Metabolisme Protein dan Asam Amino

• Pencernaan protein• Anabolisme protein• Katabolisme protein• Pembuangan zat sisa

Pencernaan protein• Mekanise mekanis….fisiologi• Mekanisme kimiawi :Protein/polipeptida

diurai …hidrolisis ikatan C-N polipeptida.• Enzim proteolisis: inaktif disekresi

mencegah auto-digestion • Diaktifkan : HCl untuk pepsinogen;

enteropeptidase dan trypsin untuk enzim pankreas.

• Enzim dibagi endo- dan ekso-peptidase. •  

Tabel : Enzim Proteolitik

Source Enzyme Activated by Substrate Functions and/or Products

Stomach Pepsins (pepsinogens)

HCl Proteins and Polypeptides Cleaves interior peptide bonds of aromatic amino acids^^

Pancreas Trypsin (trypsinogen)

Enteropeptidase Proteins and Polypeptides Cleaves peptide bonds on carboxyl side of basic amino acids^ (argenine or Lysine)

Chymotrypsin (chymotrypsinogen)

Trypsin Proteins and Polypeptides Cleaves peptide bonds on carboxyl side of aromatic amino acids^^

Elastase (proelastase)

Trypsin Elastin and other Proteins Cleaves peptide bonds on carboxyl side of aliphatic amino acids^^^

Carboxypeptidase A (procarboxypeptidase A)

Trypsin Proteins and Polypeptides Cleaves peptide bonds on carboxyl terminal amino acids with aliphatic or aromatic side chains

Carboxypeptidase B (procarboxypeptidase B)

Trypsin Proteins and Polypeptides Cleaves peptide bonds on carboxyl terminal amino acids with basic side chains

Small Intestine mucosa

Enteropeptidase ... Trypsinogen TrypsinAminopeptidases ... Polypeptides Cleaves amino terminal amino

acid from peptideCarboxypeptidases

... Polypeptides Cleaves carboxyl terminal amino acid from peptide

Endopeptidases ... Polypeptides Cleaves mid portions of peptideDipeptidases ... Dipeptides ----> two amino acids

Absorpsi • Bervariasi ;ko-transport yang tergantung jumlah

natriumDipeptida dan tripeptida dibawa oleh

H+ ion dependent co-transporter. Dalam sel polipeptida dapat

ditransport dalam bentuk asam amino ataupun dalam bentuk protein utuh..

•  •  

• Beberapa peptida berukuran besar melewati sel dengan transitosis.

• Contoh: imunoglobulin dari air susu ibu dapat diserab karena Kripta Lieberkuhn enterosit bayi memiliki pit/celah yang lebih besar dibandingkan remaja atau dewasa.

•  

Protein Transport di Darah• Asam amino berdifusi melewati membran

basolateral– Enterosit darah portal liver jaringan– Ditransport sebagian besar dalam bentuk asam

amino bebas• Liver

– Kemungkinan pemecahan asam amino• Sebagaimana yang dibutuhkan

– Sintesis asam amino non essensial

Asam Amino di Liver• Tempat uptake yang terutama• Ketika asam amino memasuki liver

– 20% sintetis protein dan senyawa yang mengandung N• Sebagian menetap di hepar

– 57% dikatabolisasi di liver– 23% dibebaskan ke sirkulasi sistemik

Anaolisme Asam amino dan Protein

Asam amino : yang bisa dibentuk oleh tubuh merupakan asam amino non essensial

Jumlah yang dapat disintesa tubuh: 12 dari 20 jenis asam amino

Protein : merupakan susunan dari asam amino

• Disusun berdasarkan kode genetik • Merupakan hasil akhir proses

translasi DNA → RNA → polipeptida• Menggunakan asam amino yang ada

di sel • Asam amino tidak pernah ada dalam

bentuk statis sebagai deposit di tubuh, tetapi selalu mengalami turn-over sesuai dengan kebutuhan tubuh

