Sabtu, 04 Januari 2014

Metabolisme Lisin




PENDAHULUAN


            Lisin merupakan asam amino esensial pembatas pertama bagi ayam. Lisin disebut esensial karena tidak dapat disintesis dalam tubuh sehingga harus tersedia dalam ransum. Disebut sebagai pembatas pertama karena ketersediaanya dalam ransum juga sedikit, terutama pada ransum ayam yang sebagian besar penyusunnya adalah bahan pakan nabati seperti jagung, bekatul, pollard, bungkil.   
        Peranan lisin sangat vital dalam metabolisme, karena lisin digunakan untuk sintesis protein maupun menyusun komponen penting lainnya yang digunakan untuk metabolisme. Lisin berperan penting dalam penyediaan energi, pertumbuhan tulang, dan pembentukan otot. Lisin yang disediakan dalam ransum ayam harus cukup dan seimbang jumlahnya. Lisin memiliki hubungan antagonisme dengan arginin, salah satu asam amino esensial lainnya. Gangguan metabolisme dan gangguan pertumbuhan akan terjadi jika rasio antara lisin dan arginin tidak tepat.

PEMBAHASAN

Peranan Lisin dalam Performans Ayam

Lisin mempunyai fungsi untuk membantu penyerapan kalsium (Ca) yang dibutuhkan dalam pembentukan tulang atau membentuk rangka sehingga meningkatkan pertumbuhan (Si et al., 2001; Labadan et al., 2001 dalam Coleman dan Korver, 2005), pembentukan kolagen tulang (Mayes et al., 1987), meningkatkan massa otot (Rincon dan Leeson, 2004) dan menurunkan kadar lemak dan kolesterol daging (Ratni et al., 2005). Berdasarkan penelitian Odutuga dan Amballi (2007) menyatakan bahwa tikus yang diberi pakan rendah kandungan lisin akan mengakibatkan gangguan pada proses mineralisasi tulang sehingga kandungan mineral tulang yaitu fosfor (P) dan kalsium (Ca) sedikit, mengakibatkan tulang tidak kokoh.
mineralisasi tulang

          Protein otot kaya akan lisin, terutama pada otot dada (Coleman dan Korver, 2005). Otot yang terdapat pada dada ayam adalah pectoralis major dan minor, yang dikenal sebagai fillet dan tender. Peningkatan kualitas pakan bertujuan untuk meningkatkan konformasi dan massa pectoralis major. Komposisi dan keseimbangan asam amino mempengaruhi laju akresi pectoralis major untuk penggunaan nutrien (Corzo et al., 1995).

otot dada ayam

          Asam amino merupakan faktor anabolik yang mempengaruhi metabolisme protein. Ayam yang mengalami defisiensi asam amino pembatas tertentu, misalnya lisin akan mengalami penurunan pertumbuhan dan akresi protein, yang berpengaruh drastis terhadap perkembangan otot dada. Suplementasi lisin pada ransum yang kekurangan lisin dapat menyeimbangkan asam amino yang berfungsi untuk memodifikasi jumlah protein yang disintesis dan didegradasi pada ayam. Variasi kandungan lisin pakan mempengaruhi ekspresi gen yang berkaitan dengan proteolisis otot ayam. Aktivasi sistem proteolitik (lysosomal, ubiquitin-proteasome–dependent, dan Ca2+ dependent systems) dipengaruhi oleh lisin dalam pakan (Tesseraud et al., 2008). Deposisi protein akan meningkat jika protein yang disintesis melebihi protein yang didegradasi (Suthama, 1990).  Menurut Urdaneta-Rincón dan Leeson (2008), deposisi protein meningkat sesuai peningkatan konsumsi asam amino.
Selle et al., (2007) menjelaskan bahwa ayam broiler yang diberi suplementasi L-lisin dapat meningkatkan kecernaan pada ileum dan juga dapat meningkatkan daya cerna asam amino yang lain seperti isoleusin, fenilalanin, valin, asam aspartat dan tirosin.

Katabolisme Lisin

            Seperti semua asam amino, katabolisme lisin terjadi pada lisin pakan maupun dari pemecahan protein intraselular. Pengangkutan lisin dalam usus halus dilakukan oleh transporter protein yang spesifik. Dalam sebagian besar jaringan, asam amino kationik dibawa oleh sistem yang tergantung pada ion Na+, khusunya pada L-isomer dari lisin, arginin dan ornitin. Sistem transpor ini dikenal sebagai sistem Y(+) dan transporter tergolong dalam keluarga SCL7 dari transporter membran.

