METABOLISME PROTEIN

1. Proses Yang Terjadi Dalam Metabolisme 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 asam amino menjadi energi melalui siklus asam serta siklus urea sebagai proses pengolahan hasil sampingan pemecahan asam amino. Keempat adalah sintesis protein dari asam-asam amino.

 Katabolisme Asam Amino

Tahap awal metabolisme asam amino melibatkan pelepasan gugus amino, kemudian baru perubahan kerangka karbon pada molekul asam amino. Dua proses utama pelepasan gugus amino, yaitu 1) transaminasi, yaitu proses katabolisme asam amino yang melibatkan gugus amino dari satu asam amino kepada asam amino lain, 2) deaminasi oksidatif yang menggunakan enzim dehidrogenase sebagai katalis (Poedjiadi, 1994 : 301-302).

Katabolisme Asam amino melalui reaksi umum asam amino. 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 yang berasal dari deaminasi nitrogen_α -amino_pada_asam-asam_amino.

Protein adalah produk yang dihasilkan dari ekspresi informasi genetik, merupakan polimer asam amino yang terikat satusama lainnya dengan ikatan dalam sel hidup, yang mempunyai peranan biologi yang sangat beragam, sebagai zat pembentuk, transfor, katalisator reaksi biokimia, hormone, racun, dan masi banyak lainnya. Protein Tubuh :

·         ¾ zat padat tubuh terdiri dari protein (otot, enzim, protein plasma, antibodi, hormon)

·         Protein merupakan rangkaian asam amino dengan ikatan peptide

·         Banyak protein terdiri ikatan komplek dengan fibril → protein fibrosa

·         Macam protein fibrosa: kolagen (tendon, kartilago, tulang); elastin (arteri); keratin (rambut, kuku); dan aktin-miosin

Macam Protein :

·         Peptide: 2 – 10 asam amino

·         Polipeptide: 10 – 100 asam amino

·         Protein: > 100 asam amino

·         Antara asam amino saling berikatan dengan ikatan peptida

·         Glikoprotein: gabungan glukose dengan protein

·         Lipoprotein: gabungan lipid dan protein

Struktur Asam Amino

Bila protein dipanaskan dalam suasana asam atau basa kuat maka ikatan kovalen yang menghubungkan asam amino satu dengan yang lainnya akan terputus, hasilnya kita akan mendapatkan molekul – molekul yang relative lebih sederhana yaitu asam – asam amino. Asam amino yang pertama kali diisolasi adalah asparagin yang ditemukan pada tahun 1806, sedangkan asam amino yang paling akhir diisolasi adalah treonin, baru ditemukan pada tahun 1938.

                  COOH                            Gambar : Struktur umum molekul asam amino

                        ↓

                  H₂N ̵ C ̵ H

                        ↓

                          R

Hampir semua asam amino standar kecuali glisin mempunyai atom karbon asimetris, yaitu atom karbon yang keempat tangannya mengikat atom atau gugus yang berbeda – beda. Atom karbon asimetris dalam asam amino standar yaitu atom karbon – alpha mengikat empat macam gugus antara lain : gugus karboksilat, gugus amino, atom hydrogen, dan gugus R. Atom karbon yang asimetris ini disebut juga pusat khiral. Kecuali glisin semua asam amino standar merupakan senyawa optis aktif yaitu dapat memutar bidang sinar yang terpolarisasi ke satu arah tertentu.   

Asam Amino :

• Asam amino dibedakan: asam amino esensial dan asam amino non esensial
• ,Asam amino esensial: T2L2V HAMIF (treonin, triptofan, lisin, leusin, valin → histidin, arginin, metionin, isoleusin, fenilalanin)
• Asam amino non esensial: SAGA SATGA (serin, alanin, glisin, asparadin → sistein, asam aspartat, tirosin, glutamin, asam glutamat)

Transfor Protein :

• Protein diabsorpsi di usus halus dalam bentuk asam amino → masuk darah
• Dalam darah asam amino disebar keseluruh sel untuk disimpan
• Didalam sel asam amino disimpan dalam bentuk protein (dengan menggunakan enzim)
• Hati merupakan jaringan utama untuk menyimpan dan mengolah protein

Penggunaan Protein Untuk Energi :

• Jika jumlah protein terus meningkat → protein sel dipecah jadi asam amino untuk dijadikan energi atau disimpan dalam bentuk lemak
• Pemecahan protein jadi asam amino terjadi di hati dengan proses: deaminasi atau transaminasi
• Deaminasi: proses pembuangan gugus amino dari asam amino
• Transaminasi: proses perubahan asam amino menjadi asam keton

