METABOLISME PROTEIN DAN ASAM AMINO Oleh : dr. Ida Nurwati, M. Kes

BIOSINTESA ASAM AMINO NON ESENSIAL Pendahuluan Protein merupakan polipeptida ber BM  Makna biomedis yg penting Kwashiorkor jika makanan anak hanya mengandung pati yg kurang mengandung protein Marasmus jika masukan kalori maupun asam amino spesifik kurang.

PROTEIN SEDERHANA KOMPLEK Sec. Nutrisi Asam amino & bhn lain Heme Lipid KH ASAM ANINO ESENSIAL ASAM AMINO NON ESENSIAL

PERBEDAAN MARASMUS KWASHIORKOR Edema + - Hipoalbuminemia +, mungkin berat ringan Perlemakan hati _ Kadar insulin dipertahankan rendah Kadar epimefrin N naik Pengisutan otot - / << Mgkn sangat berat Lemak tubuh <

KEBUTUHAN ASAM AMINO PADA MANUSIA Secara nutrisi ESENSIAL NON ESENSIAL 1. Arginin * (Arg) R 7 Alanin (Ala) A 1 2. Histidin * (His) H 6 Asparagin (Asn) N 1 3. Isoleusin (Ile) I 8 Aspartat (Asp) D 1 4. Leusin (leu) L 3 Sistein (Cys) C 2 5. Lisin (Lys) K 8 Glutamat (Glu) E 1 6. Metionin (Met) M 5 Glutamin (Gln) Q 1 7. Fenilalanin (Phe) F 10 Glisin (Gly) G 1 8. Treonin (Thr) T 6 Prolin (Pro) P 3 9. Triptofan (Trp) W 5 Serin (Ser) S 3 10. Valin (Val) V 1 Tirosin (Tyr) Y 1 59 + Hidroksi prolin (Hyp) + Hidroksi lisin (Hyl) 17

* Secara nutrisi semiesensial Arginin & Histidin * Secara nutrisi semiesensial Disintesa dgn kecepatan yg kurang memadai untuk mendukung pertumbuhan pada anak. HIdroksi prolin & Hidroksi lisin Tidak diperlukan untuk sintesa protein - tetapi terbentuk selama pemprosesan pasca translasi kolagen (protein yg paling berlimpah jumlahnya pd jar. tubuh mamalia)

Dari 12 asam amino esensial. - 9 dibentuk dr senyawa amfibolik Dari 12 asam amino esensial - 9 dibentuk dr senyawa amfibolik - Cys, Tyr, Hyl dibentuk dr asam esensial 3 mekanisme pembentukan asam amino nonesensial (a.amino yg dpt disintesa oleh manusia ) yaitu asimilasi dari amonia bebas transaminasi : reaksi yg menyangkut pemindahan gugus -amino dr asam amino ke  - karbon asam keto, mmbtk a. amino dan a.keto baru mis :alanin, glutamat, aspartat. modifikasi rangka karbon dari asam amino yg ada misal sistein, glisin, tirosin, prolin

Glutamat - Reaksi aminasi reduktif  ketoglutarat dikatalisis oleh glutamat dehidrogenase Glutamin - Biosintesa glutamin dari glutamat dikatalisis oleh glutamin sintetase

3. Alanin dan Aspartat Transaminasi piruvat menjadi L alanin. Pada alanin ini donor amino dapat dari glutamat maupun aspartat. Aspartat berasal dariTransaminasi Oksalo asetat.

. ASPARTAT Aspartat menerima gugus amida dr glutamin untuk membentuk asparagin

SERIN Serin dibentuk dari senyawa glikotik D-3-fosfogliserat. Gugus -hidroksi direduksi menjadi gugus okso oleh NAD+, kemudian mengalami transaminasi menbentuk fosfo serin selanjutnya mengalami defosfo membentuk serin.

GLISIN Glisin disintesa dari a. Glioksilat, glutamat atau alanin yang dikatalisis oleh glisin transaminase yang terdapat pada sitosol hati. b. Serin lewat reaksi serin hidroksi metil transferase, reaksi nya bersifat reversibel c. kolin

Kolin lewat reaksi oleh kolin oksidase menjadi betain aldehid, kemudian oleh betain aldehide dehidrogenase menjadi betain kemudian menjadi dimetil glisin, dimetil glisin oleh dimetil oksidase dan sarkosin oksidase menjadi glisin.

