makalah metabolisme protein dan metabolisme

I.   PENDAHULUAN

            Asam amino adalah salah satu senyawa yang ada didalam tubuh makhluk hidup yang diantaranya hewan dan manusia yang berguna untuk sebagai sumber bahan utama pembentukan protein dalam tubuh. Kira-kira 75% asam amino digunakan untuk sintesis protein. Asam-asam amino dapat diperoleh dari protein yang kita makan atau dari hasil degradasi protein di dalam tubuh kita. Protein yang terdapat dalam makanan di cerna dalam lambung dan usus menjadi asam-asam amino yang diabsorpsi dan di bawa oleh darah ke hati. Protein dalam tubuh dibentuk dari asam amino. Hati adalah organ tubuh dimana terjadi reaksi Anabolisme dan Katabolisme. Proses Metabolik dan katabolik juga terjadi dalam jaringan di luar hati. Asam amino yang terdapat dalam darah berasal dari tiga sumber yaitu absorpsi melalui dinding usus, hasil penguraian protein dalam sel dan hasil sintesis asam amino dalam sel. Hati berfungsi sebagai pengatur konsentrasi asam amino dalam darah.
Asam amino merupakan unit pembangun Protein yang dihubungkan melalui ikatan peptida pada setiap ujungnya. Protein tersusun dari atom C, H, O, dan N, serta kadang-kadang P dan S. Dari keseluruhan Asam amino yang terdapat di alam hanya 20 Asam amino yang yang biasa dijumpai pada protein. Tidak semua Asam amino terdapat di dalam molekul Protein, karena memiliki tugas lain. Sama halnya dengan proses metabolisme pada komponen lain, pada metabolisme Protein dan Asam amino juga terjadi anabolisme dan katabolisme yang juga membutuhkan peranan enzim. Sehingga kita harus tahu bagaimana proses metabolisme dari Protein dan Asam amino. Maka dari itu kami menyusun makalah ini yang di dalamnya kami berusaha memaparkan dan menjelaskan secara rinci, bagaimana proses metabolisme Protein dan Asam amino. Sehingga kita dapat memahami secara jelas proses metabolisme Protein dan Asam amino.

II. METABOLISME ASAM AMINO A.    Anabolisme
Sintesis ke-20 macam asam amino penyusun protein berbeda­- beda pada setiap mahluk hidup. Tumbuhan umumnya mampu mensintesis sendiri 20 asam amino tersebut. Sedangkan manusia dan hewan hanya dapat melakukan sintesis 10 dari 20 asam amino unit pembangun protein. Asam amino yang dapat disintesis sendiri oleh mahluk hidup tersebut dikenal dengan sebutan asam amino nonesensial. Sedangkan asam amino yang tidak dapat disintesis sendiri dan harus diperoleh dari makanan disebut asam amino esensial.
Glutamat, glutamin dan prolin mengambil bagian dalam lintas biosintetik bersama. Proses biosintesis ketiganya identik dalam semua bentuk kehidupan. Glutamat dibentuk dari amonia dan alfa-ketoglutarat, suatu senyawa antara siklus asarn sitrat, melalui kerja enzim glutamat dehidrogenase dengan tenaga pereduksi NADPH.
NH₄⁺ + a-ketoglutarat + NADPH        Glutamat  +  NADP⁺ + H₂O
Glutamat adalah donor gugus asam amino dalam biosintesis asam amino lain melalui reaksi transaminasi. Glutamin dibentuk dari glutamat melalui kerja glutamin sintetase dengan bantuan ATP.
          Glutamat + NH4⁺ + ATP         Glutamin + ADP⁺ + Pi + H⁺Prolin juga disintesis dari glutamat melalui reaksi bertahap. Mula-­mula glutamat direduksi menjadi a-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. Asam-asam amino alanin, aspartat dan asparagin juga berasal dari metabolit sentral glutamat. Umumnya alanin berasal dari piruvat dan asapartat dari oksaloasetat oleh reaksi transaminasi dari glutamat.             Glutamat + Piruvat         Alfa-ketoglutarat  +  Alanin Glutamat  + Oksaloasetat          alfa-ketoglutarat + Aspartat
Biosintesis asparagin dalam banyak bakteri menggunakan aspartat sebagai prekursor dalam reaksi dengan katalis asparagin sintetase. Sedangkan dalam sel mamalia biosintesis asparagin melalui pemindahan gugus amino dari gugus amida glutamin menjadi (3­karboksil aspartat dengan enzim asparagin sintetase bergantung ATP. Aspartat + NH₄⁺  + ATP            Asparagin  +  ADP  +  Pi  +  H⁺
Glutamin + Aspartat + ATP + H₂O             Glutamat + Asparagin + AMP + PPi
Asam amino non esensial tirosin disintesis oleh hewan dari asam amino esensial fenilalanin. Sementara sistein dibuat dari asam amino esensial metionin dan asam amino non-esensial serin. Metionin menyumbangkan atom sulfur dan serin memberikan kerangka karbon pada sintesis tersebut.
Phenilalanin + NADPH + H⁺ + O₂   -              Tirosin + NADP⁺ + H2O
 
