi dari protein. Fungsi dari ini terdiri dari protein struktural, protein sebagai enzim, protein sebagai motor penggerak, protein sebagai pelindung, protein sebagai peyimpanan molekul, protein sebagai hormon, dan protein sebagai signaling. Banyaknya fungsi protein menyebabkan pentingnya mengetahui tentang sintesis dan analisis protein. Sintesis protein terdiri dari transkripsi yang menghasilkan protein "mentah" sehingga harus disempurnakan melalui mekanisme pascatranslasi (post-translasi). Sedangkan analisis protein terdiri dari 2 jenis, yaitu kualitatif dan kuantitatif. Perkembangan tentang pemanfaatan protein pun semakin luas, seperti pemenfaatan protein di bidang kesehatan,militer, industry makanan, dll.

37

DAFRTAR PUSTAKA

Campbell, marry. K. & Shawn O. Farrell, 2003, biochemisrty 4 th edition, Thomson Learning, Albert Complex, Singapore Finar, I. L.1968.Organic Chemistry volume two.Nothern polytechnic: London Karp, Gerald. 2010. Cell and Molecular Biology. New York: John and Sonic, Inc. Lehninger,D dan Michael. 2009. Principle Biochemistry. New York: W.H. Freeman Company Lodish,H., Berk,A., dkk. 2000. ―Molecular Cell Biology 4th edition‖. New York: W.H. Freeman https://ww2.chemistry.gatech.edu/~lw26/bCourse_Information/4581/techniques/gel_elect/page_protein.html diakses pada tanggal 17 Maret 2014 pukul 22.00 WIB http://www.ruf.rice.edu/~bioslabs/studies/sds-page/gellab2.html diakses pada tanggal 17 Maret 2014 pukul 23.12 WIB http://www.rcsb.org/pdb/101/static101.do?p=education_discussion/Looking-at Structures/methods.html diakses pada tanggal 18 Maret 2014 pukul 20.47 WIB http://www.antibodies-online.com/resources/17/1224/Western+blotting+immunoblot+Gel+electrophoresis+for+proteins/ diakses pada tanggal 18 Maret 2014 pukul 22.00 WIB http://biologimediacentre.com/daftar-lengkap-asam-amino-esensial-dan-non-esensial/ diakses pada 18 maret 2014 pukul 17.00 Caprette, D. ―Structures and Functions of Microtubules‖. Rice University http://www.ruf.rice.edu/~bioslabs/studies/invertebrates/microtubules.html diakses pada 16 Maret 2014 pukul 21.00 WIB Gelse,K., Poschl, E., Aigner, T., 2003. ―Collagens—structure, function, and biosynthesis‖. Department of Experimental Medicine, University of Erlangen-Nurnberg, German. https://ueaeprints.uea.ac.uk/1112/1/2003_Gelse_et_al_Collagens_structure_function_and______biosynthesis.pdf diakses pada 16 Maret 2014 pukul 20.00 WIB

Mayer,G. ―Immunoglobin-Structure and Functions‖. University of South Carolina School of Medicine. http://pathmicro.med.sc.edu/mayer/igstruct2000.htm diakses pada 16 Maret 2014 pukul 22.00 WIB

Weiss, A. 2011. ― The Science of Elastin‖. University of Sydney. http://www.elastagen.com/media/The_Science_of_Elastin.pdf diakses pada 16 Maret 2014 pukul 20.20 WIB http://www.nature.com/scitable/topicpage/cell-signaling-14047077, diakses pada 16 Maret 2014 pukul 23.00 WIB

38