rangkuman kimia organik

RANGKUMAN KIMIA ORGANIK II

 

1.                 STRUKTUR ASAM AMINO

Asam amino adalah sembarang senyawa organik yang memiliki gugus fungsional karboksil (-COOH) dan amina(biasanya -NH₂). Dalam biokimia seringkali pengertiannya dipersempit: keduanya terikat pada satu atom karbon(C) yang sama (disebut atom C "alfa" atau α). Gugus karboksil memberikan sifat asam dan gugus amina memberikan sifat basa. Dalam bentuk larutan, asam amino bersifat amfoterik: cenderung menjadi asam pada larutan basa dan menjadi basa pada larutan asam. Perilaku ini terjadi karena asam amino mampu menjadizwitter-ion. Asam amino termasuk golongan senyawa yang paling banyak dipelajari karena salah satu fungsinya sangat penting dalam organisme, yaitu sebagai penyusun protein.

Struktur asam amino secara umum adalah satu atom C yang mengikat empat gugus: gugus amina (NH₂), gugus karboksil (COOH), atom hidrogen (H), dan satu gugus sisa (R, dari residue) atau disebut juga gugus atau rantai samping yang membedakan satu asam amino dengan asam amino lainnya.

Gambar Struktur asam α-amino, dengan gugus amina di sebelah kiri dan gugus karboksil di sebelah kanan
Atom C pusat tersebut dinamai atom C_α ("C-alfa") sesuai dengan penamaan senyawa bergugus karboksil, yaitu atom C yang berikatan langsung dengan gugus karboksil. Oleh karena gugus amina juga terikat pada atom C_αini, senyawa tersebut merupakan asam α-amino.

Isomerisme pada asam amino

Dua model molekul isomer optis asam amino alanina

Karena atom C pusat mengikat empat gugus yang berbeda, maka asam amino—kecuali glisina—memiliki isomer optik: l dan d. Cara sederhana untuk mengidentifikasi isomeri ini dari gambaran dua dimensi adalah dengan "mendorong" atom H ke belakang pembaca (menjauhi pembaca). Jika searah putaran jarum jam (putaran ke kanan) terjadi urutan karboksil-residu-amina maka ini adalah tipe d. Jika urutan ini terjadi dengan arah putaran berlawanan jarum jam, maka itu adalah tipe l. (Aturan ini dikenal dalam bahasa Inggris dengan nama CORN, dari singkatan COOH - R - NH₂).

Pada umumnya, asam amino alami yang dihasilkan eukariota merupakan tipe l meskipun beberapa siput laut menghasilkan tipe d. Dinding sel bakteribanyak mengandung asam amino tipe d.

Polimerisasi asam amino

Reaksi kondensasi dua asam amino membentuk ikatan peptida

Protein merupakan polimer yang tersusun dari asam amino sebagai monomernya. Monomer-monomer ini tersambung dengan ikatan peptida, yang mengikat gugus karboksil milik satu monomer dengan gugus amina milik monomer di sebelahnya. Reaksi penyambungan ini (disebut translasi) secara alami terjadi di sitoplasma dengan bantuan ribosom dan tRNA.

Pada polimerisasi asam amino, gugus -OH yang merupakan bagian gugus karboksil satu asam amino dan gugus -H yang merupakan bagian gugus amina asam amino lainnya akan terlepas dan membentuk air. Oleh sebab itu, reaksi ini termasuk dalam reaksi dehidrasi. Molekul asam amino yang telah melepaskan molekul air dikatakan disebut dalam bentuk residu asam amino.

ZWITTER-ION

Asam amino biasanya diklasifikasikan berdasarkan sifat kimia rantai samping tersebut       menjadi empat kelompok. Rantai samping dapat membuat asam amino bersifat asam lemah, basa lemah, hidrofilik jika polar, dan hidrofobik jika nonpolar. Asam amino dalam bentuk tidak terion (kiri) dan dalam bentuk zwitter-ion.