                 H2O  Ppi +Pi                           penerima metil     termetilasi
 
Metionin              S-adenosilmetionin                   S-adenosilhomosistein
                    1                                      2                   H2O
                                                                                          3       adenosin
homosistein
                                                                        4       Serin
                                                                                                     H2O        
                                                                  
sistationin  
                                                                                 5
                                          alfa-ketoglutarat + NH4
                                                                   Sistein
                             Gambar 9.7 Biosintesis Asam amino Sistein            
Keterangan enzim :
1.   metionin adenosiltransferase
2.   reaksi pemindahan metil
3.   adenosilhomosisteinase
4.   sistationin beta-sintase                 
5.   sisgtationin g-liase
Biosintesis serin dan glisin dianggap terjadi bersama-sama karena serin adalah prekursor glisin, seperti ditampilkan di bawah ini.
               NAD⁺    NADH +  H⁺         Glutamat    a-ketoglutarat  H₂O Pi tetrahidrofolat  H₂O
 
3-Fosfogliserat      3-fosfohidroksipiruvat      3-fosfoserin     Serin       Glisin
                            1                                        2                         3                4
                                                                      N⁵, N¹⁰ metilentetra -hidrofolat
                 Gambar 9.8  Biosintesis Asam Amino Serin dan Glisin
 
Keterangan : 1. fosfogliserat dehidrogenase 3. fosfoserinfosfatase
     2. fosfoserintransaminase, 4.serinhidroksimetil transferase
Asam amino esensial seperti fenilalanin, triptofan dan histidin memiliki lintas biosintetis yang paling kompleks. Ketiga asam amino tersebut memiliki cincin benzena atau heterosiklik. Sintesis cincin ini, terutama kedua cincin pusat triptofan, memerlukan sejumlah tahap reaksi enzimatis yang kompleks.
Lima asam amino esensial bagi hewan disintesis oleh tanaman dan mikroorganisme dari asam amino nonesensial. Treonin, metionin clan lisin disintesis dari aspartat, arginin clan histidin dibentuk dari glutamat. Isoleusin dibentuk oleh bakteri dari asam amino esensial treonin.
Hubungan Antara Metabolisme Karbohidrat, Lemak Dan Protein.
 
