METABOLISME PROTEIN DAN ASAM AMINO

Oleh: dr. Ida Nurwati, M. Kes

Berikut ini bagan Siklus Krebs yang terdiri dari 3 siklus:

1. Sikuls asam sitrat

2. Siklus trikarboksilat

3. Siklus TCA

A. BIOSINTESIS ASAM AMINO NON ESENSIAL

Pendahuluan

Protein merupakan polipeptida ber BM

Makna biomedis yg penting

a. Kwashiorkor jika makanan anak hanya mengandung pati yg kurang mengandung

protein

b. Marasmus jika masukan kalori maupun asam amino spesifik kurang.

PERBEDAAN MARASMUS KWASHIORKOR

KWASHIORKOR MARASMUS

Edema + -

Hipoalbuminemia +, mungkin berat ringan

Perlemakan hati + _

Kadar insulin dipertahankan rendah

Kadar epimefrin N naik

Pengisutan otot - / << Mgkn sangat berat

Lemak tubuh < _

Asupan protein

rendah /

KH tinggi

Asupan protein

rendah /

KH tinggi

Defisiensi Asam

amino

Hepatomegali

sedangAbdomen mebusung

Perlemakan hati

Prekursor lemak yg

memadai pada sintesis

protein yang rendahPenurunana sintesis Hb,

transferin, dan albuminHipoalbuminemia yg turut

menyebabkan edema

HipoalbuminemiaHipoalbuminemia

Udema

Tekanan osmotik yang rendah di plasma

KEBUTUHAN ASAM AMINO PADA MANUSIA

Secara nutrisi

ESENSIAL NON ESENSIAL

1. Arginin * (Arg) R 7 Alanin (Ala) A 1

2. Histidin * (His) H 6 Asparagin (Asn) N 1

3. Isoleusin (Ile) I 8 Aspartat (Asp) D 1

4. Leusin (leu) L 3 Sistein (Cys) C 2

5. Lisin (Lys) K 8 Glutamat (Glu) E 1

6. Metionin (Met) M 5 Glutamin (Gln) Q 1

7. Fenilalanin (Phe) F 10 Glisin (Gly) G 1

8. Treonin (Thr) T 6 Prolin (Pro) P 3

9. Triptofan (Trp) W 5 Serin (Ser) S 3

10. Valin (Val) V 1 Tirosin (Tyr) Y 1

59 + Hidroksi prolin (Hyp)

+ Hidroksi lisin (Hyl)

Arginin & Histidin

* Secara nutrisi semiesensial

PROTEIN

SEDERHANA KOMPLEK

ASAM ANINO

ESENSIAL

ASAM AMINO

NON ESENSIAL

Sec. Nutrisi Asam amino & bhn lain

Heme

Lipid

KH

Disintesa dengan kecepatan yang kurang memadai untuk mendukung pertumbuhan pada

anak.

Hidroksi prolin & Hidroksi lisin

Tidak diperlukan untuk sintesa protein

tetapi terbentuk selama pemprosesan pasca translasi kolagen (protein yang paling

berlimpah jumlahnya pada jaringan tubuh mamalia)

Dari 12 asam amino esensial

9 dibentuk dr senyawa amfibolik

Cys, Tyr, Hyl dibentuk dr asam esensial

3 mekanisme pembentukan asam amino nonesensial (asam amino yg dapat disintesa

oleh manusia ) yaitu

asimilasi dari amonia bebas

transaminasi : reaksi yg menyangkut pemindahan gugus a-amino dari asam amino ke

a - karbon asam keto, membentuk asam amino dan a-keto baru misalnya : alanin,

glutamat, aspartat.

modifikasi rangka karbon dari asam amino yg ada misal sistein, glisin, tirosin, prolin

RINGKASAN BIOSINTESA ASAM AMINO

ASAM

AMINO

PREKURSOR CIRI YG MENONJOL

Alanin Piruvat Dgn transaminasi

Glutamat a ketoglutarat Dgn aminasi reduktif

Dgn transaminasi

Glutamin Glutamat ADP + Pi mrp produk

Aspartat Oksaloasetat Dgn transaminasi

Serin 3-fosfo-D-gliserat

3- fosfogliserat

glisin

Seny. Antara fosfoserin

Seny. Antara hidroksi piruvat

Metil THF (tetra hidrofolat)

