amino acid biosynthesis
Post on 05-Jan-2016
118 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
KRT-2011 1
AMINO ACID BIOSYNTHESIS• Asam amino merupakan unit
penyusun protein • Struktur:
satu atom C sentral yang mengikat secara kovalent: – gugus amino, – gugus karboksil, – satu atom H dan – rantai samping (gugus R)
KRT-2011 2
Asam Amino• Gugus R rantai samping
yang berbeda-beda pada setiap jenis asam amino
• Gugus R yang berbeda-beda tersebut menentukan:– -. Struktur
– -. Ukuran – -. Muatan elektrik– -. Sifat kelarutan di
dalam air
KRT-2011 3
Asam amino• Perbedaan utama antara satu asam
amino dengan yang lainnya terletak pada gugus sampingnya.
• Asam amino paling sederhana strukturnya adalah glisin yang hanya mempunyai satu atom hidrogen pada gugus sampingnya.
• Prolin adalah asam amino yang struktur dasarnya berbeda dari asam amino yang lain karena atom N-nya ada dalam struktur cincin, sehingga prolin lebih sesuai dinamakan asam imino.
• Struktur prolin yang demikian menyebabkan terjadinya bengkokan pada struktur protein sehingga mempengaruhi arsitektur protein.
KRT-2011 4
Asam amino non polar• Memiliki gugus R
alifatik • Glisin, alanin, valin,
leusin, isoleusin dan prolin
• Bersifat hidrofobik. Semakin hidrofobik suatu asam amino seperti isoleusin , biasa terdapat di bagian dalam protein.
KRT-2011 5
Asam amino dengan gugus R aromatik
• Fenilalanin, tirosin dan triptofan• Bersifat relatif non polar
hidrofobik • Fenilalanin bersama dgn V, L &
I asam amino paling hidrofobik
• Tirosin gugus hidroksil , triptofan cincin indol
• Sehingga mampu membentuk ikatan hidrogen penting untuk menentukan struktur ensim
KRT-2011 6
Asam amino dengan gugus R bermuatan positif
• Lisin, arginin, dan histidin• Mempunyai gugus yang bersifat basa pada rantai sampingnya• Bersifat polar terletak di permukaan protein dapat mengikat air.• Histidin mempunyai muatan mendekati netral (pada gugus imidazol) dibanding
– lisin gugus amino– arginin gugus guanidino
• Karena histidin dapat terionisasi pada pH mendekati pH fisioligis sering berperan dlm reaksi ensimatis yang melibatkan pertukaran proton
KRT-2011 7
Polar, uncharged amino acids• Rantai samping dari asparagine (Asn or N) dan glutamine (Gln or Q),
masing-masing amide derivatives dari Asp and Glu,, tidak bermuatan tetapi dapat berpartisipasi dalam pengikatan hidrogen. Serine (Ser or S) dan threonine (Thr or T) (Fig. 3b) merupakan polar amino acids due to the reactive hydroxyl group pada ranai samping, dan dapat juga berpartisipasi dalam pengikatan hidrogen (as can the hydroxyl group of the aromatic amino acid Tyr).
KRT-2011 8
• Rantai samping asam amino dapat dibedakan atas: 1.polar, bermuatan negatif (aspartat,
asam glutamat), 2.polar, bermuatan positif (arginin,
histidin, lisin), 3.polar, tidak bermuatan (asparagin,
glutamin, serin, dan treonin), 4.nonpolar/hidrofobik (alanin, sistein,
isoleusin, leusin, metionin, fenilalanin, prolin, triptofan, tirosin, dan valin),
5.netral (glisin). • Kedua puluh macam asam amino beserta
singkatannya dapat dilihat pada Tabel 3.1.
KRT-2011 9
Asam amino
Klasifikasi Asam amino• Diklasifikasikan berdasar gugus R (rantai samping)
• Biasanya sifat-sifat seperti: hidrofobik/hidrofilik, polar/non polar, ada/tidaknya gugus terionisasi
AROMATIK
POLAR
ACIDIC (-)BASIC (+)
NON POLAR
KRT-2011 10
Asam amino non polar• Memiliki gugus R alifatik • Glisin, alanin, valin, leusin,
isoleusin dan prolin• Bersifat hidrofobik. Semakin
hidrofobik suatu a.a spt Ile (I) biasa terdapat di bagian dlm protein.
• Prolin berbeda dgn a.a siklis. Tapi mempunyai byk kesamaan sifat dgn kelompok alifatis ini.
