METABOLISME PROTEIN DAN ASAM AMINO

Makalah

disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Biokimia Umum II

oleh

Rahmat Darma Wansyah1105105010013

PROGRAM STUDI TEKNOLOGI HASIL PERTANIANFAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SYIAH KUALA

DARUSSALAM, BANDA ACEH2013

1

I. PENDAHULUAN

Metabolisme adalah semua reaksi kimia yang terjadi di dalam organisme, termasuk

yang terjadi di tingkat selular. Secara umum, metabolisme memiliki dua arah lintasan reaksi

kimia organik. Sedangkan untuk katabolisme itu sendiri yaitu reaksi yang mengurai molekul

senyawa organik untuk mendapatkan energi. Dan anabolisme merupakan reaksi yang

merangkai senyawa organik dari molekul-molekul tertentu, untuk diserap oleh sel tubuh.

Secara umum, metabolisme memiliki dua arah lintasan reaksi kimia organik yaitu:

1. Katabolisme yaitu reaksi yang mengurai senyawa molekul organik untuk mendapatkan

energy.

2. Anabolisme yaitu reaksi yang merangkai senyawa organik dari molekul-molekul

tertentu, untuk diserap oleh sel tubuh.

Kedua arah lintasan metabolisime sangat diperlukan oleh setiap organisme untuk dapat

bertahan hidup. Arah lintasan metabolisme ditentukan oleh suatu senyawa yang disebut

sebagai hormon, dan dipercepat (dikatalisis) oleh enzim. Pada senyawa organik, penentu

arah reaksi kimia disebut promoter dan penentu mempercepatan reaksi kimia disebut katalis.

Sebagian besar struktur yang membentuk hewan, tumbuhan dan mikroba yang dibuat

dari tiga kelas dasar molekul: asam amino, karbohidrat dan lipid (sering disebut lemak).

Sebagai molekul ini penting bagi kehidupan, reaksi metabolik pada pembuatan molekul-

molekul dalam pembangunan sel dan jaringan, atau sebagai sumber energi dalam

pencernaan dan penggunaan makanan. Beberapa polimer biologis yang paling umum

tercantum dalam tabel di bawah.

Jenis molekul Nama bentuk monomer

Nama bentuk

polimerContoh bentuk polimer

Asam amino Asam amino Protein (polipeptida) Fibrous protein dan protein globular

Karbohidrat Monosakarida Polisakarida Pati, glikogen dan selulosa

Asam nukleat Nukleotida Polynucleotides DNA dan RNA

Protein terbuat dari asam amino yang diatur dalam rantai linear dan bergabung bersama-

sama oleh ikatan peptida. Sebagian besar protein adalah enzim yang mengkatalisis reaksi

kimia dalam metabolisme. Protein lain memiliki fungsi struktural atau mekanis, seperti

protein yang membentuk sitoskeleton, sistem perancah yang mempertahankan bentuk sel.

Protein juga penting dalam isyarat sel, tanggapan imun, sel, transpor aktif di seluruh

membran, dan siklus sel.

Kira-kira 75% asam amino digunakan untuk sintesis protein. Asam-asam amino dapat

diperoleh dari protein yang kita makan atau dari hasil degradasi protein di dalam tubuh kita.

2

Degradasi ini merupakan proses kontinu. Karena protein di dalam tubuh secara terus

menerus diganti (protein turnover). Contoh dari protein turnover, tercantum pada tabel

berikut.

Contoh protein turnover.

Protein Turnover rate (waktu paruh)

Enzim

Di dalam hati

Di dalam plasma

Hemoglobin

Otot

Kolagen

7-10 menit

10 hari

10 hari

120 hari

180 hari

1000 hari

Di dalam tubuh mamalia asam amino terbagi menjadi dua bagian yaitu asam amino

esensial dan non esensial. Asam amino esensial ialah asam amino yang tidak dapat

disintesis oleh tubuh. Asam amino esensial dapat disintesis oleh tubuh namun tetap

diperlukan asupan dari makanan untuk menjaga keseimbangan asam amino tersebut di

dalam tubuh.

Metabolisme protein meliputi:

1. Degradasi protein (makanan dan protein intraseluler)

menjadi asam amino

2. Oksidasi asam amino

3. Biosintesis asam amino

4. Biosintesis protein

3

II. METABOLISME ASAM AMINO

A. Jalur metabolik utama dari asam amino

Jalur metabolik utama dari asam-asam amino terdiri atas pertama, produksi asam

amino dari pembongkaran protein tubuh, digesti protein diet serta sintesis asam amino di

hati. Kedua, pengambilan nitrogen dari asam amino. Sedangkan ketiga adalah katabolisme

asam amino menjadi energi melalui siklus asam serta siklus urea sebagai proses pengolahan

hasil sampingan pemecahan asam amino. Keempat adalah sintesis protein dari asam-asam

amino.