Glisin Serin Membutuhkan THF

serin Seny. Antara glioksilat

Sistein Serin & metionin SEny. Antara sistationin

Tirosin Fenilalanin Ko-enzim biopterin (fenilketonuria)

Prolin Glutamat&arginin Glutamat semialdehid

Asparagin aspartat AMP+PPi mrp produk

B. KATABOLISME PROTEIN DAN NITROGEN ASAM AMINO

Cara nitrogen dikeluarkan dr asam amino serta diubah menjadi urea, dan permasalahan

medis yang terjadi bila terdapat gangguan pada reaksi ini.

Makna biomedis yang penting

Amonia merupakan senyawa yg toksik bg manusia ® mekanisme belum diketahui.

Tubuh membuang amonia dgn mengubahnya menjadi senyawa non toksik yi urea

melalui siklus urea.

Gangguan

1. Gangguan faal hati ® Amonia tertumpuk di darah ® gejala klinik

- Sirosis hepatis yang masif

- hepatitis berat

2. Bayi yg lahir dgn defisiensi aktivitas salah satu enzim pd siklus urea.

Keseimbangan Nitrogen

Perbedaan antara total masukan nitrogen dan total kehilangan nitrogen

a. Keseimbangan nitrogen +

Konsumsi N > diekskresikan

Misal : Anak yg sedang tumbuh, ibu hamil

b. Keseimbangan nitrogen

Manusia dewasa, masukan N mengimbangi pengeluaran melalui feces dan urin.

c. Keseimbangan nitrogen negatif

Pasien pasca bedah

Penyakit kanker stadium lanjut.

Konsumsi nitrogen dlm jumlah tidak memadai (kwashiorkor)

Konsumsi makanan dgn protein bermutu rendah.

Proses pertukaran protein terjadi pada segala bentuk

Proses pd sel hidup terus menerus akan diperbarui melalui proses pertukaran protein :

- sintesa

- penguraian protein dan asam amino

Hubungan kualitatif untuk proses pertukaran protein & a.amino

BIOSINTESA UREA DIBAGI 4 TAHAP

protein tubuh

Asam Amino

Penggunaan kembali untuk

sintesa protein yg baru 75-80 %

(15 -28 g N / hr)

Penguraian protein :

1-2 % protein tubuh total / hr

( 20 -35 g N / hr )

Katabolisme menj urea & kerangka C

Untuk senyawa antara amfibolik

( 5 -7 g N / hr )

SIKLUS UREA

Asam AminoAsam Keto

transaminasi

Ketoglutarat L -glutamat

UREA

Deaminasi oksidatif

NH3

Pengangkutan amonia

Siklus

Urea

Hubungan Siklus krebs dengan siklus urea

o Arginosuksinat →arginin +fumarat

o Fumarat Malat oksaloasetat

Fumarase malat DH ase

o Oksaloasetat Aspartat

transaminasi

Satu mol urea membutuhkan

1 mol amonium

1 mol C02.

a amino nitrogen pada aspartat

3 mol ATP

5 enzim

Asam amino

- N Asetil Glutamat ® pengaktif enzim

Malat

Oksal

oaset

at

- Sitrulin

- Aspartat

- Argino suksinat

- Arginin

- Ornitin

KELAINAN. SIKLUS UREA BERUPA

1. Hiperamonia Tipe I.

Defisiensi Karbamoil Fosfat Sintetase

Kelainan Familial

2. Hiperamonemia tipe II

Defisiensi Ornitin transkarbomoilase

Kenaikan kadar glutamin dlm darah, LCS, urin karena glutamin sintetase

meningkat

3. Sitrulinemia

Sitrulinemia banyak diekskresi ke urin

(1-2 gram /hr) ® >> Plasma, LCS

Def. Arginosuksinat sintetase \

4. Asiduria Arginosuksinat

GK : Arginosuksinat tinggi di darah, LCS, urin.

