metabolisme protein mus

BAB IXMETABOLISME PROTEIN

9.1 PENDAHULUAN9.1.1Deskripsi Singkat

Bab ini menjelaskan secara garis besar proses penguraian

protein dalam tubuh yang meliputi reaksi deaminasi, dekarboksilasi

dan transaminasi. Siklus urea, beberapa biosintesis asam-asam

amino dan bagaimana keterkaitan antara metabolisme protein

dengan metabolisme karbohidrat dan lipid.

9.1.2 RelevansiPembahasan bab ini sangat berhubungan dengan bab

selanjutnya yakni asam nukleat. Mahasiswa akan mengetahui

bagaimana hubungan antara DNA, RNA dan protein. Pemahaman

tentang metabolisme protein akan mengungkapkan bagaimana

senyawa ini disintesis dan penting untuk dasar mempelajari

biomolekuler

9.1.3 Tujuan

Setelah Mempelajari bab ini saudara diharapkan dapat :

1. Menerangkan secara garis besar penguraian protein dalam

tubuh.

2. Menjelaskan jenis reaksi metabolisme protein

3. Menerangkan siklus urea

4. Menjelaskan metabolisme beberapa asam amino

5. Menerangkan hubungan antar metabolisme karbohidrat,

lipid dan protein.

9.2PENYAJIAN

9.2.1 Uraian Dan Contoh

Hati merupakan organ tubuh di mana terjadi reaksi

katabolisme maupun anabolisme protein. Asam-asam amino yang

terbentuk dibawa oleh darah ke dalam jaringan untuk digunakan.

Bahan Ajar BiokimiaMetabolisme Protein

222

Proses anabolik maupun katabolik juga terjadi dalam jaringan di

luar hati. Asam amino yang terdapat dalam darah berasal dari tiga

sumber, yaitu 1) absorpsi melalui dinding usus, 2) hasil penguraian

protein dalam sel dan 3) hasil sintesis asam amino dalam sel.

Banyaknya asam amino dalam darah tergantung pada

keseimbangan antara pembentukan asam amino dan

penggunaannya. Bila kelebihan asam amino dari jumlah yang

digunakan untuk biosintesis protein, maka kelebihan asam amino

akan diubah menjadi asam keto yang dapat masuk ke dalam siklus

asam sitrat atau diubah menjadi urea. Hati berfungsi sebagai

pengatur konsentrasi asam amino dalam darah.

Dalam tubuh kita, protein mengalami perubahan-perubahan

tertentu dengan kecepatan yang berbeda untuk tiap protein. Protein

dalam darah, hati dan organ tubuh lain mempunyai waktu paruh

(half-life) antara 2,5 sampai 10 hari. Protein yang terdapat pada

jaringan otot mempunyai waktu paruh = 120 hari. Rata-rata tiap

hari 1,2 gram protein per kilogram berat badan diubah menjadi

senyawa lain. Ada tiga kemungkinan mekanisme pengubahan

protein yaitu :

a. Sel-sel mati, lalu komponennya mengalami proses penguraian atau katabolisme dan dibentuk sel-sel baru.

b. Masing-masing protein mengalami proses penguraian dan terjadi sintesis protein baru, tanpa ada sel yang mati.

c. Protein dikeluarkan dari dalam sel diganti dengan sintesis protein baru.

Protein dalam makanan diperlukan untuk menyediakan asam

amino yang akan digunakan untuk memproduksi senyawa nitrogen

yang lain, untuk mengganti protein dalam jaringan yang me-

ngalami proses penguraian dan untuk mengganti nitrogen yang


223

9.1.1.1 Proses Penguraian Protein Dalam

Tubuh

telah dikeluarkan dari tubuh dalam bentuk urea. Ada beberapa

asam amino yang dibutuhkan oleh tubuh, tetapi tidak dapat di-

produksi oleh tubuh dalam jumlah yang memadai. Oleh karena itu

asam amino tersebut dinamakan asam amino esensial, harus

diperoleh dari makanan.

Asam amino esensial Asam amino non

esensial

Histidin AlaninIsoleusin ArgininFenilalanin AspartatLeusin SisteinTreonin GlutamatLisin GlutaminTriptofan GlisinMetionin ProlinValin Serin

Tirosinasparagin

Kebutuhan asam amino esensial tersebut bagi anak-anak

relatif lebih besar daripada orang dewasa. Makanan yang mengan-

dung protein hewani, misalnya daging, susu, keju, telur, ikan dan

lain-lain, merupakan sumber asam amino esensial. Protein nabati

seringkali kekurangan lisin, metionin dan triptofan. Kebutuhan

protein yang disarankan ialah 1,0 sampai 1,5 gram per kilogram

berat badan per hari.

Secara ringkas metabolisme protein mahluk hidup

ditunjukkan pada Gambar berikut :


224

Gambar 9.1 Metabolisme Protein

Jumlah Asam Amino dalam darah tergantung dari jumlah

yang diterima dan .jumlah yang digunakan. Pada proses

pencernaan makanan, protein diubah menjadi asam amino oleh

beberapa reaksi hidrolisis serta enzim-enzim yang bersangkutan.

Enzim-enzim yang bekerja pada proses hidrolisis protein antara

lain ialah pepsin, tripsin, kimotripsin, karboksi peptidase, amino

peptidase, tripeptidase dan dipeptidase.

