METABOLISME PROTEIN DAN ASAM AMINO
Makalah
disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Biokimia Umum II
oleh
Rahmat Darma Wansyah 1105105010013
PROGRAM STUDI TEKNOLOGI HASIL PERTANIAN FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SYIAH KUALA DARUSSALAM, BANDA ACEH 2013
1
I. PENDAHULUAN
Metabolisme adalah semua reaksi kimia yang terjadi di dalam organisme, termasuk yang terjadi di tingkat selular. Secara umum, metabolisme memiliki dua arah lintasan reaksi kimia organik. Sedangkan untuk katabolisme itu sendiri yaitu reaksi yang mengurai molekul senyawa organik untuk mendapatkan energi. Dan anabolisme merupakan reaksi yang merangkai senyawa organik dari molekul-molekul tertentu, untuk diserap oleh sel tubuh. Secara umum, metabolisme memiliki dua arah lintasan reaksi kimia organik yaitu: 1. Katabolisme yaitu reaksi yang mengurai senyawa molekul organik untuk mendapatkan energy. 2. Anabolisme yaitu reaksi yang merangkai senyawa organik dari molekul-molekul tertentu, untuk diserap oleh sel tubuh. Kedua arah lintasan metabolisime sangat diperlukan oleh setiap organisme untuk dapat bertahan hidup. Arah lintasan metabolisme ditentukan oleh suatu senyawa yang disebut sebagai hormon, dan dipercepat (dikatalisis) oleh enzim. Pada senyawa organik, penentu arah reaksi kimia disebut promoter dan penentu mempercepatan reaksi kimia disebut katalis. Sebagian besar struktur yang membentuk hewan, tumbuhan dan mikroba yang dibuat dari tiga kelas dasar molekul: asam amino, karbohidrat dan lipid (sering disebut lemak). Sebagai molekul ini penting bagi kehidupan, reaksi metabolik pada pembuatan molekulmolekul dalam pembangunan sel dan jaringan, atau sebagai sumber energi dalam pencernaan dan penggunaan makanan. Beberapa polimer biologis yang paling umum tercantum dalam tabel di bawah. Nama bentuk monomer
Jenis molekul
Nama bentuk polimer
Contoh bentuk polimer
Asam amino
Asam amino
Karbohidrat
Monosakarida
Protein (polipeptida) Fibrous protein dan protein globular Polisakarida Pati, glikogen dan selulosa
Asam nukleat
Nukleotida
Polynucleotides
DNA dan RNA
Protein terbuat dari asam amino yang diatur dalam rantai linear dan bergabung bersamasama oleh ikatan peptida. Sebagian besar protein adalah enzim yang mengkatalisis reaksi kimia dalam metabolisme. Protein lain memiliki fungsi struktural atau mekanis, seperti protein yang membentuk sitoskeleton, sistem perancah yang mempertahankan bentuk sel. Protein juga penting dalam isyarat sel, tanggapan imun, sel, transpor aktif di seluruh membran, dan siklus sel. Kira-kira 75% asam amino digunakan untuk sintesis protein. Asam-asam amino dapat diperoleh dari protein yang kita makan atau dari hasil degradasi protein di dalam tubuh kita.
2
Degradasi ini merupakan proses kontinu. Karena protein di dalam tubuh secara terus menerus diganti (protein turnover). Contoh dari protein turnover, tercantum pada tabel berikut. Contoh protein turnover. Protein
(waktu Tur nover nover r ate
Enzim
7-10 menit
Di dalam hati
10 hari
Di dalam plasma
10 hari
Hemoglobin
120 hari
Otot
180 hari
Kolagen
1000 hari
paruh)
Di dalam tubuh mamalia asam amino terbagi menjadi dua bagian yaitu asam amino esensial dan non esensial. Asam Asam
amino esensial ialah asam amino yang tidak tidak dapat
disintesis oleh tubuh. Asam amino esensial dapat disintesis oleh tubuh namun tetap diperlukan asupan dari makanan untuk menjaga keseimbangan asam amino tersebut di dalam tubuh. Metabolisme protein meliputi: 1.
Degradasi protein (makanan dan protein intraseluler) menjadi asam amino
2.
Oksidasi asam amino
3.
Biosintesis asam amino
4.
Biosintesis protein
3
II. METABOLISME ASAM AMINO A. Jalur metabolik utama dari asam amino
Jalur metabolik utama dari asam-asam amino terdiri atas pertama, produksi asam amino dari pembongkaran protein tubuh, digesti protein diet serta sintesis asam amino di hati. Kedua, pengambilan nitrogen dari asam amino. Sedangkan ketiga adalah katabolisme asam amino menjadi energi melalui siklus asam serta siklus urea sebagai proses pengolahan hasil sampingan pemecahan asam amino. Keempat adalah sintesis protein dari asam-asam amino.
