Metabolisme nitrogen melibatkan siklus kompleks untuk mensintesis dan mendegradasi protein. Nitrogen diperoleh dari udara atau tanah dan dikonversi menjadi amonia sebelum disintesis menjadi asam amino, nukleotida, dan molekul nitrogen organik lainnya. Asam amino dapat didegradasi menjadi senyawa intermediat siklus asam sitrat dan amonia, yang kemudian diekskresikan sebagai urea atau asam urat.
2. Metabolisme NitrogenMetabolisme Nitrogen
Nitrogen merupakan biolimiting elemenNitrogen merupakan biolimiting elemen
Ekskresi tidak sebanyak C dan HEkskresi tidak sebanyak C dan H
Dalam sistem hidup N:Dalam sistem hidup N:
Protein: asam aminoProtein: asam amino
Asam nukleatAsam nukleat
DllDll
Asam amino: 20Asam amino: 20
20 jalur biosintesis20 jalur biosintesis
20 jalur degradasi20 jalur degradasi
3. Siklus NitrogenSiklus Nitrogen
N2 NH3
NO2
-
NO3
-
Asam amino
Nukleotida
Glikoamino
Koenzim
Porpirin
Protein
DNA, RNA
Polisakarida
Fosfolipid
Tanaman & bakteri
Tanaman & bakteri
Nitrosomonas
Nitrobacter
Bakteri nitrogen
fixing
Bakteri
denitrifying
Semua
organisme
Semua
organisme
Energi
Energi
4. Penggunaan amonia: biogenesis nitrogenPenggunaan amonia: biogenesis nitrogen
organikorganik (Aminasi)(Aminasi)
Sumber N berbeda tetapi selalu menjadi NHSumber N berbeda tetapi selalu menjadi NH33 untuk dirubah menjadiuntuk dirubah menjadi
N organikN organik
NH3
CO2, ATP Aspartat α-Ketoglutarat Glutamat
Karbamoil fosfat Asparagin Glutamat Glutamin
Arginin
Pirimidin
Urea
Asam amino
lain
Nukleotida Purin
Gula amino
Triptofan
Histidin
transaminasi
1
2
34
5. 1. Aminasi reduktif1. Aminasi reduktif αα-ketoglutarat-ketoglutarat
Glutamat dehidrogenaseGlutamat dehidrogenase
αα-ketoglutarat dari siklus asam sitrat-ketoglutarat dari siklus asam sitrat
Bakteri menggunakan NADPH sel mamalia menggunakanBakteri menggunakan NADPH sel mamalia menggunakan
NADHNADH
αα-ketoglutarat juga bisa digunakan untuk transaminasi-ketoglutarat juga bisa digunakan untuk transaminasi
COO-
CH2
CH2
C O
COO-
COO-
CH2
CH2
HC NH3
COO-
+ NH3 + NAD(P)H + 2H+
+ H2O + NAD(P)+
6. 2. Pembentukan amida biologis2. Pembentukan amida biologis
Glutamin sintetaseGlutamin sintetase
Sintetase: melibatkan energi dari ATPSintetase: melibatkan energi dari ATP
C
CH2
CH2
HC NH3
COO-
+ NH3+ ATP
C
CH2
CH2
HC NH3
COO-
+ ADP+ P
O-
O
NH2
O
7. 2. Pembentukan amida biologis2. Pembentukan amida biologis
Asparagin sintetaseAsparagin sintetase
Mengkonsumsi lebih sedikit amoniak dibanding glutamin sintaseMengkonsumsi lebih sedikit amoniak dibanding glutamin sintase
Dapat menggunakan glutamin (transaminasi) selain amoniakDapat menggunakan glutamin (transaminasi) selain amoniak
C
CH2
HC NH3
COO-
+ NH3 (Gln) + ATP
C
CH2
HC NH3
COO-
+ AMP+ PP (Glu)
O-
O
NH2
O
8. 4. Pembentukan arginin dan pirimidin4. Pembentukan arginin dan pirimidin
Karbamoil fosfat sintetaseKarbamoil fosfat sintetase
NH3 + HCO3
-
+ 2ATP
P
O
C NH2
O
+ 2ADP+ P
O
O--
O
+ 2ADP+ P + Glu
Gln + HCO3
-
+ 2ATP
9. Metabolisme NitrogenMetabolisme Nitrogen
Karbohidrat dan lemak bisa disimpan untukKarbohidrat dan lemak bisa disimpan untuk
digunakan kembalidigunakan kembali
Protein tidak dapat disimpanProtein tidak dapat disimpan
Jumlah N sangat sedikitJumlah N sangat sedikit
Perlu suplai terus menerus dari luarPerlu suplai terus menerus dari luar