PROLIN Biosintesa prolin dari glutamat Mell pembalikan reaksi katabolisme prolin

SISTEIN (non essensial) metionin (esensial) serin (non esensial)

TIROSIN Tirosin di btk oleh fenilalanin (a.a. esensial) Reaksi : Fenilalanin hidroksilasi I. Mengkatalisis reduksi dihidrobiopterin oleh NADPH II. Mengkatalisis reduksi O2 H2O Mengkatalisis reduksi Fenilalanin  tirosin

RINGKASAN BIOSINTESA ASAM AMINO A. AMINO PREKURSOR CIRI YG MENONJOL Alanin Piruvat Dgn transaminasi Glutamat  ketoglutarat Dgn aminasi reduktif Glutamin ADP + Pi mrp produk Aspartat Oksaloasetat Serin 3-fosfo-D-gliserat 3- fosfogliserat glisin Seny. Antara fosfoserin Seny. Antara hidroksi piruvat Metil THF (tetra hidrofolat) Glisin serin Membutuhkan THF Seny. Antara glioksilat Sistein Serin & metionin SEny. Antara sistationin Tirosin Fenilalanin Ko-enzim biopterin (fenilketonuria) Prolin Glutamat&arginin Glutamat semialdehid Asparagin aspartat AMP+PPi mrp produk

KATABOLISME PROTEIN DAN NITROGEN ASAM AMINO Cara nitrogen dikeluarkan dr asam amino serta diubah menjadi urea, dan permasalahan medis yg terjadi bila terdapat gangguan pd reaksi ini. Makna biomedis yg penting Amonia mrp senyawa yg toksik bg manusia  mekanisme belum diketahui. Tubuh membuang amonia dgn mengubahnya menjadi senyawa non toksik yi urea melalui siklus urea. Gangguan 1. gangguan faal hati  Amonia tertumpuk di darah  gejala klinik - Sirosis hepatis yg masif - hepatitis berat 2. Bayi yg lahir dgn defisiensi aktivitas salah satu enzim pd siklus urea.

Keseimbangan Nitrogen Perbedaan antara total masukan nitrogen dan total kehilangan nitrogen 1. Keseimbangan nitrogen + Konsumsi N > diekskresikan Misal : Anak yg sedang tumbuh Bumil 2. Keseimbangan nitrogen Manusia dewasa, masukan N mengimbangi pengeluaran melalui feces dan urin. 3. Keseimbangan nitrogen negatif - Pasien pasca bedah - Penyakit kanker stadium lanjut. - Konsumsi nitrogen dlm jumlah tidak memadai (kwashiorkor) - Konsumsi makanan dgn protein bermutu rendah.

Proses pertukaran protein terjadi pada segala bentuk kehidupan Proses pd sel hidup terus menerus akan diperbarui melalui proses pertukaran protein : - sintesa - penguraian protein dan asam amino Hubungan kualitatif untuk proses pertukaran protein & a.amino protein tubuh Penguraian protein : 1-2 % protein tubuh total / hr ( 20 -35 g N / hr ) Penggunaan kembali untuk sintesa protein yg baru 75-80 % (15 -28 g N / hr) Asam Amino Katabolisme menj urea & kerangka C Untuk senyawa antara amfibolik ( 5 -7 g N / hr )

Nitrogen asam amino menjadi berbagai hasil akhir Amonia Asam urat Urea    Amino telik Urikotelik ureotelik    Hewan air : burung hewan darat Ikan teleostean manusia

BIOSINTESA UREA DIBAGI 4 TAHAP Asam  Amino Asam  Keto transaminasi  Ketoglutarat L -glutamat Deaminasi oksidatif Pengangkutan amonia NH3 Siklus Urea UREA

TRANSAMINASI  Pemindahan ggs  amino dari A. Amino ke  karbon asam keto. Ada 12 dr 20 AA yg m’alami transaminasi Dikatalisis oleh E. Transaminasi / Amino transferase Ko Enzim : Vit B6 (piridoksal fosfat) Transaminase mrp enzim spesifik Hanya bagi satu pasang A  amino &  keto 3 Enzim transaminase - Alanin piruvat transaminase (Alanin Trans) - Glutamat  ketoglutarat transaminase ( Glutamat transaminase) - Aspartat transaminase

