Sovia Aprina BasukiBased on McMurry’s Organic Chemistry, 7th edition

Asam Amino, Protein, dan Asam Nukleat

Protein – Amida dari Asam Amino Asam amino mengandung satu gugus amino basa dan satu

gugus karboksil asam Bergabung sebagai amida antara NH2 dari asam amino dengan

CO2H berikutnya Rantai dengan kurang dari 50 unit disebut peptida Protein: rantai panjang yang memiliki fungsi struktural atau

katalitik dalam biologi

Struktur Asam Amino Dalam larutan netral, COOH terionisasi dan NH2

terprotonasi Menghasilkan struktur dengan muatan “+” dan “-”

(suatu ion dipolar, atau zwitterion) Ini seperti garam ionik daam larutan

The Common Amino Acids 20 asam amino membentuk amida dalam protein Semua adalah -asam amino - amino dan karboksil

dihubungkan oleh C yang sama Perbedaan terletak pada cabang yang terikat pada karbon ,

disebut rantai samping, H sebagai cabang ke empat kecuali prolin

Prolin adalah amina sekunder dengan cincin segi lima yang mengandung N dan C

Struktur Asam Amino

H2NC

CO2H

R

H

R – dapat diganti seri gugus fungsi

Singkatan dan LambangAlanine A, Ala

Arginine R, Arg

Asparagine N, Asn

Aspartic acid D, Asp

Cysteine C, Cys

Glutamine Q, Gln

Glutamic Acid E, Glu

Glycine G, Gly

Histidine H, His

Isoleucine I, Ile

Leucine L, Leu

Lysine K, Lys

Methionine M, Met

Phenylalanine F, Phe

Proline P, Pro

Serine S, Ser

Threonine T, Thr

Tryptophan W, Trp

Tyrosine Y, Tyr

Valine V, Val

Mempelajari Nama dan Lambang Nama tidak sistematis Lambang satu huruf

Jika hanya satu asam amino gunakan awalan huruf tersebut, (Cys, His, Ile, Met, Ser, Val)

Jika lebih dari satu mulai dengan satu huruf yang umum (Ala, Gly, Leu, Pro, Thr)

Lainnya, some are phonetic: Fenylalanine, aRginine, tYrosine Tryp memiliki cincin double, sehingga W Amida menggunakan huruf tengah dari alfabet (Q – Berfikir

tentang “Qtamine” untuk glutamine; asparagine -mengandung N

Akhiran “Acid” adalah D dan berikutnya E (terkecil pertama adalah: aspartic aciD, Glutamic acid E)

Rantai Samping Hidrokarbon NetralH2N CHC

CH3

OH

O

H2N CHC

CH

OH

O

CH3

CH2

CH3

H2N CHC

CH2

OH

O

HN

C OH

O

H2N CHC

H

OH

O

H2N CHC

CH

OH

O

CH3

CH3

Glyciene

Phenylalanine

Isoleuciene

Valine

Proline

Alanine

H2N CHC

CH2

OH

O

CHCH3

CH3

Leuciene

-OH, SH (Nukleofil) dan -S-CH3

Cysteine C, Cys

Methionine M, Met

Serine S, Ser

Threonine T, Thr

Tyrosine Y, Tyr

H2N CHC

CH2

OH

O

OH

H2N CHC

CH

OH

O

OH

CH3

H2N CHC

CH2

OH

O

OH

H2N CHC

CH2

OH

O

SH

Serine Threonine

Tyrosine

Cysteine

Methionine

H2N CHC

CH2

OH

O

CH2

S

CH3

Asam dan Amida

Aspartic acid D, Asp

Glutamic Acid E, Glu

Asparagine N, Asn

Glutamine Q, Gln

H2N CHC

CH2

OH

O

CH2

C

OH

O

H2N CHC

CH2

OH

O

CH2

C

NH2

O

H2N CHC

CH2

OH

O

C

OH

O

H2N CHC

CH2

OH

O

C

NH2

O

Glutamic AcidGlutamine

Aspartic Acid Asparagine

Amina

Arginine R, Arg

Histidine H, His

Lysine K, Lys

Tryptophan W, Trp

H2N CHC

CH2

OH

O

CH2

CH2

CH2

NH2

H2N CHC

CH2

OH

O

NNH

H2N CHC

CH2

OH

O

CH2

CH2

NH

C

NH2

NH

H2N CHC

CH2

OH

O

HN

Tryptophan

Arginine

Lysine Histidine

Chirality of Amino Acids Glycine, Asam 2-amino-asetat, adalah bukan kiral Lainnya, karbon pada asam amino adalah pusat

kiral Acuan stereokimia asam amino adalah proyeksi

Fischer dari L-serine Protein merupakan turunan dari L-asam amino

H2N CHC

H

OH

O

Glyciene

Tipe rantai samping

Netral: 15 dari 20 memiliki rantai samping netral Asam amino asam: Asp dan Glu memiliki

COOH kedua dan bersifat asam Asam amino basa: Lys, Arg, His memiliki rantai

samping gugus amino basa tambahan (N dalam tryptophan adalah basa yang sangat lemah)

Asam amino polar: Cys, Ser, Tyr (OH and SH) adalah asam lemah yang merupakan nukleofil yang baik

Catatan tentang Histidin Mengandung cincin imidazole yang secara parsial

terprotonasi dalam larutan netral Only the pyridine-like, doubly bonded nitrogen in histidine

is basic. The pyrrole-like singly bonded nitrogen is nonbasic because its lone pair of electrons is part of the 6 electron aromatic imidazole ring.