Jalur-jalur metabolik utama asam amino

4

B. Sintesis asam amino

Semua jaringan memiliki kemampuan untuk mensintesis asam amino non esensial,

melakukan remodeling asam amino, serta mengubah rangka karbon non asam amino

menjadi asam amino dan turunan lain yang mengandung nitrogen. Tetapi, hati merupakan

tempat utama metabolisme nitrogen. Dalam kondisi surplus diet, nitrogen toksik potensial

dari asam amino dikeluarkan melalui transaminasi, deaminasi dan pembentukan urea.

Rangka karbon umumnya diubah menjadi karbohidrat melalui jalur glukoneogenesis, atau

menjadi asam lemak melalui jalur sintesis asam lemak. Berkaitan dengan hal ini, asam

amino dikelompokkan menjadi 3 kategori yaitu asam amino glukogenik, ketogenik serta

glukogenik dan ketogenik.

Asam amino glukogenik adalah asam-asam amino yang dapat masuk ke jalur produksi

piruvat atau intermediat siklus asam sitrat seperti α-ketoglutarat atau oksaloasetat. Semua

asam amino ini merupakan prekursor untuk glukosa melalui jalur glukoneogenesis. Semua

asam amino kecuali lisin dan leusin mengandung sifat glukogenik. Lisin dan leusin adalah

asam amino yang semata-mata ketogenik, yang hanya dapat masuk ke intermediat asetil

KoA atau asetoasetil KoA.

Sekelompok kecil asam amino yaitu isoleusin, fenilalanin, threonin, triptofan, dan

tirosin bersifat glukogenik dan ketogenik. Akhirnya, seharusnya kita kenal bahwa ada 3

kemungkinan penggunaan asam amino. Selama keadaan kelaparan pengurangan rangka

karbon digunakan untuk menghasilkan energi, dengan proses oksidasi menjadi CO2 dan

H2O.

Dari 20 jenis asam amino, ada yang tidak dapat disintesis oleh tubuh kita sehingga

harus ada di dalam makanan yang kita makan. Asam amino ini dinamakan asam amino

esensial. Selebihnya adalah asam amino yang dapat disintesis dari asam amino lain. Asam

amino ini dinamakan asam amino non-esensial.

Asam amino

non-esensial

Alanine, Asparagine, Aspartate, Cysteine, Glutamate, Glutamine,

Glycine, Proline, Serine, Tyrosine

Asam amino

esensial

Arginine, Histidine, Isoleucine, Leucine, Lysine, Methionine,

Phenylalanine, Threonine, Tyrptophan, Valine

Biosintesis asam-asam amino terjadi melalui jalur yang berbeda-beda, akan tetapi

meskipun begitu mereka mempunyai suatu ciri yang sama, yaitu bahwa rangka karbonnya

berasal dari zat-zat antara glikolisis, jalur pentose fosfat atau dari siklus asam sitrat. Bila

disederhanakan, dapat dikatakan bahwa terdapat 6 golongan menurut biosintesis asam

amino.

5

Biosintesis glutamat dan aspartat

Glutamat dan aspartat disintesis dari asam α-keto dengan reaksi transaminasi

sederhana. Katalisator reaksi ini adalah enzim glutamat dehidrogenase dan selanjutnya oleh

aspartat aminotransferase, AST.

Reaksi biosintesis glutamat

Aspartat juga diturunkan dari asparagin dengan bantuan asparaginase. Peran penting

glutamat adalah sebagai donor amino intraseluler utama untuk reaksi transaminasi.

Sedangkan aspartat adalah sebagai prekursor ornitin untuk siklus urea.

Biosintesis alanin

Alanin dipindahkan ke sirkulasi oleh berbagai jaringan, tetapi umumnya oleh otot.

Alanin dibentuk dari piruvat. Hati mengakumulasi alanin plasma, kebalikan transaminasi

yang terjadi di otot dan secara proporsional meningkatkan produksi urea. Alanin

dipindahkan dari otot ke hati bersamaan dengan transportasi glukosa dari hati kembali ke

otot. Proses ini dinamakan siklus glukosa-alanin. Fitur kunci dari siklus ini adalah bahwa

6

dalam 1 molekul, alanin, jaringan perifer mengekspor piruvat dan amonia ke hati, di mana

rangka karbon didaur ulang dan mayoritas nitrogen dieliminir.

Ada 2 jalur utama untuk memproduksi alanin otot yaitu:

1. Secara langsung melalui degradasi protein

2. Melalui transaminasi piruvat dengan bantuan enzim alanin transaminase, ALT (juga

dikenal sebagai serum glutamat-piruvat transaminase, SGPT).

