METABOLISME PROTEIN

METABOLISME PROTEIN

    1. PENDAHULUAN
      1. Deskripsi Singkat

Bab ini menjelaskan secara garis besar proses penguraian protein dalam tubuh yang meliputi reaksi deaminasi, dekarboksilasi dan transaminasi. Siklus urea, beberapa biosintesis asam-asam amino dan bagaimana keterkaitan antara metabolisme protein dengan metabolisme karbohidrat dan lipid.

9.1.2 Relevansi

Pembahasan bab ini sangat berhubungan dengan bab selanjutnya yakni asam nukleat. Mahasiswa akan mengetahui bagaimana hubungan antara DNA, RNA dan protein. Pemahaman tentang metabolisme protein akan mengungkapkan bagaimana senyawa ini disintesis dan penting untuk dasar mempelajari biomolekuler

9.1.3 Tujuan

Setelah Mempelajari bab ini saudara diharapkan dapat :

  1. Menerangkan secara garis besar penguraian protein dalam tubuh.

  2. Menjelaskan jenis reaksi metabolisme protein
  3. Menerangkan siklus urea
  4. Menjelaskan metabolisme beberapa asam amino

  5. Menerangkan hubungan antar metabolisme karbohidrat, lipid dan protein.

    1. PENYAJIAN

9.2.1 Uraian Dan Contoh

Hati merupakan organ tubuh di mana terjadi reaksi katabolisme maupun anabolisme protein. Asam-asam amino yang terbentuk dibawa oleh darah ke dalam jaringan untuk digunakan. Proses anabolik maupun ka­tabolik juga terjadi dalam jaringan di luar hati. Asam amino yang terdapat dalam darah berasal dari tiga sumber, yaitu 1) absorpsi melalui dinding usus, 2) hasil penguraian protein dalam sel dan 3) hasil sintesis asam amino dalam sel. Banyaknya asam amino dalam darah tergantung pada keseimbangan antara pembentukan asam amino dan penggunaannya. Bila kelebihan asam amino dari jumlah yang digu­nakan untuk biosintesis protein, maka kelebihan asam amino akan diubah menjadi asam keto yang dapat masuk ke dalam siklus asam sitrat atau diubah menjadi urea. Hati berfungsi sebagai pengatur konsentrasi asam amino dalam darah.

        1. Proses Penguraian Protein Dalam Tubuh

Dalam tubuh kita, protein mengalami perubahan-perubahan tertentu dengan kecepatan yang berbeda untuk tiap protein. Pro­tein dalam darah, hati dan organ tubuh lain mempunyai waktu paruh (half-life) antara 2,5 sampai 10 hari. Protein yang terda­pat pada jaringan otot mempunyai waktu paruh = 120 hari. Rata-rata tiap hari 1,2 gram protein per kilogram berat badan diubah menjadi senyawa lain. Ada tiga kemungkinan mekanisme pengubahan protein yaitu :

    1. Sel-sel mati, lalu komponennya mengalami proses penguraian atau katabolisme dan dibentuk sel-sel baru.

    2. Masing-masing protein mengalami proses penguraian dan terjadi sintesis protein baru, tanpa ada sel yang mati.

    3. Protein dikeluarkan dari dalam sel diganti dengan sintesis protein baru.

Protein dalam makanan diperlukan untuk menyediakan asam amino yang akan digunakan untuk memproduksi senyawa nitrogen yang lain, untuk mengganti protein dalam jaringan yang me­ngalami proses penguraian dan untuk mengganti nitrogen yang telah dikeluarkan dari tubuh dalam bentuk urea. Ada beberapa asam amino yang dibutuhkan oleh tubuh, tetapi tidak dapat di­produksi oleh tubuh dalam jumlah yang memadai. Oleh karena itu asam amino tersebut dinamakan asam amino esensial, harus diperoleh dari makanan.

Asam amino esensial Asam amino non esensial

Histidin Alanin

Isoleusin Arginin

Fenilalanin Aspartat

Leusin Sistein

Treonin Glutamat

Lisin Glutamin

Triptofan Glisin

Metionin Prolin

Valin Serin

Tirosin

asparagin

Kebutuhan asam amino esensial tersebut bagi anak-anak relatif lebih besar daripada orang dewasa. Makanan yang mengan­dung protein hewani, misalnya daging, susu, keju, telur, ikan dan lain-lain, merupakan sumber asam amino esensial. Protein nabati seringkali kekurangan lisin, metionin dan triptofan. Kebu­tuhan protein yang disarankan ialah 1,0 sampai 1,5 gram per kilo­gram berat badan per hari.

Secara ringkas metabolisme protein mahluk hidup ditunjukkan pada Gambar berikut :

Gambar 9.1 Metabolisme Protein

Jumlah Asam Amino dalam darah tergantung dari jumlah yang diterima dan .jumlah yang digunakan. Pada proses pencernaan makanan, protein diubah menjadi asam amino oleh beberapa reaksi hidrolisis serta enzim-enzim yang bersangkutan. Enzim-enzim yang bekerja pada proses hidrolisis protein antara lain ialah pepsin, tripsin, kimotripsin, karboksi peptidase, amino peptidase, tripeptidase dan dipeptidase.

