Protein dan Asid Amino

Atas permintaan beberapa rakan yang ingin mendalami apa itu protein dan asid amino, saya berhasrat untuk menulis semula perbincangan kami dalam entri ini. Saya ingin memohon maaf sekiranya entri ini sedikit detail dan mungkin tidak sesuai dibaca beginner atau mass public. Walaubagaimanapun saya harap penulian ini mampu membantu mereka yang nak faham dan nak belajar bagaimana rupanya metabolisma tubuh badan kita secara am terutama apabila melibatkan protein. 

Penerangan yang akan saya kongsikan ini adalah berdasarkan pemahaman saya sahaja dan sekiranya ada pembetulan atau penambahbaikan, harap dapat dikongsikan pada ruangan komen.

#1 – Apa itu protein?

Semua tahu protein adalah salah satu kelas makanan selain dari karbohidrat dan lemak. Semua percaya (boleh jadi betul, boleh jadi tidak) mengambil lebih protein ketika proses ‘diet’ mampu membantu untuk mengekalkan otot dan mempercepatkan proses bakar lemak.

Anda tahu protein dari segi namanya, jenisnya (putih telur, whey, soy based, etc), namun tahukah anda apa itu protein sebenarnya? Mari kita ‘bedah’ sedikit defiisi protein.

Protein merupakan suatu molekul biologi yang besar. Besar di sini bukan bermaksud besar sama seperti bola mata anda atau ‘tahi hidung’ anda. Besar di sini bermaksud dari konteks molekular, ia lebih besar dan boleh dikenalpasti berbanding molekul-molekul yang lebih kecil.

Protein merupakan suatu pengelasan terhadap sekumpulan zat yang terikat membentuk rantaian yang panjang, dan zat-zat ini dikenali sebagai asid amino. Untuk memudahkan anda faham, bayangkan setandan anggur itu seperti molekul protein, maka sebutir anggur itu adalah asid amino. Setandan anggur tidak akan wujud jika tiadanya butir-butir anggur ini. Sama juga kesnya dengan protein, protein tidak akan wujud jika tiadanya asid-asid amino yang membentuknya.

Gabungan beberapa asid amino yang pelbagai jenis akan membentuk beberapa siri peptida dan protein

Gabungan beberapa asid amino yang pelbagai jenis akan membentuk beberapa siri peptida dan protein

Satu molekul protein terdiri dari beberapa jenis asid amino yang berbeza, juga kuantiti setiapnya juga berbeza. Sebagai contoh protein bernama Beta-lactoglobulin (sejenis protein yang terdapat dalam whey) terdiri dari banyak Leucine dan Isoleucine, namun kandungan Proline nya amat sedikit (rujuk rajah di bawah).

betalacto

Walaubagaimanapun dalam protein soya, situasi sebaliknya berlaku.

soyvswhey

#2 – Fungsi protein

Selalunya bila sebut protein, ramai mesti ingat otot, otot dan otot, seolah-olah protein tu tak ada tujuan lain selain dari otot otot otot. Sebenarnya, terdapat berbagai jenis protein dalam badan manusia dan setiapnya mempunyai fungsi yang berbeza.

Sebagai contoh, protein dalam bentuk enzim dan hormon menjadi katalis yang mengawal satu-satu tindak balas kimia dalam badan. Protein dalam bentuk otot dan tendon pula penting untuk kontraksi dan pergerakan manusia, protein dalam bentuk otot licin seperti usus dan salur darah penting sebagai medium pengangkutan, protein dalam bentuk kulit dan rambut pula bertindak sebagai pelindung pertama manusia, manakala protein dalam bentuk hemoglobin bertindak sebagai ‘kenderaan’ yang mengangkut oksigen ke serata badan.

