metabolisme protein

BAB  I

PENDAHULUAN

1.1    LATAR BELAKANG

Protein adalah bagian paling besar dari komponen padat tubuh, sekitar tiga perempat, yang menyusun otot, enzim, protein plasma, antibodi dan hormon. Proses pencernaan protein mulai menjadi asam amino terjadi di saluran cerna. Banyak reaksi kimia yang terlibat dalam proses metabolisme protein ini.

Selain sebagai penyusun tubuh, protein juga berperan dalam berbagai fungsi tubuh yang lain, seperti membantu proses metabolisme karbohidrat dan lemak, berperan dalam mekanisme kekebalan tubuh, dan lain sebagainya.

Oleh karena itu, perlu kiranya mengulas atau membahas tentang proses yang terjadi dalam metabolisme protein.

1.2    TUJUAN

Setelah membahas tentang metabolisme protein, diharapkan kita mampu;

a.       Memahami tentang asam amino esensial dan asam amino non esensial

b.      Memahami proses transaminasi dan deaminasi

c.       Memahami siklus urea

d.      Mengenali gangguan-gangguan pada metabolisme protein

BAB  II

PEMBAHASAN

Sekitar tiga perempat zat padat tubuh adalah protein. Ini terdiri atas protein struktural, enzim, gen, protein yang mentrasfor oksigen, protein otot, dan banyak protein lain yang mempunyai fungsi spesifik.

Unsur utama protein adalah asam amino. 20 diantaranya terdapat didalam tubuh dalam jumlah bermakna. Setiap asam amino mempunyai gugus asam (-COOH) dan gugus nitrogen (-NH2).

Hasil akhir pencernaan protein dalam GIT hampir seluruhnya asam amino dan diabsorpsi ke dalam darah yang selanjutnya diabsorpsi sel dalam 5 sampai 10 menit di seluruh tubuh. Segera setelah masuk sel, asam amino dikonjugasi dibawah pengaruh enzim-enzim intrasel menjadi protein. Bila konsentrasi asam amino plasma turun dibawah normal, asam amino ditransfor ke luar sel untukmengisi suplai dalam plasma. Bersamaam dengan itu protein intra sel dipecah kembali menjadi asam amino.

Bila jaringan kekurangan protein, protein plasma dapat bekerja sebagai sumber pengganti protein jaringan yang cepat. Protein disintesa pada seluruh sel tubuh, dan sifat fungsional setiap sel tergantung atas protein yang dapat dibentuknya. Setiap penambahan asam amino dalam cairan tubuh dipecah dan digunakan untuk energi atau disimpan sebagai lemak. Degradasi ini terjadi hampir seluruhnya didalam hati dan dimulai dengan proses yang disebut deaminasi.

Hasil akhir dari pencernaan protein adalah asam amino. Asam amino  adalah sembarang senyawa organik yang memiliki gugus fungsional karboksil (-COOH) dan amina (-NH2).  Dalam biokimia seringkali pengertiannya dipersempit, keduanya terikat pada satu atom karbon (C) yang sama (disebut atom C alfa atau α). Gugus karboksil memberikan sifat asam dan gugua amina memberikan sifat basa. Dalam bentuk larutan, asam amino bersifat amfoterik: cenderung menjadi asam pada larutan basa dan menjadi basa pada larutan asam. Perilaku ini terjadi karena asam amino mampu menjadi zwitter-ion. Asam amino termasuk golongan senyawa yang paling banyak dipelajari karena salah satu fungsinya sangat penting dalam organisme, yaitu sebagai penyusun protein.

Struktur asam amino

Unit dasar penyusun struktur protein adalah asam amino. Dengan kata lain protein tersusun atas asam-asam amino yang saling berikatan.

Struktur Asam Amino

Suatu asam amino-α terdiri atas:

1. Atom C α. Disebut α karena bersebelahan dengan gugus karboksil (asam).
2. Atom H yang terikat pada atom C α.
3. Gugus karboksil yang terikat pada atom C α.
4. Gugus amino yang terikat pada atom C α.
5. Gugus R yang juga terikat pada atom C α.