Glutamat + piruvat α-ketoglutarat + alanin

Siklus glukosa-alanin

Biosintesis sistein

Sulfur untuk sintesis sistein berasal dari metionin. Kondensasi dari ATP dan metionin

dikatalisis oleh enzim metionin adenosiltransfrease menghasilkan S-adenosilmetionin

(SAM).

Biosintesis S-adenosilmetionin (SAM)

SAM merupakan precursor untuk sejumlah reaksi transfer metil (misalnya konversi

norepinefrin menjadi epinefrin). Akibat dari tranfer metil adalah perubahan SAM menjadi S-

adenosilhomosistein. S-adenosilhomosistein selanjutnya berubah menjadi homosistein dan

7

adenosin dengan bantuan enzim adenosilhomosisteinase. Homosistein dapat diubah kembali

menjadi metionin oleh metionin sintase.

Reaksi transmetilasi melibatkan SAM sangatlah penting, tetapi dalam kasus ini peran

S-adenosilmetionin dalam transmetilasi adalah sekunder untuk produksi homosistein (secara

esensial oleh produk dari aktivitas transmetilase). Dalam produksi SAM, semua fosfat dari

ATP hilang: 1 sebagai Pi dan 2 sebagai Ppi. Adenosin diubah menjadi metionin bukan

AMP.

Dalam sintesis sistein, homosistein berkondensasi dengan serin menghasilkan

sistationin dengan bantuan enzim sistationase. Selanjutnya dengan bantuan enzim

sistationin liase sistationin diubah menjadi sistein dan α-ketobutirat. Gabungan dari 2 reaksi

terakhir ini dikenal sebagai trans-sulfurasi.

Peran metionin dalam sintesis

Biosintesis tirosin

Tirosin diproduksi di dalam sel dengan hidroksilasi fenilalanin. Setengah dari

fenilalanin dibutuhkan untuk memproduksi tirosin. Jika diet kita kaya tirosin, hal ini akan

mengurangi kebutuhan fenilalanin sampai dengan 50%.

Fenilalanin hidroksilase adalah campuran fungsi oksigenase: 1 atom oksigen

digabungkan ke air dan lainnya ke gugus hidroksil dari tirosin. Reduktan yang dihasilkan

8

adalah tetrahidrofolat kofaktor tetrahidrobiopterin, yang dipertahankan dalam status

tereduksi oleh NADH-dependent enzyme dihydropteridine reductase (DHPR).

Biosintesis tirosin dari fenilalanin

Biosintesis ornitin dan prolin

Glutamat adalah prekursor ornitin dan prolin. Dengan glutamat semialdehid menjadi

intermediat titik cabang menjadi satu dari 2 produk atau lainnya. Ornitin bukan salah satu

dari 20 asam amino yang digunakan untuk sintesis protein. Ornitin memainkan peran

signifikan sebagai akseptor karbamoil fosfat dalam siklus urea. Ornitin memiliki peran

penting tambahan sebagai prekursor untuk sintesis poliamin. Produksi ornitin dari glutamat

penting ketika diet arginin sebagai sumber lain untuk ornitin terbatas.

Penggunaan glutamat semialdehid tergantung kepada kondisi seluler. Produksi ornitin

dari semialdehid melalui reaksi glutamat-dependen transaminasi. ketika konsentrasi arginin

meningkat, ornitin didapatkan dari siklus urea ditambah dari glutamat semialdehid yang

menghambat reaksi aminotransferase. Hasilnya adalah akumulasi semialdehid. Semialdehid

didaur secara spontan menjadi Δ1pyrroline-5-carboxylate yang kemudian direduksi menjadi

prolin oleh NADPH-dependent reductase.

Biosintesis serin

Jalur utama untuk serin dimulai dari intermediat glikolitik 3-fosfogliserat. NADH-

linked dehidrogenase mengubah 3-fosfogliserat menjadi sebuah asam keto yaitu 3-

fosfopiruvat, sesuai untuk transaminasi subsekuen. Aktivitas aminotransferase dengan

glutamat sebagai donor menghasilkan 3-fosfoserin, yang diubah menjadi serin oleh

fosfoserin fosfatase.

9

Biosintesis glisin

Jalur utama untuk glisin adalah 1 tahap reaksi yang dikatalisis oleh serin

hidroksimetiltransferase. Reaksi ini melibatkan transfer gugus hidroksimetil dari serin untuk

kofaktor tetrahidrofolat (THF), menghasilkan glisin dan N5, N10-metilen-THF.

Biosintesis aspartat, asparagin, glutamat dan glutamin

Glutamat disintesis dengan aminasi reduktif α-ketoglutarat yang dikatalisis oleh

glutamat dehidrogenase yang merupakan reaksi nitrogen-fixing. Glutamat juga dihasilkan

oleh reaksi aminotranferase, yang dalam hal ini nitrogen amino diberikan oleh sejumlah

asam amino lain. Sehingga, glutamat merupakan kolektor umum nitrogen amino.