Asam Amino Essential All 20 of the amino acids are necessary for protein synthesis Humans can synthesize only 10 of the 20 The other 10 must be obtained from food

16

Asam Amino, Persamaan Henderson Hasselbalch, dan Titik Isoelektrik

Dalam larutan asam, karboksilat dan amina dalam bentuk asam konjugatnya, an overall cation

Dalam larutan basa, gugus-gugus adalah dalam bentuk basanya, an overall anion

Dalam larutan netral terdapat kation dan anion pH dimana muatan keseluruhan = 0 adalah titik isoelektrik,

pI

pI Tergantung pada Rantai Samping 15 asam amino gugus thiol, hidroksil atau rantai samping

hidrokarbon memiliki pI = 5.0 - 6.5 (rata-rata pKanya)

D dan E memiliki rantai samping asam dan pI lebih rendah H, R, dan K memiliki rantai samping basa pI lebih tinggi

Elektroforesis Nilai total pI protein tergantung pada selisih

keasaman/kebasaan rantai samping Perbedaan pI dapat digunakan untuk memisahkan protein

fase padat dengan cairannya Migrasi asam amino memiliki perbedaan kecepatan,

tergantung pada titik isoelektriknya dan pada pH buffer cairannya

Kurva Titrasi Asam Amino Jika nilai pKa suatu asam amino diketahui, fraksi masing-

masing tahap protonasi dapat dihitung (Persamaan Henderson-Hasselbach)

pH = pKa – log [A-]/[HA] Hal ini memungkinkan kurva titrasi dapat dihitung atau pKa

dapat ditentukan dari kurva titrasi

Kurva Titrasi

Sintesis Asam Amino Brominasi asam karboksilat dengan Br2 dan PBr3

kemudian digunakan NH3 atau phthalimide untuk mengusir Br

Sintesis Amidomalonate Berdasarkan sintesis ester malonat Mengubah diethyl acetamidomalonate menjadi ion enolate

dengan basa, diikuti alkilasi dengan alkil halida primer Hidrolisis gugus pelindung amida dan ester dan hasil

dekarboksilasi -amino

Aminasi Reduktif Asam Keto Reaksi asam -keto dengan NH3 dan agen reduksi

menghasilkan asam -amino

Sintesis Enantioselektif Asam Amino Asam Amino (kecuali glycine) adalah kiral dan

enantiomer murni dipersyaratkan untuk sintesis protein atau peptida

Resolution of racemic mixtures is inherently ineffecient since at least half the material is discarded

An efficient alternative is enantioselective synthesis

25

Sintesis Enantioselektif Asam Amino Chiral reaction catalyst creates diastereomeric transition

states that lead to an excess of one enantiomeric product Hydrogenation of a Z enamido acid with a chiral

hydrogenation catalyst produces S enantiomer selectively

26

Peptida dan Protein Proteins and peptides are amino acid polymers in which the

individual amino acid units, called residues, are linked together by amide bonds, or peptide bonds

An amino group from one residue forms an amide bond with the carboxyl of a second residue

Peptide Linkages Dua dipeptida dapat dibentuk dari reaksi antara A dan S,

tergantung reaksi COOH dengan NH2, menghasilkan AS atau SA

Semakin panjang rantai, pengulangan sekuen dari atom-atom NCHCO membentuk protein’s backbone

Peptida selalu ditulis dengan N-terminal asam amino (salah satu dengan gugus NH2 bebas) di kiri dan C-terminal asam amino (salah satu dengan gugus CO2H bebas) di kanan

Alanylserine disingkat Ala-Ser (atau A-S), dan serylalanine disingkat Ser-Ala (atau S-A)

Analisis Asam Amino dari Peptida The sequence of amino acids in a pure protein is specified

genetically If a protein is isolated it can be analyzed for its sequence The composition of amino acids can be obtained by

automated chromatography and quantitative measurement of eluted materials using a reaction with ninhydrin that produces an intense purple color

Kromatogram Analisis Asam Amino

Peptide Sequencing: The Edman Degradation The Edman degradation cleaves amino acids one at a

time from the N-terminus and forms a detectable, separable derivative for each amino acid

Peptide Sequencing: C-Terminal Residue Determination

Enzim Carboxypeptidase memecah C-terminal ikatan amida

Analysis determines the appearance of the first free amino acid, which must be at the carboxy terminus of the peptide

