METABOLISME PROTEIN DOSEN PENGAMPU : Uswatun Hasanah S, S.Pd., M.Pd Disusun oleh : Teddy Hardiansyah NPM: 71200517003 PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS ISLAM SUMATERA UTARA T.A. 2022-2023 METABOLISME PROTEIN A. Metabolisme Protein Menurut Hanum (2018:149) Metabolisme adalah proses kimia yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup/sel. Metabolisme disebut juga reaksi enzimatis, karena reaksi metabolisme menggunakan katalisator enzim. Berdasarkan prosesnya metabolisme dibagi menjadi 2, yaitu: a. Anabolisme/ Asimilasi/ Sintesis yaitu proses pembentukan molekul yang kompleks dengan menggunakan energi tinggi. b. Katabolisme (Dissimilasi) yaitu proses penguraian zat untuk membebaskan energi kimia yang tersimpan dalam senyawa organik tersebut (Hanum 2018). Menurut Murray yang dikutip oleh wahjuni (2013: 22) protein dalam sel hidup terus menerus diperbaharui melalui proses pertukaran protein, yaitu suatu proses berkesinambungan yang terdiri atas penguraian protein yang sudah ada menjadi asam amino bebas dan resintesis selanjutnya dari asam-asam amino bebas menjadi protein. Dalam tubuh sekitar 1-2 % protein mengalami peruraian setiap hari. Sekitar 75- 80 % dari asam amino yang dibebaskan akan digunakan kembali untuk sintesis protein yang baru. Nitrogen sisanya akan dikatabolisasi menjadi urea (pada mamalia) dan kerangka karbon bagi senyawa-senyawa amfibolik (Wahjuni 2013). Secara umum metabolisme protein dapat dilihat pada Gambar 1. Asam-asam amino yang berlebih tidak akan disimpan, tetapi diuraikan dengan cepat. Di dalam sel, protein akan diuraikan menjadi asam-asam amino oleh protease dan peptidase. Protease intrasel akan memutus ikatan peptida internal protein sehingga terbentuk senyawa peptida. Selanjutnya, oleh peptidase, peptida tersebut akan diuraikan menjadi asam-asam amino bebas. Endopeptidase akan memutus ikatan peptida internal sehingga terbentuk peptidapeptida yang lebih pendek, selanjutnya ammopeptidase dan karboksipeptidase akan membebaskan asam-asam amino masing-masing dalam gugus terminal-N dan -C pada peptida-peptida tersebut. Penguraian protein seperti yang disebutkan di atas adalah untuk protein ekstrasel dan intrasel yang mana penguraiannya tidak memerlukan ATP. Untuk protein yang berusia pendek dan yang abnormal penguraiannya terjadi pada sitosol dan memerlukan ATP atau ubikuitin. Asam amino yang terbentuk dari katabolisme protein ini akan dimetabolisasi menjadi ammonia dan kerangka karbon. Selanjutnya kerangka karbon akan ikut dalam siklus asam sitrat (TCA) dan glukoneogenesis. Sedangkan ammonia akan mengalami sintesis membentuk urea atau membentuk asam amino baru (Wahjuni 2013). Gambar 1. Metabolisme Protein Secara Umum Sumber: (Wahjuni 2013) dan (Universitas Negeri Jakarta 2017) Dalam proses metabolisme protein ada beberapa reaksi yang sering terjadi seperti pada gambar 2 dimana proses metobolisme protein dimulai dari proses dekarboksilasi, proses transaminasi, proses deaminasi, hingga siklus urea. Gambar 2. Proses Metabolisme Protein (Katabolisme) Sumber: (Oktasari 2014) 1. Proses Dekarboksilasi Proses dekarboksilasi merupakan sebuah