Sel merupakan sistem kimia dalam keadaan mantap. Proses metabolisme yang telah dibicarakan sebelumnya, baik reaksi katabolisme maupun reaksi anabolisme merupakan proses yang berlangsung serempak. Pembahasan yang dilakukan secara sendiri-­sendiri hanya untuk mempermudah pemahaman dalam mempelajari reaksi-reaksi kimia dalam mahluk hidup.
Katabolisme dan anabolisme merupakan proses yang saling melengkapi dan berkaitan satu dengan yang lain. Secara keseluruhan proses anabolisme dan katabolisme harus berjalan bersama-sama, karena setiap pasang proses menyediakan energi atau bahan yang diperlukan oleh pasangan yang lain. Hubungan antara keduanya dijelaskan sebagai berikut, pada :
1.    Aspek oksidasi dan reduksi, katabolismenya menggunakan bentuk oksidasi (NAD⁺ + NADP⁺) dan menghasilkan bentuk reduksi (NADH dan NADPH) sementara proses anabolisme membutuhkan bentuk reduksi dan menghasilkan bentuk oksidasi.
2.  Aspek energi, katabolisme merupakan eksargonik (menghasilkan energi) dengan menggunakan ADP dan menghasilkan ATP. Senyawa ATP yang dihasilkan kemudian digunakan kembali dalam reaksi endergonik (membutuhkan energi) pada proses anabolisme dan kembali menghasilkan ADP ( dan AMP).
3. Aspek materi, produk akhir antara yang dihasilkan dalam katabolisme umumnya menjadi materi awal dalam anabolisme. Demikian juga sebaliknya.
Degradasi molekul dalam proses metabolisme dibagi dalam tiga tahap. Tahap pertama, polisakarida dihidrolisis menjadi monosakarida, protein dihidrolisis menjadi komponen asam aminonya dan triasilgliserol, sumber utama lipid makanan, dihidrolisis menjadi gliserol dan asam lemak. Sedangkan asam nukelat dihidrolisis menjadi mononuleotida. Tiga makromolekul pertama proses degradasinya berhubungan dengan energi. Proses ini hidrolitik dan energinya dilepaskan (dari tiga makromolekul = lipid, karbohidrat dan protein) untuk menyediakan energi bagi mahluk hidup.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gambar 9.9 Hubungan Antara Metabolisme Biomolekul (protein, karbohidrat dan lipid)
Tahap kedua, monosakarida, gliserol dan asam lemak didegradasi lanjut membentuk asetil KoA melalui proses pembentukan beberapa senyawa fosfat kaya energi. Dalam glikolisis heksosa diubah menjadi piruvat kemudian menjadi asetil KoA melalui reaksi seperti yang telah disebutkan sebelumnya. Hal yang sama terjadi pada asam lemak rantai panjang dioksidasi menjadi asetil KoA, sementara gliserol diubah menjadi piruvat dan asetil KoA melalui rangkaian glikolitik. Sedangkan mononukleotida didegradasi menjadi gula pentosa, basa nitrogen dan lainnya.
Khusus untuk degradasi asam amino keadaannya berbeda. Dalam tahap kedua, asam amino alanin, serin, treonin, glisin, dan sistein, didegradasi menjadi piruvat dan diubah kembali menjadi asetil KoA. Asam amino prolin, histidin, glutamin, dan arginin, didegradasi menjadi asam glutamat melalui proses transaminasi menghasilkan a-ketoglutarat, molekul antara siklus asam trikarboksilat. Asam aspartat dan asparagin ditransaminasi menjadi oksalat, molekul antara lain dalam siklus asam trikarboksilat. Asam-asam amino leusin, triptofan, lisin, fenilalanin dan tirosin didegradasi menjadi asetoasetil KoA dan diubah kembali menjadi asetil KoA. Sementara asam-asam amiino isoleusin, metionin dan valin diubah menjadi suksinil KoA selama degradasi. Fenilalanin dan tirosin dapat juga didegradasi secara oksidatif membentuk asam fumarat.
Dengan demikian kerangka karbon asam amino menghasilkan senyawa antara untuk siklus asam sitrat atau asetil KoA. Produk yang sama dihasilkan dari karbohidrat atau lipid selama oksidasi senyawa tersebut. Dalam tahap ketiga, ATP kaya energi dihasilkan melalui fosforilasi oksidatif.
Anabolisme makromolekul juga berlangsung dalam tiga tahap. Tahap pertama sintesis protein dimulai dari pembentukan asam alfa-keto dan pemula lain. Sintesis lipid dimulai dengan pembentukan molekul kecil asetat, malonat dan lainnya. Tahap awal sintesis asam nukleat dimulai dari pembentukan karbamoilfosfat, ribosa dan molekul lain. Tahap awal sintesis karbohidrat mulai dari molekul piruvat, malat dan seterusnya. Selanjutnya tahap kedua asam alfa-keto teraminasi oleh donor gugus amino membentuk asam amino, gugus asetil dibangun menjadi asam lemak, piruvat dan malat menjadi prekusor untuk pembentukan monosakarida, dan pembentukan mononukleotida dari gula pentosa, basa nitrogen dan asam fosfat. Tahap terakhir anabolisme, asam amino disusun menjadi rantai polipeptida membentuk berbagai jenis protein, asam lemak dan molekul lain yang dirangkaikan membentuk berbagai lipid; mononukleotida ditata membentuk polinukleotida (asam nukleat); dan mononukleotida diatur menjadi berbagai polisakarida karbohidrat.
B.  Katabolisme
1. Reaksi Transaminasi asam amino
Katabolisme asam amino terjadi melalui reaksi transaminasi yang melibatkan pemindahan gugus amino secara enzimatik dari satu asam amino ke asam amino lainnya. Enzim yang terlibat dalam reaksi ini adalah transaminase atau aminotransaminase. Enzim ini spesifik bagi ketoglutarat sebagai penerima gugus amino namun tidak spesifik bagi asam amino sebagai pemberi gugus amino.
Transaminase mempunyai gugus prostetik, piridoksal fosfat, pada sisi aktifnya yang berfungsi sebagai senyawa antara pembawa gugus amino menuju ketoglutarat. Molekul ini mengalami perubahan dapat balik di antara bentuk aldehidanya ( piridoksal fosfat), yang dapat menerima gugus amino, dan bentuk teraminasinya (piridoksamin fosfat), yang dapat memberikan gugus aminonya seperti terlihat pada reaksi berikut.
transaminase
Asam L-amino + ketoglutrat       Asam keto + L-glutamat
                    alanin transaminase
        Alanin + ketoglutarat      piruvat + glutamat
Aspartat  transaminase Aspartat + ketoglutarat       oksaloasetat + glutamat
                               leusin transaminse
         Leusin + ketoglutarat        ketoisokaproat  +  glutamat
                              tirosin transaminase          Tirosin + ketoglutarat        hidroksifenilpiruvat +glutamat
 
