Metabolit primer Metabolit sekunderBiosintesis metabolit sekunderPenggunaan metabolit sekunder

Metabolisme :Jumlah keseluruhan proses fisiologi yang dilakukan tumbuhan dalam perjuangan untuk hidupBiosintesis :pembentukan zat kimia tumbuhanProses metabolisme meliputi :absorpsi, pemabrikan,digesi,pengangkutan,penyimpanan,respirasi,asimilasi dan eliminasi.

Anabolisme :proses yang bersifat pemabrikan yg mencakup fotosintesis,nitrifikasi,sintesis protein,lemak, karbohidrat,alkaloid,minyak atsiri,resinKatabolisme :Pembongkaran pada metabolisme seperti respirasi, asimilasi.Absorpsi ;proses bagaimana tumbuhan mendapatkan bahan gubal untuk pemabrikan banyak senyawa komplek adalah dari tanah, udara dan matahari

Konstituen inert: pati,albumin,zat warna, dll yang tidak mempunyai aktivitas farmakologi yang jelasKonstituen aktif: zat yang bertanggungjawab thd efek pengobatan , dapat berupa zat tunggal atau campuran yang tak perlu dipisahkan.contohglikosida,terpenoid,steroidZat primer dan zat sekunder dibedakan menurut cara pembentukannya.

Jenisnya meliputi : polisakarida, protein, lemak dan asam nukleatZat pembangun organisme hidup yang fundamental atau essensial

Proses dimana organisme hidup mensintesis dan membongkar zat tersebut supaya tetap hidup disebut metabolisme primer.Metabolisme primer semua organisme sama meskipun secara genetik sangat berbeda-beda.

PRIMARY METABOLITESe.g., Citric Acid (part of Krebs Cycle of the Tricarboxylic Acid (TCA) cycle)SECONDARY METABOLITESe.g., alkaloids, phenolics, terpenoids, oils, waxes

PRIMARY METABOLITESEssential for the survival of an organism; therefore generally universal in occurrenceSECONDARY METABOLITESPerform non-vital functions; therefore not universal in occurrence, and hence taxonomically more useful

PHENOLICS Compounds all share the phenol group, C6H5OH

FLAVONOIDS subgroup of phenolics, all sharing the flavonoid nucleus

adalah produk (komponen kimia) dari metabolisme yang tidak esensial untuk pertumbuhan normal, perkembangan atau reproduksi suatu organisme sehingga dikatakan sebagai sekunder.

Proses Pembentukan metabolit sekunderTujuan pembentukannya belum jelas

Metabolit sekunder adalah produk detoksikasi dari timbunan metabolit yang beracun dan tidak dapat dibuang dengan cara lain. Hal ini sesuai dengan kenyataan bahwa tumbuhan lebih banyak memproduksi metabolit sekunder

PendahuluanPenyelidikan jalur biosintesisReaksi reaksi kimia dalam biosintesisJalur biosintesisJalur asetatJalur mevalonatJalur sikimat

Istilah biosintesis dan biogenesis mempunyai arti yang sama yaitu pembentukan senyawa alami oleh organisme hidup

istilah biosintesis diartikan sebagai pembentukan molekul alami dari molekul lain yang kurang rumit strukturnya dengan melalui reaksi endoerganik. Reaksi tersebut khas pada proses anabolik dalam metabolisme sekunder.

Jalur biogenetik adalah urut-urutan reaksi yang terjadi waktu suatu organisme mensintesis substansi x dari molekul A.Produk B,C,D . yang terbentuk dari A dalam proses pembentukan menjadi senyawa X disebut intermediet

Ada dua metode yang digunakan dalam mempelajari fenomena alam, yaitu:pengamatan langsung pada obyek yang terlihat dalam fenomena tersebut dan diusahakan sesedikit mungkin terjadinya intervensi dengan lingkungan.Membuat intervensi yang kuat untuk memahami hubungan antara variable sampai dengan memodifikasi system.

Dalam praktek beberapa molekul dari suatu metabolit tertentu ditandai dengan mengganti atom-atom tertentu dengan isotop stabil atau isotop radioaktif lalu diinjeksikan kedalam suatu tahap metabolisme dari suatu sistem dengan tetap menjaga keseimbangan dari organisme yang sedang diamati

.Molekul yang ditandai (zat perunut) berkelakuan seperti molekul alam karena molekul tersebut membawa label, hasil metabolismenya pun mudah dikenal (bila atom terlabel tersebut tidak hilang).

