(P Danar) Materi Biokimia - Metabolisme Protein-Katabolisme (D-III THP) [Compatibility Mode]
-
Upload
egasulsitiyoningrum -
Category
Documents
-
view
71 -
download
4
description
Transcript of (P Danar) Materi Biokimia - Metabolisme Protein-Katabolisme (D-III THP) [Compatibility Mode]
METABOLISME
PROTEIN
(KATABOLISME)
BIOKIMIAProgram D-III Teknologi Hasil Pertanian
Universitas Sebelas Maret (UNS) Surakarta
Dosen:
Danar Praseptiangga, S.TP., M.Sc., Ph.D.
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
2
• 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%
3
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
4
H
H H H H H HO O O H H O H H O
N C C N NC C C C
H CH3CH2
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
5
PETA KONSEP
Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga
6
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
7
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
8
TRANSPORT ELEKTRON
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
9
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
Makanan (protein) Asam Amino
10
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
11
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
12
• 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
13
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
14
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
15
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
16
TRANSPORT DAN METABOLISME KARBOHIDRAT DAN PROTEIN (GLUKOSA DAN ASAM AMINO)
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
17
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
18
Oksidasi menjadi CO2 + H2O + E
Deaminasi NH3 Urea
Urea Ginjal Urine
Glukosa (glukoneogenesis)
Protein : Biosintesis protein
Plasma protein
AA :
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
19
* 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
20
• 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
21
Excess amino acids cannot be stored
Surplus amino acids are used for fuel
• Carbon skeleton is converted to
Acetyl–CoA
Acetoacetyl–CoA
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
22
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
23
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
24
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 keto
2. Deaminasi Oksidatif → ion amonium
Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga
25
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
26
The first step in catabolism of most amino acids is transamination
αααα-ketoglutarate glutamate
αααα-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
αααα-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
27
• Generally these enzyme funnel amino groups to α–ketoglutarate.
• Aspartate transaminase
• Alanine transaminase
Transamination
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
28
• 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
29
Example of a Transaminase reaction:
�Aspartate donates its amino group, becoming the α-keto acid oxaloacetate.
� α-Ketoglutarate accepts the amino group, becoming the amino acid glutamate.
aspartate α-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
30
• In another example, alanine becomes pyruvate as the amino group is transferred to α-ketoglutarate
alanine α-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
31
• Transaminases equilibrate amino groups among available α-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
32
• Glutamate dehydrogenase
Deamination
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
33
• 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
H2
CH2
C C COO−
O
+ NH4+
NAD(P)+
NAD(P)H
−OOC
H2
CH2
C C COO−
NH3+
Hglutamate
α-ketoglutarate
Glutamate Dehydrogenase
H2O
• Glutamate Dehydrogenasecatalyzes a major reaction that effects net removal of N from the amino acid pool.
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
34
Summarized above:
• The role of transaminases in funneling amino N to glutamate, which is deaminated via Glutamate Dehydrogenase, producing NH4
+.
Amino acid αααα-ketoglutarate NADH + NH4+
αααα-keto acid glutamate NAD+ + H2O
Transaminase Glutamate Dehydrogenase
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
35
• In most terrestrial vertebrates the ammonium ion is converted to urea
Deamination
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
36
• Pyridoxal phosphate forms a Schiff-base intermediates in aminotransferase reactions
Pyridoxal Phosphate
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
37
• Pyridoxyl phosphate can under go acid/base tautomerization
Pyridoxyl Phosphate
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
38
• The aldehyde forms a Schiff–base with an ε–amino group on the enzyme• This Schiff-bases can be exchanged for one with the α–amino
group of an amino acid
Pyridoxyl Phosphate
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
39
• Transamination mechanism:
• The second half of the reaction reverses these steps with a
different α–keto acid.
