MODUL BIOKIMIA PROGRAM STUDI DIV TEKNOLOGI LABORATORIUM MEDIS INSTITUT KESEHATAN MEDISTRA LUBUK PAKAM

(1)

1 | Program Studi Teknologi Laboratorium Medik Fakultas Farmasi Institut Kesehatan Medistra Lubuk Pakam

MODUL BIOKIMIA

PROGRAM STUDI DIV TEKNOLOGI LABORATORIUM MEDIS

INSTITUT KESEHATAN MEDISTRA

LUBUK PAKAM

(2)

VISI dan MISI

INSTITUT KESEHATAN MEDISTRA LUBUK PAKAM

Visi

Menjadi Institut yang unggul dan profesional dalam bidang kesehatan di tingkat Nasional dan Asia tahun 2028.

Misi

1. Menyelenggarakan pendidikan dan pengajaran yang unggul, berkarakter, dan kompeten yang adaptif terhadap perkembangan ilmu pengetahuan, teknologi, seni dan globalisasi;

2. Menyelenggarakan penelitian yang inovatif, produktif dan responsif terhadap ilmu pengetahuan, teknologi dan kebutuhan masyarakat;

3. Menyelenggarakan kegiatan pengabdian kepada masyarakat berlandaskan nilai dan tanggung jawab sosial; dan

4. Menjalin kerjasama yang baik dengan stakeholder mulai dari pemerintah, dunia usaha dan masyarakat sebagai pengguna lulusan.

(3)

VISI dan MISI FAKULTAS FARMASI

Visi

Menghasilkan lulusan yang unggul dan professional dalam mutu pendidikan di bidang Farmasi Klinis dan Komunitas serta Mikrobiologi Molekuler Klinis yang Mampu Bersaing di tingkat Nasional dan Asia Tahun 2022.

Misi

1) Menyelenggarakan proses belajar mengajar yang kondusif dengan sistem yang mendukung pada FF sehingga pembelajaran tersebut menghasilkan prodi yang dapat menghasilkan alumni berkarakter unggul, kompeten, dan excellent service;

2) Menyelenggarakan proses praktik laboratorium yang kondusif dan handal di berbagai fasilitas pelayanan kesehatan masyarakat;

3) Mengoptimalkan dan mengimplementasikan penelitian bidang Farmasi Klinis dan Komunitas dan Mikrobiologi Molekuler Klinis dengan menggunakan pendekatan riset dalam bidang Farmasi dan Teknologi Laboratorium Medik;

4) Mengimplementasikan program pengabdian kepada masyarakat berbasis riset untuk menyelesaikan berbagai permasalahan di bidang Farmasi dan Teknologi Laboratorium Medik;

dan

5) Mengembangkan kerjasama dengan institusi pendidikan, pelayanan, organisasi, dan stakeholders baik dalam maupun luar negeri.

(4)

VISI dan MISI

PROGRAM STUDI TEKNOLOGI LABORATORIUM MEDIK

Visi

Menjadi program studi yang unggul dan professional dalam bidang Mikrobiologi Molekuler Klinis Tahun 2022

Misi

1. Menyelenggarakan pendidikan Teknologi Laboratorium Medik yang unggul dan excelent service dalam bidang Mikrobiologi Molekuler Klinis;

2. Menyelenggarakan proses praktik laboratorium yang kondusif diberbagai fasilitas pelayanan kesehatan masyarakat;

3. Mengoptimalkan dan mengimplementasikan penelitian di bidang Mikrobiologi Molekuler Klinis dengan menggunakan pendekatan riset dalam bidang Teknologi Laboratorium Medik;

4. Mengimplementasikan program pengabdian kepada masyarakat berbasis riset untuk menyelesaikan berbagai permasalahan di bidang Mikrobiologi Molekuler Klinis; dan

5. Mengembangkan kerjasama dengan institusi pendidikan, pelayanan, organisasi, dan stakeholders baik dalam maupun luar negeri.

(5)

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kepada kehadirat Allah SWT, karena atas izin-Nya Modul dari Mata Kuliah Biokimia ini dapat diselesaikan. Modul ini disusun untuk menambah bahan bacaan mahasiswa dalam mengikuti perkuliahan Biokimia.

Modul Biokimia ini disusun untuk memenuhi kebutuhan mahasiswa Program Studi Teknologi Laboratorium Medik Fakultas Farmasi Institut Kesehatan Medistra Lubuk Pakam dalam menempuh matakuliah Biokimia. Modul ini disusun dengan kualifikasi merangkum semua materi teoritis.

Penyusun mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang tidak bisa disebutkan satu per satu atas selesainya modul ini. Penyusun menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan modul ini. Oleh karena itu segala masukan dari berbagai pihak sangat diharapkan guna penyempurnaan modul ini.

Lubuk Pakam, Oktober 2021

(6)

DAFTAR ISI

VISI dan MISI INSTITUT KESEHATAN MEDISTRA LUBUK PAKAM ... 2

VISI dan MISI FAKULTAS FARMASI ... 3

VISI dan MISI TEKNOLOGI LABORATORIUM MEDIK ... 4

KATA PENGANTAR ... 5

DAFTAR ISI ... 6

BAB I ... 7

A. Karbohidrat ... 7

B. Protein ... 10

C. Lipid ... 13

D. Asam Nukleat ... 15

BAB II ... 18

A. Metabolisme Protein ... 18

B. Metabolisme Asam Amino ... 24

BAB III ... 33

A. Pengertian Biosintesis Protein ... 33

BAB IV ... 41

BAB V ... 46

A. Pengertian Darah ... 46

B. Hemostasis ... 46

BAB VI ... 57

A. Vitamin A ... 57

B. Vitamin C ... 59

C. Vitamin E ... 61

BAB VII ... 66

BAB VIII ... 69

A. Pengertian Antioksidan ... 69

B. Penggunaan Antioksidan ... 69

C. Mekanisme Antioksidan ... 69

BAB IX ... 73

A. Sumber – Sumber Antioksidan ... 73

BAB X ... 76

A. Mekanisme Penghambatan Radikal Bebas ... 76

BAB XI ... 77

A. Defenisi Protein ... 77

B. Sumber – Sumber Protein ... 77

C. Pencernaan Protein ... 78

DAFTAR PUSTAKA ... 80

(7)

BAB I

STRUKTUR DAN FUNGSI BIOMOLEKUL

Biomolekul adalah senyawa organik yang dapat ditemukan dalam tubuh makhluk hidup. Pada umumnya biomolekul adalah senyawa yang berukuran relatif besar, sehingga beberapa jenis biomolekul termasuk makromolekul. Dalam artikel ini akan dibahas empat kelompok biomolekul yang utama pada makhluk hidup, yaitu karbohidrat, protein, lipid, dan asam nukleat.

1. Karbohidrat

Nama karbohidrat (“hidrat karbon”) berasal dari rumus empiris senyawa-senyawa kelompok ini yang dapat dinyatakan dengan Cx(H2O)y. Sebagai contoh, glukosa memiliki rumus molekul C6H12O6 atau C6(H2O)6. Namun, karbohidrat sebenarnya bukanlah hidrat dari karbon. Karbohidrat merupakan senyawa polihidroksialdehida ataupun polihidroksiketon.

a. Penggolongan karbohidrat

Berdasarkan hasil hidrolisisnya, karbohidrat dapat dikelompokkan menjadi:

1) Monosakarida, yaitu karbohidrat yang paling sederhana, tidak dapat dihidrolisis menjadi karbohidrat yang lebih sederhana. Misalnya, glukosa, fruktosa, ribosa, dan galaktosa.

2) Disakarida, yaitu karbohidrat yang bila dihidrolisis terurai menjadi dua molekul monosakarida.

Misalnya:

(8)

 sukrosa terdiri dari satu molekul glukosa dan satu molekul fruktosa

 maltosa terdiri dari dua molekul glukosa

 laktosa terdiri dari satu molekul glukosa dan satu molekul galaktosa

3) Polisakarida, yaitu karbohidrat yang bila dihidrolisis terurai menjadi banyak (lebih dari 10) molekul monosakarida. Misalnya:

 amilum (pati) yang merupakan polimer dari D-glukosa.

Amilum dapat dipisahkan menjadi dua bagian, yaitu amilosa (~20%) dan amilopektin (~80%).

