Yoga Amarta Metabolisme asam amino
NAMA
: YOGA AMARTA
NIM
: 1101465
METABOLISME ASAM AMINO
Metabolisme asam amino meliputi ratusan molekul enzimatik kecil. Banyak dari reaksi ini
melibatkan atom nitrogen. Kemampuan organisme untuk mensintesis asam amino sangat berbeda.
Beberapa organism dapat mengasimilasi dan senyawa karbon sederhana menjadi asam-amino. Sedangkan
yang lainnya dapat mensintesis karbon rantai asam amino tetapi memerlukan nitrogen dalam bentuk
ammonia. (Horton.2006)
Beberapa spesies tidak dapat mensintesis kerangka karbon dari setiap asam amino. Mamalia,
misalnya, hanya dapat membuat sekitar setengah dari asam amino yang mereka butuhkan; sisanya,
disebut asam amino esensial, dan harus diperoleh dari makanan. Asam amino Nonesensial adalah Asam
amino yang dapat sintesis mamalia dalam jumlah yang cukup, asalkan mereka menerima total protein
yang cukup. (Horton.2006)
(Trudy McKee.2004)
A. Siklus Nitrogen dan Nitrogen Fiksasi
1. Nitrogen fiksasi
Nitrogen yang diperlukan dalam asam amino (dan untuk basa heterosiklik nukleotida) berasal
dari dua sumber utama: gas nitrogen di atmosfer dan nitrat didalam tanah dan air. Di atmosfer nitrogen
terdapat sekitar 80%, dan merupakan sumber utama dari nitrogen biologis. (Horton.2006)
Karena stabilitas kimia dari gas dinitrogen (N 2) di atmosfer, maka N2 membutuhkan energi yang
besar untuk bereduksi membentuk NH 3.Hal ini disebut sebagai fiksasi nitrogen. Sedikitnya 16 ATP
diperlukan untuk mereduksi satu N2 untuk dua NH3. (Trudy McKee.2004)
Meskipun telah banyak penelitian, fiksasi nitrogen belum sepenuhnya dapat dipahami. Namun,
beberapa aspek dari fiksasi nitrogen telah dijelaskan.
NADH (atau NADPH) adalah sumber utama dari elektron yang diperlukan dalam reduksi
dinitrogen. Molekul koenzim yang berkurang menyumbangkan elektron pada besi-sulfur ferredoxin
protein, yang kemudian di transfer untuk dinitrogenase reduktase. Hidrolisis 16 molekul ATP diperlukan
untuk mentransfer 8 elektron dari reduktase dinitrogenase untuk dinitrogenase untuk memfasilitasi
reduksi satu N2 menjadi dua molekul NH3 dan dua ion hidrogen pada satu molekul H 2. sekali disintesis,
amonia ditranslokasikan keluar dari sel bakteri ke simbiosis sel inang, di mana digunakan dalam sintesis
glutamine. (Trudy McKee.2004)
2. Siklus Nitrogen
Aliran nitrogen dari N2 ke nitrogen oksida, amonia, dan biomolekul nitrogen dan kemudian kembali ke N 2
disebut siklus nitrogen. (Horton.2006)
(Horton.2006)
B. Asimilasi Amoniak
Amonia sering berasimilasi dengan sejumlah besar metabolit dengan molekul berat rendah, melalui
glutamat, asam amino dan glutamin. Pada pH 7, bentuk ionik amonia adalah ion amonium, Namun,
amonia tak berproton NH3 adalah spesies reaktif di pusat katalitik dari banyak enzim.
(Horton.2006)
1. Amonia dalam Glutamat dan Glutamin
Aminasi reduktif α-ketoglutarate ke glutamat oleh glutamat dehidrogenase merupakan salah satu rute
yang sangat efisien untuk penggabungan amonia menjadi pusat jalur metabolisme asam amino.
(Horton.2006)
Ada dua prinsip utama pada penggabungan ion ammonium ke dalam asam amino dan metabolit
lain, yaitu reduktif aminasi asam α-keto dan pembentukan amida dari aspartat dan asam glutamat
kemudian amida nitrogen ditransfer untuk membentuk asam amino lainnya. (Trudy McKee.2004)
Glutamat dehidrogenase, enzim yang ditemukan di kedua mitokondria dan sitoplasma sel
eukariotik dan dalam beberapa sel bakteri, mengkatalisis aminasi langsung α-ketoglutarat:
Bila kelebihan amonia hadir, reaksi didorong menuju sintesis glutamat. Ion amonium juga
digabungkan ke dalam metabolit sel dengan formasi glutamin, amida glutamat:
Pada tumbuhan, NH4+ yang dimasukkan ke dalam molekul organik membutuhkan dua enzim:
glutamin sintase dan glutamat sintase. Setelah NH 4+ digabungkan ke dalam glutamin oleh glutamin
sintase, gugus amida nitrogen 2-keto ditransfer dari-ketoglutarat oleh glutamat sintase. 2 elektron
diperlukan dalam reaksi ini disediakan oleh ferredoxin di beberapa jaringan tanaman (misalnya, daun)
dan NADPH pada jaringan lain (misalnya, akar dan biji berkecambah). (Trudy McKee.2004)
Salah satu dari dua produk glutamat reaksi ini kemudian digunakan sebagai substrat dalam katalis
reaksi sintaase glutamin. Akibatnya, pada tanaman, ada satu molekul jaringan produksi glutamat untuk
setiap NH4+ yang masuk ke dalam proses.