Dalam reaksi ini tidak terjadi deaminasi total, karena ketoglutarat teraminasi pada saat asam amino mengalami deaminasi. Dan reaksinya bersifat dapat balik karena tetapan keseimbangannya mencapai 1.0. Harga delta G^°' bagi reaksi tersebut mendekati nol. Tujuan keseluruhan reaksi transaminasi adalah mengumpulkan gugus amino dari berbagai asam amino ke bentuk asam amino glutamat.
Ada sekitar 12 asam amino protein yang mengalami reaksi transaminasi dalam proses degradasinya. Beberapa asam amino lain mengalami proses deaminasi dan dekarboksilasi.
2) Reaksi Deaminasi Asam amino 
Proses deaminasi asam amino dapat terjadi secara oksidatif dan non oksidatif. Contoh asam amino yang mengalami proses deaminasi oksidatif adalah asam glutamat. Reaksi degradasi asam glutamat dikatalis oleh enzim L­- glutamat dehidrogenase yang dibantu oleh NAD atau NADP.
 
Gambar 9.2. Deaminasi Oksidatif Glutamat
Deaminasi non oksidatif ditunjukkan pada gambar di bawah ini, yaitu penghilangan gugus amino dari asam amino serin yang dikatalis oleh enzim serin dehidratase. Asam amino treonin juga dapat mengalami deaminasi non oksidatif dengan katalis treonin dehidratase menjadi keto butirat.
 
 
 
Gambar 9.3 Deaminasi Non Oksidatif Serin
Dekarboksilasi asam amino merupakan cara lain dalam degradasi asam amino penyusun protein. Reaksi ini menghasilkan senyawa amin. Contoh reaksi dekarboksilasi adalah sebagai berikut :
                             histidin dekarboksilase
                   Histidin                 -   Histamin + CO₂
Proses dekarboksilasi histidin ini dikatalis oleh enzim histidin dekarboksilase. Triptofan dapat juga mengalami proses dekarboksilasi seperti di atas menjadi triptamin.
DAUR   UREA
 
Degradasi asam amino protein menghasilkan limbah nitrogen berupa amonia. Senyawa ini bersifat racun bagi organisme tertentu. Agar tidak beracun biasanya gugus amino diekskresi dari tubuh dalam bentuk urea, yaitu suatu senyawa yang larut dalam air bersifat nontoksik sebagai bentuk ekskresi nitrogen. Urea disintesis pada daur urea . Reaksi-reaksi yang terjadi dikemukakan oleh Hans Krebs dan Kurt Henseleleit (mahasiswa kedokteran) pada tahun 1932, lima tahun sebelum daur asam sitrat diungkapkan. Nyatanya daur urea merupakan daur jalur metabolisme yang pertama ditemukan. Salah satu atom nitrogen pada urea yang disintesis pada jalur ini, berasal dari asam amino aspartat. Nitrogen yang lain berasal dari NH₄‑+ dan atom karbon dari CO₂.
Pembentukan urea dimulai dari reaksi antara gugus amino dengan karbondioksida. Reaksi ini melibatkan ATP dan menghasilkan karbamoilfosfat. Selanjutnya karbamoilfosfat bereaksi dengan ornitin menghasilkan sitrulin. Reaksi ini dikatalis enzim ornitin karbamoil transferase. Reaksi selanjutnya adalah pembentukan asam arginosuksinat dari reaksi antara sitrulin dan asam aspartat dengan katalis arginosuksinat sintetase. Reaksi pada tahap ini jugamelibatkan pemakaian ATP. Kemudian arginosuksinat diuraikan menjadi arginin dan asam fumarat dengan katalis arginosuksinase. Terakhir arginin yang
 