Amilosa berbentuk rantai lurus dengan ikatan glikosida α-1,4‟-. Amilopektin berbentuk rantai bercabang yang juga dihubungkan ikatan α-1,4‟, dengan percabangan melalui ikatan glikosida α-1,6‟.

 glikogen yang merupakan polimer dari D-glukosa bercabang dengan ikatan glikosida α-1,4‟- dan α-1,6‟-.

 selulosa yang merupakan polimer dari D-glukosa lurus dengan ikatan glikosida β-1,4‟-.

(9)

a. a. Uji karbohidrat

 Uji Molisch

Uji ini digunakan untuk menunjukkan adanya karbohidrat dalam sampel. Mula-mula larutan sampel diberi beberapa tetes larutan α-naftol, lalu diberi H2SO4 pekat secukupnya hingga terbentuk dua lapisan cairan. Bila terbentuk cincin warna merah keunguan, larutan sampel mengandung karbohidrat.

 Uji Fehling dan Uji Benedict

Uji ini digunakan untuk menunjukkan adanya gula pereduksi, yaitu monosakarida dan disakarida (kecuali sukrosa). Gula pereduksi akan bereaksi dengan pereaksi Fehling ataupun pereaksi Benedict menghasilkan endapan merah bata Cu2O.

 Uji iodin

Uji ini digunakan untuk menunjukkan adanya amilum. Larutan sampel yang mengandung amilum (amilosa) setelah diberi larutan iodin akan menghasilkan warna biru.

(10)

2. Protein

Protein merupakan polimer dari asam α-amino. Massa molekul realtifnya berkisar dari 6000 hingga beberapa juta. Unsur utama penyusun protein adalah C, H, O, dan N.

a. Asam amino

Asam amino merupakan suatu golongan senyawa karbon yang setidaknya mengandung satu gugus karboksil (−COOH) dan satu gugus amino (−NH2). Asam amino dalam protein disebut juga asam α-amino, karena gugus aminonya terikat pada atom C-α (atom C yang terikat langsung pada gugus karboksil). Struktur umum dari asam amino ditunjukkan pada gambar berikut.

Asam amino yang satu dengan asam amino yang lain berbeda pada gugus −R yang terikat pada atom C-α. Berikut terdapat 20 macam asam amino yang umum dikenal.

Protein tersusun dari sekitar 20 macam asam amino tersebut yang dapat dibedakan menjadi asam amino esensial dan asam amino nonesensial. Asam amino esensial adalah asam amino yang tidak dapat disintesis di dalam tubuh manusia, sehingga harus disuplai dari makanan. Asam amino esensial terdiri dari 10 macam, yaitu histidin, arginin, valin, leusin, isoleusin, treonin, triptofan, lisin, metionin, dan fenilalanin. Asam amino nonesensial adalah asam amino yang dapat disintesis dalam tubuh manusia.

Sifat-sifat asam amino:

a. Dapat membentuk ion zwitter, yaitu ion dipolar yang terbentuk dari reaksi asam-basa intramolekul

(11)

b. Bersifat amfoter (dapat bereaksi dengan asam maupun dengan basa) c. Merupakan senyawa optis aktif, kecuali glisin

d. Dapat berikatan dengan asam amino lain melalui ikatan peptida

Struktur protein dapat dibedakan ke dalam empat tingkatan, yaitu:

1. Struktur primer: urut-urutan asam amino dalam rantai polipeptida.

2. Struktur sekunder: susunan rantai polipeptida menggulung seperti spiral (heliks-α) ataupun berbaris bersisian (lembar-β) oleh karena adanya gaya-gaya nonkovalen, seperti ikatan hidrogen.

3. Struktur tersier: susunan tiga dimensi dari struktur sekunder yang terbentuk melalui ikatan hidrogen, ikatan disulfida, interaksi hidrofobik/hidrofilik, serta ikatan ion.

4. Struktur kuartener: susunan tiga dimensi yang terdiri atas beberapa rantai peptida.

(12)

Struktur protein: primer, sekunder, tersier, dan kuarterner Sumber gambar: Brown, Theodore L. et al.

2015. Chemistry: The Central Science (13th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.

Uji protein

 Uji Ninhidrin

Uji ini digunakan untuk menunjukkan adanya asam amino dan/atau protein dalam sampel. Mula- mula larutan sampel diberi beberapa tetes larutan ninhidrin yang tidak berwarna, lalu dipanaskan beberapa menit. Bila terbentuk warna ungu, larutan sampel mengandung asam amino atau protein.

 Uji Biuret

Uji ini digunakan untuk menunjukkan adanya ikatan peptida, sehingga dapat mendeteksi protein namun tidak dapat mendeteksi asam amino bebas. Mula-mula larutan sampel ditetesi larutan NaOH, lalu ditetesi larutan CuSO4 encer. Jika terbentuk warna ungu, larutan sampel mengandung protein.

(13)

 Uji Xantoproteat

Uji ini digunakan untuk menunjukkan adanya protein yang mengandung gugus fenil (cincin benzena). Bila protein yang mengandung cincin benzena dipanaskan dengan asam nitrat pekat, maka akan terbentuk warna kuning yang dapat berubah menjadi jingga jika dibuat alkalin (basa) dengan larutan NaOH.

 Uji Belerang

Uji ini digunakan untuk menunjukkan adanya unsur belerang (sulfur) dalam protein. Mula-mula larutan protein yang telah ditetesi larutan NaOH pekat dipanaskan, lalu diberi beberapa tetes larutan timbal(II) asetat. Jika terbentuk endapan hitam (PbS), protein tersebut mengandung belerang.

3. Lipid

Lipid merupakan kelompok biomolekul yang terdiri dari beragam senyawa organik tidak larut dalam air, tetapi larut dalam pelarut-pelarut organik nonpolar seperti kloroform dan eter. Penggolongan lipid cenderung didasarkan pada sifat fisik (kelarutan), bukan pada struktur senyawa. Berikut akan dibahas tiga golongan lipid yang penting, yaitu:

a. Lemak dan minyak

Lemak (fat) seperti mentega dan minyak (oil) seperti minyak kelapa, merupakan ester dari gliserol dengan asam-asam lemak. Oleh karena itu, lemak dan minyak sering juga disebut sebagai trigliserida.

Perbedaan utama dari lemak dan minyak adalah wujudnya dalam suhu ruang. Lemak mengandung lebih banyak asam lemak jenuh sehingga berwujud padat pada suhu ruang. Sedangkan, minyak mengandung lebih banyak asam lemak tak jenuh sehingga berwujud cair pada suhu ruang.

(14)

Berikut struktur umum dari trigliserida (lemak dan minyak), dengan R1, R2, dan R3 adalah rantai hidrokarbon yang jumlah atom karbonnya dari 3 hingga 23.

Lemak merupakan lipid yang dapat mengalami reaksi hidrolisis dengan menggunakan asam kuat atau enzim lipase. Hasil hidrolisis lemak adalah gliserol dan asam lemak.

b. Fosfolipid

Fosfolipid juga merupakan ester dari gliserol yang hanya terdapat dua asam lemak yang terikat pada gliserol sedangkan gugus alkohol yang ketiga mengikat gugus fosfat. Berbeda dengan lemak yang bersifat hidrofob, fosfolipid bersifat amfifilik, karena terdiri dari ekor nonpolar yang hidrofob dan kepala polar yang hidrofil.

(15)

c. Steroid

Steroid merupakan lipid tak terhidrolisis yang bukan golongan ester. Struktur dasar steroid terdiri dari 17 atom karbon yang membentuk sistem cincin tetrasiklik.

4. Asam Nukleat

Asam nukleat adalah biomolekul yang berperan penting dalam penurunan sifat-sifat genetik dan sintesis protein. Ada dua jenis asam nukleat, yaitu asam deoksiribonukleat (DNA =

(16)

deoxyribonucleic acid) dan asam ribonukleat (RNA = ribonucleic acid). DNA maupun RNA merupakan polimer dari nukleotida. Nukleotida terdiri atas tiga komponen, yaitu:

 Gula pentosa

Gula pentosa penyusun DNA adalah 2-deoksi-D-ribosa, sedangkan gula pentosa penyusun RNA adalah D-ribosa.

 Gugus fosfat

Gugus fosfat menghubungkan satu nukleotida dengan nukleotida yang lain. Pada gugus fosfat terbentuk ikatan fosfodiester yang mengikat gula pentosa dari dua molekul nukeotida.

