Berikut Proses Metabolisme Protein dalam tubuh manusia

Sebagian besar tubuh terbuat dari protein, dan protein ini memiliki banyak bentuk. Mereka mewakili reseptor pensinyalan sel, molekul pensinyalan, anggota struktural, enzim, komponen perdagangan sel intraseluler, perancah matriks ekstraseluler, pompa ion, saluran ion, oksigen dan pengangkut CO2 (hemoglobin).

Protein bahkan bukan daftar lengkap! Ada protein dalam tulang (kolagen), otot, dan tendon; hemoglobin yang mengangkut oksigen; dan enzim yang mengkatalisasi semua reaksi biokimia. Protein juga digunakan untuk pertumbuhan dan perbaikan.

Di tengah semua fungsi yang diperlukan ini, protein juga memiliki potensi untuk berfungsi sebagai sumber bahan bakar metabolisme. Protein tidak disimpan untuk digunakan nanti, jadi kelebihan protein harus diubah menjadi glukosa atau trigliserida, dan digunakan untuk memasok energi atau membangun cadangan energi.

Meskipun tubuh dapat mensintesis protein dari asam amino, makanan adalah sumber penting dari asam amino tersebut, terutama karena manusia tidak dapat mensintesis semua 20 asam amino yang digunakan untuk membangun protein.

Pencernaan protein dimulai di lambung. Ketika makanan kaya protein memasuki lambung, mereka disambut oleh campuran enzim pepsin dan asam klorida (HCl; 0,5 persen). Yang terakhir menghasilkan pH lingkungan 1,5-3,5 yang mendenaturasi protein dalam makanan. Pepsin memotong protein menjadi polipeptida yang lebih kecil dan asam amino penyusunnya.

Ketika campuran getah makanan-lambung (chyme) memasuki usus halus, pankreas melepaskan natrium bikarbonat untuk menetralkan HCl. Ini membantu melindungi lapisan usus. Usus kecil juga melepaskan hormon pencernaan, termasuk secretin dan CCK, yang merangsang proses pencernaan untuk memecah protein lebih lanjut. Secretin juga merangsang pankreas untuk melepaskan natrium bikarbonat.

Pankreas melepaskan sebagian besar enzim pencernaan, termasuk protease trypsin, chymotrypsin, dan elastase, yang membantu pencernaan protein. Bersama-sama, semua enzim ini memecah protein kompleks menjadi asam amino individu yang lebih kecil (Gambar 1), yang kemudian diangkut melintasi mukosa usus untuk digunakan untuk membuat protein baru, atau untuk dikonversi menjadi lemak atau asetil CoA dan digunakan dalam siklus Krebs.

Untuk menghindari pemecahan protein yang membentuk pankreas dan usus kecil, enzim pankreas dilepaskan sebagai proenzim tidak aktif yang hanya diaktifkan di usus kecil. Di pankreas, vesikel menyimpan trypsin dan chymotrypsin sebagai trypsinogen dan chymotrypsinogen.

Setelah dilepaskan ke usus kecil, enzim yang ditemukan di dinding usus kecil, yang disebut enterokinase, berikatan dengan trypsinogen dan mengubahnya menjadi bentuk aktifnya, trypsin. Tripsin kemudian berikatan dengan chymotrypsinogen untuk mengubahnya menjadi chymotrypsin aktif. Trypsin dan chymotrypsin memecah protein besar menjadi peptida yang lebih kecil, suatu proses yang disebut proteolisis.

Peptida yang lebih kecil ini dikatabolisme menjadi asam amino penyusunnya, yang diangkut melintasi permukaan apikal mukosa usus dalam proses yang dimediasi oleh transporter asam natrium-amino. Transporter ini mengikat natrium dan kemudian mengikat asam amino untuk membawanya melintasi membran.

Pada permukaan basal sel mukosa, natrium dan asam amino dilepaskan. Natrium dapat digunakan kembali dalam transporter, sedangkan asam amino ditransfer ke aliran darah untuk diangkut ke hati dan sel-sel di seluruh tubuh untuk sintesis protein.

Asam amino yang tersedia bebas digunakan untuk membuat protein. Jika asam amino ada secara berlebihan, tubuh tidak memiliki kapasitas atau mekanisme untuk penyimpanannya; dengan demikian, mereka dikonversi menjadi glukosa atau keton, atau mereka terurai. Dekomposisi asam amino menghasilkan hidrokarbon dan limbah nitrogen. Namun, konsentrasi nitrogen yang tinggi beracun. Siklus urea memproses nitrogen dan memfasilitasi ekskresi dari tubuh.

