ASAM AMINO

TUGAS BIOKKIMIA

“ASAM AMINO”

Oleh:

Moh. Mirza Nuryady

101810401048

Biologi – FMIPA

Universitas Jember

2011

1. Pengertian Asam Amino

Asam amino merupakan monomer yang menyusun polimer-polimer pada prtein. Asam amino dapat mengalami proses hidrilisis yang menghasilkan hidrolisat protein. Asam amino adalah 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 gugus 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.

zwitt er-ion. Asam amino termasuk golongan senyawa yang paling banyak dipelajari karena salah satu fungsinya sangat penting dalam organisme, yaitu sebagai penyusun protein. Asam amino adalah komponen utama protein, yang ditemukan dalam semua organisme hidup dan memainkan peranan dalam sel hidup (Holme, dkk., 1993 dan Othmer, K., 1978).

Hidrolisat protein didefinisikan sebagai protein yang mengalami degradasi hidrolitik dengan asam atau basa kuat dengan hasil akhir berupa campuran beberapa hasil. Fungsi hidrolisat protein dapat sebagai penyedap atau sebagai intermedia tes untuk isolasi dan memperoleh asam amino secara individu atau dapat pula untuk pengobatan yaitu sebagai diet untuk penderita pencernaan. Dengan menggunakan teknik kromatografi, berbagai macam asam amino dalam hidrolisat protein dapat diidentifikasi. Kromatografi digunakan untuk memisahkan substansi campuran menjadi komponen-komponennya.Selain teknik ini, ada berbagai cara dalam pengujian terhadap protein yaitu dengan reaksi uji asam amino dan reaksi uji protein. Reaksi uji asam amino sendiri terdiri dari 6 macam uji yaitu: uji millon, uji hopkins cole, uji belerang, uji xantroproteat, dan uji biuret. Sedangkan untuk uji protein, berdasarkan pada pengendapan oleh garam, pengendapan oleh logam dan alkohol. Serta uji koagulasi dan denaturasi protein. Pada uji asam amino terdapat uji bersifat umum dan uji berdasakan jenis asam aminonya. Seperti halnya uji millon bersifat spesifik terhadap tirosin, uji Hopkins cole terhadap triptofan, uji belerang terhadap sistein, uji biuret.

2. Penyusunan, dan Keterkaitan antara Asam Amino-Protein

Asam amino merupakan unit dasar struktur protein. Suatu asam amino terdiri dari gugus amino, gugus karboksil, atom H dan gugus R tertentu yang semuanya terikat pada atom karbon . Atom karbon ini disebut karena bersebelahan dengan gugus karboksil (asam).Gugus R menyatakan rantai samping ^1,4

Susunan tetrahedral dari empat gugus yang berbeda terhadap atom karbo 

menyebabkan asam amino mempunyai aktivitas optik. Dua bentuk bayangan cermin disebut

isomer L dan isomer D. Protein hanya terdiri dari asam amino L. Sehingga tanda isomer

optik dapat diabaikan. Daalm pembahasan protein selanjutnya asam amino yang dimaksud

adalah isomer L, kecuali bila ada penjelasan.

Umunya pada protein ditemukan 20 jenis rantai samping yang bervariasi dalam

ukuran, bentuk. Contohnya asam amino yang paling sederhana adalah glisin, hanya

mempunyai satu rantai hidrogen sebagai rantai samping. Asam amino alanin, dengan gugus

metil sebagai rantai samping¹

Pada protein, gugus karboksil asam amino terikat pada gugus amino asam amino lain dengan ikatan peptida/ ikatan amida secara kovalen membentuk rantai polipeptida Pada pembentukan suatu dipeptida pada dari dua asam amino terjadi pengeluaran satu molekul air.

Ikatan peptida sangat stabil dan hidrolisis kimia memerlukan kondisi yang sangat ekstrim. Dalam tubuh, ikatan peptida diuraikan oleh enzim proteolitik yang disebut protease atau peptidase³

Banyak asam amino berikatan melalui ikatan peptida membentuk rantai polipeptida

yang tidak bercabang. Asam Amino di dalam suatu protein disebut residu asam amino.