Dengan cara ini dapat diikuti jalur metabolisme dari molekul terlabel jadi demikian juga halnya dengan jalur alaminya

Ada tiga hal perlu diperhatikan dalam mempelajari jalur biogenetik :-efek isotop kinetik primer adalah variasi dari kecepatan reaksi yang disebabkan oleh pembentukan atau pemutusan ikatan dengan isotop yang berbeda, misalnya ;pemutusan ikatan C-T sebagai ganti pemutusan ikatan C-H..

efek isotop kinetik sekunder terlihat bila atom yang disubstitusi oleh isotopnya terletaknya didalam molekul berdekatan dengan pusat reaksi tetapi tidak terlibat dalam pemutusan dan pembentukan ikatan.Efek sekunder tersebut biasanya secara kuantitatif jauh lebih kecil daripada efek primer.

-Reaksi enzimatik dapat dianggap sebagai hasil dari dua langkah berturutan ;pembentukan suatu kompleks enzim-substrat (ES) pada langkah pertama, sedang reaksi antara substrat pada tempat aktif dari enzim merupakan langkah kedua.Substitusi isotop tidak akan merubah bentuk maupun polaritas dari molekul dan menghasilkan variasi yang minimal dalam keseimbangan:enzim + Substrat =ES yang terutama tergantung dari kesesuaian antara permukaan substrat dan tempat aktif dari enzim

.Variasi yang terjadi kadang-kadang dapat teramati dan tergantung dari efek kinetik sekunder relatif terhadap kecepatan reaksi asosiasi dan di asosiasi antara enzim dan substrat.Dehidrogenase alkohol dari ragi (YADH) yang mengkatalisis reaksi oksidasi reduksi dari etanol-asetaldehida menunjukan bahwa afinitas untuk CH3CD2OH agak lebih besar daripada untuk CH3CH2OH dalam pembentukan komplek enzim-substrat

Efek isotop dapat diabaikan dalam beberapa uji kaji in vivo bila tidak penting terlibat biosintesis dalam menentukan kesimpulan.

Hal ini berlaku untuk senyawa yang ditandai hanya dengan satu nuklida pada posisi khusus dari molekul atau bila meskipun dipakai molekul pada posisis khusus dari molekul yang ditandai pada beberapa tempat hanya terjadi efek isotop sekunder, variasi yang terjadi masih terdapat batas kesalahan uji kaji

Tahap-tahap dalam mempelajari biogenetika dari senyawa alam biasanya dilakukan secara:Menentukan asal dari atom karbon yang membentuk kerangka senyawa X,

menentukan senyawa-senyawa yang terlibat biosintesis dan berperan sebagai intermediet dari metabolisme primer dan sekunder (misal : asam asetat, asam mevalonat)

menentukan jalur metabolisme, yaitu urut-urutan dari intermediet dan reaksi-reaksi yang menuju kearah pembentukan senyawa X.Pemilihan prazat yang sesuai tidak dilakukan dengan pemilihan secara random tetapi dengan memakai hipotesis

Hipotesis ini disusun sebelum melakukan uji kaji, dan berdasarkan pola biosintesis umum (deduktif atau dengan membandingkannya dengan situasi yang sama yang sebelumnya diketahui (analogi)

Menentukan sumber oksigen, dan bila ada juga sumber nitrogen dan sebagainya.Sumber oksigen biasanya adalah air atau udara.Dalam hal ini perlu dilakukan penelitian terpisah dengan menggunakan H2 O18 atau18 O2

Sifat dari proses enzimatik yang terlibat dalam setiap langkah pembentukan dari zat X.Aspek biosintetik ini merupakan aspek kimia paling baik kalau dipelajari dengan memakai metode in vitro dengan menggunakan enzim yang terpisahkan dalam keadaan murni.

Keberhasilan tiap uji kaji dapat dihambat antara lain oleh rendahnya inkorporasi.Supaya inkorporasi dari prazat dapat optimum faktor utama yang harus diingat adalah sifat fisis dari substrat, jenis organisme atau kultur sel yang dipilih.

dalam hal organisme hidup atau binatang, umur dari individu dan musim.Musim harus selalu diperhatikan terutama dalam hal tumbuhan karena mereka menghasilkan metabolisme sekunder hanya atau terutama pada waktu-waktu tertentu dalam tahun.

