Mekanisme Katabolisme Protein Dan Nitrogen Asam Amino

Mekanisme Katabolisme Protein  Dan Nitrogen Asam Amino – Protein adalah biomolekul kompleks dengan berat molekul tinggi yang disusun oleh residu-residu asam amino yang satu sama lain diikatkan dengan ikatan peptida. Jadi protein merupakan nutrien yang kaya nitrogen, oleh karena itu protein merupakan nitrogen utama bagi semua makhluk hidup. Kelebihan asupan protein tidak disimpan dalam tubuh tetapi dibuang dalam bentuk senyawa nitrogen. Pada bab ini hanya akan dibahas cara nitrogen dilepaskan dari asam amino dan dikonversi menjadi ureum.

Kompetensi khusus yang ingin dicapai peserta pembelajaran setelah mempelajari bab ini mampu menjelaskan tahap-tahap reaksi katabolisme nitrogen asam amino.

Katabolisme Protein

Di dalam semua bentuk kehidupan, pemecahan dan resistensi semua protein sel merupakan proses fisiologis yaitu berlangsung terus menerus. Setiap harinya manusia menggantikan 1 – 2 % dari protein total tubuh khususnya protein otot. 75 80 % asam amino yang berasal dari pemecahan protein, digunakan kembali untuk sintesis protein baru. Nitrogen pada 20 – 25 % asam amino sisanya dibuang baik dalam bentuk ureum, amonia atau asam urat tergantung kelompok organismenya.

Katabolisme protein intraseluler dikatalisis oleh enzim protease yang menghidrolisis ikatan peptida internal protein melepaskan peptida yang lebih pendek. Selanjutnya oleh enzim aminopeptidase dan karboksipeptidase secara terangkai memutuskan ikatan peptida pendek dari ujung amino dan karboksil. Hasil akhirnya adalah asam amino bebas.

Pada sel-sel eukariotik, terdapat dua jalan utama pemecahan protein intraseluler. Pemecahan protein ekstraseluler (protein yang terikat pada membran sel) dan protein intrasel yang berusia panjang berlangsung melalui berbagai proses yang tidak tergantung ATP dan terjadi di dalam lisosom. Sebaliknya  untuk pemecahan protein yang abnormal dan protein yang berumur pendek lainnya berlangsung di dalam sitosol dan membutuhkan ATP.

Katabolisme Nitrogen Asam Amino

Katabolisme  nitrogen dari asam a-amino dan sumber lainnya diekskresikan dalam produk akhir yang berbeda. Ekskresinya dapat dalam bentuk amonia, asam urat atau ureum. Jenis produk yang mendominasi tergantung pada keberadaan air di dalam lingkungan ekologi tempat hidup masing-masing hewan. Ikan yang hidup di dalam lingkungan berair mengekskresikan nitrogen dalam bentuk amonia, oleh karenanya disebut kelompok hewan amonotelik. Kelompok tersebut secara terus menerus mengekskresikan air sehingga memfasilitasi ekskresi amonia yang sifatnya toksik secara terus menerus.

Hewan-hewan yang hidup di daratan seperti burung yang harus menyimpan air dan mempertahankan berat badan yang rendah mengkonversi nitrogen dalam bentuk asam urat. Semua organisme yang mengkonversi nitrogen dalam bentuk asam urat disebut organisme urikotelik. Produk akhir asam urat yang relatif tidak larut, selanjutnya diekskresikan sebagai guano yang semisolid.

asam amino protein

Hewan-hewan yang tinggal di daratan, termasuk manusia, mengkonversi nitrogen dalam bentuk ureum. Oleh karena itu, dikelompokkan kedalam makhluk ureotelik, kelompok ini juga mengekskresikan  sisa nitrogen dalam bentuk ureum. Kenaikan kadar ureum dalam darah pasien penyakit gagal ginjal bukan merupakan penyebab penyakitnya, tetapi sebagai akibat dari terganggunya fungsi ginjal.

Pelepasan nitrogen dari asam a-amino dapat terjadi melalui dua proses yaitu transaminasi dan deaminasi. Nitrogen yang dilepaskan akan disalurkan ke dalam asam alfa-keto.