Residu asam amino pada salah satu ujung rantai memiliki sebuah gugus amino bebas dan

pada rantai yang lain memiliki gugus karboksil bebas. Berdasarkan kesepakatan, ujung amino

diletakkan pada awal rantai polipeptida.

STRUKTUR PRIMER

Struktur primer suatu protein semata adalah urutan linear asam aminoyang disatukan oleh ikaatn peptida yang mencakup lokasi setiap iakatn disulfida. Tidak terjadi percabangan rantai.

STRUKTUR SKUNDER

Daerah di dalam rantai peptida dapat membentuk struktur reguler, berulang, dan lokal

yang tejadi yang terjadi akibat adanya ikatan hidrogen antara atom-atom ikatan peptida Ini

berhubungan dengan dengan pengaturan kedudukan ruang residu asamamino yang

berdekatan dengan urutan linear. Daerah tersebut yang terkenal dengan struktur skunder

Alpha HELIKS

Pada suatu alpha heliks, terbentuk ikatan hidrogen antara masing-masing atom oksigen

karbonil pada suatu ikatan peptida dengan hidrogen yang melekat ke atom nitrogen amida

pada suatu ikatan peptida 4 residu asam amino di sepanjang rantai polipeptida

Jika tulang punggung polipeptida ini terpilin dengan jumlah yang sama akan terbentuk struktur coil atau heliks (ulir) reguler di mana masing-masing ikatan peptida dihubungkan dengan ikatan hidrogen ke ikatan residu asam amino di depannya dan 4 asam amino dibelakangnya dalam urutan primer.^2,3

Berbagai tipe heliks yang terbentuk lewat pemilinan denagn taraf dan arah yang

berbeda digambarkan oleh jumlah (n) residu aminoasil perputaran dan jumlah tonjolan / pitch

(p) atau jarak perputaran yang dibentuk heliks sepanjang sumbunya. Heliks polipeptida yang

terbentuk dari asam amino kiral (chiral ) akan memperlihatkan kiralitas, yaitu helisk tersebut bisa dominan kanan atau kiri. ²

Ikatan Hidrogen dan Kekuatan Van Der Waals Menstabilkan heliks

Mengingat heliks memiliki energi yang paling rendah dan merupakan konformasi

yang paling stabil bagi rantai polipeptida, susunan spasial ini akan terbentuk secara spontan.

Stabilitas heliks terutama terjadi akibat pembentukan ikatan hidrogen dengan jumlah

semaksimal mungkin. Nitrogen peptida bekerja sebagai sebagai donor hidrogen,dan oksigen

karbonil residu yang dalam barisan letaknya nomer empat dari belakang di dalam pengertian

struktur primer bekerja sebagai aseptor hidrogen Interaksi Van der Waals juga memberikan

stabilitas tambahan. Atom yang dikemas kuat pada initi heliks mengadakan kontak van der

Waals antara satu sama lain melintasi sumbu heliks tersebut.

Heliks Dapat Bersifat Amfipatik

Meskipun sering terdapat pada permukaan protein, heliks dapat pula terbenam

seluruhnya atau sebagian dalam bagian interior protein. Heliks yang bersifat amfipatik suatu

kasus yang istimewa dimana residu bergeser antara hidrofobik dan hidrofilik sekitar

setiap tiga atau empat residu, terdapat pula keadaan dimana heliks berhadapan dengan

dengan lingkungan polar atau nonpolar. Heliks yang amfipatik terdapat dalam lipoprotein

plasma samping dalam hormon polipeptida tertentu, dalam bisa (venom), antibiotik,

glikoprotein virus HIV dan protein kinase yang diregulasi oleh kalmodulin.²

Konformasi reguler yang kedua terdaapt pada lembaran yang terlipat struktur atau

pleated sheet. Simbol menunjukkan bahwa struktur ini merupakan struktur reguler kedua

yang dijelaskan.. Istilah lembaran terlipat (pleated sheet) menunjukkan penampakkan stuktur