Jalur-jalur metabolik utama asam amino
4
B. Sintesis asam amino
Semua jaringan memiliki kemampuan untuk mensintesis asam amino non esensial, melakukan remodeling asam amino, serta mengubah rangka karbon non asam amino menjadi asam amino dan turunan lain yang mengandung nitrogen. Tetapi, hati merupakan tempat utama metabolisme nitrogen. Dalam kondisi surplus diet, nitrogen toksik potensial dari asam amino dikeluarkan melalui transaminasi, deaminasi dan pembentukan urea. Rangka karbon umumnya diubah menjadi karbohidrat melalui jalur glukoneogenesis, atau menjadi asam lemak melalui jalur sintesis asam lemak. Berkaitan dengan hal ini, asam amino dikelompokkan menjadi 3 kategori yaitu asam amino glukogenik, ketogenik serta glukogenik dan ketogenik. Asam amino glukogenik adalah asam-asam amino yang dapat masuk ke jalur produksi piruvat atau intermediat siklus asam sitrat seperti α-ketoglutarat atau oksaloasetat. Semua asam amino ini merupakan prekursor untuk glukosa melalui jalur glukoneogenesis. Semua asam amino kecuali lisin dan leusin mengandung sifat glukogenik. Lisin dan leusin adalah asam amino yang semata-mata ketogenik, yang hanya dapat masuk ke intermediat asetil KoA atau asetoasetil KoA. Sekelompok kecil asam amino yaitu isoleusin, fenilalanin, threonin, triptofan, dan tirosin bersifat glukogenik dan ketogenik. Akhirnya, seharusnya kita kenal bahwa ada 3 kemungkinan penggunaan asam amino. Selama keadaan kelaparan pengurangan rangka karbon digunakan untuk menghasilkan energi, dengan proses oksidasi menjadi CO2 dan H2O. Dari 20 jenis asam amino, ada yang tidak dapat disintesis oleh tubuh kita sehingga harus ada di dalam makanan yang kita makan. Asam amino ini dinamakan asam amino esensial. Selebihnya adalah asam amino yang dapat disintesis dari asam amino lain. Asam amino ini dinamakan asam amino non-esensial. Asam amino Alanine, non-esensial
Aspartate,
Cysteine,
Glutamate,
Glutamine,
Lysine,
Methionine,
Glycine, Proline, Serine, Tyrosine
Asam amino Arginine, esensial
Asparagine,
Histidine,
Isoleucine,
Leucine,
Phenylalanine, Threonine, Tyrptophan, Valine
Biosintesis asam-asam amino terjadi melalui jalur yang berbeda-beda, akan tetapi meskipun begitu mereka mempunyai suatu ciri yang sama, yaitu bahwa rangka karbonnya berasal dari zat-zat antara glikolisis, jalur pentose fosfat atau dari siklus asam sitrat. Bila disederhanakan, dapat dikatakan bahwa terdapat 6 golongan menurut biosintesis asam amino.
5
Biosintesis glutamat dan aspartat
Glutamat dan aspartat disintesis dari asam α-keto α-keto dengan reaksi transaminasi sederhana. Katalisator reaksi ini adalah enzim glutamat dehidrogenase dan selanjutnya oleh aspartat aminotransferase, AST.
Reaksi biosintesis glutamat Aspartat juga diturunkan dari asparagin dengan bantuan asparaginase. Peran penting glutamat adalah sebagai donor amino intraseluler utama untuk reaksi transaminasi. Sedangkan aspartat adalah sebagai seba gai prekursor ornitin untuk siklus urea. Biosintesis alanin
Alanin dipindahkan ke sirkulasi oleh berbagai jaringan, tetapi umumnya oleh otot. Alanin dibentuk dari piruvat. Hati mengakumulasi alanin plasma, kebalikan transaminasi yang terjadi di otot dan secara proporsional meningkatkan produksi urea. Alanin dipindahkan dari otot ke hati bersamaan dengan transportasi glukosa dari hati kembali ke otot. Proses ini dinamakan siklus glukosa-alanin. Fitur kunci dari siklus ini adalah bahwa 6
dalam 1 molekul, alanin, jaringan perifer mengekspor piruvat dan amonia ke hati, di mana rangka karbon didaur ulang dan mayoritas nitrogen dieliminir. Ada 2 jalur utama untuk memproduksi alanin otot yaitu: 1.
Secara langsung melalui degradasi protein
2.
Melalui transaminasi piruvat dengan bantuan enzim alanin transaminase, ALT (juga dikenal sebagai serum glutamat-piruvat transaminase, SGPT). -ketoglutarat + alanin
Siklus glukosa-alanin Biosintesis sistein
Sulfur untuk sintesis sistein berasal dari metionin. Kondensasi dari ATP dan metionin dikatalisis oleh enzim metionin adenosiltransfrease menghasilkan S-adenosilmetionin (SAM).
