Post on 19-Jan-2023
UNIVERSITAS MALIKUSSALEH
PRODI AGROEKOTEKNOLOGI PERTANIAN
TAHUN 2014
METABOLISME ASAM AMINO
A. Degradasi Asam Amino
Asam amino yang berlebihan dari yang diperlukan untuk
sintesis protein dan biomolekul lain tidak dapat disimpan dalam
tubuh maupun diekskresi ke luar tubuh, tidak seperti asam lemak
dan glukosa. Kelebihan asam amino condong digunakan untuk bahan
bakar. Gugus α-amino dibebaskan dan rangka karbon yang dihasilkan
diubah menjadi zat antara metabolisme. Sebagian besar gugus amino
dari, kelebihan asam amino diubah menjadi urea, sedangkan rangka
atom karbonnya di ubah menjadi asetil Ko-A, asetoasetil-Ko A,
piruvat atau salah satu zat antara pada daur asam sitrat. Jadi,
asam lemak, zat keton, dan glukosa dapat dibentuk dari asam
amino. Asam amino tidak bisa disimpan karena didegradasi untuk
daur asam trikarboksilat dan menghasilkan energi.
Proses oksidasi adalah salah satu dari perubahan yang
terjadi pada asam amino terutama setaelah gugus aminonya
dihilangkan terlebih dahulu. Jalan yang ditempuh tergantung dari
jenis asam amino. Reaksi yang menghilangkan gugus amino sebagian
besar berlangsung melalui dua jalur yaitu transaminasi dan deaminasi.
Transaminasi
Transaminasi ialah proses katabolisme asam amino yang
melibatkan pemindahan gugus amino dari satu asam amino kepada
asam amino lain.
Reaksi transaminasi dengan enzim aminotransferase
Gugus α-amino dari ke-20 asam L-amino yang biasa dijumpai pada
protein, pada akhirnya dipindahkan pada tahap tertentu dalam
degradasi oksidatif molekul tersebut. Pembebahasan gugus α-amino
dari kebanyakan asam L-amino dikatalisa oleh enzim transaminase dan
aminotransferase. Pada transaminase, gugus α-amino dipindahkan secara
enzimatik ke atom karbon α pada α-ketoglutarat, sehingga
dihasilkan asam α-keto, sebagai analog dengan asam amino yang
bersangkutan.
Transaminasi hanyalah salah satu dari berbagai ragam
transformasi asam amino yang dikatalisis oleh enzim-enzim
piridoksal pospat. Reaksi lain pada karbon α asam amino adalah
dekarboksilasi, deaminasi, rasemisasi, dan pembelahan aldol.
Tujuan keseluruhan reaksi transaminase adalah mengumpulkan
gugus amino dari berbagai asam amino dalam bentuk hanya satu asam
amino, yakni L-glutamat. Jadi, katabolisme gugus amino menyatu
menjadi produk tunggal. Kebanyakan tarnsaminase bersifat spesifik
bagi α-ketoglutarat sebagai molekul penerima gugus amino di dalam
reaksi ini. Tetapi, enzim tersebut tidak terlalu spesifik bagi
substrat COOnya yang lain, yaitu asam L-amino yang memberikan
gugus aminonya. Beberapa transaminase yang paling penting, yang
dinamakan sesuai dengan molekul pemberinya aminonya, sebagai
berikut:
L-Aspartat + α-ketoglutarat oksalasetat + L- glutamat
L-Alanin + α-ketoglutarat piruvat + L-glutamat
L-Leusin + α-ketoglutarat α-ketoisokaproat + L- glutamat
L-Tirosin + α-ketoglutaratp-hidroksifenilpiruvat + L-glutamat
α-ketoglutarat merupakan senyawa umum penerima gugus amino
dari kebanyakan asam amino yang lain. L- glutamate berperan untuk
menyampaikan gugus amino kepada lintas biosintetik tertentu atau
menuju ke urutan akhir reaksi ini. Berdasarkan reaksi diatas
dapat disimpulkan bahwa gugus amino yang ada pada asam-asam
tersebut dikumpulkan ke dalam satu asam amino yaitu asam
glutamate. Semua transaminase memiliki gugus prostetik yang
terikat kuat dan mekanisme reaksinya bersifat umum. Gugus
prostetik piridoksal-fosfat, merupakan turunan piridoksin atau vitamin
Piridoksal fosfat berfungsi sebagai senyawa antara pembawa gugus
amino pada sisi aktif transaminase.