Setelah protein diubah menjadi asam-asam amino, maka dengan proses absorpsi melalui dinding usus, asam amino tersebut sampai ke dalam pembuluh darah. Proses absorpsi ini ialah proses transpor aktif yang memerlukan energi. Asam-asam amino dikarboksilat atau asam diamino diabsorpsi lebih lambat daripada asam amino netral.

Dalam keadaan puasa, konsentrasi asam amino dalam darah biasanya sekitar 3,5 sampai 5 mg per 100 ml darah. Setelah makan makanan sumber protein, konsentrasi asam amino dalam darah akan meningkat sekitar 5 mg sampai 10 mg per 100 ml darah. Konsentrasi ini akan turun kembali setelah 4 sampai 6 jam kemudian. Konsentrasi asam amino dalam jaringan ±5 – 10 kali lebih besar. Perpindahan asam amino dari dalam darah ke dalam sel-sel jaringan juga melalui proses transfor aktif yang membutuhkan energi.

9.2.1.2 Jenis Reaksi Dalam Metabolisme Protein

Degradasi protein (katabolisme) terjadi dalam dua tahap.

  1. Protein mengalami modifikasi oksidatif untuk menghilangkan aktivitas enzimatis.

  2. Penyerangan protease yaitu enzim yang berfungsi untuk mengkatalis degradasi protein.

Protein yang terdapat di dalam sel dan makanan didegradasi menjadi monomer penyusunnya (asam amino) oleh enzim protease yang khas. Protease tersebut dapat berada di dalam lisosom maupun dalam lambung dan usus.

Katabolisme protein makanan pertama kali berlangsung di dalam lambung. Di tempat ini protease khas (pepsin) mendegradasi protein dengan memutuskan ikatan peptida yang ada di sisi NH2 bebas dari asam amino aromatik, hidrofobik, atau dikarboksilat.

—phe—met—val—lis—leu—tir—trp—arg—gli—ala—ile-asp-

Kemudian di dalam usus protein juga didegradasi oleh protease khas seperti tripsin, kimotripsin, karboksipeptidase dan elastase. Hasil pemecahan ini adalah bagian-bagian kecil polipeptida. Selanjutnya senyawa ini dipecah kembali oleh aktivitas aminopeptidase menjadi asam-asam amino bebas. Produk ini kemudian melalui dinding usus halus masuk ke dalam aliran darah menuju ke berbagai organ termasuk ke dalam sel.

Pepsin, kimotripsin, tripsin termasuk golongan enzim protease endopeptidase. Golongan enzim ini menyerang protein dari tengah molekul dan sering juga disebut sebagai enzim proteinase karena menyerang polipeptida tinggi atau protein. Tripsin menyerang ikatan lisil dan ikatan arginil sehingga peptida yang dihasilkan mempunyai ujung lisin atau arginin pada terminal karboksil. Pepsin bersifat kurang khas namun lebih mengutamakan serangan pada titik asam amino aromatik atau asam amino asam. Hasil degradasi golongan enzim endopeptidase ini adalah oligopeptida atau fragmen kecil protein.

Sedangkan enzim karboksilase clan aminopeptidase merupakan golongan enzim protease eksopeptidase yang menyerang ujung dan pangkal oligopeptida atau fragmen kecil protein. Golongan enzim ini hanya membebaskan asam-asam amino pada ujung oligopeptida. Karboksipeptidase membebaskan asam amino pada ujung COOH fragmen kecil protein sedangkan aminopeptidase membebaskan ujung amino pada oligopeptida. Degradasi golongan enzim ini menghasilkan berbagai asam amino penyusun protein.

Mekanisme degradasi pada jasad hidup tingkat rendah kebanyakan juga dilakukan dengan cara yang sama. Dan enzim-enzim yang digunakan juga serupa. Walaupun demikian masing-masing enzim mempunyai spesifitas yang berbeda.

1. Reaksi Transaminasi asam amino

Katabolisme asam amino terjadi melalui reaksi transaminasi yang melibatkan pemindahan gugus amino secara enzimatik dari satu asam amino ke asam amino lainnya. Enzim yang terlibat dalam reaksi ini adalah transaminase atau aminotransaminase. Enzim ini spesifik bagi ketoglutarat sebagai penerima gugus amino namun tidak spesifik bagi asam amino sebagai pemberi gugus amino.

Transaminase mempunyai gugus prostetik, piridoksal fosfat, pada sisi aktifnya yang berfungsi sebagai senyawa antara pembawa gugus amino menuju ketoglutarat. Molekul ini mengalami perubahan dapat balik di antara bentuk aldehidanya ( piridoksal fosfat), yang dapat menerima gugus amino, dan bentuk teraminasinya (piridoksamin fosfat), yang dapat memberikan gugus aminonya seperti terlihat pada reaksi berikut.

transaminase

Asam L-amino + ketoglutrat ===== Asam keto + L-glutamat

alanin transaminase

Alanin + ketoglutarat ======= piruvat + glutamat

Aspartat transaminase

Aspartat + ketoglutarat ======= oksaloasetat + glutamat

leusin transaminse

Leusin + ketoglutarat ======= ketoisokaproat + glutamat

tirosin transaminase

Tirosin + ketoglutarat ====== hidroksifenilpiruvat +glutamat

Dalam reaksi ini tidak terjadi deaminasi total, karena ketoglutarat teraminasi pada saat asam amino mengalami deaminasi. Dan reaksinya bersifat dapat balik karena tetapan keseimbangannya mencapai 1.0. Harga delta G°‘ bagi reaksi tersebut mendekati nol. Tujuan keseluruhan reaksi transaminasi adalah mengumpulkan gugus amino dari berbagai asam amino ke bentuk asam amino glutamat.