 
 
 
                                   
 
 
 
 
Gambar 9.4  Daur Urea
 
diperoleh tersebut diuraikan dengan katalis arginase melalui reaksi hidrolisis menghasilkan urea dan ornitin.
Urea yang terbentuk dikeluarkan dari tubuh melalui urine. Reaksi lengkap siklus urea dapat ditulis sebagai berikut :
CO₂  +  NH₄⁺  + 3ATP  + Aspartat  + 2H₂O               UREA  + 2ADP  + 2Pi  +AMP +Ppi+ Fumarat.
Dalam daur urea dibutuhkan empat ikatan fosfat berenergi tinggi yang berasal dari 3 ATP dan satu berasal dari Pirofosfat  (PPi) yang dapat terhidrolisis lebih lanjut menjadi fosfat.
Pembentukan urea umumnya terjadi pada mamalia, termasuk manusia dan organisme lain. Organisme yang membuang amonianya melalui proses ini digolongkan sebagai organisme ureotelik. Khusus hewan akuatik biasanya mengeluarkan amonia yang dihasilkan kelingkungannya (perairan) melalui proses difusi lewat kulit. Organisme ini disebut amoniotelik. Sedangkan untuk  hewan unggas dan reptil, nitrogen hasil metabolisme dikeluarkan dalam bentuk asam urat dan organisme ini digolongkan sebagai organisme urikotelik.
Daur Urea berkaitan dengan daur Asam Sitrat
Sintesis fumarat pada daur urea merupakan reaksi penting sebab reaksi ini mengkaitkan  daur urea dengan siklus asam sitrat. Fumarat mengalami hidrasi menjadi malat, yang pada gilirannya dioksidasi menjadi oksaloaetat. Oksaloasetat dapat mengalami transaminasi menjadi aspartat, berubah menjadi glukosa melalui jalur glukoneogenesis. Selanjutnya berkondensasi dengan asetik Ko-A membentuk sitrat yang kemudian berubah menjadi piruvat.  
 
 
 
 
 