Siklus Urea

Siklus urea adalah serangkaian reaksi biokimia yang menghasilkan urea dari ion amonium untuk mencegah tingkat toksik amonium dalam tubuh. Ini terjadi terutama di hati dan, pada tingkat lebih rendah, di ginjal.

Sebelum siklus urea, ion amonium dihasilkan dari pemecahan asam amino. Dalam reaksi ini, gugus amina, atau ion amonium, dari asam amino ditukar dengan gugus keto pada molekul lain. Peristiwa transaminasi ini menciptakan molekul yang diperlukan untuk siklus Krebs dan ion amonium yang masuk ke dalam siklus urea untuk dihilangkan.

Dalam siklus urea, amonium dikombinasikan dengan CO2, menghasilkan urea dan air. Urea dihilangkan melalui ginjal dalam urin (Gambar 2).

Siklus Urea
Gambar 2. Siklus Urea. Nitrogen ditransaminasi, menghasilkan amonia dan zat antara siklus Krebs. Amonia diproses dalam siklus urea untuk menghasilkan urea yang dihilangkan melalui ginjal.

Asam amino juga dapat digunakan sebagai sumber energi, terutama pada saat kelaparan. Karena pemrosesan asam amino menghasilkan pembentukan zat antara metabolisme, termasuk piruvat, asetil KoA, asetoasil CoA, oksaloasetat, dan α-ketoglutarate, asam amino dapat berfungsi sebagai sumber produksi energi melalui siklus Krebs (Gambar 3). Gambar 4 merangkum jalur katabolisme dan anabolisme untuk karbohidrat, lipid, dan protein.

Energi dari Asam Amino
Gambar 3. Energi dari Asam Amino. Asam amino dapat dipecah menjadi prekursor untuk glikolisis atau siklus Krebs. Asam amino (dalam huruf tebal) dapat memasuki siklus melalui lebih dari satu jalur.
jalur katabolisme dan anabolisme
Gambar 4. Jalur Katabolik dan Anabolik. Nutrisi mengikuti jalur kompleks dari konsumsi melalui anabolisme dan katabolisme ke produksi energi.

Ringkasan Proses Metabolisme Protein dalam tubuh manusia

Pencernaan protein dimulai di lambung, di mana HCl dan pepsin memulai proses memecah protein menjadi asam amino penyusunnya. Saat chyme memasuki usus kecil, ia bercampur dengan enzim bikarbonat dan pencernaan.

Bikarbonat menetralkan HCl asam, dan enzim pencernaan memecah protein menjadi peptida yang lebih kecil dan asam amino. Hormon-hormon pencernaan secretin dan CCK dilepaskan dari usus kecil untuk membantu proses pencernaan, dan proenzim pencernaan dilepaskan dari pankreas (trypsinogen dan chymotrypsinogen).

Enterokinase, enzim yang terletak di dinding usus kecil, mengaktifkan trypsin, yang pada gilirannya mengaktifkan chymotrypsin. Enzim-enzim ini membebaskan asam amino individu yang kemudian diangkut melalui transporter asam natrium-amino melintasi dinding usus ke dalam sel.

Asam amino kemudian diangkut ke dalam aliran darah untuk disebarkan ke hati dan sel-sel di seluruh tubuh untuk digunakan untuk membuat protein baru.

Ketika berlebihan, asam amino diproses dan disimpan sebagai glukosa atau keton. Limbah nitrogen yang dibebaskan dalam proses ini dikonversi menjadi urea dalam siklus asam urea dan dihilangkan dalam urin. Pada saat kelaparan, asam amino dapat digunakan sebagai sumber energi dan diproses melalui siklus Krebs.

Lebih lanjut pencernaan Protein

Protein yang dikonsumsi  oleh manusia  umumnya  berasal dari lauk pauk dan kacang-kacangan. Protein masuk ke dalam tubuh akan mengalami proses pencernaan dan berubah  menjadi asam amino. Pada proses pencernaan  ini  dihasilkan  zat sisa yang berupa feses. selanjutnya didefekasikan  melalui anus.

