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)
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 (N2) di atmosfer, maka N2 membutuhkan energi yang besar untuk bereduksi membentuk NH3.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 H2. sekali disintesis, amonia ditranslokasikan keluar dari sel bakteri ke simbiosis sel inang, di mana digunakan dalam sintesis glutamine. (Trudy McKee.2004)
2. Siklus Nitrogen
(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
(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:
Pada tumbuhan, NH4+ yang dimasukkan ke dalam molekul organik membutuhkan dua enzim: glutamin sintase dan glutamat sintase. Setelah NH4+ 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)
(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)
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 α-amino 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)
sumbangan proton dari asam umum dan hidrolisis berikutnya, asam α-keto barulah dilepaskan dari enzim. (Trudy McKee.2004)
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
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
(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)
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)
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 H2O , 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, α-ketoglutarat 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 NH4+ .
(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 3-fosfogliserat 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 rute ke serin yang berbeda atau yang lain. Reaksi Serin hydroxymethyltransferase membutuhkan dua kofaktor: PLP gugus prostetik dan kosubstrat tetrahydrofolate. (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.
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)
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)
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
DAFTAR PUSTAKA
Horton,Robert.2006.Principle of Biochemistry.
