Bab 2. Biosintesis Senyawa Fenolik

_______________________________________Senyawa F
Fenolik pada Sayura
an Indigenous II. BIOSINTESIS SENY
YAWA FENO
OLIK ©SEAFAST Center 2012
Biosintesis seenyawa fenolik sebagian besar terjadi di oplasma dan diaw
wali melalui jalur sshikimate (Gambar 2.1) (Wink sito
201
10). Asam 3‐deh
hidrosikimat merrupakan produk antara jalur shikkimate dari substrat karbohidrat yyang penting dalam biosintesis sen
nyawa fenolik. Asaam galat (C6‐C1, Gambar 1.3a) seb
bagai contoh, disiintesis dari asam
m 3‐dehidrosikimaat (Gambar 2.2).. Asam galat kem
mudian dapat diubah menjadi β‐gllukogallin. Senyaw
wa antara ini kem
mudian mengalaami galloilasi seehingga terbentu
uk penta‐O‐
galloil‐glukosa. Galloilasi lebih lanjjut terhadap penta‐O‐galloil‐
glukosa akan mengh
hasilkan senyawa‐senyawa dari go
olongan tanin yan
ng dapat terhidro
olisis, yaitu kelompok gallotanin daan ellagitanin (Cro
onizer et al. 2006
6). Gam
mbar 2.1. Produk jalur shikimate d
dan asam malonatt (Cronizer et 6). al. 2006
23 Senyawa Fenolik pada Sayuran Indigenous ____________________________________ ©SEAFAST Center 2012
Di tanaman, asam 3‐dehidrosikimat selain diubah menjadi asam galat juga digunakan untuk menyintesis L‐fenilalanin dan mulai memasuki jalur fenilpropanoid. Melalui bantuan enzim fenilalanin amonia liase, L‐fenilalanin dikonversi menjadi asam sinamat (C6‐C3). Pada kondisi tanaman mengalami penyerangan oleh jamur, bakteri, atau virus, tanaman akan memproduksi asam salisilat (C6‐C1) sebagai senjata pertahanan. Untuk menyintesis asam salisilat, asam sinamat dikonversi terlebih dahulu menjadi asam benzoat. Enzim asam benzoat 2‐hidroksilase kemudian mengatalisi perubahan asam benzoat menjadi asam salisilat (Gambar 2.2) (Cronizer et al. 2006). Pada kondisi normal, asam sinamat diubah menjadi asam p‐
koumarat (C6‐C3, Gambar 1.5a) atau p‐koumaroil‐CoA dengan bantuan enzim sinamat 4‐hidroksilase atau p‐koumarat:CoA ligase. Asam p‐koumarat kemudian dikonversi menjadi asam kafeat (C6‐C3). Pada awalnya, diketahui bahwa asam kafeat merupakan prekursor langsung untuk sintesis asam 5‐O‐
kafeoilquinat yang banyak terdapat di buah dan sayuran. Namun hasil penelitian di bidang biologi molekular terbaru menyebutkan bahwa rute utama dalam sintesis senyawa tersebut adalah melalui p‐koumaroil‐CoA (Gambar 2.2) (Cronizer et al. 2006). Asam kafeat yang didapat dari hasil konversi asam p‐
koumarat kemudian diubah menjadi asam ferulat (C6‐C3) dengan bantuan enzim asam kafeat/5‐hidroksiferulat O‐metiltransferase. Asam ferulat yang terbentuk dapat diubah menjadi asam sinapat (C6‐C3) melalui produk antara 5‐hidroksiferulat (Gambar 2.2). Kedua asam tersebut, ferulat dan sinapat, merupakan prekursor untuk sintesis lignin (Cronizer et al. 2006). 24 ©SEAFAST Center 2012
_______________________________________Senyawa F
Fenolik pada Sayura
an Indigenous FAL, fenilalanin am
monia‐liase; AB2H, asam a
benzoat 2‐hid
droksilase; S4H, sinamat 4‐hidroksilase; GT, galloiltransferase; 4CL, p‐koumaarat:CoA ligase; KOMT‐1, asam caffeeat/5‐hydroksiferulat O‐metiltransferase; F5H, ferulat 5‐
hidroksilase; ACoAC.
