PROTEIN

1. PROTEIN

2. Biopolimer • Polisakarida: energy storage • Asam-asam nukleat: data storage dan transmission of information • Protein (poliamida): very diversed functions (sebagai enzim, sebagai outer cover, sebagai antibodi, dll.)

3. Struktur

4. Macam-macam struktur • Struktur primer: Sequence asam-asam amino yang membentuk suatu poliamida tertentu • Struktur sekunder/tersier: suatu rantai poliamida dengan folded structure • Struktur quarterner: merupakan agregat dari beberapa macam poliamida

5. Karakteristik khusus • Hidrolisis berbagai protein akan menghasilkan campuran asam-asam amino • Asam-asam amino alami selalu memiliki konfigurasi L pada -C (konfigurasi yang sama dengan L-glyceraldehyde) • Perkecualian: glycine (achiral)

6. Review alpha carbon (-C) Tautomerisme pada senyawa dengan gugus karbonil

7. Posisi  dan  • -hidrogen adalah atom H pada atom C yang bersebelahan dengan dengan gugus karbonil • -hidrogen lebih asam daripada -hidrogen • Hal ini terjadi akibat stabilisasi resonansi pada senyawa karbonil

8. Resonansi • Struktur A: muatan negatif pada karbon karena ikatan  pada C-O lebih kuat daripada ikatan  pada C-C di struktur B • Struktur B: muatan negatif pada oksigen karena elektronegativitas oksigen yang jauh lebih besar daripada C

9. Struktur hibrid • Anion dalam bentuk hibrid ini dapat menerima proton pada 2 posisi: 1. pada C negatif membentuk senyawa karbonil semula (bentuk keto) 2. pada O negatif membentuk enol

10. Tautomer keto dan enol • Isomer yang sangat mudah berubah satu menjadi yang lain (hanya dengan sedikit saja asam atau basa) • Semua senyawa karbonil merupakan tautomer, tapi tautomerisasi merupakan reaksi kesetimbangan • Misal: pada senyawa karbonil sederhana (aseton dan asetaldehid), jumlah enol pada kesetimbangan mereka sangat kecil • Semakin dominan ikatan  pada C-O relatif terhadap C-C maka senyawa keto akan jauh lebih stabil daripada senyawa enol

11. Tautomerisme karbonil sederhana

12. Asam-asam amino • Tiga kelompok asam amino berdasarkan R (side chain pada struktur asam amino): 1. Netral 2. Asam 3. Basa

13. Asam amino netral

14. Asam amino asam dan basa

15. Asam amino esensial • Asam amino yang tidak dapat diproduksi sendiri oleh makhluk-makhluk tingkat tinggi • Perlu sumber eksternal (sebagai asupan makanan) • Indeks ‘b’ pada Tabel 24.1.

16. Zwitterions • Merupakan ion-ion dipolar (dalam satu molekul ada polarisasi muatan) • Untuk asam amino: gugus –NH2 = gugus basa gugus –CO2H = gugus asam • Asam amino pada kondisi kering: sebagai ion dipolar • Asam amino pada kondisi basah: kesetimbangan antara ion dipolar dengan ion basa dan ion asam

17. Zwitterions

18. Zwitterions • Dominasi asam amino dalam larutan tergantung pH: - pada kondisi basa: sebagai anion - pada kondisi asam: sebagai kation

19. Karakteristik khusus • Struktur umum asam amino : H2NCHRCOOH ada gugus amin (-NH2) dan gugus karboksilat (-COOH) • Tapi sifat-sifat protein sangat berbeda dari senyawa-senyawa amin atau senyawa-senyawa karboksilat

20. Karakteristik khusus • Senyawa amin dan karboksilat berupa cairan, asam amino adalah padatan kristalin dengan titik lebur cukup tinggi • Asam amino tidak larut dalam solven non polar, larut dengan baik dalam air • Keasamannya jauh lebih rendah dibandingkan senyawa karboksilat pada umumnya • Kebasaannya jauh lebih tinggi daripada senyawa amin pada umumnya

21. Ka dan Kb terukur • Pada umumnya nilai terukur: Nilai Ka untuk asam karboksilat berorder 10-5 Nilai Kb untuk amin alifatik berorder 10-4 • Pada asam amino sederhana (misalnya glycine): Ka = 1,6 x 10-10 (sangat kecil) Kb = 2,5 x 10-12 (sangat kecil)

22. Penjelasan keasaman/kebasaan • Keasaman yang terukur adalah keasaman dari ion amonium • Kebasaan yang terukur adalah kebasaan dari ion karboksilat

23. Dapat dihitung • Asam-basa konjugasi dapat dihubungkan dengan persamaan: Ka x Kb = 10-14 • Jika diperoleh nilai Ka = 1,6 x 10-10 untuk gugus –NH3+ maka nilai Kb untuk gugus –NH2 adalah 10-14/(1,6x10-10) = 6,3x10-5 • Coba hitung nilai Ka untuk gugus –COOH jika terukur nilai Kb asam amino (untuk gugus –COO-) sebesar 2,5x10-12

24. Menurut definisi Bronsted-Lowry • Gugus yang bersifat ‘akseptor proton’ pada asam amino sederhana adalah –COO- • Gugus yang bersifat ‘donor proton’ pada asam amino sederhana adalah –NH3+

25. Manfaat • Dapat mempercepat suatu reaksi tertentu dengan mengatur kebasaan atau keasaman sedemikian rupa sehingga meningkatkan konsentrasi spesies reaktifnya. • Pikirkan: bagaimana cara mempercepat reaksi esterifikasi asam amino?