Gambar  9.5  Hubungan Siklus Asam Sitrat dengan Daur Urea
 
Pembentukan NH4 oleh glutamat dehidrogenase, dan penggabungannya ke dalam karbamoil-fosfat dan sintesis sitrulin berikutnya terjadi dimatriks mitokondria. Sebaliknya tiga reaksi dalam daur urea berikutnya terjadi disitosol.
Setelah pembebasan gugus amino melalui reaksi transaminasi, deaminasi dan dekarboksilasi, kerangka karbon 20 asam amino penyusun protein mengalami degradasi lebih lanjut melalui lintas yang berbeda-beda menuju siklus asam sitrat. Kerangka karbon dari 10 asam amino diuraikan menjadi asetil-KoA. Lima di antaranya, alanin, sistein, glisin, serin dan treonin diuraikan terlebih dahulu menjadi piruvat sebelum menjadi asetil-KoA. Alanin langsung menghasilkan piruvat melalui transaminasi. Treonin diuraikan dulu menjadi asetaldehida sebelum menjadi piruvat. Glisin sebagai hasil penguraian treonin diuraikan melalui reaksi oksidatif menjadi CO₂, NH₄⁺, dan gugus metilen. Glisin yang mendapat penambahan gugus hidroksimetil oleh tetrahidrofolat (pembawa gugus 1-karbon) membentuk serin, dapat langsung diubah menjadi piruvat. Demikian juga dengan asam amino sistein.
Lima asam amino lainnya, fenilalanin, tirosin, leusin, lisin dan triptofan, terlebih dahulu diuraikan menjadi asetoasetil-KoA sebelum menjadi asetil-KoA. Lintas triptofan paling kompleks dengan 13 tahap reaksi. Lintas ini memungkinkan pembentukan beberapa produk lain sebagai pemula bagi biosintesis biomolekul lainnya, seperti serotonin (hormon pemberi tegangan pada pembuluh darah) dan asam nikotinat (vitamin).
Fenilalanin dan tirosin kerangka karbonnya dapat memasuki siklus asam sitrat pada dua titik berbeda.
1.      fenilalanin dan tirosin menghasilkan asetoasetat bebas lalu diubah menjadi asetil ­KoA.
2.       bagian 4 karbon dari kedua asam amino ini diperoleh kembali sebagai fumarat, senyawa antara siklus asam sitrat.
Kerangka karbon arginin, histidin, asam glutamat, glutamin dan prolin memasuki siklus asam sitrat melalui ketoglutarat. Prolin dan arginin diubah dulu menjadi glutamat semi aldehida kemudian menjadi glutamat sebelum menjadi ketoglutarat. Sedangkan glutamin clan histidin diubah menjadi glutamat sebelum menjadi ketoglutarat. Dan glutamat langsung diubah menjadi a-ketoglutarat.
            Kerangka karbon dari asam amino : metionin, isoleusin dan valin terdegradasi menghasilkan senyawa antara siklus asam sitrat, suksinil Ko-A. Isoleusin dan prolin mengalami transaminasi diikuti oleh dekarboksilai oksidatif asam keto yang dihasilkan. Asam-asam keto yang diperoleh dari ketiga asam amino ini dikatalisis oleh enzim kompleks yang sama yakni keto dehidrogenase.
Kerangka karbon asparagin dan asam aspartat memasuki siklus asm sitrat melalui oksaloasetat. Enzim asparaginase mengkatalis hidrolisis asparagin menjadi aspartat dan gugus amino aspartat diberikan ke ketoglutarat dalam reaksi transaminasi menghasilkan glutamat. Dan sisa kerangka karbon aspartat, oksaloasetat, memasuki siklus asam sitrat.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gambar 9.6  Asam amino glukogenik (merah), ketogenik (kuning), Jalur   pemecahan kerangka karbon asam amino penyusun protein.
Asam amino yang diubah menjadi asetoasetil KoA digolongkan sebagai asam amino ketogenik, karena produk degradasinya (asetoasetil KoA) dapat menghasilkan senyawa keton dalam proses pengubahannya. Sedangkan asam amino yang dapat diubah menjadi piruvat, a-ketoglutarat, suksinat dan oksaloasetat disebut golongan asam amino glukogenik karena produk tersebut mampu diubah kembali menjadi glukosa clan glikogen. Asam amino lain mempunyai sifat ketogenik dan glukogenik bersama-sama, seperti fenilalanin dan tirosin.
Semua molekul hasil katabolisme asam amino memasuki siklus asam sitrat dan dioksidasi sempurna menjadi karbondioksida dan air. Dan selama transpor elektron, ATP dihasilkan oleh fosforilasi oksidatif sehingga asam amino dapat berperan memberikan persediaan energi bagi organisme.
 
II.               METABOLISME PROTEIN
 
A.    Anabolisme Protein
            Asam deoksiribonukleat (DNA) adalah pembawa informasi genetic di dalam suatu sel, yang dalam bentuk kode berisi semua informasi yang diperlukan untuk mengarahkan sintesis semua protein dan asam  nukleat di dalam sel. DNA telah diisolasikan untuk pertama kali dari inti sel dalam tahun 1869, akan tetapi fungsinya baru dimengerti tahun 1944, ketika Avery dan kawan-kawan menerbitkan hasil penelitiannya. Organisme yang digunakan dalam penelitiannya adalah pneumococcus yang  bertanggung jawab terhadap pneumonia pada manusia. Bentuk penyebab infeksi organisme ini memiliki kulit luar mukopolisakarida berlendir disebut kapsul yang diperlukan untuk kemampuannya menimbulkan penyakit. Jenis-jenis  penyebab infeksi ini membentuk koloni yang rata dan dinamakan bentuk-S. Mutan pneumococcus yang bukan penyebab infeksi tanpa kulit kapsul dan membentuk koloni kasar apabila tumbuh diatas plat pakan. Yang ini dinamakan bentuk-R. Avery dan rekan-rekannya mengetahui bahwa apabila mereka membuat preparat murni DNA dari bentuk-S penyebab infeksi  dan membuatnya diserap oleh kultur R-pneumococcus, maka bentuk bukan penyebab infeksi diubah menjadi yang penyebab infeksi, yaitu pemberian DNA bentuk-S menyebabkan R-pneumococcus mengambil alih sifat-sifat khas turun temurun dari S-pneumococcus. Penemuan ini secara kuat menetapkan DNA sebagai pembawa informasi genetic.
            Bukti selanjutnya dari peran DNA sebagai pembawa informasi genetic berasal dari penelitian Chargaff, yang mempelajari secara seksama susunan basa DNA bermacam-macam spesies. Mereka menemukan bahwa jumlah molar empat basa utama yang ditemukan pada DNA: adenin, guanin, sitosin dan timin saling berhubungan sesuai persamaan:
[adenin]   =  [timin]      dan      [guanin]  =  [sitosin]
            Karena sel berkembang biak menurut proses pembelahan, maka DNA harus membiak    dalam bentuk tepat sama dalam tiap sel dari generasi ke generasi. Tambahan pula berfungsinya suatu induvidu sel yang normal diperlukan penggunaan informasi genetic  yang dikandung oleh DNA untuk mengarahkan biosintesis protein. Kedua hal ini menentukan peranan bahan genetic di dalam sel dan menimbulkan dogma pusat genetika molecular (Gambar 8.1)