(Trudy McKee.2004)
Reaksi glutamat dehidrogenase berperan pada fisiologis yang berbeda, tergantung pada substrat
dan ketersediaan koenzim dan spesifisitas enzim. Peran utama dari glutamat dehidrogenase pada mamalia
adalah degradasi asam amino dan pelepasan NH4+. (Horton.2006)
Reaksi penting lain untuk asimilasi amonia di banyak organisme adalah pembentukan glutamin
dari glutamat dan NH4+ yang dikatalisis oleh glutamin sintetase . Glutamine adalah donor nitrogen dalam
banyak reaksi biosintesis. Pada mamalia, glutamin membawa nitrogen dan karbon antara jaringan,
menghindari tingkat tinggi racun dalam aliran darah. (Horton.2006)
2. Reaksi Transaminasi
Gugus amino glutamat dapat ditransfer menjadi beberapa asam α-keto dalam reaksi yang
menggunakan enzim sebagai katalis yang disebut transaminase atau aminotransferase. Sebagian besar
asam amino dapat dibentuk oleh transaminasi. Semua transaminase memerlukan koenzim piridoksal
fosfat . Transaminasi lengkap membutuhkan dua setengah reaksi yang digabungkan dengan enzim
pyridoxamine fosfat (PMP). (Horton.2006)
Reaksi ini, dikatalisasi oleh sekelompok enzim disebut sebagai aminotransf yang menghapus atau
transaminase,gugus α-amino ditransfer dari asam α-amino ke α-keto acid:
Pada asam α-keto seperti-ketoglutarat dan piruvat, Gugus karbonil berbatasan langsung dengan
gugus karboksil. Karena reaksi transaminasi bolak-balik, Karbonil berperan penting dalam kedua sintesis
dan degradasi asam amino.
Reaksi transaminasi membutuhkan koenzim piridoksal 5'-fosfat-(PLP), yang berasal dari
pyridoxine (vitamin B6). PLP juga diperlukan dalam berbagai reaksi lain dari asam amino. Contohnya
termasuk racemizations, decarboxylations, dan beberapa modifikasi rantai samping. (Racemizations
adalah reaksi di mana campuran-dan L asam D-amino terbentuk.) Struktur dari vitamin dan bentuk
koenzim yang diilustrasikan pada Gambar 14.2. (Trudy McKee.2004)
PLP terikat pada sisi aktif enzim oleh interaksi nonkovalen dan basa Schiff (R'-CH = N-R, sebuah
aldimine) yang terbentuk dari kondensasi gugus aldehida PLP dan gugus ε-amino dari residu lisin.
Kekuatan stabilisasi tambahan mencakup interaksi ionik antara sisi rantai asam amino dan cincin
pyridinium PLP dan gugus fosfat. Muatan positif cincin pyridinium juga berfungsi sebagai tempat
electron menstabilkan muatan negatif. Substrat asam amino menjadi terikat pada PLP melalui gugus αamino dalam reaksi pertukaran imina. Kemudian salah satu dari tiga ikatan atom α-karbon selektif akan
rusak dalam sisi aktif pada setiap jenis enzim pada PLP. (Trudy McKee.2004)
Selektivitas ini tergantung pada ada atau tidak adanya katalis dan orientasi asam amino pada sisi
aktif. Jika deprotonasi awal dari α-karbon dari donor gugus amino terjadi, maka transaminasi atau
rasemisasi atau penghapusan dapat terjadi. Jika deprotonasi awal tidak terjadi, maka hasilnya
dekarboksilasi. (Trudy McKee.2004)
Meskipun reaksi transaminasi tampak sederhana ,tetapi mekanisme cukup kompleks. Reaksi
dimulai dengan pembentukan basa Schiff antara PLP dan kelompok asam a-amino. Ketika hidrogen atom
dihapus oleh basa umum pada sisi aktif enzim, terjadi stabilisasi resonansi bentuk peralihan. Dengan
sumbangan proton dari asam umum dan hidrolisis berikutnya, asam α-keto barulah dilepaskan dari enzim.
(Trudy McKee.2004)
Sebuah asam α-keto kedua kemudian memasuki situs aktif dan diubah menjadi asam α-amino
dalam pemulihan proses reaksi yang baru saja dijelaskan.
Transaminasi reaksi adalah contoh dari mekanisme reaksi yang disebut sebagai reaksi
biomolekuler ping-pong. Mekanisme ini dinamakan demikian karena pertama substrat harus
meninggalkan situs aktif sebelum yang kedua bisa masuk.
(Trudy McKee.2004)
Sintesis Asam Amino
A. Aspartat dan Asparagin
Aspartat merupakan anggota pertama dari keluarga aspartat asam amino, berasal dari oksaloasetat
dalam reaksi transaminasi.
Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah aspartat transaminase . Aspartat transaminase (AST)
(juga dikenal sebagai glutamat oksaloasetat transaminase, atau GOT), yang paling aktif dari
aminotransferase, dan ditemukan di sebagian besar sel. Karena Isozim AST terjadi baik di mitokondria
dan sitoplasma, reaksinya reversible. Aktivitas enzim ini secara signifikan mempengaruhi aliran karbon
dan nitrogen dalam sel. (Trudy McKee.2004)
Keluarga aspartat juga mengandung asparagin, lisin, metionin, dan treonin. Treonin berkontribusi
pada jalur reaksi dimana isoleusin disintesis. Asparagin, amida dari aspartat, tidak terbentuk langsung dari
aspartat dan NH4+. (Trudy McKee.2004)
Asparagin disintesis oleh ATP dari nitrogen amida glutamin dalam reaksi yang dikatalisasi oleh
asparagin sintetase. Dalam beberapa bakteri, asparagin sintetase mengkatalisis pembentukan asparagin
dari aspartat menggunakan amonia daripada glutamat sebagai sumber dari kelompok amida. Reaksi ini
mirip dengan reaksi yang dikatalis oleh glutamine sintetase. Dalam beberapa kasus, asparagin sintetase
dapat menggunakan salah amonia atau glutamat sebagai substrat. (Horton.2006)
B. Lisin, Metionin, dan Threonine
Aspartat adalah komponen awal dari lisin, metionin, treonin dan. tahap ini dikatalis oleh aspartat
semialdehid dehidrogenase. Kedua enzim terdapat dalam bakteri, protista, jamur, dan tanaman tetapi
tidak ditemukan pada hewan. Akibatnya, hewan tidak dapat mensintesis lisin, metionin, dan treonin.
(Horton.2006)
(Horton.2006)
C. Alanin, Valin, Leusin, dan Isoleusin
Keluarga piruvat terdiri dari alanin, valin, leucine, dan isoleucine. Alanine disintesis dari piruvat
dalam satu langkah:
(Trudy McKee.2004)
Piruvat bergabung dengan α-ketobutyrate melalui serangkaian tiga reaksi yang mengarah ke
rantai bercabang antara α-keto-β-methylvalerate. Kompleks ini kemudian dikonversi ke isoleusin dalam
reaksi transaminasi. Enzim yang menjadi katalis sintesis α-keto-β-methylvalerate juga mengkatalisis
sintesis dari-ketoisovalerate dengan menggabungkan dua molekul piruvat daripada satu molekul piruvat
dan satu molekul α-ketobutyrate. α-Ketoisovalerate diubah langsung ke valin oleh valin transaminase.