            Setidaknya ada tiga mekanisme transport dari transport lisin. Sistem Y(+) dapat dihambat oleh leusin ketika ada Na+, tetapi afinitas leusin berkurang jika tidak ada natrium. Kerja sistem Y(+) dihambat oleh leusin dengan afinitas tinggi dan juga alanin. Lisin dari pakan di dalam saluran pencernaan akan bergabung dengan asam amino lainnya membentuk protein atau mengalami katabolisme. Jalur katabolisme lisin yang utama terjadi di hati, dimulai dengan pembentukan  gabungan antara lisin dan 2-oxoglutarate (α-ketoglutarate) yang disebut saccharopine (King, 2013).
            Katabolisme lisin tidak umum terjadi karena grup ε-amino ditransfer pada karbon α-keto dari 2-oxoglutarate dan ke dalam nitrogen pool yang umum. Reaksi pemindahan grup ε-amino ke karbon α-keto dari 2-oxoglutarate merupakan reaksi transaminasi yang menghasilkan metabolit saccharopine. Tidak seperti reaksi transaminasi lainnya, reaksi ini tidak menggunakan pyridoxal phosphate sebagai kofaktor. Pembentukan saccharopine dan hidrolisisnya menjadi α-aminoadipic-6-semialdehyde dikatalisis oleh enzim dwifungsi, α-aminoadipic semialdehyde synthase. Reaksi ini menghasilkan sisa amino nitrogen dengan α-carbon of 2-oxoglutarate, menghasilkan glutamate dan α-aminoadipic-6-semialdehyde. Lisin menjadi asam amino esensial karena reaksi transaminasi ini tidak reversible.

            Dua reaksi pertama dari katabolisme lisin dikatalisis oleh dua macam agen, yaitu 2-oxoglutarate reductase (LYS1) dan saccharopine dehydrogenase (LYS9). Hasil akhir dari katabolisme lisin dengan jalur ini adalah acetoacetyl-CoA. Rendahnya aktivitas LYS1 atau LYS9 dapat menghasilkan kelainan katabolisme yang disebut hyperlysinemia, yang ditandai dengan tingginya kandungan lisin atau saccharopine dalam urine (King, 2013).
            Salah satu jalur katabolisme lisin yang bersifat minor namun penting adalah jalur asam pipecolic. Asam pipecolic (2-carboxypiperdine) dikenal sebagai asam amino non protein yang tersebar luas dalam tanaman dan diturunkan dari katabolisme lisin pada mammalia. Katabolisme lisin melalui jalur asam pipecolic berperan penting dalam sistem saraf pusat. Katabolisme lisin melalui jalur ini mencakup konversi ke dalam α-keto-ε-amino-asam caproic acid dan kemudian ke dalam asam pipecolic. Asam pipecolic kemudian diubah menjadi α-aminoadipic semialdehyde yang juga merupakan produk dari jalur saccharopine dari katabolisme lisin. Pembentukan α-aminoadipic semialdehyde dari asam pipecolic dikatalisasi oleh α-aminoadipic semialdehyde dehydrogenase (AASA dehydrogenase) (King, 2013).
            Gangguan pada sistem transport lisin menyebabkan kegagalan metabolisme lisin sehingga menurunkan sintesis protein dalam tubuh. Carrier asam amino yang sama digunakan untuk mengangkut arginin, sehingga jika terjadi gangguan juga akan menyebabkan defisiensi arginin melebihi jumlah ornitin yang tersedia untuk siklus urea. Akibatnya terjadi hyperammonemia setelah mengonsumsi pakan yang tinggi protein. Penambahan sitrulin dalam pakan dapat mencegah hyperammonemia (King, 2013).
            Katabolisme L-lisin memerlukan 7 reaksi yang berkelanjutan, yang terakhir adalah jalur katabolisme asam lemak. Dapat dilihat dalam ilustrasi di bawah ini, lisin berkombinasi dengan alpha-ketoglutarate untuk membentuk saccharopine, yang membelah dan teroksidasi menjadi glutamat dan alpha-ketoadipic semialdehyde. Molekul tersebut dioksidasi menjadi alpha-ketoadipate. Alpha-ketoadipate mengalami karboksilasi oksidatif oleh kompleks alpha-ketoglutarate dehydrogenase sehingga menghasilkan glutaryl–CoA. Glutaryl-CoA diubah menjadi crotonoyl-CoA, crotonoyl-CoA diubah menjadi beta-hydroxybutyryl-CoA. Beta-hydroxybutyryl-CoA diubah menjadi acetoacetyl-CoA. Acetoacetyl-CoA diubah menjadi acetyl-CoA dengan bantuan enzim acetyl-CoA D- acetyltransferase. Semua reaksi ini terjadi dalam matriks mitokondria. Acetyl-CoA yang dihasilkan akan memasuki siklus asam sitrat (Lehninger, 2005).

