biosintesis dan metabolisme produk alami

BIOSINTESIS DAN METABOLISME PRODUK ALAMI

A.

1. Biosintesis karbohidrat

a. Produksi monosakarida lewat fotosintesis.

monosakarida diproduksi lewat fotosintesis, suatu proses biologi yang

energi elektromaknitik menjadi energi kimiawi. Dalam tumbuhan

terdiri dari dua golongan reaksi. Satu golongan terdiri dari

sesungguhnya mengubah energi elektro

lain terdiri dari reaksi enzimatik

mengfiksasi karbon dioksida menjadi gula. Reaksi terakhir

gelap. Hasil dari kedua reaksi tersebut dapat disimpulkan menj

sebagai berikut:

Walaupun kesimpulan persa

reaktan dan produk, namun belum menggambarkan zantara yang terjadi sepanjang

proses tersebut. Jadi reaksi yang terjadi tidak sesederhana dalam persamaan reaksi

tersebut. Jalur carbon dalam fotosintesis dikerjakan pertama kali oleh Calvin dkk.

seperti tercantum dalam Gambar 3

b. Biosintesis sukrosa

berguna bagi manusia. Penelitian menunjukkan bahwa sukrosa tidak hanya gula

pertama yang terbentuk dalam proses fotosintesis tetapi juga bahan transpor utama.

Pembentukan sukrosa mungkin merupakan prekursor biasa untuk sintesis

polisakarida. Meskipun jalur alternat

dan fruktosa yang bertanggungjawab untuk produksi sukrosa dalam mikroorganisme

tententu, biosintesis metabolit penting dalam tumbuhan tinggi terj

yang tergambar pada Gambar 3

Fruktosa 6-fosfat, diturunkan da

fosfat yang kemudian bereaksi dengan UTP membentuk UDPglukosa. UDP

bereaksi dengan fruktosa 5

berubah menjadi sukrosa atau

BAB Ill

BIOSINTESIS DAN METABOLISME PRODUK ALAMI

A. Biosintesis Metabolit Primer

Biosintesis karbohidrat

Produksi monosakarida lewat fotosintesis. Dalam tumbuhan yang berkl

monosakarida diproduksi lewat fotosintesis, suatu proses biologi yang

energi elektromaknitik menjadi energi kimiawi. Dalam tumbuhan hijau, fotosintesis

eaksi. Satu golongan terdiri dari reaksi cahaya

uhnya mengubah energi elektromaknitik menjadi potensi kimiawi.

reaksi enzimatik yang menggunakan energi dari reaksi cahaya untuk

mengfiksasi karbon dioksida menjadi gula. Reaksi terakhir ini sering disebut

kedua reaksi tersebut dapat disimpulkan menjadi reaksi sederhana

Walaupun kesimpulan persamaan reaksi merupakan peran serta seluruh


si yang terjadi tidak sesederhana dalam persamaan reaksi


seperti tercantum dalam Gambar 3 --1.

Biosintesis sukrosa. Sukrosa merupakan produk tanaman yang sangat

agi manusia. Penelitian menunjukkan bahwa sukrosa tidak hanya gula



Meskipun jalur alternatif terdiri dari suatu reaksi antara glukosa 1


tententu, biosintesis metabolit penting dalam tumbuhan tinggi terjadi menurut jalur

yang tergambar pada Gambar 3-2.

fosfat, diturunkan dari daur fotosintetik, diubah menjadi glukosa 1

fosfat yang kemudian bereaksi dengan UTP membentuk UDPglukosa. UDP

bereaksi dengan fruktosa 5-fosfat membentuk pertama sukrosa fosfat, kemudian

berubah menjadi sukrosa atau dengan fruktosa langsung membentuk sukrosa.

Dalam tumbuhan yang berklorofil,

monosakarida diproduksi lewat fotosintesis, suatu proses biologi yang mengubah

hijau, fotosintesis

reaksi cahaya yang

maknitik menjadi potensi kimiawi. Golongan

reaksi cahaya untuk

ing disebut reaksi

adi reaksi sederhana

aan reaksi merupakan peran serta seluruh


si yang terjadi tidak sesederhana dalam persamaan reaksi


osa merupakan produk tanaman yang sangat

agi manusia. Penelitian menunjukkan bahwa sukrosa tidak hanya gula



suatu reaksi antara glukosa 1-fosfat


adi menurut jalur

daur fotosintetik, diubah menjadi glukosa 1-

fosfat yang kemudian bereaksi dengan UTP membentuk UDPglukosa. UDP-glukosa

fosfat membentuk pertama sukrosa fosfat, kemudian

dengan fruktosa langsung membentuk sukrosa.

