KRT-2011 1

AMINO ACID BIOSYNTHESIS• Asam amino merupakan unit

penyusun protein • Struktur:

satu atom C sentral yang mengikat secara kovalent: – gugus amino, – gugus karboksil, – satu atom H dan – rantai samping (gugus R)

KRT-2011 2

Asam Amino• Gugus R rantai samping

yang berbeda-beda pada setiap jenis asam amino

• Gugus R yang berbeda-beda tersebut menentukan:– -. Struktur

– -. Ukuran – -. Muatan elektrik– -. Sifat kelarutan di

dalam air

KRT-2011 3

Asam amino• Perbedaan utama antara satu asam

amino dengan yang lainnya terletak pada gugus sampingnya.

• Asam amino paling sederhana strukturnya adalah glisin yang hanya mempunyai satu atom hidrogen pada gugus sampingnya.

• Prolin adalah asam amino yang struktur dasarnya berbeda dari asam amino yang lain karena atom N-nya ada dalam struktur cincin, sehingga prolin lebih sesuai dinamakan asam imino.

• Struktur prolin yang demikian menyebabkan terjadinya bengkokan pada struktur protein sehingga mempengaruhi arsitektur protein.

KRT-2011 4

Asam amino non polar• Memiliki gugus R

alifatik • Glisin, alanin, valin,

leusin, isoleusin dan prolin

• Bersifat hidrofobik. Semakin hidrofobik suatu asam amino seperti isoleusin , biasa terdapat di bagian dalam protein.

KRT-2011 5

Asam amino dengan gugus R aromatik

• Fenilalanin, tirosin dan triptofan• Bersifat relatif non polar

hidrofobik • Fenilalanin bersama dgn V, L &

I asam amino paling hidrofobik

• Tirosin gugus hidroksil , triptofan cincin indol

• Sehingga mampu membentuk ikatan hidrogen penting untuk menentukan struktur ensim

KRT-2011 6

Asam amino dengan gugus R bermuatan positif

• Lisin, arginin, dan histidin• Mempunyai gugus yang bersifat basa pada rantai sampingnya• Bersifat polar terletak di permukaan protein dapat mengikat air.• Histidin mempunyai muatan mendekati netral (pada gugus imidazol) dibanding

– lisin gugus amino– arginin gugus guanidino

• Karena histidin dapat terionisasi pada pH mendekati pH fisioligis sering berperan dlm reaksi ensimatis yang melibatkan pertukaran proton

KRT-2011 7

Polar, uncharged amino acids• Rantai samping dari asparagine (Asn or N) dan glutamine (Gln or Q),

masing-masing amide derivatives dari Asp and Glu,, tidak bermuatan tetapi dapat berpartisipasi dalam pengikatan hidrogen. Serine (Ser or S) dan threonine (Thr or T) (Fig. 3b) merupakan polar amino acids due to the reactive hydroxyl group pada ranai samping, dan dapat juga berpartisipasi dalam pengikatan hidrogen (as can the hydroxyl group of the aromatic amino acid Tyr).

KRT-2011 8

• Rantai samping asam amino dapat dibedakan atas: 1.polar, bermuatan negatif (aspartat,

asam glutamat), 2.polar, bermuatan positif (arginin,

histidin, lisin), 3.polar, tidak bermuatan (asparagin,

glutamin, serin, dan treonin), 4.nonpolar/hidrofobik (alanin, sistein,

isoleusin, leusin, metionin, fenilalanin, prolin, triptofan, tirosin, dan valin),

5.netral (glisin). • Kedua puluh macam asam amino beserta

singkatannya dapat dilihat pada Tabel 3.1.

KRT-2011 9

Asam amino

Klasifikasi Asam amino• Diklasifikasikan berdasar gugus R (rantai samping)

• Biasanya sifat-sifat seperti: hidrofobik/hidrofilik, polar/non polar, ada/tidaknya gugus terionisasi

AROMATIK

POLAR

ACIDIC (-)BASIC (+)

NON POLAR

KRT-2011 10

Asam amino non polar• Memiliki gugus R alifatik • Glisin, alanin, valin, leusin,

isoleusin dan prolin• Bersifat hidrofobik. Semakin

hidrofobik suatu a.a spt Ile (I) biasa terdapat di bagian dlm protein.

• Prolin berbeda dgn a.a siklis. Tapi mempunyai byk kesamaan sifat dgn kelompok alifatis ini.

