METABOLISME NITROGEN

1. SINTESIS DAN SUMBER ASAM AMINO DARI MAKANAN2. PENCERNAAN PROTEIN3. KATABOLISME ASAM AMINO4. PEMBUANGAN METABOLISME PIRIMIDIN DAN PURIN6. METABOLISME KELEBIHAN NITROGEN5. SENYAWA C17. METABOLISME PORFIRIN

1. SINTESIS DAN SUMBER ASAM AMINO DARI MAKANAN - Hewan tergantung sumber nitrogen terfiksasi (tereduksi) untuk pertumbuhan dari hewan atau tanaman. - Tanaman untuk memfiksasi nitrogen tergtantung pada bakteri. - Manusia membutuhkan nitrogen terfiksasi yang harus berasal dari makanan (sebagai protein), terutama untuk sintesis protein dan asam nukleat, juga mensintesis banyak metabolit tertentu seperti porfirin dan fosfolipid - Banyaknya protein ( nitrogen terfikasasi) yang dicerna menentukan keadaan keseimbangan nitrogen seseorang - Hewan, manusia akan mengeluarkan senyawa - senyawa nitrogen seseorang walaupun diit protein, karena tidak semua senyawa protein didaur ulang. Hal ini disebut keseimbangan nitrogen negatif. - Banyak protein yang dibutuhkan untuk mempertahankan keseimbangan N, tetapi tidak semua asam amino (protein nabati) adalah sama pentingnya untuk metabolisme hewan. - Jumlah protein yang dibutuhkan untuk keseimbangan N adalah 28g/hari atau 3,8g N (berat badan 70 kg), jika sumber protein berasal dari gandum, maka perlu ditingkatkan menjadi 40 g/ hari. Jumlah protein yang dibutuhkan untuk anak- anak sekitar 0,6g/ hari > orang dewasa. - Belum ada korelasi anak faktor usia pendek dengan terlalu banyak mengkonsumsi protein

- Fiksasi nitrogen adalah proses biokimia yang mendasar setelah fotosintesi, dimana.

Nitrogen atmosfer direduksi menjasi amonia. Fiksasi N dapat dilakukan oleh alga hijau-biru , beberapa ragi dan terutama bakteri, reduksi N sbb:

N2 + 3H2 2NH3 ΔG0’ = -33,5 KJ / mol

Merupakan reaksi eksoterrm, proses biologis berlangsung pada 1atm dan -250C, dalam bakteri reaksi ini dikatalisis oleh enzim nitrogenase

- Dibutuhkan NADH, flavoprotein dan NADPH sebagai donor elektron.

Semua organisme tingkat tinggi menggantungkan amonia dari produksi bakteri untuk metabolisme N nya.

- Amonia berkondensasi dengan 2-oksoglutarat diubah menjadi glutamat dengan bantuan enzim glutamat dehidrogenase, yang mempunyai aktivitas tertinggi dalam hati dan ginjal.

NH4+ + 2-oksoglutarat + NADPH + H+ Glutamat + NADP+ + H2O

- Glutamat dehidrogenase juga membutuhkan NAD+ untuk degradasi

glutamat, merupakan reaksi reversibel. Arah fluks total ditentukan semata-

mata oleh konsentrasi relatif reaktan , maka reaksi ini mempunyai dua

fungsi yang sama pentingnya yaitu asimilasi amonia atau penghilangannya

dari metabolit.

- Glutamat juga diproduksi dalam beberapa bakteri melalui reaksi yang dikatalisis oleh glutamin sintetase dan glutamat sintetase yang kerja sama.

Glutamin sitetase mengkatalisis sintesis glutamin dalam hampir semua organisme. Pada manusia ensim tersebut aktif terutama di hati dan glutamin ditranspor dari hati ke jaringan- jaringan lain melalui darah.

COO- CONH2

CH2 CH2

NH4+ + CH2 CH2 + H2O

H C-NH3+ HC-NH3

+

COO- COO-

Glutamat Glutamin

- Glutamat sintetase tidak terdapat dalam tubuh manusia, tetapi ada di bakteri, yang mengkatalisis pembentukan glutamat

CONH2 COO- COO-

CH2 CH2 CH2

CH2 + CH2 2 CH2

HC-NH3+ CO HC-NH3

+

COO- COO- COO-

Glutamin 2-Oksaloglutarat Glutamat

ATP ADP+ Pi

ATP ATP+ Pi

- Sistem kerja sama enzim ini ada di algae hijau- biru dan Rhizobia.

- Gugus amida dari glutamin menyediakan amonia untuk sintesis banyak senyawa Yang mengandung N, misal purin dan pirimidin.

- Glutamat menyediakan gugus amino untuk sintesis banyak asam amino lainnya melalui reaksi transaminasi di dalam sel. Asam -asam amino ini kemudian digunakan untuk sintesis peotein dan aspek-aspek lain dari metabolisme Nitrogen.

Mayoritas hewan tergantung pada protein nabati atau hewani untuk mendapatkan N terfiksasi, untuk metabolisme nitrogen mereka.

- Tranaminasi adalah proses transfer amonia secara reversibel antara asam amino dan asam 2-okso, yang dikatalisis oleh aminotransferase yang mengikat piridoksal fosfat sebagai prostetik,

- Piridoksal fosfat dan piridoksamin fosfat adalah bentuk koenzim dari vit B6.CHO

N N

HO HO

H3C H3C

CH2OPO32-

CH2OPO32-

CH2NH2

(a) Piridoksal fosfat (b) Piridoksamin fosfat

Gambar1 : struktur piridoksal fosfat dan piridokdamin fosfat

- Gugus aldehid dari piridoksal fosfat menerima gugua amino dari suatu asam amino dengan pembentukan basa Schiff

Asam amino diubah menjadi asam 2-okso, dan piridoksal fosfat diubah menjadi piridoksamin fosfat, kemudian ditransfer kepada asam 2-okso lainnya dan mengubahnya menjadi asam amino. Dalam reaksi kedua ini piridoksamin fosfat diubah kembali menjadi piridoksal fosfat.:

Piridoksamin fosfat

Piridoksal fosfat Asam amino (2)Asam amino (1)

2-Okoacid (2)2-Okoacid (1)

Reaksi keseluruhannya adalah :

Asam amino(1) + asam 2-okso(2) Asam -2okso (1) + asam amino (2)

2-Oksoglutarat adalah aseptor normal untuk gugus amino.

Pada reaksi aminotransferase, 2-oksoglutarat ditransaminasi membnetuk glutamat.

Terdapar setidaknya 13 macam aminotransferase, tetapi spesifiksitasnya belum semua diketahui, yang paling penting adalah :

(a) Aspartat aminotransferase, mengkatalisis reaksi reversibel sbb :

COO- COO- COO- COO-

CH2 CH2 CH2 CH2

CO + CH2 CH2 + HC-NH3+

COO- HC-NH3+ CO COO-

COO- COO-

Oksaloasetat Glutamat 2-Oksoglutarat Aspartat

(b) Alanin aminotransferase yang mengkatalisis reaksi sbb :

COO- COO-

CH3 CH2 CH2 CH3

CO + CH2 CH2 + HC-NH3+

COO- HC-NH3+ CO COO-

COO- COO-

Piruvat Glutamat 2-Oksoglutarat Alanin

- Aspartat aminotransferase maupun alanin aminotransferase dilepaskan ke dalam darah setelah terjadi kerusakan jaringan atau kematian sel.

Enzim -enzim ini dipakai sebagai alat diagnosa ketika telah terjadi kerusakan jantung atau hati , misal setelah serangan jantung atau hepatitis.

- Enzim -enzim lain juga dilepas ke dalam darah pada waktu bersamaan , contoh : kerusakan otot antung dapat dikarakterisasi oleh adanya isoenzim kreatin kinase atau laktat dehidrogenase dalam plasma

- Arti metabolis dari keanekaragaman aminotransferase belum difahami sepenuhnya

- Konsentrasi aminotransferase tertinggi adalah dalam sitoplasma, tetapi enzim -enzim ini juga terdapat dalam mitokondria dimana glutamat dehidrogenase hanya terdapat di sana.

- Aminotransferase dan glutamat dehidrogenase mengatalisis reaksi inti dalam metabolisme asam amino.

- Kebanyakan aminotrnsferase dan glutamat dehidrogenase terdapat da;lam semua jaringan dengan konsentrasi relatif tinggi dibandingkan dengan enzim-enzim lainnya,misal enzim terlibat dalam glikolisis.’

- reversibel dari kedua reaksi memungkinkan pertukaran gugus amino dengan cepat dan pembentukan asam 2-Okso, seperti pada gambar 2 :

Protein makanan Protein Endogen

Protein Asam amino

CO2 + H2O

Asam 2-Okso Karbohidrat

Aminotransferase

Lipid

2-Okoglutarat Glutamat

Glukosa

Glutamat dehidrogenase

NH4+

Gambar 2 : Peranan inti aminotransferase dan glutamat dehidrogenase

dalam metabolisme Nitrogen

- Dalam keadaan sangat kelaparan protein maupun karbohidrat terdapat sangat sedikit. Pengaruhnya protein endogen ( dari otot) terhidrolisis, melepaskan asam amino untuk sintesis protein dan oksidasi menghasilkan energi.

- Asam 2-Okso yang dihasilkan oleh aminotransferase dapat memasuki glukoneogenesis atau dapat diproses menjadi CO2 dan H2O. Glutamat dehidrogenase mengatalisis pembentukan amonia dari gugus amino pada saat asam amino diuraikan.

- Triplet basa RNA ( kodon) terdapat untuk ke- 20 asam amino yang digunakan dalam sintesis protein.

- Kemampuan suatu organisme untuk hidup dan tumbuh tergantung pada sintesis protein dan juga pasokan ke- 20 asam amino.

- Tumbuhan tingkat tinggi dapat mensintesis ke- 20 asam amino tersebut, namun banyak mikroorganismen dan hewan tingkat tinggi yang mensintesisi lebih sedikit.