Karena asam amino memiliki gugus aktif amina dan karboksil sekaligus, zat ini dapat dianggap sebagai sekaligus asam dan basa (walaupun pH alaminya biasanya dipengaruhi oleh gugus-R yang dimiliki). Pada pH tertentu yang disebut titik isolistrik, gugus amina pada asam amino menjadi bermuatan positif (terprotonasi, –NH₃⁺), sedangkan gugus karboksilnya menjadi bermuatan negatif (terdeprotonasi, –COO^-). Titik isolistrik ini spesifik bergantung pada jenis asam aminonya. Dalam keadaan demikian, asam amino tersebut dikatakan berbentuk zwitter-ion. Zwitter-ion dapat diekstrak dari larutan asam amino sebagai struktur kristal putih yang bertitik lebur tinggi karena sifat dipolarnya. Kebanyakan asam amino bebas berada dalam bentuk zwitter-ion pada pH netral maupun pH fisiologis yang dekat netral.

2.                  PEMBUATAN ASAM AMINO

Asam amino biasa merupakan senyawa yang agak sederhana, dan sintesis campuran rasemik dari kebanyakan asam amino ini dapat dicapai dengan teknik – teknik standar. Campuran rasemik kemudian dapat dipisahkan untuk menghasilkan asam amino enantiomer murni.

Sintesis Strecker dari asam amino, yang dikembangkan dalam tahun 1850, merupakan rentetan dua – tahap. Tahap pertama ialah reaksi antara suatu aldehida dan suatu campuran ammonia dn HCN untuk menghasilkan suatu aminonitril. Hidrolisis aminonitril itu menghasilkan asam amino.

Jalur sintetik lain menuju asam amino ialah dengan aminasi suatu asam α – halo dengan ammonia berlebih. ( perlu digunakan NH3 berlebih untuk menetralkan asam dan meminimalkan alkilasi – berlebih. Lihat sub – bab 15.5 A ).

Jalur sintetik lain menuju asam amino ialah dengan aminasi suatu asam α – halo dengan ammonia berlebih. ( perlu digunakan NH3 berlebih untuk menetralkan asam dan meminimalkan alkilasi – berlebih. Lihat sub – bab 15.5 A )

TABEL 19.2 Ringkasan jalur sintetik ke asam amino

Reaksi

           1   SUBTITUSI :

            2. Sintesis Strecker 

            3. Aminasi Reduktif  :

Aminasi reduktif suatu asam α – keto merupakan suatu prosedur lain untuk memperoleh asam amino rasemat. ( Ingat, gugus karboksil tidak mudah direduksi )

Reaksi-reaksi yang menghasilkan asam α-amino diringkas dalam table 19.2

Secara alami asam-asam amino tersebut terdapat pada berbagai organ hewan, seperti taurin yang banyak terdapat pada empedu sapi dan asam amino glutamat yang banyak terdapat di bagian otak. Namun demikian secara komersial, asam amnino tersebut saat ini jarang yang diekstrak dari organ hewan. Di samping harganya yang lebih mahal, proses ekstraksi ini jugatidak praktis, serta kontinyuitas bahan baku yang susah dipertahankan.

Para produsen asam amino saat ini lebih melirik pada proses fermentasi dan reaksi kimiawi dari bahan-bahan sintetis. Kalaupun harus diperoleh dari ekstraksi, biasanya diambil dari bahan-bahan yang tidak sulit didapatkan, seperti bulu unggas, rambut manusia dan juga biji jagung                             .

Asam amino glutamat merupakan salah satu yang diproduksi melalui proses fermentasi. Bahan media utama yang digunakan adalah molases dan bahan-bahan lain yang mengandung gula. Proses pembuatan glutamat ini sama dengan proses pembuatan MSG (mono sodium glutamat) yang banyak dikenal sebagai bumbu masakan. Glutamat yang dihasilkan dari proses fermentasi tersebut direaksikan dengan sodium untuk menghasilkan MSG                                                .

Asam amino lain yang juga dihasilkan dari proses fermentasi adalah arginin. Namun di Cina dilaporkan ada juga produsen yang memproduksi arginin dari biji jagung yang dihidrolisa dan dipisahkan asam amino argininnya melalui perbedaan titik iso elektrik. Namun para produsen dari Jepang lebih cenderung menggunakan proses fermentasi untuk menghasilkan asamamino tersebut                                        .

Sebagian besar asam amino komersial lainnya, seperti taurin, metionin, glisin, lisin dan carnitin banyak dihasilkan dari reaksi sintetis menggunakan bahan-bahan kimiawi. Misalnya saja taurin yang dihasilkan dari reaksi amino etanol dan asam sulfat. Bahan-bahan yang banyak digunakan dalam pembuatan asam amino secara sintetis ini adalah urotropin, urea, ammonia, asam sulfat dan berbagai asam kuat lainnya                       .                                                  

Sedangkan asam amino sistin dan sistein bisa dihasilkan dari proses fermentasi maupun ekstraksi dari bahan alami. Jepang merupakan salah satu produsen sistin dan sistein yang dihasilkan dari proses fermentasi. Sedangkan beberapa negara lain, seperti Cina, banyak menghasilkan asamamino tersebut dari ekstraksi bulu unggas dan juga rambut manusia.