Kapasitas biosintesis N berbeda-beda antarKapasitas biosintesis N berbeda-beda antar
organisme---organisme---evolusievolusi
Asam amino esensialAsam amino esensial
Laktobasilus vs tanamanLaktobasilus vs tanaman
10. TransaminasiTransaminasi
Berperan sebagi distribusi N pada asam aminoBerperan sebagi distribusi N pada asam amino
dan degradasi asam aminodan degradasi asam amino
Enzim: Transminase atau aminotransferaseEnzim: Transminase atau aminotransferase
Melibatkan pasangan asam amino dengan asamMelibatkan pasangan asam amino dengan asam
αα-keto (glutama/-keto (glutama/αα-ketoglutarat)-ketoglutarat)
GOT (glutama oksaloasetat transminase)--liverGOT (glutama oksaloasetat transminase)--liver
GPT (glutamat piruvat transaminase)--liverGPT (glutamat piruvat transaminase)--liver
Serum GOT dan GPT (SGOT dan SGPT)Serum GOT dan GPT (SGOT dan SGPT)
menjadi parameter fungsi livermenjadi parameter fungsi liver
11. TransaminasiTransaminasi
Transaminasi untuk transfer NTransaminasi untuk transfer N
Transminasi degradasiTransminasi degradasi
COO-
CH2
CH2
HC NH3
COO-
C
CH2
CH2
C O
COO-
O-
O
R
C O
COO-
R
HC NH3
COO-
+
+
Alanin + α-ketoglutarat piruvat + glutamat
Glutamat + NAD+
+ H2O α-ketoglutarat + NADH + NH4
+
Alanin + NAD+
+ H2O piruvat + NADH + NH4
+
Aminotransferase
Glu dehidrogenase
13. Degradasi asam amino dan metabolismeDegradasi asam amino dan metabolisme
produk akhir nitrogenproduk akhir nitrogen
Apabila terdapat kelebihan NApabila terdapat kelebihan N
dari kebutuhan, N dilepaskandari kebutuhan, N dilepaskan
sementara C digunakansementara C digunakan
sebagai sumber energisebagai sumber energi
Transaminasi (degradasi)Transaminasi (degradasi)
menghasilkanmenghasilkan αα-keto yang-keto yang
masuk siklus asam sitratmasuk siklus asam sitrat
Amino oksidaseAmino oksidase
14. Degradasi asam amino dan metabolismeDegradasi asam amino dan metabolisme
produk akhir nitrogenproduk akhir nitrogen
Hasil degradasi berupa asamHasil degradasi berupa asam αα-keto-keto
(kerangka karbon) dan NH(kerangka karbon) dan NH33
AsamAsam αα-keto bisa mengalami oksidasi-keto bisa mengalami oksidasi
(melalui siklus asam sitrat) ataupun untuk(melalui siklus asam sitrat) ataupun untuk
biosintesis karbohidrat atau badan ketonbiosintesis karbohidrat atau badan keton
NHNH33 bersifat toksik sehingga perlubersifat toksik sehingga perlu
diekskresikan (urea atau asam urat)diekskresikan (urea atau asam urat)
15. Jalur rantai karbon asam aminoJalur rantai karbon asam amino
Siklus
asam sitrat
α-ketoglu
suksinat
fumarat
oksaloasetat
piruvat
Ala, Gly, Cys
Ser, Thr
Asetil-CoA
Try, Leu, Iso
Asetoasetat
Leu, Lys, Phe, Tyr
Glu, Gln, His
Pro, Arg
Val, Met
Thr, Iso
Asp, Tyr, Phe
Asn, Asp
16.
17.
18.
19. Detoksifikasi amonia:Detoksifikasi amonia: EksresiEksresi
Urea: diproduksi dalam siklus ureaUrea: diproduksi dalam siklus urea
Diproduksi di liver (mitokondria dan sitosol) kemudian ditransport keDiproduksi di liver (mitokondria dan sitosol) kemudian ditransport ke
ginjal untuk disaringginjal untuk disaring
Level ureum (BUN) di serum menunjukkan fungsional ginjalLevel ureum (BUN) di serum menunjukkan fungsional ginjal
Asam urat: diproduksi dalam metabolisme purinAsam urat: diproduksi dalam metabolisme purin
Lebih sedikit airLebih sedikit air
C
NH2
O
H2N
urea
NH
ON
H
N
H
O
H
N
O
uric acid