Gambar 2.2
2. Biosintesis feno
olik (Cronizer et all. 2006). 25 Seny
yawa Fenolik pada S
Sayuran Indigenou
us _____________________________________ ©SEAFAST Center 2012
SSS, stilben sintase; KS, kalkon sintasse; KR, kalkon red
duktase; CHI, kaalkon isomerase; IFS, isoflavon sintaase; FNS, flavon sintase; s
F3H, flavanon 3‐hidroksiilase; FLS, flavono
ol sintase; F3’H, flavonol 3’‐
hidroksilase; IOMT, isoflavon‐Ometiltransferase; DFR, dih
hidroflavonol 4‐‐reduktase; LDOX, leukosianidin deokksigenase; LAR, leukosianidin 4‐
reeduktase; ANR, anto
osianidin reductasee. Gam
mbar 2.3. Biosinteesis flavonoid dan stilben (Cron
nizer et al. 2006). Flavvonoid dan Stilben 26 _____________________________________Senyawa Fenolik pada Sayuran Indigenous ©SEAFAST Center 2012
Flavonoid dan stilben memiliki jalur yang sedikit berbeda dari senyawa fenolik lainnya. Jika senyawa fenolik lain hanya diawali dari jalur shikimate, maka pada biosintesis flavonoid dan stilben melibatkan juga produk dari jalur asam malonat (Gambar 2.1). Flavonoid (Gambar 1.7) memiliki dua cincin benzen yang dihubungkan oleh tiga buah atom karbon (C6‐C3‐C6). Cincin benzen B dan jembatan C3 pada flavonoid berasal dari p‐koumaril‐
CoA yang merupakan produk turunan dari asam 3‐dehidrosikimat dari jalur shikimate (Gambar 2.1). Produk dari jalur malonat, yaitu malonil‐CoA, digunakan sebagai cincin A pada flavonoid. Seperti halnya flavonoid, stilben juga merupakan produk hasil kondensasi p‐koumaril‐CoA dan malonil‐CoA (Cronizer et al. 2006). Malonil‐CoA dari jalur asam malonat didapat dari asetil‐CoA. Perubahan asetil‐CoA menjadi malonil‐CoA dibantu oleh enzim asetil‐CoA karboksilase. Sebenarnya asetil‐CoA dapat terbentuk di berbagai bagaian sel tumbuhan, seperti mitokondria, plastid, peroksisom, dan sitosol. Namun demikian, asetil‐CoA untuk sintesis malonil‐CoA pada biosintesis flavonoid dan stilben terbentuk di sitosol. Di sitosol, enzim ATP‐sitrat liase mengonversi sitrat, ATP, dan Co‐A menjadi asetil‐CoA, oksaloasetat, ADP, dan inorganik fosfat (Davies dan Schwinn 2006). A. Flavonoid Gambar 2.3 memperlihatkan tahapan‐tahapan biosintesis flavonoid. Kalkon sintase merupakan enzim yang mengatalis reaksi antara 1 molekul p‐koumaril‐CoA dengan 3 molekul malonil‐CoA membentuk narigenin‐kalkon. Pada beberapa tanaman, meskipun sangat jarang, malonil‐CoA yang digunakan untuk menyintesis kalkon ini dapat digantikan oleh kafeoil‐CoA atau feruloil‐CoA 27 Senyawa Fenolik pada Sayuran Indigenous ____________________________________ ©SEAFAST Center 2012
(Davies dan Schwinn 2006). Jika enzim kalkon sintase berinteraksi dengan enzim kalkon reduktase, maka produk yang dihasilkan adalah 2’‐isoliquiritigenin. Perbedaan antara kedua senyawa tersebut (narigenin‐kalkon dan 2’‐isoliquiritigenin) yaitu tidak terdapatnya gugus 2’‐hidroksi pada 2’‐isoliquiritigenin. Narigenin‐kalkon dikonversi menjadi narigenin oleh enzim kalkon isomerase (CHI) tipe 1. Terdapat dua jenis enzim kalkon isomerase (CHI) pada tanaman, yaitu CHI tipe 1 dan CHI tipe 2. CHI tipe 1 adalah enzim yang terdapat di semua jenis tanaman, baik itu kacang‐kacangan maupun bukan kacang‐kacangan. Enzim ini hanya dapat mengonversi narigenin‐kalkon menjadi narigenin (flavanon, C15). Sebaliknya, enzim CHI tipe 2 yang hanya terdapat di tanaman kacang‐kacangan tidak hanya dapat mengonversi narigenin‐kalkon menjadi narigenin, namun juga dapat mengonversi 2’‐
