KIMIA PROTEIN DAN ASAM AMINO

Kimia Pangan dan Hasil Pertanian

Bambang Kun

bambang Kun

Berasal dari bahasa Greek (1844) berarti proteios (primary, utama)atau protos (first, pertama).

suatu bahan yang menduduki tempat (posisi) utama

Molekul yg sangat vital untuk organisme terdapt di semua sel

disusun oleh 20 mcm asam amino standar

Rantai asam amino dihubungkan dg iktn kovalen yg spesifik

Struktur & fungsi ditentukan oleh kombinasi, jumlah dan urutan

asam amino

Sifat fisik dan kimiawi dipengaruhi oleh asam amino

menduduki 50-75 % dari berat kering sel

Tumbuhan mensintesa protein melalui akar dan daun dari bahan-

bahan anorganik seperti nitrogen, air dan karbondioksida.

Kandungan utama protein : nitrogen, karbon, hidrogen, oksigen.

Juga mengandung sulfur dan fosfat.. Kadang juga dijumpai unsur

zink, iron, cooper.

bambang Kun

Molekul protein mengandung nitrogen 16%, karbon 50%,hidrogen 7%, oksigen 22% dan sulfur 0,5-3%.

Fungsi protein dalam sel hidup :

1) Zat pembangun tubuh

2) Memperbaiki sel yang rusak

3) Sumber energi

4) Zat pembawa

5) Zat pelindung

6) Sebagai biokatalisator.

PROTEIN

bambang Kun

Protein merupakan senyawa makromolekul yangtersusun atas asam amino-asam amino yangdihubungkan melalui ikatan peptida. Senyawa ini jugadisebut sebagai polipeptida.

Asam amino merupakan asam organik yang bersifatamfoter yang mengandung gugus amino (NH2), guguskarboksil (COOH), atom hidrogen dan gugus R (rantaicabang).

Ikatan peptida (--CONH--) merupakan ikatan yangterbentuk antara gugus -karboksil suatu asam aminodengan gugus -amino dari asam amino lainnya.

Hal-hal yang perlu diperhatikan :Protein merupakan polimer asam aminoBersifat amfoterHasil hidrolisa sempurna dari protein adalah asam

amino

bambang Kun

Asam Amino dan Ikatan Peptida Asam amino adalah asam organik yang bersifat amfoter yang

mengandung gugus amina (NH2), gugus karboksil (COOH), atom

hidrogen dan gugus R (rantai cabang).

Satu asam amino, kecuali glisin, memiliki paling tidak satu atom Casimetris (atom C mengikat empat gugus yang berbeda).

Ikatan peptida : ikatan antara -karboksil (COOH) satu asam aminodengan -amino (NH2) dari asam amino lainnya.

Satu ikatan peptida menghubungkan 2 asam amino

Dua peptida (dipeptida) menghubungkan 3 asam amino

Polipeptida menghubungkan banyak asam amino

Rangkaian polipeptida membentuk protein

bambang Kun

Asam Amino

Struktur:

satu atom C sentral yang mengikat secara kovalent:

gugus amino,

gugus karboksil,

satu atom H dan

rantai samping (gugus R)

bambang Kun

Gugus R rantai samping yang berbeda-beda pada setiap jenis asam amino Gugus R yang berbeda-beda tersebut menentukan:

-. Struktur-. Ukuran-. Muatan elektrik-. Sifat kelarutan di dalam air

bambang Kun

Asam amino standar Asam amino yang menyusun

protein organisme ada 20 macamdisebut sebagai asam amino standar

Diketahui asam amino ke 21 disebutselenosistein (jarang ditemukan) Terdapat di beberapa enzim sepertigluthatione peroxidase

bambang Kun

Berdasarkan kesepakatan internasional, penulisan

urutan asam amino dalam rangkaian polipeptida

dimulai dari ujung -amino (N-terminal, ujung N)yang dtulis di sebelah kiri, dan diakhiri pada ujung -karboksil (C-terminal, ujung C) di sebelah kanan

bambang Kun

Ikatan peptida

Relatif tidak mudah terhidrolisa, kecuali bila ada aktivitas enzim peptidase Bila tidak ada peptidase, maka untuk memecah ikatan peptida diperlukan pemanasan

dalam suasana sangat asam/basa dengan waktu yang lama.