Setelah protein diubah menjadi asam-asam amino, maka

dengan proses absorpsi melalui dinding usus, asam amino tersebut

sampai ke dalam pembuluh darah. Proses absorpsi ini ialah proses

transpor aktif yang memerlukan energi. Asam-asam amino

dikarboksilat atau asam diamino diabsorpsi lebih lambat daripada

asam amino netral.

Dalam keadaan puasa, konsentrasi asam amino dalam darah

biasanya sekitar 3,5 sampai 5 mg per 100 ml darah. Setelah

makan makanan sumber protein, konsentrasi asam amino dalam

darah akan meningkat sekitar 5 mg sampai 10 mg per 100 ml

darah. Konsentrasi ini akan turun kembali setelah 4 sampai 6 jam

kemudian. Konsentrasi asam amino dalam jaringan ±5 – 10 kali

lebih besar. Perpindahan asam amino dari dalam darah ke dalam

sel-sel jaringan juga melalui proses transfor aktif yang

membutuhkan energi.

Degradasi protein (katabolisme) terjadi dalam dua tahap.

1. Protein mengalami modifikasi oksidatif untuk

menghilangkan aktivitas enzimatis.


225

9.2.1.2 Jenis Reaksi Dalam Metabolisme Protein

2. Penyerangan protease yaitu enzim yang berfungsi untuk

mengkatalis degradasi protein.

Protein yang terdapat di dalam sel dan makanan didegradasi

menjadi monomer penyusunnya (asam amino) oleh enzim

protease yang khas. Protease tersebut dapat berada di dalam

lisosom maupun dalam lambung dan usus.

Katabolisme protein makanan pertama kali berlangsung di

dalam lambung. Di tempat ini protease khas (pepsin)

mendegradasi protein dengan memutuskan ikatan peptida yang

ada di sisi NH2 bebas dari asam amino aromatik, hidrofobik, atau

dikarboksilat.

---phe---met---val---lis---leu---tir---trp---arg---gli---ala---ile-asp-

Kemudian di dalam usus protein juga didegradasi oleh

protease khas seperti tripsin, kimotripsin, karboksipeptidase dan

elastase. Hasil pemecahan ini adalah bagian-bagian kecil

polipeptida. Selanjutnya senyawa ini dipecah kembali oleh

aktivitas aminopeptidase menjadi asam-asam amino bebas.

Produk ini kemudian melalui dinding usus halus masuk ke dalam

aliran darah menuju ke berbagai organ termasuk ke dalam sel.

Pepsin, kimotripsin, tripsin termasuk golongan enzim

protease endopeptidase. Golongan enzim ini menyerang protein

dari tengah molekul dan sering juga disebut sebagai enzim

proteinase karena menyerang polipeptida tinggi atau protein.

Tripsin menyerang ikatan lisil dan ikatan arginil sehingga peptida

yang dihasilkan mempunyai ujung lisin atau arginin pada terminal

karboksil. Pepsin bersifat kurang khas namun lebih mengutamakan

serangan pada titik asam amino aromatik atau asam amino asam.

Hasil degradasi golongan enzim endopeptidase ini adalah

oligopeptida atau fragmen kecil protein.


226

Sedangkan enzim karboksilase clan aminopeptidase

merupakan golongan enzim protease eksopeptidase yang

menyerang ujung dan pangkal oligopeptida atau fragmen kecil

protein. Golongan enzim ini hanya membebaskan asam-asam amino

pada ujung oligopeptida. Karboksipeptidase membebaskan asam

amino pada ujung COOH fragmen kecil protein sedangkan

aminopeptidase membebaskan ujung amino pada oligopeptida.

Degradasi golongan enzim ini menghasilkan berbagai asam amino

penyusun protein.

Mekanisme degradasi pada jasad hidup tingkat rendah

kebanyakan juga dilakukan dengan cara yang sama. Dan enzim-

enzim yang digunakan juga serupa. Walaupun demikian masing-

masing enzim mempunyai spesifitas yang berbeda.

1. Reaksi Transaminasi asam amino

Katabolisme asam amino terjadi melalui reaksi transaminasi

yang melibatkan pemindahan gugus amino secara enzimatik dari

satu asam amino ke asam amino lainnya. Enzim yang terlibat dalam

reaksi ini adalah transaminase atau aminotransaminase. Enzim ini

spesifik bagi ketoglutarat sebagai penerima gugus amino namun

tidak spesifik bagi asam amino sebagai pemberi gugus amino.

Transaminase mempunyai gugus prostetik, piridoksal fosfat,

pada sisi aktifnya yang berfungsi sebagai senyawa antara pembawa

gugus amino menuju ketoglutarat. Molekul ini mengalami

perubahan dapat balik di antara bentuk aldehidanya ( piridoksal

fosfat), yang dapat menerima gugus amino, dan bentuk

teraminasinya (piridoksamin fosfat), yang dapat memberikan gugus

aminonya seperti terlihat pada reaksi berikut.

transaminaseAsam L-amino + ketoglutrat ===== Asam keto + L-glutamat

alanin transaminase Alanin + ketoglutarat ======= piruvat + glutamat


227

Aspartat transaminaseAspartat + ketoglutarat ======= oksaloasetat + glutamat

leusin transaminse Leusin + ketoglutarat ======= ketoisokaproat + glutamat

tirosin transaminase Tirosin + ketoglutarat ====== hidroksifenilpiruvat +glutamat

Dalam reaksi ini tidak terjadi deaminasi total, karena

ketoglutarat teraminasi pada saat asam amino mengalami

deaminasi. Dan reaksinya bersifat dapat balik karena tetapan

keseimbangannya mencapai 1.0. Harga delta G°' bagi reaksi

tersebut mendekati nol. Tujuan keseluruhan reaksi transaminasi

adalah mengumpulkan gugus amino dari berbagai asam amino

ke bentuk asam amino glutamat.