Bila substratnya gas, misalnya 14CO2 atau 18 O2 satu-satunya kesulitan yang serius adalah cara meletakkan individu atau kultur dalam wadah tertutup bersama dengan substrat terlabel yang biasanya terhisap oleh sel secara spontan

Fenomena kompartementasi biasanya tidak nampak karena molekul gas yang kecil-kecil sangat mudah menembus menbran sel

Pengumpanan.teknik ini biasanya diterapkan pada binatang, misalnya serangga.

Penyuntikan (intravena,intraperitonium,intramuskular, dan sebagainya). Metode ini baik diterapkan bila dikehendaki administrasi secara sistemik (tikus, ktk, dan sebagainya).Metode ini juga baik diterapkan untuk umbuhan.Substrat terlabel dilarutkan atau didispersikan dalam air;dapat juga diemulsikan dengan memakai zat pengemulsi,misalnya polioksietilen sorbitan monooleat (tween 80 1%);emulsi kemudian diinjeksikan kedalam sistem pengangkutan dari batang.

Perfusi.Caranya adalah membiarkan organ (terpisah atau tidak )dalam kondisi aktivitas metabolik normal kemudian dimasukkan kedalam substrat cairan yang mengandung substrat terlabel dalam keadaan terlarut atau tersuspensi.Contoh yang paling umum adalah perfusi dari hepar atau jantung tikus,plasenta manusia dan sebagainya

Difusi. Substrat dilarutkan atau disuspensikan dalam media air yang didalamnya terdapat potongan-potongan kecil organ atau sel dari kultur mikroba atau jaringan.

Metode sumbu kapas. Metode ini banyak dipakai pada tumbuhan yang berbatang kuat tetapi tidak berkayu.Metode ini merupakan metode variasi dari metode injeksi.Salah satu ujung dari sumbu kapas (4-10 mm) dimasukkan kedalam batang tumbuhan, melalui suatu keratan memanjang sedang ujung lain direndam dalam larutan (0,5 -1,0ml) yang akan diinkorporasikan.

Larutan tersebut biasanya terdapat dalam tabung yang diikatkan pada batang tersebut.Cairan dengan cepat akan mendifusikan kedalam bagian aerial dari tumbuhan, karena daya kapiler dari sumbu kapas dan rambatan keatas dari cairan.Fenomena dapat diamati bila dipakai larutan yang berwarna, misalnya eosin.

Metode pematahan batang.Batang dari beberapa tumbuhan dapat dipotong dekat pangkalnya kemudian ujung yang terpotong segera direndam dalam air.ujung yang terendam dalam air segera dipotong lebih kurang setengah inci dengan gunting.Pemotongan dilakukan didalam air.potongan yang kecil dibuang sedang batang serta bagian aerial tumbuhan (daun daun bunga) segera dimasukkkan dalam suatu tabung yang mengandung larutan prazat dalam air.larutan tersebut segera tersedot keatas oleh tumbuhan karena pengaruh transpirasi melalui daun-daun.Metode ini hanya tepat untuk mempelajari proses-proses biosintesis yang berlangsung cepat

Metode barut. Batang dari tanaman dibarut dengan pisau pada pelbagai tempat, sehingga vena-vena yang paling luar terlihat Kemudian cairan yang mengandung materi terlabel diteteskan dengan alat injeksi mikro pada luka-luka barut tersebut.

Metode sikat.Prazat terlabel disuspensikan dalam minyak silikon.Suspensi tersebut disikatkan pada daun-daun tumbuhan yang ditumbuhkan dalam vas bunga atau diatas tanah,Silikon akan mempengaruhi penetrasi zat-zat organik tersebut melalui daun-daun.Metode ini sesuai untuk uji kaji yang berlangsung lama.

OksidoreduktaseTransferaseHidrolaseLiaseIsomeraseLigase

Mengkatalisis reaksi oksidasi reduksiMemindahkan elektron dari donor

Mengkatalisis pemindahan gugus atom dari suatu donor ke aseptor

Mengkatalisis hidrolisis ikatan C-O, C-N

Mengkatalisis pemisahan (secara non hidrolitik) suatu gugus dari suatu substrat sehingga terbentuk ikatan rangkapPenambahan suatu gugus atom pada ikatan rangkap

Mengubah substrat menjadi isomernya

Mengkatalisis persatuan dua molekul dengan cara memecahkan ikatan pirofosfat dalam ATP atau trifosfat lain.

