Materi Biokimia-Metabolisme Protein (Katabolisme)(2)

download Materi Biokimia-Metabolisme Protein (Katabolisme)(2)

of 115

Transcript of Materi Biokimia-Metabolisme Protein (Katabolisme)(2)

  • METABOLISME

    PROTEIN

    (KATABOLISME)

    BIOKIMIAProgram studi Ilmu dan Teknologi Pangan

    Universitas Sebelas Maret (UNS) Surakarta

    Dosen:

    Danar Praseptiangga, S.TP., M.Sc., Ph.D.

  • Senyawa makromolekul yang sangat vital bagi organisme dantersusun atas asam amino-asam amino yang dihubungkan melaluiikatan peptida, sehingga senyawa ini disebut juga polipeptida

    Struktur dan fungsi ditentukan oleh kombinasi, jumlah danurutan asam amino

    Sifat fisik dan kimiawi dipengaruhi oleh asam aminopenyusunnya

    Sumber asam-asam amino yang mengandung unsur-unsur C, H,O, dan N yang tidak dimiliki oleh lemak atau karbohidrat

    Bahan pembentuk jaringan-jaringan baru yang selalu terjadidalam tubuh dan mempertahankan jaringan yang telah ada

    Kekurangan protein dalam waktu lama dapat menggangguberbagai proses dalam tubuh dan menurunkan imunitas

    12/12/2012 Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    2

    Protein

  • Protein dalam bahan makanan yang diserap oleh usus dalam bentuk asam amino

    Protein jika dihidrolisis dengan asam, alkali atau enzim akan dihasilkan campuran asam-asam amino

    Sebuah asam amino terdiri dari gugus amino, sebuah gugus hidroksil, sebuah atom hidrogen, dan gugus R yang terikat pada sebuah atom C

    Penggantian separuh dari jumlah kelompok protein tertentu dengan protein baru disebut half-time atau waktu paruh jangka hidup protein

    3

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    Protein

  • Asam amino : sumber utama glukosa melalui jalur glukoneogenesis

    Glukoneogenesis dan glikogenolisis penting untuk memback-up sumber glukosa pada saat puasa

    Asam amino dalam tubuh terutama digunakan untuk sintesis protein. Jika asupan glukosa rendah, asam amino dapat diubah menjadi glukosa melalui jalur glukoneogenesis (pembentukan glukosa baru dari prekursor non karbohidrat)

    Proporsi protein sebagai sumber energi dalam diet yang dianjurkan adalah sebesar ~15%

    4

    Protein

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • H2NAminogroup C

    Side chain

    R

    H

    C

    O

    OH

    Carboxylgroup

    Non-ionized form

    STRUKTUR ASAM AMINO

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    5

  • HH H H H H HO O O H H O H H O

    N C C N NC C C C

    H CH3 CH2

    OH

    N-terminus

    N C C

    CH2

    C

    O

    OH

    CH2

    N C C

    CH

    CH3H3C

    CH2

    OH

    H H O

    N C C

    H H O

    N C C

    H H O

    N C C

    CH2

    SH

    OH

    C-terminus

    POLYPEPTIDE CHAIN

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    6

  • Amino Acids

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

    7

  • Klasifikasi Protein Atas dasar komposisi kimia penyusun :

    Protein sederhana (simple protein) protein yang tersusun hanya atas asam amino saja tanpamengikat senyawa lainnya.

    Protein terkonjugasi (conjugated protein) protein yang asam amino penyusunnya mengikatsenyawa lain baik organik maupun anorganik

    Protein turunan/derivate (derived protein) protein yang telah dimodifikasi baik secaraenzimatis, fisikawi maupun kimiawi

    Atas dasar kelarutannya :

    Albumin larut dalam air, mengendap dengan (NH4)2SO4 Globulin larut dalam garam netral (NaCl)

    Histone larut dalam air

    Prolamine larut dalam 50-90% etanol

    Protamine membentuk kompleks dengan asam nukleat

    Skleroprotein tidak larut dalam air

    Atas dasar bentuk :

    Fibrous protein protein yang berbentuk benang atau serabut (kolagen, elastin, keratin)

    Globular protein protein yang berbentuk globula; mempunyai sifat larut dalam air, asam, basa, dan etanol (albumin, laktalbumin)

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

    8

  • Klasifikasi Asam Amino 1. Asam amino non-polar atau hidrofobik

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

    9

  • Klasifikasi Asam Amino 2. Asam amino polar, hidrofilik, tidak bermuatan

    polar, netral

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

    10

  • Klasifikasi Asam Amino 3. Asam amino polar bermuatan positif dan bermuatan negatif