Gugus karbonil dari piridoksal fosfat yang terikat oleh
enzim bergabung dengan gugus α-amino dari asam amino yang datang,
membentuk senyawa antara yang berikatan, kovalen, yaitu sejenis
senyawa yang disebut basa Schiff. Suatu perpindahan ikatan ganda C=N
terjadi setelah itu, dan kerangka karbon asam amino
terhidrolisis, meninggalkan gugus amino yang terikat kovalen pada
gugus prostetik dalam bentuk piridoksamin fosfat.
Piruvat yang terbentuk merupakan senyawa antara dalam Siklus
Asam sitrat, sedangan glutamate akan mengalami deaminasi
oksidatif menghasilkan NH4+ dan α-ketoglutarat, α-ketoglutarat
juga merupakan senyawa antara dalam Siklus Asam Sitrat. NH4+ pada
sebagian besar vertebrata darat diubah menjadi urea untuk
dikeluarkan dari dalam tubuh melalui Siklus Urea.
Deaminasi
Deaminasi adalah mengeluarkan gugus amino dari suatu
senyawa. Gugus α-amino dari banyak asam amino dipindahkan kepada
α-keto glutarat untuk membuat asam glutamat yang kemudian
mengalami deaminasi oksidatif membentuk ion, Ion ammonium dibentuk
dari glutamat dengan deaminasi oksidatif. Reaksi ini dikatalisis
oleh enzim glutamat dehidroginase, yang tidak biasa karena dapat
menggunakan baik maupun Aktivitas enzim glutamat dehidroginase
diatur secara alosetrik. Enzim pada vertebrata ini terdiri atas
enam sub unit yang identik. Guanosin trifosfat (GTP) dan
adenosine trifosfat (ATP) adalah inhibitor alosetrik, sedangkan
guanosin difosfat (GDP) dan adenosin difosfat (ADP) adalah
activator alosetrik. Jadi, penurunan muatan energi akan mempercepat
oksidasi asam amino.
Reaksi total yang dikatalisis oleh enzim aminotransferase
dan glutamate dehidroginase adalah :
Asam α-amino + O + asam α-keto + NADH + (atau NADPH)
Pada sebagian besar vertebrata darat, diubah menjadi urea
yang kemudian diekskresi. Cara pemecahanan asam amino adalah
dengan membentuk zat antara metabolic utama yang dapat diubah
menjadi glukosa atau dapat dioksidasi pada daur asam nitrat. Pada
kenyataannya rangka karbon 20 asam amino pokok yang membentuk
protein disalurkan menjadi hanya 7 molekul yaitu, piruvat,
asetil-KoA, asetoasetil- KoA, a-ketoglutarat, suksinil KoA,
fumarat dan okseloasetat.
Asam amino yang dapat dipecah menjadi asetil KoA atau
asetoasetil KoA disebut ketogenik karena asam tersebut pada
pemecahannya menghasilkan zat keton. Sebaliknya asam amino yang
diubah menjadi piruvat, a-ketoglutarat, suksinil-KoA, fumarat,
atau okseloasetat disebut glukogenik. Sintesa glukosa dari asam
amino mungkin dilakukan karena zat antara daur asam sitrat dan
piruvat dapat diubah manjadi fosfeonolpiruvat dan kemudian
menjadi glukosa.
.
1. JALUR a-KETOGLUTARAT
Jalur ini memuat pengubahan arginin, prolin, histidin dan
glutamin menjadi asam glutamat yang selanjutnya senyawa akhir
dideaminasi menghasilkan ketoglutarat. Asam-asam amino tersebut
termasuk dalam golongan senyawa glikogenat.
Arginin oleh enzim arginase dipecah menjadi ornitin dan urea.
Dengan jalan transmiasi ornitin yang terbentuk diubah menjadi
glutamat semialdehida yang selanjutnya mengalami dehidrogenasi
menjadi asam glutamat. Enzim pertama adalah ornitin transaminase dan
yang berikutnya ialah dehidrogenase yang dibantu oleh NAD+.
Prolin oleh prolin oksidase diubah menjadi prolinkarboksilat
yang karena tidak mantap langsung berubah menjadi glutamat
semialdehida dan kemudian menjadi asam glutamat melalui reaksi
dehidrogenasi.
Enzim histidase (histidin-amoniak liase), urokanat hidratase dan
imidazolon propionase bersama-sama membuka cincin imidazol pada
histidin menjadi N-formimino glutamat. Senyawa ini kemudian
melepaskan gugus formimino dalam suatu reaksi tramsfer yang
dikatalisa oleh glutamat-formimino transferase dan berubah menjadi asam
glutamat.