Ada sekitar 12 asam amino protein yang mengalami reaksi transaminasi dalam proses degradasinya. Beberapa asam amino lain mengalami proses deaminasi dan dekarboksilasi.

2) Reaksi Deaminasi Asam amino

Proses deaminasi asam amino dapat terjadi secara oksidatif dan non oksidatif. Contoh asam amino yang mengalami proses deaminasi oksidatif adalah asam glutamat. Reaksi degradasi asam glutamat dikatalis oleh enzim L­- glutamat dehidrogenase yang dibantu oleh NAD atau NADP.

Gambar 9.2. Deaminasi Oksidatif Glutamat

Deaminasi non oksidatif ditunjukkan pada gambar di bawah ini, yaitu pengh ilangan gugus amino dari asam amino serin yang dikatalis oleh enzim serin dehidratase. Asam amino treonin juga dapat mengalami deaminasi non oksidatif dengan katalis treonin dehidratase menjadi keto butirat.

Gambar 9.3 Deaminasi Non Oksidatif Serin

Dekarboksilasi asam amino merupakan cara lain dalam degradasi asam amino penyusun protein. Reaksi ini menghasilkan senyawa amin. Contoh reaksi dekarboksilasi adalah sebagai berikut :

histidin dekarboksilase

Histidin – Histamin + CO2

Proses dekarboksilasi histidin ini dikatalis oleh enzim histidin dekarboksilase. Triptofan dapat juga mengalami proses dekarboksilasi seperti di atas menjadi triptamin.

9.2.1.3 DAUR UREA

Degradasi asam amino protein menghasilkan limbah nitrogen berupa amonia. Senyawa ini bersifat racun bagi organisme tertentu. Agar tidak beracun biasanya gugus amino diekskresi dari tubuh dalam bentuk urea, yaitu suatu senyawa yang larut dalam air bersifat nontoksik sebagai bentuk ekskresi nitrogen. Urea disintesis pada daur urea . Reaksi-reaksi yang terjadi dikemukakan oleh Hans Krebs dan Kurt Henseleleit (mahasiswa kedokteran) pada tahun 1932, lima tahun sebelum daur asam sitrat diungkapkan. Nyatanya daur urea merupakan daur jalur metabolisme yang pertama ditemukan. Salah satu atom nitrogen pada urea yang disintesis pada jalur ini, berasal dari asam amino aspartat. Nitrogen yang lain berasal dari NH4 + dan atom karbon dari CO2.

Pembentukan urea dimulai dari reaksi antara gugus amino dengan karbondioksida. Reaksi ini melibatkan ATP dan menghasilkan karbamoilfosfat. Selanjutnya karbamoilfosfat bereaksi dengan ornitin menghasilkan sitrulin. Reaksi ini dikatalis enzim ornitin karbamoil transferase. Reaksi selanjutnya adalah pembentukan asam arginosuksinat dari reaksi antara sitrulin dan asam aspartat dengan katalis arginosuksinat sintetase. Reaksi pada tahap ini jugamelibatkan pemakaian ATP. Kemudian arginosuksinat diuraikan menjadi arginin dan asam fumarat dengan katalis arginosuksinase. Terakhir arginin yang

Gambar 9.4 Daur Urea

diperoleh tersebut diuraikan dengan katalis arginase melalui reaksi hidrolisis menghasilkan urea dan ornitin.

Urea yang terbentuk dikeluarkan dari tubuh melalui urine. Reaksi lengkap siklus urea dapat ditulis sebagai berikut :

CO2 + NH4+ + 3ATP + Aspartat + 2H2O UREA + 2ADP + 2Pi + AMP + Ppi + Fumarat.

Dalam daur urea dibutuhkan empat ikatan fosfat berenergi tinggi yang berasal dari 3 ATP dan satu berasal dari Pirofosfat (PPi) yang dapat terhidrolisis lebih lanjut menjadi fosfat.

Pembentukan urea umumnya terjadi pada mamalia, termasuk manusia dan organisme lain. Organisme yang membuang amonianya melalui proses ini digolongkan sebagai organisme ureotelik. Khusus hewan akuatik biasanya mengeluarkan amonia yang dihasilkan kelingkungannya (perairan) melalui proses difusi lewat kulit. Organisme ini disebut amoniotelik. Sedangkan untuk hewan unggas dan reptil, nitrogen hasil metabolisme dikeluarkan dalam bentuk asam urat dan organisme ini digolongkan sebagai organisme urikotelik.

Daur Urea berkaitan dengan daur Asam Sitrat

Sintesis fumarat pada daur urea merupakan reaksi penting sebab reaksi ini mengkaitkan daur urea dengan siklus asam sitrat. Fumarat mengalami hidrasi menjadi malat, yang pada gilirannya dioksidasi menjadi oksaloaetat. Oksaloasetat dapat mengalami transaminasi menjadi aspartat, berubah menjadi glukosa melalui jalur glukoneogenesis. Selanjutnya berkondensasi dengan asetik Ko-A membentuk sitrat yang kemudian berubah menjadi piruvat.