- Mamalia mensintesis 10 dari 20 asam amino,sedangkan sisanya harus dipasok dari makanan, biasanya dalam bentuk protein nabati atau hewani.

- Asam amino yang tidak dapat disintesis manusia secara de novo tetapi sangat penting untuk hidup disebut sebagai asam amino essential.

Asam amino yang dapat disintesis oleh manusia disebut asam amino nonessential

- ASam amino essential dan nonessential dapat dilihat pada tabel sbb:

ESSENTIAL

Isoleusin

Leusin

Lisin

Metionin

Fenilalanin

Treonin

Triptopan

Valin

Arginin *

Histidin

NONESSENTIAL

Glutamat

Glutamin

Prolin

Aspartat

Asparagin

Alanin

Glisin

Serin

Tirosin

Sistein

* Essensial hanya bagi bayi dan anak-anak

Tabel 1 : Asam- asam amino nonessentiaql dan essential baqgi manusia

Asam amino nonesensial disintesis tegantung pada ketersediaannya rangka karbon yang sesuai dan sumber amonia.

Glukosa merupakan sumber rangka karbon untuk sebagian besar asam amino nonesensial

- Dua asam amino esensial yaitu fenilalanin dan metionin , digunakan untuk membentuk asam amino nonesensal tirosin dan sistein.

- amonia yang tersedia pada keadaan normal ( tidak kelaparan) ,maka asam amino menjadi esensial pada makanan ketika tubuh tidak mampu mensintesis rangka karbonnya.

- Asam 2-oksotertentu diperlukan untuk mensintesis asam amino nonesensial yaitu terdapatpada tabel 2

Tabel2 : Asam 2- Okso untuk yang diperlukan sintesis asam amino nonesensial

AsamAmino

Alanin

Apartat, Asparagin

Glutamat, glutamin, prolin, arginin *

Serin

Asam 2- Okso

Piruvat

Oksaloasetat

2-Oksoglutarat

Piruvat,3- hidroksipiruvat

* Essensial hanya bagi bayi dan anak- anak

-4 ( empat) asam amino yaitu alanin, aspartat, glutmat dan serin dibentuk oleh transaminasi oksoacid yang sesuai.

-- ASam amino nonesensial lainnya kemudian diturunkan dari ke empat asam amino tersebut.

- Sintesis serin dan tirosin penting dalam aspek metabolisme ataupun klinis.

Sintesis serin sangat penting untuk metabolisme asam folat, sedangkan defisiensi enzim yang mensintesis tirosin dapat menimbulkan fenilketonuria.

- Arginin disintesis dari aspartat dan ornitin selama pembentukan urea.

Argininsuksinat sintetase dan argininsuksinat Liase mengatalisis reaksi kondensasi dan pemotongan yang mengakibatkan pembentukan arginin.

- Serin dibentuk dari 3-fosfogliserat ( gambar3) . Serin juga disintesis dari glisisn dalam suatu reaksi yang dikatalisis oleh serin hidroksimetiltransferase.

CH2-OH H

HC-NH3+ HC-NH3

+

COO- COO-

Serin Glisin

THF Metionin THF

- N5, N10-Metilentetrahidrofolat ( metilen-THF)adalah salah satu koenzim asam folat. Reaksi ini sangat reversibel, dan fluks totalnya biasanya dalam arah sintesis glisin, maka asam amino ini dapat diperoleh dari glukosa melalui serin.

3-Fosfogliserat

Fosfogliserat dehidrogenase

3-Fosfohidroksipiruvat

3-Fosfoserin

Fosfoserin transaminase

Fosfoserin fosfatase

Serin

NAD+

NADH + H+

Glutamat

2-Oksoglutarat

H2O

Pi

Gambar 3 : jalur utama sitesis serin

- 2 asam amino nonesensial yaitu tirosin dan sistein, diturunkan dari asam amino esensial dan sebagai produk penguraian, karena merupakan intermediet dalam degradasi normal asam-asam amino tsb. Jika 2 asam amino esensial fenilalanin dan metionin cukup dari makanan, maka sintesis tirosin dan sistein dapat berlangsung

-Tirosin disintesis dari fenilalanin dalam reaksi yang dikatalisis oleh fenilalanin hidroksilase, yang mengatalisis dua reaksi

Kekuatan pereduksi dalam reaksi ini datang dari NADPH dan oksigen dari molekul oksigen.

NADP+

H+ + NADPH

Tetrahidrobiopterin

Dihidrobiopterin

Fenilalanin

Tirosin

O2

H2O

Reaksi keseluruhan ,yaitu :

CH2

HC-NH3+

COO-

Fenilalanin

CH2

HC-NH3+

COO-

Tirosin

OH

+ O2 + H2O

NADPH + H+ NADP+

- Aktivitas enzim pertama (dihidrobiopterin reduktase) mengatalisis transfer

hidrogen kepada dihidrobiopterin,yang akan tereduksi menjadi tetrahidrobiopterin.

- Aktivitas enzim kedua yaitu hidroksilase yang mengandung dua atom Fe3+, dan mengatalisis reduksi O2 sedemikian rupa sehingga satu atom oksigen dimasukkan ke dalam fenilalanin untuk membentuk tirosin, dan kedua membentuk air.

- Pada saat sama tetrahidrobiopterin dioksidasi menjadi dihidrobiopterin.

- Fenilalanin hidroksilase adalah suatu contoh dari oksidasi fungsi campuran

( mixed-function oxidase ) .

- Suatu penyakit turunan kekurangan fenilalanin yang tidak diubah menjadi tirosin melainkan dikeluarkan sebagai fenilpiruvat. Kondisi yang terjadi pada bayi ini dikenal sebagai fenilketonuria dan berkaitan dengan retardasi mental yang parah.

- Sama seperti asam folat, biopterin memiliki cincin pterin (Gbr 4: trn biopterin)

NN

NH

HN

NH

HN

NH

NH

HN

OHH

CHOHCHOH

CH3

HH H2N

O

HH

H

CHOHCHOH

CH3

(a) Dihidrobiopterin (b) Tetrahidrobiopterin

2. PENCERNAAN PROTEIN

- Protein dari makanan adalah sumber utama nitrogen terfiksasi bagi hewan tingkat tinggi

- Dalam pencernakan protein dihidrolisis oleh serangkaian enzim hidrolisis dalam lambung dan usus halus menjadi peptida dan asam amino, yang diserap dari lumen pada jalur gastrointestinal. Enzim ini dikenal sebagai enzim-enzim proteolitik atau protease, yang termasuk dalam kelompok enzim disebut hidrolase.

- Enzims proteolitik dikeluarkan dalam cairan lambung atau oleh pancreas sebagai prekusor inaktif yang disebut Zimogen.

Untuk tripsin, zomogen tripsinogen disintesis dalam retikulum endoplasma pada sel pankreas dan dikeluarkan dari butiran zimogen ke dalam saluran yang menuju duodenum. Butiran ini diproduksi oleh badan golgi dan terdiri atas molekul-molekul tripsinogen yang dikelilingi oleh membran lipid-protein.

Sel pankreas juga memproduksi inhibitor tripsin yang memastikan bahwa mereka sendiri tidak dicerna.

- Pada penyakit pankreatitis yang adakalanya mengikuti serangan penyakit gondok , enzims proteolitik yang dikeluarkan oleh pankreas teraktivasi terlalu dini dan mencerna sel pankreas.,

- Masuknya protein ke dalam lambung menstimulasi pelepasan hormon gastrin, yang kemudian menyebabkan pelepasan asam hidroklorida dari sel parietal, dan pepsinogen dari Chief cells ( gambar :5).

Pepsinogen merupakan zimogen yang lain( semua zimogen diawali dengan pro- atau diakhiri dengan -ogen)

Gambar 5

- Ketika kandungan yang ada di lambung menuju usus halus , pH rendah menyebabkan pelepasan hormon sekretin dari sel usus halus. Sekretin menyebabkan pelepasan bikarbonat dari pankreas menetralkan asam hidroklorida dan memungkinkan enzim hidrolitik tripsin , kimotripsin, elastase, dan karboksipeptidase untuk berfungsi optimal pada pH 7- 8.

- Terdapat berbagai macam hormon peptida yang bekerja dalam saluran usus,yaitu gastrin yang menstimulasi sekresi asam gastrat ; sekretin dan somatostatin yang menginhibisi produksi gastrin.

Kolekistokinindan somatostatin dapat menginhibisi sekresi asam gastrat secara langsung dan kolekistokinin menyebabkan kantung empedu berkontraksi sehingga mendorong empedu ke dalam duodenum.

- Dalam duodenum , zimogen pancreas yaitu : tripsinogen , kimotripsinogen, proelastase dan prokarboksipeptidase diubah menjadi enzim aktif oleh enteropeptidase serta tripsin , tampak pada gambar 6.

- Aktivitas semua zimogen ini melibatkan pemotongan ikatan peptida dan penghilangan peptida, menyebabkan perubahan konformasi dan pembentukan sisi aktif fungsional.

Gambar7

-Tripsinogen, kimotripsinogen,proelastase dan prokarboksipeptidase semua disintesis sebagai rantai polipeptida tunggal dengan Mr sekitar 25.000-30.000

-Langkah awal dalam aktivasi zimogen-zimogen ini yaitu hidrolisis heksapeptida dari ujung N tripsinogen, menghasilkan tripsin dan dikatalisis oleh enteropeptidase, yaitu suatau enzimglikoprotein besar yang berada pada membran perbatasan sel dari usus halus.

-- Aktivasi zimogen selain tripsinogen salah satunya adalah aktivasi kimotripsinogen yang diperlihatkan pada gambar &.

