Materi Biokimia-Metabolisme Protein (Katabolisme)(2)
-
Upload
mongitarani -
Category
Documents
-
view
121 -
download
5
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