Metabolism of Amino AcidsMetabolism of Amino Acids

SUSI ENDRINI PhDSUSI ENDRINI PhD

1. Katabolisme Protein dan Nitrogen Asam Amino

• Katabolisme Kerangka Karbon pada Asam Amino

• Biosintesis Asam Amino Non esensial (sec. Nutrisi)

4. Konversi Asam Amino menjadi Produk Khusus

Katabolisma Protein & Katabolisma Protein & Nitrogen Asam aminoNitrogen Asam amino

PendahuluanPendahuluan

Protein & asam amino merupakan Protein & asam amino merupakan senyawa kimia yang mengandung senyawa kimia yang mengandung nitrogennitrogen

Dalam tubuh selalu terjadi penguraian Dalam tubuh selalu terjadi penguraian dan pembentukan protein dan pembentukan protein turn over 1- turn over 1-2% protein tubuh total per hari terutama 2% protein tubuh total per hari terutama protein otot (75-80% digunakan untuk protein otot (75-80% digunakan untuk sintesis protein baru, nitrogen dari 20-sintesis protein baru, nitrogen dari 20-25% sisanya menjadi urea)25% sisanya menjadi urea)

Dalam tubuh terdapat keseimbangan Dalam tubuh terdapat keseimbangan nitrogen (perbedaan antara masukan nitrogen (perbedaan antara masukan nitrogen total dengan hilangnya nitrogen total dengan hilangnya nitrogen lewat feses, urin & perspirasi):nitrogen lewat feses, urin & perspirasi):Keseimb N (+) : masukan lebih banyak Keseimb N (+) : masukan lebih banyak

daripada keluaran (misal: bayi yg sedang daripada keluaran (misal: bayi yg sedang tumbuh, ibu hamil)tumbuh, ibu hamil)

Keseimb N (-) : keluaran lebih banyak Keseimb N (-) : keluaran lebih banyak daripada masukan (misal: setelah operasi, daripada masukan (misal: setelah operasi, kanker lanjut & kegagalan masukan kanker lanjut & kegagalan masukan protein kualitas tinggi yang memadai protein kualitas tinggi yang memadai seperti pada kwashiorkor & marasmus) seperti pada kwashiorkor & marasmus)

DegradasiDegradasi proteinprotein

Laju degradasi tiap protein berbeda Laju degradasi tiap protein berbeda tergantung keperluan fisiologis (misal tergantung keperluan fisiologis (misal meningkat pada jaringan uterus selama meningkat pada jaringan uterus selama kehamilan, protein otot skelet pada kehamilan, protein otot skelet pada kelaparan berat)kelaparan berat)

Degradasi dilakukan oleh protease & Degradasi dilakukan oleh protease & peptidase:peptidase:Protease mengurai protein menjadi peptidProtease mengurai protein menjadi peptidPeptidase (endopeptidase, aminopeptidase, Peptidase (endopeptidase, aminopeptidase,

karboksipeptidase) mengurai peptid menjadi karboksipeptidase) mengurai peptid menjadi peptid yang lebih pendek & asam aminopeptid yang lebih pendek & asam amino

Lanjutan:Lanjutan:

Suseptibilitas protein untuk degradasi Suseptibilitas protein untuk degradasi dinyatakan dengan “half-life = waktu dinyatakan dengan “half-life = waktu paruh” (tparuh” (t½)½)

Contoh waktu paruh:Contoh waktu paruh:Protein-2 hati : 30 menit sampai > 150 jamProtein-2 hati : 30 menit sampai > 150 jamBeberapa enzim pengatur penting Beberapa enzim pengatur penting

memiliki waktu paruh pendek (misal memiliki waktu paruh pendek (misal triptofan oksigenase, tirosin transaminase triptofan oksigenase, tirosin transaminase & HMG-koA reduktase t& HMG-koA reduktase t½ = 0.5-2 jam). ½ = 0.5-2 jam). Tapi Aldolase, LDH & sitokrom lebih Tapi Aldolase, LDH & sitokrom lebih tt½ ½ >100 jam>100 jam

Lanjutan:Lanjutan:

Jalur degradasi :Jalur degradasi :Tergantung ATP Tergantung ATP untuk protein abnormal untuk protein abnormal

& masa hidup pendek (degradasi di sitosol)& masa hidup pendek (degradasi di sitosol)Tak tergantung ATP Tak tergantung ATP untuk protein untuk protein

ekstrasel, terkait membran & masa hidup ekstrasel, terkait membran & masa hidup lama (degradasi di lisosom)lama (degradasi di lisosom)