Tripsinogen

enteropeptidase Val-Asp-Asp-Asp-Asp-Lys

TripsinProelastase

Elastase

Prokarboksipeptidase

Karboksipeptidase

Kimotripsinogen

Kimotripsin

Gambar 6: Aktivasi Zimogen-zimogen pancreas

- Kimotripsinogen yang merupakan rantai polipptida tunggal dari 245 residu asam amino akan diubah menjadi α- kimotripsin yang memiliki 3 rantai polipeptida yang dihubungkan oleh dua dari lima ikatan disulfida yang ada pada struktur primer kimotripsin.

- η- dan δ-kimotripsin juga mempunyai aktivitas proteolitik, sebaliknya konversi prokarboksipeptidase menjadi karboksipeptidase melibatkan hidrolisis satu asam amino.

- Menurut teori terdapat 20 x 20 kemungkinan kombinasi .residu asam amino yang saling bersebelahan satu sama lain dalam suatu polipeptida.

- Jika tiap kombinasi membutuhkan 1 protease spesifik, maka 400 enzim proteolitik yang berbeda akan dibutuhkan. Namun enzim proteolitik yang mempunyai spesifisitas luas, sebagian besar terbatas pada gugus- gugus asam amino yang mempunyai karakteristik rantai samping serupa ( basa atau nonpolar), sehingga hanya beberapa jenis enzim yang berbeda yang ditemui .

- Semua enzim proteolitik mengatalisis hidrolisis ikatan peptida :

R-CO-NH-R’ + H2O R-COO- + NH3+-R’

- Spesifitasnya ditentukan oleh rantai samping asam amino pada setiap sisi ikatan peptida yang dihidrolisis dalam rantai polipeptida - Endopeptidase, rantai samping asam aminonya menyumbangkan gugus karbonil dari ikatan peptida yang menentukan apakah substrat akan berikatan

- Kimotripsin menghidrolisis ikatan peptida dimana gugus karbonil berasal dari salah satu asam amino aromatik , yaitu fenilalanin, tirosin,triptofan.

Tabel 3 : Spesifitas Enzim - Enzim Proteolitik

SPESIFITASPhe,Tyr,Trp,; juga Leu, Glu,Gln.

Lys, Arg.

Phe , Tyr ,Trp.

Residu ujung karboksi non polar yang besar

Ala , Gly, Ser

Residu ujung amino.

ENZIM Pepsin

Tripsin

Kimotripsin

Karboksipeptidase A

Elastase

Aminopeptidase

-3 dari 4 protease pankreas ( tripsin,kimotripsin, dan alstase) disebut serin protease, karena semua aktivitasnya tergantung pada rantai samping serin dalam sisi aktif.

- Residu serin menyerang gugus karbonil pada ikatan peptida untuk memotong peptidanya, membentuk suatu interemdiet asil -enzim. Ikatan ester ini kemudian dihidrolisis dalam langkah kedua :

R-CO-NH-R’ + Enz-CH2OH R-CO-OCH2-Enz + R’-NH2

R-CO-OCH2-Enz + H2O R-COOH + Enz- CH2OH

Gambar 8 : Kantung spesifitas substrat

-Spesifitas enzims proteolitik yang berbeda berkaitan dengan kantungs spesifitas ( spesiticity pockets) pada sisi ikatan ( gambar 8).

-Kantungs ini pada permukaan enzim mengakomodasi rantai samping residu asam amino yang berada pada sisi karbonil dari scisile bond pada substrat.

- Pada Tripsin, dan residu serin yang yang terdapat pada kimotripsin digantikan oleh residu aspartat. Hal ini memungkinkan residu arginin dan lisin kation srbagai ganti rantai samping aromatik yang besar.

- Pada elatase, dua residu glisin pada kimotripsin digantukan oleh valin dan treonin. Rantai sampingnya yang besar menghalangi spesifitas kantung sehingga elatase menghidrolisis ikatan peptida yang bersebelahan dengan rantai samping yang lebih kecil dan tidak bermuatan.

- Pepsin dan protease pancreas mengatalisis konversi protein makanan

menjadi peptida dan asam amino.

- Aminopeptidase dan dipeptidase dalam mukosa usus hampir menyempurnakan hidrolisis peptida menjadi asam amino, tetapi beberapa peptida( terutama yang mengandung glutamat) lewat ke dalam sel mukosa saluran usus bersama dengan asam-asam amino bebas.

- Aminopeptidase menghilangkan asam amino dari ujung N suatu peptida.

- Hidrolisis protein dalam pencernaan diringkas dalam gambar 9:

NH3+

Asam amino basaTripsin

Asam amino aromatik

Kimotripsin

GlisinElastase

Gambar 9 : Peruraian protein menjadi asam amino dalam pencenaan

- Asam amino, dipeptida, dan beberapa tripeptida ditranspor dari lumen menuju usus melalui membran perbatasan sel mukosa ke dalam sitoplasma.

- Peptida- peptida tersebut dihidrolisis menjadi adam amino

- Transpor peptida dan asam amino adalah aktif dan sama dengan transpor glukosa, yaitu bersama dengan Na+ melintasi membran sel usus oleh protein spesifik disebut Na+ symport.

- Diantara lumen saluran usus dan sitoplasma sel terdapat gradien konsentrasi Na+ yang dipertahankan oleh Na+/K+ ATPase pada dasar sel yang berdekatan dengan kaliper darah.

- Na+/K+ ATPase memom Na+ pa Na+ dari sel ke dalam darah. Maka konsentrasi Na+ dalam darah , maka [Na+ ] adalah lebih rendah daripada dalam lumen usus. Terdapat 7 protein transpor yang terlibat dalam transpor asam amino.

- Beberapa asam amino mengalami difusi yang dipermudah melalui protein transpor selektif ke dalam aliran darah.Asam amino diambil oleh hati dan organ lainnya.

- Asam amino lain, terutama glutamamin , aspartat, dan asparagin dicerna oleh saluran usus untuk kebutuhan energi.

-.

Gambar 10 : Nasib rangka karbon dari asam- asam amino

3. KATABOLISME ASAM AMINO

- Katabolisme asam amino cukup rumit, terdapat banyak perbedaan diantara asam amino untuk dibuat generalisasi yang berguna.

- Rangka karbon asam amino ( kecuali leusin) dapat digunakan unuk glukoneogenesis. Nasub atom- atom karbon ini diringkas pada gb 10.

- Semua sasam amino yang cepat membentuk piruvat dapat digunakan untuk glukoneogenesis, disebut asam amino glukogenik.

- Satu asam amino ( leusin) tidak membentuk intermediet apapun pada glukoneogenesis (leusin hanya merupakan ketogenik). Didegradasi menjadi asetoasetat dan asetil-KoA.

- Beberapa asam amino yaitu : fenilalanin, tirosin, triptopan, dan isoleusin merupakan glukogenik dan ketogenik. Mayoritas asam amino merupakan glukogenik yang paling baik.

- Jalur yang terlibat dalam katabolisme asam amino individu ada merupakan reaksi satu langkah , seperti : aspartat, glutamat dan alanin menggunakan aminotransferase yang sesuai.

Sedangkan reaksi multi langkah seperti pada asam amino aromatik dan lisin, tirosin didegradasi dalam 4 langkah menjadi asetoasetat dan fumarat.

- Tirosin merupakan produk degradasi fenilalanin yang awalnya diubah menjadi 3,4-dihidroksifenilalanin( dopa) dan dopa kuinon oleh enzim tirosinase yang mengandung tembaga.

Tironase ditemukan dalam melanosit dan merupakan oksidasi fungsi campuran, yang mengatalisis reaksi sbb:

Tirosin + O2

CH2

CH-NH3+

COO-

Dopa

CH2

CH-

CO-

Dopa

CH2

CH-NH3+

COO-

Dopa kuinon

O

O

OHOH

+ [O] + H2O

Dopa kuinon diubah menjadi norepinefrin dan epinefrin dalam medula ginjal

OH

CHCH2NH2+CH3

OH

CHCH2NH3+

HO

OH

HO

OH

Gambar 11 : ( a) struktur norepinefrin dan (b) epinefrin

(a) (b)

- Katabolisme asam amino terutama penting dalam kondisi kelaparan ketika asam amino yang dikatabolisme dalam jaringan utama menggambarkan fungssi jaringan tersebut

- Karena banyaknya otot, katabolisme asam amino terutama penting dalam jaringan tsb yang selama kelaparan memasok hati dengan sebagian besar prekursor glukoneogenesisnya.

- Asam amino yang dihasilkan dari proteolisis selama kelaparan diinterkonversi di dalam otot sehingga sekitar 60% massa asam amino yang meninggalkan otot adalah glutamin dan alanin.

- Asam amino dengan rantai bercabang , yaitu valin , leusin, dan isoleusin yang merupakan asam amino esensial , dideaminasi dalam otot oleh aminotransfease spesifik, dan 2-oksonya ditranspor ke hati untuk metabolisme selanjtnya dengan asam 2-oksodehidrogenase rantai bercabang ( BCOADH).

- Aminotransferase inaktif di dalam hati, jaringan disekelilingnya dipasok dengan valin,leusin dan isoleusin

- Ketika jumlahnya banyak aktivitas BCOADH ( mendekarboksilasi oksidatif valin,leusin ,isoleusin dalam reaksi analog dikatalisis oleh kompleks piruvat dehidrogenase menjadi turunan KoA) diregulasi oleh fosforilasi

( menimbulkan bentuk inaktif) sesuai kebutuhan tubuh akan asam amino rantai bercabang.

- Kendali ini dikesampingkan selama kondisi kelaparan ketika kebutuhan tubuh akan glukosa untuk terus hidup menjadi kebutuhan tertinggi

- Dalam kondisi kelaparan , ginjal menggunakan glutamin dan glutamat diturunkan darinya sebagai amonia untuk menyangga ketone bodies yang dikeluarkan. Sebagian amonia masuk ke hati untuk sintesis urea.

- Rangka karbon 2-oksoglutarat digunakan untuk glukoneogenesis.

