Metabolisme Protein 1

Metabolisme protein

Meliputi:· Degradasi protein (makanan dan protein intraseluler)

menjadi asam amino· Oksidasi asam amino· Biosintesis asam amino· Biosintesis protein

Overview

Metabolisme Protein 2

Overview !!!

Keywords: Protein,Asam amino,katabolisme,Anabolisme

Protein IntraselulerAsamamino

Asam α keto

NH4+ Ekskresi

Biosintesis asam amino, nukleotida

TCA

Respirasi

CO2 + H2O

Glukosa

Glukoneogenesis

Protein Makanan

Metabolisme Protein 3

Metabolisme protein dan juga asam nukleat berbedadengan metabolisme karbohidrat dan lipid

v Karbohidrat dan lipid dapat disimpan dan digunakan jikadibutuhkan ketika membutuhkan energi atau untuk biosintesis

à Bbrp tanaman mampu menyimpan senyawa N(Asparagine pd Asparagus)

à Bbrp insect mempunyai protein simpanan di dalam darah mereka

Tidak mewakili bentuk simpanan N

Hewan harus selalu menyediakan suplai N yg cukup melaluimakanan à mengganti N yg hilang karena katabolisme

v Setiap asam amino mengandung plg tidak 1 gugus amino.Sehingga membutuhkan mekanisme khusus untuk memecahgugus amino dengan kerangka C –nya

Kerangka C dr asam amino à oksidasi mjd CO2 dan H2Oà menyumbangkan senyawa 3 / 4 C

yang dapat diubah mjd glukosa

Pada umumnya organisme tidakmempunyai polimer senyawa

nitrogen untuk disimpan

Metabolisme Protein 4

Seberapa besar kemampuan suatu organismemenggunakan asam amino sbg sumber energià jenisorganismenya

à Carnivora à 90% energi yang dibutuhkan berasal oksidasi asamamino (setelah makan)

à Herbivora à hanya sedikit memperoleh energi dari oksidasi asamamino.

à sebagian bsr energi berasal dr karbohidratà katabolisme asam amino hanya untuk menyuplai

biosintesis senyawa lain

Hewan melakukan degradasi oksidatif jika dalam kondisi :

· Selama sintesis normal dan degradasi protein seluler (proteinturnover) à as. Amino yg dilepas dr pemecahan protein tidakdigunakan untuk sintesa protein baru.

· Asupan makanan kaya akan protein à as. Amino yg masukmelebihi kebutuhan tubuh utk sintesis protein.

· Kelaparan atau diabetes militus. à Karbohidrat tidak cukupatau tidak dapat digunakan. à protein tubuh digunakan sbgsumber energi

Pada Vertebrata :

Asam amino dr Makanan à sebagian besar dimetabolisme di hatià Ammonia yg dihasilkan :

- digunakan kembali untuk proses biosintesis- kelebihan ada yg di keluarkan dr tubuh dlm bentuk

urea, asam urat, atau ammoniaAmmonia dr jaringan yg lain di bawa ke hati à diubah mjd bentuklain dan diekskresikan

Metabolisme Protein 5

I. Degradasi Protein menjadi Asam amino

Degradasi protein dr makananà asam amino : tjd di saluranpencernaan

Saluran pencernaan (usus halus)

Lam

bung

PROTEIN

Stimulate mukosalambungà hormone

gastrin

Stimulate sekresiHCl oleh sel parietal& pepsinogen olehchief cell

pH rendahà antiseptic& protein mengalamidegradasià mudahdipecah oleh enzim2

pepsinogenà pepsin olehaktifitas pepsin sendirià diputus 42 aa pd N

terminal

Pepsin menghidrolisis iktnpeptide pd N terminal dktTyr, Phe and Trp

Pankreas

Kondisiasamàsekresihormonesekretin

SekresibikarbonatMenetralisir

pHà ± 7

Masuknya as. Amino : stimulatesekresi hormone cholecystokinin

Sekresi bbrp enzim:trypsinogen,

chymotrypsinogen,procarboxypeptidase

Kondisi pHàZymogen mjd aktif:TripsinogenàTrypsin, (olehenteropeptidase)Trypsin activateàchymotrypsin,carboxypeptidase

Secretaminopeptidase

Asam AminoBebas

Metabolisme Protein 6

Kenapa enzim diproduksi oleh pankreas dlm kondisi nonaktif?

- Melindungi pankreas dr aktifitas proteolisis dr enzim2 tsbt

Untuk melindungi diri pankreas jg mensekresi à inhibitor pankreatiktripsin (Pancreatic trypsin inhibitor)

Trypsin, chymotrypsin dan carboxypeptidaseà mempunyaiaktifitas katalitik yg spesifik satu dng yg lain

- Trypsin à memecah ikatan peptida yg karbonil nya berasaldr Lys dan Arg

- Chymotrypsin à memecah iktn peptida pada karboksiterminal dr Phe, Tyr, dan Trp

Degradasi oligopeptida disempurnakan oleh peptidase yglain

- Carboxypeptidase à memecah karboksi terminal scrberurutan

- Aminopeptidase à memecah N-terminal

Asam amino bebasà ditransport melewati sel epithelial usushalus.