• Umum terdapat pada protein yang berinteraksi dengan lipid
KRT-2011 11
Asam amino polar• Memiliki gugus R yang tidak bermuatan• Serin , threonin, sistein, metionin, asparagin,
glutamin• Bersifat hidrofilik mudah larut dalam air• Cenderung terdapat di bagian luar protein• Sistein berbeda dgn yg lain, karena ggs R terionisasi
pada pH tinggi (pH = 8.3) sehingga dapat mengalami oksidasi dengan sistein membentuk ikatan disulfide
• (-S-S-) sistin (tdk tmsk dlm a.a. standar karena selalu tjd dari 2 buah molekul sistein dan tidak dikode oleh DNA)
KRT-2011 12
Asam amino dengan gugus R aromatik
• Fenilalanin, tirosin dan triptofan• Bersifat relatif non polar hidrofobik • Fenilalanin bersama dgn V, L & I a.a plg
hidrofobik• Tirosin gugus hidroksil , triptofan cincin
indol• Sehingga mampu membentuk ikatan
hidrogen penting untuk menentukan struktur ensim
• Asam amino aromatik mampu menyerap sinar UV λ 280 nm sering digunakan utk menentukan kadar protein
KRT-2011 13
Asam amino dengan gugus R bermuatan positif
• Lisin, arginin, dan histidin• Mempunyai gugus yg bsft basa pd rantai
sampingnya• Bersifat polar terletak di permukaan protein
dapat mengikat air.• Histidin mempunyai muatan mendekati netral (pd
gugus imidazol) dibanding – lisin gugus amino– arginin gugus guanidino
• Krn histidin dpt terionisasi pada pH mendekati pH fisioligis sering berperan dlm reaksi ensimatis yg melibatkan pertukaran proton
KRT-2011 14
Asam amino dengan gugus R bermuatan negatif
• Aspartat dan glutamat• Mempunyai gugus
karboksil pada rantai sampingnya bermuatan (-) / acid pada pH 7
KRT-2011 15
KRT-2011 16
KRT-2011 17
KRT-2011 18
Asam amino standar• Asam amino yang menyusun
protein organisme ada 20 macam disebut sebagai asam amino standar
• Diketahui asam amino ke 21 disebut selenosistein (jarang ditemukan) Terdapat di beberapa enzim seperti gluthatione peroxidase
• Selenenosistein mempy kode genetik: UGA biasa utk stop kodon tjd pd mRNA dgn struktur 2nd yg banyak.
KRT-2011 19
Asam amino non standar
• Merupakan asam amino diluar 20 mcm as. Amino standar
• Terjadi karena modifikasi yang terjadi setelah suatu asam amino standar menjadi protein.
• Kurang lebih 300 asam amino non standar dijumpai pada sel
modifikasi serin yang mengalami fosforilasi oleh protein kinase
KRT-2011 20
•modifikasi prolin dlm proses modifikasi posttranslasi, oleh prokolagen prolin hidroksilase.
•Ditemukan pada kolagen untuk
menstabilkan struktur
• Dari modifikasi Glu oleh vit K.
• karboksi glutamat mampu mengikat Ca penting utk penjendalan darah.
• Ditemukan pd protein protombin
KRT-2011 21
•Modifikasi lisin. Terdapat di kolagen dan miosin (protein kontraksi pd otot) dan berperan untuk sisi terikatnya polisakarida
•Beberapa ditemukan asam amino nonstandar yang tidak menyusun protein merupakan senyawa antara metabolisme (biosintesis arginin dan urea)
KRT-2011 22
AMINO ACID BIOSYNTHESIS
• ESSENTIAL AMINO ACIDS*ARGININE METHIONINE
HISTIDINE PHENYLALANINE
ISOLEUCINE THREONINE
LEUCINE TRYPTOPHAN
LYSINE VALINE
• NOTE– ARG IS ESSENTIAL IN INFANTS AND CHILDREN– MOST SYNTHESIZED ARG ORNITHINE AND
UREA VIA THE UREA CYCLE
KRT-2011 23
AMINO ACID BIOSYNTHESIS
• NONESSENTIAL AMINO ACIDS
ALANINE GLUTAMINEASPARAGINE GLYCINEASPARTATE PROLINE*CYSTEINE SERINEGLUTAMATE *TYROSINE
• NOTE:– CYS GETS ITS SULFUR ATOM FROM MET– TYR IS HYDROXYLATED PHE
• SO IT’S NOT REALLY NONESSENTIAL
KRT-2011 24
AMINO ACID BIOSYNTHESIS