- Usus lebih memilih menggunakan glutamin, glutamat, aspartat dan asparagin untuk metabolisme dalam keadaan normal maupun kelaparan.

- Usus mempunyai kebutuhan tinggi akan pembelahan sel berkaitan dengan mengelupas sel usus, dan glutamin digunakan sebagai sumber nitrogen untuk sintesis purin.

- Sebagian glutamin digunakan untuk membuat sitrulin (yang pergi menuju ginjal untuk diubah menjadi arginin yang diubah menjadi alanin memasuki gerbang pembuluh darah.

- Gambar 12 adalah ringkasan metabolisme asam amino dalam jaringan - jaringan berasal dari nitrogen untuk disintesis urea di dalam hati.

Gambar 12 : Transfer komponen nitrogen dari jaringan ke hati untuk sintesis urea

4. PEMBUANGAN KELEBIHAN NITROGEN

- Nitrogen tidak disimpan dalam tubuh, semua kelebihan nitrogen dari kebutuhan tubuh yang meningkat akan dikeluarkan.

- Bila tubuh mencerna nitrogen kurang dari yang dibutuhkan untuk pertumbuhan dan perbaikan jaringan , maka tubuh memanfaatkan nitrogen yang disimpan dalam protein otot.

- Kelebihan asam amino dari kebutuhan metabolisme akan didegradasi menjadi rangka karbonnya, memasuki metabolisme energi ata diubah menjadi senyawa lain dan amonia. Amonia dikeluarkan atau diubah menjadi urea untuk dikeluarkan, ini terjadi pada manusia, ada perbedaan pada spesies-spesies utama dalam hal penghilangan kelebihan amonia.

- Pada hewan air,amonia berdifusi keluar dari tubuh daging sebagai strategi menjaga Na+ dan K+ .Kelebihan PO4

3- dan melalui kulit. Hewan darat mengeluarkan kelebihan amonia dalam bentuk urea dan asam urat

- Amonia yang dikeluarkan oleh manusia yang memakan banyak SO42- yang

dihasilkan dari fosfoprotein dan asam amino yang mengandung S dikeluarkan sebagai garam amonium. Na+ dan K+ Ditukarkan dengan NH4

+ dalam ginjal.

- Pengeluaran urea membutuhkan banyak sekali pasokan air karena secara normal dikeluarkan dalam bentuk larutan, sedangkan asam urat sangat tidak larut dan dikeluarkan bentuk padatan oleh burung dan reptil

- Pada hewan yang sulit air atau, konservasi air merupakan hal penting(misal burung),kelebihan amonia dikeluarkan dalam bentuk asam urat.

- Urea (NH2CONH2) sangat mudah larut (10mol/l) ,nontoksik dan mempunnyai kandungan nitrogen tinggi( 47%).

- Manusia normal mengeluarkan ~30g/hari pada diet makanan barat, tetapi pada makanan berprotein tinggi jumlah ini meningkat sampai 100g/hari.

- Manusia dan primata mengeluarkan sejumlah kecil asam urat sebagai produk akhir metabolisme purin. Manusia mengeluarkan kelebihan nitrogen dalam bentuk amonia, urea dan asam urat.

- Beberapa metabolit lain yang mengandung nitrogen terutama pigmen empedu juga dikeluarkan , ini adalah produk degradasi hemoglobin dan molekul lain yang mengandung porfirin.

- Enzim utama yang terlibat dalam pembentukan amonia di dalam hati, otak, otot dan ginjal yaitu glutamat dehidrogenase yang mengatalisis reaksi kondensasi amonia dengan 2-oksoglutarat membentuk glutamat.

- Sejumlah kecil amonia diproduksi dari metabolit amina penting seperti epinefrin,norepinefrin dan histamin melalui reaksi amina oksidase.

- Amonia juga dihasilkan dalam degradasi purin dan pirimidin serta dalam usus halus dari hidrolisis glutamin.

- Konsentrasi amonia diregulasi dalam batas yang sempit, yaitu batas normal dalam darah manusia adalah ~70µmol/l . Amonia menjadi toksik bagi kebanyakan sel bila konsentrasi cukup rendah, maka ada mekanisme kimia tertentu untuk penghilangannya. Alasan adanya toksisitas amonia masih belum difahami. Aktivitas siklus urea dalam hati menjaga konsentrasi amonia dalam darah sekelilingnya sebesar ~20µmol/l.

- Dalam jaringan amonia dan ion ammonium berada dalam keseimbangan :

NH3 + H+ NH4+

Pada pH hidrolisis 7,2 ~ 99 % amonia terdapat dalam bentuk ion.

- Bentuk tak terionisasi berdifusi melintasi membran sel , sedangkan ion ammonium ditranspor lebih lambat melalui proses dengan perantara pengangkut.

- Sebagian besar amonia yang diubah menjadi urea dalam hati berasal dari metabolisme dalam jaringan ekstrahepatik , walau hanya sebagian kecil yang meninggalkan jaringan dalam bentuk amonia.

- Sel absorptif pada usus halus merupakan pengecualian pelepasan amonia ke dalam pembuluh darah, yaitu konsentrasi amonium dapat mencapai 0,26mmol/l, dihitung untuk urea yang disintesis dalam hati.

- Aliran Nitrogen menuju hati yang mensintesis urea dapat dilihat pada gambar 12.

-

- Urea disintesis di hati oleh serangkaian reaksi Siklus urea( gambar 13)

- Satu N dari amoniaum, sedang yang kedua dari aspartat, karbon dari CO2.

- Sintesis urea memerlukan pembentukan karbamoil fosfat dan 4 reaksi enzim pada siklus urea. Beberapa reaksi berlangsung dalam mitokondria dan beberapa reaksi lainnya dalam sitoplasma.

Gambar 13 : siklus urea

- Karbamoil fosfat sintetase I mengatalisis pembentukan karbamoil fosfat ( NH2COOPO3

2-) yang berlangsung dalam matriks mitokondria : NH4

+ + HCO3- + 2 ATP NH2COOPO3

2- + 2ADP + Pi

- Amonium dapat berasal dari glutamat melalui glutamat dehidrogenase atau dalam bentuk bebas dalam darah, dan HCO3

- berasal dari respirasi. - Reaksi pertama pada siklus urea berlangsung dalam mitokondria dan

dikatalisis oleh ornitin karbomoiltransferase. (CH2)3NH3

+ (CH2)3NHCONH2

HC- NH3+ + NH2COOPO3

2- HC-NH3+ + Pi

COO- COO-

L-Ornitin Karbamoil fosfat Sitrulin

- Baik ornitrin ( homolog lisin) maupun sitrulin adalah asam L- amino, tetapi keduanya tidak memiliki kodon genetik, dan hanya ada sebagai modifikasi postranslasi pada residu arginin dalam beberapa protein seperti : keratin,sitrulin meninggalkan mitokondria oleh sistem transfer sama yang mempermudah pemasukan ornitin dari sitoplasma.

- Nama sitrulin diambil dari genus semangka (Citrullus) pertama kali ditemukan pada tahun 1930.Selain itu diketahui bahwa sitrulin produk degradasi arginin dalam krebs bakteri yang mengelusidasi bentuk siklus urea.Maka sitrulin adalah intermediet antara ornitin dan arginin.

- Siklus urea adalah siklus metabolisme pertama kali ditemukan dengan kata “Krebs siklus”, memunculkan pola baru untuk organisasi proses

metabolisme.

- Arginosuksinat sintetase ( enzim kedua pada siklus urea) dan dua enzim siklus sisanya ditemukan dalam sitoplasma.

- Arginosuksinat sintetase mengatalisis kondensasi sitrulin dengan aspatat untuk membentuk argininosuksinat. Reaksi ini membutuhkan satu molekul ATP yang dihidrolisis menjadi AMP dab PPi.

- Pirofosfat adalah inhibitor kuat bagi reaksi : Ki = 6,2 X 10-5M, tetapi inhibisi biasanya tidak ditemukan karena aktivitas pirofosfatase.

Sitrulin + Aspartat + ATP Argininsuksinat + AMP + PPi

- Argininosuksinat liase (enzim ketiga) secara reversibel mengatalisis pemotongan argininosuksinat menjadi arginin dan fumarat.

Mg2+

NH2+ COO-

C-NH-CH

NH CH2COO-

(CH2)3

HC-NN3+

COO- Argininosuksinat

NH2+ COO-

C-NH3+ CH

NH + CH

(CH2)3 COO-

HC-NN3+

COO- Arginin Fumarat

- Reaksi ini memasok arginin untuk sintesis protein Arginin yang dihilangkan dari siklus dengan harus digantikan, yaitu mensintesis ornitin dari glutamat.

- Nasib fumarat tergantung pada kebutuhan untuk glukoneogenesis.Jika membutuhkan glukosa , fumarat diubah oleh fumarase sitosol dan malat dehidrogenase menjadi oksaloasetat lalu menjadi fosfoenolpiruvat dan glukosa. Jika fumarat tidak dibutuhkan untuk glukoneogenesis , fumarat dapat diubah menjadi oksaloasetat dan ditransaminasi oleh aspartat aminotransferase menyediakan aspartat guna putaran siklus urea lanjut.

- Arginase, enzim terakhir ( keempat) dalam siklus urea, mengatalisis pemotongan hidrolitik pada arginin menjadi urea dan ornitin.

Arginin + H2O Urea + Ornitin

- Urea melalui protein transpor ke dalam darah menuju ginjal memasuki filtrat glomeruler, kemudian dikeluarkan melalui urin.

- Reaksi siklus urea dijelaskan dalam gambar 13.- Reaksi keseluruhan siklus urea adalah : 3ATP + NH4

+ + CO2 + 2H2O + Aspartat 2ADP + 4Pi + Fumarat + Urea

- Regenerasi ATP dari AMP memerlukan (1) satu molekul ATP untuk mengubah AMP menjadi ADP( reaksi dikatalisis oleh enzim adenilat kinase), maka total (4) empat molekul ATP dihidrolisis dalam sintesis satu molekul urea.

