AMINO ACID BIOSYNTHESIS Asam amino merupakan unit penyusun protein Struktur: satu atom C sentral yang mengikat secara kovalent: gugus amino, gugus karboksil, satu atom H dan rantai samping (gugus R) KRT-2011

Asam Amino Gugus R  rantai samping yang berbeda-beda pada setiap jenis asam amino Gugus R yang berbeda-beda tersebut menentukan: -. Struktur -. Ukuran -. Muatan elektrik -. Sifat kelarutan di dalam air KRT-2011

Asam amino Perbedaan utama antara satu asam amino dengan yang lainnya terletak pada gugus sampingnya. Asam amino paling sederhana strukturnya adalah glisin yang hanya mempunyai satu atom hidrogen pada gugus sampingnya. Prolin adalah asam amino yang struktur dasarnya berbeda dari asam amino yang lain karena atom N-nya ada dalam struktur cincin, sehingga prolin lebih sesuai dinamakan asam imino. Struktur prolin yang demikian menyebabkan terjadinya bengkokan pada struktur protein sehingga mempengaruhi arsitektur protein. KRT-2011

Asam amino non polar Memiliki gugus R alifatik Glisin, alanin, valin, leusin, isoleusin dan prolin Bersifat hidrofobik. Semakin hidrofobik suatu asam amino seperti isoleusin , biasa terdapat di bagian dalam protein. KRT-2011

Asam amino dengan gugus R aromatik Fenilalanin, tirosin dan triptofan Bersifat relatif non polar  hidrofobik Fenilalanin bersama dgn V, L & I  asam amino paling hidrofobik Tirosin  gugus hidroksil , triptofan  cincin indol Sehingga mampu membentuk ikatan hidrogen  penting untuk menentukan struktur ensim KRT-2011

Asam amino dengan gugus R bermuatan positif Lisin, arginin, dan histidin Mempunyai gugus yang bersifat basa pada rantai sampingnya Bersifat polar  terletak di permukaan protein dapat mengikat air. Histidin mempunyai muatan mendekati netral (pada gugus imidazol) dibanding lisin  gugus amino arginin  gugus guanidino Karena histidin dapat terionisasi pada pH mendekati pH fisioligis  sering berperan dlm reaksi ensimatis yang melibatkan pertukaran proton KRT-2011

Polar, uncharged amino acids Rantai samping dari asparagine (Asn or N) dan glutamine (Gln or Q), masing-masing amide derivatives dari Asp and Glu,, tidak bermuatan tetapi dapat berpartisipasi dalam pengikatan hidrogen. Serine (Ser or S) dan threonine (Thr or T) (Fig. 3b) merupakan polar amino acids due to the reactive hydroxyl group pada ranai samping, dan dapat juga berpartisipasi dalam pengikatan hidrogen (as can the hydroxyl group of the aromatic amino acid Tyr). KRT-2011

Rantai samping asam amino dapat dibedakan atas: polar, bermuatan negatif (aspartat, asam glutamat), polar, bermuatan positif (arginin, histidin, lisin), polar, tidak bermuatan (asparagin, glutamin, serin, dan treonin), nonpolar/hidrofobik (alanin, sistein, isoleusin, leusin, metionin, fenilalanin, prolin, triptofan, tirosin, dan valin), netral (glisin). Kedua puluh macam asam amino beserta singkatannya dapat dilihat pada Tabel 3.1. KRT-2011

Klasifikasi Asam amino Diklasifikasikan berdasar gugus R (rantai samping) Biasanya sifat-sifat seperti: hidrofobik/hidrofilik, polar/non polar, ada/tidaknya gugus terionisasi Asam amino AROMATIK NON POLAR POLAR BASIC (+) ACIDIC (-) KRT-2011

Asam amino non polar Memiliki gugus R alifatik Glisin, alanin, valin, leusin, isoleusin dan prolin Bersifat hidrofobik. Semakin hidrofobik suatu a.a spt Ile (I)  biasa terdapat di bagian dlm protein. Prolin berbeda dgn a.a  siklis. Tapi mempunyai byk kesamaan sifat dgn kelompok alifatis ini. Umum terdapat pada protein yang berinteraksi dengan lipid KRT-2011