Sintesis Peptida Sintesis peptida memerlukan ikatan amida yang berbeda

untuk membentuk sequence yang diinginkan The growing chain is protected at the carboxyl terminal and

added amino acids are N-protected After peptide bond formation, N-protection is removed

33

Carboxyl Protecting Groups Usually converted into methyl or benzyl esters Removed by mild hydrolysis with aqueous NaOH Benzyl esters are cleaved by catalytic

hydrogenolysis of the weak benzylic C–O bond

Perlindungan Gugus Amino Suatu amida kurang stabil daripada amida protein

yang dibentuk kemudian dihilangkan The tert-butoxycarbonyl amide (BOC) protecting

group is introduced with di-tert-butyl dicarbonate Removed by brief treatment with trifluoroacetic acid

Peptide Coupling Amides are formed by treating

a mixture of an acid and amine with dicyclohexylcarbodiimide (DCC)

36

Overall Steps in Peptide Synthesis

37

Automated Peptide Synthesis: The Merrifield Solid-Phase Technique

Peptides are connected to beads of polystyrene, reacted, cycled and cleaved at the end

Struktur Protein Struktur protein primer adalah sekuen asam amino

sederhana. Struktur protein sekunder describes how segments of the

peptide backbone orient into a regular pattern. The tertiary structure describes how the entire protein

molecule coils into an overall three-dimensional shape. The quaternary structure describes how different protein

molecules come together to yield large aggregate structures

-Helix -helix distabilkan oleh ikatan H antara gugus

amida N–H dan gugus C=O empat residu membentuk segmen -helix pada rantainya

-Pleated Sheet -pleated sheet secondary structure is exhibited by

polypeptide chains lined up in a parallel arrangement, and held together by hydrogen bonds between chains

41

Denaturation of Proteins The tertiary structure of a globular protein is the result of many

intramolecular attractions that can be disrupted by a change of the environment, causing the protein to become denatured

Solubility is drastically decreased as in heating egg white, where the albumins unfold and coagulate

Enzymes also lose all catalytic activity when denatured

Enzymes and Coenzymes An enzyme is a protein that acts as a catalyst for a

biological reaction. Most enzymes are specific for substrates while enzymes

involved in digestion, such as papin attack many substrates

43

Types of Enzymes by Function Enzymes are usually grouped according to the kind of

reaction they catalyze, not by their structures

How Do Enzymes Work? Citrate Synthase

Citrate synthase catalyzes a mixed Claisen condensation of acetyl CoA and oxaloacetate to give citrate

Normally Claisen condensations require a strong base in an alcohol solvent but citrate synthetase operates in neutral solution

The Structure of Citrate Synthase Determined by X-ray crystallography Enzyme is very large compared to substrates, creating a

complete environment for the reaction

Mechanism of Citrate Synthetase A cleft with functional groups binds oxaloacetate Another cleft opens for acetyl CoA with H 274 and D

375, whose carboxylate abstracts a proton from acetyl CoA

The enolate (stabilized by a cation) adds to the carbonyl group of oxaloacetate

The thiol ester in citryl CoA is hydrolyzed

Enzim An enzyme is a protein that acts as a catalyst for a

biological reaction. Most enzymes are specific for substrates while enzymes

involved in digestion such as papain attack many substrates

Kofaktor Bagian dari protein, banyak enzim juga memiliki bagian

nonprotein yang disebut kofaktor Bagian protein seperti enzim disebut apoenzim, dan

gabungan apoenzim dengan kofaktor disebut holoenzim. Hanya holoenzim yang memiliki aktivitas biologi; baik kofaktor maupun apoenzim tidak dapat mengkatalisis reaksinya sendiri

Kofaktor dapat berupa ion anorganik maupun molekul organik, disebut koenzim

Banyak koenzim diturunkan dari vitamin, molekul organik yang diperlukan makanan untuk metabolisme dan atau pertumbuhan

Types of Enzymes by Function Enzymes are usually grouped according to the kind

of reaction they catalyze, not by their structures

How Do Enzymes Work? Citrate Synthase Citrate synthase catalyzes a mixed Claisen condensation

of acetyl CoA and oxaloacetate to give citrate Normally Claisen condensation require a strong base in

an alcohol solvent but citrate synthetase operates in neutral solution

The Structure of Citrate Synthase Determined by X-ray crystallography Enzyme is very large compared to substrates,

creating a complete environment for the reaction

Mechanism of Citrate Synthetase A cleft with functional groups binds oxaloacetate Another cleft opens for acetyl CoA with H 274 and D

375, whose carboxylate abstracts a proton from acetyl CoA

The enolate (stabilized by a cation) adds to the carbonyl group of oxaloacetate

The thiol ester in citryl CoA is hydrolyzed

53

Denaturasi Protein Struktur tersier dari protein globular merupakan hasil dari

banyaknya tarik menarik intramolekular yang dapat diganggu oleh perubahan lingkungan, menyebabkan protein terdenaturasi

Kelarutan secara drastis menurun pada pemanasan putih telur, albumin membuka dan menggumpal

Enzim juga kehilangan semua aktivitas katalitik ketika terdenaturasi