Rambut rapuh & beruntai (trikoreksis nodusa)

Defisiensi : Arginosuksinase

Enzim ini terdpt di sel2 fibroblas kulit, otak, hati, ginjal & eritrosit

5. Hiper argininemia

Arginin meningkat di darah, LCS

Enzim arginase eritrosit yg rendah

C. KATABOLISME KERANGKA KARBON PADA ASAM AMINO

Reaksi deamidasi asparagin menghasilkan aspartat, yg mengalami transaminasi shg

membentuk oksaloasetat.

Kelainan metabolisme – Reaksi deamidasi glutamin menjadiglutamat yang

mengalami transaminasi ® a ketoglutarat

Keseluruhan lima atom karbon prolin membentuk a ketoglutarat

Kelainan :- Outosomal resesif : Hiperprolinemia I & II

Arginin : Hiperargininemia

Penderita def. asam folat ® seny. FIGLU di ekskresikan ke urin

Dx : Penderita & histidin ® Figlu di urin

a. Histidinemia

GK : RM, bicara cacat

: histidin di darah & urin

Imidazol piruvat

b. Asiduria Urokanat

ekskresi urokanat o.k. keln E. urokanase

Asam Amino Membentuk Piruvat

L SISTIN SISTEIN

l-TREONIN GLISIN SERIN PIRUVAT ASETIL KO-A

L ALANIN

1. GLISIN

Reaksi katabolisme serin menjadi glisin dan glisin menjadi serin oleh Hidroksi metil

transferase

• Lintasan utama katabolisme glisin pada vertebra :

• Konversi : CO2, NH4 + dan N5 N10 metilentetrahidrofolat yang dikatalisis oleh komplek

glisin sintase di mitokondria

2. SERIN.

SERIN « Glisin

Konversi serin menjadi piruvat melaui serin dehidratase, yaitu protein piridoksal fosfat

meliputi pengeluaran air & kehilangan sifat hidrolitik pad amonia ( hati tikus )

3. SISTEIN

Gambar diatas adalah gambar katabolisme sistein melalui lintasan oksidatif langsung dan

transaminasi

Katabolisme sistein melalui lintasan oksidatif langsung dan transaminasi

Kelainan klinik meliputi

1) Merkaptolaktat sistein disulfiduria

ditemukan banyak 3 merkaptolaktat di urine

2) Sistinuria (sistin –lisinuria)

kelainan bawaan, ekskresi sistin urine (20-30 kali normal)

Ekskresi : lisin, arginin , ornitin meningkat disebut juga sistin lisinuria

Sistin relatif kurang larut sehingga mudah terjadi batu sistine

Kesan : cacat pada metabolisme reabsorbsi ginjal

4. ASAM AMINO PEMBENTUK ASETIL KO-A

a. Kelainan metabolisme tirosin

Tirosinemia tipe I

Cacat pada : Fumariloasetoasetat hidrolase

Malailo asetoasetat hidrolase

Gejala klinik pada bayi yaitu diare, muntah-muntah berbau seperti kubis, tidak dapat

tumbuh kembang. Biasanya bersifat akut yaitu meninggal pada usia 1-8 bulan.

Tetapi dapat juga meninggal pada usia 10 bulan.

Terapi : Diet rendah tirosin dan fenilalanin

Diet rendah metionin

Tirosinemia tipe II

Kelainan tirosin transaminase hepatik

Gejala klinik : lesi pada mata, kulit

Retardasi mental sedang

Tirosin di urin meninggi

Tirosinemia neonatus :

Defisiensi enzim hidroksil fenil piruvat hidroksilase

Laboratorium :

darah : tirosin, fenilalanin meninggi

Urin : meningginya tirosin hidroksifenil asetata, N asetil tirosin, tiramin

ALKAPTONURIA

Defisiensi : Enzim homogentisat oksidase

• Homogentisat diekskresi ke dalam urine, sehingga ketika teroksidasi udara akan

terbentuk pigmen berwarna hitam kecoklatan

• Outosomal resesif, 2-5 % per 1juta kelahiran hidup

• Gejala klinik :