Glutamin dapat membebaskan gugus NH3, pada reaksi hidrolisis
yang dikatalisa oleh glutaminase, menjadi asam glutamat. Senyawa
tersebut juga bisa diubah menjadi asam glutamat karena kegiatan
enzim glutamat sintase.
2. JALUR PIRUVAT
Kelompok asam amino yang dapat diubah menjadi asam piruvat
adalah alanin, glisin dan serin, sistin dan sistein. Bagan
perubahannya adalah sebagai berikut :
Glisin dapat diubah menjadi serin melalui reaksi transfer.
Enzim yang mengkatalisareaksi tersebut adalah serin hidroksimetil
transferase yang dibantu oleh tetrahidrofolat(FH4).Serin yang terbentuk
pada reaksi transfer diatas diubah menjadi asam piruvat oleh serin
dehidratase yang dibantu oleh gugus prosintetis piridoksal-P.
Jalur pemecahan sistin menjadi asam piruvat merupakan sebuah
lingkaran. Dari gambar dibawah ini dapat diketahui bahwa sistin
dapat diubah menjadi asam piruvat melalui tiga sub jalur. Yang
pertama sub-jalur sistin-sistein-merkaptopiruvat; yang kedua
ialah sistin-sitein – sistein sulfinat dan yang ketiga iadalah
sistin – sistein langsung asam piruvat. Enzim yang mengkatalase
senyawa yang terdapat pada sub jalur pertama masing- masing
adalah sistin reduktase yang merubah sistin menjadi sistein.
Pengubahan sistein menjadi merkapto-piruvat merupakan reaksi
transfer yang dikatalisa oleh sistein transfaminase. Enzim 3-
merkaptopiruvat sulfurtransferase memindahkan gugus S ke HCN sehingga
sisa yang dinamakan asam piruvat. Pada sub jalur yang kedua
dijumpai enzim-enzim sistein deoksigenase dan aspartat transaminase.
Alanin dapat diubah menjadi asam piruvat melalui reaksi
transaminasi yaitu :
Alanin + a-
ketoglutarat Piruvat + glutamateEnzim alanin transaminase ini membutuhkan bantuan piridoksial-fosfat
yang terikat erat pada bagian apoenzimnya.
Asam piruvat yang dihasilkan oleh jalur piruvat ini diubah
ke asetil-koa oleh kompleks piruvat dehidrogenase. Asetil-koa ini
dapat menghasilkan enersi melalui lingkaran asam trikarboksilat.
3. JALUR ASETO-ASETIL-KoA
Fenilalanin, triptofan, tirosin, lisin dan leusin dapat
diubah menjadi asetil KoA melalui asetoasetil KoA. Diagram
konversi asam amino di atas dapat diikuti di bawah ini :
Fenilalanin berbeda dengan triptofan hanya pada kandungan
gugs OH. Penempelan gugus pada fenilalanin membentuk triptofan
yang dikatalisis oleh fenilalanin 4-mono-oksigenase (fenilalanin
hidroksilase sebuah enzim oksigenase fungsi campuran) yang
dibantu oleh koenzim NADPH dan oksigen. Pembukaan cincin benzena
yang ada pada fenilalanin atau trip tofan dilakukan bersama-sama
oleh enzim transainase dan dioksigenase yang dapat dilihat pada
urutan reksi ini.
Pada jalur pemecahan fenilalanin atau triptofan
dijumpai enzim yang bernama oksigenase yaitu fenilalanin 4-
monooksigenase, 4-OH fenilpiruvat dioksigenase dan homogentisat 1,2-
dioksigenase. Enzim 4-monooksigenase adalah salah satu contoh dari
yang mempunyai fungsi campuran yaitu menempelkan 1 atom oksigen
yang berasal dari O2 pada cincin benzena (fenilalanin) dan
mengkaitkan atom oksigen lainnya pada hidrogen sehingga
terbentuklah air. Hidrogen yang mereduksi secara tidak langsung
berasal dari NADPH melalui dihidrobioproterin.
NADPH + H+ + dihidrobioproterin à NADP+ + tetrahidrobioproterin
L-Fenilalanin + tetrahidrobioproterin à dihidroproterin + L-
tirosin
Leusin, asam amino yang terdapat dalam kelompok pada jalur
aetil KoA diubah menjadi aseto-asetat melalui tahapan reaksi
transaminasi, dehidrogenasi, karboksilasi, hidratasi dan
pembentukan ikatan ganda.
Pengubahan lisin menjadi asetil-KoA menempuh jalur yang
cukup panjang. Senyawa itu dapat pula diubah melalui sakaropin
setelah berkondensasi lebih dulu dengan asam α-ketoglutarat dan
kemudian senyawa yang terbentuk dihidrogenasi menjadi L α-
aminodipat semialdehida.