9.5 Hubungan Siklus Asam Sitrat dengan Daur Urea

Pembentukan NH4 oleh glutamat dehidrogenase, dan penggabungannya ke dalam karbamoil-fosfat dan sintesis sitrulin berikutnya terjadi dimatriks mitokondria. Sebaliknya tiga reaksi dalam daur urea berikutnya terjadi disitosol.

Setelah pembebasan gugus amino melalui reaksi transaminasi, deaminasi dan dekarboksilasi, kerangka karbon 20 asam amino penyusun protein mengalami degradasi lebih lanjut melalui lintas yang berbeda-beda menuju siklus asam sitrat. Kerangka karbon dari 10 asam amino diuraikan menjadi asetil-KoA. Lima di antaranya, alanin, sistein, glisin, serin dan treonin diuraikan terlebih dahulu menjadi piruvat sebelum menjadi asetil-KoA. Alanin langsung menghasilkan piruvat melalui transaminasi. Treonin diuraikan dulu menjadi asetaldehida sebelum menjadi piruvat. Glisin sebagai hasil penguraian treonin diuraikan melalui reaksi oksidatif menjadi CO2, NH4+, dan gugus metilen. Glisin yang mendapat penambahan gugus hidroksimetil oleh tetrahidrofolat (pembawa gugus 1-karbon) membentuk serin, dapat langsung diubah menjadi piruvat. Demikian juga dengan asam amino sistein.

Lima asam amino lainnya, fenilalanin, tirosin, leusin, lisin dan triptofan, terlebih dahulu diuraikan menjadi asetoasetil-KoA sebelum menjadi asetil-KoA. Lintas triptofan paling kompleks dengan 13 tahap reaksi. Lintas ini memungkinkan pembentukan beberapa produk lain sebagai pemula bagi biosintesis biomolekul lainnya, seperti serotonin (hormon pemberi tegangan pada pembuluh darah) dan asam nikotinat (vitamin).

Fenilalanin dan tirosin kerangka karbonnya dapat memasuki siklus asam sitrat pada dua titik berbeda.

  1. fenilalanin dan tirosin menghasilkan asetoasetat bebas lalu diubah menjadi asetil ­KoA.
  2. bagian 4 karbon dari kedua asam amino ini diperoleh kembali sebagai fumarat, senyawa antara siklus asam sitrat.

Kerangka karbon arginin, histidin, asam glutamat, glutamin dan prolin memasuki siklus asam sitrat melalui ketoglutarat. Prolin dan arginin diubah dulu menjadi glutamat semi aldehida kemudian menjadi glutamat sebelum menjadi ketoglutarat. Sedangkan glutamin clan histidin diubah menjadi glutamat sebelum menjadi ketoglutarat. Dan glutamat langsung diubah menjadi -ketoglutarat.

Kerangka karbon dari asam amino : metionin, isoleusin dan valin terdegradasi menghasilkan senyawa antara siklus asam sitrat, suksinil Ko-A. Isoleusin dan prolin mengalami transaminasi diikuti oleh dekarboksilai oksidatif asam keto yang dihasilkan. Asam-asam keto yang diperoleh dari ketiga asam amino ini dikatalisis oleh enzim kompleks yang sama yakni keto dehidrogenase.

Kerangka karbon asparagin dan asam aspartat memasuki siklus asm sitrat melalui oksaloasetat. Enzim asparaginase mengkatalis hidrolisis asparagin menjadi aspartat dan gugus amino aspartat diberikan ke ketoglutarat dalam reaksi transaminasi menghasilkan glutamat. Dan sisa kerangka karbon aspartat, oksaloasetat, memasuki siklus asam sitrat.

Gambar 9.6 Asam amino glukogenik (merah), ketogenik (kuning), Jalur

kerangka karbon asam amino penyusun protein.

Asam amino yang diubah menjadi asetoasetil KoA digolongkan sebagai asam amino ketogenik, karena produk degradasinya (asetoasetil KoA) dapat menghasilkan senyawa keton dalam proses pengubahannya. Sedangkan asam amino yang dapat diubah menjadi piruvat, a-ketoglutarat, suksinat dan oksaloasetat disebut golongan asam amino glukogenik karena produk tersebut mampu diubah kembali menjadi glukosa clan glikogen. Asam amino lain mempunyai sifat ketogenik dan glukogenik bersama-sama, seperti fenilalanin dan tirosin.

Semua molekul hasil katabolisme asam amino memasuki siklus asam sitrat dan dioksidasi sempurna menjadi karbondioksida dan air. Dan selama transpor elektron, ATP dihasilkan oleh fosforilasi oksidatif sehingga asam amino dapat berperan memberikan persediaan energi bagi organisme.

9.2.1.4 Biosintesis Asam Amino

Sintesis ke-20 macam asam amino penyusun protein berbeda­- beda pada setiap mahluk hidup. Tumbuhan umumnya mampu mensintesis sendiri 20 asam amino tersebut. Sedangkan manusia dan hewan hanya dapat melakukan sintesis 10 dari 20 asam amino unit pembangun protein. Asam amino yang dapat disintesis sendiri oleh mahluk hidup tersebut dikenal dengan sebutan asam amino nonesensial. Sedangkan asam amino yang tidak dapat disintesis sendiri dan harus diperoleh dari makanan disebut asam amino esensial.