Biosintesis S-adenosilmetionin (SAM) SAM merupakan precursor untuk sejumlah reaksi transfer metil (misalnya konversi norepinefrin menjadi epinefrin). Akibat dari tranfer metil adalah perubahan SAM menjadi Sadenosilhomosistein. S-adenosilhomosistein selanjutnya berubah menjadi homosistein dan 7
adenosin dengan bantuan enzim adenosilhomosisteinase. Homosistein dapat diubah kembali menjadi metionin oleh metionin sintase. Reaksi transmetilasi melibatkan SAM sangatlah penting, tetapi dalam kasus ini peran S-adenosilmetionin dalam transmetilasi adalah sekunder untuk produksi homosistein (secara esensial oleh produk dari aktivitas transmetilase). Dalam produksi SAM, semua fosfat dari ATP hilang: 1 sebagai Pi dan 2 sebagai Ppi. Adenosin diubah menjadi metionin bukan AMP. Dalam sintesis sistein, homosistein berkondensasi dengan serin menghasilkan sistationin dengan bantuan enzim sistationase. Selanjutnya dengan bantuan enzim sistationin liase sistationin diubah menjadi sistein dan α-ketobutirat. α -ketobutirat. Gabungan dari 2 reaksi terakhir ini dikenal sebagai trans-sulfurasi.
Peran metionin dalam sintesis
Biosintesis tirosin
Tirosin diproduksi di dalam sel dengan hidroksilasi fenilalanin. Setengah dari fenilalanin dibutuhkan untuk memproduksi tirosin. Jika diet kita kaya tirosin, hal ini akan mengurangi kebutuhan fenilalanin sampai dengan 50%. Fenilalanin hidroksilase adalah campuran fungsi oksigenase: 1 atom oksigen digabungkan ke air dan lainnya ke gugus hidroksil dari tirosin. Reduktan yang dihasilkan
8
adalah tetrahidrofolat kofaktor tetrahidrobiopterin, yang dipertahankan dalam status tereduksi oleh NADH-dependent enzyme dihydropteridine dih ydropteridine reductase (DHPR).
Biosintesis tirosin dari fenilalanin fenilalanin Biosintesis ornitin dan prolin
Glutamat adalah prekursor ornitin dan prolin. Dengan glutamat semialdehid menjadi intermediat titik cabang menjadi satu dari 2 produk atau lainnya. Ornitin bukan salah satu dari 20 asam amino yang digunakan untuk sintesis protein. Ornitin memainkan peran signifikan sebagai akseptor karbamoil fosfat dalam siklus urea. Ornitin memiliki peran penting tambahan sebagai prekursor untuk sintesis poliamin. Produksi ornitin dari glutamat penting ketika diet arginin sebagai sumber lain untuk ornitin terbatas. Penggunaan glutamat semialdehid tergantung kepada kondisi seluler. Produksi ornitin dari semialdehid melalui reaksi glutamat-dependen transaminasi. ketika konsentrasi arginin meningkat, ornitin didapatkan dari siklus urea ditambah dari glutamat semialdehid yang menghambat reaksi aminotransferase. Hasilnya adalah akumulasi semialdehid. Semialdehid 1
didaur secara spontan menjadi Δ pyrroline-5-carboxylate yang kemudian direduksi menjadi prolin oleh NADPH-dependent reductase. Biosintesis serin
Jalur utama untuk serin dimulai dari intermediat glikolitik 3-fosfogliserat. NADHlinked dehidrogenase mengubah 3-fosfogliserat menjadi sebuah asam keto yaitu 3fosfopiruvat, sesuai untuk transaminasi transaminasi subsekuen. Aktivitas Aktivitas aminotransferase
dengan
glutamat sebagai donor menghasilkan 3-fosfoserin, yang diubah menjadi serin oleh fosfoserin fosfatase.