Enzim yang mengkatalisis reaksi di atas dan selanjutnya
menjadi L- α-aminoadipat semialdehida adalah sebuah
dehidrogenase. Sakharopin selanjutnya diubah menjadi L- α-
aminoadipat semialdehida dan L-glutamat dengan enzim yang sama
dibantu oleh NAD+.
Degradasi L- α-amino.
Reaksi pertama pengubahan triptofan adalah oksidasi yang
dikatalisis oleh triptofan pirolase atau disebut triptofan 2,3
dioksigenase yang dibantu oleh oksigen molekular. Enzim ini
mengandung Cu dan hem. Oksidasi ini mengakibatkan terbukanya
cincin pirol. N-formilkinurenin yang dihasilkan dalam oksidasi di
atas dipisahkan gugus formilnya oleh enzim formilase atau
formamidase. Tahapan reaksi berikutnya oksidasi dengan bantuan
NADPH dan O2 dan kemudian hidrolisis. Reaksi ini menghasilkan 3-
OH antranilat dan alanin. Senyawa yang terakhir kemudian dapat
diubah menjadi asetil-KoA. Senyawa hasil antara degradasi
triptofan banyak yang dapat digunakan sebagai senyawa dasar
biosintesis hormon. Salah satu adalah hormon tanaman yang
disebutkan asam indolasetat.
4. JALUR SUKSINAT
Asam amino metionin, isoleusin dan valin menempuh jalur yangsama pada proses degradasinya menjadi asam suksinat.
Metionin yang masuk ke dalam jalur, pertama kali dipisahkan
gugus metilnya. Caranya ialah dengan mengubah metionin menjadi S-
Adenosil metionin dengan bantuan ATP dan enzim metionin adenosil
transferase. Senyawa yang terbentuk ini kemudian bertindak sebagai
donor metil pada reaksi transmetilasi.
B. Pembentukan ATP
Glikolisis
Glikolisis adalah urutan reaksi-reaksi yang mengkonfesi
glukosa menjadi piruvat bersamaan dengan produksi sejumlah ATP
yang relative kecil. Pada organism aerob glikolisis adalah
pendahuluan daur asam sitrat dan rantai transport electron yang
bersama-sama membebaskan sebagian besar energy yang tersimpan
dalam glukosa.
Daur asam sitrat (Siklus Krebs)
Suatu senyawa yang terdiri dari empat atom karbon
(oksaloasetat) berkondensasi dengan suatu senyawa atom dua atom
karbon (unit asetil) membentuk asam trikarboksilat yang terdiri
dari enam atom karbon (sitrat). Isomer sitrat kemudian mengalami
dekarboksilasioksidatif menjadi senyawa dengan lima atom karbon
(α-ketoglutarat). Senyawa ini kemudian mengalami dekarboksilasi
oksidatif lagi menjadi senyawa empat atom karbon (suksinat).
Suksinat selanjutnya akan diubah membentuk oksaloasetat kembali.
Dua atom karbon masuk ke dalam daur sebagai unit asetil dan dua
atom karbon keluar dari daur dalam bentuk dua molekul CO2. Gugus
asetil lebih tereduksi dibandingkan CO2, sehingga dipastikan
terjadi reaksi oksidasi-reduksi dalam daur asam sitrat.
Kenyataannya, ada empat reaksi oksidasi-reduksi. Tiga ion hidrida
(6 elektron) dipindahkan pada tiga molekul NAD+, sedangkan
sepasang atom hidrogen (2 elektron) dipindahkan kepada molekul
flavin adenine dinukleotida (FAD). Pembawa electron ini akan
menghasilkan sempilan molekul adenosine trifosfat (ATP) bila
dioksidasi oleh o2 dalam rangka pernafasan. Disamping itu,
terbentuk satu senyawa fosfat energy tinggi setiap satu putaran
daur asam sitrat.
Dua atom karbon masuk kedalam daur dalam bentuk
kondensasi unit asetil (dari asetil KoA) dengan oksaloasetat. Dua
atom karbon meninggalkan daur dalam bentuk CO2pada dekarboksilasi
berturut-turut yang dikatalis oleh isositrat dehidrogenase dan α-
ketoglutarat dehidrogenase. Dua atom karbon yang meninggalkan
daur berbeda dengan dua atom karbon yang masuk daur.