Gambar 3

Gambar 3—2. Jalur biosintesis sukrosa (Tyler

Gambar 3— 1. Jalur karbon dalam fotosintesis

(Tyler et al, 1988)

2. Jalur biosintesis sukrosa (Tyler et al., 1988)

Universitas Gadjah Mada

2. Biosintesis lipid

Bertahun-tahun, sintesis lemak dan minyak lemak oleh organisme hidup dipercaya

dipengaruhi secara sederhana oleh reaksi balik yang bertanggungjawab pada

peruraiannya. Utamanya, hal ini termasuk hidrolisis ester gliserol-asam lemak

(gliserida) oleh enzim lipase dan dilkuti penyingkiran dua unit atom karbon sebagai

asetil-KoA dari rantai asam lemak oleh �-oksidasi. Studi biosintesis menunjukkan

bahwa pembentukan lipid ini menggunakan jalur kimia yang berbeda.

Biosintesms asam lemak berjalan dengan sederet reaksi melibatkan dua

komplek enzim plus ATP, NADPH2, Mn++, dan karbon dioksida.

Pertama asetat bereaksi dengan KoA dan asetil-K0A yang terbentuk diubah

oleh reaksi dengan karbon dioksida menjadi malonil-KoA. Ini selanjutnya bereaksi

dengan asetil-KoA membentuk zantara dengan 5 unit karbon, yang mengalami reduksi

dan eliminasi karbon dioksida membentuk butiril-KoA. Senyawa malonil-K0A bereksi

lagi dengan senyawa ini membentuk zantara dengan 7-atom karbon, yang direduksi

menjadi kaproil KoA. Pengulangan reaksi ini akan membentuk asam lemak (fatty acids)

yang mempunyai atom karbon genap dalam rantainya (Gambar 3 — 3). Jadi bagian

malonil-KoA, senyawa dengan 3 atom karbon, ternyata merupakan pemasok satuan 2

atom karbon dalam biosintesis asam lemak.

Jalur biosintesis asam lemak tak jenuh (unsaturated fatty acids), rantai cabang,

jumlah atom karbon gasal dalam asam lemak, dan lain-lain modifikasi belum

ditegakkan secara rinci.

Bagian molekul (moiety) gliserol yang digunakan dalam biosintesis lipid

diturunkan utamanya dari isomer-L dan �-gliserofosfat (L- �-GP). Reaksi-reaksi yang

terlibat dalam pembentukan tipe trigliserida dirangkum dalam Gambar 3-4. L-�-GP

mungkin diturunkan baik dari gliserol bebas maupun zantara glikolisis,

dihidroasetonfosfat bereaksi berturut-turut dengan 2 molekul asetil-KoA membentuk

pertama asam L-�-lisofosfatidat dan kemudian asam L-�-fosfatidat. Senyawa yang

akhir ini diubah menjadi �,�-digliserida, yang akan baik kembali kedaur asam fosfatidat

atau bereaksi dengan asil-KoA dan asam lemak untuk membentuk trigliserida.

Mengenai biosintesis asam lemak yang penting dalam farmasi belum

diketahum secara rinci. Misalnya ester alkohol tinggi pada malam mungkin terbentuk

dari unit asam lemak yang lebih pendek dalam biosintesis yang analog dengan asam

lemak. Senyawa hidrokarbon dari lemak terbentuk dari reduksi sekualena atau

metabolit yang setara.

Gambar 3—3. Jalur biosintesis

Gambar 3—4. Reaksi-reaks

3. Jalur biosintesis asam lemak yang mempunyai rantai karbon genap

(Dewick, 1997)

reaksi yang terlibat dalam pembentukan trigliserida (Dewick,

1997)

asam lemak yang mempunyai rantai karbon genap

liserida (Dewick,

3. Biosintesis asam amino dan

Protein terdiri dari rangkaian asam amino. Di alam terdapat asam amino

esensial dan nonesensial. Asam amino esensial tidak dapat disintesis oleh tubuh

manusia, jadi harus diperoleh dan sumber protein dan luar.

Biosintesis asam amino sangat erat hub

sekunder, beberapa contoh tercatum dalam Gambar 3

Biosintesis protein terinci dalam MK Biokimia, sehingga dalam MK

diuraikan

Biosintesis asam amino dan protein

rangkaian asam amino. Di alam terdapat asam amino


manusia, jadi harus diperoleh dan sumber protein dan luar.

Biosintesis asam amino sangat erat hubungannya dengan biosintesis

sekunder, beberapa contoh tercatum dalam Gambar 3— 5.

Biosintesis protein terinci dalam MK Biokimia, sehingga dalam MK

rangkaian asam amino. Di alam terdapat asam amino


ungannya dengan biosintesis metabolit

Biosintesis protein terinci dalam MK Biokimia, sehingga dalam MK ini tidak

B.