Ada sekitar 12 asam amino protein yang mengalami reaksi

transaminasi dalam proses degradasinya. Beberapa asam amino

lain mengalami proses deaminasi dan dekarboksilasi.

2) Reaksi Deaminasi Asam amino

Proses deaminasi asam amino dapat terjadi secara oksidatif

dan non oksidatif. Contoh asam amino yang mengalami proses

deaminasi oksidatif adalah asam glutamat. Reaksi degradasi

asam glutamat dikatalis oleh enzim L- glutamat dehidrogenase

yang dibantu oleh NAD atau NADP.

Gambar 9.2. Deaminasi Oksidatif Glutamat

Deaminasi non oksidatif ditunjukkan pada gambar di bawah

ini, yaitu pengh ilangan gugus amino dari asam amino serin yang


228

dikatalis oleh enzim serin dehidratase. Asam amino treonin juga

dapat mengalami deaminasi non oksidatif dengan katalis treonin

dehidratase menjadi keto butirat.

Gambar 9.3 Deaminasi Non Oksidatif Serin

Dekarboksilasi asam amino merupakan cara lain dalam

degradasi asam amino penyusun protein. Reaksi ini

menghasilkan senyawa amin. Contoh reaksi dekarboksilasi

adalah sebagai berikut :

histidin dekarboksilase

Histidin - Histamin + CO2

Proses dekarboksilasi histidin ini dikatalis oleh enzim histidin

dekarboksilase. Triptofan dapat juga mengalami proses

dekarboksilasi seperti di atas menjadi triptamin.

Degradasi asam amino protein menghasilkan limbah

nitrogen berupa amonia. Senyawa ini bersifat racun bagi

organisme tertentu. Agar tidak beracun biasanya gugus amino

diekskresi dari tubuh dalam bentuk urea, yaitu suatu senyawa

yang larut dalam air bersifat nontoksik sebagai bentuk ekskresi

nitrogen. Urea disintesis pada daur urea . Reaksi-reaksi yang

terjadi dikemukakan oleh Hans Krebs dan Kurt Henseleleit

(mahasiswa kedokteran) pada tahun 1932, lima tahun sebelum

daur asam sitrat diungkapkan. Nyatanya daur urea merupakan

daur jalur metabolisme yang pertama ditemukan. Salah satu

atom nitrogen pada urea yang disintesis pada jalur ini, berasal


229

9.2.1.3 DAUR

UREA

dari asam amino aspartat. Nitrogen yang lain berasal dari NH4-+

dan atom karbon dari CO2.

Pembentukan urea dimulai dari reaksi antara gugus amino

dengan karbondioksida. Reaksi ini melibatkan ATP dan

menghasilkan karbamoilfosfat. Selanjutnya karbamoilfosfat

bereaksi dengan ornitin menghasilkan sitrulin. Reaksi ini dikatalis

enzim ornitin karbamoil transferase. Reaksi selanjutnya adalah

pembentukan asam arginosuksinat dari reaksi antara sitrulin dan

asam aspartat dengan katalis arginosuksinat sintetase. Reaksi

pada tahap ini jugamelibatkan pemakaian ATP. Kemudian

arginosuksinat diuraikan menjadi arginin dan asam fumarat

dengan katalis arginosuksinase. Terakhir arginin yang

Gambar 9.4 Daur Urea

diperoleh tersebut diuraikan dengan katalis arginase melalui

reaksi hidrolisis menghasilkan urea dan ornitin.

Urea yang terbentuk dikeluarkan dari tubuh melalui urine.

Reaksi lengkap siklus urea dapat ditulis sebagai berikut :

CO2 + NH4+ + 3ATP + Aspartat + 2H2O UREA + 2ADP +

2Pi + AMP + Ppi +

Fumarat.


230

Dalam daur urea dibutuhkan empat ikatan fosfat berenergi

tinggi yang berasal dari 3 ATP dan satu berasal dari Pirofosfat

(PPi) yang dapat terhidrolisis lebih lanjut menjadi fosfat.

Pembentukan urea umumnya terjadi pada mamalia,

termasuk manusia dan organisme lain. Organisme yang

membuang amonianya melalui proses ini digolongkan sebagai

organisme ureotelik. Khusus hewan akuatik biasanya

mengeluarkan amonia yang dihasilkan kelingkungannya

(perairan) melalui proses difusi lewat kulit. Organisme ini disebut

amoniotelik. Sedangkan untuk hewan unggas dan reptil,

nitrogen hasil metabolisme dikeluarkan dalam bentuk asam urat

dan organisme ini digolongkan sebagai organisme urikotelik.

Sintesis fumarat pada daur urea merupakan reaksi penting

sebab reaksi ini mengkaitkan daur urea dengan siklus asam sitrat.