 Basa nitrogen

(17)

Lima basa nitrogen yang menyusun asam nukleat adalah adenin, guanin, sitosin, timin, dan urasil.

Adenin, guanin, dan sitosin terdapat pada DNA maupun RNA. Sedangkan, timin hanya terdapat pada DNA dan urasil hanya terdapat pada RNA.

(18)

BAB II

METABOLISME BIOMOLEKUL 1. Metabolisme Protein

a. Pencernaan Protein

Sebagian besar nitogen dalam makanan dikonsumsi dalam bentuk protein, biasanya berjumlah dari 70-100 g/hari. Protein biasanya terlalu besar untuk di absorpsi di usus halus. Kecuali pada neonatus yang dapat mengambil antibodi ibu didalam air susu ibu. Karena itu, protein harus dihidrolisis untuk menghasilkan di- dan tripeptidase demikian juga kandungan asam amino yang dapat diserap.

Enzim proteolitik yang berperan dalam mendegradasi protein dihasilkan oleh 3 organ berbeda:

lambung, pankreas, dan usus halus.

1) Pencernaan protein oleh sekresi lambung

Pencernaan protein dimulai di lambung, yang mensekresi getah. Larutan-larutan unik yang mengandung asam hidroklorat dan ekoenzim,pepsinogen.

a. Asam Hidroklorat: asam terlalu cair (pHnya 2 sampai 3) untuk menghidrolisis protein.

Fungsi asam selain untuk membunuh bakteri dan mendenaturasi protein, juga membuat bakteri menjadi lebih rentan terhadap hidrolisis berikutnya oleh protease.

b. Pepsin : asam endopeptidase yang stabil ini disekresi oleh sel serosa lambung dalam bentuk zimogen yang tidak aktif (proenzim), pepsinogen. Secara umum zimogen mengandung asam amino tambahan didalam rangkaiannya, yang mencegah katalisasi zat ini secara aktif. Pepsinogen diaktifkan menjadi pepsin. Baik oleh HCl atau secara autokatalik oleh molekul pepsin lain yang sebelumnya telah diaktivasi.

2.) Pencernaan Protein oleh enzim Pankreas

Ketika memasuki usus halus, polipeptida besar yang dihasilkan di lambung melalui kerja pepsin selanjutnya akan dipecah menjadi oligopeptida dan asam amino oleh sekelompok

(19)

protease pankreas yang meliputi endopeptidase (pemecahan disebelah dalam), maupun eksopeptidase (pemotongan pada ujung)

a. Spesifisitas : setiap enzim ini memiliki spesifisitas yang berbeda untuk gugus R asam amino yang berdekatan dengan ikatan peptida yang rentan. Misalnya tripsin hanya terurai jika gugus karbonil ikatan peptida didapatkan dari ariginin dan lisin. Enzim ini seperti pepsin yang telah dijelaskan diatas,disintesis dan disekresi sebagai zimogen yang tidak aktif.

b. Pelepasan zimogen: pelepasan dan aktivasi zimogen pankreas diperantai oleh sekresi oleh kolesistokinin dan sekretin. Dua hormon polipeptida saluran cerna.

c. Pengaktifan zimogen: Entiropeptidase enzim yang disintesis dan ditemukan dimembran brush border permukaan lumen sel mukosa usus halus mengubah zimogen tripsinogen pankresan menjadi tripsin dengan cara membuang heksapeptida dari ujung- N tripsinogen. Tripsin selanjutnya mengubah molekul tripsinogen lainnya menjadi tripsin dengan memecah ikatan peptida yang spesifik di zimogen dalam jumlah terbatas.

3) Fiksasi Nitrogen

Fiksasi nitrogen adalah proses molekul nitrogen (N2) di udara diubah menjadi amonia (NH3) atau senyawa nitrogen yang terkait dalamtanah atau sistem akuatik.5 Nitrogen atmosfer adalah dinitrogen molekuler , molekul yang relatif tidak reaktif secara metabolik tidak berguna bagi semua kecuali beberapa mikroorganisme. Fiksasi nitrogen biologis atau diazotrofi adalah proses penting yang dimediasi secara yang mengubah gas di nitrogen (N2) menjadi amonia (NH 3) menggunakan kompleks protein nitrogenase (Nif).

Fiksasi nitrogen penting untuk kehidupan karena senyawa nitrogen anorganik tetap diperlukan untuk biosintesis semua senyawa organik yang mengandung nitrogen seperti asam amino dan protein, nukleosida trifosfat dan asam nukleat. Sebagai bagian dari siklus

(20)

nitogen, ini penting untuk pertanian dan pembuatan pupuk. Ini juga, tidak secara langsung, relevan dengan pembuatan semua senyawa kimia nitrogen, yang mencakup beberapa bahan peledak, obat-obatan, dan pewarna.

Fiksasi nitrogen dilakukan secara alami di dalam tanah oleh mikroorganisme yang disebut diazotrof yang termasuk bakteri seperti Azotobacter dan archaea. Beberapa bakteri pengikat nitrogen memiliki hubungan simbiosis dengan kelompok tumbuhan terrutama legum.

Hubungan non-simbiosis yang lebih longgar antara diazotrof dan tanaman sering disebut sebagai asosiatif, seperti yang terlihat pada fiksasi nitrogen pada akar padi. Fiksasi nitrogen terjadi antara beberapa rayap dan jamur. Itu terjadi secara alami di udara melalui NO produksi dengan petir.

4) Siklus Urea

a. Reaksi Di dalam Siklus

Dua reaksi petama terpenting pada sintesis urea terjadi di matriks mitokondria, sedangkan sisa enzim di dalam siklus terletak didalam sitosol.

1. Pembentukan Karbamoil fosfat: pembentukan karbamoil fosfat oleh karbamoil fosfat sintetase 1(CPS1) dilakukan melalui pemecahan dua molukel ATP. Amonia yang digabungkan dengan karbamoil fosfat terutama disediakan melalui deaminasi oksidasi glutamat dehidrogenase mitokondria. Pada akhirnya atom nitogen yang berasal dari amonia ini menjadi salah satu nitrogen urea.

2. Pembentukan Sitrulin: bagian karbamoil fosfat akan ditransfer ke ornitin oleh enzim ornitin transkarbamoilase (OTC) ketika fosfat berenergi tinggi dilepas sebagai fosfat anorganik. Pada reaksinya, yaitu sitrulin dibawa kedalam sitosol.

3. Sintesis arginosuksinat: arginosuksinat sintetasi menggabungkan sitrulin dengan aspartat untuk membentuk arginosuksinat.gugus α-Amino dari aspartat menyediakan

(21)

nitrogen kedua, yang pada akhirnya bergabung dengan urea. Pembentukan arginosuksinat dilakukan melalui pemecahan ATP menjadi AMP dan pirofosfat (Ppi). ATP tersebut merupakan molekul ATP ketiga dan terakhir yang dipakai dalam pembentukan urea.

4. Pemecahan arginosuksinat: Arginosuksinat dipecah oleh arginosuksinat liase untuk menghasilkan arginin dan furamat. Arginin yang dibentuk melalui reaksi ini berperan sebagai prekursor antara urea. Fumarat yang dihasilkan dari siklus urea akan dihidrasi menjadi malat sehingga membentuk hubungan dengan beberapa jalur metabolisme.

Misalnya malat dapat diangkat kedalam mitokondria melalui shuttle malat dan masuk kembali kedalam siklus TCA dan mengalami oksidasi untuk membentuk oksaloasetat (OAA) yang digunakan untuk untuk glukoneogenesis.(catatan: oksidasi malat menghasilkan NADH dan selanjutnya ATP). Alternatif lain, OAA dapat diubah menjadi aspartat melalui transaminasi dan dapat masuk kedalam siklus urea (lihat gambar 1.6).

5. Pemecahan arginin menjadi ornitin dan urea: arginase memecah arginin menjadi ornitin dan urea, dan hanya terjadi didalam hati. Jadi sementara dijaringan lain seperti ginjal, dapat mensintesis arginin melalui reaksi ini, hanya hati yang dapat memecah argini, dengan demikian akan mensintesis urea.

