METABOLISME PROTEIN

OLEHNURSAL ASBIRANStaf Pengajar FKBR

Metabolisme Protein & Asam amino Implikasi Medis.20 AA pada Protein esesnsial utk KesehatanDefisiensi AA tertentu secara endemis penyebab

suatu penyakit Suatu daerah di Afrika Barat, terdapat defisiensi

Triptopan dan Lisin (makanan utama jagung).Penyakit tersebut diantaranya Kwashiorkor dan

Marasmus

Kwashorkor,terjadi bila anak disapih dengan karbohidrat, tetapi miskin protein.

Marasmus terjadi bila makanan kurang Kalori dan Asam amino spesifik

Asam aminoUntuk kesehatan ( biological essensial) diperlukan 20 macam asam amino12 macam dapat disintesis sendiri oleh jaringan tubuh ( AA non esensial), yaitu

9 dari senyawa antara, amfibolik3 dari AA esensial ( metionin, fenil

alanin dan lisin) yaitu sistein, tirosin dan hidroksi lisin

Protein tertentu relatif rendah AA esensial.Oleh karenanya protein yang dikonsumsi tidak hanya berasal dari satu sumber, tapi perlu bervariasi.Sumber protein : Susu,ikan, daging, tahu, tempe, telur, dsb.

Kelompok Asam amino

Asam amino esensial AA non-esensial

Arginin Leusin Alanin , glisinHistidin Lisin Asparagin ,prolinIsoleusin Aspartat , hidr prolinMetionin Sistein , serinFenil alanin Glutamat , tirosinTreonin Glutamin , hidr-lisinTriptofanValin

Sumber Asam amino manusia:1. Protein makanan2. Pemecahan protein tubuh3. Dari senyawa amfibolik ( senyawa

antara glikolisis, TCA).

Sumber asam amino1. Protein makanan berasal dari

berbagai sumber seperti ikan, daging, telur, biji-bijian dan susu.

Protein Biji-bijian mengandung asam amino bervariasi dan adakalanya tidak mengandung 1 atau 2 AA. Jagung tidak mengandung triptopan dan lisin

Sumber asam amino2. Pemecahan protein tubuh juga

bervariasi. Otot dan kolagen lebih lama sedangkan enzim dan protein hormon sangat cepat.

Dibawah ini terlihat waktu paruh beberapa protein

Waktu paruh protein tubuh

JENIS PROTEIN Waktu paruh HATI 10 HARIPLASMA 10 HARIOTOT 180 HARIKolagen 180 hariMukosa intestin Bbrp hariHormonEnzim

6.5 – 9 mni0.5 – 150 jam

Protein tubuh Rrt 80 hari

Sumber asam amino3. Senyawa antara:

PiruvatOksaloasetatAlfa keto-glutarat

Metabolisme asam amino terjadi sebagai berikut A. Biosintesis Asam aminoB. Katabolisme Asam amino

1- gugus amino2- rangka karbon

C. Pembentukan senyawa- senyawa khusus

Biosintesis Asam Amino Melibatkan 3 enzim utama:

1. Glutamat dehidrogenase2. Glutamin sintetase3. Transaminase

Glutamat: Aminasi α ketoglutarat dikatalisis oleh glutamat dehidrogense

Glutamin:Aminasi glutamat menjadi glutamin dikatalisis

oleh glutamin sintase.Alanin: Transaminasi piruvat membentuk alaninAspartat: Transaminasi Oksaloasetat membentuk aspartatAsparagin: Konversi Aspartat menjadi asparagin dikatalisis

oleh asparagin sintase

Glutamat dehidrogenaseAlfa Ketoglutarat Glutamat

NH+ H2O

NADH +H+ NAD+

Glutamin sintetase

Glutamin sintetase

GLUTAMAT GLUTAMIN

NH+

Mg ATP Mg ADP + P

TRANSAMINASE

PIRUVAT ALANIN

GLU TAMAT α KETO GLUTARAT

TRANSAMINASE

PIRUVAT ALANIN

ASPARTAT OKSALOASETAT

Serin:Transaminasi dan defosforlasi dari 3-Fosfogliserat Glisin :Disintesis dari glioksilat, glutamat ataualanin oleh glisin aminotransferase.Pada mamalia Glisin berasal dari Cholin dan SerinProlin: Dari glutamat melalui pembalikan reaksi

katabolisme prolin.