Produk katabolisme lisin bersifat ketogenik, dalam kondisi puasa akan membentuk badan keton, beta-hydroxybutirate dan acetoacetate, tetapi bukan untuk membentuk glukosa. Dalam metabolisme lisin terbentuk berbagai produk sampingan dari lisin, antara lain allisin, hidroksilisin, dan trimetil lisin serta berbagai turunannya (Salway, 2004).
            Allisin adalah turunan dari lisin yang digunakan untuk produksi elastin dan kolagen. Allisin diproduksi oleh aksi enzim lysyl oksidase pada lisin di matriks ekstraseluler dan penting dalam pembentukan jalur penghubung yang menstabilkan kolagen dan elastin. 5-hidroksilisin adalah turunan hidroksi dari lisin yang dikenal sebagai komponen kolagen, terbentuk dari biosintesis lisin secara oksidasi oleh enzim lysyl hidroksilase. Hidroksilisin diproduksi ketika kolagen terdegradasi (Salway, 2004).

                   

Biosintesis dan Metabolisme Karnitin


            Karnitin adalah produk penting lainnya dari metabolisme lisin. Lisin merupakan prekursor bagi pembentukan karnitin. Karnitin (asam β-hidroksi-γ-N-trimetilaminobutirat) adalah asam animo non esensial bercabang yang disintesis dari asam amino esensial lisin dan metionin. Asam askorbat, zat besi, pridoksin dan niasin adalah kofaktor dalam biosintesis karnitin. L-karnitin merupakan bentuk stereoisomer aktif secara biologis yang terkandung dalam pakan dan diserap sel-sel enterosit usus halus. Karnitin yang tidak tersedia dalam pakan disintesis di ginjal, hati dan otak. Otot jantung dan rangka membutuhkan karnitin dalam konsentrasi tinggi namun tidak mampu melakukan sintesis. Hampir semua karnitin tersedia secara intraselular. Karnitin berperan dalam oksidasi asam lemak dan juga mempengaruhi metabolisme karbohidrat (Flanagan et al., 2010).
            Karnitin merupakan perantara untuk transportasi asam lemak ke dalam mitokondria. Defisiensi karnitin dapat menyebabkan penurunan transportasi asam lemak ke dalam mitokondria sehingga mengurangi laju β-oksidasi. β-oksidasi merupakan proses di mana molekul asam lemak didegradasi dalam mitokondria untuk membentuk acetyl-CoA. Defisiensi karnitin dapat disebabkan oleh kekurangan lisin yang merupakan prekursornya atau karena kekurangan enzim yang menyintesis karnitin dari lisin (Yu et al., 2004).
            Pembentukan karnitin dari prekursor lisin dapat dilihat pada ilustrasi di bawah ini  Rangkaian biosintesis karnitin di hati dimulai dari transformasi N6-trimetil-lisin menjadi 3-hidroksi-N6-trimetil-lisin yang menjadi 4-trimetilammoniobutirat dan kemudian menjadi karnitin (Lehninger, 2005). Prekursor untuk pembentukan karnitin bukan lisin bebas, melainkan lisin yang terdapat pada beberapa jenis protein. Beberapa protein memodifikasi lisin menjadi trimetil lisin menggunakan SAM sebagai donor metil untuk mentransfer grup metil ke rantai ε-amino  dari lisin.  Hidrolisis protein yang mengandung trimetil lisin menyediakan substrat untuk rangkaian konversi ke karnitin (King, 2013).