Dari segi kehalalan, asam amino yang dihasilkan dari reaksi kimia sintetis sebenarnya lebih aman, karena tidak melibatkan bahan yang kritis. Namun reaksi asam kuat dan bahan-bahan kimia tersebut diduga memiliki pengaruh yang kurang baik bagi kesehatan, terutama jika digunakan dalam dosis yang berlebihan. Sedangkan proses fermentasi untuk menghasilkan berbagai jenis asam amino tersebut memiliki kekritisan dalam penggunaan media fermentasi                               .

PEPTIDA

Peptida merupakan polimer asam amino.(maksimal 50 asam amino). Asam amino penyusun tersebut terikat oleh ikatan  amida  atau  peptida. gugus amino dari satu residu terikat dengangugus karboksilat dari residu yang lain oleh ikatan peptida; gugus karboksilat dari residu kedua terikat oleh ikatan  peptida dengan gugus amino residu  ketiga, dst

Peptida merupakan molekul yang terbentuk dari dua atau lebih asam amino. Jika jumlah asam amino masih di bawah 50 molekul disebut peptida, namun jika lebih dari 50 molekul disebut dengan protein. Asam amino saling berikatan dengan ikatan peptida. Ikatan peptida terjadi jika atom nitrogen pada salah satu asam amino berikatan dengan gugus karboksil dari asam amino lain. Peptida terdapat pada setiap makhluk hidup dan berperan pada beberapa aktivitas biokimia. Peptida dapat berupa enzim, hormon, antibiotik, dan reseptor.

Peptida dapat dikelompokkan menurut kemiripan struktur dan fungsinya, yaitu :

Peptida Ribosomal

Peptida ribosomal disintesis dari translasi mRNA. Peptida ini berfungsi sebagai hormon dan molekul signal pada organisme tingkat tinggi. Secara umum, peptida ini mempunyai strukstur linear.

Peptida non-Ribosomal

Peptida non-Ribosomal disintesis dengan kompleks enzim. Peptida ini terdapat pada organisme uniselular, tanaman, dan fungi. Pada peptida ini terdapat struktur inti yang kompleks dan mengandung pengaturan yang berbeda-beda untuk melakukan manipulasi kimia untuk menghasilkan suatu produk. Secara umum, peptida ini berbentuk siklik, walaupun ada juga yang berbentuk linear.

Peptida Hasil Digesti (Digested peptides)

Peptida ini terbentuk dari hasil proteolisis non-spesifik dalam siklus digesti. Peptida hasil digesti secara umum merupakan peptida ribosomal, akan tetapi tidak dibentuk dari translasi mRNA. Peptida ini juga dapat dibentuk dari protein [yang didigesti dengan protease spesifik, seperti digesti trypsin yang sering dilakukan sebelum mass spectrometry peptide analysis.

Ikatan Peptida

Dalam menyusun protein, asam amino pembentuk protein membentuk ikatan peptida dengan asam amino lainnya. Ikatan peptida adalah ikatan yang terbentuk antara atom C karboksilat asam amino dengan atom N amina dari asam amino lainnya. Pada prosesnya, reaksi ini melepaskan sebuah molekul H₂O.

Hasil reaksi diatas adalah dipeptida, karena terbentuk dari dua asam amino. Bagaimanapun dipeptida masih memiliki gugus karboksilat dan amina, sehingga reaksi pembentukan ikatan peptida masih dapat terus terjadi. Dipeptida dapat bereaksi dengan asam amino atau dipeptida lainnya membentuk oligopeptida. Oligopeptida pun masih bisa terus bereaksi dengan asam amino atau oligopeptida lainnya, pada akhirnya terbentuklah protein. Lepasnya gugus -OH asam karboksilat dan -H amin pada proses pembentukan ikatan peptida menyebabkan struktur asam amino pada oligopeptida atau protein tidak lagi lengkap sebagai asam amino. Oleh karena itu, kata paling tepat untuk menyebutkannya adalah "residu asam amino

 

3.                 SINTESIS PEPTIDA

Peptida, pertama disintesis oleh Emil Fischer , yang dalam tahun1902 juga mengemukakan gagasan bahwa protein adalah poliamida. Sintesis amida biasa dari klorida asam dan amina berupa reaksi langsung.

