Protein Structure

Metabolisme
Protein dan
Asam Amino
• Pencernaan protein
• Anabolisme protein
• Katabolisme protein
• Pembuangan zat sisa
Pencernaan protein
• Mekanise mekanis….fisiologi
• Mekanisme kimiawi :Protein/polipeptida
diurai …hidrolisis ikatan C-N polipeptida.
• Enzim proteolisis: inaktif disekresi
mencegah auto-digestion
• Diaktifkan : HCl untuk pepsinogen;
enteropeptidase dan trypsin untuk
enzim pankreas.
• Enzim dibagi endo- dan ekso-peptidase.
•
Tabel : Enzim Proteolitik
Source
Enzyme
Activated by
Substrate
Functions and/or Products
Stomach
Pepsins
(pepsinogens)
HCl
Proteins and Polypeptides
Cleaves interior peptide bonds of
aromatic amino acids^^
Pancreas
Trypsin
(trypsinogen)
Enteropeptidase
Proteins and Polypeptides
Cleaves peptide bonds on
carboxyl side of basic amino
acids^ (argenine or Lysine)
Cleaves peptide bonds on
carboxyl side of aromatic amino
acids^^
Cleaves peptide bonds on
carboxyl side of aliphatic amino
acids^^^
Cleaves peptide bonds on
carboxyl terminal amino acids
with aliphatic or aromatic side
chains
Cleaves peptide bonds on
carboxyl terminal amino acids
with basic side chains
Chymotrypsin
Trypsin
(chymotrypsinoge
n)
Elastase
Trypsin
(proelastase)
Carboxypeptidase
A
(procarboxypepti
dase A)
Carboxypeptidase
B
(procarboxypepti
dase B)
Small
Intestine Enteropeptidase
mucosa
Aminopeptidases
Proteins and Polypeptides
Elastin and other Proteins
Trypsin
Proteins and Polypeptides
Trypsin
Proteins and Polypeptides
...
...
Trypsinogen
Polypeptides
Carboxypeptidase ...
s
Endopeptidases
...
Dipeptidases
...
Polypeptides
Polypeptides
Dipeptides
Trypsin
Cleaves amino terminal amino
acid from peptide
Cleaves carboxyl terminal amino
acid from peptide
Cleaves mid portions of peptide
----> two amino acids
Absorpsi
• Bervariasi ;
ko-transport yang tergantung jumlah
natrium
Dipeptida dan tripeptida dibawa oleh
H+ ion dependent co-transporter.
Dalam sel polipeptida dapat
ditransport dalam bentuk asam
amino ataupun dalam bentuk protein
utuh..
• Beberapa peptida berukuran besar
melewati sel dengan transitosis.
• Contoh: imunoglobulin dari air susu
ibu dapat diserab karena Kripta
Lieberkuhn enterosit bayi memiliki
pit/celah yang lebih besar
dibandingkan remaja atau dewasa.
•
Protein Transport di Darah
• Asam amino berdifusi melewati membran
basolateral
– Enterosit darah portal  liver  jaringan
– Ditransport sebagian besar dalam bentuk asam
amino bebas
• Liver
– Kemungkinan pemecahan asam amino
• Sebagaimana yang dibutuhkan
– Sintesis asam amino non essensial
Asam Amino di Liver
• Tempat uptake yang terutama
• Ketika asam amino memasuki liver
– 20% sintetis protein dan senyawa yang
mengandung N
• Sebagian menetap di hepar
– 57% dikatabolisasi di liver
– 23% dibebaskan ke sirkulasi sistemik
Anaolisme Asam amino dan
Protein
Asam amino : yang bisa dibentuk oleh
tubuh merupakan asam amino non
essensial
Jumlah yang dapat disintesa tubuh: 12 dari
20 jenis asam amino
Protein : merupakan
susunan dari asam amino
• Disusun berdasarkan kode genetik
• Merupakan hasil akhir proses
translasi DNA → RNA → polipeptida
• Menggunakan asam amino yang ada
di sel
• Asam amino tidak pernah ada dalam
bentuk statis sebagai deposit di
tubuh, tetapi selalu mengalami turnover sesuai dengan kebutuhan tubuh
Metabolisme Protein dalam
Sel
• Transport asam amino dari darah ke sel
• tRNA berfungsi mengangkut asam
amino
AA–AA–AA–AA
Protein
Replication
DNA
Translation
AA
Transcription
AA
AA
mRNA
AA
tRNA
Sintesis Protein
• Selalu berjalan, aktivitas
semicontinuous tetapi bervariasi di
antara masing-masing jaringan
• Kecepatan reaksi diatur oleh hormon
dan suplai asam amino dan energi
• Secara kebutuhan energi : MAHAL
– Membutuhkan 5 ATP tiap ikatan
peptida
• Merupakan 20 % pengeluaran energi
tubuh
• Sintesis protein
• Another link
Turnover Protein
Katabolisme protein
Enzim-enzim yang berperanan
• Glutamat dehidrogenase
• Glutamin sintetase
• Amino transferase
Fungsi umum :Untuk merubah ion
ammonium menjadi α-amina
nitrogen pada beberapa asam amino
Contoh : Glutamat
dehidrogenase
Contoh : Glutamin sintetase
Contoh : Amino
Transaminase
Pembentukan masingmasing asam amino
• Kerjasama
katabolisme dan
anabolisme
• Merupakan
kombinasi dari
hasil kerja enzimenzim tersebut
Pembentukan
Alanin :
• Serin dan sistein
Serin menjadi Glisin
Phenil alanin dan tirosin
• Coba lihat pembentukan asam amino
lainnya…………..