Protein

Untuk menghidrolisa protein diperlukan enzim protease. Enzim ini terbagi 2, yaitu :

1) Endopeptidase (memecah ikatan peptida yang terletak di antara ujung C dan ujung

N)

2) Eksopeptidase (memecah ikatan peptida mulai dari ujung N atau C).

Asam amino

Pembeda asam amino satu dengan lainnya terletak pada gugus R-nya Gugus R ini pula yang membedakan sifat fungsional asam amino satu dengan

lainnya

Berdasarkan perbedaan senyawa yang ada pada gugus R-nya, maka asam aminodibagi menjadi 20 macam asam amino yang berbeda dalam ukuran, bentuk, muatan

dan reaktivitasnya.

bambang Kun

Berdasarkan struktur atau berdasarkan jumlah amino atau

karboksil yang dimilikinya, asam amino dibagi atas :

1) Asam amino non-polar atau hidrofobik

Kelarutannya dalam air kecil/rendahSemakin banyak R jenis alifatik, maka akan semakin

hidrofobik

Contoh : Ala, Ile, Leu, Phe, Pro,Trp, Val2) Asam amino polar, hidrofilik, tidak bermuatan

Polar, netralContoh : Ser, Thr, Tyr, Asp, Glu, Cys

3) Bermuatan positif (pada pH 7.0). Contoh : Lys, Arg, His

4) Bermuatan nrgatif (pada pH 7.0). Contoh : Aspartic, Glutamic

KLASIFIKASI ASAM AMINO

bambang Kun

ASAM AMINO NON POLAR

Memiliki gugus R alifatik

Glisin, alanin, valin, leusin, isoleusin dan prolin

Bersifat hidrofobik. Semakin hidrofobik suatu a.a spt Ile (I) biasa terdapat di bagian dlm protein.

Umum terdapat pada protein yang berinteraksi denganlipid

bambang Kun

bambang Kun

ASAM AMINO POLAR Memiliki gugus R yang tidak bermuatan

Serin , threonin, sistein, metionin, asparagin, glutamin

Bersifat hidrofilik mudah larut dalam air

Cenderung terdapat di bagian luar protein

Sistein berbeda dgn yg lain, karena ggs R terionisasi pada pH tinggi (pH = 8.3) sehingga dapat mengalami oksidasi dengan sistein membentuk ikatan disulfide

(-S-S-) sistin (tdk tmsk dlm a.a. standar karena selalu tjd dari 2 buah molekul sistein dan tidak dikode oleh DNA)

bambang Kun

bambang Kun

ASAM AMINO DENGAN GUGUS R AROMATIK

Fenilalanin, tirosin dan triptofan

Bersifat relatif non polar hidrofobik

Fenilalanin bersama dgn V, L & I a.a plg hidrofobik

Tirosin gugus hidroksil , triptofan cincin indol

Sehingga mampu membentuk ikatan hidrogen penting untuk menentukan struktur ensim

Asam amino aromatik mampu menyerap sinar UV 280 nm sering digunakan utk menentukan kadar protein

bambang Kun

ASAM AMINO DENGAN GUGUS R BERMUATAN POSITIF

Lisin, arginin, dan histidin

Mempunyai gugus yg bsft basa pd rantai sampingnya

Bersifat polar terletak di permukaan protein dapat mengikat air.

Histidin mempunyai muatan mendekati netral (pd gugus imidazol) dibanding lisin gugus amino

arginin gugus guanidino

Krn histidin dpt terionisasi pada pH mendekati pH fisioligis sering berperan dlm reaksi ensimatis yg melibatkan pertukaran proton

bambang Kun

ASAM AMINO DENGAN GUGUS R BERMUATAN NEGATIF

Aspartat dan glutamat

Mempunyai gugus karboksil pada rantai sampingnyabermuatan (-) / acid pada pH 7

bambang Kun

bambang Kun

ASAM AMINO NON STANDAR

Merupakan asam amino diluar 20 mcm as. Amino standar

Terjadi karena modifikasi yang terjadi setelah suatu asam amino standar menjadi protein.