RCOCl + R’NH₂                    RCONHR’

Namun, sintesis peptida atau protein dengan jalur ini tidak langsung. Permasalahan utama adalah terdapatnya banyak cara dalam mana asam amino itu bergabung.

gly + ala                gly-ala atau ala-gly atau gly-gly atau ala-ala

gly + ala + phe                phe-gly-ala atau gly-ala-phe atau gly-ala-gly-ala
                                    atau phe-phe

Untuk menghindari reaksi yang tak diinginkan, setiap gugus reaktif lain, termasuk gugus reaktifdalam rantai samping, haruslah diblokade, Dengan membiarkan hanya gugus amino dan gugus karboksil yang diinginkan saja yang bebas , seorang ahli kimia dapat mengawasi posisi reaksi.

Kriteria pendekatan ke sintesis peptide  untuk gugus blockade yang baik adalah ( 1 ) hatus lamban ( inert ) terhadap kondisi reaksi yang diperlukan untuk membentuk ikatan amida yang diinginkan, dan ( 2 ) harus mudah dibuang setelah sintesis itu lengkap. Satu gugus blockade semacam itu adalah gugus karbamat  lamban terhadap reaksi pembentukan amida, tetapi mudah dibuang dalam tahap belakangan tanpa menganggu bagian lain molekul itu. Pendekatan ke sintesis peptide ini dikembangkan dalam tahun 1932.

Glisina yang gugus aminonya telah diblokade itu dapat direaksikan dengan SOCL₂ untuk membentuk klorida asam dan kemudian diolah dengan suatu asam amino baru untuk membentuk suatu amida. Namun klorida asam bersifat sangat reaktif dan dapat terjadi reaksi – reaksi samping yang tak diinginkan meskipun telah ada blockade. Untuk menghindari permasalahan ini, glisina yang telah diblokade gugus aminonya biasanya diolah dengan etil kloroformat untuk menghasilkan suatu ester teraktifkan.

Seperti sutau klorida asam, ester teraktifkan ini dapat bereaksi dengan suatu gugus amino dari asam amino untuk memberikan dipeptida yang diinginkan.

Pada titik ini, rentetanya dapat diulang untuk menambahkan asam amino yang ketiga. Bila sintesis peptide telah lengkap, gugus karbamat dipaksapisah dengan reduksi untuk menghasilkan peptide bebas

 Sintesis peptida dilakukan dengan menggabungkan gugus karboksil salah satu asam
 amino dengan gugus amina dari asam amino yang lain. Sintesis peptida dimulai dari C-
 terminus (gugus karboksil) ke N-terminus (gugus amin), seperti yang terjadi secara alami
 pada organisme. Namun, untuk mensintesis peptida, tidak semudah mencampurkan asam
 amino begitu saja. Seperti contohnya: mencampurkan glutamine (E) dan serine (S) dapat
 menghasilkan E-S, S-E, S-S, E-E, dan bahkan polipeptida seperti E-S-S-E-E.

Untuk menghindari asam amino berikatan tidak terkendali, perlu dilakukan perlindungan
 dan kontrol terhadap ikatan peptida yang akan terjadis sehingga ikatan yang terbentuk sesuai dengan yang diinginkan. Langkah-langkah sintesis peptida adalah sebagai berikut: asam amino ditambahkan gugus proteksi. Kemudian asam amino yang diproteksi dilarutkan dalam pelarut seperti dimetyhlformamide (DMF) yand digabungkan dengan coupling reagents dipompa melalui kolom sintesis. Grup proteksi dihilangkan dari asam amino melalui reaksi deproteksi. Kemudian pereaksi deproteksi dihilangkan agar tercipta suasana penggabungan yang bersih. Coupling reagents, contohnya N,N'-dicyclohexylcarbodiimide (DCCI), membantu pembentukan ikatan peptida. Setelah reaksi coupling terbentuk, coupling reagentsdicuci untuk menciptakan suasana deproteksi yang bersih. Proses proteksi, deproteksi, dan coupling ini terus dilakukan berulang-ulang hingga tercipta peptida yang diinginkan.