Karnitin berperan penting dalam keseimbangan energi antara membran sel dan metabolisme energi jaringan otot jantung dan otot rangka yang memperoleh sebagian besar energi dari oksidasi asam lemak. Pengangkutan karnitin ke otot jantung dan otot rangka merupakan transport aktif yang melawan gradien konsentrasi. Karnitin juga mengatur rasio coenzyme A (CoA)/acyl CoA dalam mitokondria, modulasi yang mengurangi akumulasi komponen acyl CoA beracun dan meningkatkan produksi energi. Karnitin berperan dalam volume sel dan keseimbangan cairan di semua jaringan yang terkait dengan kondisi isotonik, hipertonik, atau hipotonik pada lingkungan ekstraselular (Flanagan et al., 2010).

karnitin dalam metabolisme lemak dan karbohidrat

karnitin berperan sebagai pembawa asam lemak rantai panjang ke dalam mitokondria untuk beta oksidasi

Karnitin dapat meningkatkan leaness pada hewan. Menurut Cave et al.  (2008), suplementasi karnitin pada tikus yang mengalami obesitas dan resistensi insulin dapat meningkatkan toleransi glukosa dan peningkatan energi. Karnitin palmitoyltransferase (CPT)-1 diperlukan pada tahapan pertama oksidasi asam lemak dan digunakan untuk menangani obesitas.
            Karnitin juga berkaitan dengan kekuatan tulang. Menurut Patano et al. (2008), sebanyak 40 – 80% kebutuhan energi sel-sel osteoblast diperoleh dari oksidasi asam lemak. Peningkatan oksidasi asam lemak dapat meningkatkan ketersediaan energi untuk sintesis protein pada osteoblast. Suplementasi L-karnitin pada tikus menurunkan laju bone turnover dan meningkatkan kepadatan tulang.

Biosintesis Kolagen

            Kolagen berfungsi untuk mengikat dan menguatkan matriks ekstraselular. Ada beberapa tipe kolagen. Kolagen tipe I terdapat pada tulang, kulit, tendon, fascia, dan akhir penyembuhan luka. Kolagen tipe II terdapat pada kartilago, termasuk hialin pada trakea, badan bening (pada mata), dan nukleus pulposus. Kolagen tipe III terdapat pada kulit, pembuluh darah, uterus, jaringan fetus, dan jaringan granulasi. Kolagen tipe IV terdapat pada membran dasar dari basal lamina. Kolagen tipe VI terdapat pada kulit, kartilago, plasenta, paru-paru, pembuluh darah, intervebral disc. Kolagen tipe VII terdapat pada kulit, perbatasan antara dermal-epidermal, mukosa mulut, dan serviks. Kolagen tipe VIII terdapat pada sel endothelial. Kolagen tipe IX terdapat dalam kartilago, kornea, dan vitrous humor pada mata. Kolagen tipe X terdapat pada kartilago hipertrofi, dan masih banyak tipe lainnya (Gelse et al., 2003).
            Biosintesis kolagen terjadi dalam fibroblast melalui 6 tahapan, yaitu sintesis, hidroksilasi, glikosilasi, eksositosis, proses proteolitik, dan cross linking. Sintesis terjadi dalam retikulum endoplasma kasar, yaitu dengan melalui translasi dari rantai alfa kolagen (preprocollagen), yaitu rantai polipeptida Gly-X-Y. X dan Y adalah prolin, hidroksiprolin, atau hidroksilisin. Hidroksilasi terjadi di retikulum endoplasma, dilakukan pada residu prolin dan lisin oleh enzim hidroksilase dengan menggunakan vitamin C dan zat besi sebagai kofaktor. Glikosilasi terjadi di retikulum endoplasma, yaitu pada residu lisin rantai pro-alfa, selain itu juga terjadi pembentukan pro kolagen yang merupakan rantai alfa 3 kolagen berbentuk triple helix. Eksositosis terjadi di luar fibroblast. Proses proteolitik merupakan pembelahan bagian terminal dari prokolagen sehingga menjadi tropokolagen yang tidak mudah larut. Cross linking merupakan penguatan dari molekul-molekul tropokolagen yang rapuh. Cross linking dilakukan oleh enzim lysyl oksidase dengan menautkan molekul-molekul tersebut pada kovalen lisin-hidroksilisin untuk membentuk fibril-fibril kolagen (Diegelmann, 2001). Proses biosintesis kolagen dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
 

