Berbagi Inspirasi

Kalau melihat struktur rantai utamanya, rantai terdiri dari gugus asam karboksilat (-COOH) dan amina. Gugus amina terikat pada atom karbon yang berada di posisi alfa (sebelah atom karbon yang mengikat atom oksigen). Kedua gugus fungsi ini dapat menangkap dan melepas atom hidrogen sehingga menjadi bermuatan. Gugus COOH dapat menjadi ion negatif, gugus amina dapat menjadi bermuatan positif seperti pada gambar. 

Oleh karena itu, asam amino dapat menjadi zwitter ion. Zwitterion adalah ion yang memiliki dua muatan berbeda, positif dan negatif, dalam satu molekul. Jadi, molekul asam amino dapat bermuatan positif, dan dapat juga bermuatan negatif.

Kapankah molekul asam amino bermuatan positif, kapan bermuatan negatif?

Nah, untuk menjawab ini, kita harus mengingat kembali pelajaran tentang asam dan basa. Banyak teori tentang asam basa, tapi yang paling lazim dibahas adalah menyangkut ion H+ dan OH-. Sederhanana, asam berarti di dalam larutan banyak terdapat ion H+, basa berarti banyak terdapat OH-.

Ketika di dalam larutannya banyak H+ maka ion H+ akan terikat ke atom oksigen pada gugus asam karboksilat yang sedang dalam keadaan menjadi ion negatif. Maka muatan totalnya akan menjadi +1.

Ketika berada di dalam larutan yang terdapat banyak ion OH-, maka atom H yang terikat pada gugus amina dapat tertarik oleh OH- membentuk air. Maka muatan totalnya menjadi -1.

Namun muatannya yang sebenarnya bergantung juga oleh rantai samping (R) asam amino tersebut. 

Asam amino yang lazim ditemukan pada protein terdiri dari 20 jenis dan dapat dikelompokkan menjadi 4 kelompok yaitu :

Asam amino nonpolar alifatik

Terdiri dari 7 asam amino. Disebut asam amino nonpolar alifatik karena rantai sampingnya (yang ditandai dengan kotak merah) berupa rantai karbon, yang cenderung bersifat nonpolar.

Glycine (Gly / G)

Alanine (Ala / A)

Isoleucine (Ile / I)

Leucine (Leu / L)

Methionine (Met / M)

Valine (Val / V)

Proline (Pro / P)

Nama asam amino pada gambar diatas menggunakan bahasa inggris. Tiga huruf pertama di dalam kurung adalah singkatan yang lazim digunakan untuk menunjukkan asam amino. Biasanya sistem penyingkatan digunakan pada penjabaran sekuens protein. Untuk sekuens/rantai protein yang dituliskan seluruh sekuensnya biasanya digunakan sistem 1 huruf agar lebih mudah.
Glycine adalah asam amino yang paling sederhana, dengan rantai samping hanya berupa satu atom hidrogen. Karena itu, glysine tidak memiliki atom C kiral, tidak seperti asam amino lain yang memiliki C kiral. Atom C kiral adalah atom C yang keempat tangannya mengikat rantai/atom berbeda.
Proline adalah satu-satunya asam amino yang rantai sampingnya membentuk siklik dengan rantai utama. Hal ini menyebabkan atom-atom pada rantai proline tidak dapat berotasi dengan bebas.

Asam Amino Aromatik

Asam amino aromatik adalah kelompok asam amino yang rantai sampingnya memiliki gugusan aromatik alias cincin benzena. Dua dari tiga asam amino ini merupakan asam amino esensial.

Tryptophan (Trp / W)

Phenylalanine (Phe / F)

Tyrosine (Tyr / Y)

Tryptophan dan phenilalanine merupakan asam amino essensial. Phenylalanine dapat diperoleh dalam jumlah cukup dari susu, telur, pemanis buatan, dan sumber protein lainnya. Tyrosin dapat dibuat dari phenylalanine. Namun dalam keadaan tertentu, tyrosine tambahan dari diet dapat dibutuhkan.
Permasalahan dalam metabolisme phenylalanine dan tyrosin dapat menyebabkan beberapa penyakit.