Metabolisme Protein dalam Sel

• Transport asam amino dari darah ke sel• tRNA berfungsi mengangkut asam

amino

a

DNA

a

Replication

a

ProteinAA–AA–AA–AA

Translation

a

mRNA

Transcription

a

tRNA

AA

AA

AAAA

Sintesis Protein• Selalu berjalan, aktivitas

semicontinuous tetapi bervariasi di antara masing-masing jaringan

• Kecepatan reaksi diatur oleh hormon dan suplai asam amino dan energi

• Secara kebutuhan energi : MAHAL– Membutuhkan 5 ATP tiap ikatan peptida

• Merupakan 20 % pengeluaran energi tubuh

• Sintesis protein• Another link

Turnover Protein

Katabolisme proteinEnzim-enzim yang berperanan• Glutamat dehidrogenase• Glutamin sintetase• Amino transferaseFungsi umum :Untuk merubah ion

ammonium menjadi α-amina nitrogen pada beberapa asam amino

Contoh : Glutamat dehidrogenase

Contoh : Glutamin sintetase

Contoh : Amino Transaminase

Pembentukan masing-masing asam amino

• Kerjasama katabolisme dan anabolisme

• Merupakan kombinasi dari hasil kerja enzim-enzim tersebut

Pembentukan Alanin :

• Serin dan sistein

Serin menjadi Glisin

Phenil alanin dan tirosin

• Coba lihat pembentukan asam amino lainnya…………..

Sintesis dan Degradasi Protein

• Sintesis harus melebihi degradasi untuk mencukupi deposisi dan sekresi netto protein

• Perubahan pada deposisi dapat di capai dengan kombinasi perubahan sintesis dan degradasi

• Mencukupi bagi kontrol yang baik untuk deposisi protein

Sintesis

Degradasi

Turnover Proteins• Degradasi dan resintesis protein

– Sejumlah asam amino didegradasi dan harus digantikan melalui intake makanan• ‘Obligatory losses’

• Untuk adanya pertumbuhan dibutuhkan synthesis > degradation

Pengaturan Hormonal• Insulin

– Ketersediaan glukosa ke sel bertambah – Pertumbuhan sintesis protein

• Glukagon– Sintesis protein berkurang– Degradasi protein bertambah

Katabolisme Protein• Terjadi pada saat

– Protein diet melebihi kebutuhan – Komposisi yang diabsorbsi asam amino

tidak seimbang– Glukoneogenesis meningkat

Katabolisme Protein• Sejumlah hasil katabolisme protein

dapat ditemukan setiap waktu– Diekspresi sebagai urinary nitrogen

excretion• Sisa rantai karbon digunakan untuk energi,

ekskresi nitrogen dalam bentuk urea

• Nitrogen minimal yang diekskresikan disebut endogenous urinary nitrogen (EUN)

Katabolisme Protein• Protein dipecah menjadi asam amino

oleh enzim-enzim protease dan peptidase

• Half life protein berbeda-beda, dari hitungan milidetik sampai ratusan jam

• Terdapat 2 jalur utama degradasi protein

2 jalur utama degradasi protein

• Jalur lisosom : untuk protein ekstraseluler, membran protein dan protein intraseluler yang half-lifenya panjang : jalur ini spontan, tidak membutuhkan ATP

• Jalur ubikuitin-proteasom : Untuk protein yang abnormal, berumur pendek: berlangsung di sitosol dan butuh ATP

Marker oleh ubikuitin

Pembuangan zat sisa NH3

• NH3 beracun dan harus secepatnya didetoksifikasi dan diekresikan dari tubuh

– Ikan : NH3– Mammalia : Urea– Burung : Asam Urat

• Sintesis asam urat– Jalur yang sama dengan purin

• Sintesis urea— siklus urea – Detoksifikasi NH3 menjadi ureum– Sintesis arginin

Eksresi Nitrogen Urin

Urin

Ginjal

HEPAR

Urea

Urea

CO2

Asam Amino Asam keto

NH3

Darah

Biosintesis Urea• Dibagi atas 4:1. Proses Transaminasi :bertujuan

untuk memindahkan gugus Amina dari berbagai asam amino ke Glutamat

2. Deaminasi oksidative glutamat : dengan enzim glutamat dehidrogenase maka gugus NH3 dikeluarkan

3. Transport amonia (NH3) : amonia akan dibawa dalam bentuk “aman” dengan diikatkan ke glutamin (glutamin sintetase) dan dilepaskan kembali oleh glutaminase