Pemecahan Protein

1. Transaminasi:

• alanin + alfa-ketoglutarat → piruvat + glutamate

2.    Diaminasi:

• asam amino + NAD+ → asam keton + NH₃

• NH₃ → merupakan racun bagi tubuh, tetapi tidak dapat dibuang oleh ginjal → harus diubah dahulu jadi urea (di hati) → agar dapat dibuang oleh ginjal Ekskresi NH₃

• NH₃ → tidak dapat diekskresi oleh ginjal
• NH₃ harus dirubah dulu menjadi urea oleh hati
• Jika hati ada kelainan (sakit) → proses perubahan NH₃ → urea terganggu → penumpukan NH₃ dalam darah → uremia
• NH₃ bersifat racun → meracuni otak → coma
• Karena hati yang rusak → disebut Koma hepatikum

Pemecahan Protein

• Deaminasi maupun transaminasi merupakan proses perubahan protein → zat yang dapat masuk kedalam siklus Krebs
• Zat hasil deaminasi/transaminasi yang dapat masuk siklus Krebs adalah: alfa ketoglutarat, suksinil ko-A, fumarat, oksaloasetat, sitrat.

2.Perubahan rangka karbon asam amino menjadi zat antara amfibolik

Pemecahan asam amino bentuk zat antara metabolik utama yang dapat diubah menjadi glukosa atau dapat dioksidasi pada daur asam sitrat. Kerangka karbon 20 asam amino pembentuk protein disalurkan menjadi 7 molekul : piruvat, asetil KoA, asetoasetil KoA, α-ketoglutarat, suksinil KoA, fumarat dan oksalo asetat. Asam amino yang dipecah menjadi asetil-KoA atau asetoasetil- KoA disebut ketogenik.

3. Peran Asam Amino dalam Proses Pembentukan Bahan Tertentu yang Mempunyai Kepentingan Biologis.

Produk khusus dapat berasal dari asam amino itu sendiri, kerangka c atau bagian_dari_asam_amino_itu.  Berbagai produk yang penting secara fisiologis dan berasal dari asam amino mencakup heme, purin, pirimidin, hormon, nerutransmiter dan peptide yang biologis-aktif. Selain itu banyak protein mengandung asam amino yang sudah dimodifikasi untuk memenuhi fungsi  khusus, seperti pengikatan kalsium,atau sebagai senyawa antara yang bekerja untuk menstabilkan protein, yaitu protein struktural, melalui ikatan silang kovalen berikutnya. Residu asam amino dalam protein tersebut bertindak sebagai residu yang sudah dimodifikasi. Akhirnya, terdapat molekul peptida kecil atau molekul mirip peptida yang tidak disintesis dalam ribosom yang memiliki fungsi khusus dalam sel. Histamin yang dibentuk melalui dekarboksilasi histidin, memainkan peranan yang penting dalam banyak reaksi alergi. Neurotransmiter spesifik yang berasal dari asam amino mencakup -aminobutirat dari glutamat; 5-hidroksitripitamin (serotinin) dari triptofan; dan dopamin, norepinefrin serta epinefrin dari tirosin. Banyak obat yang digunakan untuk mengobati berbagai keadaan neurologis dan psikiatris mempengaruhi metabolisme neurotransmiter tersebut diatas. (Murray, Robert K. 1999 : 340)

4.  Efek Metabolisme Asam Amino

Metabolisme adalah proses alami tubuh itu melakukan sepanjang hari dan cara tubuh menggunakan energi tergantung pada tingkat metabolisme. Asam amino membantu dalam sintesis makanan dan itulah mengapa mereka dapat memiliki efek besar pada metabolisme. Ada beberapa asam amino mempengaruhi metabolisme dan beberapa yang paling penting adalah triptofan, fenilalanin, dan treonin antara lain. Semua asam amino yang dibuat dalam hati dan mereka dikeluarkan bersama dengan insulin untuk mengatur metabolisme tubuh. Setiap orang membutuhkan tingkat metabolisme yang tinggi untuk mencerna makanan dan kemudian mengubah makanan yang dicerna menjadi energi. Seseorang yang memiliki tingkat metabolisme yang rendah akan sering menjadi gemuk, yang mengarah ke berbagai masalah kesehatan lainnya. Seseorang yang memiliki tingkat metabolisme yang berlebihan akan perlu makan lebih banyak protein sebagai atau tubuhnya cenderung menggunakan lebih banyak energi. Ada beberapa asam amino dalam hati seperti arginin dan fenilalanin yang dibutuhkan oleh tubuh karena berbagai alasan lain dari sekadar sintesis.