Jika di dalam tubuh kita kekurangan, kerusakan, mutasi pada gen yang mengkode enzim phenylalanine hydroxylase, maka metabolisme phenylalanine dan tyrosine akan terganggu. Tyrosine dibentuk dari asam amino phenylalanine melalui reaksi hidroksilasi (penambahan gugus OH) yang dikatalisasi oleh enzim phenylalanine hydroxylase. Penyakit akibat kekurangan atau kerusakan enzim phenylalanine hydroxylase dikarenakan mutasi pada gen yang mengkode enzim ini disebut phenylketonuria (fenilketonuria dalam bahasa indonesia).
Jika enzim tersebut tidak berfungsi dengan baik, phenylalanine yang diperoleh dari diet (makanan dan minuman) akan menumpuk  dalam aliran darah dan jaringan lainnya. Jika konsentrasi phenylalanine dalam darah sudah mencapai batas maksimum yang dapat ditoleransi tubuh, phenylalanine akan mengakibatkan kerusakan pada syaraf dan otak.
Penyakit phenylketonuria ini adalah penyakit keturunan. Gen pembawa penyakit ini resesif, hanya timbul jika kedua orang tua memiliki gen tersebut. Gejala penyakit ini diantaranya keterbelakangan mental, kesulitan berinteraksi, hiperaktif, tremor, kejang, ruam kulit, ukuran kepala dibawah normal. Untuk lebih jelas, anda bisa merujuk ke link MedlinePlus berikut. Penyakit ini dapat disembuhkan, disertai dengan pengaturan asupan makanan yang ketat, harus mengandung phenylalanine dalam jumlah yang sangat sedikit.

Tyrosine berfungsi dalam pembentukan berbagai hormon, protein, serotonin yang merupakan neurotransmitter (pemberi sinyal ke otak), serta dalam pembentukan melanin yang merupakan pigmen warna tubuh dan rambut. Tyrosine diubah menjadi senyawa dopaquinon yang akan diproses lebih lanjut menjadi melanin. Perubahan Tyrosine menjadi dopaquinon ini dikatalisasi oleh enzim tyrosinase. Nah, jika gen pengkode enzim ini mengalami mutasi, maka tyrosine tidak dapat diubah menjadi dopaquinon karena enzimnya mengalami perubahan, atau enzim diproduksi dengan jumlah sangat sedikit sehingga pembentukan melanin akan terhambat. Jika hal tersebut terjadi maka penderitanya akan mengalami albinism atau albino.

Asam Amino Polar Tak Bermuatan

Asam amino yang tergolong golongan ini sebanyak 5 jenis yaitu Cystein, Serin, Threonin, Asparagine, dan Glutamine. 5 asam amino ini bersifat polar karena rantai sampingnya (R) berupa rantai yang cukup pendek dengan tambahan gugus yang relatif polar yaitu gugus hidroksi (OH) pada serine dan threonine, dan gugus amida (CONH2) pada asparagine dan glutamine, pada sistein terdapat gugus tiol (SH) yang polar.

Asparagine (Asn / N)

Glutamine (Gln / Q)

Serine (Ser /S)

Threonine (Thr / T)

Cysteine (Cys / C)

Diantara 5 asam amino tersebut, Threonine merupakan asam amino esensial.
Sistein, memegang peranan penting dalam memberi bentuk pada protein (globular, atau heliks, atau sheet). Dua molekul sistein dapat teroksidasi menghasilkan cystine, dua molekul sistein yang atom sulfurnya saling berikatan. Ikatan kedua atom sulfur itu disebut ikatan disulfida. Keberadaan ikatan disulfida mengakibatkan timbul beberapa perubahan pada rantai protein, seperti bentuk loop.

Cystine, dua molekul cysteine yang teroksidasi membentuk ikatan disulfida (ditandai dengan lingkaran merah)

Asam Amino Polar Bermuatan

Asam amino ada yang bermuatan positif dan ada juga yang bermuatan  negatif. Muatannya bergantung pada rantai samping.

Bermuatan positif

Arginine (Arg / R)

Lysine (Lys / K)

Histidine (His / R)

Muatan positif akan terjadi saat gugus amina pada asam amino tersebut memperoleh tambahan H sehingga menjadi NH3+.

Bermuatan Negatif

Glutamate

Aspartate

Muatan negatif terjadi saat atom H dari OH rantai samping lepas sebagai proton, menyisakan O-.

Histidine merupakan asam amino esensial pada masa pertumbuhan, sehingga kita butuh asupan histide dari luar. Histidine adalah bahan baku pembuatan histamine. Pernah mendengar tentang histamine? Kalau anti-histamine pernah dengar ya. Histamine adalah salah satu reaksi tubuh terhadap benda/protein asing yang masuk ke dalam tubuh. Histamine sebenarnya memiliki fungsi yang baik, yaitu sebagai salah satu neurotransmitter dan berfungsi juga untuk melebarkan pembuluh darah.

