BAB I PENDAHULUAN 1.1
LATAR BELAKANG
Manusia dapat membentuk 12 dari 20 asam amino yang umum dari zat-zat antara amfibolik glikolisis dan siklus asam sitrat. Meskipun secara nutrisional nonesensial, namun kedua belas asam amino ini tidak bersifat “nonesensial”. Kedua puluh asam amino tersebut tersebut secara biologis esensial. Dari 12 asam amino yang secara nutrisional nonesensial, 9 buah diantaranya dibentuk dari zat antara amfibolik dan 3 buah (sistein, tirosin, dan hidroksilisin) dibentuk dari asam amino yang esensial secara nutrisional. Identifikasi 12 asam amino yang dapat disintesis oleh manusia terutama didasarkan pada data yang berasal dari diet dengan protein yang digantikan oleh asam amino murni. Kedua puluh asam amino yang terdapat di protein bersifat esensial bagi kesehatan. Meskipun relatif jarang dijumpai di dunia besar, defisiensi asam amino masih bersifat endemik di beberapa tempat di Afrika Barat yang sangat mengandalkan diet dari padi-padian yang kurang mengandung asam amino, seperti triptofan dan lisin. Penyakit-penyakit ini mencakup kwashiorkor yang timbul jika anak disapih dengan makanan yang kaya akan pati, tetapi kurang mengandung protein;dan marasmus, yaitu terjadi defisiensi baik asupan kalori maupun asam amino spesifik. Dalam tubuh mahluk hidup hidup pasti dijumpai asam amino, asam-asam amino terdiri atas pertama, produksi asam amino dari pembongkaran protein tubuh, digesti protein diet serta sintesis asam amino di hati. Kedua, pengambilan nitrogen dari asam
amino. Sedangkan ketiga
adalah
katabolisme asam amino menjadi energi melalui siklus asam serta siklus urea sebagai proses pengolahan hasil sampingan pemecahan asam amino. Keempat adalah sintesis protein dari asam-asam amino. Asam amino juga mengalami katabolisme,yang terjadi dalam 2 tahapan yaitu: Transaminasi dan Pelepasan amin dari glutamat menghasilkan ion ammonium. Semua jaringan memiliki kemampuan untuk mensintesis asam amino nonesensial,
1
melakukan remodeling asam amino, serta mengubah rangka karbon non asam amino menjadi asam amino dan turunan lain yang mengandung nitrogen. Dalam kondisi surplus diet, nitrogen toksik potensial dari asam amino dikeluarkan melalui transaminasi, deaminasi dan pembentukan urea. Rangka karbon umumnya diubah menjadi karbohidrat melalui jalur glukoneogenesis, atau menjadi asam lemak melalui jalur sintesis asam lemak.
1.2
RUMUSAN MASALAH
Rumusan masalah dalam penulisan ini adalah: 1. Apa pengertian biosintesis asam amino? 2. Bagaimana klasifikasi asam amino? 3. Bagaimana biosintesis asam amino?
1.3
TUJUAN PENULISAN
1. Untuk mengetahui pengertian asam amino. 2. Untuk mengetahui klasifikasi asam amino. 3. Untuk mengetahui biosintesis asam amino.
2
BAB II PEMBAHASAN
1.
Pengertian Pengertian Asam Amino
Asam amino adalah asam karboksilat yang mempunyai gugus amino. Asam amino yang terdapat sebagai komponen protein mempunyai gugus – NH2 pada atom karbon α dari posisi gugus – COOH. – COOH. Asam amino termasuk golongan senyawa yang paling banyak dipelajari karena salah satu fungsinya adalah sebagai penyusun protein yang sangat penting dalam organisme. Rumus umum asam amino adalah sebagai berikut: R – CH CH – COOH NH2 Semua jaringan memiliki kemampuan untuk men-sintesis asam amino non esensial, melakukan remodeling asam amino, serta mengubah rangka karbon non asam amino menjadi asam amino dan turunan lain yang mengandung nitrogen. Dalam kondisi surplus diet, nitrogen toksik potensial dari
asam
amino
dikeluarkan
melalui
transaminasi,
deaminasi
dan
pembentukan urea. 2.