Aspartat dibentuk dalam reaksi transaminasi yang dikatalisis oleh aspartat

transaminase, AST. Reaksi ini menggunakan analog asam α-keto aspartat, oksaloasetat, dan

glutamat sebagai donor amino. Aspartat juga dapat dibentuk dengan deaminasi asparagin

yang dikatalisis oleh asparaginase.

Asparagin sintetase dan glutamin sintetase mengkatalisis produksi asparagin dan

glutamin dari asam α-amino yang sesuai. Glutamin dihasilkan dari glutamat dengan

inkorporasi langsung amonia dan ini merupakan reaksi fixing nitrogen lain. Tetapi asparagin

terbentuk oleh reaksi amidotransferase.

C. Katabolisme asam amino

Asam-asam amino tidak dapat disimpan oleh tubuh. Jika jumlah asam amino

berlebihan atau terjadi kekurangan sumber energi lain (karbohidrat dan protein), tubuh akan

menggunakan asam amino sebagai sumber energi. Tidak seperti karbohidrat dan lipid, asam

amino memerlukan pelepasan gugus amin. Gugus amin ini kemudian dibuang karena

bersifat toksik bagi tubuh.

Ada 2 tahap pelepasan gugus amin dari asam amino, yaitu:

1. Transaminasi

Enzim aminotransferase memindahkan amin kepada α-ketoglutarat menghasilkan

glutamat atau kepada oksaloasetat menghasilkan aspartat.

2. Deaminasi oksidatif

Pelepasan amin dari glutamat menghasilkan ion ammonium.

1. Transaminasi

Transaminasi adalah reaksi awal tersering pada katabolisme asam amino. Reaksi

selanjutnya mengeluarkan semua nitrogen tambahan dan merekstrukturisasi rangka karbon

untuk dikonversi menjadi oksaloasetat, ketoglutarat, piruvat dan asetil-KoA

Enzim aminotransferase memindahkan amin kepada α-ketoglutarat menghasilkan

glutamat atau kepada oksaloasetat menghasilkan aspartat.

10

Contoh reaksi transaminasi. Perhatikan alanin mengalami transaminasi menjadi glutamat. Pada reaksi ini dibutuhkan enzim alanin aminotransferase.

2. Deaminasi oksidatif glutamate

Glutamat juga dapat memindahkan amin ke rantai karbon lainnya, menghasilkan asam amino baru.

Contoh reaksi deaminasi oksidatif. Perhatikan glutamat mengalami deaminasi menghasilkan amonium (NH4

+). Selanjutnya ion amonium masuk ke dalam siklus urea.

Deaminase oksidatif glutamate merupakan pelepasan amin dari glutamat

menghasilkan ion ammonium dengan bantuan enzim L-glutamat dehidrogenase. Pada enzim

tersebut gugus α-amino pada sebagian besar asam amino akhirnya akan dipindahkan kepada

α-ketoglutarat melalui transaminasi sehingga terbentuk L-glutamat. Kemudian pelepasan

nitrogen ini sebagai amonia dikatalisis oleh enzim L-glutamat dehidrogenase, yaitu suatu

enzim yang terdapat di mana-mana pada jaringan tubuh mamalia yang menggunakan NAD+

atau NADP+ sebagai oksidan. Jadi, konversi neto gugus α-amino menjadi amonia

memerlukan kerja yang seirama antara enzim glutamat transaminase dan glutamat

dehidrogenase.

Aktivitas enzim glutamat dehidrogenase hati diatur oleh inhibitor alosterik ATP, GTP

serta NADH, dan oleh aktivator ADP. Reaksi yang bersifat reversibel bebas ini bekerja baik

pada katabolisme maupun biosintesis asam amino.

11

Secara katabolik, reaksi ini menyalurkan nitrogen dari glutamat kepada ureum. Secara

anabolik, enzim ini mengatalisis aminasi α-ketoglutarat melalui amonia bebas. Enzim ini

terdapat didalam berbagai jaringn terutama dalam sitoplasma dan mitokondria.

Ringkasan skematik mengenai reaksi transaminasi dan deaminasi oksidatif

3. Pengangkutan Ammonia

Ammonia bersifat toksik, jadi tidak dapat diangkut dalam bentuk bebas dari jaringan

ekstrahepatik. Pengankutan ammonia ini kebanyakan terjadi pada jaringan dimana

glutamine sintetase akan mengubah ammonia menjadi glutamine yang non-toksik.

Glutamine sintetase didapat dari α-ketoglutarat (TCA cycle) melalui reaksi transaminase

dengan asam amino lain.