6. Nasib urea: Urea berdifusi dari hati dan diangkut melalui darah ke ginjal yang akan difiltrasi dan diekskresikan ke dalam urine. Sebagian urea berdifusi dari darah kedalam usus dan dipecah menjadi 𝐶𝑂2 dan 𝑁𝐻3 oleh urease bakteri. Amonia ini sebagian akan menghilang melalui feses, dan sebagian lagi akan direabsorpsi kembali kedalam darah.

Pada pasien gagal ginjal, kadar urea di dalam plasma meningkat, sehingga meningkatkan pemindahan urea yang lebih besar dari darah ke dalam usus. Kerja urease usus pada urea ini secara klinis penting menjadi sumber amonia sehingga berperan dalam hiperamonemia yang sering ditemukan pada pasien ini. Pemberian neomisin oral akan mengurangi bakteri usus yang berperan dalam pembentukan 𝑁𝐻3 ini.

(22)

b. Pengaturan Siklus Urea

N-Asetilglutamat (NAG) merupakan aktivator yang penting untuk karbomoil fosfat sintease I (CPS I) tahapan yang membatasi laju siklus urea. N-Asetil glutamat disintesis dari asetil KoA dan glutamat oleh N-Asetilglutamat sintase dalam reaksi dengan arginin sebagai aktivatornya. Siklus tersebut juga diatur oleh ketersediaan substrat (pengatur jangka panjang-pendek) dan induksi enzim (jangka-panjang).

5. Pembentukan Amonia

Amonia dihasilkan oleh semua jaringan selama metabolisme berbagai senyawa da terutamadibuang melalui pembentukan urea dihati. Walaupun demikian, kadar amonia didalam darah harus dipertahankan sangat rendah, karena konsentrasi yang meningkat sedikit saja (hiperamonemia) bersifat toksik terhadap sistem saraf pusat. Karena itu, harus terdapat mekanisme metabolisme untuk membuang nitrogen dari jaringan perifer ke hati untuk kemudian dibuang sebagai urea, sementara pada waktu bersamaan kadar amonia yang terdapat disirkulasi harus tetap rendah.

a. Sumber Amonia

Asam amino secara kuantitatif merupakan sumber amonia yang terpenting, karena sebagian besar makanan mengandung banyak protein dan menyebabkan kelebihan asam amino yang akan menuju ke hati dan mengalami transdeaminasi:

suatu reaksi gabungan aminotransferase dan glutamat dehidrogenase yang menghasilkan amonia. Meskipun demikian, sejumlah amonia dapat juga diperoleh dari sumber lainnya.

1. Dari Glutamin: sumber glutamin plasma yang penting berasal dari katabolisme asam amino rantai-cabang di dalam otot skeletal. Glutamin ini akan diambil oleh sel usu, hati dan ginjal. Hati dan ginjal membentuk amonia dari glutamin melalui kerja glutaminase dan glutamat dehidrogenase. Sebagian besar

(23)

amonia diginjal ini akan diekskresikan kedalam urine sebagai 𝑁𝐻4 + yang merupakan suatu mekanisme penting untuk mempertahankan keseimbangan asam basa didalam tubuh melalui ekskresi proton. Didalam hati akan terjadi detoksifikasi amonia menjadi ureum yang kemudian diekskresikan keluar.

2. 2. Dari kerja bakteri usus: amonia dibentuk dari urea melalui melalui kerja urease bakteri di dalam lumen usus. Amonia ini diabsorpsi dari usus melalui jalur vena porta dan hampir 14 sebagian besar dibuang oleh hati melalui pengubahan menjadi urea.

3. 3. Dari Amina: Amina yang diperoleh dari makanan dan monoamin yang berperan sebagai hormon atau neotransmiter, akan meningkatkan jumlah amonia melalui kerja monoamin oksidase.

4. Dari purin dan pirimidin: Pada katabolisme purin dan pirimidin, gugus amino yang menempel pada cincin atom yang akan dilepaskan sebagai amonia.

b. Pengangkutan Amonia di dalam sirkulasi

Meskipun amonia secara konstan dihasilkan dijaringan, kadarnya didalam darah sangat rendah. Hal ini terjadi karena pembuangan amonia darah sangat cepat oleh hati, pada kenyataannya sebagian besar jaringan terutama otot akan melepaskan nitrogen asam amino dalam bentuk glutamin atau alanin, dan bukan sebagai amonia bebas.

1. Urea : pembentukan urea di hati secara kuantitatif merupakan jalur pembuangan amonia yang terpenting. Urea bersirkulasi di dalam darah dari hati ke dalam ginjal tempat zat tersebut melewati filtrasi glomerulus.

2. Glutamin: Amida dari asam glutamat ini memfasilitasi penyimpanan dan transport bentuk amonia yang tidak toksik yangmemerlukan ATP untuk pembentukan glutamin dari glutamat dan amonia oleh glutamin sintetase, yang terjadi terutama di

(24)

otot dan hati tetapi juga penting di dalam sistem saraf yang merupakan tempat bagi mekanisme pembuangan amonia yang utama di dalam otak. Glutamin ditemukan didalam plasma dengan konsentrasi yang lebih tinggi dari asam amino lainnya temuan sesuai dengan fungsi pengangkutnya. Glutamin yang bersirkulasi dibuang oleh hati dan ginjal serta dideaminasi oleh glutaminase.

6. Kerusakan Genetik Pada Siklus Urea a. Hiperamonemia

Kemampuan siklus urea dihati melebihi laju normal pembentukan urea dan kadar amonia didalam serum normalnya rendah (5-35 mikromol). Namun bila fungsi hati terganggu, baik akibat defek genetik siklus urea ataupun karena penyakit hati, kadarnya didalam darah dapat meningkat hingga diatas 1000 mikromol. Hiperamonemia seperti ini merupakan kedaruratan medis karena amonia memiliki efek toksik yang langsung terhadap sistem saraf pusat.

2. Metabolisme Asam Amino A. Pendahuluan

Kira-kira 75% asam amino digunakan untuk sintesis protein. Asam-asam amino dapat diperoleh dari protein yang kita makan atau dari hasil degradasi protein di dalam tubuh kita.

Degradasi ini merupakan proses kontinu. Karena protein di dalam tubuh secara terus menerus diganti (protein turnover). Contoh dari protein turnover, tercantum pada tabel berikut.

(25)

Tabel 1.1 Contoh Protein Turnover

Berdasarkan kemampuan tubuh mensintesis, asam amino dibagi menjadi asam amino essensial, nonesensial dan kondisional.

a. Asam amino esensial adalah asam amino yang tidak dapat disintesis oleh tubuh sehingga harus diperoleh dari makanan yang dikonsumsi.

b. Asam amino nonesensial adalah asam amino yang dapat disintesis oleh tubuh.

c. Asam amino esensial kondisional adalah asam amino yang tidak dapat disintesis oleh tubuh karena pada keadaan sakit atau kurangnya prekursor. Contohnya adalah bayi yang lahir prematur enzim yang digunakan untuk mensintesis arginin belum berkembang dengan baik.

(26)

Tabel 1.2 Asam Amino Esensial dan Nonesensial

c. Jalur Metabolik Utama dari Asam amino

Jalur metabolik utama dari 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 asamamino menjadi energi melalui siklus asam serta siklus urea sebagai proses pengolahan hasil sampingan pemecahan asam amino. Keempat adalah sintesis protein dari asam-asam amino.

(27)

Jalur-jalur metabolik utama asam amino

D. Katabolisme asam amino

Asam-asam amino tidak dapat disimpan oleh tubuh. Jika jumlah asam amino berlebihan atau terjadi kekurangan sumber energi lain (karbohidrat dan protein), tubuh akan menggunakan asam amino sebagai sumber energi. Tidak seperti karbohidrat dan lipid, asam amino memerlukan pelepasan gugus amin. Gugus amin ini kemudian dibuang karena bersifat toksik bagi tubuh. Ada 2 tahap pelepasan gugus amin dari asam amino, yaitu: 1. Transaminasi Enzim aminotransferase memindahkan amin kepada αketoglutarat menghasilkan glutamat atau kepada oksaloasetat menghasilkan aspartat. 2.

Deaminasi oksidatif Pelepasan amin dari glutamat menghasilkan ion amonium.