Secara asasnya juga fungsi protein ditentukan oleh jenis strukturnya, dikenali dengan istilah ‘conformation‘. Protein mampu membentuk empat jenis struktur yang berlainan iaitu struktur primer (terdiri dari beberapa susunan asid amino), struktur sekunder, struktur tertier dan struktur quarter (protein kompleks).

  • Protein adalah bahan binaan terpenting untuk sistem biologi yang kompleks seperti manusia.
  • Asid amino adalah unit asas (monomer) bagi protein (polymer).
  • Susunan asid amino dan rupa strukturnya yang berlainan akan menentukan fungsinya sama ada sebagai enzim, hormon, collagen (kulit) dan sebagainya.
  • Selain protein, lemak dan karbohidrat juga adalah polymer.

gluko-glyco

#3 – Bagaimana badan mendapat protein?

Sebelum saya mula cerita jauh apa itu asid amino, ada baiknya jika saya terangkan sedikit apa itu konsep makan dan pencernaan.

Makronutrien seperti karbohidrat, protein dan lemak pada asalnya wujud sebagai polymer dalam makanan. Sebagai contoh, sebutir nasi yang bulat berwarna putih merupakan suatu polymer karbohidrat (monomernya adalah glukosa). Begitu juga dengan isi ayam yang berbentuk seperti jaringan serat apabila dicarik, ia juga merupakan suatu polymer yang kita kenali sebagai protein.

Menerusi sistem pencernaan, makanan atau polymer tersebut akan dipecahkan kepada bentuk yang lebih ringkas (monomer) di dalam perut agar mudah diserap dan dibawa ke serata badan, sebelum digunakan dalam membina tubuh badan kita.

Untuk pengetahuan anda, badan sebenarnya tidak pernah kisah pun nama makanan yang anda ambil. Apa yang badan nak dari makanan-makanan anda cumalah zat yang bernama monosaccharide (gula paling ringkas seperti glukosa dan fruktosa), asid amino dan asid lemak. Juga sudah pasti nutrien-nutrien ringkas lain seperti vitamin dan mineral.

Anda makanlah apa-apa pun, akhirnya makanan-makanan tersebut akan dipecahkan (menerusi tindak balas enzim dan asid gastrik) dan badan akan perolehi zat-zat kecil ini dengan jayanya.

Dalam kes protein, jika anda makan ayam, at the end of the day, protein yang terkandung dalamnya akan hancur menjadi sebilangan asid amino yang berbagai jenis lalu mereka diserap. Anda makan telur, proses yang sama juga berlaku. Anda minum whey, proses yang sama juga berlaku. Anda makan soya, proses yang sama juga berlaku. Yang membezakannya cuma adalah jenis dan komposisi asid amino tersebut.

plenty-food

Kenapa kena ada sistem pencernaan?

Secara semulajadi, makanan-makanan yang kita ambil adalah polymer. Hal ini kerana secara semulajadi semua sebatian kimia tidak boleh “wujud” secara bersendirian. Sama juga seperti kita, adalah mustahil untuk kita hidup secara sendirian sebaliknya kita wujud dalam satu komuniti.

Bertunjangkan sinergi ini, sumber makanan yang ada di sekeliling kita wujud sebagai sesuatu yang ‘solid’ sebagai diri mereka sendiri. Sebagai contoh nasi, rupanya berbutir-butir, sayur berdaun rupanya seperti lembaran, daging dan isi ayam rupanya seperti serat membentuk struktur yang kukuh dan sukar untuk dicarik. ‘Solid’ ini terbentuk disebabkan mereka adalah polymer.