Pyridoxyl Phosphate
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
40
• Pyridoxyl phosphate is a very versatile cofactor• used to make bonds to Cα susceptible to cleavage
Pyridoxyl Phosphate
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
41
• The β–hydroxy amino acids, serine and threonine, can be directly deaminated
Serine and Threonine
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
42
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 + H2O2
Catalase catalyzes: 2 H2O2 ���� 2 H2O + O2
HO CH2
HC COO−
NH3+
C COO−
OH2O NH4+
C COO−
NH3+
H2C H3C
H2O
serine aminoacrylate pyruvate
Serine Dehydratase
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
43
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
44
The amino groups of glutamic acid and glutamine
can be released as ammonia in liver mitochondria
H2ONAD+ or
NADP+
Glu
αααα-keto
acids
cellular
protein
ingested
protein
NADH or
NADPH + H+
αααα-keto-glutarate
CO2-
+H3N C H
R
CO2-
CO2-
C=O
CH2
CH2
CO2-
CO2-
+H3N C H
CH2
CH2
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
CH2
CH2
transaminases
glutamate
dehydrogenase
NH4+
Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga
45
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
46
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
AMINO ACID DEGRADATION INTERMEDIATES
CO2
CO2
Pyruvate
Acetyl-CoA Acetoacetate
Citrate
Isocitrate
αααα-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
47
48
METABOLISME PROTEIN / ASAM AMINO
9
5
6
78
2
1
4
3
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
JALUR BIOKIMIA PRODUKSI ENERGI
49
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
Most mammals convert amino-
acid nitrogen to urea for excretion
NH4+
ammonium ion
uric acid
H2N-C-NH2
urea
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
50
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
51
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)
52
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)
53
Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga
Alat-alat Ekskresi
Alat-alat ekskresi pada manusia meliputi:
- Ginjal
- Hati
- Kulit
- Paru-paru
54
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
Ginjal (ren)
• Manusia memiliki sepasang ginjal yang terletak di depan sebelah kiri dan kanan tulang belakang bagian pinggang
55
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
Struktur Ginjal
56
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
57
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
58
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
59
Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga
Struktur Hati60
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
61
Biokimia- Dr. Danar Praseptiangga
Proses di dalam Hati
Sel darah merah yang sudah tua (histiosita) dipecah didalam hati
62
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
63
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
64
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
65
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
Ammonia diubah menjadi Urea dengan SIKLUS UREA(UREA CYCLE)
66
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
67
• 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
68
• 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
69
• 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 α-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
70
71
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
72
73
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
74
• Ornithine transcarbamoylase• Citrulline is formed from transfer of the carbamoyl group to
the γ-amino group of ornithine
Formation of Citrulline
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
75
• Condensation of citrulline with aspartate to form arginosuccinate• Two equivalent of ATP are required
Formation of Arginosuccinate
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
76
• Arginosuccinase• Cleaves arginosuccinate to form arginine and fumarate
Formation of Arginine and Fumarate
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
77
• 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
78
• 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’
79
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
80
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
• The urea cycle is linked to the citric acid cycle:
Kreb’s Bi-cycle!!
Linked to Citric Acid Cycle
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
81
• The carbon atoms of degraded amino acids emerge as major metabolic intermediates
• Degradation of the 20 amino acids funnel into 7 metabolic intermediates
• Acetyl–CoA
• Acetoacetyl–CoA
• Pyruvate
• α-Ketoglutarate
• Succinyl–CoA
• Fumarate
• Oxaoloacetate
Carbon Atoms
KetogenicKetogenic
GlucogenicGlucogenic
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
82
Carbon Atoms
Ketogenicleucinelysine
Glucogenicserinethreonineaspartic acidglutamic acidasparagineglutamineglycinealaninevalineprolinehistidineargininemethioninecysteine
Bothisoleucinephenylalaninetryptophantyrosine
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
83
Carbon Atoms
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
84
Pyruvate Entry Point
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
85
• Aspartate• Transamination to oxaloacetate
• Asparagine• Hydrolysis to Aspartate + NH4
+
• Transmination to oxaloacetate
Oxaloacetate Entry Point
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
86
• Five carbon amino acids
α–Ketoglutarate Entry Point
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
87
• Histidine
α–Ketoglutarate Entry Point
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
88
• Proline and Arginine
α–Ketoglutarate Entry Point
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
89
• Methionine, Valine & Isoleucine
Succinyl–CoA Entry Point
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
90
• Methionine
• Forms S-Adenosylmethionine
Succinyl–CoA Entry Point
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
91
Branched-chained Amino Acids
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
92
• Phenylalanine
Aromatic Amino Acids
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
93
• Tetrahydrobiopterin - electron carrier
Aromatic Amino Acids
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
94
• Phenylalanine & Tyrosine
Aromatic Amino Acids
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
95
• Tryptophan
Aromatic Amino Acids
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
96
• 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
97
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
98
• 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 γ-ketoglutarat sehingga terbentuk dua molekul L-glutamat
• γ-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
99
Siklus Nitrogen
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga
100
Biokimia - Dr. Danar Praseptiangga