BIOKIMIA - ASAM AMINO

BIOKIMIA - ASAM AMINO

Protein: polimer asam amino.

Fungsi protein antara lain sebagai enzim, sebagai hormon, sebagai alat transport dalam darah, ikut mempertahankan keseimbangan asam basa cairan tubuh, dan sebagai antibodi.

Protein struktural adalah protein yang berfungsi struktural misalnya kolagen, keratin, dll

Protein fungsional adalah yang mengerjakan fungsi tertentu misalnya enzin, hormon.

Pencernaan protein

Protein dalam makanan dicerna à proteosa à pepton à polipeptida à asam amino.

Hcl lambung :  1. Mengaktifkan proenzim.

                        2. Denaturasi protein

3. pH optimum enzim à akan menghidrolisis protein dalam lambung à selanjutnya pencernaan diteruskan dalam usus oleh enzim-enzim endopeptidase lainnya dan enzim-enzim eksopeptidase. Dipeptida dicerna oleh dipeptidase. Asam amino yang terbentuk akan diserap masuk ke dalam darah.

Absorpsi asam amino:

·         Selektif.

·         Absorpsi L-asam amino lebih cepat dari D-asam amino.

·         Perlu energi (transport aktif) à dapat dari kadar rendah ke tinggi.

·         Pada keadaan normal tak terjadi absorpsi protein atau polipeptida.

·         Pada keadaan tertentu dapat terjadi absorpsi protein/ polipeptida (sedikit) misalnya pada keadaan alergi.

·         Bayi dapat mengabsorpsi antibodi dalam colostrum/ asi melalui pinocytosis.

Metabolisme asam amino:

Asam amino yang terbentuk di usus akan diabsorpsi dan dibawa oleh peredaran darah ke dalam sel-sel tubuh.

A) KATABOLISME:

1. Katabolisme nitrogen asam amino à urea

2. Katabolisme kerangka karbon asam amino à senyawa amfibolik

B) ANABOLISME à sintesis protein

      Ada 20 macam asam amino dasar : 10 macam adalah asam amino essensial.

C) PEMBENTUKAN PRODUKSI KHUSUS

Pada keadaan asam amino dari makanan berlebihan:

1. Untuk sintesis protein

2. Untuk sintesis produk khusus (serotonin), dll

3. Sisa à katabolisme

N à urea

Kerangka C à senyawa amfibolik (misalnya anggota siklus asam sitrat) à sintesis lemak, sintesis glikogen.

Pada keadaan kelaparan: katabolisme asam amino meningkat.

N à urea

Kerangka C à senyawa amfibolik (energi, sintesis glukosa)

Keseimbangan nitrogen

·      Protein dalam tubuh bersifat dinamis, selalu ada sintesis dan degradasi.

·      Dengan mengukur jumlah nitrogen yang masuk dan keluar kita dapat memperkirakan kondisi metabolisme protein tubuh, oleh karena nitrogen dalam tubuh terutama terdapat pada protein.

·      N masuk tubuh lewat makanan

·      N keluar tubuh lewat urine, keringat, dan feses.

·      Keseimbangan nitrogen tubuh dikatakan positif bila N masuk tubuh = N yang keluar dari tubuh à berarti sintesis protein à katabolismenya, terjadi misalnya pada masa penyembuhan, masa pertumbuhan, dan masa hamil.

·      Keseimbangan nitrogen yang negatif berarti katabolisme protein =  sintesisnya, terjadi misalnya pada waktu kelaparan, sakit.

·      Keseimbangan nitroen yang setimbang terdapat pada orang dewasa normal dan sehat.

Macam-macam asam amino:

a. Esensial: arginin (ARG*), histidin (HIS), isoleusin (ILE), leusin (LEU), lysin (LYS), metionin (MET), fenilalanin (PHE), treonin (THR), triptofan (TRP), valin (VAL).

*Semi essensial karena dapat disintesis tubuh tetapi tak mencukupi untuk pertumbuhan anak.

b. Non esensial: alanin (ALA), aspargin (ASN), aspartat (ASP), sistein (CYS), glutamat (GLU), glutamin (GLN), prolin (PRO), serin (SER), tirosin (TYR), hydroxyprolin*, hydroxylisin*.

