TUGAS BIOKIMIA LANJUT - ASAM AMINO ESSENSIAL

Harys Wijaya / 7101807

1. Arginine (Arg)Arginin merupakan asam amino essensial di bayi dan Biosintesis ini penting untuk

kompleksitas dan variabilitas pada tingkat genetik, serta memiliki hubungan dengan beberapa jalur lain seperti biosintesis pirimidin dan poliamun, dan jalur degradatif tertentu. Sintesis Arginin menjadi Ornitin dan urea biasanya melalui siklus Urea. Berikut merupakan jalur biosintesis Arginin yang dimulai dengan AA (Asam Amino) Glutamat :

Melalui gambar, dapat dilihat bahwa biosintesis Arginin ini memiliki 8 tahap. Glutamat dikonversi menjadi N-acetylglutamat, kemudian dilanjutkan dengan pengkonversian menjadi N-acetyl-γ-glutamyl phosphate, N-acetylglutamate γ-semialdehyde, N-acetylomithine, Ornithine, L-citrulline, Argininosuccinate, dan Arginine. 8 Enzim yang berperan secara berurutan adalah acetylglutamate synthase, N-acetylglutamate kinase, N-acetylglutamate dehydrogenase, aminotransferase, N-acetylornithinase, ornithine carbamoyl-transferase, argininosuccinate synthase, dan argininosuccinase. Konversi ornitin dari glutamate terjadi di sitosol, kemudian ornitin masuk ke matriks mitokondria. Ornitin dirubah menjadi sitrulin di antara matriks. Sitrulin kemudian ditranspor ke sitosol dan kemudian di kenversi ke arginin.

2. Histidine (His)Histidin juga merupakan AA yang essensial untuk anak-anak. Histidin menjadi

precursor Histamin (suatu amina yang berperan dalam system saraf) dan Karnosin (suatu asam amino). Jalur biosintesis Histidine diawali oleh senyawa PRPP, dimana kemudian jalur ini memiliki feedback yang dilakukan oleh L-histidin. Biosintesis histidin banyak diidentifikasi dalam banyak bakteri, jamur, tanaman, dan archaea. Jalur dalam semua organisme adalah identik, dengan perbedaan kecil di beberapa enzim yang digunakan. Berikut merupakan jalur biosintesis Histidin :

PRPP disintesis menjadi 5-phospho-α-D-ribose 1-diphosphate, kemudian phosporibosyl-ATP, 1-(5-phospo-D-ribosyl)-AMP, 1-(5-phosporibosyl)-5-[(5-phosporibosylamino) methylideneamino] imidazole-4-carboxamide, phosporibulosylformimino-AICAR-P, aminoimidazole carboxamide ribonucleotide, D-erythro-imidazole-glycerol-phospate, imidazole acetol-phospate, L-histidinol-phospate, histidinol, histidinal, dan kemudian terbentuklah L-histidine. Enzim-enzim yang berperan sangatlah banyak (dapat dilihat pada gambar).

3. Isoleucine (Ile)Isoleusin merupakan AA yang hidrofobik (tidak larut dalam air) dan essensial bagi

manusia. Isoleusin hanya disintesis dalam tanaman dan bakteri. Dalam protein, rantai samping isoleusin yang hidrofob cenderung untuk tinggal dengan residu hidrofobik lainnya di pedalaman protein globular atau dalam domain transmembran. Biosintesis ini dimulai dengan piruvat menengah umum metabolik, titik akhir dari glikolisis. 

Langkah pertama dalam  biosintes tiamin  pirofosfat  isoleusin adalah  untuk membentuk carbanion menengah. Komponen lain berasal dari  treonin  asam amino,  yang  dideaminasi untuk menghasilkan  alpha-ketobutyrate. Alpha-ketobutyrate  dan mencengah  TPP  bereaksi untuk menghasilkan  alpha-aceto-alfa-hidroksibutirat yang terisomerisasi, berkurang dan dehidrasi untuk menciptakan alpha-keto-beta-methylvalerate. Pada langkah terakhir, transfer valin aminotransferase gugus amino dari glutamat untuk menghasilkan isoleusin. Jalur isoleusin hampir sama dengan jalur  biosintesis  valin,  menggunakan  enzim  yang sama,  dan  bervariasi  terutama

pada  langkah pertama dalam  jalur tersebut. Sebagai  enzim kunci  dalam sintesis leusin, isoleusin dan valin, acetolactate sintase adalah target beberapa herbisida.

4. Leucine (Leu)Leusin merupakan AA yang mutlak diperlukan dalam perkembangan anak-anak dan

dalam keseimbangan nitrogen orang dewasa. Berikut merupakan jalur biosintesis Leusin dengan merubah piruvat :

Biosintesis leusin melibatkan 8 langkah konversi, yaitu konversi piruvat menjadi α-acetolactate, isomer α-acetolactate, α-β-dihydroxyisovalerate, α-ketoisovalerat, α-isopropylmalate, β-isopropylmalate, α-ketoisocaproate, dan akhrinya menjadi leucine. Proses biosintesis ini dikatalisis oleh enzim acetolactate synthase, acetohydroxyacid isomeroreductase, acetohydroxy acid isomeroreductase, dihydroxy acid dehydratase, α-isopropylmalate synthase, isopropylmalate isomerase, dihydrogenase, dan leucine aminotransferase secara berurutan.