Fumarat mengalami hidrasi menjadi malat, yang pada gilirannya

dioksidasi menjadi oksaloaetat. Oksaloasetat dapat mengalami

transaminasi menjadi aspartat, berubah menjadi glukosa melalui

jalur glukoneogenesis. Selanjutnya berkondensasi dengan asetik Ko-

A membentuk sitrat yang kemudian berubah menjadi piruvat.

Gambar 9.5 Hubungan Siklus Asam Sitrat dengan Daur Urea


231

Daur Urea berkaitan dengan daur Asam Sitrat

Pembentukan NH4 oleh glutamat dehidrogenase, dan

penggabungannya ke dalam karbamoil-fosfat dan sintesis sitrulin

berikutnya terjadi dimatriks mitokondria. Sebaliknya tiga reaksi

dalam daur urea berikutnya terjadi disitosol.

Setelah pembebasan gugus amino melalui reaksi transaminasi,

deaminasi dan dekarboksilasi, kerangka karbon 20 asam amino

penyusun protein mengalami degradasi lebih lanjut melalui lintas

yang berbeda-beda menuju siklus asam sitrat. Kerangka karbon dari

10 asam amino diuraikan menjadi asetil-KoA. Lima di antaranya,

alanin, sistein, glisin, serin dan treonin diuraikan terlebih dahulu

menjadi piruvat sebelum menjadi asetil-KoA. Alanin langsung

menghasilkan piruvat melalui transaminasi. Treonin diuraikan dulu

menjadi asetaldehida sebelum menjadi piruvat. Glisin sebagai hasil

penguraian treonin diuraikan melalui reaksi oksidatif menjadi CO2,

NH4+, dan gugus metilen. Glisin yang mendapat penambahan gugus

hidroksimetil oleh tetrahidrofolat (pembawa gugus 1-karbon)

membentuk serin, dapat langsung diubah menjadi piruvat. Demikian

juga dengan asam amino sistein.

Lima asam amino lainnya, fenilalanin, tirosin, leusin, lisin dan

triptofan, terlebih dahulu diuraikan menjadi asetoasetil-KoA sebelum

menjadi asetil-KoA. Lintas triptofan paling kompleks dengan 13 tahap

reaksi. Lintas ini memungkinkan pembentukan beberapa produk lain

sebagai pemula bagi biosintesis biomolekul lainnya, seperti serotonin

(hormon pemberi tegangan pada pembuluh darah) dan asam

nikotinat (vitamin).

Fenilalanin dan tirosin kerangka karbonnya dapat memasuki

siklus asam sitrat pada dua titik berbeda.

1. fenilalanin dan tirosin menghasilkan asetoasetat

bebas lalu diubah menjadi asetil KoA.

2. bagian 4 karbon dari kedua asam amino ini diperoleh

kembali sebagai fumarat, senyawa antara siklus asam sitrat.

Kerangka karbon arginin, histidin, asam glutamat, glutamin dan

prolin memasuki siklus asam sitrat melalui ketoglutarat. Prolin dan


232

arginin diubah dulu menjadi glutamat semi aldehida kemudian

menjadi glutamat sebelum menjadi ketoglutarat. Sedangkan

glutamin clan histidin diubah menjadi glutamat sebelum menjadi

ketoglutarat. Dan glutamat langsung diubah menjadi -ketoglutarat.

Kerangka karbon dari asam amino : metionin, isoleusin dan

valin terdegradasi menghasilkan senyawa antara siklus asam

sitrat, suksinil Ko-A. Isoleusin dan prolin mengalami transaminasi

diikuti oleh dekarboksilai oksidatif asam keto yang dihasilkan.

Asam-asam keto yang diperoleh dari ketiga asam amino ini

dikatalisis oleh enzim kompleks yang sama yakni keto

dehidrogenase.

Kerangka karbon asparagin dan asam aspartat memasuki

siklus asm sitrat melalui oksaloasetat. Enzim asparaginase

mengkatalis hidrolisis asparagin menjadi aspartat dan gugus

amino aspartat diberikan ke ketoglutarat dalam reaksi

transaminasi menghasilkan glutamat. Dan sisa kerangka karbon

aspartat, oksaloasetat, memasuki siklus asam sitrat.

Gambar 9.6 Asam amino glukogenik (merah), ketogenik (kuning), Jalur pemecahan kerangka karbon asam amino penyusun protein.


233

Asam amino yang diubah menjadi asetoasetil KoA

digolongkan sebagai asam amino ketogenik, karena produk

degradasinya (asetoasetil KoA) dapat menghasilkan senyawa

keton dalam proses pengubahannya. Sedangkan asam amino

yang dapat diubah menjadi piruvat, a-ketoglutarat, suksinat dan

oksaloasetat disebut golongan asam amino glukogenik karena

produk tersebut mampu diubah kembali menjadi glukosa clan

glikogen. Asam amino lain mempunyai sifat ketogenik dan

glukogenik bersama-sama, seperti fenilalanin dan tirosin.

Semua molekul hasil katabolisme asam amino memasuki

siklus asam sitrat dan dioksidasi sempurna menjadi

karbondioksida dan air. Dan selama transpor elektron, ATP

dihasilkan oleh fosforilasi oksidatif sehingga asam amino dapat

berperan memberikan persediaan energi bagi organisme.