Masuk kapiler darah yg tdpt di pili dan ditranspor ke hati

Protein makanan telahdiubah mjd asam amino !

Metabolisme Protein 7

II. Oksidasi Asam Amino

v Pada umumnya, degradasi asam amino dimulai denganpelepasan gugus aminoà menghasilkan kerangka Càdiubah mjd senyawa antara metabolisme utama tubuh

v Metabolisme asam amino pada umumnya terjadi di hativ Kelebihan di luar liverà dibawa ke hatià diekskresikanv Ammoniaà digunakan kembali utk proses biosintesis

à diekskresi scr langsung atau diubah terlebihdahulu mjd asam urat / urea§ Vertebrata terestrialà ureaà ureotelic§ Burung & reptilà asam uratà uricotelic§ Binatang di airà ammoniaà ammonotelic

Hepatocyte /cytosol selliver

Ditranspor kemitokondria

Metabolisme Protein 8

v Proses transaminasi : proses yang mana suatu gugus aminodipindahkan, biasanya dari Gluà suatu α – keto acid danreaksi ini menghasilkan asam amino yg terkait plus α-ketoglutarato Reaksi transaminasi dikatalis oleh enzim transaminase

(aminotransferase)

o Reaksi transaminasi membutuhkan koenzim piridoxalphosphat (PLP) yang berasal dari vitamin B6

o Aminotranferaseà mengkatalisis§ Glutamateà α – KG§ Aspartateà OAA§ Alanineà pyruvate

v Degradasi asam amino berlanjut dengan pelepasan gugusaminoà diekskresi

o Di dalam mitokondriaà reaksi deaminasi oxidativeàdikatalisis oleh L-glutamate dehydrogenase (enzimterdapat dlm matrik mitokondria)

o Reaksi kombinasi dr aminotransferase dan glutamate DHà trandeaminasi

o Glu DHà enzim allosterik komplek.§ Positive modulatorà ADP§ Negative modulatorà GTPà TCA

Melibatkan α – KGàGlu

Metabolisme Protein 9

Serin dan Threonin dapat langsung dideaminasi !

v Karena mempunyai gugus hidroksil (-OH) pada atom C β makaasam amino ini dapat langsung di ubah menjadi ammonia

v Reaksi dikatalisisà serin dehidratase dan threonindehidratase.

v Memerlukan PLP sebagai cofactor

Serinà pyruvat + NH4+

Threoninà α ketobutyrate + NH4+

Transport ammonia ke hati

v Ammonia bersifat toksik bagi jaringan hewan.v Pengubahan ammonia menjadi urea terjadi di dalam hativ Ammoniaà menjadi glutaminà transport ke hativ Glutamin à tidak toksik, bersifat netral dan dapat lewat

melalui sel membran secara langsung.à merupakan bentuk utama utk transpor ammoniaà shg tdpt di dlm darah lebih tinggi dr a. Amino yg

lainà jg berfungsi untuk sumber gugus amino pada

berbagai reaksi biosintesis

Mengapa bukan glutamate?

Metabolisme Protein 10

Di Otot

Alaninà penting dlmtransport gugus amino keliverà glucose-alanin cycle

Di otot & jaringan lain ygmampu menggunakanprotein sbg sumber tenaga

Gugus amino di transfer kepyruvat (produk dr glikolisis)àalanin aminotranferase

alaninà netral pd pH ± 7àmelalui darah dibawa kehati

Penggunaan alaninàmrpkn intrinsic economic drorganisme

Metabolisme Protein 11

Ammonia diubah menjadi Urea dng SIKLUS UREA (UREACYCLE)

v Ditemukan oleh Hans Krebs dan Kurt Henseleit (5thn sblm TCA)

v Ureaà

Prekursor ureaà arginin dgn enzim arginaseà urea & ornithine

Pembentukan Carbamoyl phosphatà simpel molekul tp komplekbiosintesisnya

CO2 + NH4+ +2 ATP + H2Oà Carbamoyl phosphat + 2 ADP + Pi + 3H+

Cp synthetase

Stoickhimotry dr sintesis urea

CO2 + NH4+ + 3 ATP + Aspartat + 2 H2Oà Urea + 2 ADP + 2 Pi +

AMP + PPi+ fumarate

à secara energeticà high cost

Nitrogen à drasam aminoaspartate dan drNH4

+

Atom Cà CO2

Metabolisme Protein 12

UREA cycle

Metabolisme Protein 13

v PPià langsung di hidrolisis shg urea cycleà 4 phosphatv Fumaratà menghubungkan dengan TCA cycle