Enzim yang sama yang mengkatalis sintesis isoleusin dari α-keto-β-methylvalerate
(Horton.2006)
Valine dan isoleusin disintesis paralel dengan empat enzim yang sama. Sintesis valin diawali
dengan kondensasi piruvat dengan hidroksietil - TPP ( produk dekarboksilasi dari piruvat tiamin
pirofosfat ).Produk α-acetolactate kemudian dikurangi untuk membentuk α,β- dihydroxyisovalerate
diikuti oleh dehidrasi α- ketoisovalerate . Valin diproduksi dalam reaksi transaminasi berikutnya.
Sintesis isoleusin juga melibatkan hidroksietil - TPP , yang mengembun dengan α- ketobutyrate
untuk membentuk α- aceto - α- hidroksibutirat . ( α- Ketobutyrate berasal dari reaksi deaminasi L treonin dengan katalis treonin deaminase . ) α, β - Dihydroxy -β- methylvalerate , berkurangnya produk
α- aceto - α- hidroksibutirat , dan hilangnya molekul H 2O , maka terbentuklah α-keto-β-methylvalerat .
isoleusin kemudian dihasilkan selama reaksi transaminasi . Langkah pertama dari biosintesis leusin
dari α- ketoisovalerate , asetil CoA menyumbangkan dua unit karbon . Leusin terbentuk setelah
isomerisasi , pengurangan , dan transaminasi . (Trudy McKee.2004)
D. Glutamat , Glutamin , Arginin , dan Prolin
Keluarga glutamat meliputi glutamate,glutamin, prolin, dan arginin. Seperti dijelaskan, αketoglutarat mungkin dikonversi menjadi glutamat oleh aminasi reduktif dan oleh reaksi transaminasi
melibatkan sejumlah asam amino. Meskipun kontribusi relatif dari reaksi sintesis glutamat bervariasi
dengan jenis sel dan kondisi metabolisme, transaminasi memainkan peran utama dalam kebanyakan
sintesis molekul glutamat dalam sel eukariotik. Selain sebagai komponen protein dan sebagai prekursor
untuk asam amino lainnya, glutamat juga digunakan dalam sistem saraf pusat sebagai neurotransmitter
rangsang. (Trudy McKee.2004)
Pengubahan glutamat menjadi glutamin, dikatalisis oleh glutamin sintase, yang berlangsung di
sejumlah jaringan mamalia (hati, otak, ginjal, otot, dan usus). BCAA ( rantai cabang asam amino)
merupakan sumber penting dari gugus amino dalam sintesis glutamine. Gugus amino BCAA mungkin
digunakan terutama untuk sintesis asam amino nonesensial. Selain perannya dalam sintesis protein,
glutamine adalah pendonor gugus amino dalam berbagai reaksi biosintesis (misalnya, purin, pirimidin,
dan sintesis gula amino) dan sebagai bentuk penyimpanan dan transportasi yang aman dari NH 4+ .
(Trudy McKee.2004)
Prolin merupakan turunan glutamat. γ-glutamyl fosfat direduksi menjadi glutamat-y-semialdehid.
enzim yang mengkatalisis fosforilasi glutamat (γ-glutamil kinase) diatur oleh umpan balik negatif inhibisi
oleh prolin. Siklus glutamat-γ-semialdehid spontan membentuk Δ-pyrroline-5-karboksilat. Reduktase Δpyrroline-5-karboksilat mengkatalisis reduksi Δ-pyrroline-5-karboksilat membentuk prolin. interkonversi
Δ-pyrroline-5-karboksilat dan prolin dapat bertindak sebagai shuttle mekanisme untuk mentransfer
kekurangan ekivalen yang berasal dari jalur fosfat pentosa ke dalam mitokondria. Prolin juga dapat
disintesis dari ornithine, pada siklus urea. (Trudy McKee.2004)
(Horton.2006)
E. Serine, Glycine, and Cysteine
Tiga asam-serin, glisin, dan amino sistein-berasal dari glikolitik / gluconeogenic 3-fosfogliserat.
Serin disintesis dari 3 -phosphoglycerate dalam tiga langkah. Pertama, substituen hidroksil sekunder 3fosfogliserat dioksidasi menjadi kelompok keto, membentuk 3-phosphohydroxypyruvate. Senyawa ini
mengalami transaminasi dengan glutamat untuk membentuk 3-phosphoserine dan α-ketoglutarat.
Akhirnya, 3 - phosphoserine dihidrolisis untuk memberikan serin dan Pi. (Horton.2006)
Serin merupakan sumber utama dari glisin melalui reaksi reversibel yang dikatalisasi oleh serin
hydroxymethyltransferase . Dalam mitokondria tanaman dan bakteri, aliran fluks reaksi ini adalah menuju
serin
yang
menyediakan
hydroxymethyltransferase
rute
ke
membutuhkan
serin
dua
yang
berbeda
kofaktor:
PLP
atau
gugus
yang
lain.
prostetik
Reaksi
dan
Serin
kosubstrat
tetrahydrofolate. (Horton.2006)
Pada sebagian besar spesies, biosintesis sistein dari serin terjadi dalam dua langkah Pertama,
gugus asetil dari asetil CoA ditransfer ke substituen b-hidroksil serin, membentuk O-acetylserine.
Selanjutnya, digantikan oleh kelompok sulfide asetat untuk membentuk sistein. (Horton.2006)
Serin adalah sumber utama dari glisin. Jumlah yang lebih kecil dari glisin dapat diturunkan dari
kolin. Sintesis glisin dari kolin terdiri dari dehydrogenations dan serangkaian dimethylations. Glisin
bertindak sebagai penghambat neurotransmitter dalam sistem saraf pusat. Ketika pemancar neuro
penghambatan mengikat reseptor sel saraf, yang biasanya terkait dengan saluran klorida, membran
menjadi hiper-terpolarisasi dikarenakan membran lebih negatif dalam neuron terpolarisasi daripada di
neuron yang sedang istirahat. (Trudy McKee.2004)
Sintesis sistein adalah komponen utama dari metabolisme belerang. Kerangka karbon sistein
berasal dari serin.