- Siklus urea terkompartementasi , alasan utamanya kemungkinan adalah bahwa sistem tersebut ditingkatkan untuk menjaga konsentrasi fumarat tetap rendah, karena fumarat ( dan arginin) mudah menginhibisi arginosuksinat liase,maka , enzim ini merupakan enzim sitoplasma yang tidak terinhibisi oleh konsentrasi tinggi fumarat dari siklus asam sitrat karena fumarat terdapat dalam mitokondria.

5. METABOLISME PIRIMIDIN DAN PURIN

- Sintesis nukleotida selain penting dalam sintesis protein dan penyimpanan informasi genetik juga peran dalam metabolisme : FAD , NAD(P)H, CoASH, cAMP dan UDP-Glukosa.

- Tom atom cincin pirimidin berasal dari karbomoil fosfat dan aspartat, sepert pada gambar 14.

- Biosintesis de novo nukleotida pirimidin dapat dilihat pada gambar 15.

- Cincin pirimidin pertama kali selesai terbentuk adalah dihidroorotat, setelah dioksidasi, ribosa menempel menghasilkan orodotilat.

- Senyawa 5-fosforibosil 1-pirofosfat (P-Rib- PP) menyediakan ribosa fosfat.

- L-Glutamin digunakan sebagai substrat yang menyumbangkan atom nitrogen pada reaksi 1 dan 9 , dikatalisis oleh karbamoil fosfat sintetase II dan CTP sintetase.

- Asam amino kedua yaitu L-aspartat adalah substrat untuk reaksi 2 yang dikatalisis oleh aspartat transkarbamoilase.

P-Rib-PP adalah aktivator karbamoil fosfat sintetase II dan merupakan substrat untuk reaksi 5 yang dikatalisis oleh orotat fosforibosiltransferase.

Gambar 14 : Komponen- komponen dalam sintesis uridin monofosfat

Gambar 15

- Produksi akhir jalur ini yaitu UTP merupakan inhibitor kuat bagi karbamoil fosfat sintetase II, sedangkan substratnya yaitu ATP yang juga mengaktivasi enzim tersebut.

- Aktivitas enzim karbamoil fosfat sintetase II adalah relatif rendah terhadap enzim-enzim berikutnya dalam jalur(Gambar15).

- Dalam kondisi normal, fluks melalui jalur de novo dapat diregulasi oleh level selular P-Rib- PP, UTP, dan ATP, yaitu karbamoil fosfat sintetase II mengatalisis langkah kontrol fluks dalam jalur tersebut.

- Terdapat dua protein multifungsi dalam jalur untuk biosintesis de novo nukleotida pirimidin.

- Suatu protein trifungsional yang disebut dihidroorotat sintetase( atau CAD, huruf singkatan merupakan inisial dari tiga aktivitas enzim) mengatalisis reaksi 1,2 dan 3 pada jalur (HCO3

- C AP CA-asp DHO, gambar 15).

- Aktivitas enzim karbamoil fosfat sintetase, aspartat transkarbamoilase, dan dehidroorotase terkandung dalam domain globular terpisah dari rantai polipeptida tunggal berukuran 243 kDa. Enzims tersebut , dihubungkan secara kovalen oleh segmen rantai polipeptida yang peka terhadap protease pada pencernaan contohnya tripsin

- Suatu enzim bifungsional, yaitu UMP sintase , mengatalisis reaksi 5 dan 6 pada jalur pirimidin ( ototat OMP UMP, Gambar 15).

- Orotat fosforibosiltransferase dan OMP dekarboksilase terkandung dalam protein tunggal berukuran 51,5 kDa bergabung membentuk dimer.

- Dihidroorotat dehidrogenase adalah enzim yang mengatalisis dehidrogenasi dihidroorotat menjadi orotat ( reaksi 4 dalam jalur , Gambar 15),berada pada sisi luar membran dalam mitokondria.

Enzim ini mempunyai FAD sebagai gugus prostetik, pada mamalia elektron lewat menuju ubikuinon, karena jalur pirimidin de novo terkompartementasi, dan dihidroorotat yang disintesis oleh DHO sintetase trifungsional dalam sitosol harus lewat melintasi membran luar mitokondria untuk dapat dioksidasi menjadi orotat, yang akan lewat kembali menuju sitosol menjadi subtrat bagi UMP sintase bifungsional.

- Sel mamalia mempunyai 2 karbamoil fosfat sintetase , enzim yang tergantung amonia (CPSase I) yang ada di dalam matriks mitokondria dan digunakan untuk biosintesis urea dan arginin.

Dalam kondisi tertentu (misalnya hiperamonemia) , karbamoil fosfat yang disintesis di dalam di dalam matriks oleh CPSase I dapat memasuki biosintesis pirimidin dalam sitosol.

- Sintesis cincin purin jauh lebih kompleks daripada sintesis pirimidin.

Dimulai dengan P-Rib-PP, inosin monofosfat (IMP) dibentuk dalam 10 langkah ( Gambar 16). Reaksi keseluruhan adalah :

P-Rib-PP + 2Gln + Gly + 2,10-formil THF + HCO3- + Asp + 4ATP

IMP + 2Glu + 2THF + fumarat + 4ADP + PPi

- Detail jalur untuk biosintesis de novo ditunjukkan dalam gambar 16.

Asam amino L-glutamin adalah substrat yang menyediakan atom nitrogen untuk reaksi 1, 4,dan 14 dikatalisis oleh amido fosforibosiltransferase,FGAM sintetase, dan GMP sintetase.

- Glisisn adalah substrat reaksi 2, sedangkan L-aspartat adalah substrat reaksi 7 dan 11.

- P-Rib-PP subtrat dan aktivator untuk amidofosforibosiltransferase, merupakan subyek bagi inhibisi oleh AMP, IMP dan GMP serta oleh turunan poliglutamat dari dihidrofolat.

- Aktivitas enzim amido fosforibosiltransferase (P-Rib-PP PRA) adalah rendah dan fluks melalui jalur de novo secara invivo diregulasi oleh produk akhirnya yaitu : AMP, IMP, dan GMP.

- Inhibisi pada reaksi 1 oleh dihidrofolat poliglutamat akan mengisyaratkan tidak tersedianya N10- formil tetrahidrofolat dibutuhkan sebagai substrat pada reaksi 3 dan 9 dalam jalur

- Jalur purin adalah subsyek untuk regulasi lebih lanjut pada titik percabangan dari IMP.

- XMP adalah inhibitor kuat untuk IMP siklohidrolase (FAICAR IMP).

- AMP menginhibisi adenilosuksinat sintetase ( IMP sAMP), dan GMP menginhibisi IMP dehidrogenase ( IMP XMP)

Gambar 16

AIR sintetase ,(6) AIR karboksilase,(7) SAICAR sintetase; (8) adenilosuksinase; (9) AICAR transformilase : (10) IMPsiklohidrolase ;(11) sAMPsintetase ; (12) Adenilosuksinase ; (13) IMP DEHIDROGENASE ;(14) GMP sintetase.

- Terdapat 4 enzim multifungsi dalam jalur, yaitu suatu enzim trifungsional berisikan GAR sintetase, GAR transformilase, dan AIR sintetase yang mengatalisis reaksi 2,3 dan 5(PRA GAR FGAR, FGAM AIR,gambar 16)

- Domain GAR sintetase dan domain GAR transformilase dapat dipisahkan oleh pencernaan pada enzim trifungsional dengan protease kimotripsin.

- Enzim bifungsional mengandung aktivitas AIR karboksilase dan SAICAR sintetase mengatalisis reaksi 6 dan 7 pada jalur purin ( AIR CAIR SAICAR, Gambar 16).Enzim bifungsional Kedua : IMP sintetase, mengandung aktivitas AICAR transformilase dan IMP siklohidrolase, mengatalisis reaksi 9 dan 10 pada jalur (AICAR FAICAR IMP, gambar13)

IMP sintase manusia mempunyai subunit dengan berat molekul 62,1 kDA dan b ergabung sebagai dimer.

- Enzim trifungsional yaitu C1-THF sintase mengandung N5,N10- metilen tetrahidrofolat (5,10-CH2-THF) dehidrogenase, N5,N10- metilen tetrahidrofolat (5,10-CH-THF) siklohidrolase, dan,N10- formil tetrahidrofolat (,10-CHO-THF) sintetase mengatalisis reaksi: 5,10-CH2-THF 5,10-CH-THF 10-CHO-THF dan THF 10-CHO-THF.

- N10-Formil tetrahidrofolat yang dihasilkan adalah substrat bagi GARdan AICAR transformilase yang mengatalisis reaksi 3 dan 9 pada jalur (gab 16).

- Pda eukariot tingkat tinggi aktivitas dehidrogenase dan siklohidrogenase ditemukan dalam salah satu domain protein yang bergabung menjadi sintetase yang lebih besar membentuk suatu enzim trifungsional.

- Terdapat enzim bifungsional kelima yang mengatalisis reakssi 8 dan 12 pada jalur purin ( gambar 16) , tetapi adenilsuksinat liase memiliki satu sisi aktif ganda mengatalisis kedua reaksi (SAICAR AICAR, sAMP AMP,gb 16) .

- Ke-14 aktivitas enzim pada gambar 16 merupakan sitosolik dan terdapat berbagai bukti akan adanya penggabungan aktivitas-aktivitas secara in vivo.