Kurang lebih 300 asam amino non standar dijumpai pada sel

modifikasi serin yang mengalami fosforilasi oleh protein kinase

bambang Kun

modifikasi prolin dlm proses modifikasi posttranslasi, oleh prokolagen prolin hidroksilase.

Ditemukan pada kolagen untuk menstabilkan struktur

Dari modifikasi Glu oleh vit K.

karboksi glutamat mampu mengikat Ca penting utk penjendalan darah.

Ditemukan pd protein protombin

bambang Kun

Modifikasi lisin. Terdapat di kolagen dan miosin (protein kontraksi pd otot) dan berperan untuk sisi terikatnya polisakarida

Beberapa ditemukan asam amino nonstandar yang tidak menyusun protein merupakan senyawa antara metabolisme (biosintesis arginin dan urea)

bambang Kun

SIFAT FISIK DAN KIMIA ASAM AMINO

Sifat mengion (ionic properties) : satu asam amino dapat

bertindak sebagai akseptor proton (pada gugus amino) maupun

donor proton (pada gugus karboksil)

Asam amino maupun protein dapat bereaksi dengan senyawa

tertentu yang memberikan warna spesifik.

Ada dua kelompok reaksi pewarnaan asam amino/protein :

1) Reaksi pewarnaan yang melibatkan rantai samping (gugus R)

tertentu

2) Reaksi umum yang terjadi pada gugus amino atau gugus

karboksisl.

Reaksi pewarnaan ini dapat digunakan untuk mendeteksi kadar

asam amino atau protein secara kualitatif maupun kuantitatif.

bambang Kun

STRUKTUR DAN KLASIFIKASI PROTEIN

Berdasarkan struktur konformasi: struktur primer,

sekunder, tertier dan kuartener

Berdasarkan komposisi kimia penyusun asam amino:

protein sederhana, protein terkonyugasi, protein turunan.

Berdasarkan dasar kelarutannya: albumin, globulin,

histone, prolamine, protamine, skleroprotein.

Berdasarkan bentuknya: fibrous protein, globular protein.

bambang Kun

SIFAT FISIK DAN KIMIA PROTEIN

Sifat Fisikawi

merupakan senyawa makromolekul dengan beratmolekul yang besar.

Sifat Kimiawi

Sangat reaktif karena memiliki sifat :o Amphoter

o Mengikat ion

o Mengikat air

Sifat ini disebabkan protein dapat bermuatan negatif,positif dan keduanya pada lingkungan pH tertentu

bambang Kun

Amphoter Protein mempunyai dua sifat yang berlawanan yaitu dapat bersifat asam

atau basa, atau dapat bereaksi dengan asam atau basa, atau dapat

memberi dan menerima proton secara bersamaan.

Sifat ini dipengaruhi pH lingkungan dimana protein tersebut berada. pH < titik isoelektrik, protein akan cenderung bermuatan (+) (kationik) pH > titik isoelektrik, protein cenderung bermuatan (-) (anionik). pH = titik isoelektrik, protein memiliki muatan (+) dan (-), bersifatzwitter ion.

Catatan :

Zwitter ion = senyawa yang memiliki dua kutub yang berlawanan

(dipolar ion)

Titik isoelektrik (isoelectric point, pl) = suatu nilai pH, dimana protein

memiliki muatan elektrik total sama dengan nol dalam suatu larutan

bambang Kun

Kekuatan mengikat ion (binding of ion)

Tergantung pada pH lingkungan

pH > pl, protein/asam amino bersifat anionik(bersifat negatif, COO-), sehingga akan mudah

mengikat ion bermuatan (+) (cation).

pH < pl, protein/asam amino bersifat kationik(bersifat positif, NH3+), sehingga akan mudah

mengikat ion bermuatan (-) (anion).

campuran protein akan memiliki pl yang berbeda-beda, sehingga campuran protein tersebut akan

memiliki muatan yang bervariasi pula dan dapat

mengikat berbagai macam ion.

bambang Kun

Kekuatan mengikat molekul air

(hydration of protein)

Timbul karena adanya

Gugus nitrogen, baik yang ada pada N-terminal maupun N padarantai peptida

Gugus karboksil (COOH, pada C-terminal)Gugus karbonil (CO, dalam rantai peptida); ergantung pada pH

lingkungan

pH > pl dan pH < pl, protein memiliki kemampuan mengikat air yanglebih besar dibandingkan pH = pl

Tergantung pada konsentrasi protein, pH, suhu dan adanya senyawalain.