Justeru, untuk badan kita mendapat nutrien-nutrien (monomer), struktur polymer ini perlu dipecahkan agar monomer-monomer seperti monosaccharide, asid amino dan asid lemak dapat diserap ke dalam badan, manakala bahan yang tidak diperlukan oleh badan akan disingkirkan sebagai tinja. Proses ini adalah apa yang kita kenali sebagai pencernaan dan saya menggelarnya sebagai penapis nutrien, nutrien ambil, yang tertapis (tinja) kita buang.

penapis

Secara analogi, proses ini juga ibarat melombong logam berharga seperti emas dan perak di dalam tanah. Untuk mendapatkan logam berharga, kita perlu mencari kawasan yang sesuai sebelum tanah tersebut digali dalam usaha mendapatkan ‘entiti’ yang kita cari iaitu emas. Emas dianggap penting kerana ia bernilai dan boleh ditukarkan dengan barang lain dalam melengkapi kehidupan seharian kita. Sebaliknya elemen-elemen dalam tanah yang lain akan disingkirkan kerana mereka tidak bernilai.

Dalam kes ini, emas adalah “nutrien” dalam memastikan kita mampu mendapatkan keperluan asas yang mencukupi. Konsep inilah merupakan tujuan sebenar proses pencernaan sekali gus menjustifikasikan pernyataan “makan untuk hidup” dan bukannya “hidup untuk makan”.

#4 – Asid amino

Sehingga point ini, anda pasti tahu dan sudah faham bahawa Asid amino adalah unit asas protein. Namun bukan semua asid amino yang wujud dalam dunia ini adalah unit asas protein – maksudnya ada juga asid amino yang boleh hidup sendirian tanpa perlu membentuk polymer. Asid amino ini dikenali sebagai non-proteinogenic dan bilangan mereka sehingga hari ini masih tidak diketahui (maksudnya, memang banyak tak terkira). Contoh asid amino non-proteinogenic yang diketahui adalah GABA, carnitine dan creatine.

Manakala asid-asid amino yang merupakan unit asas / monomer protein pula dikenali sebagai asid amino proteinogenic; mereka ada 23 jenis dan 22 daripadanya wujud dalam sistem badan manusia, namun 9 daripadanya tak boleh hasilkan sendiri oleh tubuhbadan kita justeru perlu diambil menerusi diet seperti yang diterangkan dalam point #3 tadi. 9 jenis asid amino ini dikenali sebagai asid amino essential (essential amino acids atau EAA). Saya pernah cerita dahulu tentang topik ini di sini.

9 jenis asid amino essential – leucine, isoleucine, valine (ketiga-tiganya adalah BCAA), phenylalanine, threonine, tryptophan, methionine, histidine dan lysine.

#5 – Fungsi asid amino

Setelah diserap ke dalam badan, asid-asid amino ini akan digunakan untuk beberapa proses. Dalam kes normal (isocaloric diet atau ada keseimbangan kalori masuk dan kalori keluar), asid-asid amino akan digunakan untuk membentuk pelbagai jenis protein yang diperlukan badan seperti hemoglobin, enzim, hormon, dan semestinya topik kesukaan abang-abang sado, otot.

Proses ini dikenali sebagai translasi protein atau sintesis protein, yang mana badan akan hasilkan beberapa salinan protein berdasarkan template yang badan dah ada, cuma bilangannya tak banyak dan perlu diperbanyakkan. Template ini pula di simpan di mana lagi kalau bukan dalam nukleus sel kita – DNA. Proses salin menyalin (fotostat banyak-banyak) inilah yang dikenali saintis sebagai central-dogma of biology.

Contohnya, badan perlu menghasilkan hemoglobin dalam bilangan tertentu, lalu DNA (menerusi mRNA) yang mempunyai kod genetik hemoglobin akan ‘menyalin’ semula kod tersebut menggunakan asid-asid amino yang diperolehi dari point #3. Kod genetik ini mempunyai kombinasi codon tertentu yang mana setiap codon mewakili jenis asid amino tertentu, dengan ‘resepi’ yang tertentu, justeru amat penting sekiranya kita mendapatkan ‘bekalan’ asid-asid amino yang berbagai jenis, terutamanya dari jenis EAA untuk menghasilkan proses ini berjalan lancar.

Untuk memudahkan anda memahami proses ini, saya sertakan video di bawah sebagai rujukan.

