2. NITROGEN
• Nitrogen komponen penting dalam biosintesis
asam amino, asam nukleat dan penyusun sel.
• sekitar 79% Ketersediaan nitrogen dari
atsmosfir dalam bentuk gas N2,
• N2 tidak dapat dipakai oleh semua organisme
karena adanya ikatan rangkap tiga antar 2
atom N yang menyebabkan molekul tersebut
tidak reaktif sehingga harus dirubah dahulu
menjadi ammonium (NH4
+) atau nitrat (NO3
-)
3.
4. Tahapan dalam siklus nitrogen
1. Fiksasi Nitrogen
• N2 difiksasi bakteri dalam nodul akar menjadi NH3 untuk sintesis
asam amino
• Fiksasi nitrogen dilakukan oleh organisme pengikat nitrogen seperti
Cyanobacteria yang bersimbiosis dengan lumut, pakis, Rhizobium,
Bradyrhizobium, Azorhizobium yang ada pada tanaman
leguminosa, alfafa, Frankia, gangang biru menghasilkan ammonia.
• Tanaman memberi karbohidrat dan asam organic bagi bakteri dan
dalam tanaman ada leghaemoglobin yang dapat mempertahankan
jumlah O2 sehingga tidak meracuni bakteri.
• Amonia hampir dapat dimanfaatkan oleh semua mikroorganisme.
5. • Reaksi yang terjadi :
N2 + 16 H2O + 8 e- + 16 Mg ATP 2 NH3 + H2 + 16 Mg ADP +
16 Pi + 8 H+
• Enzim nitrogenase menerima electron dari flavodoksin
tereduksi (protein yang tereduksi selama respirasi (oksidasi
piruvat), feredoksin atau bahan pereduksi lainnya.
Nitrogenase terdiri dari 2 protein Fe dan protein Mo- Fe. Fe
protein direduksi oleh electron dari Feredoksin dan
kemudian berikatan dengan ATP dan mereduksi protein
Mo-Fe yang menyumbang electron ke N2 menghasilkan
HN=HN (NH4
+).
• Selanjutnya (NH4
+) diangkut dari bakteriod dan diangkut
oleh tumbuhan inang.
• Di sitosol sel (NH4
+) diubah menjadi glutamine, asam
glutamate, asparagin.
6. 2. Nitrifikasi
• Bagi tumbuhan yang tidak dapat menambat
N2 sumber utamanya NO3
- sebab NH4
+
dioksidasi oleh bakteri nitrifikasi menjadi NO3
-
Beberapa bakteri nitrifikasi mengoksidasi
ammonia menjadi nitrit dan akhirnya nitrat
7. 3. Denitrifikasi
• Tanaman dan bakteri mereduksi nitrat
menjadi ammonia.
• Reduksi nitrat terjadi dalam 2 reaksi yang
berbeda yang dikatalisis oleh enzim yang
berbeda pula.
• Enzim nitrat reduktase
• NO3
-+NADH+H+ NO2
-+NAD++H2O,
mengangkut 2 e dari NADH dan nitrat
reduktase mengandung FAD, Fe, molibdenum
8. • Enzim nitrit reduktase
• Nitrit di sitosol akibat kerja nitrat reduktase
diangkut ke kloroplas atau protoplastida pada
akar dan diubah menjadi NH4
+ oleh nitrit
reduktase dan memerlukan 6 elektron dari
H2O melalui feredoksin.
• 3 H2O + 6 Fd (Fe 3+) 1,5 O2+ 6 Fd (Fe2+) + 6 H+
• NO2
- + 6 Fd (Fe 2+) + 8 H+ 2 H 2O+ 6 Fd (Fe3+)+ NH4
• NO2
- + 3 NADPH2 + 2 H+ NH3 + 3 NADP + H 2O+ OH-
9. • NH3 beracun dan dikonversi seperti pada reasi
di bawah ini :
• Asam ketoglutarat + NH3 + NADH2
Asam glutamate + NAD + H 2O
(dari siklus Krebs)
10. 4. Sintesis asam amino oleh tanaman dan
kemudian digunakan hewan untuk membangun
protein hewan.