Sintesis ke-20 macam asam amino penyusun protein

berbeda- beda pada setiap mahluk hidup. Tumbuhan umumnya

mampu mensintesis sendiri 20 asam amino tersebut. Sedangkan

manusia dan hewan hanya dapat melakukan sintesis 10 dari 20

asam amino unit pembangun protein. Asam amino yang dapat

disintesis sendiri oleh mahluk hidup tersebut dikenal dengan

sebutan asam amino nonesensial. Sedangkan asam amino yang

tidak dapat disintesis sendiri dan harus diperoleh dari makanan

disebut asam amino esensial.

Glutamat, glutamin dan prolin mengambil bagian dalam

lintas biosintetik bersama. Proses biosintesis ketiganya identik

dalam semua bentuk kehidupan. Glutamat dibentuk dari amonia

dan alfa-ketoglutarat, suatu senyawa antara siklus asarn sitrat,

melalui kerja enzim glutamat dehidrogenase dengan tenaga

pereduksi NADPH.


234

9.2.1.4 Biosintesis Asam

Amino

NH4+ + -ketoglutarat + NADPH ==== Glutamat + NADP+

+ H2O

Glutamat adalah donor gugus asam amino dalam biosintesis

asam amino lain melalui reaksi transaminasi. Glutamin dibentuk

dari glutamat melalui kerja glutamin sintetase dengan bantuan

ATP.

Glutamat + NH4+ + ATP ===== Glutamin + ADP+ + Pi +

H+

Prolin juga disintesis dari glutamat melalui reaksi bertahap. Mula--

mula glutamat direduksi menjadi a-semialdehida dengan bantuan

glutamat kinase dehidrogenase. Kemudian metabolit ini

mengalami penutupan menjadi pirolin 5-karboksilat dan reduksi

lebih lanjut menjadi prolin dengan bantuan enzim pirolin

karboksilat reduktase. Prolin adalah penghambat alosterik pada

reaksi awal biosintesisnya. Asam-asam amino alanin, aspartat dan

asparagin juga berasal dari metabolit sentral glutamat. Umumnya

alanin berasal dari piruvat dan asapartat dari oksaloasetat oleh

reaksi transaminasi dari glutamat.

Glutamat + Piruvat ===== Alfa-ketoglutarat + Alanin

Glutamat + Oksaloasetat ===== alfa-ketoglutarat + Aspartat

Biosintesis asparagin dalam banyak bakteri menggunakan

aspartat sebagai prekursor dalam reaksi dengan katalis asparagin

sintetase. Sedangkan dalam sel mamalia biosintesis asparagin

melalui pemindahan gugus amino dari gugus amida glutamin

menjadi (3karboksil aspartat dengan enzim asparagin sintetase

bergantung ATP.

Aspartat + NH4+ + ATP ===== Asparagin + ADP + Pi +

H+

Glutamin + Aspartat + ATP + H2O Glutamat + Asparagin + AMP + PPi


235

Asam amino non esensial tirosin disintesis oleh hewan dari

asam amino esensial fenilalanin. Sementara sistein dibuat dari

asam amino esensial metionin dan asam amino non-esensial

serin. Metionin menyumbangkan atom sulfur dan serin

memberikan kerangka karbon pada sintesis tersebut.

Phenilalanin + NADPH + H+ + O2 - Tirosin + NADP+ + H2O

H2O Ppi +Pi penerima metil termetilasi

Metionin S-adenosilmetionin S-adenosilhomosistein 1 2 H2O

3 adenosin

homosistein 4 Serin

H2O

sistationin 5

alfa-ketoglutarat + NH4Sistein

Gambar 9.7 Biosintesis Asam amino Sistein

Keterangan enzim :1. metionin adenosiltransferase2. reaksi pemindahan metil3. adenosilhomosisteinase4. sistationin beta-sintase 5. sistationin -liase

Biosintesis serin dan glisin dianggap terjadi bersama-sama

karena serin adalah prekursor glisin, seperti ditampilkan di bawah

ini.

NAD+ NADH + H+ Glutamat -ketoglutarat H2O Pi tetrahidrofolat H2O

3-Fosfogliserat 3-fosfohidroksipiruvat 3-fosfoserin Serin Glisin 1 2 3 4

N5, N10 -metilentetra -


236

hidrofolat

Gambar 9.8 Biosintesis Asam Amino Serin dan Glisin

Keterangan : 1. fosfogliserat dehidrogenase 3. fosfoserinfosfatase

2. fosfoserintransaminase, 4.serinhidroksimetil transferase

Asam amino esensial seperti fenilalanin, triptofan dan histidin

memiliki lintas biosintetis yang paling kompleks. Ketiga asam

amino tersebut memiliki cincin benzena atau heterosiklik. Sintesis

cincin ini, terutama kedua cincin pusat triptofan, memerlukan

sejumlah tahap reaksi enzimatis yang kompleks.

Lima asam amino esensial bagi hewan disintesis oleh

tanaman dan mikroorganisme dari asam amino nonesensial.

Treonin, metionin clan lisin disintesis dari aspartat, arginin clan

histidin dibentuk dari glutamat. Isoleusin dibentuk oleh bakteri

dari asam amino esensial treonin.

Sel merupakan sistem kimia dalam keadaan mantap. Proses

metabolisme yang telah dibicarakan sebelumnya, baik reaksi

katabolisme maupun reaksi anabolisme merupakan proses yang

berlangsung serempak. Pembahasan yang dilakukan secara

sendiri-sendiri hanya untuk mempermudah pemahaman dalam

mempelajari reaksi-reaksi kimia dalam mahluk hidup.