(28)

Contoh reaksi transaminasi. Perhatikan alanin mengalami transaminasi menjadi glutamat. Pada reaksi ini dibutuhkan enzim alanin aminotransferase

E. Sintesis Asam Amino

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. Tetapi, hati merupakan tempat utama metabolisme 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. Berkaitan dengan hal ini, asam amino dikelompokkan menjadi 3 kategori yaitu asam amino glukogenik, ketogenik serta glukogenik dan ketogenik.

Asam amino glukogenik adalah asam-asam amino yang dapat masuk ke jalur produksi piruvat atau intermediat siklus asam sitrat seperti α-ketoglutarat atau oksaloasetat. Semua asam amino ini merupakan prekursor untuk glukosa melalui jalur glukoneogenesis. Semua asam amino kecuali lisin dan leusin mengandung sifat glukogenik. Lisin dan leusin adalah asam amino yang semata-mata ketogenik, yang hanya dapat masuk ke intermediat asetil KoA atau asetoasetil KoA. Sekelompok kecil asam amino yaitu isoleusin, fenilalanin, threonin, triptofan, dan tirosin bersifat glukogenik dan ketogenik. Akhirnya, seharusnya kita kenal bahwa ada 3 kemungkinan penggunaan asam amino.

Selama keadaan kelaparan pengurangan rangka karbon digunakan untuk menghasilkan energi, dengan proses oksidasi menjadi CO2 dan H2O.

Dari 20 jenis asam amino, ada yang tidak dapat disintesis oleh tubuh kita sehingga harus ada di dalam makanan yang kita makan. Asam amino ini dinamakan asam amino esensial. Selebihnya adalah asam amino yang dapat disintesis dari asam amino lain. Asam amino ini dinamakan asam amino nonesensial.

(29)

1. Biosintesis glutamat dan aspartate

Glutamat dan aspartat disintesis dari asam 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:

(30)

a. Secara langsung melalui degradasi protein

b. Melalui transaminasi piruvat dengan bantuan enzim alanin transaminase,ALT (jugadikenal sebagai serum glutamatpiruvat transaminase, SGPT)

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 Sadenosilhomosistein. S- adenosilhomosistein selanjutnya berubah menjadi homosistein dan adenosin dengan bantuan enzim adenosilhomosisteinase. Homosistein dapat diubah kembali menjadi metionin oleh metionin sintase.

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 bantuan enzim sistationin liase sistationin

(31)

diubah menjadi sistein dan α-ketobutirat. Gabungan dari 2 reaksi terakhir ini dikenal sebagai trans- sulfurasi.

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%.

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

5. Biosintesis ornitin dan 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 didapatkan dari siklus urea ditambah dari glutamate semialdehid yang menghambat reaksi aminotransferase. Hasilnya adalah akumulasi semialdehid. Semialdehid didaur secara spontan menjadi Δ 1 pyrroline-5-carboxylate yang kemudian direduksi menjadi prolin oleh NADPH-dependent reductase.

6. Biosintesis serin Jalur utama untuk serin dimulai dari intermediat glikolitik 3- fosfogliserat.

NADH-linked dehidrogenase mengubah 3- fosfogliserat menjadi sebuah asam keto yaitu 3-fosfopiruvat, sesuai untuk transaminasi subsekuen. Aktivitas aminotransferase dengan glutamat sebagai donor menghasilkan 3-fosfoserin, yang diubah menjadi serin oleh fosfoserin fosfatase.

(32)

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 N 5 , N 10 -metilen-THF.

8. Biosintesis aspartat, asparagin, glutamat dan glutamin Glutamat disintesis dengan aminasi reduktif α-ketoglutarat yang dikatalisis oleh glutamat dehidrogenase yang merupakan reaksi nitrogen- fixing. Glutamat juga dihasilkan oleh reaksi aminotranferase, yang dalam hal ini nitrogen amino diberikan oleh sejumlah asam amino lain. Sehingga, glutamat merupakan kolektor umum nitrogen amino.

Aspartat dibentuk dalam reaksi transaminasi yang dikatalisis oleh aspartat transaminase, AST.

Reaksi ini menggunakan analog asam α-keto aspartat, oksaloasetat, dan glutamat sebagai donor amino. Aspartat juga dapat dibentuk dengan deaminasi asparagin yangdikatalisis oleh asparaginase.

Asparagin sintetase dan glutamin sintetase mengkatalisis produksi asparagin dan glutamin dari asam α-amino yang sesuai. Glutamin dihasilkan dari glutamat dengan inkorporasilangsung amonia dan ini merupakan reaksi fixing nitrogen lain. Tetapi asparagin terbentuk oleh reaksi amidotransferase.

(33)

BAB III

BIOSINTESIS PROTEIN

A. Pengertian Biosintesis Protein

Biosintesis protein merupakan polimer yang berfungsi sebagai penyusun protoplasma dan struktur tubuh lainnya. Protein dapat berupa enzimatau hormon, antara alin sebagai penyusun pigmen pada tumbuhan. Penyusunhemoglobin dalam darah manusia dan hewan. Serta penyusunan serum dalam plasma. Jenis dan rangkain yang menyususn protein berbeda antara protein yangsatu dengan protei yang lainnya. Mekanisme sisntesis protein terjadi melaluidua tahap utama yaitu transkripsi dan translasi. Sintesis protein merupakan proses yang sangat kompleks. Informasi genetik yang dikode pada susunan basa DNA diterjemah kedalam 20 macam asam amino.Transkrip adalah percetakan mRNA oleh DNA. Sedangkan translasiadalah penerjemahan kode oleh tRNA berupa urutan yang dikehendaki.Proses transkripsi terjadi selama proses inisiasi, elogasi, dan terminasi.Enzim yang berperan dalam ternskrip adalah RNA polimerase. Ada limatahapan sintesis protein dan masing – masing memerlukan jumlah komponen.

Biosintesis protein yang terjadi dalam sel merupakan reaksi kimia yangkompleks dan melibatkan beberapa senyawa penting, terutama DNA danRNA.molekuk DNA merupakan rantai polinukleutida yang mempunyai beberapa jenis basapurin dan piramidin, dan berbentuk heliks ganda.Dengan demikian akan terjadi heliks gandayang baru dan prosesterbentunya molekul DNA baru ini disebut replikasi, urutan basa purin dan piramidin pada molekul DNA menentukan urutan asam amino dalam pembentukan protein. Peran dari DNA itu sendri sebagai pembawa informasigenetic atau sifat-sifat keturunan pada seseorang . dua tahap pembentukan protein:

1)Tahap pertama disebut transkripsi, yaitu pembentukan molekul RNAsesuai pesan yang diberikan oleh DNA.

(34)

2)Tahap kedua disebut translasi, yaitu molekul RNA menerjemahkaninformasi genetika kedalam proses pembentukan protein.

Biosintesis protein terjadi dalam ribososm, yaitu suatu partikel yangterdapat dalam sitoplasma r RNA bersama dengan protein merupakankomponen yang membentuk ribosom dalam sel, perananya dalam dalam sintesis protein yang berlangsung dalam ribosom belum diketahui.

m RNA diproduksi dalam inti sel dan merupakan RNA yang palingsedikit jumlahnya. kode genetika yang berupa urutan basa pada rantainukleutida dalam molekul DNA. tiap tiga buah basa yang berurutan disebutkodon, sebagai contoh AUG adalah kodon yang terbentuk dalam dari kombinasiadenin-urasil-guanin, GUG adalah kodon yang terbentuk dari kombinasi guanin-urasil- guanin. kodon yang menunjuk asam amino yang sama disebutsinonim, misalnya CAU dan CAC adalah sinonim untuk histidin. perbedaanantara sinonim tersebut pada umumnya adalah basa pada kedudukanketigamisalnya GUU,GUA,GUC,GUG..

Bagian molekut t RNA yang penting dalam biosintesis protein ialahlengan asam amino yang mempunyai fungsi mengikat molekul asam aminotertentu dalam lipatan anti kodon. lipatan anti kodon mempunyai fungsimenemukan kodon yang menjadi pasangannya dalam m RNA yang tedapatdalam ribosom. pada prosese biosintesis protein, tiap molekuln t RNAmembawa satu molekul asam amino masuk kedalam ribosom. pembentukkanikatan asam amino dengan t Rna ini berlangsung dengan bantuan enzim aminoasli t RNA sintetase dan ATP melalui dua tahap reaksi:

1.Asam aminon dengan enzim dan AMP membentuk kompleksaminosil-AMP-enzim.