NADH dan FADH2 yang terbentuk di dalam daur asam
sitrat akan dioksidasi melalui rantai pernafasan yang akan
dibahas dalam bab berikutnya. Transfer electron dari pengemban-
pengemban ini kepada O2 akseptor electron terakhir menyebabkan
terpompannya proton melalui membrane dalam mitokondria. Daya
penggerak proton ini kemudian akan membangkitklan tenaga untuk
pembentukan ATP: stoikiometrinya kira-kira 2,5 ATP per NADH dan
1,5 ATP per FADH2.
Transfer Elektron
Aliran electron dari NADH ke O2 melalui prosis eksergonik.
NADH + O2 + H+ H2O + NAD+
Energy bebas yang dihasilkan digunakan untuk mensintesis ATP
melalui proses endergonik
ADP + Pi + H+ ATP + H2O
Pada fosforilasi oksidatif sintesis ATP terangkai dengan
aliran electron dari NADH atau FADH2 ke O2 melalui gradient proton
melintasi membrane dalam mitokondria. Aliran electron melalui 3
kompleks transmembran dengan orientasi membrane berbeda.
Mengakibatkan terpompanya proton keluar matriks mitokondria dan
terbentuknya potensial membrane. ATP disintesis bila proton
mengalir kembali ke matriks melalui saluran di dalam kompleks
pembentukan ATP yang disebut ATP sintase. Electron dari NADH
ditransfer ke gugus prostetik FMN dari NADH-Q reduktase yang
pertama dari tiga kompleks. Reduktase ini juga mengandung pusat-
pusat Fe-S. Electron muncul dalam QH2, bentuk reduksi dari
ubikinon (Q). Pengemban hidrofobik yang sangat mobil ini
mentransfer elektronnya ke sitokrom reduktase, suatu kompleks
yang mengandung sitokrom b dan c1 dan satu pusat Fe-S. Kompleks
kedua ini mereduksi sitokrom c, protein membrane perifer yang
larut air. Sitokrom c, seperti Q, merupakan pengemban electron
yang mobil yang kemudian mentransfernya ke sitokrom oksidase.
Kompleks ketiga ini mengandung sitokrom a dan a3 dan 2 ion
tembaga. Satu hem besi dan satu ion tembaga di dalam oksidase ini
mentransfer electron ke O2, akseptor terakhir untuk membentuk
H2O.
Aliran electron melalui tiap-tiap kompleks ini menyebabkan
terpompanya proton dari sisi matriks ke sisi sitosol membrane
dalam mitokondria. Terbentuk daya gerak proton yang terdiri dari
gradient pH (sisi sitosol asam) dan potensial membrane (sisi
sitosol positif). Aliran balik proton ke sisi matriks melalui ATP
sintase menyebabkan sintesis ATP. Kompleks enzim ini terdiri dari
unit F0 hidrofobik yang membawa proton melalui membrane dan unit
F1 hidrofilik yang mengkatalis sintesis ATP berurutan pada 3
situs. Aliran proton melalui ATP sintase melpaskan ATP yang
terikat erat.
Aliran 2 elektron melalui NADH-Q reduktase, sitokrom
reduktase, dan sitokrom oksidase membangkitkan suatu gradient
yang cukup untuk sintesis masing-masing 1, 0,5 dan 1 molekul
ATP. Dengan demikian, terbentuk 2,5 ATP per NADH yang dioksidasi
dalam matriks mitokondria. Pada tiap kali oksidasi FADH2 hanya
terbentuk 1,5 ATP karena electron masuk ke rantai pernafasan pada
QH2, setelah situs pompa proton pertama. Juga hanya terbentuk 1,5
ATP melalui oksidasi NADH sitosol karena elektronnya masuk rantai
pernafasan pada situs kedua, karena kerja system angkut
gliserofosfat. Masuknya ADP kedalam matriks mitokondia terangkai
dengan keluarnya ATP oleh ATP-ADP translokase, protein pengangkut
yang digerakkan oleh potensial membrane. Kurang lebih terbentuk
30 ATP bila satu molekul glukosa dioksidasi sempurna menjadi CO2
dan H2O.
Transport electron biasanya terangkai erat dengan
fosforilsi. NADH dan FADH2 hanya dioksidasi bila ADP pada saat
yang sama mengalami fosforilasi menjadi ATP. Perangkaian ini
disebut control respirasi, dan dapat dirusak oleh senyawa-senyawa
“uncopler” seperti DNP, yang meniadakan gradient proton dengan
membawa proton melintasi membrane dalam mitokondria.