Katabolisme dan anabolisme merupakan proses yang saling

melengkapi dan berkaitan satu dengan yang lain. Secara

keseluruhan proses anabolisme dan katabolisme harus berjalan

bersama-sama, karena setiap pasang proses menyediakan energi

atau bahan yang diperlukan oleh pasangan yang lain. Hubungan

antara keduanya dijelaskan sebagai berikut, pada :

1. Aspek oksidasi dan reduksi, katabolismenya menggunakan

bentuk oksidasi (NAD+ + NADP+) dan menghasilkan bentuk


237

9.2.1.5 Hubungan Antara Metabolisme Karbohidrat, Lemak Dan Protein.

reduksi (NADH dan NADPH) sementara proses anabolisme

membutuhkan bentuk reduksi dan menghasilkan bentuk

oksidasi.

2. Aspek energi, katabolisme merupakan eksargonik

(menghasilkan energi) dengan menggunakan ADP dan

menghasilkan ATP. Senyawa ATP yang dihasilkan kemudian

digunakan kembali dalam reaksi endergonik (membutuhkan

energi) pada proses anabolisme dan kembali menghasilkan

ADP ( dan AMP).

3. Aspek materi, produk akhir antara yang dihasilkan dalam

katabolisme umumnya menjadi materi awal dalam anabolisme.

Demikian juga sebaliknya.

Degradasi molekul dalam proses metabolisme dibagi dalam

tiga tahap. Tahap pertama, polisakarida dihidrolisis menjadi

monosakarida, protein dihidrolisis menjadi komponen asam

aminonya dan triasilgliserol, sumber utama lipid makanan,

dihidrolisis menjadi gliserol dan asam lemak. Sedangkan asam

nukelat dihidrolisis menjadi mononuleotida. Tiga makromolekul

pertama proses degradasinya berhubungan dengan energi. Proses

ini hidrolitik dan energinya dilepaskan (dari tiga makromolekul =

lipid, karbohidrat dan protein) untuk menyediakan energi bagi

mahluk hidup.


238

Gambar 9.9 Hubungan Antara Metabolisme Biomolekul (protein, karbohidrat dan lipid)

Tahap kedua, monosakarida, gliserol dan asam lemak

didegradasi lanjut membentuk asetil KoA melalui proses

pembentukan beberapa senyawa fosfat kaya energi. Dalam

glikolisis heksosa diubah menjadi piruvat kemudian menjadi asetil

KoA melalui reaksi seperti yang telah disebutkan sebelumnya. Hal

yang sama terjadi pada asam lemak rantai panjang dioksidasi

menjadi asetil KoA, sementara gliserol diubah menjadi piruvat dan

asetil KoA melalui rangkaian glikolitik. Sedangkan mononukleotida

didegradasi menjadi gula pentosa, basa nitrogen dan lainnya.

Khusus untuk degradasi asam amino keadaannya berbeda.

Dalam tahap kedua, asam amino alanin, serin, treonin, glisin, dan

sistein, didegradasi menjadi piruvat dan diubah kembali menjadi

asetil KoA. Asam amino prolin, histidin, glutamin, dan arginin,

didegradasi menjadi asam glutamat melalui proses transaminasi

menghasilkan -ketoglutarat, molekul antara siklus asam

trikarboksilat. Asam aspartat dan asparagin ditransaminasi

menjadi oksalat, molekul antara lain dalam siklus asam

trikarboksilat. Asam-asam amino leusin, triptofan, lisin, fenilalanin

dan tirosin didegradasi menjadi asetoasetil KoA dan diubah

kembali menjadi asetil KoA . Sementara asam-asam amiino

isoleusin, metionin dan valin diubah menjadi suksinil KoA selama


239

degradasi. Fenilalanin dan tirosin dapat juga didegradasi secara

oksidatif membentuk asam fumarat .

Dengan demikian kerangka karbon asam amino

menghasilkan senyawa antara untuk siklus asam sitrat atau asetil

KoA. Produk yang sama dihasilkan dari karbohidrat atau lipid

selama oksidasi senyawa tersebut. Dalam tahap ketiga, ATP kaya

energi dihasilkan melalui fosforilasi oksidatif.

Anabolisme makromolekul juga berlangsung dalam tiga

tahap. Tahap pertama sintesis protein dimulai dari pembentukan

asam alfa-keto dan pemula lain. Sintesis lipid dimulai dengan

pembentukan molekul kecil asetat, malonat dan lainnya. Tahap

awal sintesis asam nukleat dimulai dari pembentukan

karbamoilfosfat, ribosa dan molekul lain. Tahap awal sintesis

karbohidrat mulai dari molekul piruvat, malat dan seterusnya.

Selanjutnya tahap kedua asam alfa-keto teraminasi oleh donor

gugus amino membentuk asam amino, gugus asetil dibangun

menjadi asam lemak, piruvat dan malat menjadi prekusor untuk

pembentukan monosakarida, dan pembentukan mononukleotida

dari gula pentosa, basa nitrogen dan asam fosfat. Tahap terakhir

anabolisme, asam amino disusun menjadi rantai polipeptida

membentuk berbagai jenis protein, asam lemak dan molekul lain

yang dirangkaikan membentuk berbagai lipid; mononukleotida

ditata membentuk polinukleotida (asam nukleat); dan

mononukleotida diatur menjadi berbagai polisakarida karbohidrat.