Jika ada ketidakberesan dalam pengolahan asam amino, yang dapat turun-temurun, maka sel-sel dalam tubuh tidak dapat menyerap mereka. Jenis gangguan ini menyebabkan gejala awal dan menyebabkan penyakit yang lebih parah. Salah satu gejala awal akan berkurang metabolisme pada seseorang. Jenis gangguan ini bahkan dapat diidentifikasi dalam bayi yang baru lahir Karena penyakit ini membuat gejala sedini mungkin di kehidupan, bayi baru lahir secara rutin diskrining dalam beberapa kali. Di Amerika Serikat, bayi baru lahir secara umum diskrining untuk phenylketonuria, penyakit air kencing sirop maple, homocystinuria, tyrosinemia, dan sejumlah penyakit keturuanan lainnya, walaupun_skrining_bervariasi_dari_setiap_negara. Phenylketonuria_(PKU) adalah kelainan yang disebabkan pembentukan asam amino phenylalanine, yang merupakan asam amino esensial yang tidak bias disintesa oleh tubuh tetapi ada pada makanan. Kelebihan phenylalanine biasanya terubah ke tyrosine, asam amino lain, dan disisihkan dari tubuh. Tanpa enzim yang mengubahnya ke tyrosine, phenylalanine menjadi lebih berkembang di darah dan menjadi racun di otak, menyebabkan keterlambatan mental. PKU terjadi pada hampir semua kelompok etnik. Jika PKU terjadi dalam keluarga dan DNA bisa dijumpai dari seorang anggota keluarga terkena, pengambilan cairan amniotik atau pengambilan contoh chorionic villus dengan analisa DNA bisa dilakukan untuk memutuskan apakah janin mempunyai kelainan. Kebanyakan terjadi pada bayi baru lahir yang dideteksi selama tes skrining rutin. Bayi baru lahir dengan PKU jarang mempunyai gejala segera, walaupun kadang-kadang seorang bayi mengantuk atau makan dengan kurang baik. Jika tidak diobati, bayi terkena secara progresif menjadi keterbelakangan mental pada tahun pertama hidup mereka, yang akhirnya menjadi parah. Gejala lain termasuk pusing, mual dan muntah, bercak seperti eksim, kulit tipis dan rambut dibandingkan anggota keluarga mereka, agresif atau berprilaku membahayan dirinya, hiperaktif, dan kadang-kadang mengalami gejala psikiatrik. Anak yang tak diobati sering mengeluarkan bau tubuh dan air kencing "mousy" akibat hasil sampingan phenylalanine (phenylacetic asam) di air kencing dan keringat mereka. Untuk mencegah keterbelakangan mental, pemasukan phenylalanine harus dibatasi (tetapi tidak dihilangkan secara keseluruhan karena orang memerlukan beberapa phenylalanine untuk hidup) di mulai pada beberapa minggu pertama kehidupan. Karena semua sumber alami protein mengandung terlalu banyak phenylalanine untuk anak dengan PKU, sehingga anak tidak boleh makan daging, susu, atau makanan lain yang berisi protein. Malahan, mereka harus makan jenis phenylalanine-yang bukan dari makanan, terutama buatan. Makanan alami yang proteinnya rendah, seperti buah-buahan, sayur, dan tanaman biji-bijian tertentu dengan_jumlah_yang_dibatasi,_bisa_dimakan. Diet yang ketat, jika dimulai sedini mungkin dan dipertahankan dengan baik, menyebabkan perkembangan yang normal. Tetapi, jika kontrol sangat ketat diet tidak terpelihara, anak yang terkena mungkin mulai mengalami kesukaran di sekolah. Diet yang ketat dimulai sesudah usia 2 sampai 3 tahun dapat mengontrol hiperaktif yang dan ketidak pedulian ekstrim dan meningkatkan IQ anak pada akhirnya tetapi tidak membalik keterbelakangan mental. Bukti baru saja menyiratkan adanya fungsi beberapa keterbelakangan mental orang dewasa dengan Phenylketonuria (lahir sebelum tes skrining bayi baru lahir ada) mungkin bertambah baik kalau mereka mengikuti diet Phenylketonuria. Penyakit_Air_Kencing_Maple Anak dengan penyakit air kencing sirop maple tidak melakukan metabolisme asam amino tertentu. Sehingga produk asam amino bertambah, menyebabkan neurologic berubah, termasuk ketidakpedulian dan keterbelakangan mental. Karena produk sampingan ini juga menyebabkan cairan tubuh, seperti air