Sistein.Tidak termasuk nutrisi esensial berasal dari

Metionin (AA Esensial). Konversi lanjut metionin menjadi homosistein.

Tirosin: Hidroksilasi fenilalanin oleh fenilalanin

hodroksilase menghasilkan tirosin.Bila fenilalanin adekuat dalam nutrisi , maka

tirosin bersifat nonesensial, tetapi karena reaksi irreversibel diet tirosin tak dapat mengantikan fenilalanin

Hidroksi prolin dan Hidroksilisin. Kedua asam amino ini terdapat di kolagen, berasal dari prolin dan lisin hanya setelah keduanya dirubah jadi peptidil prolin dan peptidil lisin. Hidroksilasi peptidil prolin dan lisin menjadi Hidroksi prolin dan hidroksilisin dikatalisis oksidaseyang memerlukan Vitamin C sebagai kofaktor. Valin, leusin dan isoleusin adalah AA esensial. Aminotransferase jaringan secara reversibel dapat merubah jadi asam ketonya. Asam keto dapat mengantikan asam amino bersangkutan dalam diet

Selenosistein. Asam amino ini terdapat pada protein, sebagai pusat aktif berbagai enzim , seperti tioredoksin reduktase, glutation peroksidase, deiodinase yang merubah tyroksin (T4) menjadi T3.

Katabolisme Asam amino 1. Katabolisme gugus amino.

Melibatkan 3 macam enzim yg pegang peranan utama :1. Glutamat dehidrogenase 2. Glutamin sintetase3. Transaminase

Efek gabungan 3 enzim ini : transformasi ion ammonium an-organik jadi amino organik AA.

Katabolisme gugus amino Transaminasi ( terutama utk membentuk

glutamat) perlu sumber dan penerimanya gugus amino.Sumber adalah Asam amino, penerima adalah asam keto, Reaksi dikatalisis transaminasealanin + alfa KG Glutamat + piruvataspartat + alfa KG Glu + oksaloasetat

Transaminase memerlukan ko enzim Piridoksal-piridoksamin fosfat ( Vit B 6)

Transaminase

Beberapa transaminase , Nama tergantung dari Asam amino (substrat).Alanin transaminase (SGPT)Aspartat transaminase (SGOT)Treonin transaminaseTirosin transaminaseDll

CH3 CH3 | |H –C-NH3 + AK trans C= O + Glu | aminasi | O - C =O - O- C = O

alanin piruvat

Metabolisme gugus amino2.DEAMINASI

Yaitu pembebasan ion ammonium dari asam amino.Terdapat macam-macam deaminasi:1. Deaminasi oksidatif2. Deaminasi langsung3. Deaminasi dg dehidratase4. Deaminase hidrolase

Ion ammonium sangat toksik terhadap sel syaraf oleh karena itu kadar normalnya tak melebihi 100 ug/ L cairan tubuh

Bila kadar ion ammonium tinggi terjadi intoksikasi ammonia dengan tanda:

mual, muntah, lethargi, coma, Untuk homeostasis ion ammonium

diubah menjadi ureum melalui serangkaian reaksi yang disebut siklus Krebs- Henseleit ( siklus Urea)

Siklus Urea

Di Hati terdapat enzim2 utk siklus ini.meliputi 5 reaksi yang berturut menghasilkan molekul antara karbamoil fosfat, sitrulin, arginisuksinat, arginin dan ornitin. Reaksi dikatalisis oleh

5 macam enzim ,karbamoil fosfat sintase, ornitin karbamoilase, argino suksinat sintetase, argino suksinase dan arginase. Gugus amina pada molekul ureum berasal dari ion ammonium dan aspartat.

