Bab 27. Biosintesis Asam Amino yang Nonesensial Secara Nutrisional

\"Bi ihtbbi$ Asam Ami no yong nesensiol'semrs Nutrisiona I Vicfor W. Rodwell, PhDPERAN BIOMEDIS amino yang disintesis di jaringan manusia, bukan 8 lainnyaKedua-puh-ih asam amino yang terdapat di protein hersifat yang disintesis oleh tumbuhan, eukariot rendah, atauesensial bagi kesehatan. Meskipun relatif jarar.rg dijumpai didunia Barat, defisiensi asam amino masih bersifot endemik di prokariot.beberapa tempat di Afrika Barat yang sangat mengandalkan ASAM AMINO YANG NONESENSIALdiet dari padi-padian yang kurang mengandung asam amino, SECARA NUTRISIONAT MEMILIKI JATURseperti triptofan dan lisin. Penyakit-penyakit ini mencakup BIOSINTESIS PENDEKkwasiorkor yang timbul jika anak disapih dengan makananyang kaya akan pati, tetapi kurang mengandung protein; Enzim glutamat dehidrogenase, glutamin sintetase, dandan marasmus, yaitu terjadi defisiensi baik asupan kalori aminotransferase menempati posisi sentral dalam biosintesismaupun asam amino spesifik. asam amino. Kerja kombinasi ketiga enzim ini adalah Manusia dapat membentuk 12 dari 20 asam aminoyang umum dari zat-zat antara amfibolik glikolisis dan mengubah ion amonium n.renjadi nitrogen cr-amino darisiklus asam sitrat (Tabel 27-1). Meskipun sec/11'/1 ntLtrisiondl berbagai asam amino.nonesensial, namun kedua-belas asam amino ini tidak Glutamat dan Glutamin. Aminasi reduktif a-bersifat 'nonesensial'. Kedua-puluh asam amino tersebut ketoglutaratdikatalisis oleh glutamat dehidrogenase (Gambarsecara biologis esensial. Dari 12 asam amino yang secara 27-1). Aminasi glutamat menjadi glutamin dikatalisis oleh glutamin sinterase (Grrnbrr 2--2).nutrisional nonesensial, 9 buah diantaranya dibentuk Alanin. Transaminasi piruvat membentuk alanindari zat antara amfibolik dan 3 buah (sistein, tirosin, danhidroksilisin) dibentuk dari asam amino yang esensial secara (Gambar 27-3).nutrisional. Identifikasi 12 asam amino yang dapat disintesisoleh manusia terutama didasarkan pada data yang berasal Aspartat dan Asparagin. Tiansaminasi oksaloasetatdari diet dengan protein yang digantikan oleh asam aminomurni. Bab ini hanya membahas biosintesis dua belas asam membentuk aspartat. Perubahan aspartat menjadi asparagin dikatalisis oleh asparagin sintetase (Gambat27 -4) 'yangnirip dengan glutamin sintetase (Gan\"rbar 27-2) kecuali bahwa glutamin menyediakan nitrogen, bukan ion amonium' Namun, asparagin sintetase bakteri juga dapat menggunakan 2so

/BAB 27: BIOSINTESIS ASAM AMINO YANG NONESENSIAL SECARA NUTRISIONAL 251Tabel 27-1 . Kebutuhan asam amino manusia oY*o N!J.rArginin) ' Alcnin u-Ketoglutarat r--Glulamal HroHistidin Asporogin NHo* NAD(P)'lsohusin Asportoi NAD(PIH + H\",leurin ,,,, \", .,,,Sittein ,LlSln -- -lr,:t . l .,Melionin Gfutqrnin Gambar 27-1. Reaksi glutamat dehidrogenase.Fenilalonin Glisin -\'--',\,t-Treonin,l ,1. : L-Glutamat Hidroksiprolin2Tripto,fap...,, , lJidr:okrilisin?,,, n:uL^r-,\'o-V*lin ', ', ,\" rrPrslin,r :,,, 1r oo ,,,,- Set in,,,,,,,, ,,' t--Glutamin ,Tirosin :r\"Secara nutrisional semiesensial.