Asam amino adalah sembarang senyawa organik yang memiliki gugus fungsional karboksil (-COOH) dan amina (biasanya -NH
2). 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 menjadi
zwitter-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
Struktur asam α-amino, dengan gugus amina di sebelah kiri dan gugus karboksil di sebelah kanan.
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.
Atom C pusat tersebut dinamai atom Cα ("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 Cα ini, senyawa tersebut merupakan asam α-amino.
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.
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 bakteri banyak 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 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, –NH
3+), 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. Karena mempunyai muatan
negatif dan positif, asam amino dapat mengalami reaksi terhadap asam
maupun basa.
Asam amino dasar (standar)
Protein tersusun dari berbagai asam amino yang masing-masing dihubungkan dengan ikatan peptida. Meskipun demikian, pada awal pembentukannya protein hanya tersusun dari 20 asam amino yang dikenal sebagai asam amino dasar atau asam amino baku atau asam amino penyusun protein (proteinogenik). Asam-asam amino inilah yang disandi oleh DNA/RNA sebagai kode genetik.
Berikut adalah ke-20 asam amino penyusun protein (singkatan dalam
kurung menunjukkan singkatan tiga huruf dan satu huruf yang sering
digunakan dalam kajian protein), dikelompokkan menurut sifat atau struktur kimiawinya:
Asam amino alifatik sederhana
- Glisina (Gly, G)
- Alanina (Ala, A)
- Valina (Val, V)
- Leusina (Leu, L)
- Isoleusina (Ile, I)
Asam amino hidroksi-alifatik
- Serina (Ser, S)
- Treonina (Thr, T)
Asam amino dikarboksilat (asam)
- Asam aspartat (Asp, D)
- Asam glutamat (Glu, E)
Amida
- Asparagina (Asn, N)
- Glutamina (Gln, Q)
Asam amino basa
- Lisina (Lys, K)
- Arginina (Arg, R)
- Histidina (His, H) (memiliki gugus siklik)
Asam amino dengan sulfur
- Sisteina (Cys, C)
- Metionina (Met, M)
Prolin
- Prolina (Pro, P) (memiliki gugus siklik)
Asam amino aromatik
- Fenilalanina (Phe, F)
- Tirosina (Tyr, Y)
- Triptofan (Trp, W)
Kelompok ini memiliki cincin benzena dan menjadi bahan baku metabolit sekunder aromatik.
Fungsi biologi asam amino
- Penyusun protein, termasuk enzim.
- Kerangka dasar sejumlah senyawa penting dalam metabolisme (terutama vitamin, hormon dan asam nukleat).
- Pengikat ion logam penting yang diperlukan dalam dalam reaksi enzimatik (kofaktor).
Asam amino esensial
Asam amino diperlukan oleh makhluk hidup sebagai penyusun protein
atau sebagai kerangka molekul-molekul penting. Ia disebut esensial bagi
suatu spesies organisme apabila spesies tersebut memerlukannya tetapi
tidak mampu memproduksi sendiri atau selalu kekurangan asam amino yang
bersangkutan. Untuk memenuhi kebutuhan ini, spesies itu harus memasoknya
dari luar (lewat makanan). Istilah "asam amino esensial" berlaku hanya
bagi organisme heterotrof.
Bagi manusia,
ada delapan (ada yang menyebut sembilan) asam amino esensial yang harus
dipenuhi dari diet sehari-hari, yaitu isoleusina, leusina, lisina,
metionina, fenilalanina, treonina, triptofan, dan valina. Histidina dan
arginina disebut sebagai "setengah esensial" karena tubuh manusia dewasa
sehat mampu memenuhi kebutuhannya. Asam amino karnitina juga bersifat "setengah esensial" dan sering diberikan untuk kepentingan pengobatan