9.2.2 Latihan

Setelah mempelajari materi di atas coba anda kerjakan latihan

berikut:

1. Jelaskan bagaimana protein dapat ikut serta berperan sebagai

sumber energi bagi tubuh bila kita kekurangan karbohidrat dan

lemak.


240

2. Gambarkan mekanisme reaksi daur urea sebagai hasil degradasi

asam amino.

3. Jelaskan peranan DNA dalam biosintesis protein

4. Sebutkan 2 tahap reaksi pembentukan ikatan asam amino

dengan tRNA dan dibantu oleh enzim apa.

5. Apakah mungkin asam piruvat bisa dibentuk dari metabolisme

asam amino sistein ?

9.2.3 Petunjuk Jawaban soal-soal latihan

1. Beberapa asam amino akan mengalami penguraian

membentuk astoasetat yang dibantu oleh beberapa enzim

yang kemudian asetoasetat mengalami dehidrogenasi

membentuk asetil KoA yang kemudian asetil KoA ini masuk

jalur daur asam sitrat untuk kemudian mengalami oksidasi

dan menghasilkan energi bagi tubuh.

2. sudah jelas diterangkan pada gambar 9.4

3. Dalam proses biosintesis protein molekul DNA berperan

sebagai cetakan bagi terbentuknya RNA. Sedangkan RNA

kemudian mengarahkan urutan asam amino dalam

pembentukan molekul protein yang berlangsung di ribosom.

4. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim amino asil tRNA sintetase dan

ATP. Tahap 1; asam amino dengan enzim dan AMP

membentuk kompleks aminoasil-AMP-enzim, tahap kedua

terjadi reaksi antara kompleks aminoasil-AMP-enzim dengan

tRNA. Pada reaksi ini terbentuk kompleks tRNA-asam amino,

sedangkan AMP dan enzim sintetase dilepaskan.

5. ya dapat. Melalui 3 cara yakni; pengubahan sistein dengan

enzim sistein desulfhidrase; pembentukan asam sisteinsulfinat

kemudian diubah menjadi asm beta sulfinilpiruvat hingga

membentuk asam piruvat ; dan melalui reaksi transaminasi

membentuk asam tiolpiruvat kemudian diubah menjadi asam

piruvat.


241

9.2.4 Rangkuman

Protein dalam makanan diperlukan untuk menyediakan asam

amino yang akan digunakan untuk memproduksi senyawa nitrogen

yang lain, untuk mengganti protein dalam jaringan yang me-

ngalami proses penguraian dan untuk mengganti nitrogen yang

telah dikeluarkan dari tubuh dalam bentuk urea.

Dalam sel eukariot, degradasi protein (katabolisme) terjadi

dalam dua tahap. 1).Reaksi Deaminasi Oksidatif yaitu protein

mengalami modifikasi oksidatif untuk menghilangkan aktivitas

enzimatis. 2)Reaksi transaminasi adalah penyerangan protease

yaitu enzim yang berfungsi untuk mengkatalis degradasi protein.

Degradasi asam amino protein menghasilkan limbah

nitrogen berupa amonia. Senyawa ini bersifat racun bagi

organisme tertentu. Agar tidak beracun biasanya gugus amino

diekskresi dari tubuh dalam bentuk urea, yaitu suatu senyawa

yang larut dalam air bersifat nontoksik sebagai bentuk ekskresi

nitrogen. Urea disintesis melalui daur urea .

Manusia dapat mensintesis 11 dari 20 macam asam amino

dasar yang terdapat dialam. Asam amino ini disebut asam amino

non esensial sedangkan yang lainya disebut asam amino esensial

yang harus didapat dari makanan. Biosintesis asam amino non

esensial sangat sederhana. Glutamat dehidrogenase mengkatalisis

aminasi reduktif alfa-ketoglutarat menjadi glutamat. Alanin dan

aspartat disintesis dari transaminasi masing-masing piruvat dan

oksaloasetat. Glutamin disintesis dari NH4 + dan glutamat, demikian

juga asparagin dapat disintesis dengan cara yang sama. Prolin dan

arginin berasal dari glutamat. Serin dihasilkan dari 3 fosfogliserat

dan merupakan prekusor glisin dan sistein. Tirosin disintesis dari

hidroksilasi phenilalanin, yang merupakan asam amino esensial.

Degradasi molekul dalam proses metabolisme dibagi dalam

tiga tahap. Tahap pertama, polisakarida dihidrolisis menjadi

monosakarida, protein dihidrolisis menjadi komponen asam

aminonya dan triasilgliserol, sumber utama lipid makanan,


242

dihidrolisis menjadi gliserol dan asam lemak. Sedangkan asam

nukelat dihidrolisis menjadi mononuleotida. Tiga makromolekul

pertama proses degradasinya berhubungan dengan energi. Proses

ini hidrolitik dan energinya dilepaskan (dari tiga makromolekul =

lipid, karbohidrat dan protein) untuk menyediakan energi bagi

mahluk hidup.

9.3 PENUTUP

9.3.1 Tes Formatif

1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan transaminasi dan

deaminasi oksidatif.

2. Gambarkan mekanisme reaksi daur urea sebagai hasil

degradasi asam amino.

3. Tuliskan suatu persamaan reaksi kimia untuk sintesis alanin

dari asam glutamat.

4. Tuliskan persamaan reaksi untuk sintesis serin dan tirosin.

5. Uraikan bagaimana hubungan siklus asam sitrat dengan daur

urea.