- Telah dibuktikan adanya partikel jalur atau metabolon pada biosintesisi purin de novo dalam sel utuh, mengandung ke 14 enzim pada jalur tersebut (gb16) dan 4enzim tambahan terlibat dalam sintesisN10-Formil tetrahidrofolat

- Keuntungan selektif yang mungkin didapat dari penggabungan sisi-sisi katalisis ini selama evolusi yaitu :(a) Menggali ( channeling) intermediet yang tidak stabil seperti

fosforibosilamin (PRA) di antara enzims berurutan pada jalur sebelum

berdifusi dari batasan metabolon; (b) Regulasi koordinat (coordinate regulation) beberapa aktivitas enzim pada metabolon oleh efektor yang mengikat pada satu sisi

regulator . (c) Ekspresi koordinat (coordinate expression) aktivitas- aktovitas enzim

diekspresikan dalam satu protein tunggal , menjaga aktivitas katalisisnya dalam ratio konstan dalam semua kondisi pertumbuhan ( cf. dihidroorotat sintetase ).

- Sintesis DNA tergantung pada pasokan deoksiribonukleotida tersedia.

Substrat untuk reaksi adalah ribonukleosida difosfat ADP, GDP, CDP,UDP.

- Enzim yang bertanggung jawab untuk reduksNi substrat-substrat ini menjadi turunan deoksi yang sesuai adalah ribonukleotida reduktase yang mempunyai tioredoksin sebagai kosubstrat.

- Tioredoksin adalah protein berukuran 12.000Da yang bisa menyumbangkan dua elektron oleh oksidasi dua gugus sistein sulfidril menjadi sistin.

Tioredoksin teroksidasi oleh NADPH:

O

O

HHO

OHHO

2- O5POCH2

2-O5POCH2

Basa

Basa

Tioredoksin

SH SH

Tioredoksin

S SNADPH + H+

NADP+

Reaksi keseluruhan untuk sintesis, misalnya, deoksiadenosin difosfat (dADP) adalah : ADP + NADPH + H+ dADP + NADP+ + H2O

Deoksiribonukleosida difosfat difosforilasi oleh ATP

- Sel yang membuat DNA harus dapat membuat deoksitimidin trifosfat (dTTP).

Langkah dTTP yakni konvensi dUMP menjadi dTMPdengan buatan timidiat

sintase, Reaksi ini memerlukan sumber N5,N10-metilen tetrahidrofolat untuk menyediakan gugus metil,maka tetrahidrofolat dioksisasi menjadi dihidrofolat. Dihifrofolat harus direduksi menjadi tetrahidrofolat oleh enzim dihidrofolat reduktase sehingga lebih banyak lagi N5,N10-metilen tetrahidrofolat yang bisa dibuat dari serin dalam reaksi dikatalisis oleh serin hidroksimetiltransfease.

Ketiga reaksi yang sangat penting untuk pembentukan dTMP ini diperlihatkan di bawah ini :

Timidilat sintasedUMP

dTMP

5, 10- CH2- THF DHF

THF

NADPH + H+

NADP+

Dihidrofolat reduktase

L-Lerin

Glisin

Serin hidroksimetil transferase

- Pembelahan dan tumbuh pada sel kanker harus menggandakan kromosomnya yang tersusun oleh deoksinukleotida 5’-monofosfat (dNMP) yang terpolimerisasi dalam urutan yang unik . Kanker berbeda dengan sel normal pada tubuh karena tumbuh lebih cepat dan/ atau karena “bersiklus” dan membelah terus menerus . Inhibitor biosintesis toksisitas nukleotida mempunyai selektif untuk kanker seperti ini dalam kaitan dengan habisnya atau tidak seimbangnya level sel dNTP dibutuhkan untuk sintesis DNA yang lebih tampak daripada sel normal.

- Habisnya salah satu dari 4 dNTP secara selektif ( misal dTTP) oleh reaksi sel kanker dengan obat ( misalnya 5-fluorourasil) dapat menyebabkan penghentian sintesis DNA dalam sel kanker dan kematian sel.

- Alternatif, jika dTTP masih ada tetapi berkurang , ketidakseimbanagn kolam-kolam selular dNTPdapat menyebabkan kesalahan pengkodean genetik dan mutasi fatal.

- Struktur kimia dari 4 obat antikanker yang umum digunakan ditunjuk dalam gambar 17. Metotreksat adalah inhibitor kuat bagi dihidrofolat reduktase dengan tetapan inhibisi (KI) untuk interaksi dengan enzim tersebut sebesar 10-9M.Inhibisi enzim ini dalam sel mengakibatkan banyaknya akumulasi DHF hingga.konsentrasi sebesar ~ 2,5 µM, dan sedikit penurunan THF.

- Tanda penurunan THF tidak terlihat karena terjadinya pelepasan THF terikat dalam sel yang direaksikan dengan metroteksat.

- Level DHF yang tinggi bersifat toksik bagi sel, menginhibisi reaksi yang

dikatalisis oleh timidilat sintase,

dUMP + 5,10-CH2-THF dTHF + DHF

dan reaksi pertama pada biosintesis purin de novno yang dikatalisis oleh

amido PRTase, P-Rib-PP + L-glutamin PRA + L-glutamat + PPi

N

N

O OO-

O-

ON

N N

N

H2N

NH2H

CH3

Metotreksat

HN

NH

NN

NH

N

SHO

O

F

O

H2N-C-NH-OH

5-FluorourasilHidroksiurea

6-Merkaptopurin Gambar17 : Struktur kimia 4 obat antikanker yang menginhibisi biosintesis nukleotida

- Sel leukemia yang berekasi dengan metotreksat, level dTTP menurun dan

mungkin terdapat sedikit tanda penurunan dATPdan dGTP yang diakibatkan oleh inhibisi pada amido PRTase. Terjadinya ketidakseimbangan kolam -kolam nukleotida mengakibatkan kesalahan pengkodean genetik dan kematian sel

- Metotreksat tetap merupakan obat antikanker untuk kepentingan utama”kemoterapi kombinasi”. Sejumlah mekanisme cara sel kanker mendapatkan resistensi terhadap metotreksat telah berhasil diidentifikasi.

a) Amplifikasi gen yang menkode enzim target yakni dihidrofolat reduktase

b) Mutasi pada transporter folat yang mentraslokasikan metotreksat ke

dalam sel.

c) Mutasi dihidrofolat reduktase sehingga pengikatan substrat dihidrofolat

tetap sama tetapi pengikatan metotreksat lebih lemah.

d) Hilangnya aktivitas enzim folilpoliglutamil sintetase.Enzim ini

menambahkan ekor poliglutamil kepada metotreksat, sehingga

menjaganya tetap berada dalam sel kanker.

- Sel yang resisten metotreksat ditemukan dalam tubuh pasien kanker yang telah diberikan metotreksat sebagai pereaksi tunggal.

- 5-Fluorourasil (FU) juga merupakan antikanker yang sangat berguna yang diambil oleh sel dan diproses secara berikut :

FU FUMP FUDP FUTP

FdUDP FdUTP

FdUMP

- Mekanisme utama reaksi FU kemungkinan inhibisi dari timidilat sintase (dUMP dTMP) oleh 5-fluorodeoksi. UMP (FdUMP) . FdUMP mengikat pada timitidilat sintase dengan substrat lain yaitu 5,10-CH2-THF membentuk kompleks terner yang rapat. Residu sistein pada sisi aktif enzim menyerang substrat alami (dUMP) membentuk ikatan kovalen sementara.

Ikatan FdUMP tidak dapat diputuskan karena ada gugus 5-fluoro pada cincin pirimidin. Maka timidilat sintase terinaktivasi secara permanan oleh inhibitor bunuh diri mengakibatkan habisnya dTMP dan dTTP dalam sel

.Namun 5-fluorourasil juga dapat membunuh sel kanker oleh dua mekanisme. FUTPyang terakumulasi dalam sel dapat dimasukkan dalaM RNA sehingga menyebabkan kesalahan pengkodean genetik atau FdUTPdimasukkan ke dalam DNA yang juga dapat menyebabkan mutasi fatal.

- Hidroksiurea merupakan molekul sederhana yang menginhibisi ribonukleotida reduktase . Enzim ini menerima keempat NDP yaitu UDP,CDP,ADP GDP sebagai substrat dan mereduksinya menjadi dNDP yang sesuai. Mekanisme katalisis ini melibatkan pembentukan kation radikal tirosil yang tidak umum, kemudian menyebabkan pembentukan radikal pada substrat NDP.Hidroksiurea memenuhi intermediet kation radikal tirosil yang mengakibatkan habisnya keempat dNTP yang dibutuhkan utk sintesis DNA.

- 6-Merkaptopurin (MP) adalah salah satu obat yang ditemukan oleh Nobel Laureat Gertrude Elion dan George Hitchings, 6-Merkaptopurin disintesis pada awal 1950an dan terus dipakai sebagai obat antikanker. Seperti 5-fluorourasil, 6- merkaptopurin mempunyai beberapa mekanisme toksisitas yang mungkin tergantung tipe sel. Merkaptopurin dapat memasuki sel dan diproses dengan cara sebagai berikut :

MP MP-MP MP-DP MP-TP

MXMP

MGMP MGDP

MdGDP MdGTP

- 6- Merkaptopurin 5’-monofosfat (MP-MP) yang terbentuk merupakan inhibitor kuat untuk amido PRTase, sehingga biosintesis purin de novo dihalangi. 6-Merkaptodeoksib GTP(MdGTP) dimasukkan ke dalam DNA dan menyebabkan kesalahan pengkodean genetik.

- Sintesis de novo untuk pirimidin dan purin (terutama purin) adalah mahal menurut energetika sehingga sebagian besar (80%) purin dan pirimidin yang didapat dari degradasi asam nukleat ( terutama RNA) diselamatkan untuk penggunaan kembali.Sel manusia mempunyai 3 fosforibosiltransferase (PRTase) yang mengubah nukleobasa yang ada menjadi nukleosida 5’-monofosfat (NMP) yang ekuivalen. Ketiga PRTase ini yakni adenin-hipoksantin-guanin-, dan orotat-(urasil) PRTase

. Nukleobasa + P-Rib-PP NMP + PPi.