• Banyak asam amino lain yang dihasilkan dari
reaksi transaminase asam glutamate,
misalnya asam piruvat dan asam glutamate akan
berubah menjadi alanin dan asam ketoglutarat
asam oksaloasetat dan asam glutamate berubah
menjadi asam aspartat dan asam ketoglutarat
11. . Pengubahan ammonium menjadi bahan
organic adalah melalui tahapan sebagai
berikut : Glutamin yang dibentuk dari NH2 dari
NH4+ dengan adanya glutamine sintase.
Selanjutnya terbentuk 2 glutamat dan
pembentukan asparagin oleh asparagin
sintetase dan terjadi perubahan ATP menjadi
AMP.
5. Degradasi protein terjadi bila hewan mati
oleh mikroba dalam tanah
12. • Siklus urea merupakan jalur utama
metabolisme nitrogen.
• Pada tubuhsetiap manusia pasti berlangsung
siklus urea. Pembentukan urea ini terutama
berlangsung dalam hati.
• Siklus urea merupakan pelepasan gugus NH₂
pada asam amino dalam bentuk amoniak
melalui reaksi transaminase dan deaminasi,
kemudian dikeluarkan dalam bentuk urea dari
urine
13. Transaminasi
• Berperan sebagi distribusi N pada asam amino dan
degradasi asam amino
• Enzim: Transminase atau aminotransferase
gugus NH₂ yang dilepaskan diterima oleh asam keto,
sehingga terbentuk asam amino baru dan asam keto lain
• Melibatkan pasangan asam amino dengan asam a-keto
(glutama/a-ketoglutarat)
– GOT (glutama oksaloasetat transminase)--liver
– GPT (glutamat piruvat transaminase)--liver
• Serum GOT dan GPT (SGOT dan SGPT) menjadi
parameter fungsi liver
14. • Transaminasi untuk transfer N
• Transminasi degradasi
COO-
CH2
CH2
HC NH3
COO-
C
CH2
CH2
C O
COO-
O-
O
R
C O
COO-
R
HC NH3
COO-
+
+
Alanin + a-ketoglutarat piruvat + glutamat
Glutamat + NAD+
+ H2O a-ketoglutarat + NADH + NH4
+
Alanin + NAD+
+ H2O piruvat + NADH + NH4
+
Aminotransferase
Glu dehidrogenase
16. • Reaksi deaminasi, gugus NH₂ dilepaskan
dalam bentuk ammonia yang kemudian
dikeluarkan dari dalam tubuh dalam
bentuk urea dalam urine.
• Amonia dengan kadar yang tinggi merupakan
racun dalam tubuh manusia.
Deaminasi
18. Tahapan-tahapan siklus Urea :
REAKSI 1 :
Sintesis carbamoyl phosphate
Pada mitokondria , ion ammonium (NH4
+)dan
karbondioksida bereaksi menghasilkan carbamoyl
phosphate dengan bantuan enzim carbamoyl
phosphate synthetase. Reaksi ini membutuhkan
energi, karenanya reaksi ini melibatkan 2 mol ATP
yang diubah menjadi ADP
19. REAKSI 2 :
Pembentukan Citrulline
• Carbamoyl phosphate bereaksi dengan
ornithine memisahkan gugus fosfat
menghasilkan citrulline. Sebagai katalis
pembentukan citrulline adalah ornithine
transcarbamoylase yang terdapat pada bagian
mitrokondria sel hati.
• Citrulline kemudian ditransportasikan ke sitosol.
20. REAKSI 3 :
Pembentukan Argininosuccinate
citrulline kemudian bereaksi dengan nitrogen
yang berasal dari aspartat dengan bantuan
argininosuccinate synthetase membentuk
argininosuccinate. Pada reaksi ini ATP
merupakan sumber energi dengan jalan
melepaskan gugus fosfat dan berubah menjadi
AMP .
21. REAKSI 4 :
Penguraian argininosuccinate
Arginino succinate membentuk fumarate dan
arginine ( precursor mediate dari urea)
Reaksi ini berlangsung dengan bantuan enzim
argininosuccinate lyase, suatu enzim yang
terdapat dalam hati dan ginjal.