Glutamat, glutamin dan prolin mengambil bagian dalam lintas biosintetik bersama. Proses biosintesis ketiganya identik dalam semua bentuk kehidupan. Glutamat dibentuk dari amonia dan alfa-ketoglutarat, suatu senyawa antara siklus asarn sitrat, melalui kerja enzim glutamat dehidrogenase dengan tenaga pereduksi NADPH.

NH4+ + -ketoglutarat + NADPH ==== Glutamat + NADP+ + H2O

Glutamat adalah donor gugus asam amino dalam biosintesis asam amino lain melalui reaksi transaminasi. Glutamin dibentuk dari glutamat melalui kerja glutamin sintetase dengan bantuan ATP.

Glutamat + NH4+ + ATP ===== Glutamin + ADP+ + Pi + H+

Prolin juga disintesis dari glutamat melalui reaksi bertahap. Mula-­mula glutamat direduksi menjadi a-semialdehida dengan bantuan glutamat kinase dehidrogenase. Kemudian metabolit ini mengalami penutupan menjadi pirolin 5-karboksilat dan reduksi lebih lanjut menjadi prolin dengan bantuan enzim pirolin karboksilat reduktase. Prolin adalah penghambat alosterik pada reaksi awal biosintesisnya. Asam-asam amino alanin, aspartat dan asparagin juga berasal dari metabolit sentral glutamat. Umumnya alanin berasal dari piruvat dan asapartat dari oksaloasetat oleh reaksi transaminasi dari glutamat.

Glutamat + Piruvat ===== Alfa-ketoglutarat + Alanin

Glutamat + Oksaloasetat ===== alfa-ketoglutarat + Aspartat

Biosintesis asparagin dalam banyak bakteri menggunakan aspartat sebagai prekursor dalam reaksi dengan katalis asparagin sintetase. Sedangkan dalam sel mamalia biosintesis asparagin melalui pemindahan gugus amino dari gugus amida glutamin menjadi (3­karboksil aspartat dengan enzim asparagin sintetase bergantung ATP.

Aspartat + NH4+ + ATP ===== Asparagin + ADP + Pi + H+

Glutamin + Aspartat + ATP + H2O Glutamat + Asparagin + AMP + PPi

Asam amino non esensial tirosin disintesis oleh hewan dari asam amino esensial fenilalanin. Sementara sistein dibuat dari asam amino esensial metionin dan asam amino non-esensial serin. Metionin menyumbangkan atom sulfur dan serin memberikan kerangka karbon pada sintesis terse

Phenilalanin + NADPH + H+ + O2 – Tirosin + NADP+ + H2O

H2O Ppi +Pi penerima metil termetilasi

Metionin S-adenosilmetionin S-adenosilhomosistein

1 2 H2O

3 adenosin

homosistein

4 Serin

H2O

sistationin

5

alfa-ketoglutarat + NH4

Sistein

Gambar 9.7 Biosintesis Asam amino Sistein

Keterangan enzim :

1. metionin adenosiltransferase

2. reaksi pemindahan metil

3. adenosilhomosisteinase

4. sistationin beta-sintase

5. sistationin -liase

Biosintesis serin dan glisin dianggap terjadi bersama-sama karena serin adalah prekursor glisin, seperti ditampilkan di bawah ini.

NAD+ NADH + H+ Glutamat -ketoglutarat H2O Pi tetrahidrofolat H2O

3-Fosfogliserat 3-fosfohidroksipiruvat 3-fosfoserin Serin Glisin

1 2 3 4

N5, N10 -metilentetra -

hidrofolat

Gambar 9.8 Biosintesis Asam Amino Serin dan Glisin

Keterangan : 1. fosfogliserat dehidrogenase 3. fosfoserinfosfatase

2. fosfoserintransaminase, 4.serinhidroksimetil transferase

Asam amino esensial seperti fenilalanin, triptofan dan histidin memiliki lintas biosintetis yang paling kompleks. Ketiga asam amino tersebut memiliki cincin benzena atau heterosiklik. Sintesis cincin ini, terutama kedua cincin pusat triptofan, memerlukan sejumlah tahap reaksi enzimatis yang kompleks.

Lima asam amino esensial bagi hewan disintesis oleh tanaman dan mikroorganisme dari asam amino nonesensial. Treonin, metionin clan lisin disintesis dari aspartat, arginin clan histidin dibentuk dari glutamat. Isoleusin dibentuk oleh bakteri dari asam amino esensial treonin.

        1. Hubungan Antara Metabolisme Karbohidrat, Lemak Dan Protein.

Sel merupakan sistem kimia dalam keadaan mantap. Proses metabolisme yang telah dibicarakan sebelumnya, baik reaksi katabolisme maupun reaksi anabolisme merupakan proses yang berlangsung serempak. Pembahasan yang dilakukan secara sendiri-­sendiri hanya untuk mempermudah pemahaman dalam mempelajari reaksi-reaksi kimia dalam mahluk hidup.