Hewan tidak memiliki jalur biosintesis sistein yang normal. Namun demikian, sistein masih dapat
disintesis pada hewan sebagai produk sampingan degradasi metionin. Dalam langkah pertama, serin
mengembun dengan homosistein, senyawa antara dalam biosintesis metionin. Produk dari reaksi
kondensasi, cystathionine, dibelah menjadi ketobutyrate dan sistein. (Horton.2006)
F. Fenilalanin , Tirosin , dan Triptofan
Keluarga aromatic asam amino meliputi fenilalanin, triptofan dan tirosin. Kunci penjelasan dari
jalur sintesis asam amino aromatik adalah dari beberapa pengamatan bakteri dengan mutasi gen tunggal
yang membutuhkan sebanyak lima senyawa untuk pertumbuhan : fenilalanin , tirosin , triptofan , p hydroxybenzoate , dan p - aminobenzoate . Senyawa ini semuanya mengandung cincin aromatik .
ketidakmampuan mutan tumbuh tanpa senyawa ini akan dibatalkan pada saat shikimate tersedia. Hal ini
menunjukkan bahwa metabolit ini merupakan perantara dalam biosintesis semua senyawa aromatik.
Chorismate , turunan dari shikimate , adalah cabang dalam sintesis asam amino aromatik . Jalur untuk
shikimate dan chorismate dimulai dengan kondensasi fosfoenolpiruvat dan erythrose 4 - fosfat untuk
membentuk tujuh turunan gula karbon dan Pi. Jalur dari shikimate ke chorismate melibatkan fosforilasi
shikimate , penambahan gugus asetil dari fosfoenolpiruvat , dan defosforilasi. Hewan tidak memiliki
enzim dari jalur chorismate . Mereka tidak dapat mensintesis chorismate dan , akibatnya , tidak dapat
mensintesis salah satu asam amino aromatik . (Horton.2006)
Dalam sintesis fenilalanin pada E. coli, chorismate bifunctional dehydratase mutase-prephenate
mengkatalisis penataan chorismate untuk menghasilkan prephenate, suatu senyawa yang sangat reaktif.
Selanjutnya, enzim mengkatalisis penghapusan ion hidroksida dan CO2 dari prephenate untuk
membentuk sepenuhnya aromatic phenylpyruvate produk, yang kemudian ditransaminasi untuk
fenilalanin. Sebuah chorismate bifunctional mutase-prephenate dehidrogenase yang mirip mempercepat
pembentukan prephenate dan kemudian 4-hydroxyphenylpyruvate di cabang tirosin. Dan mengalami
transaminasi perantara untuk membentuk tirosin. Beberapa bakteri dan beberapa tanaman mengikuti jalur
yang sama dari chorismate ke fenilalanin dan tirosin sebagai E. coli meskipun mutase chorismate dan
dehydratase prephenate atau kegiatan dehidrogenase prephenate berada di rantai polipeptida terpisah.
Beberapa bakteri lain menggunakan jalur alternatif di mana prephenate pertama ditransaminasi dan
kemudian dekarboksilasi. Biosintesis triptofan dari chorismate membutuhkan lima enzim. Langkah
pertama, nitrogen amida glutamin ditransfer ke chorismate; eliminasi dari gugus hidroksil dan piruvat
bagian yang berdekatan dari chorismate menghasilkan aromatik senyawa anthranilate . (Horton.2006)
Anthranilate menerima phosphoribosyl dari PRPP. Penataan ulang dari ribosa, dekarboksilasi,
dan cincin tertutup yang menghasilkan indole gliserol fosfat. (Horton.2006)
Dua reaksi akhir dari biosintesis triptofan dikatalisis oleh tryptophan synthase. Dalam beberapa
organisme , dua domain katalitik independen sintase tryptophan terdapat pada rantai polipeptida tunggal .
Pada organisme lain , enzim terdiri dari dua jenis subunit dalam tetramer α2β2 . Subunit alfa atau domain
mengkatalisis pembelahan indole gliserol fosfat menjadi gliseraldehida 3 - fosfat dan indole . Subunit beta
atau domain mengkatalis kondensasi indole dan serin dalam reaksi yang memerlukan PLP sebagai
kofaktor . Indole yang dihasilkan dalam reaksi, dikatalis oleh alfa subunit tetramers α2β2 kemudian
disalurkan atau ditransfer langsung ke situs aktif dari subunit β . Ketika struktur tiga dimensi dari sintase
triptofan dari Salmonella typhimurium ( organisme sintase triptofan yang memiliki struktur oligomer
α2β2 ) ditentukan dengan kristalografi sinar-X , ditemukan sebuah terowongan tempat bergabungnya
situs aktif α dan β. Diameter terowongan sesuai dengan dimensi molekul indole , jadi bagian dari indole
yang melalui terowongan akan menjelaskan mengapa indole tidak berdifusi.
(Horton.2006)
G. Histidin
10 langkah biosintesis histidin pada bakteri diawali dengan kondensasi antara cincin pirimidin dengan
turunan ribosa , phosphoribosyl pirofosfat (PRPP) . Pada reaksi berikutnya ,enam bagian dari cincin
adenin dibelah, dan glutamine akan memberikan atom nitrogen yang dimasukkan melalui tahap siklisasi
ke cincin produk imidazol , imidazole gliserol fosfat. Sebagian besar atom karbon dan nitrogen dari ATP
yang dibebaskan sebagai aminoimidazole carboxamide ribonucleotide, dalam biosintesis purin (Bagian
18.1). Metabolit ini kemudian dapat didaur ulang menjadi ATP. Imidazole gliserol fosfat mengalami
dehidrasi, transaminasi oleh glutamat, penghapusan hidrolitik dari fosfat, dan oksidasi dari tingkat alkohol
primer dengan asam karboksilat dalam dua langkah berurutan, membentuk histidin. (Horton.2006)
DAFTAR PUSTAKA
Horton,Robert.2006.Principle of Biochemistry.