P-Rib-PP adalah bentuk teraktivasi dari ribosa 5- fosfat (Rib-5-P). Pirofosfat (PPi) yang terbentuk dihidrolisis menjadi fosfat oleh pirofosfatase, sehingga NMP terbentuk dari nukleobasa yang sesuai.

- PRTase menyelamatkan nukleobasa di dalam sel, namun nukleosida seperti adenosin dan uridin terdapat dalam darah dengan konsentrasi yang jauh lebih tinggi (- µ1M) daripada nukleobasa ekuivalen ( adenin dan urasil).

- Otak mensintesis nukleotida pirimidin (UTP dan CTP) melalui sintesis penyelamatan dari uridin yang dihasilkan oleh hati dan dilepaskan ke dalam peredaran . Sel manusia dapat mengandung setidaknya tiga tiga tipe transporter nukleosida nonspesifik, dan nukleosida diinternalisasi lebih cepat daripada nukleobasa.

- Ketika berada di dalam sel, nukleosida diubah menjadi NMP yang sesuai,yaitu adenosin oleh adenosin kinase dan uridin oleh urudin kinase : Nukleosida + ATP NMP + A DP- NMP yang diselamatkan oleh reaksi PRTase atau kinase kemudian dapat

diubah menjadi nukleosida 5’-trifosfat (NTP): NMP NDP NTP

- Pada beberapa penyakit, purin dengan jumlah berlebih diproduksi dalam tubuh, yang menyebabkan akumulasi urat. Pasien sindrom Lesch-Nyhan adalah kekurangan enzim hipoksantin-guanin fosforibosiltransferase (HG-PRTase). Anak yang lahir dengan kelainan tersebut mengalami retardasi mental dan cenderung merusak diri-sendiri( mutilasi) , hal ini disebabkan purin yang berlebih akibat akumulasi P-Rib-PP menstimulasi enzim pertama pada jalur , yaitu amido PRTase. Kelebihan purin didegradasi melalui :

Adenosin Inosin Hipoksantin Xantin Urat- Penderita Lesch-Nyhan juga menderita encok, karena akumulasi urat dalam

tubuh dengan penumpukan kristal Na urat dalam persendian dan ginjal. Namun encok lebih sering terjadi karena kegagalan pengeluaran urat oleh

ginjal, atau karena akumulasi P-Rib-PPalasan selain defisiensi HG-PRT-ase- Skema umum degradasi asam nukleat ada kesamaan dengan degradasi

protein.Nukleotida dihasilkan oleh asam nukleatdari makanan atau endogen.

Polinukleotida endogen ( selulair) diurai dalam lisosom. DNA tidak diputar dengan cepat seperti biasanya, kecuali setelah kematian sel selama perbaikan DNA.

- RNA diputarkan dengan cara yang sangat mirip seperti pada protein dengan keterlibatan enzim nuklease

- Deosiribonuklease dan ribonuklease menghidrolisis DNA dan RNA menjadi- Oligonukleotida yang selanjutnya dapat dihrolisis ( gambar18) sehingga

purin dan pirimidin terbentuk dengan cepat.

- DNA RNA

Deoksiribonuklease Ribonuklease

Polinukleotida

Fosfodiesterase

3’ atau 5’-nukleotida

Nukleotidase

Nukleosida

Nukleosida fosforilase

Purin + Pirimidin Ribosa1-fosfat

Gambar18: Hidrolisis DNA dan RNA menjadi purin dan pirimidin

- Sebagian besar enzim yang terlibat dalam hidrolisis DNA dan RNA dari makanan dikeluarkan di usus , maka ribonuklease ditemukan di lumen usus halus,tetapi fosfodiesterase dan nukleotidase terdapat dalam sel mukosa.

- Purin dan pirimidin yang melebihi kebutuhan sel dapat didegradasi.. Banyaknya degradasi tergantung pada jenis organisme.Manusia tidak dapat mendegradasi purin diluar asam urat karena tidak ada enzim urikase yang membelah purin menjadi alantoin. Pada tubuh manusia kelebihan AMP dideaminasi menjadi IMP oleh reaksi deaminase spesifik. IMP kemudian dihidrolisis oleh 5’-nukleotidase membentuk inosin.

Inosin dan guanin menjadi urat sbb :

Inosin Hipoksantin Xantin Urat

Purin nukleosida Xantin oksidase fosforilase

- Karena kekurangan urikase manusia mengeluarkan asam urat tiap hari walau hanya dalam jumlah kecil. Hati manusia mensintesis sekitar 0,8g asam urat perhari, tetapi 20-50% memasuki saluran usus dalam cairan lambung dan empedu serta didegradasi oleh mikroorganisme.

- Sebagian hewab ( uricoteles seperti burung) , asam urat merupakan bentuk kelebihan N yang dikeluarkan, kecuali ada enzim yang hilang ( manusia), organisme nonuricoteles dapat mendegradasi purin menjadi urea, amonia, dan karbon dioksida. Pirimidin juga didegradasi menjadi urea dan amonia.

6.METABOLISME SENYAWA C1

- Proses yang telah dijelaskan menggunakan turunan satu karbon dari tetrahidrofolat (gambar 19), contoh sintesis cincin purin ( gambar 16) membutuhkan N10-formil tetrahidrofolat. Timidilat sintese yang merupakan enzim kunci dalam sintesis pirimidin menggunakan N5-N10-metilen tetrahidrofolat sebagai substrat dan pereduksi.

- Senyawa ini kemungkinan penting dalam metabolisme C1 dan juga terlibat dalam interkonversi serin dan glisin. Semua senyawa ini merupakan turunan dari asam 5,6,7,8- tetrahidrofolat , merupakaqn bentuk tereduksi dari vitamin folat ( atau asam folat).

HN10

H2N

HN

NH

N

N9CH265

78

H

H

H

OH COO-

CONHCH

CH2

CH2COO- Asam p-aminobensoat

Gambar 19 : Asam tetrahidrofolat

Asam pteroat

Glutamat

- Bagian asam pteroat dari tetrahidrofolat terdiri atas cincin pteridin tereduksi dan asam p-aminobensoat. Folat dari makanan yang diserap oleh mukosa usus dn 2 langkah enzimatik direduksi menjadi tetrahidrofolat yang merupakan bentuk aktif dari koenzim tersebut. Mamalia tidak dapat mensintesis folat, namun tidak masalah karena mikroorganisme dalam jalur usus dapat melakukan dengan mudah.

- Kedua langkah dalam reduksi asam folat menjadi tetrahidrofolat dikatalisis oleh dihidrofolat reduktase. Kedua reaksi ini membutuhkan NADPH sebagai sumber elektron .

-

HN

HN

NN

N

NH

H H

H

5 6

78

FolatDihidrofolat Tetrahidrofolat

Perlu difahami banyak variasi reaksi yang melibatkan tetrahidrofolat, yaitu satu karbon terdapat lima keadaan oksidasi. Bentuk paling tereduksi adalah metana (CH4) dan bentuk paling teroksidasI adalah CO2. Diantara kedua ekstrim ini terdapat : metanol( CH3OH), formaldehid (CH2O) dan formiat (HCOO-).

- Senyawa karbon yang tidak terlibat dalam metabolisme C1 yaitu metana dan CO2. Metana merupakan produk akhir dari metabolisme anaerob dalam banyak mikroorganisme, dan CO2 ( untuk karboksilasi) dengan enzim yang mengandung biotin.

- Tabel 4 dibawah ini menunjukkan berbagai gugus satu karbonyang dibawa

oleh turunan tetrahidrofolat

Tabel 4 : Turunan Tetrahidrofolat (THF)

Turunan THF

N5-Metil-THF

N5,N10-Metilen-THF

N-F10ormil-THF

N5,N-Metenil-THF

Gugus yang dibawa

-CH3

-CH2OH

-CHO

-CH=

Gugus -gugus C1 dapat menempel pada atom N diposisi 5 atau 10( gambar 19) atau yang membentuk jembatan diantara keduanya.N5-Metil-THF dibentuk oleh mamalia pada hampir semua reaksi irreversibel yang dikatalisis oleh enzim metilen-THF reduktase. Turunan THF yang lain diinterkonversi melalui serangkaian reaksi okasidasi -reduksi dan hidrasi- dehidrasi : N5-Metil-THF N5,N10PMetilen-THF N5N10Metenil-THF N10-Formil-THF

- Pengecualian N5-metil-THF, turunan-turunan THF disintesis secara langsung dari unit C dalam keadaan oksidasi yang sesuai, dan dari THF.

Reaksi anaplerotik utama adalah yang dikatalisis oleh serin hidroksimetil transferase.

- Transfer gugus metil merupakan reaksi biokimia yang umum, masuknya gugus metil ke dalam suatu molekul adalah cara penting untuk modifikasi aktifitas biologis, seperti dalam hal epinefrin terhadap norepinefrin.

- Gugus metil beasal dari N5-metiltetrahidrofolat,terlibat secara langsung hanya dalam satu reaksi metilasi. Bentuk paling sederhana reaksi ini terdapat pada tanaman yang dikatalisis oleh enzim homosistein transmetilase :

SH SCH3

(CH2)2 N5-Metil-THF THF (CH2)2

HC NH3+ HC NH3

+

COO- COO-

Homosistein Metionin

- Sintesis metionin dalam mamalia lebih kompleks dan membutuhkan kobalamin, yaitu suatau koenzim dari vitamin B12.

- Metionin adalah asam amino esensial , maka harus dipasok dari makanan.

- Metionin yang digunakan untuk metilasi( gambar 20) didegradasi menjadi homosistein, yang diremetilasi membentuk metionin kembali.

Reaksi tersebut hanya daur ulang metionin dan tidak membentuk suatu sintesis total.

S- AdenosilmetioninPPi + PiX-H

MetioninadenosiltranferaseATP

MetioninS--Adenosilhomosistein

Metiltransferase

Homosistein

X-CH3

Vitamin B12

THF

N5-Metil-THF

Gambar :20 : Metabolisme metionin

- Vitamin B12 tidak terdapat dalam tanaman, maka vegetarian beresiko menderita kekurangan B12, maka manusia sumber Vitamin B12 tergantung dari hewan dan bakteri .

