METABOLISME PRLOTEIN

Metabolisme protein

Meliputi:

·       Degradasi protein (makanan dan protein intraseluler) mjd asam amino

·       Oksidasi asam amino

·       Biosintesis asam amino

·       Biosintesis protein

Overview

 

Metabolisme protein dan juga asam nukleat berbeda dengan metabolisme karbohidrat dan lipid

v Karbohidrat dan lipid dapat disimpan dan digunakan jika dibutuhkan ketika membutuhkan energi atau untuk biosintesis

 

à Bbrp tanaman mampu menyimpan senyawa N

       (Asparagine pd Asparagus)

à Bbrp insect mempunyai protein simpanan di dalam darah mereka

 

Tidak mewakili bentuk simpanan N

 

Hewan harus selalu menyediakan suplai N yg cukup melalui makanan à mengganti N yg hilang karena katabolisme

v Setiap asam amino mengandung plg tidak 1 gugus amino. Sehingga membutuhkan mekanisme khusus untuk memecah gugus amino dengan kerangka C –nya

Kerangka C dr asam amino à oksidasi mjd CO₂ dan H₂O

                                      à menyumbangkan senyawa 3 / 4 C yang dapat diubah mjd glukosa

Seberapa besar kemampuan suatu organisme menggunakan asam amino sbg sumber energi à jenis organismenya

à Carnivora à 90% energi yang dibutuhkan berasal oksidasi asam amino (setelah makan)

à Herbivora à hanya sedikit memperoleh energi dari oksidasi asam amino.

                  à sebagian bsr energi berasal dr karbohidrat

                  à katabolisme asam amino hanya untuk  menyuplai                  biosintesis senyawa lain

             

Hewan melakukan degradasi oksidatif jika dalam kondisi :

·       Selama sintesis normal dan degradasi protein seluler (protein turnover) à as. Amino yg dilepas dr pemecahan protein tidak digunakan untuk sintesa protein baru.

·       Asupan makanan kaya akan protein à as. Amino yg masuk melebihi kebutuhan tubuh utk sintesis protein.

·       Kelaparan atau diabetes militus. à Karbohidrat tidak cukup atau tidak dapat digunakan. à protein tubuh digunakan sbg sumber energi

Pada Vertebrata :

Asam amino dr Makanan à sebagian besar dimetabolisme di hati

 à Ammonia yg dihasilkan :

-      digunakan kembali untuk proses biosintesis

-      kelebihan ada yg di keluarkan dr tubuh dlm bentuk urea, asam urat, atau ammonia

Ammonia dr jaringan yg lain di bawa ke hati à diubah mjd bentuk lain dan diekskresikan

I. Degradasi Protein menjadi Asam amino

 

Kenapa enzim diproduksi oleh pankreas dlm kondisi non aktif?

-      Melindungi pankreas dr aktifitas proteolisis dr enzim2 tsbt

Untuk melindungi diri pankreas jg mensekresi à inhibitor pankreatik tripsin (Pancreatic trypsin inhibitor)

Trypsin, chymotrypsin dan carboxypeptidase à mempunyai aktifitas katalitik yg spesifik satu dng yg lain

-      Trypsin à memecah ikatan peptida yg karbonil nya berasal dr Lys dan Arg

-      Chymotrypsin à memecah iktn peptida pada karboksi terminal  dr Phe, Tyr, dan Trp

Degradasi oligopeptida disempurnakan oleh peptidase yg lain

-      Carboxypeptidase à memecah karboksi terminal scr berurutan

-      Aminopeptidase à memecah N-terminal

Asam amino bebas à ditransport melewati sel epithelial usus halus.