Transaminasi Asam a-Amino

Transaminasi terjadi pada interkonversi antara sepasang asam amino dan sepasang asam keto, umumnya untuk asam a-amino dan sebuah asam keto. ada beberapa asam amino seperti lisin, treonin, asam imino siklik protein dan hidroksiprolin sebagai kekecualian, tidak mengalami transaminasi. Enzim yang mengkatalisis proses transaminasi adalah transaminase (aminotransferase) yang dapat bekerja baik pada katabolisme asam amino maupun biosintesisnya. Hal tersebut terjadi karena transaminasi sifatnya reversibel bebas. Semua enzim transaminase dan banyak enzim lainnya yang menggunakan asam amino sebagai substrat , pada sisi katalitiknya mengandung piridoksal fosfat. Selama transaminasi, koenzim (piridok fosfat) yang terikat berfungsi sebagai pembawa gugus amino.

Setiap enzim transaminase adalah spesifik untuk satu pasangan substrat tetapi tidak spesifik untuk pasangan lainnya. Hal tersebut bisa dari kerja enzim alanin-piruvat transaminase (alanin transaminase) dan glutamat -a-ketoglutarat transaminase (glutamat transaminase). Kedua enzim tersebut terdapat pada sebagian besar jaringan mamalia yang mengkatalisis pemindahan gugus amino dari sebagian besar asam amino untuk membentuk alanin (dari piruvat) atau glutamat (dari a-ketoglutarat).

Gugus a-amino pada sebagan besar asam amino akhirnya akan dipindahkan ke a-ketoglutarat melalui transaminasi. Selanjutnya nitrogen tersebut dilepaskan. Sebagai amonia dikatalisis oleh L-glutamat dehidrogenase. Enzim tersebut terdapat dimana-mana dalam jaringan tubuh mamalia yang menggunakan NAD+ atau NADP+ sebagai oksidan (Gambar 31.6). hal tersebut menunjukkan bahwa konversi neto gugus a-amine menjadi amonia, memerlukan keseiramaan kerja antara glutamat transaminase dengan glutamat dehidrogenase. Glutamat dehidrogenase hati, aktivitasnya diatur oleh inhibitor alosterik ATP, GTP dan NADH serta oleh aktivator ADP. Jadi secara katabolik pada reaksi yang reversibel bebas, terjadi penyaluran nitrogen dari glutamat ke ureum. Secara anabolik, enzim mengkalisis aminasi a-ketoglutarat melalui amonia bebas.

Deaminasi Asam a-Amino

Di dalam jaringan hati dan ginjal, sebagian besar amonia  yang dilepas dari asam L-a-amino adalah merupakan hasil kerja transaminase dan L-glutamat dehidrogenase. Meskipun demikian ada pula yang dihasilkan oleh aktivitas enzim lain yaitu asam L-amoni oksidase suatu flovoprotein yang juga ditemukan di dalam hati dan ginjal. Enzim tersebut mengkatalisis oksidasi asam amino menjadi asam a-imino yang dengan penambahan air akan terurai menjadi asam a-keto yang bersesuaian dan diikuti oleh pelepasan ion amonium. flavin yang tereduksi (flavin –H2) selanjutnya dioksidasi ulang secara langsung oleh oksigen molekuler menjadi hidrogen peroksida (H2O2) dan akhirnya dipecah oleh katalase menjadi O2 dan H2O.

Pengikatan amonia dari L-a-asam amino oleh asam a-keto selain dikatalisis oleh glutamat dehidrogenase juga dapat terjadi oleh aktivitas glutamin sintase. Suatu enzim mitokondria yang banyak terdapat di jaringan ginjal. Enzim tersebut mengkatalisis pengikatan amonia oleh asam L-glutamat dan membentuk L-glutamin. Pembentukan ikatan amida pada glutamin dibarengi dengan hidrolisis satu ekuivalen ATP menjadi ADP dan Pi, sehingga sangat mendorong ke pembentukan glutamin (eksergonik).

