Metabolisme NitrogenMetabolisme Nitrogen

Metabolisme NitrogenMetabolisme Nitrogen

Nitrogen merupakan biolimiting elemenNitrogen merupakan biolimiting elemen Ekskresi tidak sebanyak C dan HEkskresi tidak sebanyak C dan H

Dalam sistem hidup N:Dalam sistem hidup N: Protein: asam aminoProtein: asam amino Asam nukleatAsam nukleat DllDll

Asam amino: 20Asam amino: 20 20 jalur biosintesis20 jalur biosintesis 20 jalur degradasi20 jalur degradasi

Siklus NitrogenSiklus Nitrogen

N2 NH3

NO2-

NO3-

Asam aminoNukleotidaGlikoaminoKoenzimPorpirin

ProteinDNA, RNAPolisakaridaFosfolipid

Tanaman & bakteri

Tanaman & bakteriNitrosomonas

Nitrobacter

Bakteri nitrogen fixing

Bakteri denitrifying

Semua organisme

Semua organisme

Energi

Energi

Penggunaan amonia: biogenesis Penggunaan amonia: biogenesis nitrogen organik nitrogen organik (Aminasi)(Aminasi)

Sumber N berbeda tetapi selalu menjadi NHSumber N berbeda tetapi selalu menjadi NH33 untuk dirubah untuk dirubah menjadi N organikmenjadi N organik

NH3

CO2, ATP Aspartat -Ketoglutarat Glutamat

Karbamoil fosfat Asparagin Glutamat Glutamin

ArgininPirimidin

Urea

Asam amino lain

Nukleotida PurinGula aminoTriptofanHistidin

transaminasi

12

34

1. Aminasi reduktif 1. Aminasi reduktif -ketoglutarat-ketoglutarat

Glutamat dehidrogenaseGlutamat dehidrogenase

-ketoglutarat dari siklus asam sitrat-ketoglutarat dari siklus asam sitrat Bakteri menggunkan NADPH sel mamaliamenggunakan Bakteri menggunkan NADPH sel mamaliamenggunakan

NADHNADH -ketoglutarat juga bisa digunakan untuk transaminasi-ketoglutarat juga bisa digunakan untuk transaminasi

COO-

CH2

CH2

C O

COO-

COO-

CH2

CH2

HC NH3

COO-

+ NH3 + NAD(P)H + 2H+ + H2O + NAD(P)+

2. Pembentukan amida biologis2. Pembentukan amida biologis

Glutamin sintetaseGlutamin sintetase

Sintetase: melibatkan energi dari ATPSintetase: melibatkan energi dari ATP

C

CH2

CH2

HC NH3

COO-

+ NH3+ ATP

C

CH2

CH2

HC NH3

COO-

+ ADP+ P

O-

O

NH2

O

2. Pembentukan amida biologis2. Pembentukan amida biologis

Asparagin sintetaseAsparagin sintetase

Mengkonsumsi lebih sedikit amoniak dibanding glutamin Mengkonsumsi lebih sedikit amoniak dibanding glutamin sintasesintase

Dapat menggunakan glutamin (transaminasi) selain Dapat menggunakan glutamin (transaminasi) selain amoniakamoniak

C

CH2

HC NH3

COO-

+ NH3 (Gln) + ATP

C

CH2

HC NH3

COO-

+ AMP+ PP (Glu)

O-

O

NH2

O

4. Pembentukan arginin dan 4. Pembentukan arginin dan pirimidinpirimidin

Karbamoil fosfat sintetaseKarbamoil fosfat sintetase

NH3 + HCO3-+ 2ATP

P

O

C NH2

O

+ 2ADP+ P

O

O--O

+ 2ADP+ P + GluGln + HCO3

-+ 2ATP

Metabolisme NitrogenMetabolisme Nitrogen

Karbohidrat dan lemak bisa disimpan Karbohidrat dan lemak bisa disimpan untuk digunakan kembaliuntuk digunakan kembali

Protein tidak dapat disimpanProtein tidak dapat disimpan Jumlah N sangat sedikitJumlah N sangat sedikit Perlu suplai terus menerus dari luarPerlu suplai terus menerus dari luar

Kapasitas biosintesis N berbeda-beda Kapasitas biosintesis N berbeda-beda antar organisme---antar organisme---evolusievolusi Asam amino esensialAsam amino esensial Laktobasilus vs tanamanLaktobasilus vs tanaman

TransaminasiTransaminasi

Berperan sebagi distribusi N pada asam Berperan sebagi distribusi N pada asam amino dan degradasi asam aminoamino dan degradasi asam amino