2.1.  fungsi dari Protein

Oleh karena protein terdapat diseluruh tubuh dengan struktur dan fungsi yang berbeda, maka dapat diklasifikasikan fungsi protein sebagai berikut:

Ø  Katalisis reaksi Biokimia : Enzim

Ø   Struktur biologis : Membran sel, Kulit, kuku, rambut, Tendon, PB darah dan sebagainya

Ø   Transport O₂ : Hemoglobin

Ø   Hormon : Insulin

Ø   Zat pembawa (Carrier) : Apoprotein, Trans kobalamin, Albumin (FFA-Alb. Comp) dsb.

Ø   Tekanan osmosa darah : Albumin

Ø   Faktor pembekuan darah : Fibrinogen

Ø   Zat immun : g globulin

2.2.  Asam Amino Esensial dan Asam Amino Non Esensial

Protein tersusun dari berbagai asam amino yang masing-masing dihubungkan dengan ikatan peptida. 

Reaksi kondensasi dua asam amino membentuk ikatan peptida

Asam amino dibedakan: asam amino esensial dan asam amino non esensial. Asam amino diperlukan oleh makhluk hidup sebagai penyusun protein atau sebagai kerangka molekul-molekul penting. Ia disebut esensial bagi suatu spesies organisme apabila spesies tersebut memerlukannya tetapi tidak mampu memproduksi sendiri atau selalu kekurangan asam amino yang bersangkutan. Untuk memenuhi kebutuhan ini, spesies itu harus memasoknya dari luar (lewat makanan). Istilah "asam amino esensial" berlaku hanya bagi organisme heterotrof.

Bagi manusia, ada delapan (ada yang menyebut sembilan) asam amino esensial yang harus dipenuhi dari diet sehari-hari.

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)

TABEL NAMA-NAMA ASAM AMINO

No	Nama	Singkatan
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20	Alanin (alanine) Arginin (arginine) Asparagin  (asparagine) Asam aspartat (aspartic acid) Sistein (cystine) Glutamin (Glutamine) Asam glutamat (glutamic acid) Glisin (Glycine) Histidin (histidine) Isoleusin (isoleucine) Leusin (leucine) Lisin (Lysine) Metionin (methionine) Fenilalanin (phenilalanine) Prolin (proline) Serin (Serine) Treonin (Threonine) Triptofan (Tryptophan) Tirosin (tyrosine) Valin (valine)	Ala Arg Asn Asp Cys Gln Glu Gly His Ile Leu Lys Met Phe Pro Ser Thr Trp Tyr Val

2.3.  Reaksi Metabolisme Protein

Pada protein, asam-asam amino mengalami agregasi menjadi rantai panjang dengan cara ikatan peptida.

    NH3                     NH2                                     NH2

R-CH-COOH  +  R’-CH-COOH                      R-CH-CO                    +  H2O

                                                                               NH

                                                                         R’-CH-COOH

Setelah ikatan peptida terbentuk, gugus amino dan gugus karboksil tetap berada dalam molekul baru, keduanya berikatan membentuk rantai peptida. Kemudian beberapa peptida bergabung membentuk polipeptida, beberapa polipeptida bergabung membentuk ikatan peptida yang sangat panjang yaitu protein.

Proses Pencernaan Protein

Pada saat protein masuk ke dalam lambung, protein tersebut akan dicerna atau dikatabolisme dengan bantuan enzim pepsis. Pepsin ini bisa bekerja hanya pada suasana asam dengan pH optimum 1 – 2

                        Pepsin

  PROTEIN                      PROTEOSA  +  PEPTON

Sedangkan casein akan dicerna dengan bantuan enzim rennin yang diaktivasi oleh kalsium (Ca) dengan pH optimum 4