Glutamine diangkut dalam darah kehati, ginjal, dan usus. Sedangkan didalam hati

glutamine di hidrolisis untuk melepaskan ammonia yang akan masuk ke dalam siklus urea.

GLN +H2O → GLU + NH4+GlutaminaseSedangkan di dalam ginjal glutaminase membebaskan ammonia untuk dieksresikan

dengan kelebihan asam dari darah.

4. Siklus Urea

Setelah mengalami pelepasan gugus amin, asam-asam amino dapat memasuki siklus

asam sitrat melalui jalur yang beraneka ragam.

12

Tempat-tempat masuknya asam amino ke dalam sikulus asam sitrat untuk produksi energi

Gugus-gugus amin dilepaskan menjadi ion amonium (NH4+) yang selanjutnya masuk

ke dalam siklus urea di hati. Dalam siklus ini dihasilkan urea yang selanjutnya dibuang

melalui ginjal berupa urin.

Daur urea terdiri atas lima reaksi yang mengubah ammonia, CO2 dan nitrogen-α dari

aspartat menjadi urea. Daur ini terlukis pada gambar. Perlu diperhatikan bahwa dua reaksi

dalam daur ini berlangsung di dalam mitokondria, sedangkan sisanya terjadi di sitoplasma.

Dalam reaksi yang pertama, CO2 yang berada di dalam mitokondria mengalami

fosforilasi oleh ATP dan kemudian berkondensasi dengan ammon ia dengan menggunakan

energi yang berasal dari hidrolisis satu molekul ATP lainnya. Hasilnya terbentuklah

karbamoil fosfat. Reaksi ini adalah reaksi yang mengatur laju sintesis urea, dikatalisis oleh

karbamoil fosfat sintetase dan memerlukan N-asetil glutamat sebagai suatu kofaktor.

Dalam reaksi kedua yang juga terjadi di dalam mitokondria, karbamoil fosfat

berkondensasi dengan ornitin sehingga terbentuklah sitrulin dan fosfat bebas. Reaksi ini

adalah reaksi kedua yang mengatur laju sintesis urea. Selanjutnya sitrulin meninggalkan

mitokondria. Di dalam sitoplasma sitrulin ini berkondensasi dengan aspartat dan inilah

reaksi yang ketiga. Dalam reaksi ini ATP diubah menjadi AMP. Arginosuksinat yang

terbentuk sebagai produk diubah dalam reaksi keempat menjadi arginin dan fumarat.

Fumarat dapat masuk ke dalam mitokondria dan dioksidasi menjadi oksaloasetat

melalui daur Krebs. Dengan transaminasi maka aspartatpun terbentuk kembali. Arginin

dihidrolisis untuk menghasilkan urea dan ornitin. Ornitin ini kemudian masuk lagi ke dalam

mitokondria dan menyelesaikan daur.

Secara keseluruhan diperlukan empat ikatan fosfat kaya – energi atau ekivalen ATP

untuk sintesis satu molekul urea. Dua ikatan diperlukan untuk menghasilkan karbamoil

fosfat dan dua lagi untuk kondensasi aspartat dengan sitrulin.

13

Tahapan-tahapan proses yang terjadi di dalam siklus urea

14

III. METABOLISME PROTEIN

A. Biosintesis Protein

Sintesa protein (translasi) dilaksanakan dengan kerja sama yang terkoordinasi lebih

dari seratus makromolekul, termasuk mRNA, tRNA, enzim-enzim pengaktif dan faktor-

faktor protein disamping juga ribosom. Sintesis protein dimulai dengan pengaktifan asam

amino oleh aminoasil-tRNA sintetase (yaitu enzim pengaktifnya) dengan menggunakan

ATP, yang akan mengikatkan gugus karboksil suatu asam amino ke gugus hidroksil 2’-atau

3’- pada unit adenosine di ujung 3’ tRNA. Terdapat paling sedikit satu enzim pengaktif

untuk setiap asam amino.terdapat juga sekurang-kurangnya satu tRNA yang spesifik untuk

setiap asam amino.

Sintesis protein terjadi di ribosom yang terdiri dari subunit besar dan subunit kecil

yang dua pertiganya berupa RNA dan sepertiganya lagi berupa protein. Protein disintesis

dari arah ujung amino ke ujung karboksil dan mRNA dibaca dari 5 ' →3 ' . Sintesis protein

membutuhkan suatu cetakan, yaitu DNA, yang menentukan pola urutan-urutan asam amino

yang menyusun suatu protein, dan merupakan transfer informasi genetikdari suatu sistem ke

sistem lainnya. Sintesis protein terjadi dalam beberapa fase, yaitu replikasi, transkripsi, dan

translasi.