Asam amino polar Memiliki gugus R yang tidak bermuatan Serin , threonin, sistein, metionin, asparagin, glutamin Bersifat hidrofilik  mudah larut dalam air Cenderung terdapat di bagian luar protein Sistein berbeda dgn yg lain, karena ggs R terionisasi pada pH tinggi (pH = 8.3) sehingga dapat mengalami oksidasi dengan sistein membentuk ikatan disulfide (-S-S-)  sistin (tdk tmsk dlm a.a. standar karena selalu tjd dari 2 buah molekul sistein dan tidak dikode oleh DNA) KRT-2011

Asam amino dengan gugus R aromatik Fenilalanin, tirosin dan triptofan Bersifat relatif non polar  hidrofobik Fenilalanin bersama dgn V, L & I  a.a plg hidrofobik Tirosin  gugus hidroksil , triptofan  cincin indol Sehingga mampu membentuk ikatan hidrogen  penting untuk menentukan struktur ensim Asam amino aromatik mampu menyerap sinar UV λ 280 nm  sering digunakan utk menentukan kadar protein KRT-2011

Asam amino dengan gugus R bermuatan positif Lisin, arginin, dan histidin Mempunyai gugus yg bsft basa pd rantai sampingnya Bersifat polar  terletak di permukaan protein dapat mengikat air. Histidin mempunyai muatan mendekati netral (pd gugus imidazol) dibanding lisin  gugus amino arginin  gugus guanidino Krn histidin dpt terionisasi pada pH mendekati pH fisioligis  sering berperan dlm reaksi ensimatis yg melibatkan pertukaran proton KRT-2011

Asam amino dengan gugus R bermuatan negatif Aspartat dan glutamat Mempunyai gugus karboksil pada rantai sampingnya  bermuatan (-) / acid pada pH 7 KRT-2011

KRT-2011

KRT-2011

KRT-2011

Asam amino standar Asam amino yang menyusun protein organisme ada 20 macam disebut sebagai asam amino standar Diketahui asam amino ke 21 disebut selenosistein (jarang ditemukan) Terdapat di beberapa enzim seperti gluthatione peroxidase Selenenosistein mempy kode genetik: UGA  biasa utk stop kodon  tjd pd mRNA dgn struktur 2nd yg banyak. KRT-2011

Asam amino non standar Merupakan asam amino diluar 20 mcm as. Amino standar Terjadi karena modifikasi yang terjadi setelah suatu asam amino standar menjadi protein. Kurang lebih 300 asam amino non standar dijumpai pada sel modifikasi serin yang mengalami fosforilasi oleh protein kinase KRT-2011

Dari modifikasi Glu oleh vit K. modifikasi prolin  dlm proses modifikasi posttranslasi, oleh prokolagen prolin hidroksilase. Ditemukan pada kolagen untuk menstabilkan struktur Dari modifikasi Glu oleh vit K.  karboksi glutamat mampu mengikat Ca  penting utk penjendalan darah. Ditemukan pd protein protombin KRT-2011

Modifikasi lisin. Terdapat di kolagen dan miosin (protein kontraksi pd otot) dan berperan untuk sisi terikatnya polisakarida Beberapa ditemukan asam amino nonstandar yang tidak menyusun protein  merupakan senyawa antara metabolisme (biosintesis arginin dan urea) KRT-2011

AMINO ACID BIOSYNTHESIS ESSENTIAL AMINO ACIDS *ARGININE METHIONINE HISTIDINE PHENYLALANINE ISOLEUCINE THREONINE LEUCINE TRYPTOPHAN LYSINE VALINE NOTE ARG IS ESSENTIAL IN INFANTS AND CHILDREN MOST SYNTHESIZED ARG  ORNITHINE AND UREA VIA THE UREA CYCLE KRT-2011

AMINO ACID BIOSYNTHESIS NONESSENTIAL AMINO ACIDS ALANINE GLUTAMINE ASPARAGINE GLYCINE ASPARTATE PROLINE *CYSTEINE SERINE GLUTAMATE *TYROSINE NOTE: CYS GETS ITS SULFUR ATOM FROM MET TYR IS HYDROXYLATED PHE SO IT’S NOT REALLY NONESSENTIAL KRT-2011

AMINO ACID BIOSYNTHESIS ALL ARE SYNTHESIZED FROM COMMON METABOLIC INTERMEDIATES NON-ESSENTIAL TRANSAMINATION OF -KETOACIDS THAT ARE AVAILABLE AS COMMON INTERMEDIATES ESSENTIAL THEIR -KETOACIDS ARE NOT COMMON INTERMEDIATES (ENZYMES NEEDED TO FORM THEM ARE LACKING) SO TRANSAMINATION ISN’T AN OPTION BUT THEY ARE PRESENT IN COMMON PATHWAYS OF MICRO-ORGANISMS AND PLANTS KRT-2011