         Rennin

  CASEIN                  CASEIN YANG MENGGUMPAL

            Setelah proses di lambung selesai, proses selanjutnya terjadi di usus halus. Pada proses awal enzim yang berperan adalah trypsin yang diaktivasi oleh enterokinase dan bekerja pada pH sekitar 5,2 – 6

PROTEIN                   trypsin                      POLIPEPTIDA

PROTEOSA                                                DIPEPTIDA

PEPTON

Khimo-trypsin diaktivasi oleh trypsin dan bekerja pada pH 8

PROTEIN            khymo-trypsin                POLIPEPTIDA

PROTEOSA                                                DIPEPTIDA

PEPTON

Enzim selanjutya elastase diaktivasi oleh trypsin berperan dalam mengubah protein, protease dan pepton menjadi bentuk polipeptida dan dipeptida.

Polipeptida akan dirubah menjadi asam amino dengan bantuan enzim karboksi peptidasi, amino peptidase dan dipeptidase

                                      Karboksi peptidase

POLIPEPTIDA                                                    POLIPEPTIDA  +  ASAM AMINO

                                       Amino peptidase

POLIPEPTIDA                                                   DIPEPTIDA  +  ASAM AMINO

                                           Dipeptidase

DIPEPTIDA                                                       ASAM AMINO

Transaminasi dan Deaminasi

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

Jika jumlah protein terus meningkat, maka protein sel dipecah menjadi asam amino untuk dijadikan energi atau disimpan dalam bentuk lemak. Pemecahan protein jadi asam amino terjadi di hati melalui proses deaminasi atau transaminasi. Deaminasi adalah proses pembuangan gugus amino dari asam amino sedangkan transaminasi adalah proses perubahan asam amino menjadi asam keto.

Transaminasi:

alanin  +  alfa-ketoglutarat  →  piruvat  +  glutamat

Diaminasi:

asam amino  +  NAD+  →  asam keto  +  NH3

NH3  merupakan zat sisa dari katabolisme protein dan  racun bagi tubuh, tetapi tidak dapat dibuang oleh ginjal, untuk dapat dibuang maka amoniak (NH3) tersebut  harus diubah dahulu jadi urea (di hati) sehingga dapat diekskresi oleh ginjal.

Deaminasi maupun transaminasi merupakan proses perubahan asam amino menjadi zat yang  dapat masuk kedalam siklus asam sitrat (siklus kreb). Zat hasil deaminasi atau transaminasi yang dapat masuk siklus Krebs adalah: alfa ketoglutarat, suksinil ko-A, fumarat, oksaloasetat, sitrat.

Siklus asam sitrat berlangsung di dalam mitokondria sel. Pada siklus ini terjadi  proses perubahan asetil Ko-A menjadi  H dan  CO2. Pengambilan asetil Ko-A di sitoplasma dilakukan oleh oxaloasetat. Proses  pengambilan ini terus berlangsung sampai asetil-KoA di sitoplasma habis. Oksaloasetat berasal dari asam piruvat.

Jika kadar glukosa dalam tubuh habis, maka untuk memenuhi kebutuhan ATP akan diganti oleh lemak melalui lipolisis. Namun bila cadangan lemak juga habis, kebutuhan ATP ini akan mengambil dari protein.

Biosintesa Asam Amino

Biosintesa adalah proses pembuatan senyawa-senyawa kimiawi pada proses fisiologi di dalam tubuh. Pada makalah ini akan dikupas hanya tentang biosintesis asam amino non esensial.

Dari 12 asam amino non esensial, 9 asam amino dibentuk dari senyawa antara amfibolik. Tiga sisanya (Cys, Tyr, Hyl) dibentuk dari asam amino esensial.

Glutamat dehidrogenase, glutamin sintetase dan enzim transaminase menduduki posisi sentral dalam biosintesis asam amino. Efek gabungan enzim tersebut adalah mengkatalis transformasi ion amonium anorganik menjadi nitrogen α-amino organik pada berbagai asam amino.