Glutamate, terdengar tak asing, bukan?
Kalau MSG pasti semua orang tau. MSG adalah singkatan dari Mono Sodium Glutamate. Dari namanya, dapat kita ketahui bahwa MSG itu adalah garam natrium (sodium=natrium) dari glutamate. Glutamate sendiri merupakan asam amino non esensial, dapat diproduksi sendiri oleh tubuh. Glutamate merupakan neurotransmitter terpenting dalam fungsi otak. Glutamate memainkan peran penting dalam ilmu kedokteran syaraf, karena jika konsentrasi glutamate di luar sel meningkat tajam, glutamate dan senyawa yang berkaitan tersebut akan menjadi racun untuk neuron (sel syaraf). Glutamate disintesis di dalam sel syaraf di otak, karena glutamate tidak dapat menembus blood-brain-barrier (semacam pambatas antara otak dengan pembuluh darah ke otak, yang menyebabkan tidak semua zat dapat masuk ke dalam otak, termasuk sebagian besar jenis obat-obatan). MSG dan glutamat juga dapat diperoleh dari sumber luar, seperti dalam tomat, keju, rumput laut, dan lain-lain. Orang dewasa rata-rata mengkonsumsi 13 gram glutamate dari protein makanan yang kita makan, sementara konsumsi MSG tambahan pada orang dewasa sebanyak 0,55 gram. Glutamate dari protein alami dan glutamate dari MSG tambahan, diproses lebih lanjut dalam tubuh dengan cara yang sama.

Asam Amino Essensial dan Non-essensial

Di bagian awal tadi sudah sering disebutkan asam amino yang essensial dan yang tidak. Apa saja asam amino yang essensial tersebut?
Mari lihat tabel berikut.


Asam amino essensial adalah asam amino yang kita mutlak butuhkan dari luar tubuh, misalnya dari asupan protein dalam makanan. Jika kekurangan asupan protein yang mengandung asam amino tersebut, kesehatan dapat terganggu.
Asam amino non esensial adalah jenis asam amino yang dapat diproduksi oleh tubuh.
Asam amino esensial bersyarat, maksudnya adalah beberapa jenis asam amino non esensial, namun seringkali kita membutuhkan asupan dari luar. Misalkan saat dalam keadaan sakit, atau dalam masa pertumbuhan.

Apa yang akan terpikir olehmu saat mendengar kata 'protein'? Saya rasa jawabannya adalah makanan.

Ya, protein identik dengan makanan. Namun, sebenarnya protein tidak hanya berada dalam makanan. Protein ada di berbagai hal. Tubuh kita terdiri dari protein yang sangat banyak, kompleks dan bermacam-macam. Rambut, kuku, bulu pada unggas, juga merupakan protein loh, keratin namanya. Keratin merupakan protein yang tidak larut dalam air, sehingga rambut kita tidak hancur ketika terkena air, berbeda dengan protein pada susu yang larut dalam air. 

Adakah hal lain yang unik berkaitan dengan protein? 

Ada. Kunang-kunang dapat memancarkan cahaya pada tubuhnya. Cahaya itu dihasilkan dari reaksi protein bernama Luciferin dengan molekul berenergi tinggi ATP, yang dikatalisis dengan enzim luciferase. Luar biasa.

Lalu, apakah protein itu?

Protein adalah polimer dari asam amino. Asam amino saling tersambung satu dengan lainnya dengan ikatan kimia membentuk rantai. Itulah yang kita sebut dengan protein. Asam amino yang lazim ditemui ada 20 jenis. Beberapa yang terkenal adalah Lysin, Tyrosin, Tryptophan, dan Asam Glutamat. Lebih lengkap tentang asam amino akan dijelaskan di tulisan bagian 2.

Apakah semua protein sama?

Tentu saja tidak. Bayangkan, seandainya ada protein yang terdiri dari 4 asam amino yaitu Lysin (disingkat Lys), Tryptophan (Trp), Tyrosin (Tyr), Asam glutamat (Glu), dengan masing-masing satu residu (dalam biokimia, residu menandakan 1 molekul) kemungkinan kombinasi proteinnya :

Lys-TrP-Tyr-Glu               Trp-Tyr-Glu-Lys

Lys-Tyr-Trp-Glu               Trp-Tyr-Lys-Glu

Lys-Glu-Tyr-Trp               Trp-Glu-Tyr-Lys

Lys-Glu-Trp-Tyr               Trp-Lys-Tyr-Glu

dan maaaaasih banyak lagi. Ingat, urutan berbeda akan menghasilkan protein yang berbeda juga.