6. Bagaimana hubungan antara DNA, RNA dan protein.

9.3.2 Umpan Balik

Anda dapat menguasai materi ini dengan baik jika

memperhatikan hal-hal berikut:

1. Membuat ringkasan materi pada setiap bab sebelum materi

tersebut dibahas dalam diskusi kelas.

2. Aktif dalam diskusi baik kelompok kecil maupun kelompok

besar.

3. Mengerjakan latihan.

9.3.3 Tindak Lanjut

1. Apabila mahasiswa dapat menyelesaikan 80% dari test

formatif diatas, maka mahasiswa tersebut dapat melanjutkan

ke bab selanjutnya, pengetahuan tentang metabolisme


243

protein merupakan bagian dari mempelajari dan memahami

materi lain seperti genetika dan asam nukleat khususnya

biosintesis protein.

2. Jika ada diantara mahasiswa belum mencapai penguasaan

80% dianjurkan untuk :

- mempelajari kembali topik di atas dari awal

- berdiskusi dengan teman terutama pada hal-hal yang

belum dikuasai

- bertanya kepada dosen jika ada hal-hal yang tidak jelas

dalam diskusi.

9.3.4 Kunci Jawaban tes formatif

1. Reaksi Deaminasi Oksidatif yaitu protein mengalami

modifikasi oksidatif untuk menghilangkan aktivitas

enzimatis, Sedangkan reaksi transaminasi adalah

penyerangan protease yaitu enzim yang berfungsi untuk

mengkatalis degradasi protein.

2. lihat gambar 9.4 tentang siklus urea

3. Glutamat + piruvat ===== Alfa-ketoglutarat + Alanin

4. gambar 9.7 diatas

5. Sintesis fumarat pada daur urea merupakan reaksi penting

sebab reaksi ini mengkaitkan daur urea dengan siklus asam

sitrat. Fumarat mengalami hidrasi menjadi malat, yang pada

gilirannya dioksidasi menjadi oksaloaetat. Oksaloasetat dapat

mengalami transaminasi menjadi aspartat, berubah menjadi

glukosa melalui jalur glukoneogenesis. Selanjutnya

berkondensasi dengan asetik Ko-A membentuk sitrat yang

kemudian berubah menjadi piruvat. Pembentukan NH4 oleh

glutamat dehidrogenase, dan penggabungannya ke dalam

karbamoil-fosfat dan sintesis sitrulin berikutnya terjadi

dimatriks mitokondria. Sebaliknya tiga reaksi dalam daur urea

berikutnya terjadi disitosol (siklus gambar 9.5).

6. Hubungan antara DNA, RNA dan protein dapat dilihat pada

proses aliran informasi genetik dalam dogma sentral berikut:


244

Transkripsi TranslasiReplikasi DNA RNA Protein

mRNATranskripsi rRNAbalik tRNA

Replikasi vRNA Protein virus

BUKU SUMBER

1. Stryer Lubert., 2000, Biochemistry, volume 1,2,3 edisi 4., EGC Jakarta

2. Lehninger., 1998, Dasar–Dasar Biokimia, Terjemahan Maggi Thenawijaya., Jilid 1,2,3., Erlangga, Jakarta.

3. Murray, Robert (et,al)., 2001, Harper’s Review Of Biochemistry., Edisi 25, EGC., Jakarta.

4. P.Karlson., 1975, Introduktion to Modern Biochemistry., New York., Academic Press.

5. Arbianto,P., 1993, Biokimia Konsep-Konsep Dasar, DEPDIKBUD, DIKTI, Proyek Pendidikan Tenaga Akademik; Jakarta.

6. Poedjiadi,A., 1994, Dasar-Dasar Biokimia. Universitas Indonesia-Press.

SENARAI

Asam amino : Molekul organik yang memiliki gugus karboksil dan

gugus amino dan berfungsi sebagai monomer

protein.


245

Aminoasil tRNA-sintetase : aminoacyl- tRNA synthetase suatu

keluarga enzim, paling tidak ada satu ntuk setiap

asam amino, yang mengkatalisis pengikatan suatu

asam amino ke molekul tRNA spesifiknya.

Deaminasi : penghilangan gugus amina dari asam amino satu

ke asam amino lainnya

Transaminasi : pemindahan gugus amino dari satu asam amino ke

asam amino lain

tRNA : transfer RNA, molekul RNA yang berfungsi sebagai

penginterpretasi antara asam nukleat dan bahasa

protein

Dekarboksilasi : Penghilangan/pemindahan gugus karboksil dari satu

molekul ke molekul yang lain.

Kofaktor : Setiap molekul atau ion nonprotein yang diperlukan agar

suatu enzim bisa berfungsi dengan baik. Kofaktor

dapat berikatan secara permanen dengan tempat aktif

enzim atau bisa berikatan secara longgar dengan

substrat selama katalisis.

Lisosom : Kantung enzim-enzim hidrolitik yang terbungkus oleh

membran yang ditemukan dalam sitoplasma sel

eukaryotik.

Transpor aktif : Pergerakan suatu substansi melewati melewati

suatu membran biologis melawan gradien konsentrasi

atau elektrokimiawinya, dengan bantuan infut energi

dan protein transpor spesifik.

Transpor pasif : difusi suatu bahan melewati suatu membran

biologis.


246

metabolisme protein mus

Documents