1. Replikasi

Kromosom terdiri dari kumpulan gen, dimana setiap gen merupakan urut-urutan

nukleotida purin dan pirimidin yan disebut DNA (Deoxyribonucleic acid), yang menentukan

susunan suatu rantai polipeptida. Struktur dasar DNA merupakan rangkaian grup

deoksiribosa dan fosfat, dimana purin (adenine, guanine) dan pirimidin (citosin, thimin)

terikat dengan gula. RNA (ribonucleic acid) berbeda dari DNA karena mempunyai urasil

sebagai pengganti thimin dan gula ribose sebagai pengganti deoksiribosa. Struktur dasar

DNA dapat dituliskan sebagai berikut:

G – Guanin

C – Citosin

T – Thimin

A – Adenin

15

Dalam proses replikasi, dua ulir DNA berpisah pada tempat dimana ulir yang baru

akan dibentuk. Pada akhir proses replikasi akan terbentuk dua ulir DNA baru, masing-

masing mempunyai susunan dasar komplementer terhadap DNA yang asli. Karena setiap

ulir ganda terdiri dari satu ulir asli dan satu ulir baru, maka proses replikasi tersebut disebut

replikasi semi konservatif. Dalam proses replikasi selain diperlukan DNA dan

deoksiribonukleosida trifosfat dari masing-masing purin dan primidin, juga diperlukan suatu

enzim yaitu DNA polymerase.

2. Transkripsi

Proses transkripsi yaitu suatu proses ekspresi gen dari DNA membentuk RNA,

menyerupai proses replikasi. Enzim yang dibutuhkan dalam proses transkripsi yaitu RNA-

Polimerase, yang mensintesa molekul RNA ulir tunggal yang komplementer terhadap satu

ulir DNA. Molekul RNA yang disintesa tersebut disebut mRNA (messenger RNA).

3. Translasi

Urutan purin dan pirimidin pada mRNA kemudian ditranslasi menjadi urutan asam

amino di dalam molekul polipeptida, selanjutnya menjadi protein. Tahap ini merupakan

proses yang sangat kompleks, memerlukan dua macam RNA yaitu transfer RNA (tRNA)

dan ribosomal RNA (rRNA). Kira-kira 90% dari total enersi yangdihasilkan oleh sel

digunakan untuk sintesa protein.

a. Tahap 1

Asam amino mula-mula mengalami aktifasi dengan membentuk ikatan enersi tinggi

antara masing-masing asam amino dengan molekul pembawa asam amino spesifik yaitu

tRNA. Proses ini memerlukan ATP dan enzim aktifasi untuk masing-masing asam amino.

Masing-masing tRNA spesifik untuk suatu asam amino. Masing-masing tRNA berfungsi

sebagai adaptor antara mRNA dan asam amino, dan mengandung dua set ukuran

nukleotida. Satu set menetukan asam amino yang terikat pada molekul tRNA, sedangkan sisi

lainnya mengandung urutan nukleotida yang komplementer dari tiga nukleotida yang

16

disebut antikodon yang komplementer terhadap kodon, yaitu tiga nukleotida pada mRNA

yang merupakankode untuk satu asam amino.

b. Tahap 2

Ribosoma terikat pada satu ujung molekul mRNA pada sisi tertentu. Posisi awal

ribosoma pada mRNA penting untuk memulai proses translasi mRNA.

c. Tahap 3

Molekul tRNA terikat pada sisi komplementer pada mRNA, sehingga antikodon

berpasangan dengan kodon, dimana suatu enzim akan mengkatalisis pembentukan ikatan

peptida antara grup karboksil dan amino pada asam amino yang berdekatan. Asam amino

kemudian terlepas dari tRNA, dan tRNA menjauhkan diri dari ribosoma untuk mengikat

asam amino lainnya.

d. Tahap 4

Ribosoma bergerak sepanjang mRNA dengan jarak satu kodon setiap kali, sehingga

kodon berikutnya siap dalam posisiuntuk mengikat molekul tRNA. Ribosoma lainnya tetap

terikat pada ujung mRNA sehingga membentuk suatu poliribosoma.

e. Tahap 5

Tahap 1 sampai 4 akan terulang terus sehingga terbentuk rantai polipeptida, dan

berakhir sampai bertemu dengan suatu kodon pada mRNA yang disebut kodon terminal

(nonsense codon) yang tidak mempunyai antikodon komplementer sehingga tidak dapat

dikenal atau diikat oleh tRNA. Kodon terminal tersebut adalah UAA, UAG, dan UGA.

