Metabolisme protein. Overview

Transkripsi

1 Metabolisme protein Meliputi: Degradasi protein (makanan dan protein intraseluler) menjadi asam amino Oksidasi asam amino Biosintesis asam amino Biosintesis protein Overview Metabolisme Protein 1

2 Overview!!! Keywords: Protein, Asam amino, katabolisme, Anabolisme CO2 + H2O Respirasi Asam α keto TCA Glukoneoge nesis Glukosa Protein Intraseluler Asam amino Protein Makanan NH4 + Ekskresi Biosintesis asam amino, nukleotida Metabolisme Protein 2

3 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 Pada umumnya organisme tidak mempunyai polimer senyawa nitrogen untuk disimpan 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 CO 2 dan H 2 O à menyumbangkan senyawa 3 / 4 C yang dapat diubah mjd glukosa Metabolisme Protein 3

4 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 Metabolisme Protein 4

5 I. Degradasi Protein menjadi Asam amino Degradasi protein dr makanan à asam amino : tjd di saluran pencernaan PROTEIN Lambung Stimulate mukosa lambung à hormone gastrin Stimulate sekresi HCl oleh sel parietal & pepsinogen oleh chief cell ph rendah à antiseptic & protein mengalami degradasi à mudah dipecah oleh enzim 2 Saluran pencernaan (usus halus) pepsinogen à pepsin oleh aktifitas pepsin sendiri à diputus 42 aa pd N terminal Masuknya as. Amino : stimulate sekresi hormone cholecystokinin Kondisi ph à Zymogen mjd aktif: Tripsinogen àtrypsin, (oleh enteropeptidase) Trypsin activate à chymotrypsin, carboxypeptidase Secret aminopeptidase Menetralisir ph à ± 7 Asam Amino Bebas Kondisi asam à sekresi hormone sekretin Pepsin menghidrolisis iktn peptide pd N terminal dkt Tyr, Phe and Trp Sekresi bikarbo nat Sekresi bbrp enzim: trypsinogen, chymotrypsinogen, procarboxypeptidase Metabolisme Protein 5 Pankreas

6 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 Protein makanan telah diubah mjd asam amino! Metabolisme Protein 6

7 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 Hepatocyte / cytosol sel liver Ditranspor ke mitokondria Metabolisme Protein 7

8 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 B 6 o Aminotranferase à mengkatalisis 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 Melibatkan α KG à Glu Metabolisme Protein 8

9 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 + NH 4 + Threonin à α ketobutyrate + NH 4 + 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 Mengapa bukan glutamate? Metabolisme Protein 9

10 Di Otot Alanin à penting dlm transport gugus amino ke liver à glucose-alanin cycle Di otot & jaringan lain yg mampu menggunakan protein sbg sumber tenaga Gugus amino di transfer ke pyruvat (produk dr glikolisis) àalanin aminotranferase alanin à netral pd ph ± 7 à melalui darah dibawa ke hati Penggunaan alanin à mrpkn intrinsic economic dr organisme Metabolisme Protein 10

11 Ammonia diubah menjadi Urea dng SIKLUS UREA (UREA CYCLE) v Ditemukan oleh Hans Krebs dan Kurt Henseleit (5thn sblm TCA) v Urea à Nitrogen à dr asam amino aspartate dan dr NH 4 + Atom C à CO 2 Prekursor urea à arginin dgn enzim arginase à urea & ornithine Pembentukan Carbamoyl phosphat à simpel molekul tp komplek biosintesisnya CO 2 + NH ATP + H 2 O à Carbamoyl phosphat + 2 ADP + Pi + 3H + Cp synthetase Stoickhimotry dr sintesis urea CO 2 + NH ATP + Aspartat + 2 H 2 O à Urea + 2 ADP + 2 Pi + AMP + PPi+ fumarate à secara energetic à high cost Metabolisme Protein 11

12 UREA cycle Metabolisme Protein 12

13 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 Hyperammonemia Koma, mutah 2 à mati Arginosuccinase defiesiensi à diet surplus arg dan low protein diet Metabolisme Protein 13

14 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 Ketogenik Glukogenik Leusin Lysine Ile, Phe, Trp, Tyr The rest of A.A Metabolisme Protein 14

15 Metabolisme Protein 15

16 TCA = tri carboxylic acid Citric acid cycle Krebs cycle Metabolisme Protein 16

17 Glycolisis!! Metabolisme Protein 17

18 Glukoneogenesis Vs glycolisis Metabolisme Protein 18

19 Siklus Nitrogen Nitrogen adalah elemen yang esensial untuk biomolekul spt as, amino, nukleotida Semua organisme mampu mengubah ammonia (NH 3 ) 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 NO 3 à NH 3 : 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 Metabolisme Protein 19

20 Fiksasi Nitrogen Merupakan reaksi reduksi nitrogen (N 2 ) menjadi ammonia (NH 3 ) 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 N 2 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 O 2 Di dalam akar tanaman à lingkungan anaerobik diperoleh dgn adanya protein leghemoglobin yang mengikat O 2 Reaksi keseluruhan à pada Kleibsella pneumoniae N 2 + 8e ATP + 16H 2 O -> 2NH 3 + H ADP + 16 Pi + 8 H + Metabolisme Protein 20

21 Siklus Nitrogen Metabolisme Protein 21

22 BIOSINTESIS ASAM AMINO Metabolisme Protein 22

23 Metabolisme Protein 23

24 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 berbedabeda o Bakteri dan tumbuhan à pada umumnya mampu mensintesis semua asam amino o Mammal à hanya separo dari total asam amino Asam amino esensial Val, Leu, Phe, Trp, His, Met, Thr, Ile, Lys dan Arg (utk Arg à manusia hanya mampu mensintesis 2/3 dr kebutuhan Asam amino non esensial 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 Metabolisme Protein 24