Defisiensi enzim siklus UreaAda kala aktivitas enzim terganggu atau

disintesis tak sempurna (defisiensi). Hal ini menimbulkan penyakit yang tergolong kelainan genetik berturut-turut adalah :

1. Hiperammonemia tipe 12. Hiperammonemia tipe 23. Sitrulinemia4. Arginosuksinat asiduria5. Argininemia

Pertukaran Asam amino antara Organ dan Sirkulasi Otot menghasilkan lebih dari 50%

asam amino bebas, sedangkan hati tempat terjadinya Siklus Urea.

Otot membebaskan Asam amino (lebih dari 50% adalah Alanin dan glutamin). Sebaliknya otot hanya menyerap sejumlah kecil serin,sistein dan glutamat dari sirkulasi.

SIKLUS GLUKOSA - ALANIN

Liver darah otot

GLUKOSA

Glukosa Glukosa

Piruvat Urea piruvat

NH3 NH3

Alanin Alanin

AA

ALANIN

Hati & Saluran CernaKeduanya menyerap AA yg dibebaskan oleh Otot. Alanin terutama oleh Hati, Glutamin oleh Sal Cerna.

OtakMenyerap lebih banyak valin dibanding AA lain.

Kemampuan mengoksidasi AA bercabang (leu, ile dan val) otak 4 kali lebih besar dari otot dan hati

GinjalMerupakan sumber utama serin,sedang alanin hanya dl jlh kecil, tetapi penting.

Menyerap glutamin, prolin dan glisin dari sirkulasi

METABOLISME PROTEIN 2

OLEHNURSAL ASBIRANStaf Pengajar FKBR

Metabolisme rangka karbon Rangka karbon maksudnya adalah

asam amino tanpa gugus NH2Dari dua puluh rangka karbon asam amino ada yang dirubah menjadi:

1. Piruvat2. Asetil Ko A3. Senyawa antara siklus Krebs

Pada dasarnya Rangka karbon yang dirubah menjadi piruvat dan senyawa antara siklus Krebs akan membentuk glukosa (glukoneogenesis)

Asam amino yang menjadi asetil KoA selanjutkan menjadi benda keton (Ketogenesis) dan glukosa. Lihat tabel berikut.

Rangka karbon asam aminoGlukogenik Ketogenik Gluko-ketogenik

Alanin arginin Leusin IsoleusinAsparagin sistein Fenil alaninAspatat glutamat TriptofanGlutamin glisin TirosinHistidin metionin LisinProlin serinTreonin valiun

Pada konversi asam amino menjadi piruvat, asetil KoA dan senyawa antara siklus Krebs sering terjadi kelainan enzimatik.

- enzimnya tidak disintesis atau- enzim tidak adekuat.

sehingga reaksi tak sempurna , terjadi -penumpukan substrat. -substrat diubah jadi senyawa lain.

Kelainan seperti ini disebut in born error of metabolism.

Asam amino yang dirubah jadi α Keto glutarat

Melalui glutamat :ArgininHistidinGlutaminProlin

Konversi arginin dan prolin mnjadi alfa keto glutarat:

Def prolin dehidrogenase Hiperprolinemia tipe 1

Def.glu semialdehid dehidrogenase

Hiperprolinemia tipe 2

Def arginase ArgininemiaDef,delta ornitin transaminase hiperornitinemia

Hiperornitinemia ditandai :Atrofi girat retina

hilangnya penglihatan perifertunnel vision, kebutaan

Ornitin plasma meningkatSindrom hiperornitinemie-hiper

ammonemia menyebabkan gangguan transpor ornitin kr mitokondria

AA dikonversi jadi Suksinil Ko-A Isoleusin Metionin Valin

Asam amino yang dijadikan piruvat Alanin Sistein Glisin Serin Treonin Hidroksi prolin

Konversi tirosin menjadi asetil KoAProses ini melibatkan sejumlah reaksi yang dikatalisis

enzim Kelainan yang muncul karena kelainan enzim adalah :

Tirosin transaminase Tirosinemia tipe 2P- OH fenil piruvat oksigenase

Tirosinemia neonatal

Homogentisat oksidase

Alkaptonuria

Fumaroil asetoasetat hidrolase

Tirosinosis (tirosinemia tipe 1)