1.       Alanin dari Pyruvat

                       O                                                 H

            H₃C – C – COO^-                         H₃C – C – COO^-

            Pyruvat                                                 NH₃⁺       alanin                                                           

                             Glutamat               a Keto Glutarat

2.       Aspartat, Asparagin dari Oksaloasetat

           O                       O                                      O                    H

                   C – CH₂ – C – COO^-                               C – CH₂ – C – COO-

            O^-            oksalo asetat                              O^-               NH3+           aspartat      

             Oksalo asetat         GLUTAMAT    a-KG

                                                                                                                Glutamin

                                                         Asparagin sintase                         ATP

                                                                                                              AMP + Pi                                    

                                                                                                               Glutamat

                                                                          O                      H

                                             Asparagin                    C – CH₂ – C – COO^-

                                                                       H₂N                   NH³⁺

 

3.      glutamat, glutamin dan α KG

     O                                      O

              C    CH2     CH2     C    COO‾                                                        α Ketoglutarat (α KG)

     O‾     1 GOT=AST                                       aspartat (1)/alanin (2)

              2 GPT=ALT                                      oksaloasetat (1)/piruvat (2)

     O                                 NH3+

             C    CH2    CH2    C    COO‾                                                           Glutamat

     O‾                                  H

   Glutamin sintetase                                  ATP

                                                             ADP

    O                                   H

            C    CH2    CH2    C    COO‾                                                               Glutamil posfat

   OPO2²‾                         NH3+

        NH3

        Pi

   O                                    H

            C    CH2    CH2    C    COO‾                                                               Glutamin

   NH2                             NH3+         

4.      Serin: dibentuk dari senyawa antara D-3-fosfogliserat yang bersifat glikolitik. Gugus α-hidroksil direduksi menjadi gugus okso oleh NAD+, kemudian mengalami transaminasi menjadi fosfoserin dan mengalami defosforilasi hingga terbentuk serin

5.      Glisin: sintesa glisin dari glioksilat dan glutamat atau alanin. Dua jalur lain pembentukan glisin adalah dari kolin dan dari serin pada reaksi hidroksimetil-transferase.

6.      Prolin: dibentuk dari glutamat melalui pembalikan reaksi katabolisme prolin.

7.      Sistein: dibentuk dari metionin dan serin

8.      Tirosin: dibentuk dari fenilalanin melalui reaksi yang dikatalisasi oleh enzim fenilalanin hidroksilase.

Rantai Respirasi

Ion H+ yang merupakan hasil utama dari siklus Krebs ditangkap oleh carrier NAD menjadi NADH. Ion H dari NADH (ditransfer ke → Flavoprotein → Quinon → sitokrom b → sitokrom c → sitokrom aa3) dan dioksidas oleh O2 menghasilkan H2O dan energi.

                      

            Rangkaian transfer H dari satu carrier ke carrier lainya disebut Rantai respirasi. Rantai Respirasi terjadi didalam mitokondria dan  transfer ion H antar carrier memakai enzim Dehidrogenase, sedangkan reaksi H + O2 memakai enzim Oksidase.

Fosforilasi Oksidatif

            Dalam proses rantai respirasi dihasilkan energi yang tinggi. Energi tersebut ditangkap ADP untuk membentuk ATP dengan menambah satu gugus fosfat. Fosforilasi oksidatif adalah proses pengikatan fosfor menjadi ikatan berenergi tinggi dalam proses rantai respirasi.

Fosforilasi oksidatif → proses merubah ADP → ATP

                           

Kreatin dan Kretinin

Kreatin disintesa di hati dari: metionin, glisin dan arginin
Dalam otot rangka difosforilasi membentuk fosforilkreatin (simpanan energi)

                        istirahat
Kreatin + ATP      ↔           Fosforilkreatin → Kreatinin
                         gerak                                     urine

2.4.  Gangguan Asam Amino

Kelainan Metabolisme Piruvat

Piruvat terbentuk dalam proses pengolahan karbohidrat, lemak dan protein.