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

    11

  • Struktur Protein atas Konformasinya1. Struktur Primer

    adalah struktur protein ditinjau dari urutan asam aminonya

    contoh: H3N+ - Gly-Ala-Lys-Val-Met-Ala- COO-

    * The amino acid sequence of a protein

    is a unique characteristic of the protein

    is encoded by the nucleotide sequence of DNA, is thus a form ofgenetic information

    is read from the amino terminus to the carboxyl terminus

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

    12

  • Struktur Protein atas Konformasinya

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

    13

  • Struktur Protein atas Konformasinya2. Struktur Sekunder

    adalah struktur protein ditinjau tidak hanya atas urutan asamaminonya saja tetapi juga struktur bangunnya (berbentuk -heliks(stabil) atau -pleated sheet (lembaran berlipat), termasuk ikatanhidrogen yang menghubungkan antar ikatan peptida dalam satumolekul protein maupun antar molekul protein (inter-chain hydrogenbond)

    3. Struktur Tersier

    adalah struktur protein yang digambarkan kembali atas bentuk primerdan sekundernya sehingga diketahui bentuk lipatan intramolekulernya.Ikatan yang digambarkan tidak hanya ikatan antar peptida tetapi jugaikatan antar gugus R dari rantai peptida yang satu dengan yang laindan ditentukan oleh kombinasi dari berbagi interaksi : interaksihidrofobik (memberikan kekuatan utama untuk menstabilkan strukturtersier semua protein), ikatan disulfide (S-S), ikatan hidrogen yangterbentuk antar cabang yang polar (jarang dijumpai), dan ikatan ion(jarang dijumpai)

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

    14

  • Struktur Protein atas Konformasinya

    4. Struktur Kuartener

    adalah struktur protein yang teridri atas dua atau lebih strukturtersiernya yang bergabung secara kovalen. Dengan kata lain strukturini merupakan penggambaran struktur protein yang terdiri darisubunitnya yang saling berikatan secara kovalen

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

    15

  • Sifat-sifat fisikokimia protein

    Sifat fisikokimia setiap protein tidak sama, tergantungpada jumlah dan jenis asam aminonya

    BM protein sangat besar

    Ada protein yang larut dalam air dan ada yang tidaklarut dalam air tetapi seluruh protein tidak larut dalampelarut lemak

    Daya larut protein akan berkurang karena garamProtein akan terpisah sebagai endapan (salting out)

    Jika protein dipanaskan atau ditambahkan alkohol makaprotein akan menggumpal

    Protein dapat bereaksi dengan asam dan basa

    16

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

  • Kebutuhan protein

    Kebutuhan manusia akan protein dapat dihitung denganmengetahui jumlah nitrogen yang hilang

    Jika seseorang mengkonsumsi ransum tanpa protein, makanitrogen yang hilang tersebut pasti berasal dari protein tubuhyang dipecah untuk memenuhi kebutuhan metabolisme

    Kebutuhan protein untuk tubuh manusia rata-rata sebesar 1 gprotein/kg berat badan per hari

    17

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

  • Fungsi Protein dalam sel hidup Pembangun/pertumbuhan dan pemberi tenaga Pengatur proses dalam tubuh Memperbaiki sel yang rusak Komunikasi antar sel (cell signaling) Pembawa/transpor (misal: oksigen dibawa olehhemoglobin dalam darah)

    Media kontraksi jaringan (otot) Zat cadangan (pada susu dan biji-bijian) Zat pelindung (antibodi) Biokatalisator (enzim) Hormon Toksin (defense)

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

    18

  • PETA KONSEP

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

    19

    Proses Metabolisme:

    Anabolisme

    Katabolisme

    Karbohidrat, Lemak, Protein

    Proses sintesis sel dan enzim,

    memelihara steady state sel,

    penyerapan unsur hara, ekskresi

    senyawa, pergerakan sel

    Reaksi enzimatik,

    Reaksi Reduksi- OksidasiEnergi

  • LINTASAN METABOLISME PROTEIN

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    20

    DIET PROTEIN

    ASAM AMINO

    TRANSAMINASI

    KARBOHIDRAT/

    GLUKOSA

    NITROGEN AMINO

    DALAM GLUTAMAT

    DEAMINASI

    NH3

    UREA/UREUM

    ASETIL-KOA

    SIKLUS ASAM

    SITRAT

    BENDA KETON

    DERIVAT NITROGEN

    (non protein

    Protein jaringan

  • JALUR BERSAMA METABOLISME

    21

    TRANSPORT ELEKTRON

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • 22

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • Metabolic Pool of Amino Acids