*Terbentuk selama prossesing kolagen sesudah ditranslasi.

Hewan tingkat tinggi dan manusia tak dapat mensintesis asam amino esensial.

·         Asam amino esensial : tak dapat disintesis oleh tubuh, hanya bisa didapat dari luar/ makanan.

·         Asam amino non esensial: dapat disintesis oleh tubuh oleh senyawa lain.

Sintesis protein perlu ke 20 jenis asam amino.

Protein hewani mempunyai nilai biologis lebih tinggi dibanding protein nabati oleh karena komposisi asam aminonya lebih lengkap dan kadarnya lebih tinggi. Penting dilihat terutama asam amino essensialnya.

Biosintesis asam amino non essensial dari senyawa amfibolik.

·      Dari senyawa amfibolik

1. Alfaketoglutarat à GLU à GLN

2. Pyr à ALA

3. Oksaloasetat à ASP à ASN

4. D-3 fosfogliserat à SER

5. Kholin/ glioksilat à GLY

·      Dari asam amino non esensial lain

1. GLU à PRO à HIDROKSIPROLIN

2. SER à GLY

·      Dari asam amino esensial

1. MET + SER (A.A non ess) à CYS

2. PHE à TYR

3. LYS à HIDROKSILIN

Biosintesis asam amino non esensial dari senyawa amfibolik

-       contoh : anggota siklus asam sitrat dapat diubah menjadi asam amino melalui reaksi transaminasi (transfer gugus amino) yang dikatalisis oleh enzim transaminase (amino transferase)

-       α ketoglutarat (suati asam keto) + gugus amino (dari alanin) menjadi glutamat (suatu asam amino), sedangkan alanin kehilangan gugus aminonya dan berubah menjadi piruvat (suatu asam keto)

Hasil akhir:

Organisme ureotelic: urea (mamalia)

Organisme uricotelic: uric acid = asam urat (reptil, burung)

Organisme ammonotelic: amonia (NH3) à ikan bertulang

Tahap katabolisme nitrogen asam amino

A. Transaminasi

B. Deaminasi oksidatif

C. Transport amonia

D. Siklus urea

A. Transaminasi

     Enzimnya : enzim transaminase = amino transferase

     Koenzim: piridoksal fosfat

     Transaminase yang didapatkan pada hampir seluruh jaringan pada mamalia adalah:

-     Alanin transaminase          

-     Glutamat transaminase

Lisin, treonin, prolin, dan OHProlin tidak mengalami transaminasi.

B. Deaminasi oksidatif

Enzimnya: L-glutamat dehidrogenase

-          reversibel

-          sebagai enzim pengendali

-          inhibitor allosterik: ATP, GNP, NADH

-          aktivator allosterik: ADP, GDP

-          didapat berbagai jaringan dalam sitoplasma dan mitokondria

C. Transport amonia

     Amonia bersifat toksik, jadi tidak diangkut dalam bentuk bebas dari jaringan ekstrahepatik.

Mekanisme utama: terjadi pada kebanyakan jaringan: glutamin sintetase akan mengubah glutamin yang non toksik.

Glutamin sintetase

GLU + NH4⁺ + ATP à GLN + H₂0 + ADP + Pi         

                  

GLU didapat dari α-ketoglutarat (TCA cycle) melalui reaksi transaminasi dengan AA lain.

GLN diangkut dalam darah ke hati, ginjal, dan GIT (usus)

Dalam hati gln dihidrolisis untuk melepas amonia yang akan masuk siklus urea.

Glutaminase

GLN + H₂0 à GLU + NH₄⁺

Dalam ginjal glutaminase membebaskan amonia untuk diekskresikan dengan kelebihan asam dari darah.

D. Siklus urea

     - dari amonia

     - dari CO2

     - dari ASP

     Reaksi endergonik: sintesis 1 mol urea è perlu 3 ml ATP

     Pengendalian: glutamat dehidrogenase dan karbamoil fosfat sintase I.