• ALL ARE SYNTHESIZED FROM COMMON METABOLIC INTERMEDIATES
• NON-ESSENTIAL– TRANSAMINATION OF -KETOACIDS THAT ARE AVAILABLE
AS COMMON INTERMEDIATES
• ESSENTIAL – THEIR -KETOACIDS ARE NOT COMMON INTERMEDIATES
(ENZYMES NEEDED TO FORM THEM ARE LACKING)• SO TRANSAMINATION ISN’T AN OPTION
– BUT THEY ARE PRESENT IN COMMON PATHWAYS OF MICRO-ORGANISMS AND PLANTS
KRT-2011 25
AMINO ACID BIOSYNTHESIS OVERVIEW(USE OF COMMON INTERMEDIATES)
GLUCOSE GLUC-6-PHOSPHATE RIB-5-PHOS→ HIS 3-PHOSPHOGLYCERATE SERINE
GLYCINE E-4-PHOS + PEP CYSTEINE
PHE→TYR PYRUVATE ALA TRP VAL
CITRATE LEU, ILE
↓OXALOACETATE, -KETOGLUTARATE
ASP, ASN, GLU, GLN, PRO, ARG, LYS, THR, MET
KRT-2011 26
SYNTHESIS OF NON-ESSENTIAL AMINO ACIDS
• ALL (EXCEPT TYR) SYNTHESIZED FROM COMMON INTERMEDIATES SYNTHESIZED IN CELL
– PYRUVATE– OXALOACETATE -KETOGLUTARATE– 3-PHOSPHOGLYCERATE
KRT-2011 27
SYNTHESIS OF NON-ESSENTIAL AMINO ACIDS
• TRANSAMINATION REACTIONS: ONE STEP
– PYRUVATE + AA ALANINE + -KETOACID– OXALOACETATE + AA ASPARTATE + -KETOACID -KETOGLUTARATE + AA GLUTAMATE + -
KETOACID
• TRANSAMINASES: EQUILIBRATE AMINO GROUPSREQUIRE PYRIDOXAL PHOSPHATE (PLP)– ALL AAs, EXCEPT LYS, CAN BE TRANSAMINATED– MOST TRANSAMINASES GENERATE GLU OR ASP
• WHY?
• LOOK AT MECHANISM OF PLP (PAGE 987 IN TEXT)
KRT-2011 28
SYNTHESIS OF NONESSENTIAL AMINO ACIDS
• ATP-DEPENDENT AMIDATION OF ASP, GLU ASN, GLN
– GLU + ATP + NH3 GLN + ADP + Pi
• GLUTAMINE SYNTHETASE
• NH3 IS TOXIC; IT’S STORED AS GLN
• GLN DONATES AMINO GPS IN MANY REACTIONS
– ASP + ATP + GLN ASN + AMP + PPi + GLU
• ASPARAGINE SYNTHETASE
KRT-2011 29
SYNTHESIS OF NONESSENTIAL AMINO ACIDS
• NITROGEN METABOLISM IS CONTROLLED BY REGULATION OF GLUTAMINE SYNTHETASE
– IN MAMMALS, GLN SYNTHETASES ACTIVATED BY -KG
– EXCESS AAs TRANSAMINATED TO GLU• OXIDATIVE DEAMINATION OF GLU -KG
+ NH3 • NH3 UREA OR GLN (STORAGE)
-KG IS A SIGNAL THAT ACTIVATES GLN SYNTHETASE
KRT-2011 30
Amino acid biosynthesis
• Similarities to nucleotide synthesis– Nitrogen– Intermediates– Types of reactions– Structures– Regulation
• Pathways
Histidine
Purine
KRT-2011 31
Nitrogen cycle
KRT-2011 32
Glutamate and glutamine
KRT-2011 33
Regulation of nitrogen metabolism
Back
KRT-2011 34
Regulation of nitrogen metabolism
KRT-2011 35
Reactions in amino acid synthesis1. Transaminations
2. Transfer of one-carbon groups
3. Transfer of amino groups from Gln
KRT-2011 36
Amino acid biosynthesis
KRT-2011 37
Precursors in AA synthesis
5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate
(PRPP)
Ribose-5-P + ATP ------------------- PRPP + AMP
Ribose phosphatephosphokinase
KRT-2011 38
-Ketoglutarate
KRT-2011 39
KRT-2011 40
3-Phosphoglycerate
KRT-2011 41
In plants and bacteria…
KRT-2011 42
In mammals…
KRT-2011 43
Oxaloacetate and pyruvate
Transamination
Transamination
Amidation of Asp
(N from Gln)
KRT-2011 44
Phosphoenolpyruvate and erythrose 4-phsophate
KRT-2011 45
Ribose 5-phosphate
KRT-2011 46
Regulation of amino acid synthesis• Allosteric feedback
inhibition• Concerted inhibition• Sequential feedback
inhibition
KRT-2011 47
Molecules derived from AAs
1. Nucleotides
2. Nucleotide coenzymes
3. Porphyrins
4. Neurotransmitters
5. Other molecules
KRT-2011 48
Porphyrins
KRT-2011 49
Porphyrins
KRT-2011 50
Neurotransmitters• Decarboxylation using PLP
KRT-2011 51
KRT-2011 52
Creatine
KRT-2011 53
Glutathione (GSH)
KRT-2011 54
Plant substances
• Tannins• Alkaloids• Flavorings
HO
O
HO
H
N
CH3
HO
O
HO
H
N
CH3
top related