2.Reaksi antara kompleks aminoasil-AMP-enzim dengan t RNAProses biosintesis akan berhenti apabila pada m RNA terdapat kodonUAA,UAG,UGA. karena dalam sel normal tidak terdapat t RNA yangmempunyai antikodon komplementer.

B. Tahap Utama Sintesis Protein

Tahap 1 :Aktivasi asam amino

(35)

Tahap ini terjadi di sitosol, bukan pada ribosom. Masing- masing dari 20asam amino diikat secara kovalen dengan suatu RNA pemindah spesifik denganmemanfaatkan energi ATP. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim pengaktif yang memerlukan Mg²⁺ sebagai kofaktor yang masing- masing spesifik bagi satuasam amino dan bagi tRNA-nya.

Tahap 2 :Inisiasi Rantai Polipeptida

RNA pembawa pesan yang membawa sandi bagi polipeptida yang akandibentuk diikat oleh subunit ribosom yang berukuran lebih kecil, diikuti olehinisiasi asam amino yang diikat oleh tRNA-nya membentuk suatu kompleks inisiasi. tRNA asam amino penginisiasi ini berpasangan dengan tripletnukleutida spesfik atau kodon pada mRNA yang menyandi permulaan rantai polipeptida. Dalam proses ini memerlukan guanosin trifosfat (GTP),dilangsungkan oleh tiga protein sitosol spesifik yang dinamakan faktor inisiasi.

Inisiasi pada prokariotik memerlukan :

(1) subunits 30S, yangmengandung RNA ribosomal 16S, (2) mRNA penyandi polipeptida yang akandibentuk (3) N - formilmetionil- tRNAf^met pemula

(4) serangkaian tiga proteinyang dinamakan faktor inisiasi (IF-1, IF-2, dan IF-3), (5) GTP.

Pembentukan kompleks inisiasi terjadi dalam tiga tahap.

Tahap pertama, subunit ribisom 30Smengikat faktor inisiasi 3 (IF-3), yang mencegah bergabungnya subunit 30S dan50S, sehingga kodon pemula pada mRNA [(5‟)AUG(3‟)] mengikat lokasikhusus pada subunit 30S oleh isyarat pemula khusus pada mRNA yang terletak pasa sisi 5‟

kodon AUG. tahap kedua, kompleks subunit 30S, IF-3 dan mRNAmembentuk kompleks yang lebih besar dengan mengikat protein pengawal IF-2yang telah mengandung GTP terikat dan N- formilmetionol- tRNA^fmet pengawal, yang ditempatkan dengan tepat pada kodon pengawal. Tahap ketiga,kompleks berukuran besar bergabung dengan subunit ribosomal 50S dan dengan bersamaan

(36)

dengan itu, molekul GTP yang terikat dengan IF-2dihidrolisis menjadi GDP dan fosfat yang segera dibebaskan. IF-3 dan IF-2 jugaterlepas dari ribosom. Sekarang didapatkan ribososm 70S fungsional, yangdinamakan kompleks inisiasi yang mengadung mRNA dan N-formilmetionil t-RNA^fmet pada keseluruhan kompleks 70Sini dijamin oleh dua titik pengenal dan perlekatan. Pada titik pengenalan antikodon triplet pada aminoasil –tRNA pemula berpasanga basa secara antiparalel dengan triplet kodon AUG didalammRNA. Titik perlekatan kedua aminoasi-tRNA pemula ini adalah pada sisi Pribosom. Ribosom mempunyai dua tempat untuk mengikat aminoasil-tRNA,tempat aminoasil atau tempat A, dan tempat peptidil atau tempat P. Masing-masing merupakan rangkaian subunit 50S dan 30S dalam posisi spesifik.

Tahap 3 :Pemanjangan

Rantai polipeptida diperpanjang oleh pengikatan kovalen unit asamamino berturut-turut, masing- masing diangkut menuju ribosom dan diletakkanke tempatnya secara benar oleh tRNA masing-masing, yang berpasangandengan kodonnya pada molekul RNA pembawa pesan. Pemanjangan digiatkanoleh protein sitosol yang dinamakan faktor pemanjangan. Energi yangdiperlukan untuk mengikat setiap aminoasil t-RNA yang datang dan untuk pergerakan ribosom disepanjang RNA pembawa pesan satu kodon diperolehdari hidrolisis dua molekul GTP bagi setiap residu yang ditambahkan ke polipeptida yang sedang tumbuh. Terdapat 3 faktor penunjang yaitu Tu, Ts, dan G.

Tahapannya, pertama, aminoasil-tRNA diikat oleh kompleks faktor penunjang Tu, yang mengandung molekul GTP terikat yang kemudian akan berikatan dengan kompleks inisiasi 70S, bersamaam dengan itu GTPterhidrolisis dan kompleks Tu-GDP dibebaskan dari ribosom 70S.

kompleksTu-GTP dibentuk kembali dari kompleks Tu-GDP oleh semua faktor Ts danGTP. Aminoasil- tRNA yang baru terbentuk tersebut akan terikat pada tempat aminoasil atau tempat A. tahap kedua, ikatan peptida yang baru terbentuk diantara asam amino yang tRNA-nya terletak pada tempat A dan P padaribosom yang terjadi melalui pemindahan gugus asil N-formilmetionion pemuladari tRNA-nya ke gugus amino asam amino yang baru memasuki tempat A,dengan dikatalisis oleh peptidil transferase.

(37)

Terbentuk di peptidil tRNA padatempa A dan sekarang tRNA^fmet pemula yang telah “kosong” terikat pada tempatP. tahap ketiga, ribososm bergerak di sepanjang mRNA menuju ujung 3‟-nyamelampaui jarak satu kodon. Pergrakan ribosom menggeser dipeptidil tRNAdari tempat A ke tempat P, karena dipeptidil tRNA masih terikat pada kodonkedua mRNA dan menyebabkan pelepasan tRNA semula pada tempat A dankodon kedua pada tempat P. Pergeseran ytersebut dinamakan tahap translokasi yang memerlukan faktor perpanjangan G dan juga hidrolisis molekul GTP(sebagai sumber energi) lainnya secara bersamaan . Perubahab tersebutmenggerakkan ribososn kekodon berikutnya menuju ujung 3‟ mRNA. Padasetiap penambahan residu asam amino, rantai polipeptida selalu tetap terikat pada tRNA asam amino terakhir yang masuk.

Tahap 4 : Terminasi dan pembebasan

Terminasi polipeptida didisyaratkan oleh satu diantara tiga tripletterminasi (UAA, UAG, dan UGA) dimana triplet tersebut tidak menyandi asamamino manapun. Sekali ribosom mencapai kodon terminasi, ada tiga faktor pengakhir (terminasi) atau faktor pembebas, yaitu protein R 1, R 2, dan S, yangkemudian turut menyebabkan (1) penguraian hidrolitik polipeptida dari ujungtRNA terakhir dan melepaskannya dalam bebtuk bebas, (2) pelepasan tRNAterakhir yang sekarang kosong dari tempat P, dan (3) dissosiasi ribosom 70Smenjadi subunit 30S dan 50S nya siap untuk memulai rantai polipeptida yang baru.

Tahap 5 : pelipatan dan pengolahan

Untuk memperoleh bentuk aktifnya secara biologis, polipeptida harusmengalami pelipatan menjadi konfirmasi tiga dimensi yang benar. Sebelum dansesudah pelipatan, polipeptida baru dapat mengalami pengolahan oleh kerjaenzimatik untuk melepaskan asam amino penginisiasi, dan mengikat gugusfosfat, metil, karboksil atau gugus lain pada residu asam amino tertentu, atauuntuk mengikat gugus oligosakarida atau gugus prostetik. Perubahan yangterjadi tersebut dinamakan modifikasi pasca translasi, dimana pengolahannya bergantung pada proteinnya.

(38)

Modifikasi terminal amino dan terminal karboksil,semua polipeptida dimulai dengan residu N- formilmetionin pada prokariotik danmetionin pada eukariota. Namun gugus formil, residu metionin pemuka, dankadang satu atau lebih residu berikutnya dapat dibebaskan oleh kerja spesifik dan oleh karena itu tidak muncul pada protein bentuk akhir. Pada beberapa protein , gugus amino pada residu terminal amino mengalami asetilasi setelahtranskripsi, pada protein lain residu terminal karboksil dapat dimodifikasi.