• okronosis ( pigmentasi menyeluruh pada jaringan ikat) oleh karena oksidasi

homogentisat oleh polifenol oksidase sehingga terbentuk senyawa benzokuinon

asetat yang akan mengadakan polimerasasi dan berikatan dengan makromolekul

jaringan ikat

artritis.

b. Kelainan katabolisme fenilalanin menjadi tirosin

Kelainan genetik yang ditandai kelainan metabolisme yaitu Hiperfenilalaninemia

Tipe I (hiperfenilketonuria klasik , PKU) : Cacat pada fenilalanin

hidroksilase

tipe II-III : Cacat pada dehidrobiopterin reduktase

tipe IV – V : Cacat biosintesa dehidrobiopterin

Hiperfenilketonuria klasik (PKU )

Gangguan metabolisme fenilalanin → tirosin

Gangguan aktivitas enzim fenilalanin hidroksilase,

fenilalanin → tirosin

¯transaminase

fenil piruvat

Dh ase

Fenil asetat fenil laktat

¯

Fenasetilglutamin

Jadi urin penderita:

- asam fenilpiruvat→ IQ <<

- asam fenil laktat<<

- asam fenil asetat

TX : diet rendah fenilalanin.

Deteksi dini sulit, bayi umur 3-4 hari diet protein <

bayi prematur terjadi kelambatan matur enzim

diet terbatas sampai umur 3-6 tahun,

Gejala klinik PKU yaitu kejang, psikosis, eksema, kulit terang, rambut pirang,bau

seperti tikus dan retardasi mental.

Frekfensi terjadinya PKU yaitu 1 : 10.000 kelahiran hidup.

c. Lisin

Hiperlisinemia periodik dengan disertai hiperamonemia

konsumsi protein dlm jumlah normal terjadi hiperlisinemia

Hiperamonemia terjadi akibat inhibisi kompetitif arginase hati oleh kenaikian

kadar lisin jaringan

Terapi : dibatasi masukan lesin

Hiperlisinemia persisten tanpa hiperamonia

autosomal resesif

Sedikit yang retardasi mental

d. Triptofan

Kelainan metabolisme triptofan : Penyakit hartnup

Merupakan kelainan bawaan

Gejala klinik : - ruam kulit mirip pelagra

Ataksia serebelum intermiten

Retardasi mental

Laboratorium : urin : indol asetat dan triptofan meningkat

5. KATABOLISME METIONIN, ISOLEUSIN DAN VALIN MENJADI

SUKSINIL- KoA (ada bagan)

Kelainan pada metabolisme menjadi suksinil – KoA

a. Asiduria metil malonat

Oleh karena defisiensi vitamin B 12.

Kelainan pada katabolisme metil malonil KoA mencerminkan kegagalan untuk

mengubah vitamin B12 menjadi koenzimnya. Sehingga terjadi isomerasi metil

malonil Ko A menjadi suksinil KoA

Ada 2 bentuk yaitu :

o bereaksi terhadap terapi vitamin B12 dosis farmakologis

o Bereaksi jika terapi vitamin B12 dalam dosis tinggi (1 gram / hari).

6. KELAINAN METABOLISME BERKAITAN DENGAN LINTASAN

KATABOLISME BAGI ASAM AMINO RANTAI BERCABANG

a. Hipervalinemia

langka, kenaikan urin pada plasma

gangguan pada reaksi yang pertama, sehingga valin tidak dapat berubah

menjadi a ketovalerat.

(ada bagan)

b. Maple sirup urine (ketonuria rantai cabang)

5 - 10 perjuta kelahiran hidup

Bau urine seperti sirup maple ( bau gula hangus)

Keaktifan enzim asam a ketodekarboksilase sedikit / tidak ada

Mekanisme toksisitas belum diketahui

Tampak pd akhir minggu 1 i.u smp akhir tahun pertama, pada umumnya

meninggal

Gejala klinik : bayi sukar disusui, muntah muntah dan letargis.