Jaringan otak meskipun mampu membentuk ureum, namun tampaknya bukan merupakan jaringan targetnya. Dalam otak pembentukan glutamin merupakan jalan utama untuk detoksikasi amonia. Meskipun dalam keadaan kadar amonia tinggi di dalam darah, pasokan glutamat darah yang tersedia bagi otak tidak dapat mencukupi untuk pembentukan glutamin. Oleh karena itu, otak juga harus mensintesis glutamat dari aa-ketoglutarat. Jalan yang ditempuh melalui pengambilan intermediate siklus asam sitrat. Akan tetapi jalan ini tidak berlangsung jika intermediate tersebut digantikan oleh fiksasi CO2 untuk mengkonversi asam piruvat menjadi oksaloasetat. Fiksasi CO2 ke dalam asam amino sebenarnya terjadi dijaringan otak. Sesudah infus amonia, intermediate pada silus asam sitrat akan dialihkan ke sintesis a-ketoglutarat kemudian glutamat dan akhirnya terbentuk glutamin.

Deaminasi Glutamin dan Asparagin

Pembebasan-hidrolitik nitrogen amidase glutamin sebagai amonia oleh glutaminase sangat mendukung pembentukan glutamat. hal ini menunjukkan bahwa reaksi interkonversi antara ion amonium bebas dan glutamin dikatalisis oleh glutamin sintetase dan glutaminase. Reaksi analog adalah yang dikatalisis oleh L-asparaginase. Enzim glutaminase dan asparoginase pernah diuji sebagai preparat anti tumor, karena tumor tertentu memperlihatkan kebutuhan yang tinggi akan glutamin dan asparagin.

Ekskresi amonia yang dihasilkan oleh sel-sel tubulus ginjal ke dalam urin akan memfasilitasi penyimpanan kation dan regulasi keseimbangan asam – basa. Pada keadaan asidosis metabolik, produksi amonia dari asam amino internal khususnya glutamin dengan bantuan glutamin renol, meningkat sebaliknya pada keadaan alkalosis metabolik menurun.

KADAR ASAM AMINO YANG BERSIRKULASI DIPERTAHANKAN OLEH PERTUKARANNYA ANTAR-ORGAN

Upaya untuk mempertahankan kadar asam amino darah yang mantap antara jam-jam makan diperankan oleh otot dan hati. Hal tersebut berlangsung karena otot meuraikan perannya sebagai produsen asam amino yang jumlahnya lebih dari 50 % dari total depot asam amino bebas tubuh. Hati sendiri merupakan produsen enzim-enzim yang diperlukan untuk membuang kelebihan nitrogen.

Khususnya alanin dan glutamin, dilepaskan oleh otot ke dalam sirkulasi darah. Alanin yang tampaknya sebagai pembawa nitrogen dalam plasma diekskresi terutama oleh hati. Sedangkan usus dan ginjal merupakan tempat untuk ekskresi glutamin. Di dalam ke dua organ tersebut, glutamin dengan jumlah yang bermakna diubah menjadi alanin, selain itu, glutamin juga bertindak sebagai sumber amonia yang akan diekskresikan oleh ginjal. Ginjal, selain berperan sebagai ekskretor amonia, juga sebagai sumber utama asam amino serin bagi jaringan perifer, termasuk hati dan otot. Asam amino rantai cabang yang diperlukan oleh otot khususnya valin, diambil oleh otak.

Alanin bertindak sebagai asam amino glukoneogenetik yang penting. di hati, laju sintesis glukosa dari alanin lebih tinggi dibanding dari asam amino lainnya. Kapasitas hati untuk glukoneogenesis dari alanin tidak mencapai titik jenuh sebelum konsentrasi alanin mencapai 20 – 30 kali batas fisiologisnya.

Seseorang pada keadaan setelah makan makanan yang kaya protein, jaringan splanknikus akan melepaskan asam amino, sementara otot perifer mengekstraksi asam amino terutama yang berarti. dengan demikian, asam amino rantai cabang memiliki peranan khusus pada metabolisme baik pada keadaan puasa maupun setelah makan.

Baca juga :

Berkomentarlah dengan bijak,,No Spam !