Major enzyme catalysed reactions:1)Decarboxylations2)Transaminations3)Methylations4)Oxidations/Reductions5)Carbon-Carbon bond formationMany other enzyme catalysed reactions

Pelepasan maupun pengambilan gugus karboksilat pada molekul alami, dr cara pemecahan maupun pembentukan ikatan karbon-karbondioksida dan pertukaran karbondioksida dengan medium.

Reaksi karboksilasi timbul pada karbanion yag berasal dari gugus metil atau metilena yang aktif, yg dapat meningkatkan diri pada karbon positif dari karbondioksida

Decarboxylations and transamminations:Co-enzyme pyridoxal 5-phosphate: crucial

Pertukaran gugus amino dari asam amino ke asam keto ,merupakan reaksi umum dari nitrogen dalam asam amino dan pelepasan nitrogen .Asam glutamat/asam 2 oxoglutarat merupakan donor/akseptor untuk group amino.

Amine to carbonyl:

Carbonyl to amine:

Over the two previous processes:Transamination of an amino acid with a pyruvateMediated by pyridoxal phosphate

Serangan karbokation alkil pada ikatan rangkap karbon atau pada suatu heteroatomZat pengalkil pada mikroorganisme ;S-adenosil-l-metionin dan dimetil alkil pirofosfat

S-adenosil metionin sebagai donor metil, diambil dari sumber C1Reaksi glikosilasi dianggap sebagai alkilasi,zat pengalkil adalah karbokation potensial pada C1 dari molekul aldosa yang berbentuk asetal piranosa/furanosa.

Methylating agent: S-Adenosylmethionine

Ada empat bentuk dasar dari oksidasi biologik :-dehidrogenase-oksidase-monooksigenase-dioksigenase

Mengekstraksi dua atom hidrogen dari substrat, tidak menggunakan molekul oksigen sebagai aseptor hidrogen tetapi memberikannya pada molekul organik lainAseptor hidrogen kemungkinan dapat juga aseptor elektron Koenzim :nukleotida basa piridina (NAD/NADP),flavin (FMN/FAD)

Melepaskan elektron-elektron substrat dan diberikan pada molekul oksigenPeroksidase; melepaskan elektrok-elektron subtrat diberikan pada hidrogen peroksida

Monooksigenase:memberikan hanya satu dari dua atom oksigen dari molekulnya, sedang atom lainnya direduksi menjadi molekul air oleh suatu donor hidrogen.Dioksigenase:kedua atom dari molekul oksigen diberikan

Dehidrogenase SH2 + A S + AH2OksidaseSH2 + O2 S + H2OSH2 + H2O2 SH + 2H2O

MonoksigenaseS + o2 + AH2 SO + A + H2ODioksigenaseS + O2 SO2

Four classes of enzymes oxidise in vivoOxidases, oxygenases, peroxidases & catalasesMost prevalent: oxidases e.g. cytochrome P450Incorporates haem co-factor (iron/porphyrin)Iron has vacant co-ordination siteBinds molecular oxygenRadical oxidation

e.g. Oxidation of arenes to phenolsCytochrome P450 also catalyses:

Dehydrogenase enzymesCofactor: NADPHNicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate: NADPH is actual reducing speciesSubstrate and NADPH held by chiral enzymeReductions are enantioselectiveInvariably greater than 99% ee

NADPH-Reducing form: NADP+-oxidised

Many enzymes catalyse C-C formationThiokinases:Mediate transfer of acyl group from co-enzyme AReaction may be Claisen type acylationAldol type addition to C=O bond

See biosynthesis of shikimic acid for example of this

Shikimic acid:Precursor to phenylalanine, tyrosine and tryptophan

Loss of phosphate and cyclisationNeed to make proton on C6 more acidicOxidise C5 to C=O (NADP+) then reduce (NADPH)

Dehydration and reduction with NADPHCompletes biosynthesis

Dibentuk dari oksidasi dekarboksilasi dari glikolisis melalui asam piruvat juga dapat dihasilkan melalui beta oksidasi asam lemak. Contoh :fenol, prostaglandin,antibiotika makrolida.

Dihasilkan dari kombinasi fosfoenol piruvat, suatu glikolisis jalur intermediet dan eritrosa empat fosfat dari jalur pentosa fosfat. Contoh : asam sinamat, lignan dan alkaloid.

Dibentuk dari tiga molekul asetil co A. Contoh ;terpenoid, steroid.

************************************************************************************