Terapi : intake nya asam amino yang tidak mengandung valin, leusin dan

isoleusin

c. Asidemia isovalerat

Gangguan reaksi 3 katabolisme leusin yaitu gangguan isovaleril Ko A

dehidrogenase sehingga terjadi penumpukan isovaleril KoA yang dihidrolisis

menjadi isovalerat dan diekskresi ke urine dan keringat.

Gejala klinik :

Bau napas dan cairan tubuh “ bau keju “

muntah-muntah

asidosis dan koma

7. PERISTIWA YANG DIALAMI RANGKA KARBON ASAM-ASAM L- a

AMINO DIUBAH MENJADI SENYAWA SENYAWA AMFIBOLIK

Glikogen

(glikogenik)

Lemak

(ketogenik)

Glikogenik dan

ketogenik

Ala Hyp

Arg Met

Asp Pro

Cys Ser

Glu Thr

Gly Val

His

leu Ile

Lys

Phe

Trp

Tyr

D. KONVERSI ASAM AMINO MENJADI PRODUK KHUSUS

1. Tirosin membentuk dopamine, norepinefrin, epinefrin dan melanin

Tirosin, O2 dan H4+ biopterin oleh enzim tirosin hidroksilade membentuk Dioksi

fenilalanin (DOPA).

Dopa : zat antara dlm pembentukan melanin dalam melanosit dan noreineprin dalam sel-

sel neuron.

Dopa oleh enzim dopa dekarboksilase yaitu suatu enzim yang tergantung pada

piridokasal fosfat, membentuk dopamin. Dopamin, O2, Cu2+ dan vitamin C oleh

hidroksilasi oleh enzim dopamin b-oksidase menjadi norepinefrin (noradrenalin). Disini

vitamin C sebagai donor hidrogen.

Di dalam medula adrenal, Norepinefrin dan S-adenosinmetionin oleh enzim

Feniletanolamin-N- metil transferase menjadi Epinefrin (adrenalin). Adrenalin dan

noradrenalin ini juga berfungsi sebagai hormon. Tirosin juga merupakan prekursor

hormon tiroid triyodotironin dan tiroksin.

2. Triptofan Membentuk Serotonin

Serotonin : Vasokontriktor kuat, perangsang kuat otot polos

Triptofan oleh triptofan hidroksilase (H4 Biopterin ) dan O2 menjadi 5 hidroksi triptofan

(5HT) . 1 % hidrosi triptofan mengalami dekarboksilasi menjadi serotonin (5

hidroksitriptamin).

Enzim 5 H Tatau dekarboksilase ditemukan di : ginjal (babi), hati dan lambung manusia

Serotonin meningkat pd karsinoid maligna(argentifinoma), yaitu sel tumor penghasil

serotonin di dalam jaringan argentavin kavum abdomen. Pada penyakit ini 60 %

triptofan menjadi serotonin (N : 1 %)

Karena peningkatan konversi triptofan menjadi serotonin akan menurunkan asam

nikotinat, maka penderita karsinoid dapat melihat gejala palagra. Selain itu keseimbangan

nitrogen juga negative.

3. Glisin, Arginin dan Metionin membentuk Kreatin

Kreatin : di otot, otak, darah, < urin . dalam bentuk fosfokreatin atau bebas.

Kreatinin : bentuk anhidra kreatin, sebagian besar dibuat dari dalam otot

melaui proses dehidrasi non enzimatik kreatin fosfat yang irreversibel.

Ekskresi kreatinin dalam 24 jam konstan tiap hari sebanding dengan masa

otot.

4. Glutamat membentuk GABA (g amino butirat)

Senyawa g amino butirat (GABA) dibentuk dari asam amino glutamat dan

piridoksal fosfat melalui dekarboksilasi glutamat oleh enzim glutamat

dekarboksilase. Enzim ini terdapat dalam jaringan sistem saraf pusat terutama

substansia grisea.

Senyawa GABA (g amino butirat) ini berfungsi sebagai neurotransmiter

penghambat dengan mengubah perbedaan potensial transmembran

Siklus dibawah ini menunjukkan siklus pembentukan Glutamat dr asam amino

glutamat dan piridoksal fosfat