Semakin tinggi konsentrasi protein, semakin banyak mengikat air.Semakin jauh dari pl, kemampuan mengikat air semakin tinggi, dan

sebaliknya semakin mendekati pl, kemampuan mengikat air akan

menurun dan mencapai minimal pada pl

bambang Kun

Struktur konformasi alami protein dapat mengalami perubahan

sebagai respons terhadap adanya perlakuan panas, pH, garam,

pelarut organik atau berbagai macam perlakuan fisik dan kimia

lainnya.

Denaturasi:

setiap perubahan struktur protein dari bentuk konformasi

alaminya (struktur sekunder, tertier, kuartener) yang tidak

disertai dengan terputusnya ikatan peptida dalam

struktur primernya.

Dapat disebabkan :

Pengaruh fisikawi (suhu, mekanis, tekanan, iradiasidan interface)

Pengaruh kimiawi (asam, basa, ion logam, pelarutorganik alkohol, larutan organik lain seperti urea,

detergen, dan lain-lainbambang Kun

Ada 2 jenis perubahan struktur konformasi protein :

1) Interaksi antara gugus rantai samping antar polipeptida

Dapat mengakibatkan penggabungan, agregasi, flokulasi, koagulasi,

presipitasi protein

2) Interaksi antara gugus rantai cabang dengan pelarut

Dapat mengakibatkan terjadinya pelarutan, pemisahan,

penggembungan dan denaturasi

Suhu tinggi akan membuat protein terdenaturasi sehingga

kemampuan mengikat airnya menurun.

Karena energi panas akan mengakibatkan terputusnya

interaksi non-kovalen yang ada pada struktur alami

protein tapi tidak memutuskan ikatan kovalennya yang

berupa ikatan peptida.

bambang Kun

SIFAT FUNGSIONAL PROTEIN

Merupakan sifat fisik dan kimia protein yang memungkinkan proteinmemberi kontribusinya terhadap sifat-sifat bahan pangan yang diinginkan.

Umumnya mempengaruhi sifat sensoris bahan pangan, khususnya tekstur. Protein mempengaruhi sifat fungsional bahan pangan seperti viskositas,

kelarutan, elastisitas, emulsi, dan sebagainya.

Bahan pangan Sifat fungsional

Minuman Viskositas, kelarutan, stabilitas panas

Sup, saos Viskositas, emulsi, water retention

Adonan (roti) Pembentukan matriks dan film

Dairy products (es krim,

dll)

Emulsi, fat retention, viskositas, foaming,

gelation, koagulasi

Egg substitutes Foaming, gelation

Meat products (sosis, dll) Emulsi, gelation, kohesi, dllbambang Kun

Kelarutan protein dalam air dipengaruhi oleh : pH, kekuatan ion, suhu dan

solvent organik.

pH > pl (bermuatan (+) atau pH < pl (bermuatan (-), protein berinteraksi

dengan air sehingga dapat larut.

pH = pl, muatan protein = 0,, protein tidak dapat berinteraksi dengan air dan

mengendap.

Kekuatan ion berbanding lurus dengan konsentrasi dan valensi ion.

Dalam larutan garam 0,5-1 M, kelarutan protein akan naik sehingga protein

larut dalam larutan garam (Salting in)

Konsentrasi garam > 1 M, kelarutan protein menurun (Salting out)

INTERAKSI PROTEIN-AIR

bambang Kun

Pada suhu 0-40 C, kelarutan protein akan naik.

Pada suhu > 40 C, protein tidak larut.

Dengan pelarut organik, protein yang larut dapat mengendap.

Pengaruh protein terhadap sifat fisik bahan pangan (viskositas, gelation,

tekstur, dsb) dipengaruhi oleh faktor internal (komposisi asam amino) dan

faktor eksternal (pH, suhu dan kekuatan ion)

INTERAKSI PROTEIN-LEMAK

Dalam makanan, interaksi protein-lemak sering dijumpai pada sistem emulsi.