isoliquiritigenin menjadi liquiritigenin (flavon, C15) (Gambar 2.3) (Cronizer et al. 2006). Flavanon naringenin dan flavon liquiritigenin merupakan bahan baku untuk memproduksi falvonoid dari golongan isoflavon. Narigenin dan liquiritigenin berturut‐turut dikonversi menjadi isoflavon genistein dan daidzein oleh enzim flavon sintase. Metilasi pada atom karbon nomor 7 dan atom oksigen yang terikat di karbon nomor 4’ (cara penomoran dapat dilihat pada Gambar 1.7c) pada daidzein menghasilkan senyawa isofalvon lainnya, secara berturut‐turut yaitu isoformonetin dan formononetin. Reaksi metilasi tersebut dikatalisis oleh enzim isoflavon‐
Ometiltransferase (Gambar 2.3) (Cronizer et al. 2006). Reaksi oksidasi terhadap naringenin dapat menghasilkan senyawa flavonoid dari golongan flavon. Reaksi ini dibantu dengan enzim flavon sintase dan membutuhkan hadirnya NADPH serta 28 ©SEAFAST Center 2012
_____________________________________Senyawa Fenolik pada Sayuran Indigenous oksigen. Senyawa flavon yang dihasilkan yaitu apigenin (Gambar 2.3) (Cronizer et al. 2006). Selain menjadi substrat untuk senyawa dari golongan isoflavon dan flavon, naringenin juga digunakan sebagai subtrat untuk membetuk senyawa dari golongan dihidroflavonol/ flavanonol. Enzim flavanon 3‐hydroksilase membantu terjadinya reaksi hidroksilasi naringenin pada atom karbon nomor 3 membentuk senyawa dihidrokaemferol (flavanonol). Hidroksilasi lebih lanjut terhadap dihidrokaemferol pada atom C nomor 3’ yang dikatalisis oleh enzim flavonol 3’‐hidroksilase menghasilkan senyawa dihidroquersetin (flavanonol). Selain dihidroksilasi, dihidrokaemferol juga dapat dikonversi menjadi kaemferol yang merupakan senyawa dari golongan flavonol melalui pembentukan ikatan rangkap dengan katalis enzim flavonol sintase (Gambar 2.3) (Cronizer et al. 2006). Senyawa flavonoid dari golongan leukosianidin dibentuk dari dihidroquersetin dengan katalis enzim dihidroflavonol 4‐
reduktase. Golongan leukosianidin ini merupakan senyawa penting pada tanaman dalam memproduksi tanin terkondensasi. Enzim leukosianidin 4‐reduktase secara langsung mengatalisis perubahan leukosianidin menjadi (+)‐katekin (golongan flavan‐
3ol). Isomer (+)‐katekin, yaitu (‐)‐epikatekin, merupakan senyawa dari golongan flavan‐3ol yang banyak terdapat di tanaman, terutama teh. Berbeda dengan isomernya, (‐)‐epikatekin tidak secara langsung terbentuk dari leukosianidin. Pertama, dengan katalis enzim leukosianidin deoksigenase leukosianidin dikonversi terlebih dahulu menjadi sianidin (golongan antosianidin). Sianidin inilah yang kemudian diubah menjadi (‐)‐epikatekin oleh enzim antosianidin reduktase. Tanin terkondensasi didapat dari hasil polimerasi leukosianidin dan flavan‐3ol (Cronizer et al. 2006). 29 Senyawa Fenolik pada Sayuran Indigenous ____________________________________ ©SEAFAST Center 2012
Enzim‐enzim yang terlibat dalam biosintesis flavonoid pada umumnya merupakan enzim yang berlokasi di sitosol tanaman. Produk akhir dari biosintesis flavonoid tersebut kemudian diangkut menuju subselular atau extraselular. Flavonoid yang terlibat sebagai pigmen dalam tanaman kebanyakan diangkut menuju vakuola (Davies dan Schwinn 2006). B. Stilben Seperti halnya flavonoid, stilben juga disintesis dengan menggunakan satu molekul p‐komaroil‐CoA dan tiga molekul malonil‐CoA (Gambar 2.3). Jika dalam sintetis flavonoid enzim yang berperan dalam mengondensasi keempat molekul tersebut adalah enzim kalkon sintase, maka pada biosintesis stilben, enzim yang digunakan adalah stilben sintase. Enzim stilben sintase dan kalkon sintase memiliki struktur kimia yang sangat mirip sehingga dipercaya kedua enzim tersebut merupakan enzim dari golongan yang sama, yaitu enzim poliketida. Perbedaan pada kedua enzim tersebut adalah enzim kalkon sintase selalu terdapat di jaringan tanaman, sebaliknya enzim stilben sintase baru terbentuk jika terinduksi oleh tekanan lingkungan. Tekanan lingkungan yang dimaksud seperti radiasi sinar UV, trauma, dan infeksi (Cronizer et al. 2006). 30