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    23

  • Summary of Protein Metabolism

    a) keto acids are funneled into the Krebs cycle (glucogenic/ketogenic)

    b) NH4+ is cleared via urea, NH4

    +, with uric acid however major product is urea (80%)

    c) Creatine/creatinine important for energy consideration

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    24

  • Makanan (protein) Asam Amino

    25

    HATI

    ASAM KETO

    UREA

    SIKLUS ASAM SITRATSEL TUBUH

    ESENSIAL

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • Protein dalam

    makanan

    Asam Amino

    A. A dalam darah

    A.A. dl HATI

    (ektrasel)

    A.A. Dalam darah A. A. dl Hati

    (intra sel)

    PROTEIN

    Senyawa N lain A. A. ektra sel

    A. A. intra sel

    PROTEI

    N A. Keto Asam lemak

    S

    urea

    Sik. A. Sitrat A. Keto NH3

    pencernaan

    absorbsi

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    26

  • SUMBER ASAM AMINO

    Asam amino yang beredar dalam darah dapat berasaldari : - katabolisme protein makanan

    - sintesis dalam tubuh

    Protein makanan

    Protein yang berasal dari makanan mengandung 20 macam/jenis asam amino yang penting secara biologis

    Dalam lambung:

    Enzim Pepsin dan Renin dalam suasana asam (pH 1); terjadi denaturasi protein

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

    27

  • Dalam sel-sel mukosa usus halus :

    - Tripsin dan kimotripsin

    - Aminopeptidase dan karboksipeptidase

    Asam amino-asam amino yang terbentuk, secara aktifditransport ke dalam darah porta dan kemudian ke sel-sel tubuh untuk homeostasis

    Asam amino yang terus menerus beredar dalam darah2-6 mmol/L

    Pengeluaran asam amino terutama melalui hati, sedikitmelalui ginjal dan otot

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

    28

  • Sintesis dalam tubuh : Asam amino hasil pencernaan makanan tidak terdapat

    dalam perbandingan seperti yang diperlukan oleh tubuh, oleh karena itu perlu disintesis dalam tubuh, terutamaasam amino non-esensial

    Asam amino esensial adalah asam amino yang tidakdapat disintesis dalam jumlah yang cukup yaitu : fenilalanin, valin, triptofan, treonin, isoleusin, metionin, histidin, arginin, leusin, dan lisin (Pvt Tim Hall)

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

    29

  • Asam amino dalam darah

    Jumlah asam amino dalam darah tergantung jumlah yang diterima dan jumlah yang digunakan

    Proses absorbsi asam amino dalam dinding usus adalah proses transport aktif

    Kondisi puasa. Konsentrasi asam amino dalam darah 3.5-5 mg/ 100 ml darah. Setelah ada asupan makanan menjasi 5-10 mg/ 100 ml darah. Turun kembali setelah 6 jam

    30

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • 31

    TRANSPORT DAN METABOLISME KARBOHIDRAT DAN PROTEIN (GLUKOSA DAN ASAM AMINO)

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • 32

    Transport Glukosa + AA

    * KH dan protein (glukosa + AA) larut dalam air/plasma,

    sehingga dari usus halus langsung ke vena porta hati

    * Dalam hati

    Oksidasi menjadi CO2 + H2O

    Glukosa AA

    Glikogen

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • 33

    Oksidasi menjadi CO2 + H2O + E

    Deaminasi NH3 Urea

    Urea Ginjal Urine

    Glukosa (glukoneogenesis)

    Protein : Biosintesis protein

    Plasma protein

    AA :

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • 34

    * Dalam darah Eritrosit Laktat

    Glukosa Darah Otot Laktat

    Glikogen

    Jaringan-jaringan lain :

    Oksidasi CO2 + H2O + E

    AA Darah Otot : - Transaminasi

    AA lain

    hati darah

    - Biosintesis protein otot

    Glukosa(hati)

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • KATABOLISME PROTEIN

    Katabolisme atau penguraian protein merupakan satudalam pertukaran protein tubuh yang terjadi secarakontinu dalam semua bentuk kehidupan

    Dewasa normal : 1-2 % protein tubuh diganti/hari

    Protein diuraikan menjadi asam amino

    As.Amino :- 75-80 % sintesis protein baru- 20-25 % amina membentuk ureum

    karbon jadi KH dan Lemak

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    35

  • Amino acids used for synthesizing proteins are obtained by degrading other proteins