Adanya lemak dapat berfungsi melindungi protein dari denaturasi akibat panas.

bambang Kun

Sifat fungsional lain :

Sifat mengemulsi, membentuk gel, dan membentuk buih.

Dalam sistem emulsi dan buih yang distabilkan oleh protein terjadi karena protein

memiliki gugus hidrofobik dan hidrofilik.

Faktor-faktor yang berpengaruh dalam pembentukan gel :

panas, pH, kekuatan ion, dan konsentrasi protein.

bambang Kun

PERUBAHAN PROTEIN

SELAMA PENGOLAHAN PANGAN

Dapat berupa nilai gizi maupun sifat fungsionalnya.

Perubahan nilai giziDenaturasi yang diakibatkan :

panas hilang atau rusaknya asam amino terjadi interaksi protein-protein, protein-karbohidrat, protein-oxidizing

agents, protein-bahan lain (nitrit, sulfit, dsb)

Perubahan sifat fungsional modifikasi pada struktur sekunder, tersier, dan kuartener reaksi enzimatis Modifikasi secara kimia spesifik

bambang Kun

Modifikasi pada strutur sekunder, tersier, dan kuartener

Terjadi karena pH, bahan kimia, dehidrasi, perlakuan

mekanis maupun perlakuan panas

Perubahan secara enzimatis

Dikarenakan hidrolisis protein oleh enzim protease

(proteolisis) maupun modifikasi yang terjadi

secara in vivo

Modifikasi secara kimia spesifik

Berlangsung pada rantai cabang, atau karena

adanya pembentukan ikatan silang kovalen

bambang Kun

REAKSI PROTEIN DENGAN KOMPONEN LAIN

reaksi antara gugus amino pada protein dengan gula reduksi (ReaksiMaillard)

reaksi pembentukan basa Schiff yang terjadi antara komponen aldehid danketon rantai pendek dari hasil oksidasi lemak dengan gugus amino

Adanya maloaldehid yang dapat menyebabkan terjadinya ikatan silang(cross-linking) antar molekul protein

Reaksi antar molekul protein dengan senyawa hasil oksidasi lemak (misal

hidroperoksida) dapat menyebabkan perubahan struktur dan sifat fungsional

protein/asam amino.

Kerusakan protein oleh lemak yang teroksidasi melalui 3 tahap :

1) Pembentukan protein radikal

2) Pembentukan ikatan silang antar protein radikal dengan lemak

3) Polimerisasi lemak-protein

bambang Kun

SISTIM PROTEIN

DALAM BAHAN PANGAN

Protein daging berpengaruh terhadap tekstur daging.

Tingkat kelunakan daging ditentukan oleh tingkat

kerusakan protein daging

Protein dalam susu dibagi menjadi 2 fraksi utama :

1) Casein

o merupakan phosphoprotein

o dapat diekstrak dari susu dengan perlakuan

pengasaman (pH 4,6 dan suhu 20 C

o Mencapai 80 % dari total protein dalam susu

o Terdiri atas -casein, -casein dan -casein2) Whey protein

bambang Kun

Protein gandum dikelompokkan berdasarkan kelarutannya :Albumin (larut dalam air)

Globulin (larut dalam 10 % NaCl, tidak larut dalam air)

Gliadin (larut dalam 70-90 % alkohol

Glutelin (tidak larut dalam air, alkohol tapi larut dalam larutan asam/basa

Kolagen Merupakan protein berbentuk benang (fibrous), banyak terdapat pada hewan pada

bagian kulit, tendon, tulang dan kartilage.

dapat diolah menjadi gelatin dengan tahapan :oPre-treatment (rendam dalam larutan kapur 2-5 %, 8-12 minggu, suhu 15-20 C

atau direndam larutan asam encer selama 24-48 jam

o Pencucian dengan air

oDiekstrak dengan asam/basa encr pada suhu 50-60

oPenyaringan

oPenguapan

oSterilisasi

oPengeringan

oPenggilingan dalam bentuk bubukbambang Kun