BIOSINTESIS DAN PEMBENTUKAN 20 JENIS ASAM AMINO

Asam amino merupakan unit dasar penyusun struktur protein yang dibutuhkan oleh tubuh. Asam amino memiliki fungsi yang sangat penting, yaitu merupakan kerangka dasar sejumlah senyawa penting dalam metabolisme seperti enzim, hormon, asam nukleat, dan vitamin.

Tumbuhan dapat mensintesis ke-20 asam amino tidak seperti manusia dan hewan yang hanya bisa mensintesis 10 dari 20 asam amino. Asam amino yang dapat disintesis sendiri oleh mahluk hidup tersebut dikenal dengan sebutan asam amino nonesensial. Sedangkan asam amino yang tidak dapat disintesis sendiri dan harus diperoleh dari makanan disebut asam amino esensial. 20 Macam-macam jenis asam amino tersebut seperti pada gambar 1.

Gambar 1. Macam-macam jenis asam amino.

Lintas yang mengarah kepada sintesis asam amino esensial biasanya lebih panjang (5-15 tahap) dan lebih kompleks dibandingkan dengan lintas yang menuju asam amino esensial yang kebanyakan dibentuk melalui beberapa tahap yang lebih kecil dari lima. Tidak seperti asam amino non essensial yang sederhana pembentukannya. Terdapat lima asam amino yang merupakan prekursor dalam biosintesis asam amino, yaitu glutamat, fenilalanin, aspartat, serin, dan treonin. Pengelompokkan biosintesis asam amino berdasarkan  prekusor metaboliknya dibagi menjadi 6, yaitu prekusor dari α ketoglutarat 3-fosfogliserat, oksaloasetat, piruvat, fosfoenolpiruvat dan erythrose 4 fosfat, dan ribosa 5 fosfat (Gambar 2.)

Gambar 2. Garis besar lintas biosintesis asam amino

Glutamat, glutamin, dan prolin memiliki bagian dalam lintas yang bersamaan dalam lintas biosintetik. Ketiganya memiliki hubungan yang sederhana dan identik. Glutamat merupakan salah satu asam amino yang berperan penting dalam reaksi pembentukan asam-asam amino lainnya.

Gambar 3. Jalur sintesis glutamat dan metabolisme pada tumbuhan

            Glutamat dibentuk dari ammonia dan α-ketoglutarat, suatu senyawa antara siklus asam sitrat, melalui kerja L-glutamat dehidrogenase (GDH). α-ketoglutarat dan ammonia membentuk glutamat dengan bantuan tenaga pereduksi, yaitu NADPH.

           Sedangkan glutamin dibentuk dari sebuah kerja enzim glutamin sintesis. Glutamat sintase merupakan enzim yang bereaksi pada reaksi yang irreversible (tidak balik), namun glutamat dehydrogenase berperan dalam reaksi yang dapat balik (reversible). 

Gambar 4. Jalur sintesis glutamine

Glutamin dibentuk langsung dari glutamat dan ammonia, energi untuk sintesis ini didapatkan dari adenosine tri phosphate (ATP) (Webster, 1952). Aktivitas glutamat sintetase berlokasi di sitoplasma dan kloroplas/plastid pada kebanyakan tumbuhan tingkat tinggi, kecuali pada conifer (Forde dan Lea, 2007).

Sedangkan prolin disintesis dari glutamat atau ornitin. Prolin disintesis dari glutamat melalui reaksi bertahap. Mula-mula glutamat direduksi menjadi α-semialdehida dengan bantuan glutamat kinase dehidrogenase. Kemudian metabolit ini mengalami penutupan menjadi pirolin 5-karboksilat dan reduksi lebih lanjut menjadi prolin dengan bantuan enzim pirolin karboksilat reduktase. Prolin adalah penghambat alosterik pada reaksi awal biosintesisnya.

Alanin berasal dari piruvat dan oksaloasetat oleh transaminasi dari glutamat (Lehninger, 1982) (Gambar 5). Seperti halnya glutamat, glutamin, dan prolin, alanin juga berasal dari metabolit sentral yang didapatkan melalui kerja enzim alanin transaminase. Sel seludang pembuluh ditemukan memiliki kapasitas untuk memproduksi alanin dari piruvat dan glutamat dengan angka 0,5 gmol/min-mg BS Chl (Valle dan Heldt, 1991).