5. Lysine (Lys)Lisin merupakan AA essensial yang larut dalam pelarut air dan pelarut yang bersifat

basa, seperti Histidin. Sejumlah 1-1,5 gram lisin dibutuhkan oleh manusia melalui makanan untuk menjadi kerangka bagi niasin (vitamin B1). Berikut merupakan jalur

Awalnya, Aspartat dirubah menjadi aspartyl-β-phospate, aspartate-β-semialdehyde, dihydropicollinate, Δ1-Piperdine-2,6-dicarboxylate, N-succinyl-2-amino-6-keto-L-pimelate, N-succinyl-L,L-α,ε-diaminopimelate, L,L-α,ε-diaminopimelate, meso-α,ε-diaminopimelate, dan akhirnya menjadi lysine. Enzim yang berperan dalam biosintesis ini adalah aspartokinase, aspartate β-semialdehyde, dihydropicollinate synthase, Δ 1-piperidine-2,6-dicarboxylate dehydrogenase, N-succinyl-2-amino-6-ketopimelate-synthase, succinyl diaminopimelate aminotransferase, succinyl diamninopimelate desuccinylase, diaminopimelate epimerase, dan enzim terakhir adalah diamino decarboxylase.

6. Methionine (Met) dan Threonin (Thr)Metionin merupakan AA essensial yang diperlukan untuk beberapa fungsi seluler

yang penting, termasuk inisiasi sintesis protein, metilasi DNA, rRNA, xenobiotik, biosintesis sistein, fosfolipid, dan poliamina. Beberapa bakteri dapat mensintesis metionin menggunakan belerang organik melalui transsulfuration O-terasilasi homoserine dengan sistein untuk membentuk cystathionine. Cystathionine kemudian

dibelah untuk homosistein, dan alkohol untuk metionin. Beberapa bakteri, ragi dan jamur dapat menggunakan rute yang berbeda di mana mereka langsung berbaur belerang anorganik oleh sulfhydrylation (lihat III biosintesis metionin).Dalam rute hidrogen sulfida (H2S), produk akhir dari reduksi sulfat mikroba bereaksi dengan O-terasilasi homoserine, dengan penggantian gugus asetil dengan sulfida membentuk homosistein. Homosistein alkohol untuk metionin melalui enzim cobalamin baik-independen atau enzim cobalamin-tergantung, tergantung pada kondisi spesies atau pertumbuhan.

Threonin merupakan AA essensial untuk manusia yang diperoleh dari makanan seperti susu, daging, ikan, dan biji wijen. Tubuh manusia tidak memiliki enzim pembentuk threonina namun manusia memerlukannya, sehingga threonina esensial (secara gizi) bagi manusia. Tumbuhan dan mikroorganisme mampu membuat (menyintesis) threonina dari asam aspartat, suatu asam amino lain. Tahap yang penting dikatalis oleh enzim aspartokinase yang mengikatkan fosfat ke gugus β-karboksil pada asam aspartat.Reduksi oleh β-aspartat semialdehid dehidrogenase menghasilkan β-aspartat-semialdehid yang merupakan senyawa antara penting dalam biosintesis threonina,metionin, dan lisin. Langkah selanjutnya dikatalis oleh enzim homoserin dehidrogenase, homoserin kinase, dan threonina sintase.

Berikut merupakan jalur biosintesis Metionin dan Threonin :

Awalnya, jalur biosintesis Threonin dan Metionin adalah sama, Aspartat diubah oleh aspartokinase menjdai aspartyl-β-phospate, dan kemudian oleh aspartate β-semialdehyde dehydrogenase diubah menjadi aspartate-β-semialdehyde, dan oleh homoserine dehydrogenase diubah menjadi homoserine. Homoserine merupakan titik percabangan untuk sintesis metionin dan threonin. Jalur biosintesis kedua AA ini mulai berbeda pada tahap ini. Pada sintesis Threonin, Homoserine diubah oleh homoserine kinase menjadi phosphohomoserine, kemudian menjadi hasil akhir yaitu Threonin oleh Threonin synthase. Pada sintesis Metionin, Homoserine diubah menjadi O-succinylhomoserine oleh homoserine acyltransferase, kemudian diubah menjadi cystathionine oleh cysthathionine γ-lyase, dan diubahmenjadi homocysteine oleh cysthathionine β-lyase, dan menjadi hasil akhir berupa Methionin oleh enzim methionine synthase.