Tabel. Kodon untuk masing-masing asam amino

Huruf Pertama Huruf Tengah

U C A G

U UUU PheUUC PheUUA LeuUUG Leu

UCU SerUCC SerUCA SerUCG Ser

UAU TyrUAC TyrUAA OchreUAG Amber

UGU CysUGC CysUGA UmberUGG Trp

C CUU LeuCUC LeuCUA LeuCUG Leu

CCU ProCCC ProCCA ProCCG Pro

CAU HisCAC HisCAA GlnCAG Gln

CGU ArgCGC ArgCGA ArgCGG Arg

A AUU IleAUC IleAUA IleAUG Met

ACU ThrACC ThrACA ThrACG Thr

AAU AsnAAC AsnAAA LysAAG Lys

AGU SerAGC SerAGA ArgAGG Arg

G GUU ValGUC ValGUA ValGUG Val

GCU AlaGCC AlaGCA AlaGCG Ala

GAU AspGAC AspGAA GluGAG Glu

AGU GlyAGC GlyAGA GlyAGG Gly

17

B. Katabolisme Protein

1. Katabolisme Protein dan Nitrogen Asam Amino

Penguraian dan sintesis protein sel berlangsung terus menerus terjadi di semua bentuk

kehidupan. Di dalam tubuh manusia terjadi pergantian ± 1-2% protein tubuh total, terutama

protein otot. Penguraian protein dengan kecepatan tinggi terjadi di jaringan uterus selama

kehamilan dan jaringan otot rangka pada saat kelaparan. Dan sebesar ±75% asam-asam

amino yang dibebaskan akan digunakan kembali. Kelebihan nitrogen akan dibentuk urea,

karena sisa asam amino tidak disimpan dan akan segera diuraikan menjadi zat-zat antara

amfibolik.

Katabolisme atau penguraian protein merupakan satu dalam pertukaran protein tubuh

yang terjadi secara kontinu dalam semua bentuk kehidupan. Pada dewasa normal 1-2 %

protein tubuh diganti/harinya. Protein ini sendiri akan diuraikan menjadi asam amino, yaitu

sebesar 75-80 % asam amino akan disintesis menjadi protein baru dan sisanya sebesar 20-

25 % asam amino dalam bentuk amina akan membentuk ureum karbon dan diubah menjadi

karbohidrat dan lemak.

Kecepatan penguraian protein itu sendiri tergantung pada :

• Respon terhadap kebutuhan fisiologik

• Usia/waktu paruh protein

Adapun enzim yang turut berperan dalam pemecah protein adalah:

- Protease intrasel

- Peptidase

- Aminopeptidase dan karboksipeptidase

Masing-masing protein diuraikan dengan laju yang sangat berbeda-beda, dan lajunya

bervariasi mengikuti responsnya terhadap kebutuhan fisiologik. Mean penguraian protein

yang tinggi menandai jaringan yang tengah mengalami penyusunan struktural kembali

secara luas (misal, jaringan uterus selama kehamilan; jaringan ekor kecebong selama

metamorfosis; penguraian protein otot kerangka pada keadaan kelaparan berat).

18

Gambar Proses pertukaran dan asam amonia

Kerentanan suatu protein terhadap penguraian dinyatakan lewat usia-paruhnya, t1/2,

yaitu waktu yang diperlukan untuk penurunan konsentrasinya hingga 50% dari nilai awal.

Usia-paruh bagi protein hati berkisar dari kurang 30 menit hingga lebih dari 150 jam.

Banyak protein dengan usia-paruh yang singkat memiliki rangkaian PEST, yaitu sejumlah

regio yang kaya akan asam amino prolin (P), glutamat (E), serin (S) dan treonin (T) yang

menjadikan asam amino ini sebagai target untuk penguraian yang cepat. Banyak enzim

pengatur yang penting memiliki usia-paruh yang singkat. Bagi enzim triptofan oksigenase,

tirosin transaminase dan HMG-KoA reduktase, nilai t1/2-nya adalah 0,5-2 jam. Nilai ini

berbeda secara tajam dengan usia-paruh lebih dari 100 jam bagi enzim aldolase, laktat

dehidrogenase dan sitokrom. Sebagai respons terhadap kebutuhan fisiologis, kecepatan

penguraian enzim-enzim yang penting dapat dipercepat atau diperlambat, dengan mengubah

kadar enzim, sehingga mengubah aliran metabolit dan menyekat metabolit di antara

berbagai lintasan metabolik yang berbeda.

Asam-asam amino tidak dapat disimpan oleh tubuh. Jika jumlah asam amino

berlebihan atau terjadi kekurangan sumber energi lain (karbohidrat dan protein), tubuh akan

menggunakan asam amino sebagai sumber energi. Tidak seperti karbohidrat dan lipid, asam

amino memerlukan pelepasan gugus amin. Gugus amin ini kemudian dibuang karena

bersifat toksik bagi tubuh.