    Proteins destined for degradation are labeled with ubiquitin

    Polyubiquinated proteins are degraded by proteosomes

    Amino acids are also a source of nitrogen for other biomolecules

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    36

  • Excess amino acids cannot be stored

    Surplus amino acids are used for fuel

    Carbon skeleton is converted to

    AcetylCoA

    AcetoacetylCoA

    Pyruvate

    Citric acid cycle intermediate

    The amino group nitrogen is converted to urea and excreted

    Glucose, fatty acids and ketone bodies can be formed from amino acids

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    37

  • Reaksi Metabolisme Asam Amino

    Meliputi reaksi pelepasan gugus asam amino

    Perubahan kerangka karbon

    1. Transaminasi

    Proses katabolisme asam amino yang berupapemindahan/interkonversi dari gugus amino suatu asamamino ke senyawa lain (keto. asam piruvat, ketoglutarat, atau oksaloasetat) atau di antara sepasang asam amino dan sepasang asam keto

    Sebagian besar asam amino (kecuali : lisin,treonin,prolin dan hidroksiprolin)

    Perlu enzim transaminase

    Koenzim piridoksamin fosfat via basa Schiff

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    38

  • Enzim-enzim utama reaksi transaminasi Alanin transaminase Glutamat transaminase Aspartate transaminase

    2. Deaminasi oksidatifAsam glutamat dapat mengalami deaminasi oksidatifmengunakan glutamat dehidrogenase menghasilkan ion NH4+

    NADP NAD sebagai akseptor elektron

    39

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • Katabolisme asam amino Pemecahan asam amino baik berasal dari diet atau dari

    biosintesis dimulai dengan melepaskan gugus alfa-amino dari molekulnya melalui 2 reaksi utama :

    1. Transaminasi asam keto2. Deaminasi Oksidatif ion amonium

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

    40

  • Note: Semua jaringan tubuh menghasilkan ion amonium

    Ion amonium sangat beracun bagi sistem saraf pusat (SSP) danharus dihilangkan

    Otak mengubah amonium menjadi glutamin

    Glutamin mempunyai peranan membawa amonium ke hati dandiubah menjadi urea

    (urea/ureum sedikit beracun pada SSP)

    Bila fungsi hati gagal Keracunan amoniak- penglihatan kabur

    - tremor

    - bicara tidak jelas

    - akhirnya koma (koma hepatikum)

    - meninggal

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

    41

  • The first step in catabolism of most amino acids is transamination

    -ketoglutarate glutamate

    -keto

    acid

    amino acid

    The main function of transamination is to funnel amino groups

    into a small number of amino acids, particularly Glu & Asp.

    Some amino transferases (transaminases) are specific for

    -ketoglutarate and Glu; others use oxaloacetate and Asp.

    CO2-

    CO2-

    C=O

    CH2

    CH2

    CO2-

    CO2-

    +H3N C H

    CH2

    CH2

    CO2-

    +H3N-C-H

    R

    CO2-

    R

    C=O

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    42

  • Generally these enzyme funnel amino groups to ketoglutarate.

    Aspartate transaminase

    Alanine transaminase

    Transamination

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    43

  • There are multiple transaminase enzymes which vary insubstrate specificity.

    Some show preference for particular amino acids or classes of amino acids as amino group donors, and/or for particular a-keto acid acceptors.

    H

    R1 C COO- + R2 C COO

    -

    NH3+ O

    Transaminase

    H

    R1 C COO- + R2 C COO

    -

    O NH3+

    Transaminases(aminotransferases) catalyze the reversible reaction at right

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    44

  • Example of a Transaminase reaction:

    Aspartate donates its amino group, becoming the -keto acid oxaloacetate.

    -Ketoglutarate accepts the amino group, becoming the amino acid glutamate.

    aspartate -ketoglutarate oxaloacetate glutamate

    Aminotransferase (Transaminase)

    COO

    CH2

    CH2

    C

    COO

    O

    COO

    CH2

    HC

    COO

    NH3+

    COO

    CH2

    CH2

    HC

    COO

    NH3+

    COO

    CH2

    C

    COO

    O + +

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    45

  • In another example, alanine becomes pyruvate as the amino group is transferred to -ketoglutarate

    alanine -ketoglutarate pyruvate glutamate

    Aminotransferase (Transaminase)

    COO

    CH2

    CH2

    C

    COO

    O

    CH3

    HC

    COO

    NH3+

    COO

    CH2

    CH2

    HC

    COO

    NH3+

    CH3

    C

    COO

    O + +

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    46

  • Transaminases equilibrate amino groups among available -keto acids

    This permits synthesis of non-essential amino acids, using amino groups from other amino acids & carbon skeletons synthesized in a cell

    Thus a balance of different amino acids is maintained, as proteins of varied amino acid contents are synthesized.