C. BIOSINTESIS ASAM AMINO ESENSIAL1. Biosintesis Asam Amino Esensial
Lintas bagi sintesis asam amino esensial pada nutrisi tikus
albino dan manusia telah disimpulkan dari penelitian biokimiawi
dan genetic mikroorganisme yang mampu membuat senyawa ini. Kita
tidak akan mengamati lintas ini, tetapi kita dapat membuat
beberapa kesumpulan umum mengenai lintas ini. Lintas yang
mengarah kepada sintesis asam amino esensial biasanya lebih
panjang (5 sampai 15 tahap) dan lebih kompleks dibandingkan
dengan lintas yang menuju asam amino nonesensial, yang kebanyakan
dibentuk melalui beberapa asam amino esensial, karena tidak
memiliki satu atau dua enzim pada lintas sintesis tersebut.
Lintas asam amino esensial yang paling kompleks adalah lintas
menuju fenilalanin, triptofan, dan histidin , yang memiliki cincin benzene
atau heterosiklik. Sintesis cincin ini, terutama kedua cincin
pusat triptofan, memerlukan sejumlah tahap reaksi enzimatis yang
kompleks. (Lehninger. :321).
Jasad hidup tingkat tinggi tidak dapat mensintesa asam amino
esensial. Mekanisme reaksi pembentukannya disusun dari biosintesa
asam tersebut dalam bakteri dan dalam tanaman. Yang tergolong
dalam asam amino esensial adalah valin, leusin, isoleusin,
fenilalanin, metionin, treonin, ornitin, arginin, histidin
(Martoharsono. 1982:129) Lima asam amino esensial bagi hewan
disintesis oleh tanaman dan mikroorganisme dari asam amino
nonesensial: treonin, metionin, dan lisin dibentuk dari aspartat, arginin
dan histidin dibentuk dari glutamate. Isoleusin dibentuk oleh bakteri
dari asam amino esensial treonin. (Lehninger. : 321).
a. Sintesa valin, isoleusin dan leusin
Ketiga asam amino yang tergolong dalam nir-polar hidrofonik
ini disintesa melalui jalur yang hampir serupa. Isoleusin
dibentuk dari treonin. Selanjutnya senyawa tersebut mengalami
dehidratasi dan berubah menjadi α-ketobutirat. Reaksi ini
dikatalisa oleh treonin dehidratase. Tahap reaksi berikutnya sehingga
menjadi isoleusin berlangsung seperti pada perubahan asam piruvat
(asam α-keto juga) menjadi valin.
Reaksi pertama biosintesa valin dan treonin dikatalisa oleh
asetolaktat sintesa. Kemudian terjadilah pemindahan gugus CH3 atau C2H5
yang dilaksanakan oleh enzim asetolaktat mutase dan dilanjutkan
dengan reduksi sehingga terbentuk asam dihidroksi isovalerat atau
β-metilvaleratnya. Tahap berikutnya ialah dehidratasi oleh asam
dihidroksi dehidratase yang menghasilkan asam α-keto dan setelah itu
terjadilah reaksi transaminasi menjadi valin atau isoleusin.
Leusin disintesa dari α-keto-isovalerat yang berkondensasi
dengan asetil-KoA menjadi asam α-isopropilmalat yang dikatalisa
oleh α-isopropilmalat sintase.
Sintesis valin, leusin dan isoleusin
Perubahan dari α menjadi β-isopropilmalat dikatalisa oleh α-
isopropil-malat dehidratase dan kemudian β-isopropilmalat dehidrogenase
mengubah senyawa yang terakhir ini menjadi α-ketoisokaproat dan
yang selanjutnya enzim leusin trasaminase mengubah senyawa bentuk
keto menjadi aminoleusin.
b. Pembentukan fenilalanin dan triptofan
Dua asam ini termasuk dalam asam amino aromatik, mengandung
cincin benzena, yang disintesa dari rantai karbon alifatik.
Prekursornya adalah asam fosfoenol piruvat dan eritrosa 4-P
Sintesis Triptofan
Hasil kondensasi antara fosfoenol piruvat dan eritrosa 4-P
dikatalisa oleh aldolase. Hasilnya yaitu asam 3-deoksi-α-
arabinoheptulosonat 7-P yang kemudian membentuk senyawa yang
siklik sambil menghilangkan gugus fosfatnya. Senyawa siklik yang
dinamakan 5-dehidroshikimat. Selanjutnya senyawa terakhir ini
direduksi oleh shikimat dehidrogenase yang dibantu ileh NADPH
menghasilkan asam shikimat. Setelah bergabung dengan fosfoenol
piruvat maka asam shikimat berubah menjadi asam 5-enolpiruvil
shikimat. Reaksi ini dikatalisa oleh sebuah sintetase. Asam
khorismat yang terbentuk merupakan senyawa dasar bagi biosintesa
triptofan, tirosin dan fenilalanin.
Sintesis Fenilalanin
c. Biosintesa histidin
Jalur yang dilalui pada pembentukan asam amino esensial ini
sangat kompleks. Berkat hasil penelitian B. Ames dan lain-lainnya
telah dapat diungkapkan biosintesa histidin. Pada umumnya mereka
menggunakan mutan Salmonella typhimurium dan E. coli untuk mengetahui
tahapan reaksi dan senyawa antara yang terbentuk. Reaksi sintesa
histidin diawali dengan pembentukan N1-(5’-fosforibosil)-ATP dari
5-fosforibosil 1-pirofosfat (PRPP) dan ATP.
Sintesis Histidin
Dari Tahapan reaksi sebagaimana disajikan di atas dapat
diketahui bahwa molekul histidin berasal dari ATP, amida dari
glutamine dan gugus robosil dari gosforibosil-pirofosfat (PRPP).
d. Biosintesa lisin
Ada dua jalur pembentukan lisin yang berlangsung dalam jasad
hidup yaitu pertama terjadi pada bakteri dan tanaman tingkat
tinggi dan kedua berlangsung dalam kebanyakan jamur. Jalur yang
pertama melalui senyawa asam diaminopimelat dan yang kedua via
asam α-aminoadipat. Jalur diaminopimelat dimulai dari asam
aspartat yang diaktifkan oleh ATP.
Sintesis Lisin
Jalur α-aminoadipat yang berlangsung dalam jamur adalah
sebagai berikut,
Biosintesis lisin pada jamur
e. Biosintesa treonin dan metionin
Dua asam amino esensial ini mempunyai precursor yang sama
yaitu homoserin, sebagai berikut:
Sintesis Metionin dan Treonin
Homoserin yang merupakan senyawa dasar biosintesa berasal
dari asam aspartat. Perubahan asam aspartat menjadi homoserin
tidak berlangsung alama mamalia.
Gugus β-karboksil yang ada pada asam aspartat diaktifkan
dengan ATP dan kemudian direduksi sehingga terbentuk aspartat
semialdehida dan selanjutnya menjadi homoserin.
f. Biosintesa ornitin dan arginin
Pada lingkaran urea dapat diketahui bahwa argini dapat
dihasilkan dari ornitin dan sebaliknya argini dapat diubah
menjadi ornitin.
Dalam bakteri dan tanaman ornitin dibentuk dari asam glutamate
sebagai berikut:
Biosintesis Ornitin dan Arginin
Pada tahap terakhir ini, perubahan N-asetil-ornitin menjadi
ornitin tergantung dari jenis jasad hidup. Pada E. coli maka N-
asetilornitin dihidrolisis menjadi ornitin dan asan asetat bebas.
Sedangkan pada jenis renik lain dan tanaman gugus asetil yang ada
apada N-asetilornitin diserahkan pada asam glutamate sehingga
terbentuk ornitin dan N-asetilglutamat.
Ornitin yang dihasilkan ini bisa diubah menjadi argini sebagai
berikut:
Ornitin + karbamoil-P à sitrulin + Pan
Sitrulin + aspartat + ATP à arginosuksinat + AMP +
P-P
Arginosuksinat à arginin + fumarat
Reaksi pertama dikatalisa oleh ornitin-karbamoil transferase yang
terdapat dalam mitochondrial matriks. Sitrulin yang dihasilkan
ini bisa keluar mitokhondria dan menuju ke sitosol. Reaksi kedua
dikatalisa oleh arginosuksinat sintetase, selanjutnya arginosuksinat
yang terbentuk mengalami reaksi eliminasi yang disebabkan oleh
kegiatan enzim arginosuksinat liase. Dalam sebagian besar bakteri
arginin merupakan hasil akhir, oleh karena tidak adanya enzim
arginase yang mengubahnya menjadi urea dan ornitin.
D. BIOSINTESIS ASAM AMINO NON-ESENSIAL
Asam amino yang digolongkan ke dalam asam amino non-esensial
adalah alanin, prolin, glisin, serin, sistein, tirosin,
asparagin, glutamin, asam aspartat, asam glutamat.
a. Sintesis alanin dan aspartat
Ketiga asam amino dikelompokan menjadi satu oleh karena
biosintesisnya ampir tidak berbeda. Baik alanin maupun asam
aspartat dibentuk melalui reaksi transminasi,
Glutamat + piruvat ↔ alanin + α-ketoglutarat
Glutamat + oksalasetat ↔ aspartat + α- ketoglutarat
Dalam beberapa tanaman alanin dan aspartat disintesis
melalui aminasi reduktif dengan amoniak. Reaksi di atas
dikatalisis oleh transaminase.
Asparagin dapat disintesis dari asam aspartat yang
dikatalisis oleh asparagin sintetase,
NH3 + aspartat + ATP ↔ asparagin + ADP + P
Pada beberapa jasad sintesis asparagin dapat berlangsung
melalui reaksi transfer gugus amida yang ada pada glutamin yang
dikatalisis oleh asparagin sintetase
ATP + glutamin + aspartat↔ asparagin + glutamat + AMP + P –
P
b. Biosintesis asam glutamat, glutamin dan prolin
Asam glutamat terutama disintesis dari –ketoglutarat melalui
reaksi aminasi,
NH3 + α-ketoglutarat + NAD(P)H + H+↔ L – glutamat + NAD
(P)+ + H2O
Glutamat dehidrogenase yang mengkatalisis reaksi di atas
adalah enzim regulatorik.
Glutamin disintesis dari asm glutamat yang dikatalisis oleh
glutamin sintesis,
NH3 + glutamat + ATP ↔ glutamin + ADP + Pan
Amoniak menempel pada gugus karboksil asam glutamat yang telah
menjadi aktif karena gugus fosfat dari ATP,
ϒ-glutamilfosfat
Prolin, berasal dari asam glutamat yang diubah dulu menjadi
aldehidanya dan emudian membentuk cincin,
Perubahan glutamat menjadi asam glutamat semialdehida
dikatalisis oleh glutamat kinase dan dehidrogenase, yang dihambat
secara umpan balik oleh prolin. ∆1Pirolin 5-karboksilat, yang
terbentuk dari siklisasi semialdehida, direduksi oleh NADPH
menjadi prolin oleh prolin 5-reduktase
c. Serin dan glisin
Dua senyawa ini termaksud dalam golongan asam amino polar.
Serin disintesis dari asam 3-fosfogliserat. Setelah dioksidasi,
transaminasi dan pemisahan fosfat berubah menjadi serin.
Enzim yang mengkatalisis reaksi oksidasi adalah fosfogliserat
dehidrogenase yang dibantu oleh NAD+. Reaksi transaminasi
melibatkan glutamat sebagai donor gugus amino sehingga terbentuk
3-Fosfoserin. Reaksi terakhir ialah pemisah gugus fosfat senyawa
terakhir oleh fosfoserin fosfatase sehingga terbentuk serin. Glisin
atau alanin dapat pula bertindak sebagai gonor gugus amino.
Glisin dihasilkan dari karbondioksida dan amoniak yang
dikatalisis oleh glisin sintase. Reaksi ini merupakan jalur utama yang
terjadi dalam hati vertebrata.
CO2 + NH3 + N5N10- metilenatetrahidrofolat + NADH + H+↔glisin +
tetrahidrofolat + NAD+
Cara lain untuk menghasilkan glisin ialah,
L-Serin + tetrahidrofolat↔ glisin + N5N10-metilena-
tetrahidrofolat
Reaksi di atas dikatalisis oleh serin hidroksimetil-transferase yang
mengandung gugus prostetis piridoksal-fosfat.
Tirosin, dihasilkan dari asam amino esensial fenilalanin,
melalui reaksi hidroksilasi yang dikatalisis oleh fenilalanin 4-
monooksigenase . oksigenase fungsi campuran ini membutuhkan NADPH
sebagai koreduktan dan dihidrobiopterin,
Fenilalanin + NADPH + H++ O2↔tirosin + NADP+ + H+O
Sistein, disintesis dari metion, sebuah asam amino esensial
dan serin. Proses ini dinamakan trans-sulfurasi, oleh karena atom S
itu dapat dipindahan maka metionin itu diubah dulu menjadi
homosistein
Enzim yang mengatalisis reaksi transfer gugus adenosil-
transferase. Senyawa yang terbentu dapat bertindak sebagai donor
metil dengan bantuan enzim metil-transferase. Pindahnya gugus ini
menyebabkan senyawa donor berubah menjadi S-adenosil-metionin
yang setelah dihidrolisis menjadi homosistein dan adenosin bebas.
Reaksi hidrolisis S-adenosil-homosistein menjadi adenosin
bebas dan homosistein dikatalisis oleh adenosil-homosisteinase. L-
Sistation terjadi dari kondensasi homosistein dan serin. Dari
reaksi tersebut bisa disimak bahwa gugus OH yang ada pada serin
hilang menjadi bagian dari air. Senyawa terakhir ini kemudian
berubah menjadi sistein dengan bantuan enzim sistationin-liase, yang
dapat dihambat oleh hasil akhirnya (sistein).