proses terjadinya reaksi kimia yang menyebabkan sebuah gugus karboksil (-COOH) terlepas dari senyawa semula menjadi CO2. Gambar 3. Siklus Dekarboksilasi Protein Sumber: (Putra 2018) Pada gambar 3 siklus dekarboksilasi dimana asam piruvat (yang beratom C3) menjadi senyawa baru yakni asetil koenzim-A (yang beratom C2) reaksi ini disebut dengan dekarboksilasi oksidatif, dimana sebagai tahap awal memesuki siklus krebs. Enzim yang berperan dalam reaksi dekarboksilasi, ialah: Dekarboksilase, dekarboksiliase, dehidrogenas, dihidrlipoil transasetilase (Putra 2018). Gambar 4. Siklus Krebs pada Dekarboksilasi Protein Sumber: (Putra 2018) 2. Proses Transminasi Menurut Hanum (2018:155) Transaminasi adalah proses perubahan asam amino menjadi jenis asam amino lain. Sedangkan menurut Wahjuni (2013:26) Transamini adalah pemindahan gugus asam α-amino pada glutamat, proses ini merupakan reaksi pertama dari proses katabolisme. Reaksi ini diawali oleh enzim transaminase. Enzim ini mempunyai gugus prostetik piridoksal phospat (bentuk aktif B6). Umumnya, piridoksal fosfat berikatan kovalen dengan situs aktif enzim melalui ikatan imin (basa schift), yaitu pada gugus amina E dari residu lisin transaminase. Reaksi-reaksi yang dikatalisis transaminase mempunyai konstanta kesetimbangan 1,0 karenanya reaksinya adalah bolak-balik. Gugus prostetik piridoksal fosfat berfungsi sebagai pengangkut sementara (intermediate carrier) bagi gugus amino pada situs aktif transaminase (Wahjuni 2013). Proses transaminasi didahului oleh perubahan asam amino menjadi bentuk asam keto, secara skematik digambarkan sebagai berikut: Senyawa ini mengalami transformasi antara bentuk aldehid (piridoksal fosfat) yang dapat menerima gugus amino dengan bentuk transaminasinya, yaitu piridoksamin fosfat yang dapat memberikan gugusaminonya kepada suatu asam keto-α. Piridoksal fosfat terikat pada transaminase pada situs aktifnya melalui ikatan kovalen dalam bentuk kimina (basa schiff) dengan gugus amino E dari residu lisin. Pada reaksi transaminasi ini gugus amino- α dari asam amino akan dialihkan ke asam keto- α glutarat. Hasilnya adalah asam keto- α glutarat akan mendapat gugus amino menjadi Lglutamat, sedang asam amino yang kehilangan gugus aminonya menjadi suatu asam keto- α yang bersesuaian. Keadaan yang sama juga terjadi pada transaminasi gugus amino dari alanin ke α-keto glutarat, reaksi ini menghasilkan L-glutamat dan pruvat. Jadi, setiap enzim transaminase bersifat spesifi k untuk satu pasangan asam α -amino dan asam α-keto. Reaksi transaminasi itu terbukti terjadi hampir pada semua asam amino kecuali lisin, treonin, prolin dan hidroksi prolin (Wahjuni 2013). Transaminasi terjadi pada berbagai jaringan. Selain itu, transaminasi juga terjadi di dalam sirkulasi darah akibat adanya kerusakan pada jaringan karena proses patologik, sebagai contoh SGOT (serum glutamic-oxaloacetic transaminase) yang meningkat akibat infark miokard (kerusakan otot jantung karena adanya sumbatan pembuluh darah yang mensuplai kebutuhan otot jantung) (Hanum 2018). Tujuan utama dari reaksi transaminase itu adalah untuk mengumpulkan semua nitrogen dari asam amino dalam bentuk satu-satunya senyawa, yaitu glutamat. Hal ini sangat penting karena L-glutamat merupakan satu-satunya asam amino dalam jaringan mamalia yang menyalami deaminasi oksidatif dengan kecepatan cukup tinggi. Jadi, pembentukan ammonia dari gugus α -amino terutama terjadi lewat konversi menjadi nitrogen α - amino pada α -glutamat Gambar 5. Contok reaksi Transminase Protein Sumber: (Universitas Negeri Jakarta 2017) Gambar 6. Siklus/Mekanisme Tranminasi Protein Sumber: (Wahjuni 2013) 3. Proses Deaminasi. Deaminasi oksidatif adalah proses pemecahan (hidrolisis) asam amino menjadi asam keto dan ammonia (NH4+), secara skematik digambarkan sebagai berikut Deaminasi menghasilkan 2 senyawa penting yaitu senyawa nitrogen dan nonnitrogen: 1. Senyawa nonnitrogen yang mengandung gugus C, H, dan O selanjutnya diubah menjadi asetil Co-A untuk sumber energi melalui jalur siklus Kreb’s atau disimpan dalam bentuk glikogen. 2. Senyawa nitrogen dikeluarkan lewat urin setelah diubah lebih dahulu menjadi ureum. Proses deaminasi kebanyakan terjadi di hati, oleh karena itu pada gangguan fungsi hati (liver) kadar NH3 meningkat. Pengeluaran (ekskresi) urea melalui ginjal dikeluarkan bersama urin. (Hanum 2018). Gambar 7. Reaksi Deaminasi Sumber: (Universitas Negeri Jakarta 2017) Pada reaksi ini terdapat dua jalur yaitu yang bersifat oksidatif dan non-oksidatif. Pada reaksi deaminasi oksidatif L-Glutamat yang mengandung gugus amino pada reaksi tranamiase akan melepaskan gugus aminonya melalui reaksi deaminasi oksdatif. Reaksinya berlangsung dalam dua tahap yaitu dehidrogenasi dan hidrolisis (Makmur 2019). Gambar 8. proses reaksi/mekanisme deaminasi oksidatif Sumber: (Makmur 2019) Sedangkan pada reaksi deaminasi non-oksidatif merupakan penghilangan gugus amino dari asal asam amino serin yang dikatalis oleh enzim serindehidratase. Contohnya ialah perubahan L-serin menjadi asam piruvat yang dikatalisa oleh serin dehidratase (Makmur 2019). Gambar 9. proses reaksi/mekanisme deaminasi nonoksidatif Sumber: (Makmur 2019) 4. Siklus Urea Dari uraian tentang metabolisme asam amino telah diketahui bahwa NH3 dapat dilepaskan dari asam amino melalui reaksi transaminasi dan deaminasi. Pada reaksi transaminasi gugus –NH2 yang dilepaskan diterima oleh suatu asam keto, sehingga terbentuk asam amino baru dan asam keto lain, sedangkan pada reaksi deaminasi, gugus NH2 dilepaskan dalam bentuk amonia yang kemudian dikeluarkan dari dalam tubuh dalam bentuk urea dalam urine. Amonia dengan kadar yang tinggi merupakan racun bagi tubuh manusia (Poedjadi 1996). Hans Krebs dan Kurt Henseleit pada tahun 1932 mengemukakan serangkaian reaksi kimia tentang pembentukan urea. Mereka berpendapat bahwa urea terbentuk dari amonia dan karbondioksida melaui serangkaian reaksi kimia yang berupa siklus, yang mereka namakan siklus urea. Pembentukan urea ini terutama berlangsung di dalam hati. Urea merupakan suatu senyawa yang mudaj larut dalam air, bersifat netral, terdapat dalam urine yang dikeluarkan dari dalam tubuh (Poedjadi 1996). Biosintesis urea terdiri atas beberapa tahap reaksi yang merupakan suatu siklus, sebagai berikut (Poedjadi 1996). Gambar 10. Siklus pembentukan Urea; (1) Karbamoilase fosfat Sintetase; (2) Ornitin karbamoilasa; angininosuksinat sintetase; (40 anginino suksinase; (5) arginase. Sumber: (Poedjadi 1996). 1. Sintesis Karbamil Fosfat Dalam reaksi pembentukan karbamil fosfat ini, satu mol amonia bereaksi dengan satu mol karbondioksida dengan bantuan enzim karbamilfosfat sintetase. Reaksi ini membutuhkan energi, karenanya reaksi ini melibatkan dua mol ATP yang diubah menjadi ADP. Disamping ini sebagai kofaktor dibutuhkan Mg ++ dan N-asetilglutamat (Poedjadi 1996). Gambar 11. Mekanisme Sintesis Karbamil Fosfat Sumber: (Poedjadi 1996) 2. Pembentukan Stirulin Karbamil fosfat yang terbentuk bereaksi dengan ornitin membentuk sitrulin. Dalam reaksi ini, bagian karbamil bergabung dengan ornitin dan memisahkan gugus fosfat. Sebagai katalis pada pembentukan sitrulin adalah ornitin transkarbamilase yang terdapat pada bagian mitokondria sel hati (Poedjadi 1996). Gambar 12, Mekanisme Pembentukan Stirulin Sumber: (Poedjadi 1996) 3. Pembentukan Asam Argininosuksinat Selanjutnya sitrulin bereaksi dengan asam aspartat membentuk asam argininosuksinat. Reaksi ini berlangsung dengan bantuan enzim argininosuksinat sintetase. Dalam reaksi tersebut ATP merupakan sumber energi dengan jalan melepaskan gugus fosfat dan berubah menjadi AMP (Poedjadi 1996). Gambar 13. Mekanisme Pembentukan Asam Argininosusinat Sumber: (Poedjadi 1996) 4. Penguraian Asam Argininosuksinat Dalam reaksi ini asam argininosuksinatdiuraikan menjadi arginin dan asam fumarat. Reaksi ini berlangsung dengan bantuan enzim argininosuksinase, suatu enzim yang terdapat di dalam hati dan ginjal (Poedjadi 1996). Gambar 14. Mekanisme Penguraian Asam Argininosusinat Sumber: (Poedjadi 1996) 5. Penguraian Arginin Reaksi terakhir ini melengkapai tahap reaksi pada siklus urea. Dalam reaksi ini, arginin diuraikan menjadi urea dan ornitin. Enzim yang bekerja sebagai katalis dalam reaksi penguraian ini ialah arginase yang terdapat dalam hati. Ornitin yang terbentuk dalam reaksi hidrolisis ini bereaksi kembali dengan karbamilfosfat untuk membentuk sitrulin. Demikian seterusnya reaksi berlangsung secara berulang-ulang sehingga merupakan suatu siklus. Adapun urea yang terbentuk dikeluarkan dari tubuh melalui urine. (Poedjadi 1996) Gambar 15. Penguraian Arginin Sumber: (Poedjadi 1996) Reaksi keseluruhan siklus urea ini ialah sebagai berikut: 2NH3 + CO2 + 3ATP + 2H2O Urea + 2 ADP + AMP + 2Pi + Ppi Gambar 16. Reaksi Keseluruhan Siklus Urea Sumber: (Poedjadi 1996) dan (poetry 2016) Oleh karena pirofosfat yang terbentuk dalam reakis ini (PPi) terhidrolisis lebih lanjut menjadi fosfat, maka pembentukan satu molekul urea membutuhkan empat ikatan fosfat berenergi tinggi. Proses kimia dalam siklus urea ini terjadi dalam hati karena enzim-enzim yang bekerja sebagai katalis terutama terdapat pada mitokondria dalam sel hati. B. Kesimpulan Metabolisme adalah proses kimia yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup/sel. Metabolisme disebut juga reaksi enzimatis, karena reaksi metabolisme menggunakan katalisator enzim. Berdasarkan prosesnya metabolisme dibagi menjadi 2, yaitu: 1) Anabolisme/ Asimilasi/ Sintesis yaitu proses pembentukan molekul yang kompleks dengan menggunakan energi tinggi. 2) Katabolisme (Dissimilasi) yaitu proses penguraian zat untuk membebaskan energi kimia yang tersimpan dalam senyawa organik tersebut Metabolisme protein adalah yaitu suatu proses berkesinambungan yang terdiri atas penguraian protein yang sudah ada menjadi asam amino bebas dan resintesis selanjutnya dari asam-asam amino bebas menjadi protein. Dalam tubuh sekitar 1-2 % protein mengalami peruraian setiap hari. Sekitar 75- 80 % dari asam amino yang dibebaskan akan digunakan kembali untuk sintesis protein yang baru. Nitrogen sisanya akan dikatabolisasi menjadi urea (pada mamalia) dan kerangka karbon bagi senyawa-senyawa amfibolik dimana Asam-asam amino yang berlebih tidak akan disimpan, tetapi diuraikan dengan cepat. Di dalam sel, protein akan diuraikan menjadi asam-asam amino oleh protease dan peptidase. Protease intrasel akan memutus ikatan peptida internal protein sehingga terbentuk senyawa peptida. Selanjutnya, oleh peptidase, peptida tersebut akan diuraikan menjadi asam-asam amino bebas. Endopeptidase akan memutus ikatan peptida internal sehingga terbentuk peptida-peptida yang lebih pendek, selanjutnya ammopeptidase dan karboksipeptidase akan membebaskan asam-asam amino masing-masing dalam gugus terminal-N dan -C pada peptida-peptida tersebut. Penguraian protein seperti yang disebutkan di atas adalah untuk protein ekstrasel dan intrasel yang mana penguraiannya tidak memerlukan ATP. Untuk protein yang berusia pendek dan yang abnormal penguraiannya terjadi pada sitosol dan memerlukan ATP atau ubikuitin. Asam amino yang terbentuk dari katabolisme protein ini akan dimetabolisasi menjadi ammonia dan kerangka karbon. Selanjutnya kerangka karbon akan ikut dalam siklus asam sitrat (TCA) dan glukoneogenesis. Sedangkan ammonia akan mengalami sintesis membentuk urea atau membentuk asam amino baru. Dalam proses metabolisme protein ada beberapa mekanisme yang sering terjadi pada metobolisme protein dimulai dari proses dekarboksilasi, proses transaminasi, proses deaminasi, hingga siklus urea C. Referensi Hanum, Galuh Ratna. 2018. BUKU AJAR BIOKIMIA DASAR Edisi Revisi. Sidoarjo: UMSIDA Press. Makmur, Indra. 2019. “Katabolisme Protein.” Slide Player. Diambil 5 Maret 2023 (https://slideplayer.info/slide/13816526). Oktasari, yona. 2014. “Metabolisme Protein Transminasi dan Deaminasi.” slidehare. Diambil 2 Maret 2023 (https://www.slideshare.net/lingAkhirudin/metabolismeprotein-transminasi-dan-deaminasi). Poedjadi, Anna. 1996. Dasar - Dasar Biokimia. Jakarta: UI Press. Poetry, wita. 2016. “Metabolisme Protein.” Slide Player. Diambil 31 Maret 2023 (https://slideplayer.info/slide/2780457). Putra, Ade. 2018. “Metabolisme Protein.” slidehare. Diambil 2 Maret 2023 (ttps://www.slideshare.net/lingAkhirudin/metabolisme-protein-5-120236112). Universitas Negeri Jakarta. 2017. “Metabolisme Protein.” slidehare. Diambil 4 Maret 2023 (https://www.slideshare.net/lingAkhirudin/metabolisme-protein). Wahjuni, Sri. 2013. Metabolisme Kimia. diedit oleh Jiwa Atmaja. Denpasar: Udayana University Press.