Fumaratà malateà OAA

OAAà mempunyai beberapa alternatife pathway§ Transaminasi mjd aspartate§ Diubah mjd glukosa dengan glukoneogenesis pathway§ Berkondensasi dgn acetyl co Aà citrate§ Diubah mjd pyruvate

v Sintesa ureaà jalur utama utk pelepasan Ammoniav Gangguan pada salah satu tahap dr urea cycleà sngt berbahaya

karena tidak ada alternatif jalur yg lain

Arginosuccinase defiesiensià diet surplus arg dan low protein diet

Hyperammonemia

Koma, mutah2 à mati

Metabolisme Protein 14

Atom C hasil degradasi Asam aminoà senyawa intermedietmetabolisme utama tubuh

Strategi degradasi asam aminoà mengubah kerangka C nyamenjadi senyawa intermediete dr metabolisme primerà yangkemudian dpt diubah menjadi glukosa atau dioksidasi oleh TCA

Kerangka karbonà menjadi 7 senyawa :α –KG OAA

asetil Ko A Suksinil Ko A PiruvatAsetoasetil Ko A fumarat

Ketogenik Glukogenik

LeusinLysine Ile, Phe, Trp, Tyr The rest of A.A

Metabolisme Protein 15

Metabolisme Protein 16

TCA = tri carboxylic acidCitric acid cycleKrebs cycle

Metabolisme Protein 17

Glycolisis !!

Metabolisme Protein 18

Glukoneo-genesis Vsglycolisis

Metabolisme Protein 19

Siklus Nitrogen

· Nitrogen adalah elemen yang esensial untuk biomolekul spt as,amino, nukleotida

· Semua organisme mampu mengubah ammonia (NH3) menjadisubstansi atau senyawa organik yang mengandung N

· Reduksi N2à NH3 hanya dapat dilakukan oleh mikroorganismebaik bebas atau yang memerlukan simbiose dengan tumbuhanà proses ini disebut fiksasi nitrogen secara biologis

· Reduksi NO3- à NH3 : banyak ditemukan pada

mikroorganisme dan tumbuhan· Di biosferà harus selalu dipelihara keseimbangan antara N

inorganik dan N organik· Konversi nitrogen inorganikà nitrogen organik : fiksasi

nitrogen dan reduksi nitrogen· Nitrogen organikà nitrogen inorganik : katabolisme, dan

denitrifikasi· Nitrosomonas mengoksidasi ammoniaà nitrit· Nitrobacter mengoksidasi nitrit menjadi nitrat

Metabolisme Protein 20

Fiksasi Nitrogen

· Merupakan reaksi reduksi nitrogen (N2) menjadi ammonia(NH3)

· Beberapa organisme yg mampu melakukan fiksasi nitrogen scrbiologis: Kleibsella dan Azotobacter, cyanobacteria

Rhizobium yang bersiombiosis dengan tumbuhanleguminous

· Rhizobium akan menginfeksi akar tanaman legumà terdapatdi dalam sel tumbuhan yang terinfeksià bakteroid

· Fiksasi nitrogen melibatkan 2 sistem enzim :o Nitrogenase (komponen I atau protein komplek

molibdenum-besi)à mengkatalisis reduksi N2o Nitrogenase reduktase (Komponen II atau protein besi)à mengkatalisis transfer elektron dari feredoksin /flavodoksin ke nitrogenase

· Enzim-enzim yang terlibatà sangat sensitif thdp O2Di dalam akar tanamanà lingkungan anaerobik diperoleh dgnadanya protein leghemoglobin yang mengikat O2

· Reaksi keseluruhanà pada Kleibsella pneumoniae

N2 + 8e- + 16ATP + 16H2O -> 2NH3 + H2 + 16ADP + 16 Pi + 8 H+

Metabolisme Protein 21

Siklus Nitrogen

Metabolisme Protein 22

BIO

SINTESIS A

SAM

AM

INO

Metabolisme Protein 23

Metabolisme Protein 24

· Semua asam amino berasal dari senyawa intermedietGlikolisis, siklus asam sitrat, dan pentose phosphat pathway

· Nitrogen masuk ke dalam metabolisme melaluiGlutamat dan Glutamin

· Kemampuan organisme utk mensintesis asam amino berbeda-bedao Bakteri dan tumbuhanà pada umumnya mampu

mensintesis semua asam aminoo Mammalà hanya separo dari total asam amino

Asam amino esensial Asam amino non esensialVal, Leu, Phe, Trp, His, Met, Thr,

Ile, Lys dan Arg(utk Argà manusia hanyamampu mensintesis 2/3 dr

kebutuhan

Ala, Cys, Gly, Tyr, Asp, Glu, Gln,Pro, Ser, Asn

· Asam amino esensial harus diperoleh dari makanan

Berdasarkan prekursor nya, biosintesis asam amino dibagi menjadi5 famili:

- α – ketoglutarat - piruvat- 3-phosphogliserat - fosfoenolpiruvat dan eritrose -4P- Oksaloasetat - Ribosa 5-P

Reaksi Transaminasi telah menghasilkan

- Glutamat- Glutamin- Aspartat- Asparagin- Alanin