 

       Masuk kapiler darah yg tdpt di pili dan ditranspor ke hati

 

II. Oksidasi Asam Amino

v Pada umumnya, degradasi asam amino dimulai dengan pelepasan gugus amino à menghasilkan kerangka C à diubah mjd senyawa antara metabolisme utama tubuh

v Metabolisme asam amino pada umumnya terjadi di hati

v Kelebihan di luar liver à dibawa ke hati à diekskresikan

v Ammonia à digunakan kembali utk proses biosintesis

à diekskresi scr langsung atau diubah terlebih dahulu mjd asam urat / urea

§  Vertebrata terestrial à urea à ureotelic

§  Burung & reptil à asam urat à uricotelic

§  Binatang di air à ammoniaà ammonotelic

 

v Proses transaminasi : proses yang mana suatu gugus amino dipindahkan, biasanya dari Glu à suatu α – keto acid dan reaksi ini menghasilkan asam amino yg terkait plus α-ketoglutarat

o   Reaksi transaminasi dikatalis oleh enzim transaminase (aminotransferase)

 

o   Reaksi transaminasi membutuhkan koenzim piridoxal phosphat (PLP) yang berasal dari vitamin B₆

o   Aminotranferase à mengkatalisis

§ 

Melibatkan α – KG à Glu

Glutamate à α – KG

§  Aspartate à OAA

§  Alanine à pyruvate

v Degradasi asam amino berlanjut dengan pelepasan gugus amino à diekskresi

o   Di dalam mitokondria à reaksi deaminasi oxidative à dikatalisis oleh L-glutamate dehydrogenase (enzim terdapat dlm matrik mitokondria)

o   Reaksi kombinasi dr aminotransferase dan glutamate DH à trandeaminasi

o   Glu DH à enzim allosterik komplek.

§  Positive modulator à ADP

§  Negative modulator à GTP à TCA

 

       

Serin dan Threonin dapat langsung dideaminasi !

v Karena mempunyai gugus hidroksil (-OH) pada atom C β maka asam amino ini dapat langsung di ubah menjadi ammonia

v Reaksi dikatalisis à serin dehidratase dan threonin dehidratase.

v Memerlukan PLP sebagai cofactor

Serin à pyruvat + NH₄⁺

Threonin à α ketobutyrate + NH₄⁺

Transport ammonia ke hati

v Ammonia bersifat toksik bagi jaringan hewan.

v Pengubahan ammonia menjadi urea terjadi di dalam hati

v Ammonia à menjadi glutamin à transport ke hati

v              Glutamin  à tidak toksik, bersifat netral dan dapat lewat melalui sel membran secara langsung.

à merupakan bentuk utama utk transpor ammonia

à shg tdpt di dlm darah lebih tinggi dr a. Amino yg lain

à jg berfungsi untuk sumber gugus amino pada berbagai reaksi biosintesis

 

Ammonia diubah menjadi Urea dng SIKLUS UREA (UREA CYCLE)

v Ditemukan oleh Hans Krebs dan Kurt Henseleit (5thn sblm TCA)

 

v

Nitrogen à dr asam amino aspartate dan dr NH4+ Atom C à CO2

 Urea à

Prekursor urea à arginin dgn enzim arginase à urea & ornithine

Pembentukan Carbamoyl phosphat à simpel molekul tp komplek biosintesisnya

CO₂ + NH₄⁺ +2 ATP + H₂O à Carbamoyl phosphat + 2 ADP + Pi + 3H⁺

                                        Cp synthetase

Stoickhimotry dr sintesis urea

CO₂ + NH₄⁺ + 3 ATP + Aspartat + 2 H₂O à Urea + 2 ADP + 2 Pi + AMP + PPi+ fumarate

 à secara energetic à high cost

 

v PPi à langsung di hidrolisis shg urea cycle à 4 phosphat

v Fumarat à menghubungkan dengan TCA cycle

Fumarat à malate à OAA

OAA à mempunyai beberapa alternatife pathway

§  Transaminasi mjd aspartate

§  Diubah mjd glukosa dengan glukoneogenesis pathway

§  Berkondensasi dgn acetyl co A à citrate

§  Diubah mjd pyruvate

 

v Sintesa urea à jalur utama utk pelepasan Ammonia

v Gangguan pada salah satu tahap dr urea cycle à sngt berbahaya karena tidak ada alternatif jalur yg lain

 

Arginosuccinase defiesiensi à diet surplus arg dan low protein diet

Atom C hasil degradasi Asam amino à senyawa intermediet metabolisme utama tubuh

 