Kolagen berfungsi untuk mengikat dan menjaga integritas jaringan dan organ, baik sebagai matriks pengisi maupun membran dasar. Reseptor spesifik memperantarai interaksi dengan kolagen, seperti integrin, reseptor discoidin-domain, glikoprotein VI atau reseptor proteoglikan khusus. Reseptor-reseptor tersebut memberi sinyal seperti pelekatan (adhesi), diferensisasi, pertumbuhan, dan reaktivitas selular maupun daya tahan sel. Kolagen berperan dalam penyimpanan dan pengiriman growth factor serta cytokines, sehingga berperan penting selama pertumbuhan organ, penyembuhan luka dan perbaikan jaringan.  Kolagen tipe I mengikat decorin sehingga dapat memblokir aksi TGF-h dalam jaringan. Kolagen juga mengikat sejumlah growth factor dan cytokines. IGF-I dan IGF-II terikat pada matriks kolagen tulang sehingga tulang merupakan penampungan terbesar bagi growth factor dalam tubuh (Gelse et al., 2003).

DAFTAR PUSTAKA

Cave, M.C, R.T. Hurt, T.H. Frazier, P.J. Matheson, R.N. Garrison, C.J. McClain, and S.A. McClave. 2008. Obesity, inflammation, and the potential application of pharmaconutrition. Nutr. Clin. Pract. 23:16-34.

Flanagan, J.F., P.A. Simmon, J. Vehige, M.D.P. Willcox and Q. Garrett. 2010. Role of carnitine in disease. Nutrition and Metabolism 7 : 30

Gelse, K., E.Poschl, and T. Aigner. 2003. Collagens-structure, function and  biosynthesis. Advanced Drug Delivery Reviews 55 : 1531 – 1546.

King, M.W. 2013. Amino Acids Synthesis and Metabolism. themedicalbiochemistrypage.org/amino-acid-metabolism.php (Diakses 28 Desember 2013).

Lehninger, A.L. 2005. Lehninger Principles of Biochemistry 4th ed. W.H Freeman, New York.
Mayes, P.A., D.K. Granner, V.W. Rodwell, dan D.W. Martin. 1987. Biokimia Harper. Ed. Ke-20. EGC Penerbit Buku Kedokteran, Jakarta. (Diterjemahkan oleh Iyan Dermawan).

Odutuga, A.A. and A.A. Amballi. 2007. Effects of lysine and essential fatty acid deficiencies on bone growth and development in the rat. Pakistan Journal of Nutrition 6 (3): 234-237

Patano, N., L. Mancini, M.P. Settanni, M. Strippoli, G. Brunetti, G. Greco, R.  Tamma, R. Vergari, F. Sardelli, A. Koverech, S. Colucci, A. Zallone and M. Grano. 2008. L-carnitine fumarate and isovaleryl-L: -carnitine fumarate accelerate the recovery of bone volume/total volume ratio after experimetally induced osteoporosis in pregnant mice. Calcif. Tissue Int. 82: 221 - 228.

Ratni, E., Alfajri, D. Afriko, D. Trizamadani, dan S.P. Surya. 2005. Upaya Penurunan       Lemak Tubuh Ayam Broiler Melalui Penambahan Metionin dan Lisin  sebagai Prekursor Karnitin dalam Ransum. PKMP Universitas Andalas, Padang.

Salway, J.G. 2004. Metabolism at a Glance 3rd ed. Blackwell Pub., Alden.
Selle, P. H., V. Ravindran, G. Ravindran and W. L. Bryden. 2007. Effects of dietary lysine and microbial phytase on growth performace and nutrient utilisation of broiler chickens. Asian-Aust. J. Anim. Sci. 20 (7): 1100 – 1107.

Urdaneta-Rincón, M. dan S. Leeson. 2008. Evaluation of varied dietary crude protein and lysine level at 5.7% of crude protein on productive parameters in broiler chickens. Revista Científica 18 (2) : 154 – 159.





Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Silahkan berkomentar di sini, tapi gunakan bahasa yang sopan & jangan menyinggung suku, agama / ras