Klasifikasi Asam Amino
Rangka karbon umumnya diubah menjadi karbohidrat melalui jalur glukoneogenesis, atau menjadi asam lemak melalui jalur sintesis asam lemak. Asam amino dikelompokkan menjadi 2 kategori yaitu: a) Asam Amino Esensial Tumbuhan dan bakteri bisa mensintesis 20 asam amino, kita sebagai manusia tidak dapat mensintesis 9 dari 20 asam amino tersebut. Sembilan asam amino tersebut hanya diperoleh dari makanan yang kita makan dan dinamakan asam amino esensial. Asam amino esensial meliputi: Histidine, Isoleucine, Leucine, Lysine, Methionine, Phenylalanine, Threonine, Tyrptophan, dan Valine. b) Asam Amino Non-Esensial
3
Merupakan asam amino yang tidak dapat disintesis oleh tubuh kita sehingga harus ada di dalam makanan yang kita makan. Macam-macam asam amino esensial: Alanine, Arginine, Asparagine, Aspartate, Cysteine, Glutamat, Glutamine, Glycyne, Proline, Syerine, Tyrosyne.
3.
Biosintesis Asam Amino
Berdasarkan klasifikasi atau macamnya, asam amino dapat dibedakan menjadi dua, yakni asam amino esensial, dan asam amino nonesensial. Biosintesis asam amino esensial melalui jalur atau proses yang kompleks, sedangkan biosintesis asam amino nonesensial dapat melalui jalur atau proses yang sederhana.
a. Biosintesis asam amino esensial 1. Biosintesis histidin Gen-gen pengkode enzim yang berperan dalam biosintesis histidin telahteridentifikasi pada banyak danarchaea.
Reaksibiosintesis
fungi , bakteri, tanaman,
histidin
diawali
dengan
kondensasi Adenosine Tr-phosphate (ATP) dan 5-phosphoribosyl 1 pyrophosphate (PRPP) membentuk phosphoribosyl- ATP. Kemudian akan melewati beberapa tahapan, mulai dari pembentukan 1-(5 phospho-D-ribosyl)
-
AMP
→
1-(5-phosphoribosyl)-51-(5-phosphoribosyl)-5-
[(5
4
phosphoribosylamino)
methilidene
amino]
imidazole
-
4
-
carboxamide → phosphoribulosy → phosphoribulosy formimino-AICAR-P formimino-AICAR- P → D-erythroimidazole-glycerol- phosphat phosphat → imidazole acetolacetol- phosphat→ phosphat→ Lhistidinol- phosphat → histidinol → histidinal → L-histidine. Berikut adalah mekanisme beserta enzim yang bekerja pada biosintesis histidine oleh beberapa bakteri, yaitu Escherichia coli (Ec), Arabidopsis thaliana col (At),Brassica oleracea botrytis (Bo0, Thermotoga maritima (Tm), Thermusthermophilus (Tt).
5
2. Biosintesis isoleusin Biosintesis isoleusin yang telah berhasil diketahui dapat melalui beberapa jalur. Jalur yang pertama adalah melalui asam amino threonin, kedua adalahmelalui asam piruvat, dan yang ketiga melalui asam oksaloasetat. Masing-masing jalur digunakan oleh bakteri yang berbeda. Escherichia coli (Ec)dapatmenggunakan jalur pertama dan ketiga sesuai dengan substrat yang tersedia.Bacillus subtilis(Bs) dapat mensintesis isoleusin melalui jalur yang ketiga,namun enzimenzimnya belum diketahui secara lengkap. Sementara jaluryang kedua lebih banyak digunakan oleh bakteri-bakteri metanogen, seperti Methanococcus aeolicus, Methanothermobacter thermautotrophicus. Bakterimetanogen menggunakan jalur ini, karena mereka banyak hidup pada rumen yang kaya akan asam piruvat. Berikut jalur biosintesis isoleusin masing-masing jalur
beserta enzim yang
berperan.
Biosintesis isoleusin
6
Biosintesis isoleusin dari asam piruvat
3. Biosintesis leusin Beberapa organisme memiliki kemampuan untuk melakukan sintesis asamamino leusin. Organisme yang memiliki jalur biosintesis leusin
adalahgolongan
archaea,
bakteri,
fungi,
danviridiplantae.
Pembentukan leusinmelibatkan lima tahapan reaksi yang dimulai dari prekursor valin, yaitu 2-keto-isovalerate sampai reaksi terakhir yang dikatalisa oleh enzimtransaminase. Berikut adalah jalur biosintesis asam amino
leusin
menghambat
oleh kerja
leucinetransaminase.