Arus informasi genetik

                                                        Virus RNA
      DNA                transkripsi             RNA         translasi             Protein
                        Informasi genetic                  informasi genetic
                        Pembalik transkriptase
 
Gambar 8.1. Dogma pusat dari genetika molecular. Anak panah menggambarkan arah arus informasi genetic. Garis-garis terputus menunjukkan keadaan khusus   yang menyimpang dari bagan ini.
Tiga proses utama yang terlihat pada Gambar 8.1 adalah:
1. Replikasi: menyangkut perangkaian secara linear satuan-satuan monomer  DNA untuk membentuk replikat atau  kopi yang tepat   dari rangkaian struktur DNA yang lama. Proses ini memungkinkan pembentukan dua molekul anak DNA selama pembelahan sel, masing-masing satu kopi yang tepat dari induk DNA.
2. Transkripsi: menyangkut perangkaian secara linear satuan-satuan RNA dengan menggunakan suatu bagian khas yang kecil (gen)  dari untaian DNA sebagai model. Molekul RNA tidak saja menyediakan cetakan kerja bagi biosintesisi protein, tetapi juga bekerja sebagai pembawa istimewa untuk asam amino serta juga memperlengkapi tempat tautan dimana sintesis protein akan berlangsung.
3. Translasi: meliputi perangkaian secara linear monomer-monomer asam amino, dengan menggunakan satu jenis khas RNA sebagai cetakan dan jenis khas RNA lain sebagai pembawa dan pengubah asam amino. Ini sesuai dengan proses yang sesungguhnya dalam sintesis protein.
B. Katabolisme Protein
Dalam tubuh kita, protein mengalami perubahan-perubahan tertentu dengan kecepatan yang berbeda untuk tiap protein. Pro­tein dalam darah, hati dan organ tubuh lain mempunyai waktu paruh (half-life) antara 2,5 sampai 10 hari. Protein yang terda­pat pada jaringan otot mempunyai waktu paruh = 120 hari. Rata-rata tiap hari  1,2 gram protein per kilogram berat badan diubah menjadi senyawa lain. Ada tiga kemungkinan mekanisme pengubahan protein yaitu :
a.        Sel-sel mati, lalu komponennya mengalami proses penguraian atau katabolisme dan dibentuk sel-sel baru.
b.        Masing-masing protein mengalami proses penguraian dan terjadi sintesis protein baru, tanpa ada sel yang mati.
c.        Protein dikeluarkan dari dalam sel diganti dengan sintesis protein baru.
 
Protein dalam makanan diperlukan untuk menyediakan asam amino yang akan digunakan untuk memproduksi senyawa nitrogen yang lain, untuk mengganti protein dalam jaringan yang me­ngalami proses penguraian dan untuk mengganti nitrogen yang telah dikeluarkan dari tubuh dalam bentuk urea. Ada beberapa asam amino yang dibutuhkan oleh tubuh, tetapi tidak dapat di­produksi oleh tubuh dalam jumlah yang memadai. Oleh karena itu asam amino tersebut dinamakan asam amino esensial, harus diperoleh dari makanan.
       Asam amino esensial                         Asam amino non esensial
Histidin                                                      Alanin
Isoleusin                                                     Arginin                                   
Fenilalanin                                                  Aspartat
Leusin                                                         Sistein
Treonin                                                       Glutamat
Lisin                                                           Glutamin
Triptofan                                                    Glisin
Metionin                                                     Prolin
Valin                                                           Serin
                                                                   Tirosin
                                                                                    asparagin
 