22. REAKSI 5 (Reaksi terakhir) :
Penguraian Arginin
• Arginine dengan katalis arginase yang terdapat
dalam hatiakan menjadi urea dan ornithine.
• Ornithine ditransportasikan kembali ke mitokondria
untuk bergabung dengan carbamoyl
phosphate membentuk citrulline. Demikian
seterusnya reaksi berlangsung secara berulang-ulang
merupakan suatu siklus.
• Urea yang terbentuk dikeluarkan dari tubuh melalui
urine.
23. • Pembentukan fumarat merupakan gabungan
antara siklus urea dengan siklus asam sitrat.
Fumarat kemudian akan menjadi oksalo asetat
pada siklus asam sitrat.
24. PERANAN SIKLUS UREA DALAM TUBUH
• Asam amino yang berasal protein dalam makanan diabsorsi
melaluitranspor aktif dan dibawa ke hati.
• Di hati, asam amino disintesis menjadi molekul protein atau dilepas ke
dalam sirkulasi untuk ditranspor ke dalam sel lain.
• Setelah memasuki sel-sel tubuh, asam amino bergabung dengan ikatan
peptida untuk membentuk protein seluler yang dipakai untuk
pertumbuhan dan regenerasi jaringan.
• Hanya ada sedikit simpanan asam amino dalam sel-sel tubuh, kecuali sel-
sel hati. Protein intraseluler tubuh sendiri terus terhidrolisis menjadi asam
amino dan disintesis ulang menjadi protein. Asam amino dari makanan
dan asam aminodari penguraian protein intraseluler membentuk
kelompok asam amino utama yang memenuhi kebutuhan tubuh.
• Penguraian asam amino untuk energi berlangsung di hati. Jika sel telah
mendapatkan protein yang mencukupi kebutuhannya, setiap asam amino
tambahan akan dipakai sebagai energi atau disimpan sebagai lemak. Urea
tidak diputus oleh enzim manusia.
25. ASPEK KLINIS ATAU GANGGUANSIKLUS UREA PADA KEHAMILAN
1.Hiperammoniatipe I
º Akibat defisiensi karbamoilfosfat sintetase,Mungkin factor
keturunan
2. Hiperammoniatipe II
º Akibat defisiensi ornitintrans karbamoilase
º bersifat X-chromosome linked
º kadar glutamine dalam darah dan cairan serebrospinalis dan
urine akan meningkat yang mencerminkan adanya
peningkatan sintesis glutamine akibat kenaikan amoniak
dalam jaringan
3. Sitrulinemia
º Akibat defisiensi argininosuksinat sintetase, Jarang dijumpai
º Diduga akibat factor keturunan yang bersifat resesif
26. º Terjadi peningkatan kadar sitrulin di darah dan cairan
serebrospinalis
º Juga diekskresikan dalam urine dalam jumlah besar (1-2 g/dL)
4. Argininosuksinatasiduria
º Akibat factor keturunan yang bersifat resesif
ºKadar argininosuksinat dalam darah, cairan serebrospinalis dan
urine meningkat
º gejala: trichorrhexianodosa (rambut mudah patah dan
menggerombol di bagian ujungnya)º tipe: akut dan kronis
º gejala timbul pada umur 2 tahun dan pada umumnya diakhiri
dengan kematian
º aktivitas enzim ini pada jaringan otak, hati, ginjal, eritrosit dan
fibroblast kulit kecil atau tidak ada sama sekali
27. • Namun, bakteri, termasuk bakteri yang terdapat dalam
saluran cerna manusia, dapat memutuskan urea
menjadi amonia dan CO₂. (urease, enzim yang
mengkatalisis reaksi ini, merupakan enzim pertama
yang dapat dikristalisasi).
• Sampai tahap tertentu, manusia mengekskresikan urea
ke dalam usus dan air liur.
• Bakteri usus mengubah urea menjadi amonia. Amonia
ini serta amonia yang dihasilkan oleh reaksi bakteri lain
di dalam usus, diserap masuk ke dalam vena porta
hepatika. Dalam keadaan normal, amonia ini diekstrasi
oleh hati dan diubah menjadi urea.