Gambar 5. Jalur sintesis alanin

Biosintesis aspartat seperti halnya glutamat, aspartat ini disintesis dengan satu langkah sederhana melalui reaksi transaminasi dibantu dengan kerja enzim pengkatalisis, yaitu aspartat aminotransferase (Gambar 6). Reaksi ini menggunakan analog asam α-keto aspartat, oksaloasetat, dan glutamat sebagai donor amino.Aspartat juga diturunkan dari asparagin dengan bantuan asparaginase (Gambar 7). Aspartat ini akan menjadi senyawa turunan untuk jalur biosintesis lisin, metionin, treonin, dan isoleusin pada tumbuhan (Jander dan Joshi, 2009).

Gambar 6. Jalur sintesis Aspartat

Gambar 7. Jalur sintesis Aspartat dari Asparagin

Sedangkan pembentukan asam amino asparagin berasal langsung dari prekursornya yaitu aspartat dengan dikatalisis oleh asparagin sintetase (Gambar 8). Asparagin menjadi senyawa utama dalam transportasi pada xylem (45–50%) akar ke daun dan pada floem (20–30%) dari daun ke biji yang sedang berkembang pada tumbuhan (Lea, 2006).

Gambar 8. Jalur sintesis Asparagin

Jalur shikimate (Gambar 9) sangat penting karena mampu memproduksi triptofan, fenilalanin, dan tirosin. Chorismate mutase (CM) merupakan titik percabangan enzim yang membuat fenilalanin dan tirosin serta menjauhkan dari triptofan. Enzim ini aktif oleh triptofan dan diinhibisi oleh fenilalanin dan tirosin.

  

Gambar 9. Jalur shikimate

Biosintesis histidin merupakan jalur metabolic terakhir untuk proteinogenic asam amino pada tumbuhan (gambar 10).

Gambar 10. Jalur pembentukan histidinPada tumbuhan, biosintesis serin terdapat dua jalur, yaitu jalur fotorespirasi melalui glisin

dan jalur plastidic melalui metabolisme phosphorelated dari 3-phosphoglycerate. Multienzim kompleks glycine decarboxylase (GDC) dan serine hydroxymethyltransferase (SHMT) bertanggung jawab pada konversi glisin ke serin pada mitokondria tumbuhan ketika fotorespirasi. Pada jalur phosphorylated, jalur lain dari biosintesis serin yaitu terdapat pada plastid. Pada jalur ini, serin disintesis dari 3-PGA melalui seri reaksi katalis oleh 3-phosphoglycerate dehydrogenase (PGDH), 3- phosphoserine aminotransferase (PSAT), and 3-phosphoserine phosphatase (PSP). Jalur ini penting untuk suplai serin ke jaringan non-fotosintetik dan jaringan yang berkembang dengan cepat serta pada waktu gelap ketika fotorespirasi rendah (Ho, 1999).

Gambar 11. Jalur biosintesis serin pada tumbuhan

DAFTAR PUSTAKA

Forde, Brian G. dan Peter J. Lea. 2007. Glutamate in plants: metabolism, regulation, and signalling.Journal of Experimental Botany Vol. 58 pp. 2339–2358.

Ho, Chai-Ling, Massaki Noji, dan Kazuki Saito. 1999. Plastidic Pathway of Serine Biosynthesis. The Journal of Biological Chemistry 274 (16), pp. 11007–11012.

Jander, Georg dan Vijay Joshi. 2009. Aspartate-derived Amino Acid Biosynthesis in Arabidopsis thaliana.American Society of Plant Biologists.

Lea, P.J, dkk. 2006. Asparagine in plants. Ann Appl Biol 150: 1–26.Lehninger, Albert L. 1982. Dasar-dasar Biokimia Jilid 2. Jakarta: Penerbit Erlangga.Valle, Estela M. dan Hans W. Heldt. 1991. Alanine Synthesis by Bundle Sheath Cells of

Maize. Plant Physiol. 95 pp. 839-845.Webster, GEORGE C. 1952. Enzymatic Synthesis of Glutamine In Higher Plants.

Plant Physiology pp. 724-727.