\" Disintesis dengan kecepatan yang kurang NHo rl(; 'memadai untuk mcnunjang pertumbuhan pada anak. Mg-ATPrBukan merupakan keharusan dalam pembentukan protein, tetapi terbentukselama pemrosesan kolagen pascatranslasi Cambar 27-2. Reaksi glutamin sintetaseion amonium. Penggabungan hidrolisis PP dengan P oleh piruvloV \ ,Nlllipirofosfatase memastikan bahwa real<si tersebut berlangsung. ):-\"'o Serin. Oksidasi gugus q-hidroksil pada zat antara ,/ Nntaninglikolisis 3-fosfogliserat mengubahnya menjadi suatu asam Glu atau Asp a-Keloglutarat atau oksaloaselatokso, dengan transaminasi dan defosforlasi selanjutnya yang Gambar 27-3. Pembentukan alanin oleh transaminasi piruvat.menghasilkan serin (Gambar 27-5). Donor amino dapat berupa glutamat atau aspartat. Jadi, produk lain Glisin. Glisin aminotransferase dapat mengatalisis adalah cr-ketoglutarat atau oksaloasetat.sintesis glisin dari glioksilat dan glutamat atau aianin. Tidak A/iftO NH^- O NH-.seperti kebanyakan reaksi aminotransferase, reaksi-reaksi ini ts \"'*'VVsangat cenderung mengarah pada pembentukan glisin. Rutepenting lain pada mamalia untuk membentuk glisin adalah oo r--Asparagindari kolin (Gambar 27-6) d:an dari serin (Gambar 27-7). r-Asparlal Prolin. Prolin dibentuk dari giutamat melalui pembalikanreaksi-reaksi katabolisme prolin (Gamb ar 27 -B) . =*= Sistein. Sistein, meskipun secara nutrisional tidak Mg-ATP Mg-AMP + PP.esensial, namun dibentuk dari metionin yang esensialsecara nutrisional. Setelah perubahan metionin menjadi Gambar 27-4. Reaksi asparagin sintetase. Perhatikan kemiripan danhomosistein (lihat GambaL 29-18), homosistein dan serin perbedaan dari reaksi glutamin sintetase (,Cambar 27-2).membentuk sistationin yang hidrolisisnya membentuksistein dan homoserin (Gambar 27-9). Tirosin. Fenilalanin hidroksilase mengubah fenilalaninmenjadi tirosin (Gambar 27-10). Jika diet mengandungfenilalanin (yang secara nutrisional esensial) dalam jumlahmemadai, tirosin secara nutrisional menjadi tidak esensial.Tetapi, karena reaksi fenilalanin hidroksilase bersifatireversibel, tirosin dalam makanan tidak dapat menggantikanfenilalanin. Katalisis oleh oksigenase berfungsi-campuran inimenyebabkan penggabungan satu atom O, dengan fenilalanin

252 / BAGIAN lll: METABOLISME PROTEIN & ASAM AMINO (-Y\"# e $Y' \- Hn Folat Hr-folal t4;-+ n- ;#i NH\" \ '+'| NH\"*o-o o o a-'Y\".N.-A..D-,H,> ' Glisino-3-Fosfogliserat €)-o o HOO Fosfohidroksi piruvat Serin ct-AA cr-KA Gambar 27-7. Reaksi serin hidroksimetiltransferase' Reaksi dr'NH.- sepenuhnya bersifat reversibel. (Ho folat, tetrahidrofolat.) l$H.- Pi Hro @-o oH/'O\(O\" Fosfo-r--serin Hidroksilasi residu prolil dan lisil yang terikat pada peptida r--Serin dikatalisis oleh prolil hidrolailase dan lisil hidrotsilaseCambar 27-5. Biosintesis serin. (ct-AA, asam cr-amino; cr-KA. asam jaringan, termasuk di kuiit dan otot rangka, serta jaringana-keto.) granulasi luka (Gambar 27.11). Hidroftsilase adalahdan meredulsi atom yang lain menjadi air. Kemampuan oL\"ig.tt\".. y\"ng memiliki fungsi campuran dan memerlukanmereduksi yang dimiliki oleh tetrahidrobiopterin' akhirnya substrat, O, molekular, askorbat, Fe2., dan u-ketoglutarat'berasal dari NADPH. Untuk setiap rnol prolin atau lisin yang dihidroksilasi, satu Hidroksiprolin dan Hidroksilisin. Hidroksiprolin dan mol o-ketoglutarat didekarboksilasi menjadi suksinat' Satuhidroksilisin terutama terdapat dalam kolagen. Karena tidak atom O, masuk ke dalam prolin atau lisin, dan yang lainterdapat IRNA untuk kedua asam amino terhidrolsilasi ini,tidak ada hidroksiprolin atau hidroksilisin dalam makanan mas,rk k suksinat (Gambar 27-IL). Defisiensi vitamin Cyang terdapat dalam protein. Keduanya mengalamipenguraian sempurna (lihat Bab 29). Hidroksiprolin dan yang dibutuhkan oleh kedua hidroksilase ini menyebabkanhidroksilisin berasal dari prolin dan lisin, tetapi hanyasetelah asarn-asatn amino ini tergabung ke dalam peptida' skorbut. Valin, kusin, dan Isoleusin. Sementara leusin, valin, dan isoleusin adalah asam-asam amino yang esensial secara nutrisional, aminotransferase jaringan saling mengonversi secara reversibel ketiga asam amino ini serta asam-asam cl'- keto-nya. Jadi, asam-asam cr-keto ini dapat menggantikan asam aminonya dalam makanan.,,\"-Lll\"r. \"*' *.\"-lll\"r. oKolin \ Betain aldehid\" \ fW\o-v --xTion* *,*€:' ,N\"n,,3_' NAD- *I =&,[*.. H,O r--Glulamat- T-semialdehida 'ffi'-* ,-Cu\" l-Glutamat I H-T!,o- lcH3l il ,ro I \ H3C - N*-CH3Dimetilglisin O I \_.o- f* ,\",o, Betain ll o Hr.*.ffi, o o- H'ry o NADH A2-Pirolidin- s-karbokEilat s\"rro\"in]tr lcHrol t\"NH^- ^It tA- NoH-r* vo- 4 l-Prdin Glisin o Gambar 27-8. Biosintesis prolin dari glutamat melalui pembalikan reaksi katabolisme Prolin.Gambar 27-6. Pembentukan glisin dari kolin.

IBAB 27: BIOSINTESIS ASAM AMINO YANG NONESENSIAL SECARA NUTRISIONAL 253 NH.- cr-Ketoglutarat'\"ffiuxsinat .,$,o- #e''-\+* Fez* / ,,/nsroruat\ \"ryH.N-Z'SFEE'LE,l-OSeiln /\n^Pro./^n ,^r^^Pro.r\l^ H,oo-< \ Gambar 27-11. Reaksi prolil hidroksilase. Substrat adalah peptidar-Homosistein kaya-prolin. Selama perjalanan reaksi, oksigen molekular tergabung ke dalam suksinat dan prolin. Lisil hidroksilase mengatalisis reaksi -o analog HrO Y o I Sistationin A-o-NH.* H H1S-O ttH.N- H-$e-cH,*l*\"ot OH r--Sistein I * NH..o ol-Homoserin Se +ATP ----t, -AMP + P, + H Se- $- oGambar 27-9. Perubahan homosistein dan serin menjadi homoserin Idan sistein. Sulfur pada sistein berasal dari metionin dan kerangka o-karbon dari serin. Gambar 27-12. Selenosistein (atas) dan reaksi yang dikatalisis oleh selenofosfat si ntetase (bawah). XNADP. NADPH + H* Selenosistein, As\"m Amino ke-21. Meskipun Tetrahidro- Dihidro keberadaannya dalam protein jarang dijumpai, selenosistein \ 'f 'biopterin -biopterin H.o terdapat di bagian aktif beberapa enzim manusia yang \ mengatalisis reaksi redoks. Contoh-contohnya mencakup|.r\"\"-il.\"\"\"- l.r\"''-il.\"\"\"- tioredoksin reduktase, glutation perolsidase, dan deiodinase#//rr I yang mengubah tiroksin menjadi triiodotironin. Jika ada, selenosistein ikut serta dalam mekanisme katalitik enzim-l-Fenilalanin l-nrosin enzim ini, dan penggantian selenosistein oleh sistein dapat menyebabkan penurunan bermakna aktivitas katalitik. .\"qxH:) Gangguan pada selenoprotein manusia diperkirakan berperan cH-cH-cHs OH OH dalam tumorigenesis dan aterosklerosis, dan menyebabkan kardiomiopati akibat defisiensi selenium (penyakit Keshan). Tehahidrobiopterin Biosintesis selenosistein memeriukan L-sistein, selenatGambar 27-10. Reaksi fenilalanin hidroksilase. Terdapat dua (SeOr'?), AIB IRNA spesifik, dan beberapa enzim. L-aktivitas enzimatik berbeda. Akivitas ll mengatalisis reduksi Serin memberi rangka karbon untuk selenosistein. Selenofosfat yang dibentuk dari AIP dan selenat (Gambardihidrobiopterin oleh NADPH, dan akivitas I mereduksi O, menjadiHrO dan fenilalanin menjadi tirosin. Reaksi ini berkaitan dengan 27-12), berfungsi sebagai donor selenium. Tidak seperti hidroksiprolin atau hidroksilisin, selenosistein terbentukbeberapa defek metabolisme fenilalanin yang dibahas di Bab 29. secara ko-translasional selama penggabungannya ke dalam peptida. Andkodon UGA pada IRNA yang tidaklazim dan disebut tRNAs' biasanya menandakan STOP Kemampuan perangkat sintesis protein untuk mengidentifikasi kodon UGA spesifik-selenosistein berkaitan dengan elemen insersi selenosistein, suatu sffuktur stem-loop di regio mRNA yang tidak ditransiasikan. Selenosistein-tRNAs\"' mula-mula ditempeli serin oleh ligase yang menempelkan tRNAs\". Penggantian oksigen serin selanjutnya oleh selenium

254 / BAGIAN lll: METABOLISME PROTEIN & ASAM AMINOmelibatkan selenofosfat yang dibentuk oleh selenofosfat ' Peptidil hidroksiprolin dan hidroksilisin terbentuksintase (Gambar 27-12). Reaksi-reaksi selanjutnya yang'dikatalisis oleh enzim mengubah sisteii-tRNN\" menjadi melalui hidroksilasi pepddil prolin atau lisin dalamaminoakril-tRNAs\" dan kemudian menjadi selenosisteil- reaksi yang dikatalisis oleh oksidase fungsi-campuranIRNN\". Dengan adany a e lo ngati o n factor (faktor pemanj ang)spesifik yang mengenali selenosisteil-tRNN'\", selenosistein yang memerlukan vitamin C sebagai kofaktor. Penyakit skorbut mencerminkan gangguan hidroksilasi akibat kemudian dapat tergabung ke dalam protein. defisiensi vitamin C.RINGKASAN . Selenosistein, suatu residu bagian aktif esensial. Semua vertebrata dapat membentuk asam-asam amino pada beberapa enzim mamalia, berasal dari insersi ko-translasional dari IRNA yang telah mengalami tertentu dart zat-zat antara amfibolik atau dari asam amino lain dalam makanan. Zat antara dan asam amino modifikasi. yang merupakan sumber tersebut adalah cr-ketoglutarat REFERENSI (Glu, Gln, Pro, Hyp), oksaloasetat (Asp, Asn), dan 3- fosfogliserat (Ser, Gly). Beckett GJ, Arthur JR: Selenium and endocrine systems. J. Sistein, tirosin, dan hidroksilisin dibentuk dari asam- Endocrinol )005 ;1 84 :455. asam amino yang secara esensial nutrisional. Serin Brown KM, Arthur JR: Selenium, selenoproteins, and human health: a review. Public Health Nutr 2001;4:593. membentuk kerangka karbon, dan homosistein memberi sulfur untuk biosintesis sistein. Fenilalanin hidroksilase Kohrl J et al: Selenium in biology: facts and medical perspectives. mengubah fenilalanin menjadi tirosin. Biol Chem 2000;381:849. . Baik hidroksiprolin maupun hidroksiiisin dalam Nordberg J et al: Mammalian thioredoxin reductase is irreversibly inhibited by dinitrohalobenzenes by alkylation of both the makanan tidak dibentuk meniadi protein karena tidak terdapat kodon atau IRNA yang menentukan insersi redox active selenocysteine and its neighboring cysteine keduanya ke dalam peptida. residue. J Biol Chem 1998;273:10835. Scriver CR et al (editors). The Metabolic and Molecular Bases of Inherited Diseasas, Sth ed. McGraw-Hill, 2001'