    Although the amino N of one amino acid can be used to synthesize another amino acid, N must be obtained in the diet as amino acids (proteins)

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    47

  • Glutamate dehydrogenase

    Deamination

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    48

  • It is one of the few enzymes that can use NAD+ or NADP+ as electron acceptor

    Oxidation at the a-carbon is followed by hydrolysis, releasing NH4+

    OOC

    H2C

    H2C C COO

    O

    + NH4+

    NAD(P)+

    NAD(P)H

    OOC

    H2C

    H2C C COO

    NH3+

    Hglutamate

    -ketoglutarate

    Glutamate Dehydrogenase

    H2O

    Glutamate Dehydrogenasecatalyzes a major reaction that effects net removal of N from the amino acid pool.

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    49

  • Summarized above:

    The role of transaminases in funneling amino N to glutamate, which is deaminated via Glutamate Dehydrogenase, producing NH4

    +.

    Amino acid -ketoglutarate NADH + NH4+

    -keto acid glutamate NAD+ + H2O

    Transaminase Glutamate Dehydrogenase

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    50

  • In most terrestrial vertebrates the ammonium ion is converted to urea

    Deamination

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    51

  • Pyridoxal phosphate forms a Schiff-base intermediates in aminotransferase reactions

    Pyridoxal Phosphate

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    52

  • Pyridoxyl phosphate can under go acid/base tautomerization

    Pyridoxyl Phosphate

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    53

  • The aldehyde forms a Schiffbase with an amino group on the enzyme This Schiff-bases can be exchanged for one with the amino

    group of an amino acid

    Pyridoxyl Phosphate

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    54

  • Transamination mechanism: The second half of the reaction reverses these steps with a

    different keto acid.

    Pyridoxyl Phosphate

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    55

  • Pyridoxyl phosphate is a very versatile cofactor used to make bonds to C susceptible to cleavage

    Pyridoxyl Phosphate

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    56

  • The hydroxy amino acids, serine and threonine, can be directly deaminated

    Serine and Threonine

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    57

  • Some other pathways for deamination of amino acids:

    1. Serine Dehydratase catalyzes: serine pyruvate + NH4

    +

    2. Peroxisomal L- and D-amino acid oxidases catalyze:amino acid + FAD + H2O

    a-keto acid + NH4+ + FADH2

    FADH2 + O2 FAD + H2O2Catalase catalyzes: 2 H2O2 2 H2O + O2

    HO CH2HC COO

    NH3+

    C COO

    OH2O NH4+

    C COO

    NH3+

    H2C H3C

    H2O

    serine aminoacrylate pyruvate

    Serine Dehydratase

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    58

  • Urea is produced in the Liver

    The alanine cycle (reminiscent of the Cori cycle/ Lactic acid cycle) is used to transport nitrogen to the liver

    Transporting Nitrogen to Liver

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

    59

  • The amino groups of glutamic acid and glutamine

    can be released as ammonia in liver mitochondria

    H2ONAD+ or

    NADP+

    Glu

    -keto

    acids

    cellular

    protein

    ingested

    protein

    NADH or

    NADPH + H+

    -keto-glutarate

    CO2-

    +H3N C H

    R

    CO2-

    CO2-

    C=O

    CH2

    CH2

    CO2-

    CO2-

    +H3N C H

    CH2CH2

    CO2-

    C=O

    Ramino

    acids

    Gln from

    muscle &

    other tissue

    NH4+But ammonia is toxic,

    particularly to neural tissue.

    Organisms must get rid of it.

    CONH2

    CO2-

    +H3N C H

    CH2CH2

    transaminases

    glutamate

    dehydrogenase

    NH4+

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

    60

  • Pembentukan Asetil Koenzim A

    Merupakan senyawa penghubung antara metabolisme asam amino dengan siklus asam sitrat(merubah menjadi energi)

    1. Jalur asam piruvat

    2. Jalur asam asetoasetat

    61

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • AMINO ACID DEGRADATION INTERMEDIATES

    CO2

    CO2

    Pyruvate

    Acetyl-CoA Acetoacetate

    Citrate

    Isocitrate

    -ketoglutarateSuccinyl-CoA

    Fumarate

    Oxaloacetate

    Citric

    Acid

    Cycle

    CO2

    Glucose

    Ala Ser

    Cys Thr*

    Gly Trp*

    Ile*

    Leu

    Lys

    Thr*

    Leu Trp*

    Lys Tyr*

    Phe*

    Asn

    Asp

    Asp

    Phe*

    Tyr*

    Ile*

    Met

    Val

    Arg His

    Glu Pro

    Gln

    Glucogenic

    Ketogenic

    * Both Glucogenic and Ketogenic

    Purely Ketogenic

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

    62

  • 63

    METABOLISME PROTEIN / ASAM AMINO

    9

    5

    6

    78

    2

    1

    4

    3

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • JALUR BIOKIMIA PRODUKSI ENERGI

    64

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • Most mammals convert amino-

    acid nitrogen to urea for excretion

    NH4+

    ammonium ion

    uric acid

    H2N-C-NH2urea

    O

    NH4+

    O

    O

    HN

    NH

    NH

    NH

    O

    most terrestrial

    vertebratesbirds & reptilesfish & other aquatic

    vertebrates

    Some animals

    excrete NH4+ or

    uric acid.