Piruvat merupakan sumber energi untuk mitokondria (komponen sel yang menghasilkan energi). Gangguan pada metabolisme piruvat dapat menyebabkan terganggunya fungsi mitokondria sehingga timbul sejumlah gejala:  kerusakan otot, keterbelakangan mental,  kejang, penimbunan asam laktat yang menyebabkan asidosis (meningkatnya asam dalam  tubuh),  kegagalan fungsi organ (jantung, paru-paru, ginjal atau hati).

Gejala tersebut dapat terjadi kapan saja, mulai dari awal masa bayi sampai masa dewasa akhir. Olah raga, infeksi atau Alkohol dapat memperburuk gejala, sehingga terjadi asidosis laktat yang berat (kram dan kelemahan otot).

Kekurangan kompleks piruvat dehidrogenase

Kompleks piruvat dehidrogenase adalah sekumpulan enzim yang diperlukan untuk mengolah piruvat. Kekurangan kompleks piruvat dehidrogenase bisa menyebabkan berkurangnya kadar asetil Koenzim A yang penting untuk pembentukan energi. Gejala utamanya adalah: aksi otot menjadi lambat,  koordinasi buruk,  gangguan keseimbangan yang berat yang menyebabkan penderita tidak dapat berjalan. Gejala lainnya adalah kejang, keterbelakangan mental dan kelainan bentuk otak. Penyakit ini tidak dapat disembuhkan, tetapi diet tinggi lemak bisa membantu beberapa penderita.

Tidak memiliki piruvat karboksilase

Tidak memiliki enzim piruvat karboksilase akan mempengaruhi atau menghalangi pembentukan glukosa di dalam tubuh. Akibatnya di dalam darah akan tertimbun asam laktat dan keton yang menyebabkan timbulnya mual dan muntah. Penyakit ini sering berakibat fatal. Sintesa asam amino (komponen pembentuk protein) juga tergantung kepada piruvat karboksilase.

Jika enzim ini tidak ada, maka pembentukan neurotransmiter (zat yang menghantarkan gelombang saraf) akan berkurang, menyebabkan sejumlah kelainan saraf, termasuk keterbelakangan mental yang berat.

Hipoglikemia (kadar gula darah yang rendah) dan asidosis (penimbunan asam di dalam darah) dapat dikurangi dengan cara sering memakan makanan kaya karbohidrat. Tetapi belum ditemukan obat yang dapat menggantikan neurotransmiter yang hilang.

Pada penyakit yang lebih ringan, bisa dilakukan pembatasan asupan protein.

Kelainan Metabolisme Asam Amino

Asam amino merupakan komponen pembentuk protein. Penyakit keturunan pada pengolahan asam amino dapat menyebabkan gangguan pada penguraian asam amino maupun pemindahan asam amino ke dalam sel.

Fenilketonuria

Fenilketonuria (Fenilalaninemia, Fenilpiruvat oligofrenia) adalah suatu penyakit keturunan dimana tubuh tidak memiliki enzim pengolah asam amino fenilalanin, sehingga menyebabkan kadar fenilalanin yang tinggi di dalam darah, yang berbahaya bagi tubuh.

Dalam keadaan normal, fenilalanin diubah menjadi tirosin dan dibuang dari tubuh. Tanpa enzim tersebut, fenilalanin akan tertimbun di dalam darah dan merupakan racun bagi otak, menyebabkan keterbelakangan mental.

Pada saat bayi baru lahir biasanya tidak ditemukan gejala. Kadang bayi tampak mengantuk atau tidak mau makan. Bayi cenderung memiliki kulit, rambut dan mata yang berwarna lebih terang dibandingkan dengan anggota keluarga lainnya yang tidak menderita penyakit ini.

Beberapa bayi mengalami ruam kulit yang menyerupai eksim.

Jika tidak diobati, bayi akan segera mengalami keterbelakangan mental, yang sifatnya biasanya berat.