McKee,McKee.2004.Biochemistry : The Molecular Basis Of Life , 3rd edition. Mc Graw Hill.New York
: YOGA AMARTA
NIM
: 1101465
METABOLISME ASAM AMINO
Metabolisme asam amino meliputi ratusan molekul enzimatik kecil. Banyak dari reaksi ini
melibatkan atom nitrogen. Kemampuan organisme untuk mensintesis asam amino sangat berbeda.
Beberapa organism dapat mengasimilasi dan senyawa karbon sederhana menjadi asam-amino. Sedangkan
yang lainnya dapat mensintesis karbon rantai asam amino tetapi memerlukan nitrogen dalam bentuk
ammonia. (Horton.2006)
Beberapa spesies tidak dapat mensintesis kerangka karbon dari setiap asam amino. Mamalia,
misalnya, hanya dapat membuat sekitar setengah dari asam amino yang mereka butuhkan; sisanya,
disebut asam amino esensial, dan harus diperoleh dari makanan. Asam amino Nonesensial adalah Asam
amino yang dapat sintesis mamalia dalam jumlah yang cukup, asalkan mereka menerima total protein
yang cukup. (Horton.2006)
(Trudy McKee.2004)
A. Siklus Nitrogen dan Nitrogen Fiksasi
1. Nitrogen fiksasi
Nitrogen yang diperlukan dalam asam amino (dan untuk basa heterosiklik nukleotida) berasal
dari dua sumber utama: gas nitrogen di atmosfer dan nitrat didalam tanah dan air. Di atmosfer nitrogen
terdapat sekitar 80%, dan merupakan sumber utama dari nitrogen biologis. (Horton.2006)
Karena stabilitas kimia dari gas dinitrogen (N 2) di atmosfer, maka N2 membutuhkan energi yang
besar untuk bereduksi membentuk NH 3.Hal ini disebut sebagai fiksasi nitrogen. Sedikitnya 16 ATP
diperlukan untuk mereduksi satu N2 untuk dua NH3. (Trudy McKee.2004)
Meskipun telah banyak penelitian, fiksasi nitrogen belum sepenuhnya dapat dipahami. Namun,
beberapa aspek dari fiksasi nitrogen telah dijelaskan.
NADH (atau NADPH) adalah sumber utama dari elektron yang diperlukan dalam reduksi
dinitrogen. Molekul koenzim yang berkurang menyumbangkan elektron pada besi-sulfur ferredoxin
protein, yang kemudian di transfer untuk dinitrogenase reduktase. Hidrolisis 16 molekul ATP diperlukan
untuk mentransfer 8 elektron dari reduktase dinitrogenase untuk dinitrogenase untuk memfasilitasi
reduksi satu N2 menjadi dua molekul NH3 dan dua ion hidrogen pada satu molekul H 2. sekali disintesis,
amonia ditranslokasikan keluar dari sel bakteri ke simbiosis sel inang, di mana digunakan dalam sintesis
glutamine. (Trudy McKee.2004)
2. Siklus Nitrogen
Aliran nitrogen dari N2 ke nitrogen oksida, amonia, dan biomolekul nitrogen dan kemudian kembali ke N 2
disebut siklus nitrogen. (Horton.2006)
(Horton.2006)
B. Asimilasi Amoniak
Amonia sering berasimilasi dengan sejumlah besar metabolit dengan molekul berat rendah, melalui
glutamat, asam amino dan glutamin. Pada pH 7, bentuk ionik amonia adalah ion amonium, Namun,
amonia tak berproton NH3 adalah spesies reaktif di pusat katalitik dari banyak enzim.
(Horton.2006)
1. Amonia dalam Glutamat dan Glutamin
Aminasi reduktif α-ketoglutarate ke glutamat oleh glutamat dehidrogenase merupakan salah satu rute
yang sangat efisien untuk penggabungan amonia menjadi pusat jalur metabolisme asam amino.
(Horton.2006)
Ada dua prinsip utama pada penggabungan ion ammonium ke dalam asam amino dan metabolit
lain, yaitu reduktif aminasi asam α-keto dan pembentukan amida dari aspartat dan asam glutamat
kemudian amida nitrogen ditransfer untuk membentuk asam amino lainnya. (Trudy McKee.2004)
Glutamat dehidrogenase, enzim yang ditemukan di kedua mitokondria dan sitoplasma sel
eukariotik dan dalam beberapa sel bakteri, mengkatalisis aminasi langsung α-ketoglutarat:
Bila kelebihan amonia hadir, reaksi didorong menuju sintesis glutamat. Ion amonium juga
digabungkan ke dalam metabolit sel dengan formasi glutamin, amida glutamat:
Pada tumbuhan, NH4+ yang dimasukkan ke dalam molekul organik membutuhkan dua enzim:
glutamin sintase dan glutamat sintase. Setelah NH 4+ digabungkan ke dalam glutamin oleh glutamin
sintase, gugus amida nitrogen 2-keto ditransfer dari-ketoglutarat oleh glutamat sintase. 2 elektron
diperlukan dalam reaksi ini disediakan oleh ferredoxin di beberapa jaringan tanaman (misalnya, daun)
dan NADPH pada jaringan lain (misalnya, akar dan biji berkecambah). (Trudy McKee.2004)
Salah satu dari dua produk glutamat reaksi ini kemudian digunakan sebagai substrat dalam katalis
reaksi sintaase glutamin. Akibatnya, pada tanaman, ada satu molekul jaringan produksi glutamat untuk
setiap NH4+ yang masuk ke dalam proses.
