Makalah Biokimia Umum II

METABOLISME PROTEIN DAN ASAM NUKLEAT

D

S

U

S

U

N

Oleh :

Nama : Fitra Jaya Burnama

Nim : 0705105010056

FAKULTAS PERTANIANJURUSAN TEKNOLOGI HASIL PERTANIAN

UNIVERSITAS SYIAH KUALA DARUSSALAM-BANDA ACEH

2011

KATA PENGANTAR

Bismillahirrahmanirrahim…

Puji syukur kita sampaikan kehadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan

rahmad dan karuniaNya berupa nikmat dan kesehatan, iman dan ilmu pengetahuan.

Ringkasan makalah ini bertujuan untuk melengkapi tugas mahasiswa dalam

pemahaman tentang proses dari METABOLISME PROTEIN DAN

KARBOHIDRAT. Kami sepenuhnya menyadari bahwa masih banyak kekurangan

dan kesalahan dalam menyusun makalah ini, maka dari itu kritik dan saran yang

bersifat konstruktif sangat kami harapkan demi kesempurnaan makalah ini.

Kami mengucapkan terima kasih kepada Ibu atas ide dan saranya, serta

menilai dan memeriksa makalah ini. Akhirnya saya mengharapkan semoga makalah

ini mendapatkan keridhaan dari Allah SWT, dan dapat memberikan manfaat bagi

saya sendiri dan kepada semua pembaca. Amin

Darussalam, 17 April 2011

BAB I

PENDAHULUAN

I.I Latar Belakang

Metabolisme adalah semua reaksi kimia yang terjadi di dalam organisme,

termasuk yang terjadi di tingkat selular. Secara umum, metabolisme memiliki dua

arah lintasan reaksi kimia organik. Sedangkan untuk katabolisme itu sendiri yaitu

reaksi yang mengurai molekul senyawa organik untuk mendapatkan energi. Dan

anabolisme merupakan reaksi yang merangkai senyawa organik dari molekul-

molekul tertentu, untuk diserap oleh sel tubuh.

Eksperimen terkontrol atas metabolisme manusia pertama kali diterbitkan

oleh Santorio pada tahun 1614 di dalam bukunya, “Ars de statica medecina” yang

membuatnya terkenal di Eropa. Dia mendeskripsikan rangkaian percobaan yang

dilakukannya, yang melibatkan penimbangan dirinya sendiri pada sebuah kursi yang

digantung pada sebuah timbangan besar sebelum dan sesudah makan, tidur, bekerja,

berpuasa makan atau minum, dan buang air besar. Dia menemukan bahwa bagian

terbesar makanan yang dimakannnya hilang dari tubuh melalui “perspiratio

insensibilis” (mungkin dapat diterjemahkan sebagai keringatan yang tidak tampak).

Secara umum, metabolisme memiliki dua arah lintasan reaksi kimia organik yaitu:

1. Katabolisme yaitu reaksi yang mengurai senyawa molekul organik untuk

mendapatkan energy.

2. Anabolisme yaitu reaksi yang merangkai senyawa organik dari molekul-molekul

tertentu, untuk diserap oleh sel tubuh.

Kedua arah lintasan metabolisime sangat diperlukan oleh setiap organisme

untuk dapat bertahan hidup. Arah lintasan metabolisme ditentukan oleh suatu

senyawa yang disebut sebagai hormon, dan dipercepat (dikatalisis) oleh enzim. Pada

senyawa organik, penentu arah reaksi kimia disebut promoter dan penentu

mempercepatan reaksi kimia disebut katalis.

Asam nukleat merupakan salah satu makromolekul yang memegang peranan

sangat penting dalam kehidupan organisme karena di dalamnya tersimpan informasi

genetik. Asam nukleat sering dinamakan juga polinukleotida karena tersusun dari

sejumlah molekul nukleotida sebagai monomernya. Tiap nukleotida mempunyai

struktur yang terdiri atas gugus fosfat, gula pentosa, dan basa nitrogen atau basa

nukleotida (basa N).

Asam nukleat adalah makromolekul biokimia yang kompleks, berbobot

molekul tinggi, dan tersusun atas rantai nukleotida yang mengandung informasi

genetik. Asam nukleat yang paling umum adalah Asam deoksiribonukleat (DNA) and

Asam ribonukleat (RNA). Asam nukleat ditemukan pada semua sel hidup serta pada

virus.

Asam nukleat dinamai demikian karena keberadaan umumnya di dalam inti

(nukleus) sel. Asam nukleat merupakan biopolimer, dan monomer penyusunnya

adalah nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari tiga komponen, yaitu sebuah basa

nitrogen heterosiklik (purin atau pirimidin), sebuah gula pentosa, dan sebuah gugus

fosfat. Jenis asam nukleat dibedakan oleh jenis gula yang terdapat pada rantai asam

nukleat tersebut (misalnya, DNA atau asam deoksiribonukleat mengandung 2-

deoksiribosa). Selain itu, basa nitrogen yang ditemukan pada kedua jenis asam

nukleat tersebut memiliki perbedaan: adenin, sitosin, dan guanin dapat ditemukan

pada RNA maupun DNA, sedangkan timin dapat ditemukan hanya pada DNA dan

urasil dapat ditemukan hanya pada RNA.

Struktur dasar RNA mirip dengan DNA. RNA merupakan polimer yang

tersusun dari sejumlah nukleotida. Setiap nukleotida memiliki satu gugus fosfat, satu

gugus pentosa, dan satu gugus basa nitrogen (basa N). Polimer tersusun dari ikatan

berselang-seling antara gugus fosfat dari satu nukleotida dengan gugus pentosa dari

nukleotida yang lain.

Metabolisme meliputi proses sintesis dan proses penguraian senyawa atau

komponen dalam sel hidup. Proses sintesis itu disebut anabolisme dan proses

penguraian disebut katabolisme. Semua reaksi metabolism dikatalisis oleh enzim,

termasuk reaksi yang sederhana seperti penguraian asamkarbonat menjadi air dan

karbondioksida, proses pemasukan dan pengeluaran zat kimia dari dan ke dalam sel

melalui membran proses biosintesis protein yang panjang dan rumit atau pun proses

penguraian bahan makanan dalam sistem pencernaan mulai dari mulut, lambung,

usus, dan penyerapan hasil penguraian tersebut melalui dinding usus, serta

penyerapannya keseluruh bagian tubuh yang memerlukannya, begitu juga dengan

proses sintesis dan penguraian berlangsung dalam berbagai jalur metabolisme.

I.2 Tujuan Makalah ini

Adapun tujuan pembuatan makalah ini untuk mengetahui proses metabolisme

dan katabolisme protein dan asam nukleat dalam tubuh

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Metabolisme Protein

Protein bersama karbohidrat dan lemak merupakan sumber energi bagi tubuh.

protein tersusun dari molekul-molekul yang disebut asam amino. Di dalam tubuh

mamalia asam amino terbagi menjadi dua bagian yaitu asam amino esensial dan non

esensial. Asam amino esensial ialah asam amino yang tidak dapat disintesis oleh

tubuh. Asam amino esensial dapat disintesis oleh tubuh namun tetap diperlukan

asupan dari makanan untuk menjaga keseimbangan asam amino tersebut di dalam

tubuh.

Metabolisme protein meliputi:

1. Degradasi protein (makanan dan protein intraseluler)

menjadi asam amino

2. Oksidasi asam amino

3. Biosintesis asam amino

4. Biosintesis protein

Manusia memakan banyak protein untuk menggantikan protein endogen.

Kelebihan asam amino tidak dapat disimpan karena langsung mengalami katabolisme

dalam tubuh. Rantai karbon asam amino mengalami proses katabolisme yang diubah

menjadi CO2, H2O dan energi (ATP) melalui siklus asam sitrat dan rantai

pernafasan. Jalur katabolisme merupakan beberapa proses dengan zat yaitu: Jalur

sangat panjang (contohnya triptophan) sementara yang lainnya pendek (contohnya

alanin). Beberapa jalur asam amino menunjukkan hasil akhir produk katabolisme

utama seperti pada gambar 1.

Gambar 1. Jalur metabolisme asam amino dalam siklus asam sitrat

Setiap asam amino didegradasi menjadi piruvat atau zat siklus asam sitrat

lainnya dan dapat menjadi prekrusor sintesis glukosa di hepar yang disebut

glikogenik atau glukoneogenik. Untuk beberapa asam amino seperti tirosin dan

fenilalanin, hanya sebagian dari rantai karbonnya yang digunakan untuk mensintesis

glukosa karena sisa rantai karbon di ubah menjadi asetil koa yang tidak dapat

digunakan untuk sintesis glukosa.

A. Protein Tubuh dan Fungsinya

1. Protein Tubuh

Protein di dalam tubuh terdiri dari ¾ zat padat dari protein yaitu otot, enzim,

protein plasma, antibodi, hormon. Protein merupakan rangkaian asam amino dengan

ikatan peptida dan banyak protein terdiri dari ikatan komplek dengan fibril menjadi

protein fibrosa, ada beberapa macam protein fibrosa seperti: kolagen (tendon,

kartilago, tulang); elastin (arteri); keratin (rambut, kuku); dan aktin-miosin.

Ada beberapa macam protein dan asam amino diantaranya sebagai berikut:

a. Macam-macam protein:

1. Peptide: 2 – 10 asam amino

2. Polipeptide: 10 – 100 asam amino

3. Protein: > 100 asam amino

4. Antara asam amino saling berikatan dengan ikatan peptide

5. Glikoprotein: gabungan glukose dengan protein

6. Lipoprotein: gabungan lipid dan protein

b. Asam amino

1. Asam amino dibedakan: asam amino esensial dan asam amino non esensial

2. Asam amino esensial: T2L2V HAMIF (treonin, triptofan, lisin, leusin, valin

→ histidin, arginin, metionin, isoleusin, fenilalanin)

3. Asam amino non esensial: SAGA SATGA (serin, alanin, glisin, asparadin →

sistein, asam aspartat, tirosin, glutamin, asam glutamat)

c. Transport protein

1. Protein diabsorpsi di usus halus dalam bentuk asam amino → masuk dalam

darah

2. Dalam darah asam amino disebar keseluruh sel untuk disimpan

3. Didalam sel asam amino disimpan dalam bentuk protein (dengan

menggunakan enzim)

4. Hati merupakan jaringan utama untuk menyimpan dan mengolah protein

d. Penggunaan Protein Untuk Energi

1. Jika jumlah protein terus meningkat → protein sel dipecah jadi asam amino

untuk dijadikan energi atau disimpan dalam bentuk lemak.

2. Pemecahan protein jadi asam amino terjadi di hati dengan proses deaminasi

atau transaminasi

3. Deaminasi merupakan proses pembuangan gugus amino dari asam amino

sedangkan transaminasi adalah proses perubahan asam amino menjadi asam

ket

2. Fungsi Protein

Fungsi dari protein itu sendiri secara garis besar dapat dibagi ke dalam dua

kelompok besar, yaitu sebagai bahan struktural dan sebagai mesin yang bekerja pada

tingkat molekular. Apabila tulang dan kitin adalah beton, maka protein struktural

adalah dinding batu-batanya. Beberapa protein struktural, fibrous protein, berfungsi

sebagai pelindung, sebagai contoh a dan b-keratin yang terdapat pada kulit, rambut,

dan kuku. Sedangkan protein struktural lain ada juga yang berfungsi sebagai perekat,

seperti kolagen.

Protein dapat memerankan fungsi sebagai bahan struktural karena seperti

halnya polimer lain, protein memiliki rantai yang panjang dan juga dapat mengalami

cross-linking dan lain-lain. Selain itu protein juga dapat berperan sebagai biokatalis

untuk reaksi-reaksi kimia dalam sistem makhluk hidup. Makromolekul ini

mengendalikan jalur dan waktu metabolisme yang kompleks untuk menjaga

kelangsungan hidup suatu organisma. Suatu sistem metabolisme akan terganggu

apabila biokatalis yang berperan di dalamnya mengalami kerusakan.  

B. Struktur Protein

Bagaimana suatu protein dapat memerankan berbagai fungsi dalam sistem

makhluk hidup? Jawabnya adalah terletak pada strukturnya. Struktur protein terdiri

dari empat macam struktur. Struktur pertama adalah struktur primer. Struktur ini

terdiri dari asam-asam amino yang dihubungkan satu sama lain secara kovalen

melalui ikatan peptida. Informasi yang menentukan urutan asam amino suatu protein

tersimpan dalam molekul DNA dalam bentuk kode genetik. Sebelum kode genetik ini

diterjemahkan menjadi asam-asam amino yang membangun struktur primer protein,

mula-mula kode ini disalin kedalam bentuk kode lain yang berpadanan dengan urutan

kode genetik pada DNA, yaitu dalam bentuk molekul RNA. Urutan RNA inilah yang

kemudian diterjemahkan menjadi.

Urutan RNA inilah yang kemudian diterjemahkan menjadi urutan asam amino

(Gambar 1). 

Gambar 1. Skema Aliran Informasi Genetik dari DNA ke Protein

Struktur yang kedua adalah struktur sekunder. Pada struktur sekunder, protein

sudah mengalami interaksi intermolekul, melalui rantai samping asam amino. Ikatan

yang membentuk struktur ini, didominasi oleh ikatan hidrogen antar rantai samping

yang membentuk pola tertentu bergantung pada orientasi ikatan hidrogennya. Ada

dua jenis struktur sekunder, yaitu: a-heliks dan b-sheet (Gambar 2). b-sheet itu sendiri

ada yang paralel dan juga ada yang anti-paralel, bergantung pada orientasi kedua

rantai polipeptida yang membentuk struktur sekunder tersebut.

a-heliks b-sheet

Gambar-2. Struktur Sekunder Protein

Struktur-struktur sekunder ini, kemudian dikemas sedemikian rupa sehingga

membentuk struktur tiga dimensi yang paling pavorable secara termodinamika.

Struktur ruang ini adalah struktur ketiga atau juga dinamakan struktur tersier. Disini

interakasi intra molekuler seperti ikatan hidrogen, ikatan ion, van der Waals,

hidropobik dll turut menentukan orientasi struktur 3 dimensi dari protein (Gambar 3).

Gambar-3. Struktur Tersier Protein

Banyak molekul protein yang memiliki lebih dari satu struktur tersier, dengan

kata lain multi subunit. Intraksi intermolekul antar sub unit protein ini membentuk

struktur keempat/kwaterner (Gambar 4). Setiap subunit protein dapat melakukan

komunikasi dan saling mempengaruhi satu sama lain melalui interaksi intermolekular

ini.

Gambar-4. Struktur Kwaterner Protein.

Jumlah monomer asam amino yang membangun suatu protein adalah 20 asam

amino. Bisa dibanyangkan berapa peluang kemungkinan struktur 3 dimensi yang

mungkin terbentuk dengan monomer sebanyak ini. Hingga saat ini tidak satu sintetik

polimerpun yang memiliki monomer sebanyak protein. Bila saja protein memiliki

panjang 100 residu asam amino, bila dalam protein ini ke dua puluh asam amino

tersebut dipakai untuk mensintesis protein, maka jumlah struktur 3 dimensi yang

mungkin adalah 20100 struktur. Tentu saja struktur yang paling pavorable secara

termodinamika saja yang akan terbentuk. Karena banyaknya kemungkinan struktur

ini, maka protein dapat memerankan berbagai macam fungsi. Perubahan pada struktur

akan mempengaruhi fungsi dari protein. Beberapa penyakit pada manusia disebabkan

oleh perubahan struktur dari protein yang merusak fungsi dari protein tersebut.

Salah satu contoh pentingnya struktur tiga dimensi adalah pada fenomena

yang sangat terkenal saat ini, yaitu penyakit sapi gila di Inggris. Penyakit ini

belakangan diketahui disebabkan oleh protein yang dikenal dengan nama prion. Pada

awalnya, para ilmuan sangat sukar memahami bagaimana mungkin protein bisa

menjadi desease agent dan dapat diturunkan. Hasil penelitian menunjukan bahwa

protein ini lebih tahan terhadap serangan protease dibanding protein biasa. Protease

adalah suatu enzim yang berfungsi untuk mengurai protein. Penelitian lain juga

mendapati bahwa saat DNAase dan RNAase dimasukan ke dalam sistem, aktivitas

prion tidak menurun, tetapi saat dimasukan protease aktivitasnya menurun. Dari sini

para ilmuan lalu menyimpulkan bahwa prion tidak memiliki DNA ataupun RNA.

Lalu, bagaimana protein ini bisa diturunkan dan bertambah jumlahnya di dalam tubuh

tanpa adanya gen yang mengkodenya. Virus saja untuk berkembang biak harus

memasukan DNAnya ke dalam inang, lalu bagaimana dengan prion?

Dari hasil pencarian yang panjang, ternyata ditemukan bahwa gen yang

mengkode prion terdapat disetiap organisma hidup yang menjadi inang untuk

berkembangnya prion. Gen tersebut dikenal sebagai PrP. Tetapi, saat gen ini

diekspresikan dan proteinnya di injeksikan ke dalam tubuh tikus percobaan, tidak

dideteksi adanya penyakit. Dari hasil ini, para ahli biokimia memprediksi adanya

struktur lain diluar struktur protein PrP normal, yang menyebabkan penyakit.

C. Pencernaan Protein

Proses pencernaan protein yang pertama berlangsung dalam lambung. Di sini

pepsin mencernakan protein dengan memutuskan ikatan peptida yang ada di sisi NH2

bebas dari asam-asam amino aromatik (fenilaalanin, tirosin, triptofan), hidrofobik

(leusin, isoleusin, metionin) atau dikarboksilat (glutamat dan aspartat). PH optimum

ialah 2, sehingga aktifitasnya yang tertinggi ialah di dalam lambung. Enzim ini tidak

bekerja lagi bila berada pada pH yang tinggi seperti yang terdapat di dalam usus

halus.

Pepsin disekresikan sebagai zmi ogen yang bernama pepsinogen.

Pengaktifannya menjadi pepsin dilakukan oleh asam lambung dan secara otokatalisis

juga oleh pepsin itu sendiri yang sudah terbentuk. Pada proses pengaktifan ini,

dilepaskan 42 asam amino dari ujung NH2 bebas pada molekul \ imogen tadi.

Peristiwa ini mengubah konformasi dan mengaktifkan protein tersebut.

Oleh karena pH yang rendah dari lambung sangatlah musthak bagi kerja

enzim dan pada kenyataannya mampu pula menghidrolisis beberapa ikatan peptida,

maka perlu pulalah agaknya diuraikan secara singkat bagaimana pHyang tidak lazim

ini dicapat ion H dalam lambung adalah hasil sekresi sel-sel parital. Peristiwa sekresi

ini berlangsung dengan melawan gradien, karena konsentrasi H + di dalam sel ialah

sebesar 10-7 M, sedangkan di luar sel lambung sebesar 10-1M. Dengan demikian

jelaslah bahwa proses ini memerlukan energi, yang pada kenyataannya didapat

dengan cara hidrolisis ATP. Hidrolisis ATP ini dikaitkan dengan pertukaran K+

dengan H+. H+ intrasel berasal dari reaksi yang berkaitan dengan anhidrase karbonat,

seperti yang terlukis pada Gambar .

I – phe – met -- val – lis – leu – tir – trp – arg – gli – ala – ile – asp – I

Gambar . Pemecahan protein oleh pepsin.

Histamin meningkatkan proses sekresi H+ dengan cara meningkatkan

konsentrasi cAMP intrasel. Ini pada gilirannya mengaktifkan suatu kinase protein.

Melalui suatu jeram reaksi yang mirip dengan yang ditemukan pada metabolisme

glikogen, kinase tersebut memfosforilasikan anhidrase karbonat sehingga aktifitasnya

pun bertambah. Zat seperti kafein yang menghambat pemecahan cAMP

meningkatkan sekresi asam lambung. Hormon gastrin menyebabkan hal yang sama.

Enzim ini bekerja dengan cara mengaktifkan enzim histidin dekarboksilase sehingga

terbentuklah histamin. Akibatnya, segala peristiwa yang telah diuraikan tadi

meningkat dan hasil akhirnya ialah meningkatnya produksi asam lambung.

I – phe – met -- val – lis – leu – tir – trp – arg – gli – ala – ile – asp – I

Kira-kira 4% dari seluruh orang dewasa dan 40% dari seluruh orang yang

berusia lebih dari 60 tahun kekurangan sekresi HCl di lambung. Keadaan ini disebut

“achlorhydrea”. Pada orang-orang dengan keadaan ini, pepsin mereka tidaklah aktif

dan proses pencernaan protein barulah dimulai di usus halus. Oleh karena ada

beberapa enzim yang khas mencernakan protein, keadaan ini tidaklah menimbulkan

gejala klinik yang berat.

Selain pepsin, lambung juga mensekresikan enzim rennin, yang

mengkoagulasikan susu. Hal ini penting bagi anak kecil karena peristiwa ini

mencegah pengosongan lambung yang terlalu cepat. Dengan bantuan kalsium, kasein

yang terdapat di dalam susu diubah oleh rennin menjadi parakasein, yang selanjutnya

dihidrolisis oleh pepsin. Di dalam usus, protein diolah oleh sejumlah enzim yang

disekresikan oleh pancreas, yaitu tripsin, kimotripsin, karboksipeptidase dan elastase.

Semua enzim ini disekresikan dalam bentuk zimogen. Enteropeptidase atau

enterokinase mampu mengubah tripsinogen menjadi tripsin. Sebaliknya tripsin yang

sudah aktif ini akan mengaktifkan enzim-enzim lain yang masih berbentuk zimogen,

yaitu kimotripsinogen,

prokarboksipeptidase dan poelastase. Tripsin memutus ikatan peptida yang

dibentuk oleh asam-asam amino basa. Kimotripsin memutus ikatan peptida yang

dibentuk oleh asam amino aromatik, sedangkan elastase selanjutnya bekerja terhadap

ikatan peptida yang dibentuk asamamino alifatik. Babungan hasil kerja enzim ini

ialah monopeptida, dipeptida dan tripeptida. Selanjtnya yang bekerja ialah enzim

karboksipeptidase yang bekerja memutus satu demi satu ikatan peptida yang tersisa

pada berbagai peptida tadi, dari sisi gugus karboksil bebas; dan juga enzim

aminopeptidase yang bekerja dengan cara yang sama dari sisi gugus amino bebas.

Tripsin, kimotripsin dan elastase mempunyai serin pada situs katalitik

masingmasing dan karena itu enzim-enzim ini dikelompokkan dalam robongan

protease serin. Selama proses hidrolisis oleh enzim-enzim tersebut berlangsung,

ujung karboksil dari suatu asam amino terikat secara kovalen dengan residu serin

yang ada di situs katalitik. Bagian lain dari peptida atau protein yang dioleh

dibebaskan oleh enzim. Sesudah hidrolisis ester serin tersebut oleh air, reaksipun

selesai. Berbagai protease serin dapat dibuat tidak aktif dengan cara mengikatnya

secara kovalen dengan diisopropil fluorofosfat.

Amonia dibentuk pada pemecahan asam amino dan asam nukleat oleh sel.

Selain itu ammonia juga dihasilkan oleh bakteri usus. Pemecahan berbagai \at dan

menghasilkan ammonia ini terjadi baik pada keseimbangan nitrogen yang positif,

negatif ataupun keseimbangan yang normal. Blutaminase, asparaginase, berbagai

oksidase asam amino kesemuanya menghasilkan ammonia. Histidase, serin

dehidratase dan sistein dehidratase adalah penghasil ammonia yang lain di dalam sel.

Sekali pun demikian, sumber terbesar dari ammonia sel, terutama dalam jaringan hati,

ialah reaksi yang dikatalisis oleh enzim glutamat dehidrogenase yang terdapat dalam

mitokondria. Nitrogen yang diikat oleh glutamat, yang sebelumnya berasal dari reaksi

transaminasi asam-asam amino yang lain, dibebaskan dalam bentuk ammonia oleh

kerja enzim ini. Oleh karena en\im ini ada di dalam mitokondria, ammonia yang

dibentuknya dapat segera dipakai untuk sintesis urea.

Otot menggunakan glutamin dan juga alanin untuk membawa kelebihan

nitrogen. Alanin dibuat dari piruvat, suatu zat yang mudah ditemukan di mana-mana

sebagai hasil metabolisme glukosa atau glikogen dan siap untuk dipakai -

ketoglutarat sehinggga terbentuklah glutamat. Glutamat ini sebaliknya dapat pula

mengalami dehidrogenasi dan membebaskan ammonia. Glutami yang sampai ke hati

dapat membebaskan dua molekul ammonia dengan kerja sama dari glutaminase dan

glutamat dihidrogenase. Perlu diingat bahwa enzim yang diperlukan untuk sintesis

glutamin berbeda dengan enzim yang diperlukan untuk memecahnya.

Daur urea terdiri atas lima reaksi yang mengubah ammonia, CO2 dan nitrogen

dari aspartat menjadi urea. Daur ini terlukis pada gambar . Perlu diperhatikan bahwa

dua reaksi dalam daur ini berlangsung di dalam mitokondria, sedangkan sisanya

terjadi di sitoplasma. Dalam reaksi yang pertama, CO2 yang berada di dalam

mitokondria mengalami fosforilasi oleh ATP dan kemudian berkondensasi dengan

ammonia dengan menggunakan energi yang berasal dari hidrolisis satu molekul ATP

lainnya. Hasilnya terbentuklah karbamoil fosfat. Reaksi ini adalah reaksi yang

mengatur laju sintesis urea, dikatalisis oleh karbamoil fosfat sintetase dan

memerlukan N-asetil glutamat sebagai suatu kofaktor. Dalam reaksi kedua yang juga

terjadi de dalam mitokondria, karbamoil fosfat berkondensasi dengan ornitin

sehingga terbentuklah sitrulin dan fosfat bebas. Reaksi ini adalah reaksi kedua yang

mengatur laju sintesis urea.

Selanjutnya sitrulin meninggalkan mitokondria. Di dalam sitoplasma sitrulin

ini berkondensasi dengan aspartat dan inilah reaksi yang ketiga. Dalam reaksi ini

ATP diubah menjadi AMP. Arginosuksinat yang terbentuk sebagai produk diubah

dalam reaksi keempat menjadi arginin dan fumarat. Fumarat dapat masuk ke dalam

mitokondria dan dioksidasi menjadi oksaloasetat melalui daur Krebs. Dengan

transaminasi maka aspartatpun terbentuk kembali. Arginin dihidrolisis untuk

menghasilkan urea dan ornitin. Ornitin ini kemudian masuk lagi ke dalam

mitokondria dan menyelesaikan daur. Secara keseluruhan diperlukan empat ikatan

fosfat kaya – energi atau ekivalen ATP untuk sintesis satu molekul urea. Dua ikatan

diperlukan untuk menghasilkan karbamoil fosfat dan dua lagi untuk kondensasi

aspartat dengan sitrulin. Proses katabolisme triptofan pada manusia merupakan

penguraian seluruh atom karbon pada rantai samping maupun pada cincin aromatik

menjadi senyawaantara amfiolik melalui lintasan kinurenin-antranilat (Gambar 4).

Enzim triptofan oksigenase (triptofan pirolase) mengkatalisis reaksi pemutusan cincin

indol dengan penyatuan dua atom dari molekul oksigen sehingga terbentuk senyawa

Nformilkinurenin. Enzim oksigenase yang merupakan metaloprotein besi pofirin,

dapat diinduksi dalam hati oleh kortikosteroid adrenal dan triptofan. Sebagian enzim

yang baru disintesis ini akan berada dalam bentuk laten yang memerlukan

pengaktifan. Triptofan juga menstabilkan enzim oksigenase terhadap reaksi

penguraian proteolitik. Triptofan oksigenase dihambat secara umpan balik oleh

derivat asam nikotinat, termasuk NADPH. Pengeluaran hidrolitik gugus formil pada

N-formilkinurenin yang dikatalisis oleh enzim kinurenin formilase pada hati akan

menghasilkan senyawa kinurenin. Kinurenin dapat mengalami deaminasi lewat reaksi

transaminasi. Senyawa 2-amino-3-hidroksi benzoil piruvat yang dihasilkan akan

kehilangan air dan penutupan cincin yang terjadi secara spontan akan membentuk

kinurenat. Metabolisme selanjutnya kinurenin akan melibatkan konversi senyawa ini

menjadi 3-hidroksikinurenin yang kemudian menjadi 3- hidroksiantranilat.

Hidroksilasi memerlukan oksigen molekuler dalam reaksi yang tergantung NADPH

dan serupa dengan reaksi hidroksilasi fenilalanin. Hidroksilasi triptofan menjadi 5-

hidroksitriptofan dikatalisis selanjutnya oleh enzim tirosin hidroksilase hati.

Dekarboksilase selanjutnya akan membentuk serotonin (5-hidroksitriptamin).

Katabolisme serotonin diawali oleh oleh reaksi deaminase oksidatif yang dikatalisis

enzim monoamin oksidase menjadi senyawa 5-hidroksiindolasetat (Gambar 5).

Senyawa ini pada manusia diekskresikan dalam urin (2-8 mg/dL).

Triptofan membentuk sejumlah derivat indol tambahan. Ginjal mamalia, hati

dan bakteri dalam feses manusia dapat mengadakan dekarboksilasi triptofan menjadi

triptamin yang kemudian bisa teroksidasi menjadi senyawa inol-3 asetat. Hasil utama

katabolisme triptofan dalam urin yang normal adalah senyawa 5- hidroksiindolasetat

dan indol-3 asetat.

D. Proses Glikolisis

Protein pengikat, DNA Girase.

Arus informasi genetik pada sel normal berawal dari DNA ke RNA terus ke

protein. Sintesis RNA berdasarkan suatu cetakan DNA disebut proses transkripsi.

Sedangkan sintesis protein berdasarkan suatu cetakan RNA disebut Translasi. Proses

sintesis RNA menyerupai pembentukan Dna tetapi ada perbedaan prinsip dimana

kalau sintesis DNA seluruh urutan nkleotida DNA digandakan seperti DNA induk,

pada sintesis RNA tidak semua DNA ditranskripsi menjadi RNA, hanya gen atau

kolompok gen yang ditarnskripsi. Produk yang terbentuk adalah RNA yang

komplementer dengan salah satu rantai DNA dupleks yang jadi cetakan.

Sintesis RNA (transkripsi) terdiri 4 tahap reaksi :pertama enzim RNA

polimerase mengikat urutan basa spesifik,k edua RNA polimerase mengkatalisis

pemanjangan ikatan fosfodiester antara ribonukleotia trifosfat dan ujung 3’-fosfat

melalui cara seperti DNA polimerase I,ketiga, komplemen DNA-RNA (hibrid DNA-

RNA) yang dihasilkan membuka dengan melepaskan RNA yang terbentuk diikuti

hibridisasi ulang rantai DNA membentuk untai DNA ganda. Keempat, terjadi

pengubahan secara kimia RNA yang terbentuk.

Sintesis protein (translasi) yaitu molekul Rna yang terbentuk menerjemahkan

informasi genetik ke dalam proses pembentukan protein. Pada tahap ini asam-asam

amino secara berurutan diikat satu dengan yng lain, sesuai pesan yang diberikan

DNA. Berlangsung diribosom dan melalui 5 tahapan reaksi yakni aktivasi asam

amino; inisiasi rantai polipetida, pemanjangan (elongasi) rantai polipetida; terminasi

dan pembebasan rantai polipeptida serta tahap pelipatan dan pengolahan. Nukleotida

merupakan nukleosida yang gugus gula pada posisi 5’-nya mengikat asam fosfat

(gugus fosfat) dengan ikatan ester. Nukleosida terdiri atas pentosa ( deoksiribosa atau

ribosa) yang mengikat suatu basa (derivat purin atau pirimidin) melalui ikatan

glikosida. Pentosa yang berasal dari DNA ialah deoksiribosa dan dari RNA ialah

ribosa. Basa purin dan pirimidin yang berasal dari DNA ialah adenin, guanin, sitosin

dan timin. Sedangkan basa RNA terdiri atas adenin, guanin, sitosin dan urasil.

Dengan demikian nukleosida adalah penyusun nukleotida dan dapat diberi nama

trivial dan nama sistematis seperti terlihat pada tabel berikut :

II. Metabolisme Asam Nukleat

Asam nukleat merupakan salah satu makromolekul yang memegang peranan

sangat penting dalam kehidupan organisme karena di dalamnya tersimpan informasi

genetik. Asam nukleat sering dinamakan juga polinukleotida karena tersusun dari

sejumlah molekul nukleotida sebagai monomernya. Tiap nukleotida mempunyai

struktur yang terdiri atas gugus fosfat, gula pentosa, dan basa nitrogen atau basa

nukleotida (basa N). Ada dua macam asam nukleat, yaitu asam deoksiribonukleat

atau deoxyribonucleic acid (DNA) dan asam ribonukleat atau ribonucleic acid

(RNA). Dilihat dari strukturnya, perbedaan di antara kedua macam asam nukleat ini

terutama terletak pada komponen gula pentosanya. Pada RNA gula pentosanya adalah

ribosa, sedangkan pada DNA gula pentosanya mengalami kehilangan satu atom O

pada posisi C nomor 2’ sehingga dinamakan gula 2’-deoksiribosa.

Perbedaan struktur lainnya antara DNA dan RNA adalah pada basa N-nya.

Basa N, baik pada DNA maupun pada RNA, mempunyai struktur berupa cincin

aromatik heterosiklik (mengandung C dan N) dan dapat dikelompokkan menjadi dua

golongan, yaitu purin dan pirimidin. Basa purin mempunyai dua buah cincin

(bisiklik), sedangkan basa pirimidin hanya mempunyai satu cincin (monosiklik). Pada

DNA, dan juga RNA, purin terdiri atas adenin (A) dan guanin (G). Akan tetapi, untuk

pirimidin ada perbedaan antara DNA dan RNA. Kalau pada DNA basa pirimidin

terdiri atas sitosin (C) dan timin (T), pada RNA tidak ada timin dan sebagai gantinya

terdapat urasil (U). Timin berbeda dengan urasil hanya karena adanya gugus metil

pada posisi nomor 5 sehingga timin dapat juga dikatakan sebagai 5-metilurasil.

A. Komponen-komponen asam nukleat

a). gugus fosfat

b). gula pentosa

c). basa N

Di antara ketiga komponen monomer asam nukleat tersebut di atas, hanya

basa N-lah yang memungkinkan terjadinya variasi. Pada kenyataannya memang

urutan (sekuens) basa N pada suatu molekul asam nukleat merupakan penentu bagi

spesifisitasnya. Dengan perkataan lain, identifikasi asam nukleat dilakukan

berdasarkan atas urutan basa N-nya sehingga secara skema kita bisa menggambarkan

suatu molekul asam nukleat hanya dengan menuliskan urutan basanya saja.

Di atas telah disinggung bahwa asam nukleat tersusun dari monomer-

monomer berupa nukleotida, yang masing-masing terdiri atas sebuah gugus fosfat,

sebuah gula pentosa, dan sebuah basa N. Dengan demikian, setiap nukleotida pada

asam nukleat dapat dilihat sebagai nukleosida monofosfat. Namun, pengertian

nukleotida secara umum sebenarnya adalah nukleosida dengan sebuah atau lebih

gugus fosfat. Sebagai contoh, molekul ATP (adenosin trifosfat) adalah nukleotida

yang merupakan nukleosida dengan tiga gugus fosfat.

Jika gula pentosanya adalah ribosa seperti halnya pada RNA, maka

nukleosidanya dapat berupa adenosin, guanosin, sitidin, dan uridin. Begitu pula,

nukleotidanya akan ada empat macam, yaitu adenosin monofosfat, guanosin

monofosfat, sitidin monofosfat, dan uridin monofosfat. Sementara itu, jika gula

pentosanya adalah deoksiribosa seperti halnya pada DNA, maka (2’-

deoksiribo)nukleosidanya terdiri atas deoksiadenosin, deoksiguanosin, deoksisitidin,

dan deoksitimidin.

Peran penting RNA terletak pada fungsinya sebagai perantara antara DNA

dan protein dalam proses ekspresi genetik karena ini berlaku untuk semua organisme

hidup. Dalam peran ini, RNA diproduksi sebagai salinan kode urutan basa nitrogen

DNA dalam proses transkripsi. Kode urutan basa ini tersusun dalam bentuk 'triplet',

tiga urutan basa N, yang dikenal dengan nama kodon. Setiap kodon berelasi dengan

satu asam amino (atau kode untuk berhenti), monomer yang menyusun protein. Lihat

ekspresi genetic untuk keterangan lebih lanjut. Penelitian mutakhir atas fungsi RNA

menunjukkan bukti yang mendukung atas teori 'dunia RNA', yang menyatakan bahwa

pada awal proses evolusi, RNA merupakan bahan genetik universal sebelum

organisme hidup memakai DNA.

A. Sifat-sifat Fisika-Kimia Asam Nukleat

Di bawah ini akan dibicarakan sekilas beberapa sifat fisika-kimia asam

nukleat. Sifat-sifat tersebut adalah stabilitas asam nukleat, pengaruh asam, pengaruh

alkali, denaturasi kimia, viskositas, dan kerapatan apung.

a. Stabilitas asam nukleat

Ketika kita melihat struktur tangga berpilin molekul DNA atau pun struktur sekunder

RNA, sepintas akan nampak bahwa struktur tersebut menjadi stabil akibat adanya

ikatan hidrogen di antara basa-basa yang berpasangan. Padahal, sebenarnya tidaklah

demikian. Ikatan hidrogen di antara pasangan-pasangan basa hanya akan sama

kuatnya dengan ikatan hidrogen antara basa dan molekul air apabila DNA berada

dalam bentuk rantai tunggal. Jadi, ikatan hidrogen jelas tidak berpengaruh terhadap

stabilitas struktur asam nukleat, tetapi sekedar menentukan spesifitas perpasangan

basa. Penentu stabilitas struktur asam nukleat terletak pada interaksi penempatan

(stacking interactions) antara pasangan-pasangan basa. Permukaan basa yang bersifat

hidrofobik menyebabkan molekul-molekul air dikeluarkan dari sela-sela perpasangan

basa sehingga perpasangan tersebut menjadi kuat.

b. Pengaruh asam

Di dalam asam pekat dan suhu tinggi, misalnya HClO4 dengan suhu lebih dari 100ºC,

asam nukleat akan mengalami hidrolisis sempurna menjadi komponen-komponennya.

Namun, di dalam asam mineral yang lebih encer, hanya ikatan glikosidik antara gula

dan basa purin saja yang putus sehingga asam nukleat dikatakan bersifat apurinik.

C. Pengaruh alkali

Pengaruh alkali terhadap asam nukleat mengakibatkan terjadinya perubahan status

tautomerik basa. Sebagai contoh, peningkatan pH akan menyebabkan perubahan

struktur guanin dari bentuk keto menjadi bentuk enolat karena molekul tersebut

kehilangan sebuah proton. Selanjutnya, perubahan ini akan menyebabkan terputusnya

sejumlah ikatan hidrogen sehingga pada akhirnya rantai ganda DNA mengalami

denaturasi. Hal yang sama terjadi pula pada RNA. Bahkan pada pH netral sekalipun,

RNA jauh lebih rentan terhadap hidrolisis bila dibadingkan dengan DNA karena

adanya gugus OH pada atom C nomor 2 di dalam gula ribosanya.

d. Denaturasi kimia

Sejumlah bahan kimia diketahui dapat menyebabkan denaturasi asam nukleat pada

pH netral. Contoh yang paling dikenal adalah urea (CO(NH2)2) dan formamid

(COHNH2). Pada konsentrasi yang relatif tinggi, senyawa-senyawa tersebut dapat

merusak ikatan hidrogen. Artinya, stabilitas struktur sekunder asam nukleat menjadi

berkurang dan rantai ganda mengalami denaturasi.

e. Viskositas

DNA kromosom dikatakan mempunyai nisbah aksial yang sangat tinggi karena

diameternya hanya sekitar 2 nm, tetapi panjangnya dapat mencapai beberapa

sentimeter. Dengan demikian, DNA tersebut berbentuk tipis memanjang. Selain itu,

DNA merupakan molekul yang relatif kaku sehingga larutan DNA akan mempunyai

viskositas yang tinggi. Karena sifatnya itulah molekul DNA menjadi sangat rentan

terhadap fragmentasi fisik. Hal ini menimbulkan masalah tersendiri ketika kita

hendak melakukan isolasi DNA yang utuh.

f. Kerapatan apung

Analisis dan pemurnian DNA dapat dilakukan sesuai dengan kerapatan apung

(bouyant density)-nya. Di dalam larutan yang mengandung garam pekat dengan berat

molekul tinggi, misalnya sesium klorid (CsCl) 8M, DNA mempunyai kerapatan yang

sama dengan larutan tersebut, yakni sekitar 1,7 g/cm3. Jika larutan ini disentrifugasi

dengan kecepatan yang sangat tinggi, maka garam CsCl yang pekat akan bermigrasi

ke dasar tabung dengan membentuk gradien kerapatan. Begitu juga, sampel DNA

akan bermigrasi menuju posisi gradien yang sesuai dengan kerapatannya. Teknik ini

dikenal sebagai sentrifugasi seimbang dalam tingkat kerapatan (equilibrium density

gradient centrifugation) atau sentrifugasi isopiknik.

Oleh karena dengan teknik sentrifugasi tersebut pelet RNA akan berada di

dasar tabung dan protein akan mengapung, maka DNA dapat dimurnikan baik dari

RNA maupun dari protein. Selain itu, teknik tersebut juga berguna untuk keperluan

analisis DNA karena kerapatan apung DNA (ρ) merupakan fungsi linier bagi

kandungan GC-nya. Dalam hal ini, ρ = 1,66 + 0,098% (G + C).

B. Nukleosida dan nukleotida

Penomoran posisi atom C pada cincin gula dilakukan menggunakan tanda

aksen (1’, 2’, dan seterusnya), sekedar untuk membedakannya dengan penomoran

posisi pada cincin basa. Posisi 1’ pada gula akan berikatan dengan posisi 9 (N-9) pada

basa purin atau posisi 1 (N-1) pada basa pirimidin melalui ikatan glikosidik atau

glikosilik. Kompleks gula-basa ini dinamakan nukleosida. Di atas telah disinggung

bahwa asam nukleat tersusun dari monomer-monomer berupa nukleotida, yang

masing-masing terdiri atas sebuah gugus fosfat, sebuah gula pentosa, dan sebuah basa

N. Dengan demikian, setiap nukleotida pada asam nukleat dapat dilihat sebagai

nukleosida monofosfat. Namun, pengertian nukleotida secara umum sebenarnya

adalah nukleosida dengan sebuah atau lebih gugus fosfat. Sebagai contoh, molekul

ATP (adenosin trifosfat) adalah nukleotida yang merupakan nukleosida dengan tiga

gugus fosfat.

Jika gula pentosanya adalah ribosa seperti halnya pada RNA, maka

nukleosidanya dapat berupa adenosin, guanosin, , dan uridin sitidin. Begitu pula,

nukleotidanya akan ada empat macam, yaitu adenosin monofosfat, guanosin

monofosfat, sitidin monofosfat, dan uridin monofosfat. Sementara itu, jika gula

pentosanya adalah deoksiribosa seperti halnya pada DNA, maka (2’-

deoksiribo)nukleosidanya terdiri atas deoksiadenosin, deoksiguanosin, deoksisitidin,

dan deoksitimidin.

Hampir semua organisme mampu mensintesis nukleotida dr prekursor yg

lebih sederhana, jalur de novo untuk nukleotida, mirip utk setiap organism.

Nukleotida juga dapat disintesis dari hasil pemecahan nukleotida yang telah ada

salvage pathway (recycle) yaitu dari degradasi pirimidin dan purin dari sel yang

mati (regenerasi) atau dari makanan.

C. Degradasi nukleotida

Di dalam usus halus tjd pemutusan ikatan fosfodiester oleh endonuklease

(pankreas) à oligonukleotida. Dipecah lebih lanjut dg fosfodiesterase (ensim

exonuclease non spesifik) menjadi monofosfat. Dipecah lbh lanjut fosfomonoesterase

dikenal sebagai nukleotidase à menghasilkan nukleosida and orthophosphate.

Nucleosida phosphorylaseà menghasilkan basa dan and ribose-1-phosphate. Jika

basa atau nukleosida tidak digunakan kembali utk salvage pathways, basa akan lebih

lanjut didegradasi menjadi asam urat (purin), ureidopropionat (pyrimidine).

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

1. Asam nukleat adalah makromolekul biokimia yang kompleks, berbobot molekul tinggi,

2. Peran penting RNA terletak pada fungsinya sebagai perantara antara DNA dan

protein dalam proses ekspresi genetik karena ini berlaku untuk semua organisme

hidup.

3. Jika gula pentosanya adalah ribosa seperti halnya pada RNA, maka nukleosidanya

dapat berupa adenosin, guanosin, , dan uridin sitidin.

4. Antara ketiga komponen monomer asam nukleat tersebut di atas, hanya basa N-

lah yang memungkinkan terjadinya variasi.

5. Peran penting RNA terletak pada fungsinya sebagai perantara antara DNA dan

protein dalam proses ekspresi genetik karena ini berlaku untuk semua organisme

hidup. Dalam peran ini, RNA diproduksi sebagai salinan kode urutan basa

nitrogen DNA dalam proses transkripsi.

6. Perbedaan struktur lainnya antara DNA dan RNA adalah pada basa N-nya. Basa

N, baik pada DNA maupun pada RNA, mempunyai struktur berupa cincin

aromatik heterosiklik (mengandung C dan N) dan dapat dikelompokkan menjadi

dua golongan, yaitu purin dan pirimidin.

7. Proses pencernaan protein yang pertama berlangsung dalam lambung. Di sini

pepsin mencernakan protein dengan memutuskan ikatan peptida yang ada di sisi

NH2 bebas dari asam-asam amino aromatik (fenilaalanin, tirosin, triptofan),

8. Protein dapat memerankan fungsi sebagai bahan struktural karena seperti halnya

polimer lain, protein memiliki rantai yang panjang dan juga dapat mengalami

cross-linking dan lain-lain.

9. Metabolisme adalah semua reaksi kimia yang terjadi di dalam organisme,

termasuk yang terjadi di tingkat selular.

10. Metabolisme protein meliputi: Degradasi protein (makanan dan protein

intraseluler) menjadi asam amino,Oksidasi asam amino, Biosintesis asam amino,

Biosintesis protein

DAFTAR PUSTAKA

Sreeranjit,C. V. K. and Lal, J. J., Glucose : Properties and Analysis. In Encyclopedia of Food Sciences & Nutrition, 2nd Edition, Caballero, B. Trugo, L.C., & Finglas, P.M.,Eds,. Academic Press. 2003.

Rocha Leao, M. H. M., Glycogen.In Encyclopedia of Food Sciences & Nutrition, 2nd Edition, Caballero, B. Trugo, L.C., &

Finglas, P.M.,Eds,. Academic Press. 2003. Dennis, S. C. and Noakes, T. D., Exercise Muscle. In Encyclopedia of Food Sciences & Nutrition, 2nd Edition, Caballero, B. Trugo, L.C., & Finglas, P.M.,Eds,. Academic Press. 2003.

Tester, R. F. and Karkalas, J., Carbohydrates: Classification and Properties. In Encyclopedia of Food Sciences & Nutrition, 2nd Edition, Caballero, B. Trugo, L.C., & Finglas, P.M.,Eds,. Academic Press. 2003.

Mac donald, I., Carbohydrates : Metabolism of Sugar. In Encyclopedia of Food Sciences & Nutrition, 2nd Edition, Caballero, B. Trugo, L.C., & Finglas, P.M.,Eds,. Academic Press. 2003.

Bender, D. A. , Glucose : Function and Metabolism.In Encyclopedia of Food Sciences & Nutrition, 2nd Edition Caballero, B. Trugo, L.C., & Finglas, P.M.,Eds,. Academic Press. 2003.

Rubinstein-Litwak, S., Energy Metabolism.In Encyclopedia of Food Sciences & Nutrition, 2nd Edition, Caballero, B. Trugo, L.C., & Finglas, P.M.,Eds,. Academic Press. 2003.