Strategi degradasi asam amino à mengubah kerangka C nya menjadi senyawa intermediete dr metabolisme primer à yang kemudian dpt diubah menjadi glukosa atau dioksidasi oleh TCA

Kerangka karbon à menjadi 7 senyawa :

                                                        α –KG                      OAA

        asetil Ko A                       Suksinil Ko A           Piruvat

Asetoasetil Ko A                fumarat

 

 

 

 

 

Siklus Nitrogen

·       Nitrogen adalah elemen yang esensial untuk biomolekul spt as, amino, nukleotida

·       Semua organisme mampu mengubah ammonia (NH₃) menjadi substansi atau senyawa organik yang mengandung N

·       Reduksi N_{2 ­}à NH_3­ hanya dapat dilakukan oleh mikroorganisme baik bebas atau yang memerlukan simbiose dengan tumbuhan

à proses ini disebut fiksasi nitrogen secara biologis

·       Reduksi NO₃^-  à NH₃ : banyak ditemukan pada mikroorganisme dan tumbuhan

·       Di biosfer à harus selalu dipelihara keseimbangan antara N inorganik dan N organik

·       Konversi nitrogen inorganik à nitrogen organik : fiksasi nitrogen dan reduksi nitrogen

·       Nitrogen organik à nitrogen inorganik : katabolisme, dan denitrifikasi

·       Nitrosomonas mengoksidasi ammonia à nitrit

·       Nitrobacter mengoksidasi nitrit menjadi nitrat

 

Fiksasi Nitrogen

·       Merupakan reaksi reduksi nitrogen (N₂) menjadi ammonia (NH₃)

·       Beberapa organisme yg mampu melakukan fiksasi nitrogen scr biologis:  Kleibsella dan Azotobacter, cyanobacteria

Rhizobium yang bersiombiosis dengan tumbuhan leguminous

·       Rhizobium akan menginfeksi akar tanaman legum à terdapat di dalam sel tumbuhan yang terinfeksi à bakteroid

·       Fiksasi nitrogen melibatkan 2 sistem enzim :

o   Nitrogenase (komponen I atau protein komplek molibdenum-besi) à mengkatalisis reduksi N₂

o   Nitrogenase reduktase (Komponen II atau protein besi) à mengkatalisis transfer elektron dari feredoksin / flavodoksin ke nitrogenase

·       Enzim-enzim yang terlibat à sangat sensitif thdp O₂

Di dalam akar tanaman à lingkungan anaerobik diperoleh dgn adanya protein leghemoglobin yang mengikat O­₂

·       Reaksi keseluruhan à pada Kleibsella pneumoniae

N₂ + 8e^- + 16ATP + 16H₂O -> 2NH₃ + H₂ + 16ADP + 16 Pi + 8 H⁺

 

 

·       Semua asam amino berasal dari senyawa intermediet

Glikolisis, siklus asam sitrat, dan pentose phosphat pathway

·       Nitrogen masuk ke dalam metabolisme melalui

Glutamat dan Glutamin

·       Kemampuan organisme utk mensintesis asam amino berbeda-beda

o   Bakteri dan tumbuhan à pada umumnya mampu mensintesis semua asam amino

o   Mammal à hanya separo dari total asam amino

Asam amino esensial	Asam amino non esensial
Val, Leu, Phe, Trp, His, Met, Thr, Ile, Lys dan Arg (utk Arg à manusia hanya mampu mensintesis 2/3 dr kebutuhan	Ala, Cys, Gly, Tyr, Asp, Glu, Gln, Pro, Ser, Asn

·       Asam amino esensial harus diperoleh dari makanan

Berdasarkan prekursor nya, biosintesis asam amino dibagi menjadi 5 famili:

- α – ketoglutarat                 - piruvat

- 3-phosphogliserat             - fosfoenolpiruvat dan eritrose -4P

- Oksaloasetat                     - Ribosa 5-P

Reaksi Transaminasi  telah menghasilkan

-      Glutamat

-      Glutamin

-      Aspartat

-      Asparagin

-      Alanin