Siklus urea terjadi di hati, produk akhirnya yaitu urea akan masuk sirkulasi darah dan dibuang lewat ginjal (urin). Enzim yang berperan: 

·         Reaksi 1: karbamoil fosfat sintase

·         Reaksi 2: ornitin transkarbamoilase

·         Reaksi 3: asam argininosuksinat sintetase

·         Reaksi 4: argininosuksinase

·         Reaksi 5: arginase

*Reaksi 1 dan 2 terjadi di dalam matriks mitokondria hati.

*Reaksi 3, 4, 5 terjadi di dalam sitosol hati.

·      NH3 dihasilkan oleh :

-        Hasil katabolisme nitrogen asam amino di jaringan tubuh

-        Hasil kerja bakteri usus terhadap sisa protein atau asam amino dalam makanan dan urea dalam sekresi usus.

·      Akibatnya kadar amonia dalam vena porta à dalam darah sistemik

·      Amonia akan dirubah menjadi urea di hati.

·      Pada cirhosis hepatis:

-          Kadar amonia darah meningkat, apalagi bila disertai perdarahan gastrointestinal.

-          Amonia bersifat toksik terutama pada sistem saraf: terjadi gangguan penglihatan, gangguan bicara, flapping tremor, coma sampai kematian. 

·      Pada kerusakan ginjal berat : terjadi uremia (kadar ureum meningkat)

     Gangguan siklus urea:

Ø  N-asetil glutamat sintase: dapat diterapi dengan pemberian  N-asetlglutamat.

Ø  Karbamoil fosfat sintase I: hiperamonemia tipe I.

Ø  Ornitin transporter: sindroma hiperornitinemia, hiperamonemia, homositrulinuria (sindroma HHH)

Ø  Ornitin transkarbamoilase: hiperamonemia tipe 2, suatu gangguan X-link

Ø  Argininosuksinat sintase: sitrulinemia, ekskresi sitrulin meningkat.

Ø  Argininosuksinase: argininosuksinikasiduria

Ø  Arginase: Hiperaginemia, defek autosomal. Penyakit metabolik ini dapat dideteksi dengan Tandem Mass Spectrometry.

Katabolisme kerangka asam amino:

·      Kerangka C asam amino à senyawa amfibolik (senyawa keto)

·      Asam amino yang membentuk senyawa amfibolik anggota siklus asam sitrat = oksaloasetat, fumarat, suksinil ko-A, α-ketoglutarat bersifat glukogenik (dapat dibentuk menjadi glukosa)

·      Asam amino yang membentuk PYR akan membentuk oksaloasetat à bersifat glukogenik.

·      Asam amino yang membentuk asetil-koA (tidak lewat PYR)/ aseto asetil koA bersifat ketogenik à dapat membentuk senyawa keton

·      Yang murni ketogenik: LEU (leusin), LYS (lisin).

·      Yang campuran: ILE, PHE, TYR (karena membentuk fragmen ketogenik dan glukogenik)

·      A.A lainnya: glukogenik saja.

Keperluan biomedik

Gangguan metabolisme

-          Gangguan kongenital/ genetik

-          Jarang terjadi

-          Diagnosa sulit

-          Fatal pada usia muda

-          Kemunduran mental

-          Tx: diet rendah asam amino yang terganggu dan terapi gene.

Penyakit gangguan metabolik asam amino

Alur metabolik

enzim  2

enzim  3

enzim  1

 A --------> B --------> C -------> D ---------> P

·      Misalnya enzim 3 cacat à C, B, A akan menumpuk

·      Penumpukan metabolit akan menimbulkan gejala penyakit

·      Contoh gangguan metabolisme Asam Amino:

     1. Alkaptonuria: gangguan metabolisme tirosin

          Cacat enzim homogentisat oksidase à adanya homogentisat dalam urin

     2. Maple urine disease: terjadi akumulasi asam keto dari leu, val, dan ile.

          Cacat enzim α keto dekarboksilase, terjadi gangguan susunan saraf pusat.

     3. Penyakit hartnup

-  Cacat pada mekanisme transpor membran untuk triptofan à gangguan absorpsi dan transport renal TRP

-  Terjadi kelainan kulit, ataksia sereblar intermittent, gangguan mental.