SIKLUS UREA

Hub. Siklus krebs dgn siklus urea Arginosuksinat →arginin +fumarat Fumarat Malat oksaloasetat Fumarase malat DH ase Oksaloasetat Aspartat transaminasi

Satu mol urea membutuhkan 1 mol amonium 1 mol C02.  amino nitrogen pada aspartat 3 mol ATP 5 enzim Asam amino - N Asetil Glutamat  pengaktif enzim - Sitrulin - Aspartat - Argino suksinat - Arginin - Ornitin

KELN METABOLISME PD SIKLUS UREA GK : Muntah 2 pd bayi. Mual thd mkn berprotein tinggi Ataksia intermiten Iritabilitas Letargia Retardasi mental Penata Laksanaan Diet rendah protein. Makanan sedikit2 tp sering

KELN. SIKLUS UREA BERUPA 1. Hiperamonia Tipe I. - Def. Karbamoil Fosfat Sintetase - Keln. Familial 2. Hiperamonemia tipe II - Def. Ornitin transkarbomoilase - Kenaikan kadar glutamin dlm darah, LCS, urin krn glutamin sintetase meningkat 3. Sitrulinemia - Sitrulinemia banyak diekskresi ke urin (1-2 gram /hr)  >> Plasma, LCS - Def. Arginosuksinat sintetase

KELN. SIKLUS UREA BERUPA 4. Asiduria Arginosuksinat - GK : Arginosuksinat tinggi di drh, LCS, urin. Rambut rapuh & beruntai (trikoreksis nodusa) - Def : Arginosuksinase - Enzim ini trdpt di sel2 fibroblas kulit, otak, hati, ginjal & eritrosit 5. Hiper argininemia - Arginin meningkat di darah, LCS - Enzim arginase eritrosit yg rendah

KATABOLISME RANGKA KARBON ASAM AMINO

KATABOLISME RANGKA KARBON ASAM AMINO

Reaksi deamidasi asparagin menghasilkan aspartat, yg mengalami transaminasi shg membentuk oksaloasetat. Kelainan metabolisme – Reaksi deamidasi glutamin menjadiglutamat yang mengalami transaminasi   ketoglutarat

Keseluruhan lima atom karbon prolin membentuk  ketoglutarat Keln :- Outosomal resesif : Hiperprolinemia I & II -Arginin : Hiperargininemia

Katabolisme histidin menjadi  ketoglutarat

Penderita def. asam folat  seny. FIGLU di ekskresikan ke urin Dx : Penderita & histidin  Figlu di urin a. Histidinemia GK : RM, bicara cacat :  histidin di darah & urin  Imidazol piruvat b. Asiduria Urokanat   ekskresi urokanat o.k. keln E. urokanase

l-TREONIN ASAM AMINO MEMBENTUK PIRUVAT GLISIN SERIN L- SISTIN L-ALANIN PIRUVAT SISTEIN ASETIL-KoA

GLISIN Reaksi katabolisme serin menjadi glisin dan glisin menjadi serin oleh Hidroksi metil transferase Lintasan utama katabolisme glisin pada vertebra : Konversi : CO2, NH4 + dan N5 N10 metilentetrahidrofolat yang dikatalisis oleh komplek glisin sintase di mitokondria

GLISINURIA - langka - Exkresi glisin >> di urin  batu ginjal oksalat - Akibat ggn reabsorbsi dlm tub. Renal HIPEROKSALURIA PRIMER - Ekskresi oksalat  di urin tdk sesuai oksalat makanan. - GK : - Urolitiasis kalsium oksalat bilateral yang progresif - Nefrolitiasis - ISK - Gagal ginjal - Hipertensi Glisin  glioksilat  oksalat

SERIN. SERIN  Glisin Konversi serin menjadi piruvat melalui serin dehidratase, yaitu protein piridoksal fosfat meliputi pengeluaran air & kehilangan sifat hidrolitik pada amonia ( hati tikus )

SISTEIN Gambar 5.7 : Katabolisme sistein melalui lintasan oksidatif langsung dan transaminasi