Biosintesis metabolit sekund

senyawa yang bersangkutan. Jalur yang biasanya dilalui dalam pembentukan

metabolit sekunder ada tiga jalur, yaitu jalur asam asetat, jalur asam sikimat, dan jalur

asam mevalonat.

1. Jalur asam asetat

Poliketida meliputi gol

bersama berdasarkan pada biosintesisnya. Keanekaragaman struktur dapat dijelaskan

sebagai turunan rantai poIi-�

via reaksi kondensasi, misalnya

Termasuk poliketida adalah asam lemak, poliasetilena, prostaglandin, antibiotika

makrolida, dan senyawa aromatik seperti antrakinon dan tetrasiklina. Pembentukan

rantai poIi-�-keto dapat digambarkan sebagai sederet reaksi Claisen, keragaman

melibatkan urutan �-oksidasi dalam metabolisme asam lemak. Jadi, 2 molekul asetil

KoA dapat ikut serta dalam rea

reaksi dapat berlanjut sampai dihasilkan rantai poIi

Akan tetapi studi tentang enzim y

terungkap secara rinci. Namun demikian, dalam membentukan asam lemak melibatkan

enzim asam lemak sintase seperti yang dibahas di atas.

Mengenai reaksi-reaksi yang terjadi pada jalur asam asetat tercantum dala

Gambar 3—6.

2. Jalur asam sikimat

Jalur asam sikimat merupakan jalur alternatif menuju senyawa aromatik,

utamanya L-fenilalanin, L-tirosina, dan L

mikroorganisme dan tumbuhan, tetapi tidak berlangsung dalam hewan,

amino aromatik merupakan asam amino

Biosintesis Metabolit Sekunder

Biosintesis metabolit sekunder sangat beragam tergantung dari


sekunder ada tiga jalur, yaitu jalur asam asetat, jalur asam sikimat, dan jalur

Poliketida meliputi golongan yang besar bahan alami yang digolongkan

a berdasarkan pada biosintesisnya. Keanekaragaman struktur dapat dijelaskan

�-keto, terbentuk oleh koupling unit-unit asam asetat (C

via reaksi kondensasi, misalnya

k poliketida adalah asam lemak, poliasetilena, prostaglandin, antibiotika


keto dapat digambarkan sebagai sederet reaksi Claisen, keragaman

sidasi dalam metabolisme asam lemak. Jadi, 2 molekul asetil

KoA dapat ikut serta dalam reaksi Claisen membentuk asetoasetil-KoA, kemudian

reaksi dapat berlanjut sampai dihasilkan rantai poIi-�-keto yang cukup (Gambar 3

Akan tetapi studi tentang enzim yang terlibat dalam biosintesis asam lemak belum

inci. Namun demikian, dalam membentukan asam lemak melibatkan

seperti yang dibahas di atas.

reaksi yang terjadi pada jalur asam asetat tercantum dala


tirosina, dan L-triptofan. Jalur ini berlangsung dalam

mikroorganisme dan tumbuhan, tetapi tidak berlangsung dalam hewan, sehingga

amino aromatik merupakan asam amino

golongan


sekunder ada tiga jalur, yaitu jalur asam asetat, jalur asam sikimat, dan jalur

ami yang digolongkan

a berdasarkan pada biosintesisnya. Keanekaragaman struktur dapat dijelaskan

unit asam asetat (C2)

k poliketida adalah asam lemak, poliasetilena, prostaglandin, antibiotika


keto dapat digambarkan sebagai sederet reaksi Claisen, keragaman

sidasi dalam metabolisme asam lemak. Jadi, 2 molekul asetil-

KoA, kemudian

keto yang cukup (Gambar 3—7).

m lemak belum

inci. Namun demikian, dalam membentukan asam lemak melibatkan

reaksi yang terjadi pada jalur asam asetat tercantum dalam


berlangsung dalam

sehingga asam

Gambar 3 – 6. Biosintesis via jalur asetat 9Dewick, 1997)

esensial yang harus terdapat dalam diet manusia maupun hewan. Zantara pusat

adalah asam sikimat, suatu asam yang ditemukan dalam tanaman

beberapa tahun sebelum perannya dalam metabolisme ditemukan. Asam

terbentuk dalam mutan tertentu dari

6. Biosintesis via jalur asetat 9Dewick, 1997)


, suatu asam yang ditemukan dalam tanaman Illicium sp

beberapa tahun sebelum perannya dalam metabolisme ditemukan. Asam

rbentuk dalam mutan tertentu dari Escherichia coil. Adapun contoh reaksi yang


Illicium sp.