9
Biosintesis glisin
Jalur utama untuk glisin adalah 1 tahap reaksi yang dikatalisis oleh serin hidroksimetiltransferase. Reaksi ini melibatkan transfer gugus hidroksimetil dari serin untuk 5
10
kofaktor tetrahidrofolat (THF), menghasilkan glisin dan N , N -metilen-THF. Biosintesis aspartat, asparagin, glutamat dan glutamin
Glutamat disintesis dengan aminasi reduktif α-ketoglutarat α-ketoglutarat yang dikatalisis oleh glutamat dehidrogenase yang merupakan reaksi nitrogen-fixing. Glutamat juga dihasilkan oleh reaksi aminotranferase, yang dalam hal ini nitrogen amino diberikan oleh sejumlah asam amino lain. Sehingga, glutamat merupakan kolektor umum nitrogen amino. Aspartat dibentuk dalam reaksi transaminasi yang dikatalisis oleh aspartat transaminase, AST. R eaksi eaksi ini menggunakan analog asam α-keto α-keto aspartat, oksaloasetat, dan glutamat sebagai donor amino. Aspartat juga dapat dibentuk dengan deaminasi asparagin yang dikatalisis oleh asparaginase. Asparagin sintetase dan glutamin sintetase mengkatalisis produksi asparagin dan glutamin dari asam α-amino α-amino yang sesuai. Glutamin dihasilkan dari glutamat dengan inkorporasi langsung amonia dan ini merupakan reaksi fixing nitrogen lain. Tetapi asparagin terbentuk oleh reaksi amidotransferase. C. Katabolisme asam amino
Asam-asam amino tidak dapat disimpan oleh tubuh. Jika jumlah asam amino berlebihan atau terjadi kekurangan sumber energi lain (karbohidrat dan protein), tubuh akan menggunakan asam amino sebagai sumber energi. Tidak seperti karbohidrat dan lipid, asam amino memerlukan pelepasan gugus amin. Gugus amin ini kemudian dibuang karena bersifat toksik bagi tubuh. Ada 2 tahap pelepasan gugus amin dari asam amino, yaitu: 1.
Transaminasi Enzim aminotransferase memindahkan amin kepada α-ketoglutarat α-ketoglutarat menghasilkan glutamat atau kepada oksaloasetat menghasilkan aspartat.
2.
Deaminasi oksidatif Pelepasan amin dari glutamat menghasilkan ion ammonium.
1.
Transaminasi
Transaminasi adalah reaksi awal tersering pada katabolisme asam amino. Reaksi selanjutnya mengeluarkan semua nitrogen tambahan dan merekstrukturisasi rangka karbon untuk dikonversi menjadi oksaloasetat, ketoglutarat, piruvat dan asetil-KoA Enzim aminotransferase memindahkan amin kepada α-ketoglutarat α-ketoglutarat menghasilkan glutamat atau kepada oksaloasetat menghasilkan aspartat. 10
Contoh reaksi transaminasi. Perhatikan alanin mengalami transaminasi menjadi glutamat. Pada reaksi ini dibutuhkan enzim alanin aminotransferase. 2.
Deaminasi oksidatif glutamate
Glutamat juga dapat memindahkan amin ke rantai karbon lainnya, menghasilkan asam amino baru. Contoh reaksi deaminasi oksidatif. Perhatikan glutamat mengalami deaminasi + menghasilkan amonium (NH 4 ). Selanjutnya ion amonium masuk ke dalam siklus urea.
Deaminase
oksidatif
glutamate
merupakan
pelepasan
amin
dari
glutamat
menghasilkan ion ammonium dengan bantuan enzim L-glutamat dehidrogenase. Pada enzim tersebut gugus α-amino α-amino pada sebagian besar asam amino akhirnya akan dipindahkan kepada α-ketoglutarat melalui transaminasi sehingga terbentuk L-glutamat. Kemudian pelepasan nitrogen ini sebagai amonia dikatalisis oleh enzim L-glutamat dehidrogenase, yaitu suatu enzim yang terdapat di mana-mana pada jaringan tubuh mamalia yang menggunakan NAD+ atau NADP+ sebagai oksidan. Jadi, konversi neto gugus α-amino α-amino menjadi amonia memerlukan kerja yang seirama antara enzim glutamat transaminase dan glutamat dehidrogenase. Aktivitas enzim glutamat dehidrogenase hati diatur oleh inhibitor alosterik ATP, GTP serta NADH, dan oleh aktivator ADP. Reaksi yang bersifat reversibel bebas ini bekerja baik pada katabolisme maupun biosintesis asam amino. 11
Secara katabolik, reaksi ini menyalurkan nitrogen dari glutamat kepada ureum. Secara anabolik, enzim ini mengatalisis aminasi α-ketoglutarat α-ketoglutarat melalui amonia bebas. Enzim ini terdapat didalam berbagai jaringn terutama dalam sitoplasma dan mitokondria.
Ringkasan skematik mengenai reaksi transaminasi dan deaminasi oksidatif
3.
Pengangkutan Ammonia
Ammonia bersifat toksik, jadi tidak dapat diangkut dalam bentuk bebas dari jaringan ekstrahepatik. Pengankutan ammonia ini kebanyakan terjadi pada jaringan dimana glutamine sintetase akan mengubah ammonia menjadi glutamine yang non-toksik. Glutamine sintetase didapat dari α-ketoglutarat α-ketoglutarat (TCA cycle) melalui reaksi transaminase dengan asam amino lain. Glutamine diangkut dalam darah kehati, ginjal, dan usus. Sedangkan didalam hati glutamine di hidrolisis untuk melepaskan ammonia yang ak an masuk ke dalam siklus urea. GLN +H2O → GLU + NH4+Glutaminase
Sedangkan di dalam ginjal glutaminase membebaskan ammonia untuk dieksresikan dengan kelebihan asam dari darah. 4.