#6 – Adakah kemungkinan asid amino turut digunakan sebagai sumber tenaga? 

Dalam kes-kes tertentu, jawapannya ya. Contoh, ketika ketiadaan sumber karbohidrat, beberapa jenis asid amino akan ditukarkan kepada glukosa – proses ini dikenali sebagai gluconeogenesis. Mengapa ditukarkan kepada glukosa? Ini kerana glukosa merupakan sumber tenaga utama dalam sistem tenaga selain ia juga boleh digunakan dalam respirasi anaerobik (sumber tenaga lain tak boleh) sekiranya keadaan memerlukan, contoh ketika dikejar anjing namun ketika itu badan kekurangan sumber glycogen. Rasa-rasa mana badan nak cekau ATP selain dari sistem phosphagen?

Asid-asid amino yang boleh ditukarkan kepada glukosa ini dikenali sebagai glucogenic amino acids dan ada 13 jenis kesemuanya. Apabila sudah ditukarkan kepada glukosa, ia boleh melalui sama ada respirasi aerobik (melalui kitar tenaga) dan respirasi anaerobik (Rujuk gambar di bawah).

Walaubagaimanapun, terdapat 2 asid amino yang tidak boleh ditukarkan kepada glukosa sebaliknya hanya boleh terus ditukar kepada acetyl-coA lalu masuk ke kitar tenaga – 2 asid amino ini dikenali sebagai ketogenic amino acids dan mereka adalah leucine dan lysine. Lambakan acetyl-coA yang terhasil namun tidak digunakan dalam kitar tenaga akan mengakibatkan acetyl-coA ditukar kepada ketone bodies lalu membawa kepada ketosis dan ketonuria.

Penerangan ini telah saya simpulkan dalam rajah di bawah.

glucogenic

Sebagai contoh, misal kata seorang yang berpuasa lalu mengambil pil BCAA (Branched-Chain Amino Acids) tanpa kehadiran karbohidrat, tanpa makan benda lain. BCAA mengandungi 3 jenis asid amino iaitu Leucine, Isoleucine dan Valine. Apa yang berlaku seterusnya adalah Valine akan ditukarkan kepada glukosa (Valine bersifat glucogenic) walaubagaimanapun Leucine akan terus ditukarkan kepada acetyl-coA kerana is bersifat ketogenic. Isoleucine pula berupaya menjadi kedua-duanya.

Namun ini sekadar contoh am sahaja untuk kita faham prosesnya, kerana tidak semua BCAA akan ditukarkan kepada glukosa atau acetyl-coA memandangkan BCAA turut dihantar dan digunakan ke bahagian-bahagian lain seperti tisu otot dan tisu adipos (Nota: Gluconeogenesis berlaku di hati). Lebih menarik, Leucine turut membantu dalam menangani degradasi otot, justeru gluconeogenesis kedua yang melibatkan lemak turut berlaku dalam melengkapi keperluan kitar tenaga.

Walaupun ketogenic amino acids dan glucogenic amino acids mempunyai perbezaan dari segi ‘pathway’ yang mereka lalui, namun hasil akhirnya tetap sama, kedua-duanya juga berpotensi dalam menyumbang kepada sistem tenaga (elektron transfer chain) menerusi respirasi aerobik (dengan oksigen) mahupun anaerobik (tanpa oksigen), justeru menjurus kepada penghasilan tenaga (mempunyai kalori).

Saya rasa cukup setakat ini dahulu penerangan saya, takut ada yang muntah hijau seminggu nanti jika dilanjutkan lagi. Sebenarnya ada banyak lagi yang boleh diceritakan agar melengkapi perbincangan ini, namun saya rasa semua ilmu ini terlalu berat untuk dihadam dalam satu malam. Pada sesiapa yang berminat nak belajar lagi, boleh lanjutkan carian anda di Google atau cari buku-buku berkaitan.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *