TUGAS BIOKIMIA
Jelaskan jalur biosintesis
20 asam amino penyusun protein!
Lintas
biosintetik yang menghasilkan ke-20 jenis asam amino tidak hanya banyak
jumlahnya tetapi juga kebanyakan bersifat agak kompleks. Asam amino ini
dibutuhkan dalam jumlah yang relatif kecil, aliran biosintetik yang melalui
sebagian besar aliran ini tidak akan sebesar seperti aliran biosintetik yang
menghasilkan karbohidrat atau lemak Tidak seperti
asam amino non essensial yang sederhana pembentukannya, asam amino essensial
memiliki jalur pembentukan yang sangat kompleks. Terdapat lima asam amino yang
merupakan prekursor dalam biosintesis asam amino, yaitu glutamat, fenilalanin,
aspartat, serin, dan treonin. Pengelompokkan biosintesis asam amino berdasarkan prekusor
metaboliknya dibagi menjadi 6, yaitu prekusor dari α ketoglutarat
3-fosfogliserat, oksaloasetat, piruvat, fosfoenolpiruvat dan erythrose 4
fosfat, dan ribosa 5 fosfat.
a. Biosintesis sistein
Sulfur untuk sintesis
sistein berasal dari metionin. Kondensasi dari ATP dan metionin dikatalisis
oleh enzim metionin adenosiltransfrease menghasilkan S-adenosilmetionin (SAM).
Glutamat,
glutamin, dan prolin memiliki bagian dalam lintas yang bersamaan dalam lintas
biosintetik. Ketiganya memiliki hubungan yang sederhana dan identik. Glutamat
merupakan salah satu asam amino yang berperan penting dalam reaksi pembentukan
asam-asam amino lainnya.
b. Biosintesis glutamate
Glutamat
merupakan precursor dari sintesis klorofil pada perkembangan daun. Pada penelitian
mengenai efek glutamat pada perkembangan akar dan cabang Arabidopsis dilaporkan
bahwa ketika L-glutamat berada pada konsentrasi rendah di akar terjadi
mekanisme inhibisi dari perkembangan akar utama dan penaikan percabangan akar
dekat apeks akar. Glutamat dibentuk dari ammonia dan α-ketoglutarat, suatu senyawa
antara siklus asam sitrat, melalui kerja L-glutamat dehidrogenase (GDH).
α-ketoglutarat dan ammonia membentuk glutamat dengan bantuan tenaga pereduksi,
yaitu NADPH.
c. Biosintesis glutamin
Sedangkan
glutamin dibentuk dari sebuah kerja enzim glutamin sintesis.Glutamat sintase
merupakan enzim yang bereaksi pada reaksi yang irreversible (tidak balik),
namun glutamat dehydrogenase berperan dalam reaksi yang dapat balik
(reversible). Glutamin sintatase pertama kali dimurnikan dan ditandai dari
tumbuhan pada tahun 1956 (Miflin dan Habash, 2001). Glutamin dibentuk langsung dari glutamat dan ammonia,
energi untuk
sintesis ini didapatkan dari adenosine tri phosphate (ATP) (Webster, 1952).
Aktivitas glutamat sintetase berlokasi di sitoplasma dan kloroplas/plastid pada
kebanyakan tumbuhan tingkat tinggi, kecuali pada conifer (Forde dan Lea, 2007).
Enzim ini dapat dipisahkan dengan standard chromatographic
localization and western blotting techniques menjadi bentuk
sitoplasmik (GS1) dam plastidik (GS2).
d. Biosintesis prolin
Sedangkan prolin
disintesis dari glutamat atau ornitin. Prolin disintesis dari glutamat
melalui reaksi bertahap. Mula-mula glutamat direduksi menjadi α-semialdehida
dengan bantuan glutamat kinase dehidrogenase. Kemudian
metabolit ini mengalami penutupan menjadi pirolin 5-karboksilat dan reduksi
lebih lanjut menjadi prolin dengan bantuan enzim pirolin karboksilat reduktase. Prolin
adalah penghambat alosterik pada reaksi awal biosintesisnya. Langkah utama
dari biosintesis prolin pada tumbuhan, yaitu dari katalisis glutamat
menggunakan dua enzim, yaitu Δ1-pyrroline-5-karboksilat sintetase (P5CS)
yang menghasilkan γ-glutamil kinase (γ –GK) dan asam glutamat semialdehid (GSA)
dehidrogenase (γ-glutamil fosfat reduktase). GSA yang dihasilkan akan
dikonversi menjadi prolin-5-karboksilat (P5C) yang nantinya akan
direduksi dengan P5C reduktase (P5CR) menjadi prolin (Zhang, 1995 dalam Raggio dan
Raggio, 2007). Selain dari glutamat, prolin juga dibentuk dari ornitin melalui
ornitin δ-aminotransferase (OAT).
e. Biosintesis alanin
Alanin berasal dari
piruvat dan oksaloasetat oleh transaminasi dari glutamat (Lehninger, 1982).
Seperti halnya glutamat, glutamin, dan prolin, alanin juga berasal dari
metabolit sentral yang didapatkan melalui kerja enzim alanin transaminase. Sel
seludang pembuluh ditemukan memiliki kapasitas untuk memproduksi alanin dari
piruvat dan glutamat dengan angka 0,5 gmol/min-mg BS Chl (Valle dan Heldt,
1991).
f.
Biosintesis aspartat
Biosintesis aspartat
seperti halnya glutamat, aspartat ini disintesis dengan satu langkah sederhana
melalui reaksi transaminasi dibantu dengan kerja enzim pengkatalisis, yaitu
aspartat aminotransferase. Reaksi ini menggunakan analog asam α-keto aspartat,
oksaloasetat, dan glutamat sebagai donor amino.Aspartat juga diturunkan dari
asparagin dengan bantuan asparaginase (Gambar 6). Aspartat ini akan menjadi
senyawa turunan untuk jalur biosintesis lisin, metionin, treonin, dan isoleusin
pada tumbuhan (Janderdan Joshi, 2009).
g. Biosintesis asparagin
Sedangkan pembentukan asam
amino asparagin berasal langsung dari prekursornya yaitu aspartat dengan
dikatalisis oleh asparagin sintetase. Asparagin merupakan asam amino yang
pertama kali diisolasi pada tumbuhan 200 tahun yang lalu (Vauquelin &
Robiquet, 1806 dalam Lea, 2006). Asparagin menjadi senyawa utama dalam
transportasi pada xylem (45–50%) akar ke daun dan pada floem (20–30%) dari daun
ke biji yang sedang berkembang pada tumbuhan (Lea, 2006).
h. Biosintesis lisin, metionin, isoleusin, treonin
Ferreira (2006) meneliti
enzim aspartat kinase dan homoserine dehidrogenase pada lisin dan treonin di
biji sorgum. Lisin, metionin, isoleusin, dan treonin merupakan asam amino
esensial yang terdapat pada jumlah terbatas dalam biji banyak tumbuhan
pertanian dan merupakan nutrisi terbesar yang penting dalam makanan hewan
maupun manusia. Asam amino esensial ini disintesis pada tumbuhan melalui jalur
dengan percabangan yang berbeda dan berasal dari aspartat. Aspartat kinase
mengkatalisis fosforilasi dari aspartat ke bentuk β-aspartyl phosphate dan
isoenzim aspartat kinase menggunakan pengontrolan dengan feedback inhibition
dari treonin atau lisin.
i.
Biosintesis triptofan, fenialanin,
tirosin
Jalur shikimate sangat
penting karena mampu memproduksi triptofan, fenilalanin, dan tirosin. Pada akar
wortel, bentuk 3-deoxy-D-arabino-heptulosonate 7-phosphate (DAHP)
synthase merupakan enzim pertama yang pertama kali diidentifikasi pada jalur
shikimate. Chorismate mutase (CM) merupakan titik percabangan enzim yang
membuat fenilalanin dan tirosin serta menjauhkan dari triptofan. Enzim ini
aktif oleh triptofan dan diinhibisi oleh fenilalanin dan tirosin. Sedangkan
enzim anthranilate sintase (AS I dan AS II) merupakan enzim pertama setelah
chorismate yang membuat biosintesis triptofan serta diatur oleh triptofan
(Matthews,1988).
j.
Biosintesis histidin
Biosintesis histidin
merupakan jalur metabolic terakhir untuk proteinogenic asam amino pada
tumbuhan. Biosintesis ini memiliki hubungan dekat dengan metabolism nukleotida,
yaitu melalui precursor ATP dan 59-phosphoribosyl19-pyrophosphate
(PRPP).Biosintesis ini dimulai dengan kondensasi ATP dan PRPP dikatalisis oleh
ATP-phosphoribosyltransferase (ATP-PRT) (Ingle, 2005).
k.
Biosintesis serin
Pada tumbuhan, biosintesis serin
terdapat dua jalur, yaitu jalur fotorespirasi melalui glisin dan jalur
plastidic melalui metabolisme phosphorelated dari 3-phosphoglycerate.
Multienzim kompleks glycine decarboxylase (GDC) dan serine
hydroxymethyltransferase (SHMT) bertanggung jawab pada konversi glisin ke serin
pada mitokondria tumbuhan ketika fotorespirasi. Pada jalur phosphorylated,
jalur lain dari biosintesis serin yaitu terdapat pada plastid. Pada jalur ini, serin
disintesis dari 3-PGA melalui seri reaksi katalis oleh 3-phosphoglycerate
dehydrogenase (PGDH), 3- phosphoserine aminotransferase (PSAT), and
3-phosphoserine phosphatase (PSP). Jalur ini penting untuk suplai serin ke
jaringan non-fotosintetik dan jaringan yang berkembang dengan cepat serta pada
waktu gelap ketika fotorespirasi rendah (Ho, 1999).