(Trudy McKee.2004)
Reaksi glutamat dehidrogenase berperan pada fisiologis yang berbeda, tergantung pada substrat
dan ketersediaan koenzim dan spesifisitas enzim. Peran utama dari glutamat dehidrogenase pada mamalia
adalah degradasi asam amino dan pelepasan NH4+. (Horton.2006)
Reaksi penting lain untuk asimilasi amonia di banyak organisme adalah pembentukan glutamin
dari glutamat dan NH4+ yang dikatalisis oleh glutamin sintetase . Glutamine adalah donor nitrogen dalam
banyak reaksi biosintesis. Pada mamalia, glutamin membawa nitrogen dan karbon antara jaringan,
menghindari tingkat tinggi racun dalam aliran darah. (Horton.2006)
2. Reaksi Transaminasi
Gugus amino glutamat dapat ditransfer menjadi beberapa asam α-keto dalam reaksi yang
menggunakan enzim sebagai katalis yang disebut transaminase atau aminotransferase. Sebagian besar
asam amino dapat dibentuk oleh transaminasi. Semua transaminase memerlukan koenzim piridoksal
fosfat . Transaminasi lengkap membutuhkan dua setengah reaksi yang digabungkan dengan enzim
pyridoxamine fosfat (PMP). (Horton.2006)
Reaksi ini, dikatalisasi oleh sekelompok enzim disebut sebagai aminotransf yang menghapus atau
transaminase,gugus α-amino ditransfer dari asam α-amino ke α-keto acid:
Pada asam α-keto seperti-ketoglutarat dan piruvat, Gugus karbonil berbatasan langsung dengan
gugus karboksil. Karena reaksi transaminasi bolak-balik, Karbonil berperan penting dalam kedua sintesis
dan degradasi asam amino.
Reaksi transaminasi membutuhkan koenzim piridoksal 5'-fosfat-(PLP), yang berasal dari
pyridoxine (vitamin B6). PLP juga diperlukan dalam berbagai reaksi lain dari asam amino. Contohnya
termasuk racemizations, decarboxylations, dan beberapa modifikasi rantai samping. (Racemizations
adalah reaksi di mana campuran-dan L asam D-amino terbentuk.) Struktur dari vitamin dan bentuk
koenzim yang diilustrasikan pada Gambar 14.2. (Trudy McKee.2004)
PLP terikat pada sisi aktif enzim oleh interaksi nonkovalen dan basa Schiff (R'-CH = N-R, sebuah
aldimine) yang terbentuk dari kondensasi gugus aldehida PLP dan gugus ε-amino dari residu lisin.
Kekuatan stabilisasi tambahan mencakup interaksi ionik antara sisi rantai asam amino dan cincin
pyridinium PLP dan gugus fosfat. Muatan positif cincin pyridinium juga berfungsi sebagai tempat
electron menstabilkan muatan negatif. Substrat asam amino menjadi terikat pada PLP melalui gugus αamino dalam reaksi pertukaran imina. Kemudian salah satu dari tiga ikatan atom α-karbon selektif akan
rusak dalam sisi aktif pada setiap jenis enzim pada PLP. (Trudy McKee.2004)
Selektivitas ini tergantung pada ada atau tidak adanya katalis dan orientasi asam amino pada sisi
aktif. Jika deprotonasi awal dari α-karbon dari donor gugus amino terjadi, maka transaminasi atau
rasemisasi atau penghapusan dapat terjadi. Jika deprotonasi awal tidak terjadi, maka hasilnya
dekarboksilasi. (Trudy McKee.2004)
Meskipun reaksi transaminasi tampak sederhana ,tetapi mekanisme cukup kompleks. Reaksi
dimulai dengan pembentukan basa Schiff antara PLP dan kelompok asam a-amino. Ketika hidrogen atom
dihapus oleh basa umum pada sisi aktif enzim, terjadi stabilisasi resonansi bentuk peralihan. Dengan
sumbangan proton dari asam umum dan hidrolisis berikutnya, asam α-keto barulah dilepaskan dari enzim.
(Trudy McKee.2004)
Sebuah asam α-keto kedua kemudian memasuki situs aktif dan diubah menjadi asam α-amino
dalam pemulihan proses reaksi yang baru saja dijelaskan.
Transaminasi reaksi adalah contoh dari mekanisme reaksi yang disebut sebagai reaksi
biomolekuler ping-pong. Mekanisme ini dinamakan demikian karena pertama substrat harus
meninggalkan situs aktif sebelum yang kedua bisa masuk.
(Trudy McKee.2004)
Sintesis Asam Amino
A. Aspartat dan Asparagin
Aspartat merupakan anggota pertama dari keluarga aspartat asam amino, berasal dari oksaloasetat
dalam reaksi transaminasi.
Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah aspartat transaminase . Aspartat transaminase (AST)
(juga dikenal sebagai glutamat oksaloasetat transaminase, atau GOT), yang paling aktif dari
aminotransferase, dan ditemukan di sebagian besar sel. Karena Isozim AST terjadi baik di mitokondria
dan sitoplasma, reaksinya reversible. Aktivitas enzim ini secara signifikan mempengaruhi aliran karbon
dan nitrogen dalam sel. (Trudy McKee.2004)
Keluarga aspartat juga mengandung asparagin, lisin, metionin, dan treonin. Treonin berkontribusi
pada jalur reaksi dimana isoleusin disintesis. Asparagin, amida dari aspartat, tidak terbentuk langsung dari
aspartat dan NH4+. (Trudy McKee.2004)
Asparagin disintesis oleh ATP dari nitrogen amida glutamin dalam reaksi yang dikatalisasi oleh
asparagin sintetase. Dalam beberapa bakteri, asparagin sintetase mengkatalisis pembentukan asparagin
dari aspartat menggunakan amonia daripada glutamat sebagai sumber dari kelompok amida. Reaksi ini
mirip dengan reaksi yang dikatalis oleh glutamine sintetase. Dalam beberapa kasus, asparagin sintetase
dapat menggunakan salah amonia atau glutamat sebagai substrat. (Horton.2006)
B. Lisin, Metionin, dan Threonine
Aspartat adalah komponen awal dari lisin, metionin, treonin dan. tahap ini dikatalis oleh aspartat
semialdehid dehidrogenase. Kedua enzim terdapat dalam bakteri, protista, jamur, dan tanaman tetapi
tidak ditemukan pada hewan. Akibatnya, hewan tidak dapat mensintesis lisin, metionin, dan treonin.
(Horton.2006)
(Horton.2006)
C. Alanin, Valin, Leusin, dan Isoleusin
Keluarga piruvat terdiri dari alanin, valin, leucine, dan isoleucine. Alanine disintesis dari piruvat
dalam satu langkah:
(Trudy McKee.2004)
Piruvat bergabung dengan α-ketobutyrate melalui serangkaian tiga reaksi yang mengarah ke
rantai bercabang antara α-keto-β-methylvalerate. Kompleks ini kemudian dikonversi ke isoleusin dalam
reaksi transaminasi. Enzim yang menjadi katalis sintesis α-keto-β-methylvalerate juga mengkatalisis
sintesis dari-ketoisovalerate dengan menggabungkan dua molekul piruvat daripada satu molekul piruvat
dan satu molekul α-ketobutyrate. α-Ketoisovalerate diubah langsung ke valin oleh valin transaminase.
Enzim yang sama yang mengkatalis sintesis isoleusin dari α-keto-β-methylvalerate
(Horton.2006)
Valine dan isoleusin disintesis paralel dengan empat enzim yang sama. Sintesis valin diawali
dengan kondensasi piruvat dengan hidroksietil - TPP ( produk dekarboksilasi dari piruvat tiamin
pirofosfat ).Produk α-acetolactate kemudian dikurangi untuk membentuk α,β- dihydroxyisovalerate
diikuti oleh dehidrasi α- ketoisovalerate . Valin diproduksi dalam reaksi transaminasi berikutnya.
Sintesis isoleusin juga melibatkan hidroksietil - TPP , yang mengembun dengan α- ketobutyrate
untuk membentuk α- aceto - α- hidroksibutirat . ( α- Ketobutyrate berasal dari reaksi deaminasi L treonin dengan katalis treonin deaminase . ) α, β - Dihydroxy -β- methylvalerate , berkurangnya produk
α- aceto - α- hidroksibutirat , dan hilangnya molekul H 2O , maka terbentuklah α-keto-β-methylvalerat .
isoleusin kemudian dihasilkan selama reaksi transaminasi . Langkah pertama dari biosintesis leusin
dari α- ketoisovalerate , asetil CoA menyumbangkan dua unit karbon . Leusin terbentuk setelah
isomerisasi , pengurangan , dan transaminasi . (Trudy McKee.2004)
D. Glutamat , Glutamin , Arginin , dan Prolin
Keluarga glutamat meliputi glutamate,glutamin, prolin, dan arginin. Seperti dijelaskan, αketoglutarat mungkin dikonversi menjadi glutamat oleh aminasi reduktif dan oleh reaksi transaminasi
melibatkan sejumlah asam amino. Meskipun kontribusi relatif dari reaksi sintesis glutamat bervariasi
dengan jenis sel dan kondisi metabolisme, transaminasi memainkan peran utama dalam kebanyakan
sintesis molekul glutamat dalam sel eukariotik. Selain sebagai komponen protein dan sebagai prekursor
untuk asam amino lainnya, glutamat juga digunakan dalam sistem saraf pusat sebagai neurotransmitter
rangsang. (Trudy McKee.2004)
Pengubahan glutamat menjadi glutamin, dikatalisis oleh glutamin sintase, yang berlangsung di
sejumlah jaringan mamalia (hati, otak, ginjal, otot, dan usus). BCAA ( rantai cabang asam amino)
merupakan sumber penting dari gugus amino dalam sintesis glutamine. Gugus amino BCAA mungkin
digunakan terutama untuk sintesis asam amino nonesensial. Selain perannya dalam sintesis protein,
glutamine adalah pendonor gugus amino dalam berbagai reaksi biosintesis (misalnya, purin, pirimidin,
dan sintesis gula amino) dan sebagai bentuk penyimpanan dan transportasi yang aman dari NH 4+ .
(Trudy McKee.2004)
Prolin merupakan turunan glutamat. γ-glutamyl fosfat direduksi menjadi glutamat-y-semialdehid.
enzim yang mengkatalisis fosforilasi glutamat (γ-glutamil kinase) diatur oleh umpan balik negatif inhibisi
oleh prolin. Siklus glutamat-γ-semialdehid spontan membentuk Δ-pyrroline-5-karboksilat. Reduktase Δpyrroline-5-karboksilat mengkatalisis reduksi Δ-pyrroline-5-karboksilat membentuk prolin. interkonversi
Δ-pyrroline-5-karboksilat dan prolin dapat bertindak sebagai shuttle mekanisme untuk mentransfer
kekurangan ekivalen yang berasal dari jalur fosfat pentosa ke dalam mitokondria. Prolin juga dapat
disintesis dari ornithine, pada siklus urea. (Trudy McKee.2004)
(Horton.2006)
E. Serine, Glycine, and Cysteine
Tiga asam-serin, glisin, dan amino sistein-berasal dari glikolitik / gluconeogenic 3-fosfogliserat.
Serin disintesis dari 3 -phosphoglycerate dalam tiga langkah. Pertama, substituen hidroksil sekunder 3fosfogliserat dioksidasi menjadi kelompok keto, membentuk 3-phosphohydroxypyruvate. Senyawa ini
mengalami transaminasi dengan glutamat untuk membentuk 3-phosphoserine dan α-ketoglutarat.
Akhirnya, 3 - phosphoserine dihidrolisis untuk memberikan serin dan Pi. (Horton.2006)
Serin merupakan sumber utama dari glisin melalui reaksi reversibel yang dikatalisasi oleh serin
hydroxymethyltransferase . Dalam mitokondria tanaman dan bakteri, aliran fluks reaksi ini adalah menuju
serin
yang
menyediakan
hydroxymethyltransferase
rute
ke
membutuhkan
serin
dua
yang
berbeda
kofaktor:
PLP
atau
gugus
yang
lain.
prostetik
Reaksi
dan
Serin
kosubstrat
tetrahydrofolate. (Horton.2006)
Pada sebagian besar spesies, biosintesis sistein dari serin terjadi dalam dua langkah Pertama,
gugus asetil dari asetil CoA ditransfer ke substituen b-hidroksil serin, membentuk O-acetylserine.
Selanjutnya, digantikan oleh kelompok sulfide asetat untuk membentuk sistein. (Horton.2006)
Serin adalah sumber utama dari glisin. Jumlah yang lebih kecil dari glisin dapat diturunkan dari
kolin. Sintesis glisin dari kolin terdiri dari dehydrogenations dan serangkaian dimethylations. Glisin
bertindak sebagai penghambat neurotransmitter dalam sistem saraf pusat. Ketika pemancar neuro
penghambatan mengikat reseptor sel saraf, yang biasanya terkait dengan saluran klorida, membran
menjadi hiper-terpolarisasi dikarenakan membran lebih negatif dalam neuron terpolarisasi daripada di
neuron yang sedang istirahat. (Trudy McKee.2004)
Sintesis sistein adalah komponen utama dari metabolisme belerang. Kerangka karbon sistein
berasal dari serin.
Hewan tidak memiliki jalur biosintesis sistein yang normal. Namun demikian, sistein masih dapat
disintesis pada hewan sebagai produk sampingan degradasi metionin. Dalam langkah pertama, serin
mengembun dengan homosistein, senyawa antara dalam biosintesis metionin. Produk dari reaksi
kondensasi, cystathionine, dibelah menjadi ketobutyrate dan sistein. (Horton.2006)
F. Fenilalanin , Tirosin , dan Triptofan
Keluarga aromatic asam amino meliputi fenilalanin, triptofan dan tirosin. Kunci penjelasan dari
jalur sintesis asam amino aromatik adalah dari beberapa pengamatan bakteri dengan mutasi gen tunggal
yang membutuhkan sebanyak lima senyawa untuk pertumbuhan : fenilalanin , tirosin , triptofan , p hydroxybenzoate , dan p - aminobenzoate . Senyawa ini semuanya mengandung cincin aromatik .
ketidakmampuan mutan tumbuh tanpa senyawa ini akan dibatalkan pada saat shikimate tersedia. Hal ini
menunjukkan bahwa metabolit ini merupakan perantara dalam biosintesis semua senyawa aromatik.
Chorismate , turunan dari shikimate , adalah cabang dalam sintesis asam amino aromatik . Jalur untuk
shikimate dan chorismate dimulai dengan kondensasi fosfoenolpiruvat dan erythrose 4 - fosfat untuk
membentuk tujuh turunan gula karbon dan Pi. Jalur dari shikimate ke chorismate melibatkan fosforilasi
shikimate , penambahan gugus asetil dari fosfoenolpiruvat , dan defosforilasi. Hewan tidak memiliki
enzim dari jalur chorismate . Mereka tidak dapat mensintesis chorismate dan , akibatnya , tidak dapat
mensintesis salah satu asam amino aromatik . (Horton.2006)
Dalam sintesis fenilalanin pada E. coli, chorismate bifunctional dehydratase mutase-prephenate
mengkatalisis penataan chorismate untuk menghasilkan prephenate, suatu senyawa yang sangat reaktif.
Selanjutnya, enzim mengkatalisis penghapusan ion hidroksida dan CO2 dari prephenate untuk
membentuk sepenuhnya aromatic phenylpyruvate produk, yang kemudian ditransaminasi untuk
fenilalanin. Sebuah chorismate bifunctional mutase-prephenate dehidrogenase yang mirip mempercepat
pembentukan prephenate dan kemudian 4-hydroxyphenylpyruvate di cabang tirosin. Dan mengalami
transaminasi perantara untuk membentuk tirosin. Beberapa bakteri dan beberapa tanaman mengikuti jalur
yang sama dari chorismate ke fenilalanin dan tirosin sebagai E. coli meskipun mutase chorismate dan
dehydratase prephenate atau kegiatan dehidrogenase prephenate berada di rantai polipeptida terpisah.
Beberapa bakteri lain menggunakan jalur alternatif di mana prephenate pertama ditransaminasi dan
kemudian dekarboksilasi. Biosintesis triptofan dari chorismate membutuhkan lima enzim. Langkah
pertama, nitrogen amida glutamin ditransfer ke chorismate; eliminasi dari gugus hidroksil dan piruvat
bagian yang berdekatan dari chorismate menghasilkan aromatik senyawa anthranilate . (Horton.2006)
Anthranilate menerima phosphoribosyl dari PRPP. Penataan ulang dari ribosa, dekarboksilasi,
dan cincin tertutup yang menghasilkan indole gliserol fosfat. (Horton.2006)
Dua reaksi akhir dari biosintesis triptofan dikatalisis oleh tryptophan synthase. Dalam beberapa
organisme , dua domain katalitik independen sintase tryptophan terdapat pada rantai polipeptida tunggal .
Pada organisme lain , enzim terdiri dari dua jenis subunit dalam tetramer α2β2 . Subunit alfa atau domain
mengkatalisis pembelahan indole gliserol fosfat menjadi gliseraldehida 3 - fosfat dan indole . Subunit beta
atau domain mengkatalis kondensasi indole dan serin dalam reaksi yang memerlukan PLP sebagai
kofaktor . Indole yang dihasilkan dalam reaksi, dikatalis oleh alfa subunit tetramers α2β2 kemudian
disalurkan atau ditransfer langsung ke situs aktif dari subunit β . Ketika struktur tiga dimensi dari sintase
triptofan dari Salmonella typhimurium ( organisme sintase triptofan yang memiliki struktur oligomer
α2β2 ) ditentukan dengan kristalografi sinar-X , ditemukan sebuah terowongan tempat bergabungnya
situs aktif α dan β. Diameter terowongan sesuai dengan dimensi molekul indole , jadi bagian dari indole
yang melalui terowongan akan menjelaskan mengapa indole tidak berdifusi.
(Horton.2006)
G. Histidin
10 langkah biosintesis histidin pada bakteri diawali dengan kondensasi antara cincin pirimidin dengan
turunan ribosa , phosphoribosyl pirofosfat (PRPP) . Pada reaksi berikutnya ,enam bagian dari cincin
adenin dibelah, dan glutamine akan memberikan atom nitrogen yang dimasukkan melalui tahap siklisasi
ke cincin produk imidazol , imidazole gliserol fosfat. Sebagian besar atom karbon dan nitrogen dari ATP
yang dibebaskan sebagai aminoimidazole carboxamide ribonucleotide, dalam biosintesis purin (Bagian
18.1). Metabolit ini kemudian dapat didaur ulang menjadi ATP. Imidazole gliserol fosfat mengalami
dehidrasi, transaminasi oleh glutamat, penghapusan hidrolitik dari fosfat, dan oksidasi dari tingkat alkohol
primer dengan asam karboksilat dalam dua langkah berurutan, membentuk histidin. (Horton.2006)
DAFTAR PUSTAKA
Horton,Robert.2006.Principle of Biochemistry.
McKee,McKee.2004.Biochemistry : The Molecular Basis Of Life , 3rd edition. Mc Graw Hill.New York