4. Sintesis urea : beberapa diantaranya terjadi di mitokondria sel hepar, sisanya di sitosol

Metabolik disorder• Hiperamonemia tipe 1 : def

karbamoil fosfat sintetase• Hiperamonemia tipe 2 : def ornitin

transkarbamoilase• Sitrulinemia : def arginosuksinat

sintetase• Arginosuksinasiduria: def

arginosuksinase• Hiperarginemia: def arginase

Deaminasi• Pengeluaran gugus amino dari asam

amino tanpa dipindahkan• Menghasilkan ammonia dan asam α-

keto– Ammonia dikeluarkan melalui siklus

urea– Asam α-keto acid dimetabolisasi melalu

beberapa jalur• Dikatalisasi oleh enzim dehidratase

– Pyridoxal phosphate (PLP) membutuhkan (B6)

Deaminasiam

ino

Asam α-KetoDehydratasePLP H2O

Asam α-Keto+ NH4

• Asam keto – Masuk siklus TCA dan dipecah menjadi

CO2 dan H2O serta melepaskan energi– Digunakan sebagai glukoneogenesis

• Beberapa, tapi tidak semua asam amino • Pada hepar (dan renal)

– Lipogenesis (biosintesis asam amino)– Ketogenesis

• Badan ketone (asetosetat, asetil-KoA)• Digunakan sebagai sumber energi oleh

beberapa jaringan

Penggunaan Asam Keto Untuk Energi

Kerangka karbon protein

Asam Amino Ketogenik• Leusin dan isoleusin

– Dikonversi menjadi asetoasetat atau asetil KoA pada hepar• Sumber energi bagi jaringan lain

Kelainan-kelainan pada konversi metabolisme kerangka karbon

protein• Gangguan metabolisme bisa berupa blok,

inhibisi, maupun defisiensi pada masing-masing metabolisme kerangka karbon.

• tirosin; tirosinemia tipe 1, tipe2 dan neonatal tirosinemia

• Alkapton uria: kekurangan enzim homogentisat oksidase, urin nerwarna kegelapan jika teroksidasi udara, gejala lain berupa artritis dan pengumpulan pigmen di sendi

Maple syrup urin disease• Kelainan metabolisme kerangka asam

amino bercabang, terdapat peningkatan leusin, isoleusin, asam α-keto dan asam α-hidroksi

• Urin berbau sirup maple, gejala, muntah,asidosis dan koma

• Mekanisme:belum diketahui pasti• Terapi: ganti sumber protein diet,

nno/rendah leusin, isoleusin, asam α-keto dan asam α-hidroksi

Keterkaitan Antara Asam Amino

• Metionin dapat dikonversi ke Sistein– Jika terdapat kekurangan Cys dalam makanan,

Met dikonversi menjadi Cys dan Met jadi ikut berkurang

– Hingga 50% kebutuhan Cys dipenuhi oleh Met• Phe dapat dikonversi menjadi Tyr

– Kebutuhan Phe + Tyr

CCH

O

O–

NH3+

CH2

CCH

O

O–

NH3+

CH2

HO

Conditionally Essential Asam Amino

• Asam amino dapat menjadi essensial pada konsisi fisiologi tertentu– Contoh: tirosin menjadi essensial pada

orang yang menderita “phenylketonuria (PKU)”

Biosintesis Asam Amino Nonessential

• Tirosin– Dari phenylalanine (PKU; 1 / 15,000)

• Phenylalanine hidroksilasi• Tyrosine penting untuk sintesis adrenalin,

noradrenalin, thyroxine dan melanin

Phenylketonuria (PKU)• Kondisi Normal :

Phenylalanine (essential aa)

Tyrosine (nonessential aa)

Phenylketonuria (PKU) • Pada PKU:

– Phenylalanine meningkatDapat mengakibatkan retardasi mental Kondisi diturunkan (genetik)

Phenylalanine (essential aa)

Tyrosine (nonessential aa)

Siklus Urea

O||

2 NH3 + CO2 H2N–C–NH2 + H2O

• Reaksi keseluruhan

• Membutuhkan energi (3 ATP)• Urea didifusi dari sel hepar ke cairan tubuh• dieksresikan melalui ginjal

Boisen et al. (2000)