Enzim: Transminase atau Enzim: Transminase atau aminotransferaseaminotransferase

Mebibatkan pasangan asam amino dengan Mebibatkan pasangan asam amino dengan asam asam -keto (glutama/-keto (glutama/-ketoglutarat)-ketoglutarat) GOT (glutama oksaloasetat transminase)--liverGOT (glutama oksaloasetat transminase)--liver GPT (glutamat piruvat transaminase)--liverGPT (glutamat piruvat transaminase)--liver

Serum GOT dan GPT (SGOT dan SGPT) Serum GOT dan GPT (SGOT dan SGPT) menjadi parameter fungsi livermenjadi parameter fungsi liver

TransaminasiTransaminasi

Transaminasi untuk transfer NTransaminasi untuk transfer N

Transminasi degradasiTransminasi degradasi

COO-

CH2

CH2

HC NH3

COO-

C

CH2

CH2

C O

COO-

O-

O

R

C O

COO-

R

HC NH3

COO-

++

Alanin + -ketoglutarat piruvat + glutamat

Glutamat + NAD+ + H2O -ketoglutarat + NADH + NH4+

Alanin + NAD+ + H2O piruvat + NADH + NH4+

Aminotransferase

Glu dehidrogenase

TransaminasiTransaminasi

SGOT dan SGPTSGOT dan SGPT

Glutamat + oksaloasetat -ketoglutarat + aspartat

Glutamat + piruvat -ketoglutarat + alanin

SGOT

SGPT

Degradasi asam amino dan Degradasi asam amino dan metabolisme produk akhir nitrogenmetabolisme produk akhir nitrogen

Apabila terdapat kelebihan Apabila terdapat kelebihan N dari kebutuhan, N N dari kebutuhan, N dilepaskan sementara C dilepaskan sementara C digunakan sebagai sumber digunakan sebagai sumber energienergi

Transaminasi (degradasi) Transaminasi (degradasi) menghasilkan menghasilkan -keto yang -keto yang masuk siklus asam sitratmasuk siklus asam sitrat

Amino oksidaseAmino oksidase

Degradasi asam amino dan Degradasi asam amino dan metabolisme produk akhir nitrogenmetabolisme produk akhir nitrogen

Hasil degradasi berupa asam Hasil degradasi berupa asam -keto -keto (kerangka karbon) dan NH(kerangka karbon) dan NH33

Asam Asam -keto bisa mengalami oksidasi -keto bisa mengalami oksidasi (melalui siklus asam sitrat) ataupun (melalui siklus asam sitrat) ataupun untuk biosintesis karbohidrat atau untuk biosintesis karbohidrat atau badan ketonbadan keton

NHNH33 bersifat toksik sehingga perlu bersifat toksik sehingga perlu diekskresikan (urea atau asam urat)diekskresikan (urea atau asam urat)

Jalur rantai karbon asam aminoJalur rantai karbon asam amino

Siklus asam sitrat

-ketoglu

suksinat

fumarat

oksaloasetat

piruvat

Ala, Gly, CysSer, Thr

Asetil-CoA

Try, Leu, Iso

Asetoasetat

Leu, Lys, Phe, Tyr

Glu, Gln, HisPro, Arg

Val, MetThr, Iso

Asp, Tyr, Phe

Asn, Asp

Detoksifikasi amonia: Detoksifikasi amonia: EksresiEksresi

Urea: diproduksi dalam siklus ureaUrea: diproduksi dalam siklus urea Diproduksi di liver (mitokondria dan sitosol) kemudian Diproduksi di liver (mitokondria dan sitosol) kemudian

ditransport ke ginjal untuk disaringditransport ke ginjal untuk disaring Level ureum (BUN) di serum menunjukkan fungsional ginjalLevel ureum (BUN) di serum menunjukkan fungsional ginjal

Asam urat: diproduksi dalam biosintesis purinAsam urat: diproduksi dalam biosintesis purin Lebih sedikit airLebih sedikit air

C

NH2

O

H2N

urea

NH

ONH

NH

O

HN

O

uric acid

C

NH2

O

H2N

NH2

NH2

OOH

NH2

NHHN

NH2

OOH

arginine

O

PO

HOOH

H2N

O

carbamoyl phosphate

NH2

NHO

NH2

OOH citrulline

NH2

NHN

NH2

OOH

arginiosuccinate

-OOC

-OOC

O-

O

O

-O

fumarate

MALAT OKSALOASETAT

ASPARTAT

ornitin

-keto

Glu

NH4+,

NADH,

H+

NAD+, H2O

NH4++ CO2

2 ATP

2 ADP + P

AMP + PP

ATP

NAD+ NADH, H+

Siklus Krebs (siklus urea)Siklus Krebs (siklus urea)