7. Phenilalanine (Phe)Fenilalanin banyak terkandung dalam makanan bersama-sama dengan AA Tirosin dan

Triptofan. Dalam keadaan normal, tubuh akan mengubah fenilalanin menjadi tirosin, yaitu sebuah asam amino yang dibutuhkan dalam proses sintesis protein, zat kimiawi otak termasuk L-DOPA, adrenalin, noradrenalin dan hormon tiroid. Gejala kekurangan asam amino ini antara lain, sering terlihat bingung, kurang bergairah, depresi, kurang waspada, kesulitan mengingat dan kurangnya nafsu makan.

Jalur biosintesis phenylalanine dimulai dari chorismate yang disintesis dari phosphoenolpyruvate (lihat Glikolisis) dan erythrose gula 4-fosfat. Chorismate ini kemudian dikatalis oleh chorismate mutase menjadi Prephenate, dan kemudian oleh pherphenate dehydratase diubah menjadi Phenylpyruvate. Phenylpyruvate ini kemudian diubah menjadi AA Phenilalanine oleh enzim aminotransferase.

8. Tryptophan (Trp)AA aromatik Triptofan merupakan AA nutrisi esensial, yang berarti bahwa manusia

dan hewan tidak memiliki mesin biosintesis sendiri untuk mensintesis triptofan namun bergantung pada asupan  makanan dari  bakteri dan  tanaman. Triptofan berfungsi tidak hanya sebagai  sebuah blok bangunan untuk  sintesis protein tetapi prekursor untuk sintesis serotonin(lihat jalur biosintesis Neurotrans

Jalur biosintesis triptofan dimulai dengan chorismate, juga merupakan prekursor untuk sintesis asam amino esensial aromatik  tirosin dan fenilalanin. Seperti pada biosintesis Phenilalanine, chorismate  disintesis dari PEP dan erythrose gula 4-fosfat. Chorismate ini kemudian diubah menjadi anthranilate, N-(5’-Phosporibosyl)-anthranilate, Enol-1-o-carboxyphenylamino-1-deoxyribulose phosphate, indole-3-glycerol phosphate, dan menjadi AA Triptofan. Enzim yang berperan dalam jalur biosintesis tersebut adalah anthranilate phosphoribosyl-transferase, N-(5’-Phosporibosyl)-anthranilate isomerase, indole-3-glycerol phosphate synthase, dan tryptophan synthase. Penghambatan  jalur ini merupakan target yang berguna untuk  herbisida karena hanya ditemukan pada tanaman dan tidak pada hewan dan karena itu akan memiliki  toksisitas minimal. Dua langkah terakhir dalam jalur  dikatalisis  oleh dua  subunit tryptophan synthase  yang bergabung dengan koneksi seperti tabung. Indole antara berdifusi langsung dari satu langkah ke langkah berikutnya, sangat meningkatkan efisiensi dan laju reaksi keseluruhan.

9. Valine (Val)Dalam ilmu gizi, valin termasuk kelompok AA essensial. Namanya berasal dari nama

tumbuhan valerian (Valeriana officinalis). Sifat valin dalam air adalah hidrofobik karena ia tidak bermuatan. Pada penyakit anemia "bulan sabit" (sel-sel eritrosit tidak berbentuk seperti pil tetapi seperti bulan sabit, sickle-cell anaemia), valin menggantikan posisi asam glutamat, asam amino lain yang hidrofilik, pada hemoglobin. Akibatnya bentuk sel berubah dan kehilangan kemampuan mengikat oksigen secara efektif.

Valin diproduksi dengan menggunakan treonin sebagai bahan baku. Sumber pangan yang kaya akan valin mencakup produk-produk peternakan (daging, telur, susu, keju) dan biji-bijian yang mengandung minyak (misalnyakacang tanah, wijen, dan lentil).

Jalur biosintesis valin merupakan jalur yang berbagi langkah dengan jalur paralel dari biosintesis isoleusin. Dimana jalur ini merupakan bagian dari biosintesis superpathway leusin, valin, dan isoleusin yang menghasilkan tidak hanya valin, tetapi juga isoleusin dan leusin.

Awalnya, piruvat diubah menjadi α-acetolactate dakn kemudian dubah menjadi α,β-dihydroxy-isovalerate, α-ketoisovalerate, dan akhirnya menjadi valine. Enzim yang berperan dalam biosintesis ini secara berturut-turut adalah acetolactate synthase, acetohydroxy acid isomeroreductase, dihydroxy acid dehydratase, dan valine aminotransferase.

Bila terdapat akumulasi valin, langkah pertama biosintesis ini dihambat oleh valin bersama dengan penghambatan isoleusin dan leusin. Namun biosintesis valin dapat diatur secara independen dari biosintesis isoleusin.

DAFTAR PUSTAKA

Biosynthesis of Amino Acid Essential (http://www.biocarta.com/pathfiles/argininepathway.asp)

MetaCyc Pathway: arginine biosynthesis IV (http://metacyc.org/META/NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=ARGININE-SYN4-PWY)

Principles of Biochemistry (http://www.bioinfo.org.cn/book/biochemistry.htm)