beberapa tahun sebelum perannya dalam metabolisme ditemukan. Asam ini juga

. Adapun contoh reaksi yang

terjadi dalam biosintesis asam polifenolat tercantum dalam Gambar 3

biosintesis L-triptofan dari asam 4

Gambar 3 – 7. Jalur sikimat dalam biosintesis asam polifenolat

3. Jalur asam mevalonat

Terpenoid merupakan bentuk senyawa dengan keragaman struktur yang besar

dalam produk alami yang diturunkan dari

model kepala ke ekor (head

metabolisme asam asetat oleh jalur

reaksinya adalah sebagai berikut:

terjadi dalam biosintesis asam polifenolat tercantum dalam Gambar 3 —

asam 4- hidroksibenzoat juga terjadi zantara asam korismat.

7. Jalur sikimat dalam biosintesis asam polifenolat

(Dewick, 1997)


produk alami yang diturunkan dari unit isoprena (C5) yang bergandengan dalam

head-to-tail), sedangkan unit isoprena diturunkan dari

metabolisme asam asetat oleh jalur asam mevalonat (mevalonic acid: MVA

sebagai berikut:

— 7. Dalam

hidroksibenzoat juga terjadi zantara asam korismat.


yang bergandengan dalam

diturunkan dari

mevalonic acid: MVA). Adapun

C. Hubungan Antara Metabolisme Primer dan Sekunder

Berdasarkan kenyataan bahwa pada fase pertumbuhan tumbuhan utamanya

memproduksi metabotit primer, sedangkan metabolit sekunder belum atau hanya

sedikit dimetabolisme. Hal yang serupa jug

jaringan tanaman dalam produksi metabolit sekunder, ingat kurva pertumbuhan. Dalam

kjt, produksi metabolit sekunder terjadi pada awal fase stasioner (waktu pertumbuhan

mulai berhenti).

Hubungan Antara Metabolisme Primer dan Sekunder



sedikit dimetabolisme. Hal yang serupa juga sesuai dengan yang terjadi dalam kultur





a sesuai dengan yang terjadi dalam kultur



Dalam kaitannya hubungan kedua metabolisme

Gambar 3—9

D. Upaya untuk Meningkatkan Metabolisme Sekunder

1. Metode konvensional

Adanya kenyataan mengenai ras kimia (

yaitu adanya perbedaan kandungan kimia dalam tumbu

memiliki fenotipe sama, namun secara geneti berbeda; seperti keidentikan bentuk luar

tetapi berbeda dalam kandungan kimianya. Ekspresi genetik

metabolisme sekunder golongan senyawa tertentu.

Dalam kaitannya hubungan kedua metabolisme ini dapat dirangkum dalam

Upaya untuk Meningkatkan Metabolisme Sekunder

engenai ras kimia (chemical races) atau chemode

yaitu adanya perbedaan kandungan kimia dalam tumbuhan antar satu spesies yang

iki fenotipe sama, namun secara geneti berbeda; seperti keidentikan bentuk luar

tetapi berbeda dalam kandungan kimianya. Ekspresi genetik ini dinyatakan dalam

ekunder golongan senyawa tertentu.

dapat dirangkum dalam

chemodemes.,

antar satu spesies yang

iki fenotipe sama, namun secara geneti berbeda; seperti keidentikan bentuk luar

dinyatakan dalam

Universitas Gadjah Mada

a. Pemilihan bibit unggul perlu ditakukan. Bibit unggul dapat terjadi secara

alami, namun yang sering dikerjakan adalah hibridisasi dan mutasi serta pemuliaan

tumbuhan dengan penyerbukan silang atau metode lain yang sejenis.

b. Budidaya tanaman merupakan upaya untuk meningkatkan produksi metabolit

sekunder, serta memperoleh bahan dasar obat yang seragam.

2. Metode bioteknologi

Metode ini dapat ditempuh dengan berbagai cara, antara lain:

a. Pembentukan tanaman transgenik, yaitu dengan memindahkan materi

genetik dari tanaman satu ke tanaman lainnya. Dalam praktek sangat terbatas

dilakukan, mungkin masih terbatas pada penelitian. Di sini juga mencakup teknik DNA

rekombinan.

b. Penerapan teknik kultur jarinqan tanaman , baik dalam propagasi klonal,

embriogenesis somatik, kultur suspensi set dan kultur organ (akar berambut), serta sel

amobil dalam produksi metabolit sekunder dsb. Di samping itu juga dapat dilakukan

biotransformasi dengan kultur sel, hal ini juga dapat dilakukan dengan sistem sel

amobil.

biosintesis dan metabolisme produk alami

Environment