• Umum terdapat pada protein yang berinteraksi dengan lipid

KRT-2011 11

Asam amino polar• Memiliki gugus R yang tidak bermuatan• Serin , threonin, sistein, metionin, asparagin,

glutamin• Bersifat hidrofilik mudah larut dalam air• Cenderung terdapat di bagian luar protein• Sistein berbeda dgn yg lain, karena ggs R terionisasi

pada pH tinggi (pH = 8.3) sehingga dapat mengalami oksidasi dengan sistein membentuk ikatan disulfide

• (-S-S-) sistin (tdk tmsk dlm a.a. standar karena selalu tjd dari 2 buah molekul sistein dan tidak dikode oleh DNA)

KRT-2011 12

Asam amino dengan gugus R aromatik

• Fenilalanin, tirosin dan triptofan• Bersifat relatif non polar hidrofobik • Fenilalanin bersama dgn V, L & I a.a plg

hidrofobik• Tirosin gugus hidroksil , triptofan cincin

indol• Sehingga mampu membentuk ikatan

hidrogen penting untuk menentukan struktur ensim

• Asam amino aromatik mampu menyerap sinar UV λ 280 nm sering digunakan utk menentukan kadar protein

KRT-2011 13

Asam amino dengan gugus R bermuatan positif

• Lisin, arginin, dan histidin• Mempunyai gugus yg bsft basa pd rantai

sampingnya• Bersifat polar terletak di permukaan protein

dapat mengikat air.• Histidin mempunyai muatan mendekati netral (pd

gugus imidazol) dibanding – lisin gugus amino– arginin gugus guanidino

• Krn histidin dpt terionisasi pada pH mendekati pH fisioligis sering berperan dlm reaksi ensimatis yg melibatkan pertukaran proton

KRT-2011 14

Asam amino dengan gugus R bermuatan negatif

• Aspartat dan glutamat• Mempunyai gugus

karboksil pada rantai sampingnya bermuatan (-) / acid pada pH 7

KRT-2011 15

KRT-2011 16

KRT-2011 17

KRT-2011 18

Asam amino standar• Asam amino yang menyusun

protein organisme ada 20 macam disebut sebagai asam amino standar

• Diketahui asam amino ke 21 disebut selenosistein (jarang ditemukan) Terdapat di beberapa enzim seperti gluthatione peroxidase

• Selenenosistein mempy kode genetik: UGA biasa utk stop kodon tjd pd mRNA dgn struktur 2nd yg banyak.

KRT-2011 19

Asam amino non standar

• Merupakan asam amino diluar 20 mcm as. Amino standar

• Terjadi karena modifikasi yang terjadi setelah suatu asam amino standar menjadi protein.

• Kurang lebih 300 asam amino non standar dijumpai pada sel

modifikasi serin yang mengalami fosforilasi oleh protein kinase

KRT-2011 20

•modifikasi prolin dlm proses modifikasi posttranslasi, oleh prokolagen prolin hidroksilase.

•Ditemukan pada kolagen untuk

menstabilkan struktur

• Dari modifikasi Glu oleh vit K.

• karboksi glutamat mampu mengikat Ca penting utk penjendalan darah.

• Ditemukan pd protein protombin

KRT-2011 21

•Modifikasi lisin. Terdapat di kolagen dan miosin (protein kontraksi pd otot) dan berperan untuk sisi terikatnya polisakarida

•Beberapa ditemukan asam amino nonstandar yang tidak menyusun protein merupakan senyawa antara metabolisme (biosintesis arginin dan urea)

KRT-2011 22

AMINO ACID BIOSYNTHESIS

• ESSENTIAL AMINO ACIDS*ARGININE METHIONINE

HISTIDINE PHENYLALANINE

ISOLEUCINE THREONINE

LEUCINE TRYPTOPHAN

LYSINE VALINE

• NOTE– ARG IS ESSENTIAL IN INFANTS AND CHILDREN– MOST SYNTHESIZED ARG ORNITHINE AND

UREA VIA THE UREA CYCLE

KRT-2011 23

AMINO ACID BIOSYNTHESIS

• NONESSENTIAL AMINO ACIDS

ALANINE GLUTAMINEASPARAGINE GLYCINEASPARTATE PROLINE*CYSTEINE SERINEGLUTAMATE *TYROSINE

• NOTE:– CYS GETS ITS SULFUR ATOM FROM MET– TYR IS HYDROXYLATED PHE

• SO IT’S NOT REALLY NONESSENTIAL

KRT-2011 24

AMINO ACID BIOSYNTHESIS

• ALL ARE SYNTHESIZED FROM COMMON METABOLIC INTERMEDIATES

• NON-ESSENTIAL– TRANSAMINATION OF -KETOACIDS THAT ARE AVAILABLE

AS COMMON INTERMEDIATES

• ESSENTIAL – THEIR -KETOACIDS ARE NOT COMMON INTERMEDIATES

(ENZYMES NEEDED TO FORM THEM ARE LACKING)• SO TRANSAMINATION ISN’T AN OPTION

– BUT THEY ARE PRESENT IN COMMON PATHWAYS OF MICRO-ORGANISMS AND PLANTS

KRT-2011 25

AMINO ACID BIOSYNTHESIS OVERVIEW(USE OF COMMON INTERMEDIATES)