Itu hanya dengan 4 asam amino, kalau 20? Bisa dibayangkan kombinasinya akan sangat banyak. Protein juga biasanya sangat besar, enzim dalam tubuh biasanya memiliki rantai protein yang tersusun lebih dari 100 residu asam amino.

Jadi, karena kombinasi penyusunannya bermacam-macam, sebagian besar protein di susu sapi berbeda dengan protein di telur, berbeda dengan protein di jagung, berbeda dengan protein di ikan, berbeda dengan protein di ayam, baik jenis maupun jumlahnya. Meskipun namanya sama-sama protein.

Mengapa tubuh kita memiliki banyak protein? Untuk apa?

Protein memiliki fungsi yang sangat banyak. Diantaranya :

• Sebagai zat pembangun dalam tubuh, tubuh kita membutuhkan protein dalam jumlah besar karena akan digunakan untuk membentuk otot, rambut, kuku, tulang, serta enzim dalam tubuh.
• Untuk memelihara tubuh. Pernahkah kalian mendengar ada orang yang melakukan transplantasi hati dari orang yang masih hidup ke orang lain? Apakah si donor jadi tidak punya hati (liver ya dalam hal ini)? Donor hati itu masih punya liver, namun tinggal setengah. Lalu apakah dia akan mati kalau cuma punya setengah liver? Nah ini lah kehebatan liver. Liver adalah salah satu organ penting dalam metabolisme, apalagi di manusia. Ketika terjadi transplantasi, hati yang memiliki kemampuan protein-turn-over yang tinggi dapat memulihkan dirinya, tumbuh kembali, secara bertahap. Namun tidak lagi demikian jika hati rusak. Tidak hanya pada hati, protein juga penting untuk menjaga agar sel dan jaringan tubuh lain dari kerusakan sehingga tetap berfungsi dengan normal. Jika ada protein dalam jaringan atau sel yang rusak maka akan segera 'dibongkar-pasang' dengan protein yang baru. Itulah yang disebut dengan protein turn over. Jika protein turn over nya tinggi, maka kecepatan bongkar-pasangnya juga cepat, sepperti pada hati dan mukosa usus.
• Pembentuk energi. Protein juga dapat diubah menjadi energi jika cadangan energi yang lain telah habis. Jadi jika masih ada cadangan gula, maka yang digunakan sebagai energi adalah gula. Jika gula habis maka lemak digunakan, Jika lemak pun habis, protein yang diubah menjadi energi.
• Pengatur mekanisme dalam tubuh. Protein hormon berperan penting dalam hal ini. Pernah mendengar insulin kan? Insulin adalah protein hormon yang berperan dalam menjaga kadar gula dalam darah. Jika insulin kurang atau tidak dapat diproduksi tubuh dengan benar, akan terjadi kelainan yang disebut diabetes.
• Antibodi. Antibodi juga erat kaitannya dengan protein. Immunoglobulin, adalah salah satu protein antibodi yang penting. 
• Toksik. Bisa ular yang mematikan adalah salah satu contoh dari protein toksik.
• Katalitik. Katalitik disini adalah reaksi yang membutuhkan katalis atau pemercepat reaksi. Sebagian besar protein berfungsi dalam hal katalisis, yang kita kenal sebagai enzim. Enzim dapat ditemukan di setiap bagian tubuh kita. Setiap tahapan metabolisme tubuh kita dilakukan dengan enzim. Lebih lengkap tentang enzim nanti ya, di bagian selanjutnya.
• Penyimpanan dan pengangkutan zat. Protein berperan untuk menyimpan zat, contohnya feritin yang menyimpan ion besi. Protein juga dapat berfungsi sebagai pengangkut, seperti lipoprotein. Lipoprotein adalah protein yang tergabung dengan lipid (lemak). Lipoprotein sangat penting dalam membawa zat ke sel.