Katabolisme dan anabolisme merupakan proses yang saling melengkapi dan berkaitan satu dengan yang lain. Secara keseluruhan proses anabolisme dan katabolisme harus berjalan bersama-sama, karena setiap pasang proses menyediakan energi atau bahan yang diperlukan oleh pasangan yang lain. Hubungan antara keduanya dijelaskan sebagai berikut, pada :

1. Aspek oksidasi dan reduksi, katabolismenya menggunakan bentuk oksidasi (NAD+ + NADP+) dan menghasilkan bentuk reduksi (NADH dan NADPH) sementara proses anabolisme membutuhkan bentuk reduksi dan menghasilkan bentuk oksidasi.

2. Aspek energi, katabolisme merupakan eksargonik (menghasilkan energi) dengan menggunakan ADP dan menghasilkan ATP. Senyawa ATP yang dihasilkan kemudian digunakan kembali dalam reaksi endergonik (membutuhkan energi) pada proses anabolisme dan kembali menghasilkan ADP ( dan AMP).

3. Aspek materi, produk akhir antara yang dihasilkan dalam katabolisme umumnya menjadi materi awal dalam anabolisme. Demikian juga sebaliknya.

Degradasi molekul dalam proses metabolisme dibagi dalam tiga tahap. Tahap pertama, polisakarida dihidrolisis menjadi monosakarida, protein dihidrolisis menjadi komponen asam aminonya dan triasilgliserol, sumber utama lipid makanan, dihidrolisis menjadi gliserol dan asam lemak. Sedangkan asam nukelat dihidrolisis menjadi mononuleotida. Tiga makromolekul pertama proses degradasinya berhubungan dengan energi. Proses ini hidrolitik dan energinya dilepaskan (dari tiga makromolekul = lipid, karbohidrat dan protein) untuk menyediakan energi bagi mahluk hidup.

Gambar 9.9 Hubungan Antara Metabolisme Biomolekul (protein, karbohidrat dan lipid)

Tahap kedua, monosakarida, gliserol dan asam lemak didegradasi lanjut membentuk asetil KoA melalui proses pembentukan beberapa senyawa fosfat kaya energi. Dalam glikolisis heksosa diubah menjadi piruvat kemudian menjadi asetil KoA melalui reaksi seperti yang telah disebutkan sebelumnya. Hal yang sama terjadi pada asam lemak rantai panjang dioksidasi menjadi asetil KoA, sementara gliserol diubah menjadi piruvat dan asetil KoA melalui rangkaian glikolitik. Sedangkan mononukleotida didegradasi menjadi gula pentosa, basa nitrogen dan lainnya.

Khusus untuk degradasi asam amino keadaannya berbeda. Dalam tahap kedua, asam amino alanin, serin, treonin, glisin, dan sistein, didegradasi menjadi piruvat dan diubah kembali menjadi asetil KoA. Asam amino prolin, histidin, glutamin, dan arginin, didegradasi menjadi asam glutamat melalui proses transaminasi menghasilkan -ketoglutarat, molekul antara siklus asam trikarboksilat. Asam aspartat dan asparagin ditransaminasi menjadi oksalat, molekul antara lain dalam siklus asam trikarboksilat. Asam-asam amino leusin, triptofan, lisin, fenilalanin dan tirosin didegradasi menjadi asetoasetil KoA dan diubah kembali menjadi asetil KoA. Sementara asam-asam amiino isoleusin, metionin dan valin diubah menjadi suksinil KoA selama degradasi. Fenilalanin dan tirosin dapat juga didegradasi secara oksidatif membentuk asam fumarat.

Dengan demikian kerangka karbon asam amino menghasilkan senyawa antara untuk siklus asam sitrat atau asetil KoA. Produk yang sama dihasilkan dari karbohidrat atau lipid selama oksidasi senyawa tersebut. Dalam tahap ketiga, ATP kaya energi dihasilkan melalui fosforilasi oksidatif.

Anabolisme makromolekul juga berlangsung dalam tiga tahap. Tahap pertama sintesis protein dimulai dari pembentukan asam alfa-keto dan pemula lain. Sintesis lipid dimulai dengan pembentukan molekul kecil asetat, malonat dan lainnya. Tahap awal sintesis asam nukleat dimulai dari pembentukan karbamoilfosfat, ribosa dan molekul lain. Tahap awal sintesis karbohidrat mulai dari molekul piruvat, malat dan seterusnya. Selanjutnya tahap kedua asam alfa-keto teraminasi oleh donor gugus amino membentuk asam amino, gugus asetil dibangun menjadi asam lemak, piruvat dan malat menjadi prekusor untuk pembentukan monosakarida, dan pembentukan mononukleotida dari gula pentosa, basa nitrogen dan asam fosfat. Tahap terakhir anabolisme, asam amino disusun menjadi rantai polipeptida membentuk berbagai jenis protein, asam lemak dan molekul lain yang dirangkaikan membentuk berbagai lipid; mononukleotida ditata membentuk polinukleotida (asam nukleat); dan mononukleotida diatur menjadi berbagai polisakarida karbohidrat.

9.2.2 Latihan

Setelah mempelajari materi di atas coba anda kerjakan latihan berikut:

  1. Jelaskan bagaimana protein dapat ikut serta berperan sebagai sumber energi bagi tubuh bila kita kekurangan karbohidrat dan lemak.

  2. Gambarkan mekanisme reaksi daur urea sebagai hasil degradasi asam amino.

  3. Jelaskan peranan DNA dalam biosintesis protein

  4. Sebutkan 2 tahap reaksi pembentukan ikatan asam amino dengan tRNA dan dibantu oleh enzim apa.

  5. Apakah mungkin asam piruvat bisa dibentuk dari metabolisme asam amino sistein?

9.2.3 Petunjuk Jawaban soal-soal latihan

  1. Beberapa asam amino akan mengalami penguraian membentuk astoasetat yang dibantu oleh beberapa enzim yang kemudian asetoasetat mengalami dehidrogenasi membentuk asetil KoA yang kemudian asetil KoA ini masuk jalur daur asam sitrat untuk kemudian mengalami oksidasi dan menghasilkan energi bagi tubuh.

  2. sudah jelas diterangkan pada gambar 9.4

  3. Dalam proses biosintesis protein molekul DNA berperan sebagai cetakan bagi terbentuknya RNA. Sedangkan RNA kemudian mengarahkan urutan asam amino dalam pembentukan molekul protein yang berlangsung di ribosom.

  4. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim amino asil tRNA sintetase dan ATP. Tahap 1; asam amino dengan enzim dan AMP membentuk kompleks aminoasil-AMP-enzim, tahap kedua terjadi reaksi antara kompleks aminoasil-AMP-enzim dengan tRNA. Pada reaksi ini terbentuk kompleks tRNA-asam amino, sedangkan AMP dan enzim sintetase dilepaskan.

  5. ya dapat. Melalui 3 cara yakni; pengubahan sistein dengan enzim sistein desulfhidrase; pembentukan asam sisteinsulfinat kemudian diubah menjadi asm beta sulfinilpiruvat hingga membentuk asam piruvat ; dan melalui reaksi transaminasi membentuk asam tiolpiruvat kemudian diubah menjadi asam piruvat.

9.2.4 Rangkuman

Protein dalam makanan diperlukan untuk menyediakan asam amino yang akan digunakan untuk memproduksi senyawa nitrogen yang lain, untuk mengganti protein dalam jaringan yang me­ngalami proses penguraian dan untuk mengganti nitrogen yang telah dikeluarkan dari tubuh dalam bentuk urea.

Dalam sel eukariot, degradasi protein (katabolisme) terjadi dalam dua tahap. 1).Reaksi Deaminasi Oksidatif yaitu protein mengalami modifikasi oksidatif untuk menghilangkan aktivitas enzimatis. 2)Reaksi transaminasi adalah penyerangan protease yaitu enzim yang berfungsi untuk mengkatalis degradasi protein.

Degradasi asam amino protein menghasilkan limbah nitrogen berupa amonia. Senyawa ini bersifat racun bagi organisme tertentu. Agar tidak beracun biasanya gugus amino diekskresi dari tubuh dalam bentuk urea, yaitu suatu senyawa yang larut dalam air bersifat nontoksik sebagai bentuk ekskresi nitrogen. Urea disintesis melalui daur urea .

Manusia dapat mensintesis 11 dari 20 macam asam amino dasar yang terdapat dialam. Asam amino ini disebut asam amino non esensial sedangkan yang lainya disebut asam amino esensial yang harus didapat dari makanan. Biosintesis asam amino non esensial sangat sederhana. Glutamat dehidrogenase mengkatalisis aminasi reduktif alfa-ketoglutarat menjadi glutamat. Alanin dan aspartat disintesis dari transaminasi masing-masing piruvat dan oksaloasetat. Glutamin disintesis dari NH4 + dan glutamat, demikian juga asparagin dapat disintesis dengan cara yang sama. Prolin dan arginin berasal dari glutamat. Serin dihasilkan dari 3 fosfogliserat dan merupakan prekusor glisin dan sistein. Tirosin disintesis dari hidroksilasi phenilalanin, yang merupakan asam amino esensial.

Degradasi molekul dalam proses metabolisme dibagi dalam tiga tahap. Tahap pertama, polisakarida dihidrolisis menjadi monosakarida, protein dihidrolisis menjadi komponen asam aminonya dan triasilgliserol, sumber utama lipid makanan, dihidrolisis menjadi gliserol dan asam lemak. Sedangkan asam nukelat dihidrolisis menjadi mononuleotida. Tiga makromolekul pertama proses degradasinya berhubungan dengan energi. Proses ini hidrolitik dan energinya dilepaskan (dari tiga makromolekul = lipid, karbohidrat dan protein) untuk menyediakan energi bagi mahluk hidup.

9.3 PENUTUP

9.3.1 Tes Formatif

  1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan transaminasi dan deaminasi oksidatif.

  2. Gambarkan mekanisme reaksi daur urea sebagai hasil degradasi asam amino.

  3. Tuliskan suatu persamaan reaksi kimia untuk sintesis alanin dari asam glutamat.

  4. Tuliskan persamaan reaksi untuk sintesis serin dan tirosin.

  5. Uraikan bagaimana hubungan siklus asam sitrat dengan daur urea.

  6. Bagaimana hubungan antara DNA, RNA dan protein.

9.3.2 Umpan Balik

Anda dapat menguasai materi ini dengan baik jika memperhatikan hal-hal berikut:

  1. Membuat ringkasan materi pada setiap bab sebelum materi tersebut dibahas dalam diskusi kelas.

  2. Aktif dalam diskusi baik kelompok kecil maupun kelompok besar.

  3. Mengerjakan latihan.

9.3.3 Tindak Lanjut

  1. Apabila mahasiswa dapat menyelesaikan 80% dari test formatif diatas, maka mahasiswa tersebut dapat melanjutkan ke bab selanjutnya, pengetahuan tentang metabolisme protein merupakan bagian dari mempelajari dan memahami materi lain seperti genetika dan asam nukleat khususnya biosintesis protein.

  2. Jika ada diantara mahasiswa belum mencapai penguasaan 80% dianjurkan untuk :

    • mempelajari kembali topik di atas dari awal

    • berdiskusi dengan teman terutama pada hal-hal yang belum dikuasai

    • bertanya kepada dosen jika ada hal-hal yang tidak jelas dalam diskusi.

9.3.4 Kunci Jawaban tes formatif

  1. Reaksi Deaminasi Oksidatif yaitu protein mengalami modifikasi oksidatif untuk menghilangkan aktivitas enzimatis, Sedangkan reaksi transaminasi adalah penyerangan protease yaitu enzim yang berfungsi untuk mengkatalis degradasi protein.

  2. lihat gambar 9.4 tentang siklus urea

  3. Glutamat + piruvat ===== Alfa-ketoglutarat + Alanin

  4. gambar 9.7 diatas

  5. Sintesis fumarat pada daur urea merupakan reaksi penting sebab reaksi ini mengkaitkan daur urea dengan siklus asam sitrat. Fumarat mengalami hidrasi menjadi malat, yang pada gilirannya dioksidasi menjadi oksaloaetat. Oksaloasetat dapat mengalami transaminasi menjadi aspartat, berubah menjadi glukosa melalui jalur glukoneogenesis. Selanjutnya berkondensasi dengan asetik Ko-A membentuk sitrat yang kemudian berubah menjadi piruvat. Pembentukan NH4 oleh glutamat dehidrogenase, dan penggabungannya ke dalam karbamoil-fosfat dan sintesis sitrulin berikutnya terjadi dimatriks mitokondria. Sebaliknya tiga reaksi dalam daur urea berikutnya terjadi disitosol (siklus gambar 9.5).
  6. Hubungan antara DNA, RNA dan protein dapat dilihat pada proses aliran informasi genetik dalam dogma sentral berikut:

Transkripsi Translasi

Replikasi DNA RNA Protein

mRNA

Transkripsi rRNA

balik tRNA

Replikasi vRNA Protein virus

BUKU SUMBER

  1. Stryer Lubert., 2000, Biochemistry, volume 1,2,3 edisi 4., EGC Jakarta
  2. Lehninger., 1998, Dasar–Dasar Biokimia, Terjemahan Maggi Thenawijaya., Jilid 1,2,3., Erlangga, Jakarta.
  3. Murray, Robert (et,al)., 2001, Harper’s Review Of Biochemistry., Edisi 25, EGC., Jakarta.
  4. P.Karlson., 1975, Introduktion to Modern Biochemistry., New York., Academic Press.
  5. Arbianto,P., 1993, Biokimia Konsep-Konsep Dasar, DEPDIKBUD, DIKTI, Proyek Pendidikan Tenaga Akademik; Jakarta.
  6. Poedjiadi,A., 1994, Dasar-Dasar Biokimia. Universitas Indonesia-Pres

SENARAI

Asam amino : Molekul organik yang memiliki gugus karboksil dan gugus amino dan berfungsi sebagai monomer protein.

Aminoasil tRNA-sintetase : aminoacyl- tRNA synthetase suatu keluarga enzim, paling tidak ada satu ntuk setiap asam amino, yang mengkatalisis pengikatan suatu asam amino ke molekul tRNA spesifiknya.

Deaminasi : penghilangan gugus amina dari asam amino satu ke asam amino lainnya

Transaminasi : pemindahan gugus amino dari satu asam amino ke asam amino lain

tRNA : transfer RNA, molekul RNA yang berfungsi sebagai penginterpretasi antara asam nukleat dan bahasa protein

Dekarboksilasi : Penghilangan/pemindahan gugus karboksil dari satu molekul ke molekul yang lain.

Kofaktor : Setiap molekul atau ion nonprotein yang diperlukan agar suatu enzim bisa berfungsi dengan baik. Kofaktor dapat berikatan secara permanen dengan tempat aktif enzim atau bisa berikatan secara longgar dengan substrat selama katalisis.

Lisosom : Kantung enzim-enzim hidrolitik yang terbungkus oleh membran yang ditemukan dalam sitoplasma sel eukaryotik.

Transpor aktif : Pergerakan suatu substansi melewati melewati suatu membran biologis melawan gradien konsentrasi atau elektrokimiawinya, dengan bantuan infut energi dan protein transpor spesifik.

Transpor pasif : difusi suatu bahan melewati suatu membran biologis.

About these ads

About ekokimia

chemistry
This entry was posted in Uncategorized. Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s