Konversi Valin, Leusin dan Isoleusin jadi Asetil-Koa

Ketiga AA mengalami proses yang sama1. Pada defisiensi ketoasid dekarboksilase

terjadi penumpukan asam keto dari ketiga asam amino menyebabkab urine bau gula hangus ( maple syrup urine disease). Biasanya muncul pada akhir minggu pertama

kehidupan, sukar menetek, muntah, lethargi Kerusakan otak, bertahan hidup 1 tahun

2. Isovaleril asidemia terjadi karena defisiensi isovaleril Ko A dehidrogenase.Ditandai nafas dan cairan tubuh bau keju, muntah-muntah, coma sehabis menetek

Produk akhir dari Valin, Leusin dan Isoleusin

Valin : Suksinil Ko-A

Leusin : β Hidroksi-β metil glutaril Ko-A

Isoleusin :Propionil KoA + Asetil Ko A

Defisiensi Penilalanin hidroksilaseEnzim ini merubah fenil alanin menjadi

tirosin. Namun karena defisiensi, Penilalanin dirubah jadi Phenilketon.

Fenil ketonuria (PKU) Penilalanin plasma meningkat Retardasi mental ( IQ kecil 70) Sering kejang, psikosis,kel. Kulit Perlu diteksi dini janinPenanggulangan:Diet rendah Penilalanin

Perubahan fenilalanin menjadai penilpiruvat

METABOLISME PROTEIN 3

OLEHNURSAL ASBIRAN Staf Pengajar FKBR

Konversi asam amino menjadi produk khusus Sebagian asam amino dirubah menjadi

produk fisiologis aktif dan mempunyai fungsi khusus seperti pengikatan kalsium, penstabil protein, heme, purin, pirimidin dan lain lain

Disamping itu asam amino juga membentuk peptida kecil yang tidak disintesis di ribosom seperti histamin, serotonin, efinefrin , nor efinefrin dan sebagainya.

Dibawah ini terlihat contohnya

Asam amino Glisin, Banyak metabolit dan obat disekresi dalam

bentuk konjugasi dengan glisin. Asam hipurat adalah bentuk konjugasi glisin dg as. Benzoat

Kreatin, gabungan glisin dengan S –adenosilmetionin. Senyawa ini mrpk suplai metil pada berbagai biosintesisHemePurin

Bersama alanin merupakan fraksi amino nitrogen penting dl plasma manusia

Alanin Sebagian besar beta alanin dalam tubuh

terdapat sebagai: koenzim A dan dipeptida β alanin (karnosin)

Karnosin terdapat pada otot rangka tetapi tidak pada otot jantung

N-metil karnosin (anserin) terdapat pada otot rangka kontraksi cepat

Karnosin dan anserin mengaktifkan ATP-ase miosin

Dekarboksilasi histidin menghasilkan Histamin, suatu vasodilator, memicu sekresi HCl, dilepas dari mast cell bila ada alergi

Dekarboksilasi serin menghasilkan etanolamin yang kemudian dikonversi jadi kolin . Setelah berikatan dg asetil KoA membentuk asetilkolin, suatu neurotransmitter saraf simpatis, terdapat pada otot dan otak

Ornitin dan Arginin membentuk Poliamin Selain peranan dalam sintesis Ureum,

Ornitin bersama metionin membentuk poliamin (spermidin dan spermin).

Keduanya berperan dalam proses dalam proliferasi dan pertumbuhan sel

Dalam takaran farmakologis bersifat hipotermi dan hipotensi. Mudah berikatan dan menstimulasi biosintesis DNA dan RNA.

Gamma amino butyric acid (GABA)

Suatu neurotransmitter penghambat pada sel syaraf

Dekarboksilasi glutamat oleh glutamat dekarboksilase menghasilkan GABA.

Katabolisme menjadi suksinat semialdehid yang selanjutnya direduksi jadi gamma hidroksibutirat atau dioksidasi mlli TCA jadi H2O dan CO2.