Tubuh kita dapat menghasilkan protein sendiri, namun juga memerlukan 'bahan baku' dari luar tubuh. Bahan baku yang dimaksud adalah asam amino, molekul penyusun protein. Protein akan dipecah menjadi penyusunnya kemudian asam amino itu digunakan untuk membentuk protein lagi yang dibutuhkan. Asam amino tersebut ada yang dapat dibuat oleh tubuh, ada yang mutlak harus didapatkan dari luar. Asam amino yang tidak dapat dibuat oleh tubuh manusia dan harus diperoleh dari luar disebut dengan asam amino esensial. Jika kekurangan asupan asam amino esensial, maka tubuh akan mengalami gangguan.
Jika makanan yang kita konsumsi kurang protein, bahan baku untuk menggantikan protein yang rusak dalam tubuh kita dari mana dong?
Protein nabati dan protein hewani, mana yang lebih mudah dicerna? Antara protein di bayam dan daging, mana yang lebih mudah dicerna? Oke, masih ingat pelajaran biologi SMA tentang sel? Apa perbedaan sel hewan dan sel tumbuhan? Kalau masih ingat, jawabannya adalah......dinding sel. Sel tumbuhan dilapisi oleh dinding sel, sementara sel hewan tidak. Dinding sel yang terbentuk dari selulosa sulit dicerna oleh tubuh kita, sehingga proteinnya sulit 'keluar'. Sementara daging hewan tidak memiliki dinding sel sehingga mudah dicerna tubuh.

Apakah baik jika kita mengkonsumsi protein dari 1 sumber makanan saja, dari kedelai saja, misalnya?
Seperti yang disebutkan sebelumnya, protein dari berbagai sumber memiliki perbedaan, termasuk dalam kadar asam aminonya. Kedelai adalah salah satu bahan makanan yang cukup digemari karena memiliki nutrien yang cukup lengkap. Namun kedelai hanya mencukupi 88% asam amino Tyrosine dibandingkan PAAP FAO (nilai yang biasa digunakan untuk menentukan standar atau kualitas makanan) tahun 1973  dan hanya 69% tryptophan. Susu sapi, yang biasa kita andalkan untuk memenuhi kebutuhan protein, sebenarnya kekurangan asam amino esensial yang mengandung sulfur seperti Metionin dan Sistein.
Lalu sumber makanan apa yang asam aminonya lengkap?
Telur ayam adalah salah satunya. Tapi jangan hanya makan telur ayam ya, makanan yang bervariasi akan sangat baik untuk tubuh kita. Untuk bayi, usahakan selalu diberi ASI. Karena ASI adalah makanan dengan protein yang baik dan lengkap untuk bayi, tanpa suplemen tambahan, tanpa gula tambahan *ups.

Protein yang dibutuhkan per kg berat badan bayi lebih tinggi daripada kebutuhan protein per berat badan orang dewasa. Kebutuhan protein saat masih bayi dibawah satu tahun adalah sebesar 3 g/kg BB/hari sementara kebutuhan orang dewasa 1 gram/kg BB/hari. Kebutuhan wanita hamil dan menyusui jauh lebih besar dibandingkan orang normal. Tentu saja, karena ibu hamil harus membagi nutrisi yang dikonsumsinya dengan si jabang bayi. Begitu pula ketika ibu menyusui, bayi yang hanya bisa minum susu, seperti yang sudah disebutkan tadi, membutuhkan protein yang banyak. Oleh karena itu, ibu sebagai penyedianya harus mengkonsumsi protein jauh lebih banyak lagi. Selain anak-anak dan wanita hamil-menyusui, orang yang sedang sakit juga membutuhkan banyak asupan protein. Jadi, jangan jadikan sakit sebagai alasan untuk enggan makan ya. Kalau ingin tubuh kembali normal, harus banyak makan makanan bergizi tinggi agar kerusakan dalam tubuh segera diatasi. Tentu saja, dengan diet petunjuk dokter ya.


Sekian pendahuluan tentang protein. Pada tulisan berikutnya akan dijelaskan lebih rinci mengenai protein dan penyusunnya.

sumber :

Nelson, David. L., Cox, Michael. M., (2005). Lehninger Principles of Biochemistry (4th ed.). W.H. Freeman.

Susilowati, Hs., Handayani, S., (2004). Hand Out Mata Kuliah Nutrisi. Depok : Departemen Kimia Fakultas MIPA UI.

Hudiyono, S., (2005). Hand Out Mata Kuliah Kapita Selekta Biokimia 1 : Enzim. Depok : Departemen Kimia Fakultas MIPA UI.