    Amino acidsThe carbon chains are

    broken down to molecules

    that feed into the TCA cycle.

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    65

  • Oksidasi Asam Amino

    Degradasi asam amino dimulai dengan pelepasan gugus amino menghasilkan kerangka C diubah menjadi senyawa antara metabolisme utama tubuh

    Metabolisme asam amino pada umumnya terjadi di hati

    Kelebihan di luar liver dibawa ke hati diekskresikan

    Ammonia digunakan kembali untuk proses biosintesis diekskresi secara langsung atau diubah dulu menjadi asam urat /

    urea

    Vertebrata terestrial urea ureotelic

    Burung dan reptil asam urat uricotelic

    Binatang di air ammonia ammonotelic

    66

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • Proses Pengeluaran

    Berdasarkan zat yang dibuang

    Defekasi: pengeluaran zat sisa hasil pencernaan (feses)Ekskresi: pengeluaran zat sisa hasil metabolisme (CO2,

    keringat dan urine)Sekresi: pengeluaran getah yang masih berguna bagi tubuh

    (enzim dan hormon)

    67

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • Sistem Ekskresi

    Sistem pengeluaran zat-zat sisa metabolisme yang tidak berguna bagi tubuh dari dalam tubuh

    Menghembuskan gas CO2 ketika kita bernafas

    Berkeringat

    Buang air kecil (urine)

    68

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

  • Alat-alat Ekskresi

    Alat-alat ekskresi pada manusia meliputi:

    - Ginjal

    - Hati

    - Kulit

    - Paru-paru

    69

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • Ginjal (ren)

    Manusia memiliki sepasang ginjal yang terletak di depan sebelah kiri dan kanan tulang belakang bagian pinggang

    70

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • Struktur Ginjal

    71

    korteks

    Medula/

    Sumsum ginjal

    glomerulus

    Pembuluh kapiler

    Arteri ginjal

    Vena ginjal

    ureter

    Saluran pembawa

    Hasil penyaringan

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • Fungsi Ginjal

    Menyaring darah dan menghasilkan urine Membuang zat-zat yang membahayakan tubuh (urea, asam

    urat) Membuang zat-zat yang berlebihan dalam tubuh (kadar

    gula) Mempertahankan tekanan osmosis cairan ekstraseluler Mempertahankan keseimbangan asam dan basa

    72

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • Pembentukan Urine

    Filtrasi darah di dalam glomerulus menghasilkan filtrat glomerulus (urine primer)

    Urine primer di reabsorsi di dalam tubulus konturtus proksimal untuk menyerap zat-zat yang masih berguna. Dihasilkan filtrat tubulus (urine sekunder)

    Urine sekunder diaugmentasi didalam tubulus konturtus distal menghasilkan urine

    Urine mengandung air, urea,amonia, garam mineral, zat warna empedu, vitamin, obat-obatan dan hormon

    73

    glomerulus

    Pembuluh kapiler

    Arteri ginjal

    Vena ginjal

    ureter

    Saluran pembawa

    Hasil penyaringan

    Konturtus

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

  • Hati (hepar)

    Kelenjar terbesar dalam tubuh manusia (~2 kg) yang terletak di rongga perut sabelah kanan di bawah diafragma

    74

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

  • Struktur Hati75

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • Fungsi Hati

    Menghasilkan empedu (bilus) yang mengandung zat sisa dari perombakan eritosit di dalam limpa

    Menyimpan gula dalam bentuk glikogen Mengatur kadar gula darah Tempat pembentukan urea dari amonia Menawarkan racun Membentuk vitamin A dari provitamin A Tempat pembentukan fibrinogen protrombin

    76

    Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga

  • Proses di dalam Hati

    Sel darah merah yang sudah tua (histiosita) dipecah didalam hati

    77

    Hb Fe

    Globin

    Hemin

    hati Sumsum tulang

    Metabolisme

    proteinPembentukan Hb baru

    bilirubinurobilin

    sterkobilin

    urine

    fesesUSUS

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • Kulit (integumen)

    Lapisan terluar tubuh manusia dan merupakan pelindung bagian dalam tubuh

    78

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • Fungsi Kulit

    Mengeluarkan keringat

    Melindungi bagian dalam tubuh dari gesekan, kuman, penyinaran, panas dan zat kimia

    Mengatur suhu tubuh

    Menerima rangsangan dari luar

    Mengurangi kehilangan air

    79

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • Hasil samping metabolisme yang paling toksik : buangan yang mengandung nitrogen dari perombakan protein dan asam nukleat

