AMINO ACID BIOSYNTHESIS

Presentasi berjudul: "AMINO ACID BIOSYNTHESIS"— Transcript presentasi:

1 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

2 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

3 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

4 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

5 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

6 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

7 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

8 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

9 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

10 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

11 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

12 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

13 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

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

15 KRT-2011

16 KRT-2011

17 KRT-2011

18 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

19 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

20 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

21 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

22 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

23 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

24 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

25 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

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

27 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

28 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

29 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

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

31 Nitrogen cycle KRT-2011

32 Glutamate and glutamine
KRT-2011

33 Regulation of nitrogen metabolism
KRT-2011 Back

34 Regulation of nitrogen metabolism
KRT-2011

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

36 Amino acid biosynthesis
KRT-2011

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

38 a-Ketoglutarate KRT-2011

39 KRT-2011

40 3-Phosphoglycerate KRT-2011

41 In plants and bacteria…
KRT-2011

42 In mammals… KRT-2011

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

44 Phosphoenolpyruvate and erythrose 4-phsophate
KRT-2011

45 Ribose 5-phosphate KRT-2011

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

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

48 Porphyrins KRT-2011

49 Porphyrins KRT-2011

50 Neurotransmitters Decarboxylation using PLP KRT-2011

51 KRT-2011

52 Creatine KRT-2011

53 Glutathione (GSH) KRT-2011

54 Plant substances Tannins Alkaloids Flavorings KRT-2011