Sintesis dan Degradasi
Protein
• Sintesis harus melebihi degradasi
untuk mencukupi deposisi dan
sekresi netto protein
• Perubahan pada deposisi dapat di
capai dengan kombinasi perubahan
sintesis dan degradasi
• Mencukupi bagi kontrol yang baik
untuk deposisi protein
Turnover Proteins
• Degradasi dan resintesis protein
– Sejumlah asam amino didegradasi dan harus
digantikan melalui intake makanan
• ‘Obligatory losses’
• Untuk adanya pertumbuhan dibutuhkan
synthesis > degradation
Pengaturan Hormonal
• Insulin
– Ketersediaan glukosa ke sel bertambah
– Pertumbuhan sintesis protein
• Glukagon
– Sintesis protein berkurang
– Degradasi protein bertambah
Katabolisme Protein
• Terjadi pada saat
– Protein diet melebihi kebutuhan
– Komposisi yang diabsorbsi asam amino
tidak seimbang
– Glukoneogenesis meningkat
Katabolisme Protein
• Sejumlah hasil katabolisme protein
dapat ditemukan setiap waktu
– Diekspresi sebagai urinary nitrogen
excretion
• Sisa rantai karbon digunakan untuk energi,
ekskresi nitrogen dalam bentuk urea
• Nitrogen minimal yang diekskresikan
disebut endogenous urinary nitrogen
(EUN)
Katabolisme Protein
• Protein dipecah menjadi asam amino
oleh enzim-enzim protease dan
peptidase
• Half life protein berbeda-beda, dari
hitungan milidetik sampai ratusan
jam
• Terdapat 2 jalur utama degradasi
protein
2 jalur utama degradasi
protein
• Jalur lisosom : untuk protein
ekstraseluler, membran protein dan
protein intraseluler yang half-lifenya
panjang : jalur ini spontan, tidak
membutuhkan ATP
• Jalur ubikuitin-proteasom : Untuk
protein yang abnormal, berumur
pendek: berlangsung di sitosol dan
butuh ATP
Marker oleh ubikuitin
Pembuangan zat sisa NH3
• NH3 beracun dan harus secepatnya
didetoksifikasi dan diekresikan dari tubuh
– Ikan
– Mammalia
– Burung
:
:
:
NH3
Urea
Asam Urat
• Sintesis asam urat
– Jalur yang sama dengan purin
• Sintesis urea— siklus urea
– Detoksifikasi NH3 menjadi ureum
– Sintesis arginin
Eksresi Nitrogen Urin
HEPAR
Asam Amino
CO2
Asam keto
NH3
Urea
Darah
Ginjal
Urea
Urin
Biosintesis Urea
• Dibagi atas 4:
1. Proses Transaminasi :bertujuan
untuk memindahkan gugus Amina
dari berbagai asam amino ke
Glutamat
2. Deaminasi oksidative glutamat :
dengan enzim glutamat
dehidrogenase maka gugus NH3
dikeluarkan
3. Transport amonia (NH3) : amonia
akan dibawa dalam bentuk “aman”
dengan diikatkan ke glutamin
(glutamin sintetase) dan dilepaskan
kembali oleh glutaminase
4. Sintesis urea : beberapa
diantaranya terjadi di mitokondria
sel hepar, sisanya di sitosol
Metabolik disorder
• Hiperamonemia tipe 1 : def
karbamoil fosfat sintetase
• Hiperamonemia tipe 2 : def ornitin
transkarbamoilase
• Sitrulinemia : def arginosuksinat
sintetase
• Arginosuksinasiduria: def
arginosuksinase
• Hiperarginemia: def arginase
Deaminasi
• Pengeluaran gugus amino dari asam
amino tanpa dipindahkan
• Menghasilkan ammonia dan asam αketo
– Ammonia dikeluarkan melalui siklus
urea
– Asam α-keto acid dimetabolisasi melalu
beberapa jalur
• Dikatalisasi oleh enzim dehidratase
– Pyridoxal phosphate (PLP)
membutuhkan (B6)
Deaminasi
amino
Asam α-Keto
Dehydratase
PLP
H2O
Asam α-Keto
+ NH4
Penggunaan Asam Keto Untuk
Energi
• Asam keto
– Masuk siklus TCA dan dipecah menjadi
CO2 dan H2O serta melepaskan energi
– Digunakan sebagai glukoneogenesis
• Beberapa, tapi tidak semua asam amino
• Pada hepar (dan renal)
– Lipogenesis (biosintesis asam amino)
– Ketogenesis
• Badan ketone (asetosetat, asetil-KoA)
• Digunakan sebagai sumber energi oleh
beberapa jaringan
Kerangka karbon protein
Asam Amino Ketogenik
• Leusin dan isoleusin
– Dikonversi menjadi asetoasetat atau
asetil KoA pada hepar
• Sumber energi bagi jaringan lain
Kelainan-kelainan pada konversi
metabolisme kerangka karbon
protein
• Gangguan metabolisme bisa berupa blok,
inhibisi, maupun defisiensi pada masingmasing metabolisme kerangka karbon.
• tirosin; tirosinemia tipe 1, tipe2 dan
neonatal tirosinemia
• Alkapton uria: kekurangan enzim
homogentisat oksidase, urin nerwarna
kegelapan jika teroksidasi udara, gejala
lain berupa artritis dan pengumpulan
pigmen di sendi
Maple syrup urin disease
• Kelainan metabolisme kerangka asam
amino bercabang, terdapat peningkatan
leusin, isoleusin, asam α-keto dan asam
α-hidroksi
• Urin berbau sirup maple, gejala,
muntah,asidosis dan koma
• Mekanisme:belum diketahui pasti
• Terapi: ganti sumber protein diet,
nno/rendah leusin, isoleusin, asam α-keto
dan asam α-hidroksi
Keterkaitan Antara Asam
Amino
• Metionin dapat dikonversi ke Sistein
– Jika terdapat kekurangan Cys dalam
makanan, Met dikonversi menjadi Cys dan Met
jadi ikut berkurang
– Hingga 50% kebutuhan Cys dipenuhi oleh Met
• Phe dapat dikonversi menjadi Tyr
– Kebutuhan Phe + Tyr
NH3
C C
H2 H
+
NH3+
O
C
O
–
HO
C C
H2 H
C
O
O–
Conditionally Essential
Asam Amino
• Asam amino dapat menjadi essensial
pada konsisi fisiologi tertentu
– Contoh: tirosin menjadi essensial pada
orang yang menderita “phenylketonuria
(PKU)”
Biosintesis Asam Amino
Nonessential
• Tirosin
– Dari phenylalanine (PKU; 1 / 15,000)
• Phenylalanine hidroksilasi
• Tyrosine penting untuk sintesis adrenalin,
noradrenalin, thyroxine dan melanin
Phenylketonuria (PKU)
• Kondisi Normal :
Phenylalanine
(essential aa)
Tyrosine
(nonessential aa)
Phenylketonuria (PKU)
• Pada PKU:
– Phenylalanine meningkat
Dapat mengakibatkan retardasi mental
Kondisi diturunkan (genetik)
Phenylalanine
(essential aa)
Tyrosine
(nonessential aa)
Siklus Urea
• Reaksi
keseluruhan
2 NH3 + CO2
O
||
  H2N–C–NH2 + H2O
• Membutuhkan energi (3 ATP)
• Urea didifusi dari sel hepar ke cairan tubuh
• dieksresikan melalui ginjal
Boisen et al. (2000)