2. Protease dan Peptidase Menguraikan Protein Menjadi Asam Amino

Enzim protease intrasel menghidrolisis ikatan peptida internal protein sehingga terjadi

pelepasan peptida yang kemudian diuraikan menjadi asam amino bebas oleh enzim

peptidase. Endopeptidase memutuskan ikatan internal di dalam peptida sehingga terbentuk

senyawa peptida yang lebih pendek. Aminopeptidase dan karboksipeptidase secara terangkai

mengeluarkan asam amino masing-masing dari gugus terminal-amino dan -karboksil. Basil

akhirnya adalah asam amino bebas.

a. Protein Diuraikan Lewat Lintasan yang Bergantung-ATP dan yang Tidak

Bergantung-ATP

Dua lintasan utama menguraikan protein intrasel pada sel-sel eukariot. Protein

ekstrasel, protein yang terkait dengan membran sel dan protein intrasel yang berusia panjang

akan diuraikan lewat berbagai proses yang tidak-bergantung ATP di dalam organel selular

yang disebut lisosom. Sebaliknya, penguraian protein yang abnormal dan protein berusia

pendek lainnya membutuhkan ATP serta ubikuitin, dan terjadi di dalam sitosol.

b. Reseptor Asiatoglikoprotein Mengikat Glikoprotein yang Merupakan Sasaran

Penguraian

19

Bagi protein yang ada di dalam sirkulasi darah seperti hormon peptida, kehilangan

moietas asam sialat dari ujung bukan-pereduksi pada rantai oligosakaridanya akan membuat

protein tersebut menjadi sasaran proses penguraian. Glikoprotein yang telah meng-alami

“asialasi” ini akan dikenali dan diintemalisasikan oleh reseptor asia-loglikoprotein sel hati

untuk kemudian diuraikan di dalam lisosom oleh enzim-enzim protease yang dinamakan

“atepsin”.

C. Ubikuitin Menjadikan Banyak Protein Intrasel sebagai Sasaran Penguraian

Ubikuitin, suatu protein kecil (8,5 kDa) yang terdapat pada semua sel eukariotik,

menjadikan banyak protein intrasel sebagai sasaran penguraian. Struktur primer ubikuitin

tersebut sangat dijaga. Antara ubikuitin sel manusia dan ragi hanya terdapat perbedaan pada

3 dari 76 residu. Protein yang menjadi sasaran penguraian lewat reaksi yang bergantung

pada ubikuitin, diturunkan oleh beberapa molekul ubikuitin. Protein ini dilekatkan lewat

reaksi yang membentuk ikatan peptida-non-a di antara gugus ter¬minal karboksil pada

ubikuitin dan gugus e-amino pada residu lisil di dalam sebuah protein. Apakah sebuah

pro¬tein diturunkan oleh ubikuitin ataukah tidak, bergantung pada jenis residu aminoasil

yang terdapat di ujung-terminal aminonya. Reaksi dengan ubikuitin dihambat oleh ujung

terminal metionil atau seril, dan dipercepat oleh residu terminal amino aspartil atau arginil.

20

KESIMPULAN

Adapun kesimpulan dari makalah ini yaitu.

1. Metabolisme protein meliputi di dalam tubuh meliputi degradasi protein menjadi asam

amino, oksidasi asam amino, biosintesis asam amino, dan biosintesis protein

2. Biosintesis asam-asam amino terjadi melalui 6 jalur berbeda, yaitu alpha-ketoglutarat,

oksaloasetat, piruvat, 3-fosfogliserat, dan fosfoenol piruvat + eritrosa 4-fosfat, dan

ribosa 5-fosfat

3. Katabolisme asam amino dimulai dari pelepasan amin yang terjadi melalui dua tahap,

yaitu transminasi dan deaminasi, dan kemudian akan memasuki jalur daur urea

4. Sintesis protein membutuhkan suatu cetakan, yaitu DNA, yang menentukan pola

urutan-urutan asam amino yang menyusun suatu protein.

5. Sintesis protein terjadi dalam beberapa fase, yaitu replikasi, transkripsi, dan translasi.

6. Pemecahan protein dilakukan oleh beberapa enzim, yaitu protease intrasel, peptidase,

aminopeptidase, dan karboksipeptidase

21

DAFTAR PUSTAKA

Fardiaz, S. 1989. Mikrobiologi Pangan. PAU Pangan dan Gizi IPB, Bogor.

Gunawati, F., dkk. 2011. Katabolisme Protein dan Nitrogen Asam Amino. Universitas Jambi, Jambi.

Murray, R.K., Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW. 2003. Biokimia Harper. Edisi XXV. EGC, Jakarta.

Nugroho, H.S.W. Metabolisme Asam Amino. w ww.heruswn.weebly.com

Stryer, L. 1996. Biokimia.Edisi IV. EGC, Jakarta.

22

23