Untuk protein dalam sirkulasi, misal Untuk protein dalam sirkulasi, misal hormon peptid, kehilangan gugus asam hormon peptid, kehilangan gugus asam sialat memudahkannya dikenali dan sialat memudahkannya dikenali dan dimasukkan ke sel liver lewat reseptor dimasukkan ke sel liver lewat reseptor asialo-glikoprotein asialo-glikoprotein degradasi di degradasi di lisosom oleh protease “cathepsin”lisosom oleh protease “cathepsin”

lanjutanlanjutan

Berbagai protein dalam sel akan mudah Berbagai protein dalam sel akan mudah di degradasi bila mengikat ubiquitin di degradasi bila mengikat ubiquitin (tergantung residu aminoasil ujung (tergantung residu aminoasil ujung aminonya) lewat ujung karboksil aminonya) lewat ujung karboksil ubiquitin yang berikatan dg gugus ubiquitin yang berikatan dg gugus amino-amino- residu lisil residu lisil ikatan dg ubiquitin ikatan dg ubiquitin lambat bila aminoasilnya residu metionil lambat bila aminoasilnya residu metionil atau seril, tetapi cepat bila atau seril, tetapi cepat bila aminoasilnya residu aspartil atau arginil aminoasilnya residu aspartil atau arginil

Perubahan nitrogen asam amino-Perubahan nitrogen asam amino-αα

Ekskresi nitrogen asal asam amino & Ekskresi nitrogen asal asam amino & lain sumber N pada hewan ada lain sumber N pada hewan ada dalam bentuk akhir :dalam bentuk akhir :AmmoniaAmmoniaAsam uratAsam uratUreaUrea

Mana yang terbanyak, tergantung Mana yang terbanyak, tergantung hewannya :hewannya :ikan teleost ekskresi N dalam bentuk ikan teleost ekskresi N dalam bentuk

ammonia (ammonotelik)ammonia (ammonotelik)hewan darat mengubah N menjadi asam hewan darat mengubah N menjadi asam

urat (organisma urikotelik) atau urea urat (organisma urikotelik) atau urea (ureotelik). Manusia termasuk ureotelik(ureotelik). Manusia termasuk ureotelik

Burung adalah urikotelik, tp dikeluarkan Burung adalah urikotelik, tp dikeluarkan sebagai guano semisolidsebagai guano semisolid

Biosintesis ureaBiosintesis urea

Ada empat tahap:Ada empat tahap:

1.1. TransaminasiTransaminasi2.2. Deaminasi oksidatif glutamatDeaminasi oksidatif glutamat3.3. Transport ammoniaTransport ammonia4.4. Reaksi daur ureaReaksi daur urea

α-Asam amino

Transaminasi

α-Asam keto

L-glutamatα-Ketoglutarat

Deaminasioksidatif

NH3 CO2

Daur Urea

Urea

TransaminasiTransaminasi

Asam amino bebas dari protein diit atau Asam amino bebas dari protein diit atau intrasel mengalami metabolisma serupaintrasel mengalami metabolisma serupa

Nitrogen alfa-amino diambil dengan Nitrogen alfa-amino diambil dengan transaminasi, diteruskan ke glutamat, transaminasi, diteruskan ke glutamat, dengan sisa kerangka karbon dengan sisa kerangka karbon

Transaminasi bersifat reversibel, Transaminasi bersifat reversibel, sehingga transaminase sehingga transaminase (aminotransferase) dapat digunakan (aminotransferase) dapat digunakan pada katabolisma maupun biosintesis pada katabolisma maupun biosintesis asam aminiasam amini

Sebagian besar asam amino mengalami Sebagian besar asam amino mengalami transaminasi, kecuali: lisin (Lys), threonin transaminasi, kecuali: lisin (Lys), threonin (Thr), prolin (Pro) & hidroksiprolin (OH-Pro)(Thr), prolin (Pro) & hidroksiprolin (OH-Pro)

Perlu piridoksal fosfat untuk transminasePerlu piridoksal fosfat untuk transminaseTransaminase bersifat spesifik untuk tiap Transaminase bersifat spesifik untuk tiap

pasang pasang αα-asam amino & -asam amino & αα-asam keto-asam ketoTransaminasi tidak terbatas untuk gugus Transaminasi tidak terbatas untuk gugus

αα-asam amino, tetapi juga untuk -asam amino, tetapi juga untuk -asam -asam amino atau amino atau -asam amino-asam amino

Deaminasi oksidatifDeaminasi oksidatif

Dengan enzim L-asam amino Dengan enzim L-asam amino oksidase mengambil amonia dari oksidase mengambil amonia dari αα--asam amino melalui terbentuknya asam amino melalui terbentuknya asam imino untuk selanjutnya asam imino untuk selanjutnya menjadi asam ketonya.menjadi asam ketonya.

L-asam amino oksidase yang dapat L-asam amino oksidase yang dapat mengalami autooksidasi, terdapat mengalami autooksidasi, terdapat dalam jaringan liver mamaliadalam jaringan liver mamalia

α-Asam Amino α-Asam Imino

α-Asam keto

Flavin Flavin-H2

Amino acidoxidase

H2O

NH4

H2O

H2O2 O2

½O2Catalase

Transport AmmoniaTransport Ammonia

Ammonia secara konstant dihasilkan Ammonia secara konstant dihasilkan di jaringandi jaringan

Oleh liver diambil dari sirkulasi, diubah Oleh liver diambil dari sirkulasi, diubah menjadi glutamat, glutamin dan menjadi glutamat, glutamin dan akhirnya ureaakhirnya urea

