BAB Ill

BIOSINTESISDAN METABOLISME PRODUK ALAMI

A. Biosintesis Metabolit Primer

1. Biosintesis karbohidrat

a. Produksi monosakarida lewat fotosintesis. Dalam tumbuhan yangberklorofil,

monosakarida diproduksi lewat fotosintesis, suatu proses biologi yangmengubah

energi elektromaknitik menjadi energi kimiawi. Dalam tumbuhan hijau, fotosintesis

terdiri dari dua golongan reaksi. Satu golongan terdiri dari reaksi cahaya yang

sesungguhnya mengubah energi elektromaknitik menjadi potensi kimiawi.Golongan

lain terdiri dari reaksi enzimatik yang menggunakan energi dari reaksi cahaya untuk

mengfiksasi karbon dioksidamenjadi gula. Reaksi terakhir ini sering disebut reaksi

gelap. Hasil dari kedua reaksi tersebut dapat disimpulkan menjadi reaksisederhana

sebagai berikut:

Walaupun kesimpulanpersamaan reaksi merupakan peran serta seluruh

reaktan dan produk, namunbelum menggambarkan zantara yang terjadisepanjang

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

tersebut. Jalur carbon dalamfotosintesis dikerjakan pertama kali oleh Calvin dkk.

seperti tercantum dalam Gambar 3 --1.

b. Biosintesis sukrosa. Sukrosa merupakan produk tanaman yang sangat

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 untuksintesis

polisakarida. Meskipun jalur alternatif terdiri dari suatu reaksi antara glukosa 1-fosfat

dan fruktosa yang bertanggungjawab untuk produksi sukrosa dalam mikroorganisme

tententu, biosintesis metabolit penting dalam tumbuhan tinggi terjadi menurut jalur

yang tergambar pada Gambar3-2.

Fruktosa 6-fosfat, diturunkan dari daur fotosintetik, diubah menjadiglukosa 1-

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

bereaksi dengan fruktosa5-fosfat membentuk pertama sukrosa fosfat,kemudian

berubah menjadi sukrosa ataudengan fruktosa langsung membentuk sukrosa.

Gambar 3 1. Jalur karbon dalam fotosintesis

(Tyler et al, 1988)

Gambar 32. Jalur biosintesis sukrosa (Tyler et al., 1988)

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.

Universitas Gadjah Mada

Gambar 33. Jalur biosintesis asam lemak yang mempunyai rantai karbon genap

(Dewick, 1997)

Gambar 34. Reaksi-reaksi yang terlibat dalam pembentukan trigliserida(Dewick,

1997)

3. Biosintesis asam aminodan protein

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

esensial dan nonesensial. Asam amino esensial tidak dapat disintesisoleh tubuh

manusia, jadi harus diperolehdan sumber protein dan luar.

Biosintesis asam amino sangat erat hubungannya dengan biosintesis metabolit

sekunder, beberapa contoh tercatum dalam Gambar 3 5.

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

diuraikan

B.Biosintesis Metabolit Sekunder

Biosintesis metabolitsekunder sangat beragam tergantung darigolongan

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 golongan yang besar bahan alami yang digolongkan

bersama berdasarkan pada biosintesisnya. Keanekaragaman struktur dapatdijelaskan

sebagai turunan rantai poIi--keto, terbentuk oleh koupling unit-unit asamasetat (C2)

via reaksi kondensasi, misalnya

Termasuk poliketida adalahasam 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-oksidasidalam metabolisme asam lemak. Jadi, 2 molekul asetil-

KoA dapat ikut serta dalamreaksi Claisen membentuk asetoasetil-KoA,kemudian

reaksi dapat berlanjut sampaidihasilkan rantai poIi--keto yang cukup (Gambar 37).

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

terungkap secara rinci. Namun demikian, dalam membentukan asam lemakmelibatkan

enzim asam lemak sintase seperti yang dibahas di atas.

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

Gambar 36.

2. Jalur asam sikimat

Jalur asam sikimatmerupakan jalur alternatif menuju senyawaaromatik,

utamanya L-fenilalanin, L-tirosina, dan L-triptofan. Jalur ini berlangsung dalam

mikroorganisme dan tumbuhan, tetapi tidak berlangsung dalam hewan, sehingga asam

amino aromatik merupakan asam amino

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 Illicium sp.

beberapa tahun sebelum perannya dalam metabolisme ditemukan. Asam ini juga

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

terjadi dalam biosintesis asam polifenolat tercantum dalam Gambar 3 7. Dalam

biosintesis L-triptofan dari asam 4- hidroksibenzoat juga terjadi zantara asamkorismat.

Gambar 3 - 7. Jalur sikimat dalam biosintesis asam polifenolat

(Dewick, 1997)

3. Jalur asam mevalonat

Terpenoid merupakanbentuk senyawa dengan keragaman struktur yang besar

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

model kepala ke ekor(head-to-tail), sedangkan unit isoprena diturunkan dari

metabolisme asam asetat oleh jalur asam mevalonat (mevalonic acid: MVA). Adapun

reaksinya adalah sebagai berikut:

C. HubunganAntara Metabolisme Primer dan Sekunder

Berdasarkan kenyataan bahwa pada fase pertumbuhan tumbuhanutamanya

memproduksi metabotit primer, sedangkan metabolit sekunder belum atau hanya

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

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

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

mulai berhenti).

Dalam kaitannya hubungan kedua metabolisme ini dapat dirangkum dalam

Gambar 39

D. Upaya untuk Meningkatkan Metabolisme Sekunder

1. Metode konvensional

Adanya kenyataan mengenai ras kimia (chemical races) atau chemodemes.,

yaitu adanya perbedaan kandungan kimia dalam tumbuhan antar satu spesies yang

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

tetapi berbeda dalam kandungan kimianya. Ekspresi genetik ini dinyatakan dalam

metabolisme sekunder golongan senyawa tertentu.

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.

Universitas Gadjah Mada