Produk khusus dari asam amino dan peran asam amino individual

Produk khusus dapat berasal dari asam amino itu sendiri, kerangka C atau bagian dari asam amino itu.

ASAM AMINO KECIL

·      Glisin = GLY

Berkaitan dengan sintesis: heme, purin, glutation (GLU-CYS-GLY), asam glikokholat, kreatin, asam hipurat

·      Alanin = ALA

Asam amino glukogenik terpenting. Diekspor dari otot selama puasa dan exercise.

ASAM AMINO AROMATIK

·      Phenil alanin (PHE)

Zat bakal tyrosine. Pada penderita fenilketonuria enzim yang mengkatalisis reaksi di atas yaitu fenilalanin hidrokilase defisien (cacat genetik)

·      Tyrosin (TYR)

Zat bakal melanin pada melanosit. Zat bakal hormon tiroid pada kelenjar tiroid. Zat bakal katekolamin: adrenalin, noradrenalin, dan dopamin à neurotransmitter penting.

·    Triptophan (TRP)

    Zat bakal serotonin, suatu neurotransmitter. Zat bakal nicotinamide.

·    Histidin (HIS)

    Zat bakal unit karbon tunggal/ one carbon unit (formimino-FH4). Dekarboksilasi à histamin à merangsang sekresi asam lambung dan kontraksi otot polos.

ASAM AMINO BERCABANG (VAL, ILE, LEU)

·    Semua asam amino bercabang

Dikatabolisme oleh sistem BCKADH (branch chain keto acid dehidrogenase) à sistem ini defektif pada maple urine syrup disease.

·    Leusin (LEU)

Metabolismenya perlu biotin.

ASAM AMINO BASA

·    Arginin (ARG)

-  Zat bakal kreatin

-  Dibentuk pada daur urea dari ornithine

-  Zat bakal nitric oxide

·    Lisin (LYS)

Gugus LYS berinteraksi dengan glutamin ketika faktor XIIIa mengubah polimer fibrin menjadi bekuan fibrin yang stabil.

ASAM AMINO YANG MENGANDUNG S (SULPHUR)

·    Sistein (CYS)

Menyediakan gugus-SH bagi glutation, protein pengangkut hasil (ACYL) dan koenzimA dan taurin.

·    Metionin (MET)

-   S adenosil methionin (methionin aktif) merupakan donor metil pada reaksi metilasi, misalnya noreadrenalin à adrenalin

-   Menyediakan S untuk biosintesis cystein

-   Biosintesis spermin dan spermidin

ASAM AMINO HIDROKSI

·      Serin (SER)

-  Menyediakan C untuk sintesis cystein

-  Bagian dari fosfatidilserin

-  Diperlukan untuk sintesis sfingolipid

-  Sumber utama unit 1 carbon dalam tubuh.

·      Threonin (THR)

Fosforilasi THR oleh protein kinase à terjadi pada beberapa mekanisme transduksi signal.

ASAM AMINO DAN AMIDANYA

·      Glutamat

-       Berperan pada katabolisme nitrogen asam amino (transaminasi)

-       Komponen glutathion dan tetrahidrofolat

-       Dekarboksilasi pada neuron à GABA (Gamma Amino Butyric acid)

·      Glutamin

-  Mengangkut amonia dari jaringan ekstra hepatik ke hati dan sphlanchnic bed

-  Ikut dalam biosintesis nukleotida purin

-  Ikut dalam biosintesis GMP

-  Ikut dalam biosintesis nukleotida pirimidin

-  Menghasilkan ion amonium melalui kerja glutaminase pada respon renal terhadap asidosis

-  Reaksi detoksifikasi di hati

-  Zat bakal glutamat dalam neuron

-  Bahan bakar untuk eritrosit

·      Aspartat

-                      Biosintesis urea

-                      Biosintesis nukleotida purin

-                      Biosintesis AMP

-                      Biosintesis nukleotida pirimidin

-                      Berlaku sebagai neurotransmitter

·      Asparagin

-  Sintesis n-linked diogosakarida

Penerapan dalam klinis

Berikut ini saya akan menjabarkan lagi asam amino beserta fungsinya yang nantinya bisa diaplikasikan klinis rumah sakit saat menjadi dokter muda.