tersebut kalau dilihat dari pinggir atas.^1,2

Berbeda dengan kumparan heliks, sheet terbentuk melalui ikatan hidrogen antara

daerah linier rantai polipeptida . Ikatan hidrogen ini terjadi antara oksigen karboil dari satu

ikatn peptida dan nitogen dari ikatan peptida lainnya. Ikatan hidrogen dapat terbentuk antara

dua ranati polipeptida yang terpisah atau antara anatara dua daerah pada sebuah rantai

tunggal yang melipat sendiri. Pelipatan ini sering melibatkan sering melibatkan 4 struktur

asam amino yang dikenal sebagai turn. ^2,3,5

STRUKTUR TERSIER

Struktur tersier menggambarkan pengaturan ruang residu asama mino yang berjauhan

dalam urutan linier dan pola ikatan-ikatan disulfida. ¹. Merupakan konformasi tiga dimensi

keseluruhannya. Istilah Struktur tersier mengacu pada hubungan spasial antar unsur struktur

skunder . pelipatan polipeptida pada suatu domain biasanya terjadi tanpa tergantung pada

pelipatan domain lainnya. Stuktur tersier menjelaskan hubungan antara domain ini , cara

dimana pelipatan protein dapat menyatukan asam amino yang letaknya terpisah dalam

pengertian struktur primer, dan ikatan yang menstabilkan konformasi ini.^2,4

Bentuk protein globular melibatkan interaksi antara residu asam amino yang mungkin terletak sangat jauh satu sama lain pada urutan primer ranati polipeptida dan melibatkan heliks dan sheet .Interaksi nonkovalen antara rantai sisi residu asam amino penting untuk menstabilkan struktur tersier dan terdiri dari interaksi hidrofobik dan elektrostatik serta ikatan hydrogen ^2,3,5

Interaksi hidrofobik sangat penting bagi struktur protein. Asam amino hidrofobik

cenderung berikaatn dibagian dalam protein protein globuler tempat asam amino tidak

berkontak denagn air, sedang asam amino hidrofilik biasanya terletak di permukaan protein tempat asam amino berinteraksi dengan air sekelilingnya.³

STRUKTUR KUARTERNER

Menggambarkan pengaturan subunit protein dalam ruang.¹ Protein dengan dua atau

lebih rantai polipeptida yang terikat oleh kekuatan nonkovalenakan memperlihatkan struktur

kovalen. Dalam protein multimerik ini, maing-masing rantai polipeptida disebut protomer

atau subunit. ² Subunit tersebut disatukan oleh jenis interaksi nonkovalen yang sama yang

berperan dalam stuktur tersier yaitu interaksi elektrostatik dan hidrofobik serta ikatn

hidrogen. Protein yang tersusun dari dua atau empat subunit masing-masing disebut protein dimerik atau tetramerik ^2,3,5

3. Proses Dekomposisi dan Biosintesis

Jalur metabolik utama dari asam amino

Jalur metabolik utama dari asam-asam amino terdiri atas pertama, produksi asam amino dari pembongkaran protein tubuh, digesti protein diet serta sintesis asam amino di hati. Kedua, pengambilan nitrogen dari asam amino. Sedangkan ketiga adalah katabolisme asam amino menjadi energi melalui siklus asam serta siklus urea sebagai proses pengolahan hasil sampingan pemecahan asam amino. Keempat adalah sintesis protein dari asam-asam amino.

Jalur-jalur metabolik utama asam amino

Katabolisme asam amino

Asam-asam amino tidak dapat disimpan oleh tubuh. Jika jumlah asam amino berlebihan atau terjadi kekurangan sumber energi lain (karbohidrat dan protein), tubuh akan menggunakan asam amino sebagai sumber energi. Tidak seperti karbohidrat dan lipid, asam amino memerlukan pelepasan gugus amin. Gugus amin ini kemudian dibuang karena bersifat toksik bagi tubuh.

Ada 2 tahap pelepasan gugus amin dari asam amino, yaitu:

1. Transaminasi

Enzim aminotransferase memindahkan amin kepada α-ketoglutarat menghasilkan glutamat atau kepada oksaloasetat menghasilkan aspartat

2. Deaminasi oksidatif

Pelepasan amin dari glutamat menghasilkan ion amonium

Contoh reaksi transaminasi. Perhatikan alanin mengalami transaminasi menjadi glutamat. Pada reaksi ini dibutuhkan enzim alanin aminotransferase.

Glutamat juga dapat memindahkan amin ke rantai karbon lainnya, menghasilkan asam amino baru.

Contoh reaksi deaminasi oksidatif. Perhatikan glutamat mengalami deaminasi menghasilkan amonium (NH₄⁺). Selanjutnya ion amonium masuk ke dalam siklus urea.

Ringkasan skematik mengenai reaksi transaminasi dan deaminasi oksidatif

Setelah mengalami pelepasan gugus amin, asam-asam amino dapat memasuki siklus asam sitrat melalui jalur yang beraneka ragam.

Tempat-tempat masuknya asam amino ke dalam sikulus asam sitrat untuk produksi energi

Gugus-gugus amin dilepaskan menjadi ion amonium (NH₄⁺) yang selanjutnya masuk ke dalam siklus urea di hati. Dalam siklus ini dihasilkan urea yang selanjutnya dibuang melalui ginjal berupa urin. Proses yang terjadi di dalam siklus urea digambarkan terdiri atas beberapa tahap yaitu:

1. Dengan peran enzim karbamoil fosfat sintase I, ion amonium bereaksi dengan CO₂ menghasilkan karbamoil fosfat. Dalam raksi ini diperlukan energi dari ATP

2. Dengan peran enzim ornitin transkarbamoilase, karbamoil fosfat bereaksi dengan L-ornitin menghasilkan L-sitrulin dan gugus fosfat dilepaskan

3. Dengan peran enzim argininosuksinat sintase, L-sitrulin bereaksi dengan L-aspartat menghasilkan L-argininosuksinat. Reaksi ini membutuhkan energi dari ATP

4. Dengan peran enzim argininosuksinat liase, L-argininosuksinat dipecah menjadi fumarat dan L-arginin

5. Dengan peran enzim arginase, penambahan H₂O terhadap L-arginin akan menghasilkan L-ornitin dan urea.

Tahapan-tahapan proses yang terjadi di dalam siklus urea

Sintesis asam amino

Semua jaringan memiliki kemampuan untuk men-sintesis asam amino non esensial, melakukan remodeling asam amino, serta mengubah rangka karbon non asam amino menjadi asam amino dan turunan lain yang mengandung nitrogen. Tetapi, hati merupakan tempat utama metabolisme nitrogen. Dalam kondisi surplus diet, nitrogen toksik potensial dari asam amino dikeluarkan melalui transaminasi, deaminasi dan pembentukan urea. Rangka karbon umumnya diubah menjadi karbohidrat melalui jalur glukoneogenesis, atau menjadi asam lemak melalui jalur sintesis asam lemak. Berkaitan dengan hal ini, asam amino dikelompokkan menjadi 3 kategori yaitu asam amino glukogenik, ketogenik serta glukogenik dan ketogenik.

Asam amino glukogenik adalah asam-asam amino yang dapat masuk ke jalur produksi piruvat atau intermediat siklus asam sitrat seperti α-ketoglutarat atau oksaloasetat. Semua asam amino ini merupakan prekursor untuk glukosa melalui jalur glukoneogenesis. Semua asam amino kecuali lisin dan leusin mengandung sifat glukogenik. Lisin dan leusin adalah asam amino yang semata-mata ketogenik, yang hanya dapat masuk ke intermediat asetil KoA atau asetoasetil KoA

Sekelompok kecil asam amino yaitu isoleusin, fenilalanin, threonin, triptofan, dan tirosin bersifat glukogenik dan ketogenik. Akhirnya, seharusnya kita kenal bahwa ada 3 kemungkinan penggunaan asam amino. Selama keadaan kelaparan pengurangan rangka karbon digunakan untuk menghasilkan energi, dengan proses oksidasi menjadi CO₂ dan H₂O.

Dari 20 jenis asam amino, ada yang tidak dapat disintesis oleh tubuh kita sehingga harus ada di dalam makanan yang kita makan. Asam amino ini dinamakan asam amino esensial. Selebihnya adalah asam amino yang dapat disintesis dari asam amino lain. Asam amino ini dinamakan asam amino non-esensial.

Asam amino non-esensial	Alanine, Asparagine, Aspartate, Cysteine, Glutamate, Glutamine, Glycine, Proline, Serine, Tyrosine
Asam amino esensial	Arginine*, Histidine, Isoleucine, Leucine, Lysine, Methionine*, Phenylalanine*, Threonine, Tyrptophan, Valine

Biosintesis glutamat dan aspartat

Glutamat dan aspartat disintesis dari asam α-keto dengan reaksi tranaminasi sederhana. Katalisator reaksi ini adalah enzim glutamat dehidrogenase dan selanjutnya oleh aspartat aminotransferase, AST.

Reaksi biosintesis glutamat

Aspartat juga diturunkan dari asparagin dengan bantuan asparaginase. Peran penting glutamat adalah sebagai donor amino intraseluler utama untuk reaksi transaminasi. Sedangkan aspartat adalah sebagai prekursor ornitin untuk siklus urea.

Biosintesis alanin

Alanin dipindahkan ke sirkulasi oleh berbagai jaringan, tetapi umumnya oleh otot. Alanin dibentuk dari piruvat. Hati mengakumulasi alanin plasma, kebalikan transaminasi yang terjadi di otot dan secara proporsional meningkatkan produksi urea. Alanin dipindahkan dari otot ke hati bersamaan dengan transportasi glukosa dari hati kembali ke otot. Proses ini dinamakan siklus glukosa-alanin. Fitur kunci dari siklus ini adalah bahwa dalam 1 molekul, alanin, jaringan perifer mengekspor piruvat dan amonia ke hati, di mana rangka karbon didaur ulang dan mayoritas nitrogen dieliminir.

Ada 2 jalur utama untuk memproduksi alanin otot yaitu:

1. Secara langsung melalui degradasi protein

2. Melalui transaminasi piruvat dengan bantuan enzim alanin transaminase, ALT (juga dikenal sebagai serum glutamat-piruvat transaminase, SGPT).

Glutamat + piruvat ßàα-ketoglutarat + alanin

Siklus glukosa-alanin

Biosintesis sistein

Sulfur untuk sintesis sistein berasal dari metionin. Kondensasi dari ATP dan metionin dikatalisis oleh enzim metionin adenosiltransfrease menghasilkan S-adenosilmetionin (SAM).

Biosintesis S-adenosilmetionin (SAM)

SAM merupakan precursor untuk sejumlah reaksi transfer metil (misalnya konversi norepinefrin menjadi epinefrin). Akibat dari tranfer metil adalah perubahan SAM menjadi S-adenosilhomosistein. S-adenosilhomosistein selanjutnya berubah menjadi homosistein dan adenosin dengan bantuan enzim adenosilhomosisteinase. Homosistein dapat diubah kembali menjadi metionin oleh metionin sintase.

Reaksi transmetilasi melibatkan SAM sangatlah penting, tetapi dalam kasus ini peran S-adenosilmetionin dalam transmetilasi adalah sekunder untuk produksi homosistein (secara esensial oleh produk dari aktivitas transmetilase). Dalam produksi SAM, semua fosfat dari ATP hilang: 1 sebagai Pi dan 2 sebagai Ppi. Adenosin diubah menjadi metionin bukan AMP.

Dalam sintesis sistein, homosistein berkondensasi dengan serin menghasilkan sistationin dengan bantuan enzim sistationase. Selanjutnya dengan bantuan enzim sistationin liase sistationin diubah menjadi sistein dan α-ketobutirat. Gabungan dari 2 reaksi terakhir ini dikenal sebagai trans-sulfurasi.

Peran metionin dalam sintesis sistein

Biosintesis tirosin

Tirosin diproduksi di dalam sel dengan hidroksilasi fenilalanin. Setengah dari fenilalanin dibutuhkan untuk memproduksi tirosin. Jika diet kita kaya tirosin, hal ini akan mengurangi kebutuhan fenilalanin sampai dengan 50%.

Fenilalanin hidroksilase adalah campuran fungsi oksigenase: 1 atom oksigen digabungkan ke air dan lainnya ke gugus hidroksil dari tirosin. Reduktan yang dihasilkan adalah tetrahidrofolat kofaktor tetrahidrobiopterin, yang dipertahankan dalam status tereduksi oleh NADH-dependent enzyme dihydropteridine reductase (DHPR).

Biosintesis tirosin dari fenilalanin

Biosintesis ornitin dan prolin

Glutamat adalah prekursor ornitin dan prolin. Dengan glutamat semialdehid menjadi intermediat titik cabang menjadi satu dari 2 produk atau lainnya. Ornitin bukan salah satu dari 20 asam amino yang digunakan untuk sintesis protein. Ornitin memainkan peran signifikan sebagai akseptor karbamoil fosfat dalam siklus urea. Ornitin memiliki peran penting tambahan sebagai prekursor untuk sintesis poliamin. Produksi ornitin dari glutamat penting ketika diet arginin sebagai sumber lain untuk ornitin terbatas.

Penggunaan glutamat semialdehid tergantung kepada kondisi seluler. Produksi ornitin dari semialdehid melalui reaksi glutamat-dependen transaminasi. ketika konsentrasi arginin meningkat, ornitin didapatkan dari siklus urea ditambah dari glutamat semialdehid yang menghambat reaksi aminotransferase. Hasilnya adalah akumulasi semialdehid. Semialdehid didaur secara spontan menjadi Δ¹pyrroline-5-carboxylate yang kemudian direduksi menjadi prolin oleh NADPH-dependent reductase.

Biosintesis serin

Jalur utama untuk serin dimulai dari intermediat glikolitik 3-fosfogliserat. NADH-linked dehidrogenase mengubah 3-fosfogliserat menjadi sebuah asam keto yaitu 3-fosfopiruvat, sesuai untuk transaminasi subsekuen. Aktivitas aminotransferase dengan glutamat sebagai donor menghasilkan 3-fosfoserin, yang diubah menjadi serin oleh fosfoserin fosfatase.

Biosintesis glisin

Jalur utama untuk glisin adalah 1 tahap reaksi yang dikatalisis oleh serin hidroksimetiltransferase. Reaksi ini melibatkan transfer gugus hidroksimetil dari serin untuk kofaktor tetrahidrofolat (THF), menghasilkan glisin dan N⁵, N¹⁰-metilen-THF.

Biosintesis aspartat, asparagin, glutamat dan glutamin

Glutamat disintesis dengan aminasi reduktif α-ketoglutarat yang dikatalisis oleh glutamat dehidrogenase yang merupakan reaksi nitrogen-fixing. Glutamat juga dihasilkan oleh reaksi aminotranferase, yang dalam hal ini nitrogen amino diberikan oleh sejumlah asam amino lain. Sehingga, glutamat merupakan kolektor umum nitrogen amino.

Aspartat dibentuk dalam reaksi transaminasi yang dikatalisis oleh aspartat transaminase, AST. Reaksi ini menggunakan analog asam α-keto aspartat, oksaloasetat, dan glutamat sebagai donor amino. Aspartat juga dapat dibentuk dengan deaminasi asparagin yang dikatalisis oleh asparaginase.

Asparagin sintetase dan glutamin sintetase mengkatalisis produksi asparagin dan glutamin dari asam α-amino yang sesuai. Glutamin dihasilkan dari glutamat dengan inkorporasi langsung amonia dan ini merupakan reaksi fixing nitrogen lain. Tetapi asparagin terbentuk oleh reaksi amidotransferase.