Triptopan menghasilkan serotonin :suatu vasokonstriktor kuat dan stimulator kontraksi otot polosArgentafinoma pada rongga abdomen meningkatkan produksi serotonin

Tirosin memproduksi epinefrin pada sel saraf dan melanin pada sel melanosit. Tirosin juga prekursor hormon tiroksin

Tirosin dikonversi jadi DOPA oleh tirosin hidroksilase selanjutnya jadi dopamin, norepinefrin dan epinefrin

Defek biosintesis melanin menyebabkan albinisme

Pada melanosit dopa dikonversi jadi dopaquinon yang selanjutnya membentuk berbagai pigmen (melanin)

Albinisme merupakan suatu sindrom klinik yang ditandai hipomelanosis mata dan kulit.

Terdapat 10 variasi albinisme, beberapa diantaranya :

1. Albinisme dg tirosin hidroksilase negatifpigmen visual nol,folikel rambut gagal merubah tirosin jadi pigmen, melanosom tidak berpigmen

2. Albinisme dg tirosin hidroksilase positif. Mempunyai pigmen tertentu, rambut warna putih kuning hingga coklat terang, melanosom berpigmen terang dapat merubah tirosin jadi eumelanin

3. Albinisme okuler, melanosit mengandung makromelanosom. Retina berbetuk mozaiq sebagai akibat inaktivasi kromosom X

Sintesis Kreatin

Kreatin disintesis dari 3 asam amino; glisin, arginin dan metionin

Reaksi pertama: transamidasi arginin jadi glisin membentuk glikosilamin di otot ginjal, bukan di hati dan jantung

Metilasi glikosilamin oleh “metionin aktif” jadi Kreatin di hati

Kreatin terdapat di otot,otak dan darah sebagai kreatin fosfat dan kreatin bebas.

Kreatinin adalah anhidrat kreatin terbentuk terutama di otot melalui proses nonenzimatik irreversibel

Kreatinin urine 24 jam seseorang tetap dari hari ke hari, tergantung dari masa otot.

Histidase mrubah histidin jadi urokonat Urokonase merubah urokonat jadi 4

immidazolon-5 propionat seanjutnya jadi formiminoglutamat (Figlu)

Pemindahan formimino dari figlu menjadi glutamat memerlukan tetrahidrofolat

Defisiensi asam folat akan menghambat reaksi ini

Hi

Kelainan pada metab, histidinHistidinemia; skrining thd 200 juta bayi menunjukkan insiden 1 : 11.500.Histidin dalam darah dan urine meningkat. Kelaianan ini jinak, sebab def, histidaseAsiduria urokonat disebabkan def. urokonase

Kelainan metabolisme: Glisinuria, ekskresi 0.6 – 1 g glisin dalammurin

per hari, kecendrungan membtk batu ginjal. Kadar glisin plasmanormal. Hal ini mungkin karena ggn reabsorpsi di tubuli renal

Hiperoksaluria primer, Ekskresi oksalat dalam urine tak berhubungan dg konsumsi oksalat, tetapi karena deaminasi glisin membtk glioksalat

Defek genetik terjadi krn gagal menganabolisme glioksalat, sehingga teroksidasi jadi oksalat

Urolithiasis, nofrokalsinosis oksalat bilateral progresif, infeksi renal rekuren saluran kemih diikuti mortalitas dini gagal ginjal dan hipertensi

Ringkasan1. Asam amino berfungsi struktural ,

fungsional ( proses biosintesis).2. Glisin berperan

Biosintesis Purin, Heme dan Kreatin.

Terkonjugasi dg asam empeduSebagai metabolit obat dl urin

3. Serin pegang peranan dalambiosintesis fosfolipid, spongiosinkarbon No 2 dan 8 puringugus metil pd timin

4. MetioninDonor gugus metil pada banyak proses biosintesis-biosintesis spermin, spermidin

5. Glutamin dan ornitinbiosintesis GABA

6. Arginin biosintesis kreatinbiosintesis poliaminSumber nitrogen NO

7. TriptopanSerotonin, suatu vasokonstriktor dan prekursor melatonin Melanin

8. Tirosinepinefrinnorepinefrinhormon tiroid