Gejala pada anak-anak yang menderita fenilketonuria yang tidak diobati atau tidak terdiagnosis adalah:  kejang,  mual dan muntah,  perilaku Agresif atau melukai diri sendiri,  hiperaktif,  gejala psikis (kadang-kadang).

Bau badannya menyerupai tikus karena di dalam air kemih dan keringatnya mengandung asam fenil asetat (hasil pemecahan fenilalanin). Fenilketonuria pada wanita hamil memberikan dampak yang besar terhadap janin yang dikandungnya, yaitu menyebabkan keterbelakangan mental dan fisik. Bayi terlahir dengan kepala yang kecil (mikrosefalus) dan penyakit jantung. Jika selama hamil dilakukan pengawasan ketat terhadap kadar fenilalanin pada ibu, biasanya bayi yang lahir akan normal.

Diagnosis ditegakkan berdasarkan tinginya kadar fenilalanin dan rendahnya kadar tirosin. Pengobatan meliputi pembatasan asupan fenilalanin. Semua sumber protein alami mengandung 4% fenilalanin, karena itu mustahil untuk mengkonsumsi protein dalam jumlah yang cukup tanpa melebihi jumlah fenilalanin yang dapat diterima. Karena itu sebagai pengganti susu dan daging, penderita harus makan sejumlah makanan sintetis yang menyediakan asam amino lainnya. Penderita boleh memakan makanan alami rendah protein, seperti buah-buahan, sayur-sayuran dan gandum dalam jumlah tertentu.

Untuk mencegah terjadinya keterbelakangan mental, pada minggu pertama kehidupan bayi, asupan fenilalanin harus dibatasi. Pembatasan yang dimulai sedini mungkin dan terlaksana dengan baik, memungkinkan terjadinya perkembangan yang normal dan mencegah kerusakan otak. Jika pembatasan ini tidak dapat dipertahankan, maka anak akan mengalami kesulitan di sekolah. Pembatasan yang dimulai setelah anak berumur 2-3 tahun hanya bisa mengendalikan hiperaktivitas yang berat dan kejang. Pembatasan asupan fenilalanin sebaiknya dilakukan sepanjang hidup penderita.

Gangguan Fungsi Ginjal

Terjadi kebocoran pada proses filtrasi protein di tubulus ginjal, sehingga terjadi proteinuria dan kehilangan protein plasma.

Kegagalan Fungsi Hati

Hati merupakan organ yang sangat vital dalam perannya untuk metabolisme glukosa, lemak dan protein. Pada suatu kondisi, apabila hati mengalami gagal fungsi, maka hampir semua proses metabolisme mengalami gangguan.

Dalam hubungannya dengan metabolisme protein, hati tidak bisa melakukan proses transaminasi, deaminasi, kegagalan dalam mengubah amoniak menjadi urea,kegagalan dalam biosentesa asam amino dan alin sebagainya.

BAB  III

KESIMPULAN

Tiga perempat zat padat tubuh adalah protein. Protein tersusun dari berbagai asam amino yang masing-masing dihubungkan dengan ikatan peptida. 

Hasil akhir pencernaan protein dalam GIT hampir seluruhnya asam amino dan diabsorpsi ke dalam darah yang selanjutnya diabsorpsi sel dalam 5 sampai 10 menit di seluruh tubuh. Pemecahan protein jadi asam amino terjadi di hati melalui proses deaminasi atau transaminasi. Deaminasi adalah proses pembuangan gugus amino dari asam amino sedangkan transaminasi adalah proses perubahan asam amino menjadi asam keto.

NH3  merupakan zat sisa dari katabolisme protein dan  racun bagi tubuh, tetapi tidak dapat dibuang oleh ginjal, untuk dapat dibuang maka amoniak (NH3) tersebut  harus diubah dahulu jadi urea (di hati) sehingga dapat diekskresi oleh ginjal. Kreatin disintesa di hati dari: metionin, glisin dan arginin
Dalam otot rangka difosforilasi membentuk fosforilkreatin (simpanan energi)