Metabolisme nitrogen melibatkan siklus yang kompleks untuk mensintesis dan mendegradasi nitrogen dalam bentuk protein, asam nukleat, dan senyawa nitrogen lainnya. Nitrogen diperoleh dari udara atau tanah, lalu diubah menjadi amonia sebelum disintesis menjadi senyawa organik melalui berbagai jalur seperti aminasi, pembentukan amida, dan sintesis arginin dan pirimidin. Kelebihan nitrogen diekskresikan dalam bentuk urea atau asam

1. Metabolisme NitrogenMetabolisme Nitrogen

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 menggunkan NADPH sel mamaliamenggunakan NADHBakteri menggunkan NADPH sel mamaliamenggunakan NADH
 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
 Mebibatkan pasangan asam amino denganMebibatkan pasangan asam amino dengan
asamasam 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

12. TransaminasiTransaminasi
 SGOT dan SGPTSGOT dan SGPT
Glutamat + oksaloasetat α-ketoglutarat + aspartat
Glutamat + piruvat α-ketoglutarat + alanin
SGOT
SGPT

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

18. 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 biosintesis purinAsam urat: diproduksi dalam biosintesis purin
 Lebih sedikit airLebih sedikit air
C
NH2
O
H2N
urea
NH
ON
H
N
H
O
H
N
O
uric acid

19. C
NH2
O
H2N
NH2
NH2
O
OH
NH2
NH
HN
NH2
O
OH
arginine
O
P
O
HO
OH
H2N
O
carbamoyl phosphate
NH2
NH
O
NH2
O
OH citrulline
NH2
NH
N
NH2
O
OH
arginiosuccinate
-
OOC
-
OOC
O-
O
O
-
O
fumarate
MALAT OKSALOASETAT
ASPARTAT
ornitin
α-keto
Glu
NH4
+
,
NADH,
H
+
NAD+
, H2O
NH4
+
+ CO2
2 ATP
2 ADP + P
AMP + PP
ATP
NAD+
NADH, H+
Siklus Krebs (siklus urea)Siklus Krebs (siklus urea)