SISTEIN Katabolisme sistein melalui lintasan oksidatif langsung dan transaminasi Kelainan klinik meliputi i. Merkaptolaktat sistein disulfiduria ditemukan banyak 3 merkaptolaktat di urine ii. Sistinuria (sistin –lisinuria) kelainan bawaan, ekskresi sistin urine (20-30 kali normal) Ekskresi : lisin, arginin , ornitin meningkat disebut juga sistin lisinuria Sistin relatif kurang larut sehingga mudah terjadi batu sistine Kesan : cacat pada metabolisme reabsorbsi ginjal

iii. Sistinosis ( Cystine storage Disease) - Merupakan kelainan bawaan Kristal sistin bertumpuk dalam jaringan dan organ retikulo endothelial system (RES) Pada umumnya disertai amino asiduria generalisata Pada umumnya meninggal pada usia dini oleh karena GGA (gagal ginjal akuta) iv. Homosistinuria Cacat bawaan pada metabolisme metionin 1 : 1. 660.000 kelahiran hidup Kelainan pada sistationil sintase Gejala klinik : trombosis osteoporosis dislokasi lensa Retadarsi mental Bentuk homosistinuria ada 2 macam yaitu homosistinuria yang bereaksi terhadap vitamin B6 dan homosistinuria yang tidak bereaksi terhadap vitamin B6 Penata laksanaan penderita homositinuria ini dengan diet rendah metionil, diet tinggi sistein.

Katabolisme sistein melalui lintasan oksidatif langsung dan transaminasi

Terapi : Diet rendah tirosin dan fenilalanin Asam amino Pembentuk Asetil Ko-A a. Kelainan metabolisme tirosin i. Tirosinemia tipe I Cacat pada : Fumariloasetoasetat hidrolase Malailo asetoasetat hidrolase Gejala klinik pada bayi yaitu diare, muntah-muntah berbau seperti kubis, tidak dapat tumbuh kembang. Biasanya bersifat akut yaitu meninggal pada usia 1-8 bulan. Tetapi dapat juga meninggal pada usia 10 bulan. Terapi : Diet rendah tirosin dan fenilalanin Diet rendah metionin

Gejala klinik : lesi pada mata, kulit Retardasi mental sedang ii. Tirosinemia tipe II Kelainan tirosin transaminase hepatik Gejala klinik : lesi pada mata, kulit Retardasi mental sedang Tirosin di urin meninggi iii. Tirosinemia neonatus : Defisiensi enzim hidroksil fenil piruvat hidroksilase Laboratorium : darah : tirosin, fenilalanin meninggi Urin : meningginya tirosin hidroksifenil asetata, N asetil tirosin, tiramin

IV. ALKAPTONURIA Defisiensi : Enzim homogentisat oksidase Homogentisat diekskresi ke dalam urine, sehingga ketika teroksidasi udara akan terbentuk pigmen berwarna hitam kecoklatan Outosomal resesif, 2-5 % per 1juta kelahiran hidup Gejala klinik : okronosis ( pigmentasi menyeluruh pada jaringan ikat) oleh karena oksidasi homogentisat oleh polifenol oksidase sehingga terbentuk senyawa benzokuinon asetat yang akan mengadakan polimerasasi dan berikatan dengan makromolekul jaringan ikat artritis.

b. Kelainan katabolisme fenilalanin menjadi tirosin Kelainan genetik yang ditandai kelainan metabolisme yaitu Hiperfenilalaninemia * Tipe I (hiperfenilketonuria klasik , PKU) Cacat pada fenilalanin hidroksilase * tipe II-III : Cacat pada dehidrobiopterin reduktase * tipe IV – V : Cacat biosintesa dehidrobiopterin

Hiperfenilketonuria klasik (PKU ) Gangguan metabolisme fenilalanin → tirosin gangguan aktivitas enzim fenilalanin hidroksilase, fenilalanin → tirosin transaminase fenil piruvat Dh ase Fenil asetat fenil laktat  Fenasetilglutamin

Jadi urin pndrt : - asam fenilpiruvat→ IQ << - asam fenil laktat - asam fenil asetat TX : diet rendah fenilalanin. Deteksi dini sulit ok bayi umur 3-4 hari diet protein  bayi prematur terjd kelambatan matur enzim diet terbatas sampai umur 3-6 tahun, Gejala klinik PKU yaitu kejang, psikosis, eksema, kulit terang, rambut pirang,bau seperti tikus dan retardasi mental. Frekfensi terjadinya PKU yaitu 1 : 10.000 kelahiran hidup.

c. Lisin i. Hiperlisinemia periodik dengan disertai hiperamonemia konsumsi protein dlm jumlah normal terjadi hiperlisinemia - Hiperamonemia terjadi akibat inhibisi kompetitif arginase hati oleh kenaikian kadar lisin jaringan Terapi : dibatasi masukan lesin ii. Hiperlisinemia persisten tanpa hiperamonia autosomal resesif Sedikit yang retardasi mental

Triptofan Kelainan metabolisme triptofan : Penyakit hartnup * Merupakan kelainan bawaan * Gejala klinik : - ruam kulit mirip pelagra - Ataksia serebelum intermiten - Retardasi mental * Laboratorium : urin : indol asetat dan triptofan meningkat

5. KATABOLISME METIONIN, ISOLEUSIN DAN VALIN MENJADI SUKSINIL- KoA - CH3 - NH3 Metionin   ketobutirat - CO2 -CO2 - As KoA Isoleusin  Propionil KoA + CO2 - CO2 Valin  metil malonil KoA  Vit B12 Suksinil KoA

Kelainan pada metabolisme menjadi suksinil – KoA a. Asiduria metil malonat Oleh karena defisiensi vitamin B 12. Kelainan pada katabolisme metil malonil KoA mencerminkan kegagalan untuk mengubah vitamin B12 menjadi koenzimnya. Sehingga terjadi isomerasi metil malonil Ko A menjadi suksinil KoA Ada 2 bentuk yaitu : - bereaksi terhadap terapi vitamin B12 dosis farmakologis - Bereaksi jika terapi vitamin B12 dalam dosis tinggi (1 gram / hari).

b. Asidemia propionat Defisiensi propionil KoA karboksilase Diagnosa dengan propionat yang tinggi dalam serum Terapi :- diet rendah protein - Mengatasi asidosis metabolik

6. Kelainan metabolisme berkaitan dengan lintasan katabolisme bagi asam amino rantai BERCABANG a. Hipervalinemia * langka, kenaikan urin pada plasma * gangguan pada reaksi yang pertama, sehingga valin tidak dapat berubah menjadi  ketovalerat.

Valin Leusin Isoleusin Trans        ketoisovalerat  ketoisokaproat ketometilvalerat dekarb    Isobutiril Isovaleril metil butiril dehid    metil krilil metilkrotonil tiglil KoA suksinil   Asetoasetat Aseti KoA Asetil KoA Propionil KoA

B. Maple sirup urine (ketonuria rantai cabang) 5 - 10 perjuta kelahiran hidup Bau urine seperti sirup maple ( bau gula hangus) * Keaktifan enzim asam  ketodekarboksilase sedikit / tidak ada * Mekanisme toksisitas belum diketahui * Tampak pd akhir minggu 1 i.u smp akhir tahun pertama, pada umumnya meninggal * Gejala klinik : bayi sukar disusui, muntah muntah dan letargis. * Terapi : intake nya asam amino yang tidak mengandung valin, leusin dan isoleusin

c. Asidemia isovalerat gangguan reaksi 3 katabolisme leusin yaitu gangguan isovaleril Ko A dehidrogenase sehingga terjadi penumpukan isovaleril KoA yang dihidrolisis menjadi isovalerat dan diekskresi ke urine dan keringat. Gejala klinik : - Bau napas dan cairan tubuh “ bau keju “ - muntah-muntah - asidosis dan koma

Glikogenik dan ketogenik 7. Peristiwa yang dialami rangka karbon asam-asam L-  amino diubah menjadi senyawa senyawa amfibolik Glikogen (glikogenik) Lemak (ketogenik) Glikogenik dan ketogenik Ala Hyp Arg Met Asp Pro Cys Ser Glu Thr Gly Val His leu Ile Lys Phe Trp Tyr

Oleh: dr. Hj. Ida Nurwati, M. Kes PRODUK KHUSUS Oleh: dr. Hj. Ida Nurwati, M. Kes

1. Tirosin membentuk dopamine, norepinefrin, epinefrin dan melanin

tirosin, O2 dan H4+ biopterin oleh enzim tirosin hidroksilade membentuk Dioksi fenilalanin (DOPA). Dopa : zat antara dlm pembentukan melanin dalam melanosit dan noreineprin dalam sel-sel neuron. Dopa oleh enzim dopa dekarboksilase yaitu suatu enzim yang tergantung pada piridokasal fosfat, membentuk dopamin. Dopamin, O2, Cu2+ dan vitamin C oleh hidroksilasi oleh enzim dopamin -oksidase menjadi norepinefrin (noradrenalin). Disini vitamin C sebagai donor hidrogen. Di dalam medula adrenal, Norepinefrin dan S-adenosinmetionin oleh enzim Feniletanolamin-N- metil transferase menjadi Epinefrin (adrenalin). Adrenalin dan noradrenalin ini juga berfungsi sebagai hormon. Tirosin juga merupakan prekursor hormon tiroid triyodotironin dan tiroksin.

2. TRIPTOFAN MEMBENTUK SEROTONIN Serotonin : Vasokontriktor kuat Perangsang otot polos Triptofan oleh triptofan hidroksilase (H4 Biopterin ) dan O2 menjadi 5 hidroksi triptofan (5HT) . 1 % hidrosi triptofan mengalami dekarboksilasi menjadi serotonin (5 hidroksitriptamin). Enzim 5 H Tatau dekarboksilase ditemukan di : - ginjal (babi) - Hati dan lambung manusia Serotonin meningkat pd karsinoid maligna(argentifinoma) o.k pd penyakit ini 60 % triptofan →serotonin (N : 1 %) Shg produksi asam nikotinat menurun → pelagra → keseimbangan nitrogen negatif

Glisin, Arginin dan Metionin membentuk Kreatin

Kreatin : di otot, otak, darah,  urin . dlm bntk fosfokreatin or bebas. Kreatinin : bentuk anhidra kreatin, sebagian besar dibuat dari dalam otot melaui proses dehidrasi non enzimatik kreatin fosfat yang irreversibel. Ekskresi kreatinin dalam 24 jam konstan tiap hari sebanding dengan masa otot.

4. Glutamat membentuk GABA ( amino butirat) Senyawa  amino butirat (GABA) dibentuk dari asam amino glutamat dan piridoksal fosfat melalui dekarboksilasi glutamat oleh enzim glutamat dekarboksilase. Enzim ini terdapat dalam jaringan sistem saraf pusat terutama substansia grisea. Senyawa GABA ( amino butirat) ini berfungsi sebagai neurotransmiter penghambat dengan mengubah perbedaan potensial transmembran

Glutamat dibentuk dr glutamat dan piridoksal fosfat

5. Dekarboksilasi histidin menjadi histamin Histidin histamin dekarboksilasi Histamin dilepas waktu alergi, obat2an, bahan kimia → Anafilaksis Amin → pelebaran kapiler  Edema setempat Vol daerah aliran darah  Tekanan darah  Antihistamin : struktur  histamin halangi perubahan fisiologis Contoh :difenhidramin, klorfeniramin

Ornitin dan metionin membentuk spermidin dan spermin. Ornitin oleh ornitin dekarboksilase menj putresin di+ adenosin metionin dekarboksilse oleh spermidin sintase menjadi spermin oleh spermin sintase menjadi spermin Manusia mensintesa sekitar 0,5 mmol spermin per hari. Spermidin dan spermin bekerja pada proses fisiologis yang berhubungan dengan proses proliferasi dan pertumbuhan sel.

D. Ringkasan Biosintesa beberapa asam amino NO PRODUK PREKURSOR CIRI YG MENONJOL Asetil kolin Norepinefrin Epinefrin Melanin Serotonin GABA Histamin Spermidin Kreatin Serin, metionin Tirosin Metionin Triptofan Glutamat Histidin Ornitin Metionin Arginin Glisin SAM adalah agen metil L Dopa (Dioksifenilalanin) Transaminase tgt SAM (S Adenosil L metilanin)diaktifkan glukokortikoid. L Dopa 5 Hidroksi triptofan sbg senyawa antara Reaksi dekarboksilasi Senyawa antara spermidin Gugus guanido dipindahkan ke glisin

TERIMA KASIH