26. Titik isoelektrik (pI) • pH di mana konsentrasi anion sama dengan konsentrasi kation • Konsentrasi ion dipolar maksimum • Titik optimum pada proses pengendapan (koagualasi) protein • Misalnya pada pembuatan tahu

27. Fenomena zwitterion • Misal tinjau alanine • Jika alanine dilarutkan dalam suasana asam, bentuk dominan adalah bentuk kationik • Perhatikan bahwa nilai pKa atom H pada gugus karboksilat-nya LEBIH KECIL daripada asam karboksilat biasa

28. Enhanced acidity • Keasaman gugus karboksil pada -asam amino disebabkan efek induksi dari kation aminium • Keberadaan kation di dekatnya menyebabkan gugus karboksil cenderung ‘menghilangkan’ protonnya agar tercapai kestabilan. • Penghilangan proton ini menghasilkan ion dipolar

29. Menghitung titik isoelektrik • pI (titik isoelektrik) adalah rata-rata dari nilai-nilai pKa • Untuk kasus alanine: pI = 0.5 (2.3+9.7) = 6.0

30. Contoh kasus titrasi basa • Misal alanine mula-mula berada pada keadaan sangat asam (misal pH 0) sehingga bentuk dominannya adalah bentuk kation. • Ditambahkan basa sedikit demi sedikit: - mula-mula proton yang ‘dikeluarkan’ adalah proton pada gugus karboksilat - saat pH mencapai 2.3 (pH=pKa), proton gugus karboksilat telah terpisah dari SEPARUH populasi molekul alanine (pikirkan mengapa demikian!)

31. Persamaan Henderson-Hasselbalch • Tinjau ionisasi: HA  H+ + A- • Buktikan bahwa pada kesetimbangan: • Kaitkan untuk menjawab pertanyaan di slide sebelumnya

32. Kembali ke kasus titrasi basa • Pada pH = 2.3, separuh dari populasi molekul alanine telah kehilangan proton dari gugus karboksilatnya. • Jika penambahan basa dilanjutkan, tercapai kondisi dimana SELURUH molekul alanine telah kehilangan proton dari gugus karboksilatnya. • Kondisi tersebut adalah titik isoelektrik (pI)

33. Kasus titrasi basa • Untuk alanine, pI tercapai pada pH = 6.0 • Jika penambahan basa diteruskan, proton akan mulai lepas dari ion aminium • Pada pH = 9.7 SEPARUH populasi molekul alanine telah kehilangan proton dari ion aminium (pikirkan mengapa demikian) • Nilai pH ini adalah nilai pKa dari ion aminium

34. Kasus titrasi basa • Jika titrasi diteruskan pH akan naik dan akhirnya seluruh molekul alanin telah kehilangan proton dari ion aminiumnya • Pada kondisi ini, alanine berada pada kondisi anionik

35. Kurva titrasi alanine

36. Sintesis asam amino • Sintesis penting di industri: sintesis asimetris (enantioselective) • Ingat: kebanyakan asam amino alami adalah L-amino acid • Produksi skala industri sering menghasilkan racemic mixture • Perlu pemurnian (proses resolusi)

37. Contoh: L-DOPA

38. Sintesis polipeptida • Molekul hasil penggabungan asam-asam amino disebut peptida: 2 asam amino = dipeptida 3-10 asam amino = oligopeptida > 10 asam amino = polipeptida

39. Polipeptida • Polimer linier dengan salah satu ujung berupa N-terminal residue dan ujung yang lain berupa C-terminal residue

40. Hidrolisis • Dengan HCl 6 M selama 24 jam, menghasilkan campuran asam-asam amino • Pemisahan asam-asam amino dilakukan dengan metode chromatography • Misal: dengan cation-exchange resin

41. Cation-exchange resin • Asam amino dilewatkan pada kolom berisi resin: asam-asam amino akan teradsorpsi pada resin akibat muatan negatif pada gugus sulfonat dan muatan positif pada asam amino

42. Cation exchange resin • Kekuatan adsorpsi tergantung pada kebasaan asam amino : semakin basa, semakin kuat • Jika kolom kemudian ‘dicuci’ dengan larutan buffer pada pH tertentu, asam amino akan terlepas dari resin dengan kecepatan yang berbeda • Asam amino yang paling dulu keluar dari kolom adalah asam amino yang adsorpsinya paling lemah (paling asam)