- Kobalamin suatu molekul kompleks yang mempunyai satu atom CO. Dalam sintesis metionin pada mamalia kobalamin berperan sebagai koenzim menerima metil dari dan mentranfer ke homosistein metiltransferase, dengan reaksi keseluruhan sebagai berikut :

N5-Metil-THF

N5-Metil-THF

THF Homosastein

Kobalamin

CH3-Kobalamin

Metionin

- Salah satu akibat kekurangan vitamin B12 adalah terjadinya akumulasi . Dimana disintsis dalam tubuh mamalia oleh reaksi irreversibel. Jika senyawa ini tidak dapat digunakan karena kekurangan Vitamin B12 , maka akan berakumulasi, yang menyebabkan habisnya bentuk THF yang lainnya, sehingga berakibat kekurangan THF yang dapat menyebabkan anemia megaloblast ( kekurangan THF dan kobalamin)

N5-Metil-THF

N5-Metil-THF N5-Metil-THF

- Gugus metil pada metionin diaktivasi ketika metionin diubah menjadi S-adenosilmetionin.. Gugus metil ini disambungkan dalam metilasi biologis.

- Reaksi penting dimana S- adenosilmetionin berperan sebagai donor metil, dalam sintesis kreatin, epinefrin dan fosfatidilkolin.

- Kreatin disintesis dari guanidinoasetat ( terbuat dari glisisn dan arginin).

NH2

- -OO-CH2-NH-C=NH2+ + S-Adenosilmetionin

Guanidinoasetat

CH3 NH2

-OOC-CH2-N C=NH2+ + S-Adenosilhomosistein

- Rangka karbon pada homosistein dipakai untuk mensisntesis metionin, alternatifnya homosistein dipakai untuk sintesis sistein.

- Pentingnya siklus dalam gambar 20 adalah siklus tersebut mempertahankan homosistein. Metionin dan sistein dipakai untuk sintesis protein akan menghabiskan homosistein dari siklus sehingga setidaknya metionin harus digantikan dari makanan.

8.7 METABOLISME PORFIRIN

- Sintesis dan perputaran porfirin yang merupakan prekursor heme cukup penting, hal ini disebabkan peranan inti protein heme, homoglobin,dan sitokrom.Secara kuantitatif sintesis hemoglobin adalah bagian utama N dalam tubuh manusia.

- Langkah pertama dalam sintesis porfirin yaitu kondensasi suksinil-KoA dan glisisn untuk membentuk δ-aminolevulinat. Reaksi ini berlangsung di dalam mitokondria di mana suksinil -KoA tersedia. Reaksi ini irreversibel dan memerlukan piridoksal fosfat dan Mg2+,serta dikatalisis oleh enzim

δ-aminolevulinat sintase.

CH2CH2COO-

Glisiin + Suksinil-KoA Mg 2+ CO + CO2 + CoASH

CH2NH3+

δ-aminolevulinat

- Reaksi berikut berlangsung di dalam sitoplasma dan merupakan reaksi irreversibel. Dua molekul δ-aminolevulinat dikondensasikan oleh enzim profobilinogen sintase untuk membentuk pirol tersubsitusi porfobilinogen.

- Dua enzim yaitu uroporfirinogen sintase dan uroporfirinogen konsintase mengkondensasikan 4 molekul porfobilinogen menjadi urofirinogen III.

-OOCCH2CH2CH2COO-

ANH

BHND

C

-OOCCH2 CH2COO-

CH2COO -

CH2CH2COO-

-OOCCH2CH2

-OOCCH2CH2

NHNH

N

H

4NH4+

N

H

CH2CH2COO-

-OOCCH2

-OOCCH2

+NH3CH2

PorfobilinogenPorfobilinogen

Uroporfirinogen

-Uroprofirinogen III bukan molekul simetris, selama sintesis salah satu cincin pirol (cincinD) dibalikkan menghasilkan rantai samping asetat dan propionat tersusun tak simetris mengelilingi cincin porfirin.

-- Intermidiet porfirin kunci dalam sintesis sitokrom dan hemoglobin yaitu protoporfirin IX ( Gambar 21 ).

CH3

CH=CH2

ANH

BHND

C

H3C CH3

CH3

CH=CH2

-OOCCH2CH2

-OOCCH2CH2

NHNH

NH

Gambar 21 : Struktur protoporfirin IX

-Sintesis protoporfirin IX melibatkan dua perubahan pada rantai samping uroporfirinogen III, yaitu dekarboksilasi gugus asetat menjadi gugs metil dan dekarboksilasi residu propionat pada cincin A dan B menjadi gugus vinil (-CH=CH2).Dekarboksilasi pertama berlangsung di dalam sitoplasma, sedangkan pembentukan gugus vinil dan konversi jembatan metilen (-CH2-) menjadi metena tak jenuh (=CH-)berlangsung didalam mitokondria Produk akhir dari reaksi-reaksi adalah portoporfirin IX aromatik dan planar.

- Reaksi terakhir dalam mitokondria yaitu pengkeletan Fe2+ untuk membentuk heme. Reaksi ini terjadi secara spontan meskipun enzim ferokelatase meningkatkan lajunya.

- Heme adalah gugus fungsi dalam hemoglobin dan myoglobin, sitokrom, serta enzim katalase dan peroksidase.Molekul-molekul ini mempunyai fungsi berbeda, hemoglobin mengangkut oksigen, myoglobin menyimpan oksigen , sitokrom mentransfer elektron; sedang katalase dan peroksidase adalah enzim yang mengkatalisis penguraian hidrogen peroksidasi dan oksidasi peroksidasi.

- Sintesis heme dikendalikan terutama oleh δ-aminolevulinat sintase (ALAsintase). Terdapat dua mekanisme pengendalian, Masing -masing melibatkan proses yang memepengaruhi konsentrasi enzim tersebut.Pertama , waktu paruh ALA sintase sangat pendek ( 60-70 menit) yang telah dicoba pada hati tikus.Seperti banyak protein mitokondria, ALA sintase dikode oleh gen inti, disintesis pada ribosom sitoplasma, selanjutkan ditranslokasi ke dalam mitokondria.Faktor regulasi kedua ( yang utama) yaitu inhibisi ALA sintase oleh hemin yang berbeda dengan heme yaitu atom Fe dalam keadaan teroksidasi Fe3+ .

Heme secara spontan teroksidasi menjadi heminketika tidak terdapat globin untuk memproduksi hemoglobin. Hemin mempunyai fungsi kedua dalam regulasi sintesis hemoglobin di dalam retikulosit. Hemin mengendalikan sintesis globin.

- Konsentrasi hemin tinggi dapat menginhibisi transpor ALA sintase ke dalam mitokondria dimana salah satu substrat adalah suksinik-KoA dibentuk. Maka sintesis heme diinhibisi sampai cukup globin yang dibuat untuk bereaksi dengan heme yang telah terbentuk.

- Konsentrasi hemin yang rendah ( atau tidak ada sama sekali) merupakan isyarat bahwa globin tidak dibutuhkan , sehingga sintesis protein ( juga globin ) terinhibisi. Tidak adanya hemin suatu protein kinase teraktivasi Protein kinase memfosforilasi faktor inisiasi sintesis protein ( eukariot) yaitu eIF-2, kemudian menginhibisi inisiasi rantai polipeptida sehingga juga menginhibisi sintesis globin.

- Jangka waktu hidup eritrosit manusia adalah -120 hari dengan sekitar 0,85% terurai setiap hari di dalam sel retikuloendotelial (RE) pada limpa, hati, dan sumsum tulang.Eritrosit yang terdapat di dalam gelembung pencernakan pada sel retikuloendotelial dan hemoglobin didegradasi .

- Globin dihidrolisis menjadi asam amino, dan heme diproses sbb: Cincin porfirin dipotong secara oksidatif diantara cincin Adan B untuk

membentuk tetrapirol linear biliverdin( berwarna hijau). Reaksi lengkapnya membutuhkan molekul oksigen dan NADPH, dan produk akhirnya bilirubin ( berwarna jingga merah).Fe 2+ diselam atkan melalui transferin dan disimpan di dalam protein apoferitin, sedangkan jembatan mentena diantara cincin A dan B dihilangkan sebagai CO.

- Pada struktur diatas M= gugus metil, V= gugus vinil, P= gugus propionat.

Biliverdin dan bilirubin merupakan pigmen empedu dan dikenal sebagai pewarna hijau dan jingga pada luka memar. Bilirubin yang merupakan molekul tidak larut dalam air dilepaqskan ke dalam plasma membentuk kompleks dengan albumin, dan ditranspor ke hati. Dalam hati molekul ini dilarutkan dan diubah menjadi bilirubin diglukuronida (90%) dan bilirubin sulfat ( 10%).

- Asam glukoronat adalah turunan dari glukosa. Gugus -CH2OH pada C-6 telah dioksidasi menjadi -COOH. Bentuk aktif dari asam glukuronat adalah UDP=glukuronat yang digunakan dalam membuat glukuronida seperti bilirubin diglukuronida. ( dan pembentukan sulfat) adalah suatu cara umum meningkatkan kelarutan dikarenakan polaritas gugusb-OH dan -COO- pada asam glukuronat.Hal ini penting terutama untuk pengeluaran obat yang tidak larut melalui empedu.

- Bilirubin diglukuronida dikeluarkan dari hati melalui empedu ke dalam usus.Di dalam bowel, molekul ini dihidolisis dan bilirubin direduksi menjadi urobilinogen dan sterkobilinogen . Senyawa -senyawa ini dikeluarkan dalam urin sebagai urobilin dan setelah direabsorpsi dari bowel, serta dalam tinja sebagai sterkobilin. Pigmen-pigmen ini memberi warna karakteristik pada urin dan tinja.