    Nitrogen dikeluarkan ketika makromolekul tersebut dirombak dandiuraikan untuk mendapatkan energi, atau ketika makromolekul diubahmenjadi karbohidrat atau lemak

    Produk buangan bernitrogen : amonia

    Mengekskresikan amonia secara langsung merupakan cara efisien untukmembuang limbah itu karena sama sekali tidak ada energi yang dikeluarkan

    Hewan yang terlebih dahulu mengubah amonia menjadi senyawa sepertiurea atau asam urat, yang kurang toksik namun memerlukan energidalam bentuk ATP untuk menghasilkannya

    80

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    Ammonia diubah menjadi Urea dengan SIKLUS UREA(UREA CYCLE)

    81

  • H2N C OPO 32

    O

    CH2

    CH2

    CH2

    HC

    COO

    NH3+

    NH3+

    CH2

    CH2

    CH2

    HC

    COO

    NH3+

    NH

    CO NH2

    COO

    CH2

    HC

    COO

    NH2

    CH2

    CH2

    CH2

    HC

    COO

    NH3+

    NH

    C NH2+

    COO

    CH2

    HC

    COO

    HN

    AMP + PP i

    AT P

    CH2

    CH2

    CH2

    HC

    COO

    NH3+

    NH

    C

    NH2+

    H2N

    COO

    HC

    CH

    COO

    C NH2H2N

    O H2O

    P i

    ornithine

    urea

    citrulline

    aspartate

    arginino- succinate

    fumarate

    arginine

    carbamoyl phosphate

    Urea Cycle

    1

    2

    3

    4

    Urea CycleEnzymes in mitochondria:

    1. Ornithine Trans-carbamylase

    Enzymes in cytosol:

    2. Arginino-SuccinateSynthase

    3. Arginino-succinase

    4. Arginase

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    82

  • For each cycle, citrulline must leave the mitochondria, and ornithine must enter the mitochondrial matrix

    An ornithine/citrulline transporter in the inner mitochondrial membrane facilitates transmembrane fluxes of citrulline & ornithine

    cytosol

    mitochondrial matrix

    carbamoyl phosphate

    Pi

    ornithine citrulline

    ornithine citrulline urea aspartate

    arginine argininosuccinate

    fumarate

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    83

  • A complete Krebs Cycle functions only within mitochondria But cytosolic isozymes of some Krebs Cycle enzymes are involved in

    regenerating aspartate from fumarate

    cytosol

    mitochondrial matrix

    carbamoyl phosphate

    Pi

    ornithine citrulline

    ornithine citrulline urea aspartate

    arginine argininosuccinate

    fumarate

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    84

  • Fumarate is converted to oxaloacetate via Krebs Cycle enzymes Fumarase & Malate Dehydrogenase

    Oxaloacetate is converted to aspartate via transamination (e.g., from glutamate)

    Aspartate then reenters Urea Cycle, carrying an amino group derived from another amino acid

    aspartate -ketoglutarate oxaloacetate glutamate

    Aminotransferase (Transaminase)

    COO

    CH2

    CH2

    C

    COO

    O

    COO

    CH2

    HC

    COO

    NH3+

    COO

    CH2

    CH2

    HC

    COO

    NH3+

    COO

    CH2

    C

    COO

    O + +

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    85

  • 86

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    THE UREA CYCLE

  • PPi langsung di hidrolisis shg urea cycle 4 phosphat

    Fumarat menghubungkan dengan TCA cycle Fumarat malate OAA OAA mempunyai beberapa alternatif jalur Transaminasi menjadi aspartate Diubah menjadi glukosa dengan glukoneogenesis

    pathway Berkondensasi dgn acetyl coA citrate Diubah menjadi pyruvate

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    THE UREA CYCLE

    87

  • 88

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    THE UREA CYCLE

  • Carbamoyl synthetase Free NH4 reacts with HCO3 to form carbamoyl phosophate

    Reaction is driven by the hydrolysis of two molecules of ATP

    Formation of Carbamoyl Phosphate

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    89

  • Ornithine transcarbamoylase Citrulline is formed from transfer of the carbamoyl group to

    the -amino group of ornithine

    Formation of Citrulline

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    90

  • Condensation of citrulline with aspartate to form arginosuccinate Two equivalent of ATP are required

    Formation of Arginosuccinate

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    91

  • Arginosuccinase Cleaves arginosuccinate to form arginine and fumarate

    Formation of Arginine and Fumarate

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    92

  • Arginase The arginine is hydrolyzed to produce the urea and to reform

    the ornithine

    The ornithine reenters the mitochondrial matrix

    Formation of Urea

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    93

  • Sintesa urea jalur utama untuk pelepasan Ammonia

    Kelima tahapan reaksi diatas terjadi dalam suatu siklus urea dan kemudian urea dikeluarkan dari tubuh melalui ginjal

    Kegagalan ginjal akan menimbulkan suatu keadaan yang disebut dengan Uremia

    mual, muntah, koma (koma uremik) dan dapat menimbulkan kematian

    terapi dengan alat hemodialisa

    94

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • 95

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • The urea cycle is linked to the citric acid cycle:

    Krebs Bi-cycle!!