Siklus Urea
Setelah mengalami pelepasan gugus amin, asam-asam amino dapat memasuki siklus asam sitrat melalui jalur yang beraneka ragam.
12
Tempat-tempat masuknya asam amino ke dalam sikulus asam sitrat untuk produksi energi +
Gugus-gugus amin dilepaskan menjadi ion amonium (NH4 ) yang selanjutnya masuk ke dalam siklus urea di hati. Dalam siklus ini dihasilkan urea yang selanjutnya dibuang melalui ginjal berupa urin. Daur urea terdiri atas lima reaksi yang mengubah ammonia, CO2 dan nitrogen-α dari aspartat menjadi urea. Daur ini terlukis pada gambar. Perlu diperhatikan bahwa dua reaksi dalam daur ini berlangsung di dalam mitokondria, sedangkan sisanya terjadi di sitoplasma. Dalam reaksi yang pertama, CO2 yang berada di dalam mitokondria mengalami fosforilasi oleh ATP dan kemudian berkondensasi dengan ammon ia dengan menggunakan energi yang berasal dari hidrolisis satu molekul ATP lainnya. Hasilnya terbentuklah karbamoil fosfat. Reaksi ini adalah reaksi yang mengatur laju sintesis urea, dikatalisis oleh karbamoil fosfat sintetase dan memerlukan N-asetil glutamat sebagai suatu kofaktor. Dalam reaksi kedua yang juga terjadi di dalam mitokondria, karbamoil fosfat berkondensasi dengan ornitin sehingga terbentuklah sitrulin dan fosfat bebas. Reaksi ini adalah reaksi kedua yang mengatur laju sintesis urea. Selanjutnya sitrulin meninggalkan mitokondria. Di dalam sitoplasma sitrulin ini berkondensasi dengan aspartat dan inilah reaksi yang ketiga. Dalam reaksi ini ATP diubah menjadi AMP. Arginosuksinat yang terbentuk sebagai produk diubah dalam reaksi keempat menjadi arginin dan fumarat. Fumarat dapat masuk ke dalam mitokondria dan dioksidasi menjadi oksaloasetat melalui daur Krebs. Dengan transaminasi maka aspartatpun terbentuk kembali. Arginin dihidrolisis untuk menghasilkan urea dan ornitin. Ornitin ini kemudian masuk lagi ke dalam mitokondria dan menyelesaikan daur. Secara keseluruhan diperlukan empat ikatan fosfat kaya – kaya – energi atau ekivalen ATP untuk sintesis satu molekul urea. Dua ikatan diperlukan untuk menghasilkan karbamoil fosfat dan dua lagi untuk kondensasi aspartat dengan sitrulin.
13
Tahapan-tahapan proses yang terjadi di dalam siklus urea
14
III. METABOLISME PROTEIN A. Biosintesis Protein
Sintesa protein (translasi) dilaksanakan dengan kerja sama yang terkoordinasi lebih dari seratus makromolekul, makromolekul, termasuk mRNA, tRNA, enzim-enzim pengaktif dan faktorfaktor protein disamping juga ribosom. Sintesis protein dimulai dengan pengaktifan asam amino oleh aminoasil-tRNA sintetase (yaitu enzim pengaktifnya) dengan menggunakan ATP, yang akan mengikatkan gugus karboksil suatu asam amino ke gugus hidroksil 2’-atau 2’-atau 3’3’- pada unit adenosine di ujung 3’ tRNA. Terdapat paling sedikit satu enzim pengaktif untuk setiap asam amino.terdapat juga sekurang-kurangnya satu tRNA yang spesifik untuk setiap asam amino. Sintesis protein terjadi di ribosom yang terdiri dari subunit besar dan subunit kecil yang dua pertiganya berupa RNA dan sepertiganya lagi berupa protein. Protein disintesis dari arah ujung amino ke ujung karboksil dan mRNA dibaca dari . Sintesis protein membutuhkan suatu cetakan, yaitu DNA, yang menentukan pola urutan-urutan asam amino yang menyusun suatu protein, dan merupakan transfer informasi genetikdari suatu sistem ke sistem lainnya. Sintesis protein terjadi dalam beberapa fase, yaitu replikasi, transkripsi, dan translasi.