Jenis2 asam amino essensial :

1. Leucine (BCAA = Branched-Chain Amino Acids = Asam amino dengan rantai bercabang)

- Membantu mencegah penyusutan otot

- Membantu pemulihan pada kulit dan tulang

2. Isoleucine (BCAA = Branched-Chain Amino Acids = Asam amino dengan rantai bercabang)

- Membantu mencegah penyusutan otot

- Membantu dalam pembentukan sel darah merah

3. Valine (BCAA = Branched-Chain Amino Acids = Asam amino dengan rantai bercabang)

- Tidak diproses di organ hati, dan lebih langsung diserap oleh otot

- Membantu dalam mengirimkan asam amino lain (tryptophan, phenylalanine, tyrosine) ke otak

4. Lycine

- Kekurangan lycine akan mempengaruhi pembuatan protein pada otot dan jaringan penghubug lainnya

- Bersama dengan Vitamin C membentuk L-Carnitine

- Membantu dalam pembentukan kolagen maupun jaringan penghubung tubuh lainnya (cartilage dan persendian)

5. Tryptophan

- Pemicu serotonin (hormon yang memiliki efek relaksasi)

- Merangsang pelepasan hormon pertumbuhan

6. Methionine

- Prekusor dari cysteine dan creatine

- Menurunkan kadar kolestrol darah

- Membantu membuang zat racun pada organ hati dan membantuk regenerasi jaringan baru pada hati dan ginjal

7. Threonine

- Salah satu asam amino yang membantu detoksifikasi

- Membantu pencegahan penumpukan lemak pada organ hati

- Komponen penting dari kolagen

- Biasanya kekurangannya diderita oleh vegetarian

8. Phenylalanine

- Prekursor untuk tyrosine

- Meningkatkan daya ingat, mood, fokus mental

- Digunakan dalam terapi depresi

- Membantu menekan nafsu makan

Jenis2 asam amino non-essensial :

1. Aspartic Acid

- Membantu mengubah karbohidrat menjadi energy

- Membangun daya tahan tubuh melalui immunoglobulin dan antibodi

- Meredakan tingkat ammonia dalam darah setelah latihan

2. Glyicine

- Membantu tubuh membentuk asam amino lain

- Merupakan bagian dari sel darah merah dan cytochrome (enzim yang terlibat dalam produksi energi)

- Memproduksi glucagon yang mengaktifkan glikogen

- Berpotensi menghambat keinginan akan gula

3. Alanine

- Membantu tubuh mengembangkan daya tahan

- Merupakan salah satu kunci dari siklus glukosa alanine yang memungkinkan otot dan jaringan lain untuk mendapatkan energi dari asam amino

4. Serine

- Diperlukan untuk memproduksi energi pada tingkat sel

- Membantuk dalam fungsi otak (daya ingat) dan syaraf

Jenis2 asam amino essensial bersyarat :

1. Arginine (asam amino essensial untuk anak2)

- Diyakini merangsang produksi hormon pertumbuhan

- Diyakini sebagai pemicu Nitric Oxide (suatu senyawa yang melegakan pembuluh darah

untuk aliran darah dan pengantaran nutrisi yang lebih baik) dan GABA

- Bersama glycine dan methionine membentuk creatine

2. Histidine (asam amino essensial pada beberapa individu)
- Salah satu zat yang menyerah ultraviolet dalam tubuh

- Diperlukan untuk pembentukan sel darah merah dan sel darah putih

- Banyak digunakan untuk terapi rematik dan alergi

3. Cystine

- Mengurangi efek kerusakan dari alkohol dan asap rokok

- Merangsang aktivitas sel darah putih dalam peranannya meningkatkan daya tahan tubuh

- Bersama L-Aspartic Acid dan L-Citruline menetralkan radikal bebas

- Salah satu komponen yang membentuk otot jantung dan jaringan penyambung (persendian, ligamen, dan lain-lain)

- Siap diubah menjadi energi

- Salah satu elemen besar dari kolagen

4. Glutamic Acid (Asam Glutamic)

- Diperlukan untuk kinerja otak dan metabolisme asam amino lain