Visualisasi sederhana atom sulfur dalam rantai molekul.
Dalam dunia biokimia, protein adalah molekul pekerja keras yang menjalankan hampir semua fungsi dalam organisme hidup. Keunikan dan stabilitas protein sangat bergantung pada penyusun dasarnya, yaitu asam amino. Di antara 20 asam amino standar yang menyusun protein, terdapat kelompok khusus yang memiliki elemen unik dalam rantai sampingnya: asam amino yang mengandung sulfur. Kehadiran atom belerang (sulfur) ini memberikan properti kimia yang sangat spesifik dan krusial bagi struktur, fungsi, dan stabilitas protein.
Secara umum, hanya ada dua asam amino proteinogenik (yang dikodekan langsung oleh DNA) yang secara inheren mengandung atom sulfur: Metionin (Met) dan Sistein (Cys). Meskipun keduanya mengandung sulfur, cara atom sulfur tersebut terikat dalam struktur mereka sangat menentukan peran biologisnya.
Metionin adalah asam amino esensial, yang berarti tubuh manusia tidak dapat memproduksinya sendiri dan harus diperoleh melalui makanan. Keunikan utama metionin adalah atom sulfurnya terikat dalam bentuk tioeter (R–S–R′). Fungsi paling fundamental dari metionin adalah perannya sebagai asam amino inisiator. Hampir semua rantai polipeptida baru yang disintesis oleh ribosom dimulai dengan molekul metionin. Selain itu, metionin berfungsi sebagai prekursor penting dalam jalur biokimia lainnya, terutama dalam pembentukan S-Adenosylmethionine (SAM), donor gugus metil universal yang vital dalam banyak reaksi metabolisme.
Berbeda dengan metionin, sulfur pada sistein terikat pada atom hidrogen, membentuk gugus tiol (–SH). Gugus tiol ini bersifat sangat reaktif. Reaktivitas inilah yang membuat sistein memainkan peran sentral dalam menjaga integritas struktural protein. Ketika dua molekul sistein berada berdekatan dalam rantai polipeptida atau bahkan antar rantai polipeptida yang berbeda, gugus tiolnya dapat teroksidasi untuk membentuk ikatan kovalen yang kuat yang dikenal sebagai jembatan disulfida (S–S).
Jembatan disulfida bertindak seperti "staples" kimiawi yang mengunci bentuk tiga dimensi protein. Fungsi ini sangat penting untuk protein yang disekresikan keluar sel atau yang berada di lingkungan yang keras (seperti di lambung), misalnya insulin, antibodi, dan banyak hormon peptida. Tanpa jembatan disulfida yang dibentuk oleh sistein, protein-protein ini akan kehilangan bentuk aktifnya dan menjadi tidak fungsional.
Selain peran strukturalnya, asam amino yang mengandung sulfur juga memiliki fungsi detoksifikasi yang vital. Gugus tiol pada sistein adalah salah satu mekanisme pertahanan antioksidan utama tubuh. Sistein adalah komponen kunci dalam sintesis Glutation (GSH), yang sering disebut sebagai "master antioksidan" tubuh.
Glutation bekerja dengan menetralkan radikal bebas berbahaya dan zat toksik, termasuk polutan lingkungan dan metabolit obat-obatan. Kemampuan gugus tiol untuk mendonasikan elektron membuat glutation sangat efektif dalam melindungi membran sel dan DNA dari kerusakan oksidatif. Oleh karena itu, kecukupan asupan prekursor sistein sangat menentukan kapasitas detoksifikasi hati.
Meskipun metionin adalah esensial, tubuh dapat mensintesis sistein jika metionin tersedia. Oleh karena itu, kedua asam amino ini sering dibahas bersama dalam konteks nutrisi. Sumber makanan kaya sulfur umumnya meliputi daging, ikan, telur, kacang-kacangan, dan sayuran silangan seperti brokoli dan kembang kol.
Selain metionin dan sistein, penting untuk dicatat bahwa sulfur juga ditemukan dalam molekul non-protein yang penting seperti taurin (asam amino semi-esensial) dan koenzim A. Namun, dalam konteks pembangun protein, metionin dan sistein adalah representasi utama dari asam amino yang mengandung sulfur adalah komponen tak terpisahkan dari kode kehidupan. Struktur protein, fungsi enzim, dan perlindungan antioksidan semuanya bersandar pada atom kecil namun kuat yang bernama sulfur ini.