AMINO ACID BIOSYNTHESIS OVERVIEW (USE OF COMMON INTERMEDIATES) GLUCOSE  GLUC-6-PHOSPHATE    RIB-5-PHOS→ HIS  3-PHOSPHOGLYCERATE  SERINE    GLYCINE E-4-PHOS + PEP CYSTEINE   PHE→TYR PYRUVATE  ALA TRP  VAL CITRATE LEU, ILE ↓ OXALOACETATE, -KETOGLUTARATE ASP, ASN, GLU, GLN, PRO, ARG, LYS, THR, MET KRT-2011

SYNTHESIS OF NON-ESSENTIAL AMINO ACIDS ALL (EXCEPT TYR) SYNTHESIZED FROM COMMON INTERMEDIATES SYNTHESIZED IN CELL PYRUVATE OXALOACETATE -KETOGLUTARATE 3-PHOSPHOGLYCERATE KRT-2011

SYNTHESIS OF NON-ESSENTIAL AMINO ACIDS TRANSAMINATION REACTIONS: ONE STEP PYRUVATE + AA  ALANINE + -KETOACID OXALOACETATE + AA  ASPARTATE + -KETOACID -KETOGLUTARATE + AA  GLUTAMATE + -KETOACID TRANSAMINASES: EQUILIBRATE AMINO GROUPS REQUIRE PYRIDOXAL PHOSPHATE (PLP) ALL AAs, EXCEPT LYS, CAN BE TRANSAMINATED MOST TRANSAMINASES GENERATE GLU OR ASP WHY? LOOK AT MECHANISM OF PLP (PAGE 987 IN TEXT) KRT-2011

SYNTHESIS OF NONESSENTIAL AMINO ACIDS ATP-DEPENDENT AMIDATION OF ASP, GLU  ASN, GLN GLU + ATP + NH3  GLN + ADP + Pi GLUTAMINE SYNTHETASE NH3 IS TOXIC; IT’S STORED AS GLN GLN DONATES AMINO GPS IN MANY REACTIONS ASP + ATP + GLN  ASN + AMP + PPi + GLU ASPARAGINE SYNTHETASE KRT-2011

SYNTHESIS OF NONESSENTIAL AMINO ACIDS NITROGEN METABOLISM IS CONTROLLED BY REGULATION OF GLUTAMINE SYNTHETASE IN MAMMALS, GLN SYNTHETASES ACTIVATED BY -KG EXCESS AAs TRANSAMINATED TO GLU OXIDATIVE DEAMINATION OF GLU  -KG + NH3 NH3  UREA OR GLN (STORAGE) -KG IS A SIGNAL THAT ACTIVATES GLN SYNTHETASE KRT-2011

Amino acid biosynthesis Similarities to nucleotide synthesis Nitrogen Intermediates Types of reactions Structures Regulation Pathways Histidine Purine KRT-2011

Nitrogen cycle KRT-2011

Glutamate and glutamine KRT-2011

Regulation of nitrogen metabolism KRT-2011 Back

Regulation of nitrogen metabolism KRT-2011

Reactions in amino acid synthesis Transaminations Transfer of one-carbon groups Transfer of amino groups from Gln KRT-2011

Amino acid biosynthesis KRT-2011

Precursors in AA synthesis 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP) Ribose-5-P + ATP ------------------- PRPP + AMP Ribose phosphate phosphokinase KRT-2011

a-Ketoglutarate KRT-2011

KRT-2011

3-Phosphoglycerate KRT-2011

In plants and bacteria… KRT-2011

In mammals… KRT-2011

Oxaloacetate and pyruvate Transamination Amidation of Asp (N from Gln) Transamination KRT-2011

Phosphoenolpyruvate and erythrose 4-phsophate KRT-2011

Ribose 5-phosphate KRT-2011

Regulation of amino acid synthesis Allosteric feedback inhibition Concerted inhibition Sequential feedback inhibition KRT-2011

Molecules derived from AAs Nucleotides Nucleotide coenzymes Porphyrins Neurotransmitters Other molecules KRT-2011

Porphyrins KRT-2011

Porphyrins KRT-2011

Neurotransmitters Decarboxylation using PLP KRT-2011

KRT-2011

Creatine KRT-2011

Glutathione (GSH) KRT-2011

Plant substances Tannins Alkaloids Flavorings KRT-2011