1. Replikasi
Kromosom terdiri dari kumpulan gen, dimana setiap gen merupakan urut-urutan nukleotida purin dan pirimidin yan disebut DNA (Deoxyribonucleic acid), yang menentukan susunan suatu rantai polipeptida. Struktur dasar DNA merupakan rangkaian grup deoksiribosa dan fosfat, dimana purin (adenine, guanine) dan pirimidin (citosin, thimin) terikat dengan gula. RNA (ribonucleic acid) berbeda dari DNA karena mempunyai urasil sebagai pengganti thimin dan gula ribose sebagai pengganti deoksiribosa. Struktur dasar DNA dapat dituliskan sebagai berikut: G – Guanin Guanin
Citosin C – Citosin Thimin T – Thimin Adenin A – Adenin
15
Dalam proses replikasi, dua ulir DNA berpisah pada tempat dimana ulir yang baru akan dibentuk. Pada akhir proses replikasi akan terbentuk dua ulir DNA baru, masingmasing mempunyai susunan dasar komplementer terhadap DNA yang asli. Karena setiap ulir ganda terdiri dari satu ulir asli dan satu ulir baru, maka proses replikasi tersebut disebut replikasi semi konservatif. Dalam proses replikasi selain diperlukan DNA dan deoksiribonukleosida trifosfat dari masing-masing purin dan primidin, juga diperlukan suatu enzim yaitu DNA polymerase. 2. Transkripsi
Proses transkripsi yaitu suatu proses ekspresi gen dari DNA membentuk RNA, menyerupai proses replikasi. Enzim yang dibutuhkan dalam proses transkripsi yaitu RNA Polimerase, Polimerase, yang mensintesa molekul RNA ulir tunggal yang komplementer terhadap satu ulir DNA. Molekul RNA yang disintesa tersebut disebut mRNA (messenger RNA).
3. Translasi
Urutan purin dan pirimidin pada mRNA kemudian ditranslasi menjadi urutan asam amino di dalam molekul polipeptida, selanjutnya menjadi protein. Tahap ini merupakan proses yang sangat kompleks, memerlukan dua macam RNA yaitu transfer RNA (tRNA) dan ribosomal RNA (rRNA). Kira-kira 90% dari total enersi yangdihasilkan oleh sel digunakan untuk sintesa protein. a. Tahap 1
Asam amino mula-mula mengalami aktifasi dengan membentuk ikatan enersi tinggi antara masing-masing asam amino dengan molekul pembawa asam amino spesifik yaitu tRNA. Proses ini memerlukan ATP dan enzim aktifasi untuk masing-masing asam amino. Masing-masing tRNA spesifik untuk suatu asam amino. Masing-masing tRNA berfungsi sebagai adaptor
antara mRNA dan asam amino, dan mengandung dua set ukuran
nukleotida. Satu set menetukan asam amino yang terikat pada molekul tRNA, sedangkan sisi lainnya mengandung urutan nukleotida yang komplementer dari tiga nukleotida yang
16
disebut antikodon yang komplementer terhadap kodon, yaitu tiga nukleotida pada mRNA yang merupakankode untuk satu asam amino. b. Tahap 2
Ribosoma terikat pada satu ujung molekul mRNA pada sisi tertentu. Posisi awal ribosoma pada mRNA penting untuk memulai proses translasi mRNA. c. Tahap 3
Molekul tRNA terikat pada sisi komplementer pada mRNA, sehingga antikodon berpasangan dengan kodon, dimana suatu enzim akan mengkatalisis pembentukan ikatan peptida antara grup karboksil dan amino pada asam amino yang berdekatan. Asam amino kemudian terlepas dari tRNA, dan tRNA menjauhkan diri dari ribosoma untuk mengikat asam amino lainnya. d. Tahap 4
Ribosoma bergerak sepanjang mRNA dengan jarak satu kodon setiap kali, sehingga kodon berikutnya siap dalam posisiuntuk mengikat molekul tRNA. Ribosoma lainnya tetap terikat pada ujung mRNA sehingga membentuk suatu poliribosoma. e. Tahap 5
Tahap 1 sampai 4 akan terulang terus sehingga terbentuk rantai polipeptida, dan berakhir sampai bertemu dengan suatu kodon pada mRNA yang disebut kodon terminal (nonsense codon) codon) yang tidak mempunyai antikodon komplementer sehingga tidak dapat dikenal atau diikat oleh tRNA. Kodon Ko don terminal tersebut adalah UAA, UAG, dan UGA. Tabel. Kodon untuk masing-masing asam amino Huruf Pertama
Huruf Tengah U
17
C
A
G
U
UUU UUC UUA UUG
Phe Phe Leu Leu
UCU UCC UCA UCG
Ser Ser Ser Ser
UAU UAC UAA UAG
Tyr Tyr Ochre Amber
UGU UGC UGA UGG
Cys Cys Umber Trp
C
CUU CUC CUA CUG
Leu Leu Leu Leu
CCU CCC CCA CCG
Pro Pro Pro Pro
CAU CAC CAA CAG
His His Gln Gln
CGU CGC CGA CGG
Arg Arg Arg Arg
A
AUU AUC AUA AUG
Ile Ile Ile Met
ACU ACC ACA ACG
Thr Thr Thr Thr
AAU AAC AAA AAG
Asn Asn Lys Lys
AGU AGC AGA AGG
Ser Ser Arg Arg
G
GUU GUC GUA GUG
Val Val Val Val
GCU GCC GCA GCG
Ala Ala Ala Ala
GAU GAC GAA GAG
Asp Asp Glu Glu
AGU AGC AGA AGG
Gly Gly Gly Gly
B. Katabolisme Protein
1.
Katabolisme Protein dan Nitrogen Asam Amino
Penguraian dan sintesis protein sel berlangsung terus menerus terjadi di semua bentuk kehidupan. Di dalam tubuh manusia terjadi pergantian ± 1-2% protein tubuh total, terutama protein otot. Penguraian protein dengan kecepatan tinggi terjadi di jaringan uterus selama kehamilan dan jaringan otot rangka pada saat kelaparan. Dan sebesar ±75% asam-asam amino yang dibebaskan akan digunakan kembali. Kelebihan nitrogen akan dibentuk urea, karena sisa asam amino tidak disimpan dan akan segera diuraikan menjadi zat-zat antara amfibolik. Katabolisme atau penguraian protein merupakan satu dalam pertukaran protein tubuh yang terjadi secara kontinu dalam semua bentuk kehidupan. Pada dewasa normal 1-2 % protein tubuh diganti/harinya. Protein ini sendiri send iri akan diuraikan menjadi asam amino, yaitu sebesar 75-80 % asam amino akan disintesis menjadi protein baru dan sisanya sebesar 2025 % asam amino dalam bentuk amina akan membentuk ureum karbon dan diubah menjadi karbohidrat dan lemak. Kecepatan penguraian protein itu sendiri tergantung pada : •
Respon terhadap kebutuhan fisiologik
•
Usia/waktu paruh protein Adapun enzim yang turut berperan dalam pemecah protein adalah:
-
Protease intrasel
-
Peptidase
-
Aminopeptidase dan karboksipeptidase Masing-masing protein diuraikan dengan laju yang sangat berbeda-beda, dan lajunya
bervariasi mengikuti responsnya terhadap kebutuhan fisiologik. Mean fisiologik. Mean penguraian protein yang tinggi menandai jaringan yang tengah mengalami penyusunan struktural kembali secara luas (misal, jaringan uterus selama kehamilan; jaringan ekor kecebong selama metamorfosis; penguraian protein otot kerangka pada keadaan kelaparan berat).
Gambar
18
Proses pertukaran dan asam amonia
Kerentanan suatu protein terhadap penguraian dinyatakan lewat usia-paruhnya, t1/2, yaitu waktu yang diperlukan untuk penurunan konsentrasinya hingga 50% dari nilai awal. Usia-paruh bagi protein hati berkisar dari kurang 30 menit hingga lebih dari 150 jam. Banyak protein dengan usia-paruh yang singkat memiliki rangkaian PEST, yaitu sejumlah regio yang kaya akan asam amino prolin (P), glutamat (E), serin (S) dan treonin (T) yang menjadikan asam amino ini sebagai target untuk penguraian yang cepat. Banyak enzim pengatur yang penting memiliki usia-paruh yang singkat. Bagi enzim triptofan oksigenase, tirosin transaminase dan HMG-KoA reduktase, nilai t1/2-nya adalah 0,5-2 jam. Nilai ini berbeda secara tajam dengan usia-paruh lebih dari 100 jam bagi enzim aldolase, laktat dehidrogenase dan sitokrom. Sebagai respons terhadap kebutuhan fisiologis, kecepatan penguraian enzim-enzim yang penting dapat dipercepat atau diperlambat, dengan d engan mengubah kadar enzim, sehingga mengubah aliran metabolit dan menyekat metabolit di antara berbagai lintasan metabolik yang berbeda. Asam-asam amino tidak dapat disimpan oleh tubuh. Jika jumlah asam amino berlebihan atau terjadi kekurangan sumber energi lain (karbohidrat dan protein), tubuh akan menggunakan asam amino sebagai sumber energi. Tidak seperti karbohidrat dan lipid, asam amino memerlukan pelepasan gugus amin. Gugus amin ini kemudian dibuang karena bersifat toksik bagi tubuh.
2. Protease dan Peptidase Menguraikan Protein Menjadi Asam Amino Enzim protease intrasel menghidrolisis ikatan peptida internal protein sehingga terjadi pelepasan peptida yang kemudian diuraikan menjadi asam amino bebas oleh enzim peptidase. Endopeptidase memutuskan ikatan internal di dalam peptida sehingga terbentuk senyawa peptida yang lebih pendek. Aminopeptidase dan karboksipeptidase secara terangkai mengeluarkan asam amino masing-masing dari gugus terminal-amino dan -karboksil. Basil akhirnya adalah asam amino bebas. a. Protein Diuraikan Lewat Lintasan yang Bergantung-ATP dan yang Tidak Bergantung-ATP
Dua lintasan utama menguraikan protein intrasel pada sel-sel eukariot. Protein ekstrasel, protein yang terkait dengan membran sel dan protein intrasel yang berusia panjang akan diuraikan lewat berbagai proses yang tidak-bergantung ATP di dalam organel selular yang disebut lisosom. Sebaliknya, penguraian protein yang abnormal dan protein berusia pendek lainnya membutuhkan ATP serta ubikuitin, dan terjadi di dalam sitosol. b. Reseptor Asiatoglikoprotein Mengikat Glikoprotein yang Merupakan Sasaran Penguraian
Bagi protein yang ada di dalam sirkulasi darah seperti hormon peptida, kehilangan moietas asam sialat dari ujung bukan-pereduksi pada rantai oligosakaridanya akan membuat
19
protein tersebut menjadi sasaran proses penguraian. Glikoprotein yang telah meng-alami “asialasi” ini akan dikenali dan diintemalisasikan oleh reseptor asia-loglikoprotein asia-loglikoprotein sel hati untuk kemudian diuraikan di dalam lisosom oleh enzim-enzim protease yang dinamakan “atepsin”.
C. Ubikuitin Menjadikan Banyak Protein Intrasel sebagai Sasaran Penguraian
Ubikuitin, suatu protein kecil (8,5 kDa) yang terdapat pada semua sel eukariotik, menjadikan banyak protein intrasel sebagai sasaran penguraian. Struktur primer ubikuitin tersebut sangat dijaga. Antara ubikuitin sel manusia dan ragi hanya terdapat perbedaan pada 3 dari 76 residu. Protein yang menjadi sasaran penguraian lewat reaksi yang bergantung pada ubikuitin, diturunkan oleh beberapa molekul ubikuitin. Protein ini dilekatkan lewat reaksi yang membentuk ikatan peptida-non-a di antara gugus ter¬minal karboksil pada ubikuitin dan gugus e-amino pada residu lisil di dalam sebuah protein. Apakah sebuah pro¬tein diturunkan oleh ubikuitin ataukah tidak, bergantung pada jenis residu aminoasil yang terdapat di ujung-terminal aminonya. Reaksi dengan ubikuitin dihambat oleh ujung terminal metionil atau seril, dan dipercepat oleh residu terminal amino asp artil atau arginil.
20
KESIMPULAN
Adapun kesimpulan dari makalah ini yaitu. 1.
Metabolisme protein meliputi di dalam tubuh meliputi degradasi protein menjadi asam amino, oksidasi asam amino, biosintesis asam amino, dan biosintesis protein
2.
Biosintesis asam-asam amino terjadi melalui 6 jalur berbeda, yaitu alpha-ketoglutarat, oksaloasetat, piruvat, 3-fosfogliserat, dan fosfoenol piruvat + eritrosa 4-fosfat, dan ribosa 5-fosfat
3.
Katabolisme asam amino dimulai dari pelepasan amin yang terjadi melalui dua tahap, yaitu transminasi dan deaminasi, dan kemudian ak an memasuki jalur daur urea
4.
Sintesis protein membutuhkan suatu cetakan, yaitu DNA, yang menentukan pola urutan-urutan asam amino yang menyusun suatu protein.
5.
Sintesis protein terjadi dalam beberapa fase, yaitu replikasi, transkripsi, dan translasi.
6.
Pemecahan protein dilakukan oleh beberapa enzim, yaitu protease intrasel, peptidase, aminopeptidase, dan karboksipeptidase
21
DAFTAR PUSTAKA
Fardiaz, S. 1989. Mikrobiologi 1989. Mikrobiologi Pangan. Pangan. PAU Pangan dan Gizi IPB, Bogor. Gunawati, F., dkk. 2011. Katabolisme Protein dan Nitrogen Asam Amino. Amino. Universitas Jambi, Jambi. Murray, R.K., Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW. 2003. Biokimia 2003. Biokimia Harper . Edisi XXV. EGC, Jakarta. Nugroho, H.S.W. Metabolisme H.S.W. Metabolisme Asam Amino. Amino. www.heruswn.weebly.com Stryer, L. 1996. Biokimia. 1996. Biokimia.Edisi Edisi IV. EGC, Jakarta.
22