GLUCOSE GLUC-6-PHOSPHATE RIB-5-PHOS→ HIS 3-PHOSPHOGLYCERATE SERINE

GLYCINE E-4-PHOS + PEP CYSTEINE

PHE→TYR PYRUVATE ALA TRP VAL

CITRATE LEU, ILE

↓OXALOACETATE, -KETOGLUTARATE

ASP, ASN, GLU, GLN, PRO, ARG, LYS, THR, MET

KRT-2011 26

SYNTHESIS OF NON-ESSENTIAL AMINO ACIDS

• ALL (EXCEPT TYR) SYNTHESIZED FROM COMMON INTERMEDIATES SYNTHESIZED IN CELL

– PYRUVATE– OXALOACETATE -KETOGLUTARATE– 3-PHOSPHOGLYCERATE

KRT-2011 27

SYNTHESIS OF NON-ESSENTIAL AMINO ACIDS

• TRANSAMINATION REACTIONS: ONE STEP

– PYRUVATE + AA ALANINE + -KETOACID– OXALOACETATE + AA ASPARTATE + -KETOACID -KETOGLUTARATE + AA GLUTAMATE + -

KETOACID

• TRANSAMINASES: EQUILIBRATE AMINO GROUPSREQUIRE PYRIDOXAL PHOSPHATE (PLP)– ALL AAs, EXCEPT LYS, CAN BE TRANSAMINATED– MOST TRANSAMINASES GENERATE GLU OR ASP

• WHY?

• LOOK AT MECHANISM OF PLP (PAGE 987 IN TEXT)

KRT-2011 28

SYNTHESIS OF NONESSENTIAL AMINO ACIDS

• ATP-DEPENDENT AMIDATION OF ASP, GLU ASN, GLN

– GLU + ATP + NH3 GLN + ADP + Pi

• GLUTAMINE SYNTHETASE

• NH3 IS TOXIC; IT’S STORED AS GLN

• GLN DONATES AMINO GPS IN MANY REACTIONS

– ASP + ATP + GLN ASN + AMP + PPi + GLU

• ASPARAGINE SYNTHETASE

KRT-2011 29

SYNTHESIS OF NONESSENTIAL AMINO ACIDS

• NITROGEN METABOLISM IS CONTROLLED BY REGULATION OF GLUTAMINE SYNTHETASE

– IN MAMMALS, GLN SYNTHETASES ACTIVATED BY -KG

– EXCESS AAs TRANSAMINATED TO GLU• OXIDATIVE DEAMINATION OF GLU -KG

+ NH3 • NH3 UREA OR GLN (STORAGE)

-KG IS A SIGNAL THAT ACTIVATES GLN SYNTHETASE

KRT-2011 30

Amino acid biosynthesis

• Similarities to nucleotide synthesis– Nitrogen– Intermediates– Types of reactions– Structures– Regulation

• Pathways

Histidine

Purine

KRT-2011 31

Nitrogen cycle

KRT-2011 32

Glutamate and glutamine

KRT-2011 33

Regulation of nitrogen metabolism

Back

KRT-2011 34

Regulation of nitrogen metabolism

KRT-2011 35

Reactions in amino acid synthesis1. Transaminations

2. Transfer of one-carbon groups

3. Transfer of amino groups from Gln

KRT-2011 36

Amino acid biosynthesis

KRT-2011 37

Precursors in AA synthesis

5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate

(PRPP)

Ribose-5-P + ATP ------------------- PRPP + AMP

Ribose phosphatephosphokinase

KRT-2011 38

-Ketoglutarate

KRT-2011 39

KRT-2011 40

3-Phosphoglycerate

KRT-2011 41

In plants and bacteria…

KRT-2011 42

In mammals…

KRT-2011 43

Oxaloacetate and pyruvate

Transamination

Transamination

Amidation of Asp

(N from Gln)

KRT-2011 44

Phosphoenolpyruvate and erythrose 4-phsophate

KRT-2011 45

Ribose 5-phosphate

KRT-2011 46

Regulation of amino acid synthesis• Allosteric feedback

inhibition• Concerted inhibition• Sequential feedback

inhibition

KRT-2011 47

Molecules derived from AAs

1. Nucleotides

2. Nucleotide coenzymes

3. Porphyrins

4. Neurotransmitters

5. Other molecules

KRT-2011 48

Porphyrins

KRT-2011 49

Porphyrins

KRT-2011 50

Neurotransmitters• Decarboxylation using PLP

KRT-2011 51

KRT-2011 52

Creatine

KRT-2011 53

Glutathione (GSH)

KRT-2011 54

Plant substances

• Tannins• Alkaloids• Flavorings

HO

O

HO

H

N

CH3

HO

O

HO

H

N

CH3