Terlepasnya urutan pemberi isyarat, beberapa protein dibuat denganurutan ekstra polipeptida, yang terdiri dari 15 sampai 30 residu pada ujungterminal amino, untuk mengarahkan protein sampai tujuan , didalam sel urutan pengisyarat akan dibebaskan oleh peptidase spesifik.

Fosforilasi Asam Amino Hidroksi, gugus hidroksil residu serin,treonin, dan tirosin beberapa protein mengalami fosforilasi secara enzimatik oleh ATP, menghasilkan residu fosfoserin, fosfotreonin, dan fosfotirosin (gugusfosfat yang berikatan pada polipeptida ini bermuatan negatif). Fosforilasi residutirosin spesifik beberapa protein ternyata merupakan tahap penting di dalamtransformasi sel normal menjadi sel kanker.

Reaksi karboksilasi, gugus karboksil tambahan dapat ditambahkankepada residu asam Haspartat dan glutamat beberapa protein.

Metilasi gugus R, pada beberapa protein, residu lisin tertentumengalami metilasi enzimatik. Residu monometil dan metilisin terdapat pada beberapa protein otot dan sitikrom c. pada protein lain, gugs karboksilat beberapa residu glutamat mengalami metilasi, yang membebaskan muatan negatifnya.

Pengikatan Rantai Sisi Karbohidrat, pada beberapa glikoprotein,rantai sisi karbohidrat diikat secara enzimatis pada residu asparagin, padaglikoprotein lain diikat pada residu serin dan treonin. Contoh, ptoteoglikan yangmelapisi mambran mukosa, mengandung rantai sisi oligosakarida.

Penambahan Gugus Prostetik, banyak enzim mengandung gugus prostetik yang terikat secara kovalen yang penting bagi aktivitasnya. Gugus prostetik ini juga diikat pada rantai polipeptida setelah

(39)

protein meninggalkanribosom.contohnya, molekul biotin yang terikat secara kovalen pada asetil KoAkarboksilase dan gugus heme sitokrom c.

Pembentukan Jembatan Sulfida, beberapa protein yang dikeluarkandari sel eukaryotik setelah mengalami pelipatan spontan menjadi konformasiseutuhnya, terikat menyilang secara kovalen oleh pembentukan gugus disulfidasecara enzimatis dari residu sistein didalam satu rantai polipeptida atau diantaradau rantai. Jembatan yang terbentuk dengan cara ini membantu melindungikonformasi lipatan asal molekul protein dari denaturasi.

C. Biosintesis Protein

Melibatkan proses translasiMerupakan proses yang mengubah informasi genetic yang terdapat padamRNA menjadi polipeptida dengan urutan asam amino tertentu

Translasi melibatkan suatu sistem yang membawa mRNA dan tRNA bersama-sama mengkatalisis polimerisasi asam amino - asam amino menjadi polipeptida

a. Komponen yang terlibat:

 mRNA (messenger RNA)

(40)

 tRNA (transfer RNA)

 Ribosome

 Ensim²

b. Pesan yang ada pada mRNA selalu dibaca dengan arah 5‟ → 3‟

c. Rantai polipeptida yang dihasilkan berawal dari N terminal dan berakhir dgn C (karboksi) terminal

d. Proses translasi terdiri dari :

 Inisiasi

 Elongasi

 Terminasi

e. Messenger RNA (mRNA)

 diterjemahkan menjadi protein

 merupakan RNA rantai tunggal yang berisi pesan yang akan pada organisme prokaryotic pesan untuk beberapa protein mungkin dibawa atau terdapat pada satu rantai mRNA : polycistronic message

 setiap asam amino dikode oleh tiga nukleotida 4³→ ada 64 kombinasi berbeda

lebih dari cukup untuk mengkode 20 asam amino hampir semua asamamino dikode oleh lebih dari 1 kodon

 kodon→ urutan 3 nukleotida pada mRNA yang mencirikan asam amino tertentu

 hubungan antara kodon dengan asam amino yang dikode → kode genetic

 anti kodon urutan 3 nukleotida yang terdapat pada tRNA yangmerupakan komplemen dari kodon

(41)

BAB IV

METABOLISME ASAM NUKLEAT

Asam nukleat maupun protein merupakan polimer dengan urutan monomer spesifik yang menyampaikan informasi. Dalam DNA atau RNA, monomernya merupakan keempat jenis nukleotida, yang berbeda basa nitrogennya. Gen biasanya panjangnya mencapai ratusan atau ribuan nukleotida, masing-masing memiliki urutan basa yang spesifik. Setiap polipeptida dari suatu protein juga memiliki monomer yang tersusun dalam tatanan linear tertentu (struktur primer protein) yaitu asam amino. Asam nukleat dan protein berisi informasi yang ditulis dalam dua bahasa kimia yang berbeda. Untuk beralih dari DNA-yang ditulis dalam suatu bahasa menjadi proteinyang ditulis dalam bahasa lain, membutuhkan 2 tahapan yaitu transkripsi dan translasi.

Asam nukleat sering dinamakan juga polinukleotida karena tersusun dari sejumlah molekul nukleotida sebagai monomernya. Tiap nukleotida mempunyai struktur yang terdiri atas gugus fosfat, gula pentosa, dan basa nitrogen atau basa nukleotida (basa N). Asam nukleat yang paling umum adalah Asam deoksiribonukleat (DNA) and Asam ribonukleat (RNA). Asam nukleat ditemukan pada semua sel hidup serta pada virus. Setiap nukleotida terdiri dari tiga komponen, yaitu sebuah basa nitrogen heterosiklik (purin atau pirimidin), sebuah gula pentosa, dan sebuah gugus fosfat. Jenis asam nukleat dibedakan oleh jenis gula yang terdapat pada rantai asam nukleat tersebut (misalnya, DNA atau asam deoksiribonukleat mengandung 2-deoksiribosa). Selain itu, basa nitrogen yang ditemukan pada kedua jenis asam nukleat tersebut memiliki perbedaan: adenin, sitosin, dan guanin dapat ditemukan pada RNA maupun DNA, sedangkan timin dapat ditemukan hanya pada DNA dan urasil dapat ditemukan hanya pada RNA.

Setiap kita yang ingin memahami bagaimana metabolisme sel dan pewarisan sifat dari induk (parental) ke generasi berikutnya adalah dengan memahami mekanisme kerja DNA. Berbagai eksperimen dan kajian sampai pada kesimpulan bahwa mekanisme kerja DNA adalah replikasi, transkripsi dan translasi. Tiga proses ini dikenal dengan sebutan dogma sentral. Replikasi adalah

(42)

proses menyalin secara utuh 2 untai DNA menjadi 2 untai yang baru. Transkripsi adalah proses menyalin salah satu untai DNA menjadi mRNA sedangkan translasi adalah proses penterjemahan mRNA menjadi polipeptida. Replikasi Replikasi terjadi sebelum fase mitosis agar pada saat mitosis dimana kromosom memadat dan menjadi double maka jumlah DNA telah 2 kali lipat. Teori paling mendekati kenyataan bahwa replikasi berlangsung secara semikonservatif yaitu DNA pada turunan (filial) berupa 1 untai DNA lama dari induk dan 1 untai DNA baru. Replikasi berlangsung sempurna artinya seluruh DNA genom disalin menjadi 2 yaitu 1 salinan baru dan 1 salinan DNA yang lama.

Kesalahan proses replikasi molekul DNA hanya terjadi satu dalam 1 miliar nukleotida, tetapi kesalahan pemasangan awal antara nukleotida yang sudah ada pada untai cetakan dapat mencapai 100.000 kalinya atau sebesar 10.000 pasang basa. Sel memiliki mekanisme reparasi yaitu perbaikan salah pasang (mismatch repair ) yang akan memperbaiki kesalahan-kesalahan yang terjadi ketika DNA disalin. Selama replikasi DNA, DNA polimerase sendirilah yang melakukan perbaikan salah-pasang.

Polimerase ini mengoreksi setiap nukleotida terhadap cetakannya begitu nukleotida ditambah pada untaian. Dalam rangka mencari nukleotida yang pasangannya tidak benar, polimerase memindahkan nukleotida tersebut kemudian melanjutkan kembali sintesis. Protein lain selain DNA polimerase juga melakukan perbaikan salah-pasang.