    Linked to Citric Acid Cycle

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    96

  • The carbon atoms of degraded amino acids emerge as major metabolic intermediates

    Degradation of the 20 amino acids funnel into 7 metabolic intermediates

    AcetylCoA

    AcetoacetylCoA

    Pyruvate

    -Ketoglutarate

    SuccinylCoA

    Fumarate

    Oxaoloacetate

    Carbon Atoms

    KetogenicKetogenic

    GlucogenicGlucogenic

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    97

  • Carbon Atoms

    Ketogenicleucinelysine

    Glucogenicserinethreonineaspartic acidglutamic acidasparagineglutamineglycinealaninevalineprolinehistidineargininemethioninecysteine

    Bothisoleucinephenylalaninetryptophantyrosine

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    98

  • Carbon Atoms

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    99

  • Pyruvate Entry Point

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    100

  • Aspartate Transamination to oxaloacetate

    Asparagine Hydrolysis to Aspartate + NH4

    +

    Transmination to oxaloacetate

    Oxaloacetate Entry Point

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    101

  • Five carbon amino acids

    Ketoglutarate Entry Point

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    102

  • Histidine

    Ketoglutarate Entry Point

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    103

  • Proline and Arginine

    Ketoglutarate Entry Point

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    104

  • Methionine, Valine & Isoleucine

    SuccinylCoA Entry Point

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    105

  • Methionine

    Forms S-Adenosylmethionine

    SuccinylCoA Entry Point

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    106

  • Branched-chained Amino Acids

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    107

  • Phenylalanine

    Aromatic Amino Acids

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    108

  • Tetrahydrobiopterin - electron carrier

    Aromatic Amino Acids

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    109

  • Phenylalanine & Tyrosine

    Aromatic Amino Acids

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    110

  • Tryptophan

    Aromatic Amino Acids

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    111

  • Strategi degradasi asam amino mengubah kerangka C nya menjadi senyawa intermediete dari metabolisme primer diubah menjadi glukosa atau dioksidasi oleh

    TCA Asam amino berasal dari senyawa intermediet glikolisis, siklus asam sitrat, dan pentose phosphatepathway

    Nitrogen masuk ke dalam metabolisme melalui Glutamat dan Glutamin

    Kemampuan organisme untuk mensintesis asam amino berbeda-beda Bakteri dan tumbuhan pada umumnya mampu

    mensintesis seluruh asam amino Mammals hanya separuh dari total asam amino

    112

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • 113

    Bakteri, ragi (yeast) dan kapang (molds) memerlukan senyawanitrogen dalam bentuk asam amino, serta asam nukleat purin danpirimidin

    Mikroba lainnya dapat menggunakan ammonia atau nitrat untukmensintesis senyawa nitrogen organik. Beberapa bakterimemfiksasi N2 menjadi ammonia

    Asimilasi ammonia

    L-Glutamat + NH4+ + ATP L-glutamine + ADP + Pi

    Selanjutnya glutamate synthase mentrasfer satu gugus amino dari glutamine ke molekul -ketoglutarat sehingga terbentuk dua molekul L-glutamat

    -ketoglutarat + L-glutamine + NADPH2 + H+ L-Glutamat + NADP+

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

    Notes

  • Nitrogen adalah elemen yang esensial untuk biomolekul seperti AA, nukleotida

    Seluruh organisme mampu mengubah ammonia (NH3) menjadi substansi atau senyawa organik yang mengandung N

    Reduksi N2 NH3 hanya dapat dilakukan oleh mikroorganisme baik bebas atau yang memerlukan simbiosis dengan tumbuhan

    proses ini disebut fiksasi nitrogen secara biologis Reduksi NO3- NH3 : banyak ditemukan pada mikroorganisme

    dan tumbuhan Di biosfer harus selalu dipelihara keseimbangan antara N

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

    dan reduksi nitrogen Nitrogen organik nitrogen inorganik : katabolisme, dan

    denitrifikasi Nitrosomonas mengoksidasi ammonia nitrit Nitrobacter mengoksidasi nitrit menjadi nitrat

    114

    Siklus Nitrogen

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga

  • 115

    Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga