Metabolisme Protein

METABOLISME PROTEIN

OLEH

KELOMPOK 1

BIMA FIRDA PUTRA

PUTRI ISLAMI SUCI

RANI RATNASARI SYOFYAN

WIDIA RAHAYU SAFITRI

YUDISTIA ARIANI

DOSEN       : Dr.VIOLITA,S.Si,M.Si

JURUSAN BIOLOGI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI PADANG

                                                        2015

METABOLISME PROTEIN

A.  Katabolisme Asam Amino

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

(Toha, 2005)

Jalur metabolic utama dari asam-asam amino terdiri atas beberapa jalur :

1.      Produksi asam amino dari pembongkaran protein tubuh, digesti protein diet serta sintesis asam amino di hati.

2.      Pengambilan nitrogen dari asam amino.

3.      Katabolisme asam amino menjadi energy melalui siklus asam serta siklus urea sebagai proses pengolahan hasil sampingan pemecahan asam amino.

4.      Sintesis protein dari asam-asam amino.

Proses Transaminasi

Transaminasi ialah proses katabolisme asam amino yang melibatkan pemindahan gugus amino dari satu asam amino kegugus asam amino lain.   Dalam reaksi transaminasi ini gugus amino dari suatu asam amino dipindahkan dari salah satu dari ketiga senyawa keton, yaitu asam piruvat, α ketoglutarat atau ksaloasetat, sehingga senyawa- senyawa keton ini diubah menjadi asam amino sedangkan asam amino semula diubah menjadi asam keton. Ada dua enzim yang berperan yaitu alanin transaminase dan glutamate trasminase yang bekerja sebagai katalis dalam reaksi.

(Poedjiadi, 1994)

asam amino + asam piruvat      alanin transaminase     asam α keto + alanin

asam amino + asam α ketoglutarat      asam α keto + asamglutamat

 

Reaksi transminasi bersifat reversible. Pada reaksi ini tidak ada gugus amino yang hilang, karena gugus amino yang dilepaskan oleh asam amino diterima oleh asam keton. Alanin transminasi merupakan enzim yang mempunyai kekhasan terhadap asam piruvat. Dengan demikian Alanin transaminase dapat mengubah berbagai jenis asam amino menjadi alanin selama tersedia asam piruvat. Glutamat transminase merupakan enzim yang mempunyai kekhasan terhadap glutamate-ketoglutarat sebagai satu pasang substrat, karena itu enzim ini dapat mengubah asam-asam amino menjadi asam glutamat.

Reaksi transminasi ini terjadi dalam mitokondria maupun dalam cairan sitoplasma. Semua enzim transminasi tersebut dibantu oleh piridoksalfosfat sebagai koenzim.

 (Poedjiadi, 1994)

Proses Deaminasi Oksidatif

Asam amino dengan reaksi transaminasi dapat diubah menjadi asam glutamat. Dalam beberapa sel misalnya bakteri, asam glutamat dapat mengalami proses diaminasi oksidatif yang menggunakan glutaman dehidrogenase sebagai katalis.

Asam glutamat + NAD⁺ asam α ketoglutarat + NH₄⁺ + NHDH + H⁺

Dalam proses ini asam glutamat melepaskan gugus amino dalam bentuk NH₄⁺ . selain NAD⁺ glutamat dehidrogenase dapat pula menggunakan NADP⁺ sebagai akseptor elektron. Oleh karena asam glutamat merupakan hasil akhir proses transaminasi, maka glutamat dehidrogenase merupakan enzim yang penting dalam metabolisme asam amino.Dua jenis dehidrogenase lain yang penting ialah L-asam amino oksidase dan   D-asam amino oksidase.

L-asam amino oksidase adalah enzim flavoprotein yang mempunyai gugus prostetik flavinmononukleotida (FMN). Enzim ini terdapat dalam sel hati pada endoplasmik retikulum dan bukan merupakan enzim yang penting. D – asam amino oksidase adalah juga enzim flavoprotein. Enzim ini mempunyai FAD sebagai gugus prospetik dan terdapat dalam sel hati. Oleh karena D-asamamino jarang terdapat dalam tubuh manusia, maka fungsi D-asam amino oksidase.

Proses diaminasi 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.

Deaminasi non oksidatif adalah penghilangan gugus amino dari asam amino serin yang dikatalis oleh enzim serindehidratase. Asam amino teronin juga dapat mengalami deaminasi non oksidatif dengan katalis kreonin dehidratase menjadi keto butirat.

B.Anabolisme 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 disebutasam 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⁺ + a-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-ketoglutara+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. Keterangan enzim :
1.   metionin adenosiltransferase
2.   reaksi pemindahan metil
3.   adenosilhomosisteinase
4.   sistationin beta-sintase                 
5.   sisgtationin g-liase
Biosintesis serin dan glisin dianggap terjadi bersama-sama karena serin adalah prekursor glisin, seperti ditampilkan di bawah ini.

C. SIKLUS UREA

Urea Dibentuk oleh Siklus Urea

Pada hewan, ureotelik, ammonia yang dihasilkan dari deaminasi asam amino diubah menjadi urea di dalam hati oleh mekanisme siklik, yaitu siklus urea, yang pertama kali ditemukan leh Hans Krebs dan Kurt Henseleit pada 1932. Krebs dan Henseleit menemukan bahwa kecepatan pembentukan urea dari amm onia oleh irisan tipis hati yang disuspensikan di dalam medium buffer aerobic dipercepat oleh penambahan salah satu dari tiga senyawa spesifik, ornitin, sitrulin, atau arginin.

Arginin tentunya merupakan salah satu asam amino baku yang ditemukan pada protein. Walaupun ornitin dan sitrulin juga merupakan asam α-amino, golongan ini tidak terdapat sebagai unit pembangun molekul protein. Ketiga senyawa ini merangsang aktivitas sintesis urea jauh melampaui aktivitas senyawa bernitrogen umum lainnya yang diuji. Struktur ketiga senyawa aktif ini memperlihatkan bahwa ketiganya mungkin berhubungan satu sama lain dalam satu urutan, dengan ornitin sebagai pemula sitrulin dan selanjutnya sitrulin menjadi pemula arginin.

Arginin telah lama diketahui dapat terhidrolisa menjadi ornitin dan urea oleh kerja enzim arginase.

Arginin + H₂O à ornitin + urea

Krebs menyimpulkan bahwa suatu proses siklik terjadi, dengan ornitin memegang peranan serupa dengan oksalaasetat di dalam siklus asam sitrat. Molekul ornitin bergabung dengan satu molekul NH₃ dan satu CO₂ membentuk sitrulin. Molekul kedua ammonia ditambahkan ke sitrulin, membentuk arginin, yang lalu terhidrolisis menghasilkan urea, dengan pembentukan kembali molekul ornitin. Semua organisme yang mampu melakukan biosintesis arginin dapat mengkatalisis reaksi-reaksi ini sampai ke titik arginin, tetapi hanya hewan ureotelik yang dilengkapi sejumlah besar enzim arginase, yang mengkatalisis hidrolisis tidak dapat kembali menjadi arginin, membentuk urea dan ornitrin. Ornitrin yang diregenerasi ini lalu siap untuk memulai putaran selanjutnya siklus urea ini.

Urea, yang merupakan produk siklus ini, merupakan senyawa netral, tidak beracun dan larut di dalam air. Molekul ini diangkut melalui darah menuju ginjal dan dikeluarkan ke dalam urin.

Siklus Urea Terdiri Atas Beberapa Tahap Kompleks

Gugus amino pertama yang memasuki siklus urea muncul dalam bentuk ammonia bebas, oleh deasimenasi oksidatif glutamate di dalam mitokondria sel hati. Reaksi ini dikatalisis oleh glutamate dehidrogenase, yang memerlukan NAD⁺.

Glutamat^- + NAD⁺ + H₂O ↔ α-ketoglutarat^2- + NH₄⁺ + NADH + H⁺

a.    Reaksi pada sintesis karbamil fosfat

Amonia bebas yang terbentuk segera dipergunakan, bersama-sama dengan karbon dioksida yang dihasilkan di dalam mitokondria oleh respirasi, untuk membentuk karbamoil fosfat di dalam matriks, pada suatu reaksi yang bergantung kepada ATP, yang dikatalisis oleh enzim karbamoil fosfat sintetase I. Angka Romawi ini menunjukkan bentuk mitokondria enzim ini, untuk membendakannya dari bentuk sitosolnya (II).

Dalam reaksi pembentukan karbamil fosfat ini, satu mol ammonia bereaksi dengan satu mol karbondioksida dengan bantuan enzim karbamoilfosfat sintetase. Reaksi ini membutuhkan energy, karenanya reaksi ini melibatkan dua mol ATP yang diubah menjadi ADP. Disamping itu sebagai kofaktor dibutuhkan Mg²⁺ dan N-asetil-glutamat.

 Karbamoil fosfat      ΔG^o= -3,3 kkal/mol

Karbamoil fosfat sintetase I merupakan enzim pengatur, enzim ini memerlukan N-asetilglutamat sebagai modulator positif atau perangsangnya. Karbamoil fosfat merupakan senyawa berenergi tinggi, molekul ini dapat dipandang sebagai suatu pemberi gugus karbamoil yang telah diaktifkan. Perhatikan bahwa gugus fosfat ujung dari dua molekul ATP dipergunakan untuk membentuk satu molekul karbamoil fosfat.

b.    Reaksi pada pembentukan siturulin

Pada tahap selanjutnya dari siklus urea, karbamoil fosfat memberikan gugus karbamoilnya kepada ornitin untuk membentuk sitrulin dan membebaskan fosfatnya, dalam suatu reaksi yang dikatalisis oleh ornitin transkarbamoilase yang terdapat pada bagian mitokondria sel hati, yakni enzim mitokondria yang memerlukan Mg²⁺.

Karbamoil fosfat + ornitin à sitrulin + P_i^- + H⁺

Sitrulin yang terbentuk sekarang meninggalkan mitokondria dan menuju ke dalam sitosol sel hati.

Gugus amino yang kedua sekarang datang dalam bentuk L-aspartat, yang sebaliknya diberikan dari L-glutamat oleh kerja aspartat transaminase.

Oksalasetat + L-glutamat ↔ L-aspartat + α-ketoglutarat

L-Glutamat tentunya menerima gugus amino dari kebanyakan asam amino umum lainnya oleh transaminasi menjadi α-ketoglutarat. Pemindahan gugus amino kedua ke sitrulin terjadi dengan reaksi pemadatan di antara gugus amino aspartat dan karbon karbonil sitrulin dengan adanya ATP, untuk membentuk agininosuksinat. Reaksi ini dikatalisa oleh arginosuksinat sintetase sitosol hati, suatu enzim yang tergantung kepada Mg²⁺.

c.    Reaksi pada asam argininosuksinat

Selanjutnya siturulin bereaksi dengan asam aspartat membentuk asam argininosuksinat. Reaksi ini berlangsung dengan bantuan enzim argininosuksinat sintese. Dalam reaksi tersebut ATP merupakan sumber energy dengan jalan melepaskan gugus fosfat dan berubah menjadi AMP.

Sitrulin + aspartat + ATP → argininosuksinat + AMP + PP_i + H⁺

Pada tahap selanjutnya argininosuksinat segera terurai oleh argininosuksinat liase untuk membentuk arginin dan fumarat bebas.

Argininosuksinat ↔ arginin + fumarat

Fumarat yang terbentuk, kembai menuju kumpulan senyawa antara siklus asam sitrat.

d.    Reaksi pada penguraian asam argininosuksinat

Dalam reaksi ini asam asam argininosuksinat diuraikan menjadi arginin dan asam fumarat. Reaksi ini berlangsung dengan bantuan enzim argininosuksinase, suatu enzim yang terdapat dalam hati dan ginjal.

1.    Daur Urea Berkaitan dengan Daur Asam Sitrat

Stokiometri sintesis urea adalah:

CO₂+NH₄⁺+3ATP+Aspartat+2H₂OàUrea+2ADP+2Pi+AMP+PPi+fumarat

Pirofosfat dihidrolisis dengan cepat dan dengan demikian 4 ikatan fosfat energy tinggi (-P) digunakan dalam reaksi ini untuk membentuk 1 molekul urea. Sintesis asam fumarat pada daur urea merupakan reaksi penting sebab reaksi ini mengkaitkan daur urea dengan daur asam sitrat. Fumarat mengalami hidrasi menjadi malat, yang pada gilirannya dioksidasi menjadi oksaloasetat. Oksaloasetat dapat mengalami:

1.     Mengalami transaminasi menjadi aspartat

2.     Berubah menjadi glukosa melalui jalur glukoneogenesis

3.     Berkondensasi dengan Asetil Ko-A membentuk sitrat

4.     Berubah menjadi pirufat

Pengkotak-kotakan daur urea dan reaksi-reaksi yang menyertainya juga penting. Pembentukan NH₄⁺ oleh glutamate dehidrogenase, penggabungannya ke dalam karbomoil fosfat dan sintesis siturulin berikutnya terjadi di matriks mitokondria. Sebaliknya tiga reaksi dalam daur urea berikutnya terjadi dalam sitosol. 

DAFTAR PUSTAKA

Lehninger, A. L. 1987. Dasar-Dasar Biokimia. Jilid II. Erlangga: Surabaya.

Martoharsono, S. 1976. Biokimia Jilid II. UGM Press: Yogyakarta

Poedjiadi, Anna. 1994. Dasar-dasar Biokimia Untuk Mahasiswa Keperawatan. Jakarta : UI Press.

Strayer, L. 1995. Biochemistry. W.H freeman and Company: New York.

Toha, Abdul Hamid A. 2005. Biokimia : Metabolisme Biomolekul. Bandung : Alfabeta.