Transkripsi

Transkripsi adalah proses sintesis RNA berdasarkan arahan DNA. Tidak seperti pada replikasi DNA dimana masing-masing untai lama menjadi cetakan, pada transkripsi hanya salah satu untai DNA yang menjadi cetakan (template). Molekul RNA yang dihasilkan merupakan transkrip penuh dari instruksi-instruksi pembangun-protein suatu gen. Molekul RNA ini disebut messenger RNA (mRNA).

Bagian molekul RNA berupa tiga kata kode seperti CCG, UCU dan GAA, menggambarkan tiga asam amino prolin, serin dan asam glutamat disebut kodon. Kodon terdiri atas „ triplet basa‟ yaitu masing- masing tiga basa yang berurutan. Rangkaian kodon merupakan panduan untuk perangkaian asam amino selama sintesis protein dalam sel.

(43)

Kodon RNA menggambarkan sandi untuk 20 asam amino penting yang umumnya terdapat dalam molekul protein. Beberapa asam amino dinyatakan oleh lebih dari satu kode. Beberapa kodon tidak menyandi asam amino melainkan berfungsi sebagai kodon „stop‟ tanda bahwa sintesa protein berakhir. Secara ringkas dapat dikatakan bahwa proses transkripsi berlangsung sepanjang DNA template. Enzim RNA polimerase menambahkan nukleotida hanya ke ujung 3' dari polimer yang sedang tumbuh sehingga molekul RNA memanjang dalam arah 5'→ 3'. Rentang DNA yang ditranskripsi menjadi molekul RNA ini disebut unit transkripsi. Transkripsi dapat dibagi menjadi tiga tahap yaitu: Inisiasi (permulaan), elongasi (pemanjangan), dan terminasi (pengakhiran).

Daerah DNA dimana RNA polimerase melekat dan mengawali transkripsi disebut sebagai promoter. Suatu promoter mencakup titik awal (startpoint) transkripsi dan biasanya membentang beberapa lusin pasangan nukleotida ke hulu (upstream) dari titik awal. Di samping menentukan dimana transkripsi dimulai, promoter juga menentukan salah satu dari kedua untai DNA yang digunakan sebagai cetakan. Proses selanjutnya adalah elongasi. Pada saat RNA polimerase bergerak di sepanjang DNA, enzim ini akan terus membuka pilinan untai ganda tersebut, memperlihatkan kirakira 10-20 basa DNA sekaligus untuk berpasangan dengan nukleotida RNA. Enzim ini menambahkan nukleotida ke ujung 3' dari molekul RNA yang sedang tumbuh. Pada saat sintesis RNA berlangsung, untai ganda DNA terbentuk kembali dan molekul RNA baru akan lepas dari cetakan DNA- nya.

Transkripsi berlangsung dengan kecepatan kira-kira 60 nukleotida per detik pada eukariot.

(44)

Transkripsi berlangsung sampai RNA polimerase menyalin urutan DNA yang disebut terminator. Terminator merupakan suatu urutan RNA yang berfungsi sebagai sinyal pengakhiran transkripsi. Pada sel prokariot, transkripsi biasanya berhenti tepat pada akhir sinyal terminasi. Ketika polimerase mencapai titik tersebut polimerase melepas RNA dan DNA. Sebaliknya pada sel eukariot transkripsi akan berhenti setelah polimerase melewati sinyal terminasi yaitu suatu urutan AAUAAA di dalam pra-mRNA sejauh kira-kira 10-35 nukleotida.

Translasi

Kode pada mRNA akan terbaca oleh ribosom dengan dibantu oleh tRNA yang terdapat di dalam sitoplasma. tRNA akan datang untuk membawa asam amino yang sesuai dengan kode yang dibawa mRNA tersebut. Kemudian tRNA akan bergabung dengan mRNA yang sesuai dengan kode pasangan basa. Bagian pada tRNA yang terlibat ini disebut antikodon, yang berhubungan dengan tiga basa pada pita mRNA yang disebut dengan kodon. Asam amino akan berjajar-jajar dalam urutan yang

(45)

sesuai dengan kodenya. Dari hal ini akan terbentuk protein yang berfungsi sebagai enzim, dalam mengatur metabolisme sel dan reproduksi.

(46)

BAB V

METABOLISME DALAM SISTEM PEMBEKUAN DARAH 1. Pengertian Darah

Darah adalah komponen esensial makhluk hidup yang berada dalam ruang vaskuler, karena perannya sebagai media komunikasi antar sel ke berbagai bagian tubuh dengan dunia luar karena fungsinya membawa oksigen dari paru-paru ke jaringan dan karbondioksida dari jaringan ke paru-paru untuk dikeluarkan, membawa zat nutrien dari saluran cerna ke jaringan kemudian mengantarkan sisa metabolisme melalui organ sekresi seperti ginjal, menghantarkan hormon dan materi-materi pembekuan darah.

Plasma darah yaitu bagian cair darah (55%) yang sebagian terdiri dari air (92%), 7% protein, 1%

nutrien, hasil metabolisme, gas pernafasan, enzim, hormon-hormon, faktor pembekuan dan garam- garam organik. Protein-protein dalam plasma terdiri dari serum albumin (alpha-1 globulin, alpha-2 globulin, beta globulin dan gamma globulin), fibrinogen, prothrombin dan protein esensial untuk koagulasi. Serum albumin dan gamma globulin sangat penting untuk mempertahankan tekanan osmotik koloid dan gamma globulin juga mengandung antibodi (immunoglobulin) seperti IgM, IgG, IgA, IgD, dan IgE untuk mempertahankan tubuh terhadap mikroorganisme.

2. Hemostasis

Hemostasis adalah mekanisme untuk menghentikan dan mencegah pendarahan. Bila terdapat luka pada pembuluh darah, akan terjadi vasokonstriksi pembuluh darah yang dapat mengurangi aliran darah ke pembuluh darah. 6 Kemudian trombosit akan berkumpul dan melekat pada bagian pembuluh darah yang terluka untuk membentuk sumbat trombosit. Faktor pembekuan darah yang diaktifkan akan membentuk benang-benang fibrin yang akan membuat sumbat trombosit sehingga perdarahan dapat dihentikan.

(47)

Proses hemostasis tersebut terjadi tiga reaksi yang terlibat diantaranya reaksi vaskuler berupa vasokonstriksi pembuluh darah, reaksi seluler yaitu pembentukan sumbat trombosit dan reaksi biokimiawi yaitu pembentukan fibrin. Faktor-faktor yang memegang peranan dalam proses hemostasis adalah pembuluh darah, trombosit dan faktor pembekuan darah. Selain itu faktor lain yang juga mempengaruhi hemostasis adalah faktor ekstravaskuler, yaitu jaringan ikat sekitar pembuluh darah dan keadaan otot.

Menurut A.V.Hoffbrand, J.E.Pettit, dan P.A.H. Moss (2012) tiga reaksi dalam proses hemostasis yaitu :

1. Vasokonstriksi pembuluh darah

Vasokonstriksi segera pada pembuluh darah yang terluka dan konstriksi reflex pada arteri kecil dan arteriol disekitarnya menyebabkan perlambatan awal aliran darah ke daerah perlukaan. Jika terdapat kerusakan yang luas, reaksi vaskular ini mencegah keluarnya darah. Aliran darah yang berkurang memungkinkan aktivasi kontak pada trombosit dan faktor koagulasi. Zat amine yang dilepaskan selama pembentukan fibrin, juga mempunyai aktivitas vasokonstriksi.

2. Reaksi seluler yaitu pembentukan sumbat trombosit

Setelah timbul kerusakan pada lapisan endotel, terjadi pelekatan awal trombosit pada jaringan ikat.

Kolagen dan trombin yang dihasilkan pada lokasi cedera menyebabkan trombosit melepaskan isi granularnya dan mengaktifkan sintesis prostaglandin. Agregasi trombosit yang berkelanjutan menyebabkan membesarnya sumbat hemostasis yang segera menutupi daerah jaringan ikat.

3. Reaksi biokimiawi pembentukan fibrin

Setelah terjadi cedera vaskular, aktivasi faktor jaringan mengaktifkan faktor VII untuk mengawali kaskade koagulasi. Agregasi trombosit dan reaksi pelepasan mempercepat proses koagulasi dengan cara menyediakan fosfolipid membran yang berlimpah. Trombin yang dihasilkan pada daerah cedera,