Asam amino hasil pencernaan selanjutnya akan ditransportasikan oleh plasma darah melalui  sistem sirkulasi   menuju ke sel/jaringan.  Di dalam sel/laringan asam amino akan dipergunakan sel untuk pertumbuhan, perkembangan, restitusi sel, dan mensintesis enzim dan hormon.  Jika jumlah  asam amino  berlebih, sisanya akan dioksidasi melalui   peristiwa   respirasi   untuk  menghasilkan   energ.  Respirasi dengan menggunakan substrat asam amino akan menghasilkan  zat sisa berupa senyawa CO2,  H2O,  NH3, dan NH4OH.

CO2 dan H2O dalam  bentuk gas dari set diangkut  oleh plasma darah dalam pembuluh  darah menuju ke paru-paru untuk diekskresikan keluar tubuh.  Sedangkan H2O dalam bentuk cair akan diangkut menuju  ke kulit  dan  ginjal.  H2O  setelah  sampai  di  kulit  akan  diekskresikan dalam bentuk keringat dan H2O setelah sampai di ginjal akan diekskresikan  dalam bentuk urine.

Senyawa NH3 dan NH4OH  merupakan senyawa yang bersifat racun yang sangat membahayakan sel. Oleh sebab itu, sebelum dikeluarkan harus diubah dahulu  menjadi menjadi urea di dalam  hati, sehingga tidak berbahaya bagi tubuh.  Dalam bentuk urea, sisa metabolisme ini dipindahkan  ke ginjal  untuk dieskskresikan  dalam  bentuk urine.

Proses Metabolisme Protein

Proses penguraian protein dalam tubuh meliputi reaksi deaminasi, dekarboksilasi dan transaminasi. Proses ini juga berkaitan dengan siklus urea, beberapa biosintesis asam-asam amino dan bagaimana keterkaitan antara metabolisme protein dengan metabolisme karbohidrat dan lipid ( Murray, 2001).

Hati merupakan organ tubuh di mana terjadi reaksi katabolisme maupun anabolisme protein. Asam-asam amino yang terbentuk dibawa oleh darah ke dalam jaringan untuk digunakan. Proses anabolik maupun 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. Banyaknya asam amino dalam darah tergantung pada keseimbangan antara pembentukan asam amino dan penggunaannya. Bila  kelebihan asam amino dari jumlah yang digu­nakan untuk biosintesis protein, maka kelebihan asam amino akan diubah menjadi asam keto yang dapat masuk ke dalam siklus asam sitrat atau diubah menjadi urea. Hati berfungsi sebagai pengatur konsentrasi asam amino dalam darah (Stryer, 2000).

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 (Stryer,2000) :

Sel-sel mati, lalu komponennya mengalami proses penguraian atau katabolisme dan dibentuk sel-sel baru.
Masing-masing protein mengalami proses penguraian dan terjadi sintesis protein baru, tanpa ada sel yang mati.
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 (Murray, 2001).

Secara ringkas metabolisme protein mahluk hidup ditunjukkan pada Gambar berikut :

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 (Murray, 2001).

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.

Degradasi protein (katabolisme)  terjadi dalam dua tahap (Stryer, 2000) :

Protein yang terdapat di dalam sel dan makanan didegradasi menjadi monomer penyusunnya (asam amino) oleh enzim protease yang khas. Protease tersebut dapat berada di dalam lisosom maupun dalam lambung dan usus. Katabolisme protein makanan pertama kali berlangsung di dalam lambung. Di tempat ini protease khas (pepsin) mendegradasi protein dengan memutuskan ikatan peptida yang ada di sisi NH2 bebas dari asam amino aromatik, hidrofobik, atau dikarboksilat. Kemudian di dalam usus protein juga didegradasi oleh protease khas seperti tripsin, kimotripsin, karboksipeptidase dan elastase. Hasil pemecahan ini adalah bagian-bagian kecil polipeptida. Selanjutnya senyawa ini dipecah kembali oleh aktivitas aminopeptidase menjadi asam-asam amino bebas. Produk ini kemudian melalui dinding usus halus masuk ke dalam aliran darah menuju ke berbagai organ termasuk ke dalam sel ( Murray, 2001).

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).

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. 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.

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.

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. Dekarboksilasi asam amino merupakan cara lain dalam degradasi asam amino penyusun protein. Reaksi ini menghasilkan senyawa amin.

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.