Kebutuhan  asam amino esensial tersebut bagi anak-anak relatif lebih besar daripada orang dewasa. Makanan yang mengan­dung protein hewani, misalnya daging, susu, keju, telur, ikan dan lain-lain, merupakan sumber asam amino esensial. Protein nabati seringkali kekurangan lisin, metionin dan triptofan. Kebu­tuhan protein yang disarankan ialah 1,0 sampai 1,5 gram per kilo­gram berat badan per hari. Secara ringkas metabolisme protein mahluk hidup ditunjukkan pada Gambar berikut :
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gambar 9.1  Metabolisme Protein
Jumlah Asam Amino dalam  darah tergantung dari jumlah yang diterima dan _.jumlah yang digunakan. Pada proses pencernaan makanan, protein diubah menjadi asam amino oleh beberapa reaksi hidrolisis serta enzim-enzim yang bersangkutan. Enzim-enzim yang bekerja pada proses hidrolisis protein antara lain ialah pepsin, tripsin, kimotripsin, karboksi peptidase, amino peptidase, tripeptidase dan dipeptidase.
Setelah protein diubah menjadi asam-asam amino, maka dengan proses absorpsi melalui dinding usus, asam amino tersebut sampai ke dalam pembuluh darah. Proses absorpsi ini ialah proses transpor aktif yang memerlukan energi. Asam-asam amino dikarboksilat atau asam diamino diabsorpsi lebih lambat daripada  asam amino netral.
Dalam keadaan puasa, konsentrasi asam amino dalam darah biasanya sekitar 3,5 sampai 5 mg per 100 ml darah. Setelah makan makanan sumber protein, konsentrasi asam amino dalam darah akan meningkat sekitar 5 mg sampai 10 mg per 100  ml darah. Konsentrasi ini akan turun kembali setelah 4 sampai 6 jam kemudian. Konsentrasi asam amino dalam jaringan ±5 – 10 kali lebih besar. Perpindahan asam amino dari dalam darah ke dalam sel-sel jaringan juga  melalui proses transfor aktif yang membutuhkan energi.
Kesimpulan:
1.      Asam amino yang dapat disintesis sendiri oleh mahluk hidup tersebut dikenal dengan sebutan asam amino nonesensial. Sedangkan asam amino yang tidak dapat disintesis sendiri dan harus diperoleh dari makanan disebut asam amino esensial.
2.      Katabolisme dan anabolisme merupakan proses yang saling melengkapi dan berkaitan satu dengan yang lain. Secara keseluruhan proses anabolisme dan katabolisme harus berjalan bersama-sama, karena setiap pasang proses menyediakan energi atau bahan yang diperlukan oleh pasangan yang lain.
3.      Protein dalam makanan diperlukan untuk menyediakan asam amino yang akan digunakan untuk memproduksi senyawa nitrogen yang lain, untuk mengganti protein dalam jaringan yang me­ngalami proses penguraian dan untuk mengganti nitrogen yang telah dikeluarkan dari tubuh dalam bentuk urea.
4.      Degradasi asam amino protein menghasilkan limbah nitrogen berupa amonia. Senyawa ini bersifat racun bagi organisme tertentu.
5.      Asam deoksiribonukleat (DNA) adalah pembawa informasi genetic di dalam suatu sel, yang dalam bentuk kode berisi semua informasi yang diperlukan untuk mengarahkan sintesis semua protein dan asam  nukleat di dalam sel.

           

DAFTAR PUSTAKA

Stryer Lubert., 2000, Biochemistry,  volume 1,2,3 edisi 4., EGC Jakarta

Lehninger., 1998, Dasar–Dasar Biokimia, Terjemahan Maggi Thenawijaya., Jilid  1,2,3., Erlangga, Jakarta.

Murray, Robert (et,al)., 2001,  Harper’s Review Of Biochemistry., Edisi 25, EGC., Jakarta.

P.Karlson., 1975, Introduktion to Modern Biochemistry.,  New York., Academic Press.

Arbianto,P., 1993, Biokimia Konsep-Konsep Dasar, DEPDIKBUD, DIKTI, Proyek Pendidikan Tenaga Akademik; Jakarta.

Poedjiadi,A., 1994, Dasar-Dasar Biokimia. Universitas Indonesia-Press.