E.coli. dari
Keberadaan enzim
Feedback
leusin
yang
2-isopropylmalate inhibition
ini
berlebihakan synthase
digunakan
dan untuk
menghindari akumulasileusin yang terlalu berlebih dalam tubuh
7
4. Biosintesis lisin Terdapat enam jalur yang telah ditemukan pada bakteri, alga, fungi, dantumbuhan tingkat tinggi dalam melakukan biosintesis asam amino lisin. Jalurtersebut dikelompokkan menjadi dua kelompok besar, yaitu jalurdiaminopimelate (DAP) dan jalur 2-aminoadipate. Jalur DAP dikelompokkanmenjadi empat macam variasi, yaitu variasi suksinilase yang melibatkanintermediet suksinilate, variasi asetilase yang melibatkan intermediet asetil,variasi dehidrogenase, dan variasi diaminopimelate-aminotransferase. Kedua jalur yang lain merupakan turunan dari jalur 2-aminoadipate. 2-a minoadipate. Berikut adalah jalur biosintesis biosintesi s yang melibatkan intermediet suksinilate atau jalur variasisuksinilase. Jalur ini merupakan jalur yang paling umum dalam biosintesis lisinoleh bakteri. Jalur ini telah banyak ditemukan pada beberapa jenis bakteriyang berbeda.
8
5. Biosintesis methiolin Di bawah ini terdapat dua macam jalur pembentukan metionin. Jalur
yangpertama
merupakan
pembentukan
metionin
dari
oksaloasetat dan darisenyawa sulfur inorganik untuk membentuk asam 9
amino yang mengandunggugus sulfur. Kebanyakan bakteri, yeast, dan fungi menggunakan jalur ini,mengingat pentingnya asam amino ini (sebagai inisiasi sintesis protein,metilasi DNA, rRNA dan xenobiotic, dan biosintesis sistein, fosfolipid, danpoliamin). Jalur yang kedua adalah jalur salvage yang ditemukan pada hampirseluruh mahluk hidup. Berikut adalah jalur pertama dari biosintesis asamamino metionin
Biosintesis Metionin dari siklus TCA
10
Jalur yang berikutnya merupakan jalur yang kedua, yaitu melalui jalursalvage. Jalur ini ditemukan pada banyak organisme, yaitu bakteri, protozoa,tumbuhan dan mamalia. Antar kelompok yang menggunakan jalur initentunya sangat berbeda berdasarkan degradasi senyawa S-metil-5-tioadenosin. Berikut
ini
adalah
jalur
salvage
pembentukan
asam
aminometionin:
Biosintesis Metionin dari S-methyl-5-thio-α S-methyl-5-thio-α-ribose-1-phsphate
11
6. Biosintesis phenilalanin Biosintesis fenilalanin diawali dengan proses pengkonversian chorimatemenjadi terakhir
prephenate.
daribiosintesis
Prephenate
fenilalanin
dan
merupakan tirosin.
Hal
prekursor ini
yang
menyebabkan prosesbiosintesis antara fenilalanin dan tirosin sangat mirip. Organisme yangmenggunakan jalur biosintesis ini adalah golongan archaea, fungi, danbakteri. Berikut ini adalah jalur biosintesis fenilalanin dari E.coli dan Bacillussubtilis
Biosintesis phenilalanin
12
7. Biosintesis thereonin Jalur biosintesis threonin yang dapat dilihat pada gambar di bawah inididasarkan pada pengubahan metabolisme energi molekul asam oksaloasetatmenjadi threonin. Organisme yang menggunakan jalur biosintesis ini adalaharchaea, fungi, dan bakteri. Berikut ini adalah jalur biosintesis asam aminothreonin beserta enzim yang berperan dan regulasinya.
Biosintesis threonin Jalur ini diatur pada beberapa poin dari produk akhir metabolisme,
baikmelalui
penghambatan
enzim
dan
atenuasi.
Atenuasi terhadap keberadaanisoleusin dan treonin menekan langkah kedua, keempat, kelima, dan keenampada jalur ini. Selain itu, enzim thr-A juga dihambat dengan keberadaantreonin
8. Biosintesis tryptophan Biosintesis triptofan pada mikroba melibatkan lima jenis enzim yangdikode oleh tujuh gen. Gen ini biasanya diatur dalam suatu cluster tunggalmembentuk suatu operon. Organisme yang mampu melakukan biosintesis ini adalah archaea, fungi, bakteri, dan embryophita. Dalam hal ini, arabidopsisthaliana mampu melakukan
13
biosintesis terhadap triptofan. Jalur biosintesisyang digunakan oleh arabidopsis dan bakteri tidak jauh berbeda karenaarabidopsis memiliki trp operon yang di dalamnya mengandung gen pengkodeenzim untuk mensintesis
triptofan.
Berikut
adalah
jalur
biosintesis
asam
aminotriptofan beserta enzim yang berperan.
Biosintesis triptofan
14
9. Biosintesis valin Jalur biosintesis valin sebenarnya merupakan jalur pararel dengan jalurbiosintesis isoleusin, dimana pada satu jalur akan dihasilkan tidak hanyaisoleusin tetapi juga valin dan leusin. Pembentukan valin menggunakan 2 molekul asam piruvat yang pada akhirnya akan terpecah untuk membentukvalin atau leusin. Jalur biosintesis ini digunakan oleh archaea, bakteri, danbeberapa eukariot. Karena tiga asam amino ini terbentuk melalui jalur yangsama, maka terdapat konsekuensi yang tidak dapat terhindarkan.Konsekuensi ini adalah sistem regulasi pada jalur biosintesis, dimanakeberadaan valin akan
menghambat
jalannya
proses
biosintesis.
Karenasistem
biosintesis saling terkait, maka pembentukan ketiga asam amino jgakan terhambat. Berikut adalah jalur biosintesis asam amino valin besertaenzim yang berperan.
15
b. Biosintesis asam amino nonesensial 1. Biosintesis glutamat dan aspartat Glutamat dan aspartat disintesis dari asam α-keto α-keto dengan reaksi tranaminasi sederhana. Katalisator reaksi ini adalah enzim glutamat
dehidrogenase
dan
selanjutnya
oleh
aspartat
aminotransferase, AST.
Reaksi biosintesis glutamat Aspartat juga diturunkan dari asparagin dengan bantuan asparaginase. Peran penting glutamat adalah sebagai donor amino intraseluler utama untuk reaksi transaminasi. Sedangkan aspartat adalah sebagai prekursor ornitin untuk siklus urea. 2. Biosintesis alanin Alanin dipindahkan ke sirkulasi oleh berbagai jaringan, tetapi umumnya
oleh
otot.
Alanin
dibentuk
dari
piruvat.
Hati
mengakumulasi alanin plasma, kebalikan transaminasi yang terjadi di otot dan secara proporsional meningkatkan produksi urea. Alanin dipindahkan dari otot ke hati bersamaan dengan transportasi glukosa dari hati kembali ke otot. Proses ini dinamakan siklus glukosa-alanin. Fitur kunci dari siklus ini adalah bahwa dalam 1 molekul, alanin, jaringan perifer mengekspor piruvat dan amonia ke hati, di mana rangka karbon didaur ulang dan mayoritas nitrogen dieliminir. Ada 2 jalur utama untuk memproduksi alanin otot yaitu: 1.
Secara langsung melalui degradasi protein
2.
Melalui transaminasi piruvat dengan bantuan enzim alanin transaminase,
ALT (juga dikenal sebagai serum glutamat-
piruvat transaminase, SGPT).
16
-ketoglutarat + alanin
Siklus glukosa-alanin
3. Biosintesis sistein Sulfur untuk sintesis sistein berasal dari metionin. Kondensasi dari
ATP
dan
metionin
dikatalisis
oleh
enzim
metionin
adenosiltransfrease menghasilkan S-adenosilmetionin (SAM).
Biosintesis S-adenosilmetionin (SAM) SAM merupakan precursor untuk sejumlah reaksi transfer metil (misalnya konversi norepinefrin menjadi epinefrin). Akibat dari tranfer metil adalah perubahan SAM menjadi S-adenosilhomosistein. S-adenosilhomosistein selanjutnya berubah menjadi homosistein dan adenosin dengan bantuan enzim adenosilhomosisteinase. Homosistein dapat diubah kembali menjadi metionin oleh metionin sintase.
17
Reaksi transmetilasi melibatkan SAM sangatlah penting, tetapi dalam kasus ini peran S-adenosilmetionin dalam transmetilasi adalah sekunder untuk produksi homosistein (secara esensial oleh produk dari aktivitas transmetilase). Dalam produksi SAM, semua fosfat dari ATP hilang: 1 sebagai Pi dan 2 sebagai Ppi. Adenosin diubah menjadi metionin bukan AMP. Dalam sintesis sistein, homosistein berkondensasi dengan serin menghasilkan
sistationin
dengan
bantuan
enzim
sistationase.
Selanjutnya dengan dengan bantuan enzim sistationin liase sistationin diubah menjadi sistein dan α-ketobutirat. α-ketobutirat. Gabungan dari 2 reaksi terakhir ini dikenal sebagai trans-sulfurasi.
Peran metionin dalam sintesis sistein 4. Biosintesis tirosin Tirosin diproduksi di dalam sel dengan hidroksilasi fenilalanin. Setengah dari fenilalanin dibutuhkan untuk memproduksi tirosin. Jika diet kita kaya tirosin, hal ini akan mengurangi kebutuhan fenilalanin sampai dengan 50%.
18
Fenilalanin hidroksilase adalah campuran fungsi oksigenase: 1 atom oksigen digabungkan ke air dan lainnya ke gugus hidroksil dari tirosin. Reduktan yang dihasilkan adalah tetrahidrofolat kofaktor tetrahidrobiopterin, yang dipertahankan dalam status tereduksi oleh NADH-dependent enzyme dihydropteridine dihydropteridine reductase (DHPR).
Biosintesis tirosin dari fenilalanin
5. Biosintesis prolin Glutamat adalah prekursor ornitin dan prolin. Dengan glutamat semialdehid menjadi intermediat titik cabang menjadi satu dari 2 produk atau lainnya. Ornitin bukan salah satu dari 20 asam amino yang digunakan untuk sintesis protein. Ornitin memainkan peran signifikan sebagai akseptor karbamoil fosfat dalam siklus urea. Ornitin memiliki peran penting tambahan sebagai prekursor untuk sintesis poliamin. Produksi ornitin dari glutamat penting ketika diet arginin sebagai sumber lain untuk ornitin terbatas. Penggunaan glutamat semialdehid tergantung kepada kondisi seluler. Produksi ornitin dari semialdehid melalui reaksi glutamatdependen transaminasi. ketika konsentrasi arginin meningkat, ornitin
19
didapatkan dari siklus urea ditambah dari glutamat semialdehid yang menghambat reaksi aminotransferase. Hasilnya adalah akumulasi semialdehid. Semialdehid didaur secara spontan menjadi Δ1 pyrroline5-carboxylate yang kemudian direduksi menjadi prolin oleh NADPHdependent reductase. 6. Biosintesis serin Jalur utama untuk serin dimulai dari intermediat glikolitik 3fosfogliserat. NADH-linked dehidrogenase mengubah 3-fosfogliserat menjadi sebuah asam keto yaitu 3-fosfopiruvat, sesuai untuk transaminasi subsekuen. subsekuen. Aktivitas aminotransferase dengan glutamat sebagai donor menghasilkan 3-fosfoserin, yang diubah menjadi serin oleh fosfoserin fosfatase. 7. Biosintesis glisin Jalur utama untuk glisin adalah 1 tahap reaksi yang dikatalisis oleh serin hidroksimetiltransferase. Reaksi ini melibatkan transfer gugus hidroksimetil dari serin untuk kofaktor tetrahidrofolat (THF), menghasilkan glisin dan N5, N10-metilen-THF. 8. Biosintesis asparagin, dan glutamin Asparagin sintetase dan glutamin sintetase mengkatalisis produksi asparagin dan glutamin dari asam α-amino yang sesuai. Glutamin dihasilkan dari glutamat dengan inkorporasi langsung amonia dan ini merupakan reaksi fixing nitrogen lain. Tetapi asparagin terbentuk oleh reaksi amidotransferas.
20
BAB III PENUTUP
1.1 Kesimpulan Dari rumusan masalah dan pembahasan dalam makalah ini, dapat disimpulkan bahwa: 1. Asam amino adalah asam karboksilat yang mempunyai gugus amino. Asam amino yang terdapat sebagai komponen protein mempunyai gugus – NH2 pada atom karbon α dari posisi gugus – COOH. 2. Asam amino dikelompokkan menjadi 2 kategori yaitu asam amino esensial
meliputi:
Methionine,
Histidine,
Phenylalanine,
Isoleucine,
Threonine,
Leucine,
Lysine,
Tyrptophan,
Valine.
sedangkan asam amino esensial: Alanine, Asparagine, Aspartate, Cysteine,
Glutamat,
Glutamine,
Glycyne,
Proline,
Syerine,
Tyrosyne. 3. Biosintesis asam amino esensial melalui jalur atau proses yang kompleks, sedangkan biosintesis asam amino nonesensial dapat melalui jalur atau proses yang sederhana.
21