kencing dan keringat, berbau sirop maple. Penyakit ini paling sering terjadi di antara_keluarga-keluarga_Mennonite. Ada banyak bentuk penyakit air kencing sirop maple; gejala bervariasi sesuai tingkat keparahan. Pada bentuk yang paling parah, bayi mengalami neurologic abnormal, termasuk seizures dan koma, selama minggu pertama kehidupan dan bisa meninggal dalam beberapa hari sampai berminggu-minggu. Pada bentuk yang lebih ringan, anak awalnya kelihatannya normal tetapi mengalami muntah, terhuyung-huyung, kebingungan, koma, dan bau sirop maple terutama selama tekanan fisik, seperti infeksi atau pembedahan. Pada beberapa Negara, bayi baru lahir secara rutin diskrining untuk penyakit ini melalui tes darah. Bayi dengan penyakit hebat diobati dengan dialisis. Beberapa anak dengan penyakit ringan dapat diberikan injeksi vitamin B1 (thiamin). Sesudah penyakit dapat dikontrol, anak selalu harus memakan makanan buatan yang rendah asam amino khusus yang dipengaruhi oleh enzim yang hilang. Homocystinuria Anak dengan homosistinuria tidak dapat melakukan metabolisme asam amino homocysteine, dimana dengan adanyaproduk sampingan yang beracun, membangun penyebab beberapa gejala. Gejala mungkin ringan atau hebat, bergantung_pada_cacat_enzim_tertentu. Bayi dengan kekacauan ini normal sewaktu dilahirkan. Gejala pertama, termasuk dislokasi lensa mata, menyebabkan berkurangnya penglihatan sangat parah, biasanya mulai terjadi sesudah usia 3 tahun. Kebanyakan anak mempunyai kelainan tulang, termasuk osteoporosis; anak biasanya tinggi dan kurus dengan tulang belakang lengkung, tungkai memanjang, dan panjang, jari seperti kaki laba-laba. Kekacauab psikiatrik dan tingkah laku dan keterbelakangan mental biasa terjadi. Homocystinuria membuat darah lebih mungkin secara spontan membeku, menghasilkan stroke, tekanan darah tinggi, dan banyak masalah serius lainnya.Pada sedikit negara bagian, anak diskrining untuk homocystinuria pada waktu lahir dengan pemeriksaan darah. Diagnosa diperkuat oleh pemeriksaan mengukur_fungsi_enzim_di_sel_hati_atau_kulit. Beberapa anak dengan homocystinuria membaik sewaktu diberikan vitamin B6 (pyridoxine) atau vitamin B12 (cobalamin). Tyrosinemia Anak dengan tyrosinemia tidak dapat secara komplit memetabolisme asam amino tyrosine. Hasil sampingan asam amino ini bertambah, menyebabkan berbagai gejala. Pada beberapa negara bagian, kekacauan diketahui dengan skrining_tes_pada_bayi_baru_lahir. Ada dua macam utama tyrosinemia: I dan II. Type I tyrosinemia paling sering terjadi pada anak keturunan Perancis-Kanada atau Skandinavia. Anak dengan kekacauan ini biasanya menjadi sakit kadang-kadang dalam tahun pertama hidup itu dengan gangguan fungsi hati, ginjal, dan syaraf, menghasilkan sifat lekas marah, rakhitis, atau malah kegagalan hati dan kematian. Pembatasan tyrosine pada makanan sedikit menolong. Pada sebuah percobaan obat, dengan menghalangi produksi metabolit tang beracun, dapat menolong anak dengan tyrosinemia I. Sering, anak dengan tyrosinemia I memerlukan pencangkokan hati. Type II tyrosinemia lebih jarang terjadi. Anak terkena kadang-kadang mempunyai keterbelakangan mental dan sering mengalami luka pada kulit dan mata. Tidak seperti tyrosinemia I, pembatasan tyrosine pada makanan bias mencegah masalah berkembang.

DAFTAR PUSTAKA

Murray, K. Robert. 1999. Biokimia Harper. Jakarta : EGC

Arbianto, purwo. 1993. Biokimia konsep – konsep dasar. Kimia FMIPA – ITB

Colby, 1992, Ringkasan Biokimia Harper, Alih Bahasa: Adji Dharma, Jakarta, EG

Harjasasmita, 1996, Ikhtisar Biokimia dasar B, Jakarta, FKUI

Harper, Rodwell, Mayes, 1977, Review of Physiological Chemistry

Toha, 2001, Biokimia, Metabolisme Biomolekul, Bandung, Alfabeta

Poedjiadi, Supriyanti, 2007, Dasr-dasar Biokimia, Bandung, UI Press

Wirahadikusumah, 1985, Metabolisme Energi, Karbohidrat dan Lipid, Bandung, ITB