Jaringan otak dapat membuat urea Jaringan otak dapat membuat urea tapi tidak pegang peran penting dalam tapi tidak pegang peran penting dalam pembuangan ammonia. Mekanisma pembuangan ammonia. Mekanisma utama detoksifikasi ammonia adalah utama detoksifikasi ammonia adalah dengan pembentukan glutamin dari dengan pembentukan glutamin dari glutamatglutamat

Glutamat dalam otak diperoleh dari Glutamat dalam otak diperoleh dari pasokan glutamat darah (tidak pasokan glutamat darah (tidak mencukupi) dan sintesis dari mencukupi) dan sintesis dari αα--ketoglutarat ketoglutarat mengurangi senyawa- mengurangi senyawa-antara siklus asam sitrat antara siklus asam sitrat diatasi dg diatasi dg fiksasi CO2 , mengubah piruvat fiksasi CO2 , mengubah piruvat menjadi oksaloasetatmenjadi oksaloasetat

Glutamat juga diperoleh dari glutamin Glutamat juga diperoleh dari glutamin dengan pengaruh glutaminasedengan pengaruh glutaminase

L-glutamin Glutaminase

L-glutamat

Reaksi daur ureaReaksi daur urea

Urea merupakan produk akhir Urea merupakan produk akhir katabolisma nitrogen pada manusiakatabolisma nitrogen pada manusia

Disintesis di liver dan diekskresi oleh Disintesis di liver dan diekskresi oleh ginjal (80-90% nitrogen yang diekskresi)ginjal (80-90% nitrogen yang diekskresi)

Terbentuk dari:Terbentuk dari:AmmoniaAmmoniaKarbon dioksidaKarbon dioksidaAspartat dengan adanya ATP Aspartat dengan adanya ATP

(pembentukan 1 mol urea memerlukan 3 (pembentukan 1 mol urea memerlukan 3 mol ATP, 1 mol ion ammonium, 1 mol mol ATP, 1 mol ion ammonium, 1 mol nitrogen amino-alfa aspartat, 1 mol COnitrogen amino-alfa aspartat, 1 mol CO22))

Tahap sintesis ureaTahap sintesis urea

Tahap I. Pembentukan Tahap I. Pembentukan karbamoil fosfatkarbamoil fosfat dg dg enzim karbamoil fosfat sintase Ienzim karbamoil fosfat sintase I

Tahap II. Pembentukan Tahap II. Pembentukan citrulincitrulin dari dari karbamoil fosfat & ornitinkarbamoil fosfat & ornitin

Tahap III. Pembentukan Tahap III. Pembentukan argininosuksinatargininosuksinat Tahap IV. Pemotongan argininosuksinat Tahap IV. Pemotongan argininosuksinat

menjadi menjadi arginin & fumaratarginin & fumarat Tahap V. Pembentukan Tahap V. Pembentukan ureaurea dari arginin & dari arginin &

pembentukan kembali pembentukan kembali ornitinornitin

The Urea CycleThe Urea Cycle

NH3+

-O2CCH 2CH2CHCO 2-

NHCOCH3-O2CCH 2CH2CHCO 2

-

NH3+

H3NCH2CH2CH2CHCO 2-

+

NH4+ + HCO3

- NH2CO2PO3-2

Glutamate N-Acetylglutamate

Ornithine

NH3+

NH2CONH CH2CH2CH2CHCO 2-

N-Acetylglutamatesynthase

CoASAc

4 Steps

CPS-I

Ornithine Transcarbamoylase (OTC)

(mitochondria)

CitrullineUreido group

Carbamoyl phosphate

Activates

The Urea Cycle (Contd.)NH3

+

NH-CHCH2CO2-

CO2-

+H2N=C-HNCH2CH2CH2CHCO 2

-

NH3+

NH2CONH CH2CH2CH2CHCO 2-

Citrulline

Arginosuccinate

Arginosuccinatesynthase

NH3+NH2

H2N=C-HNCH2CH2CH2CHCO 2-

+

Arginine

NH3+

H3NCH2CH2CH2CHCO 2-

+

Ornithine

CO2-

-O2C

H

H

Fumarate

TCA Cycle

Arginase

H2NCONH2

UreaArgino-succinase

OrnithineTranscarbamoylase(mitochondria)

NH3-CHCH2CO2-

CO2-

+ Asp

Gangguan metabolisma dalam Gangguan metabolisma dalam daur ureadaur urea

Hiperammonemia tipe I : karena Hiperammonemia tipe I : karena defisiensi karbamoil fosfat sintasedefisiensi karbamoil fosfat sintase

Hiperammonemia tipe II : karena Hiperammonemia tipe II : karena defisiensi ornitin transkarbamoilasedefisiensi ornitin transkarbamoilase

Sitrulinemia : karena defisiensi Sitrulinemia : karena defisiensi argininosuksinat sintaseargininosuksinat sintase

Argininosuksinikasiduria : karena Argininosuksinikasiduria : karena defisiensi argininosuksinasedefisiensi argininosuksinase

Hiperarginiemia : karena defisiensi Hiperarginiemia : karena defisiensi arginasearginase