BIOSINTESIS DAN MET A. 1. Biosintesis karbohidrat a

BAB Ill
BIOSINTESIS DAN METABOLISME PRODUK ALAMI
A. Biosintesis Metabolit Primer
1. Biosintesis karbohidrat
a. Produksi monosakarida lewat fotosintesis. Dalam tumbuhan yang berkl
berklorofil,
monosakarida diproduksi lewat fotosintesis, suatu proses biologi yang mengubah
energi elektromaknitik menjadi energi kimiawi. Dalam tumbuhan hijau, fotosintesis
terdiri dari dua golongan reaksi.
eaksi. Satu golongan terdiri dari reaksi cahaya yang
sesungguhnya
uhnya mengubah energi elektromaknitik
elektromaknitik menjadi potensi kimiawi. Golongan
lain terdiri dari reaksi enzimatik yang menggunakan energi dari reaksi cahaya untuk
mengfiksasi karbon dioksida menjadi gula. Reaksi terakhir ini sering
ing disebut reaksi
gelap. Hasil dari kedua reaksi tersebut dapat disimpulkan menjadi
menjadi reaksi sederhana
sebagai berikut:
Walaupun kesimpulan persamaan
persa aan reaksi merupakan peran serta seluruh
reaktan dan produk, namun belum menggambarkan zantara yang terjadi sepanjang
proses tersebut. Jadi reaksi
si yang terjadi tidak sesederhana dalam persamaan reaksi
tersebut. Jalur carbon dalam fotosintesis dikerjakan pertama kali oleh Calvin dkk.
seperti tercantum dalam Gambar 3 --1.
b. Biosintesis sukrosa.
sukrosa Sukrosa
osa merupakan produk tanaman yang sangat
berguna bagi
agi 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 alternatif
alternat terdiri dari suatu reaksi antara glukosa 1
1-fosfat
dan fruktosa yang bertanggungjawab untuk produksi sukrosa dalam mikroorganisme
tententu, biosintesis metabolit penting dalam tumbuhan tinggi terjadi
terjadi menurut jalur
yang tergambar pada Gambar 3-2.
3
Fruktosa 6-fosfat,
fosfat, diturunkan dari
da daur fotosintetik, diubah menjadi glukosa 1
1fosfat yang kemudian bereaksi dengan UTP membentuk UDPglukosa. UDP
UDP-glukosa
bereaksi dengan fruktosa 5-fosfat
5 fosfat membentuk pertama sukrosa fosfat, kemudian
berubah menjadi sukrosa atau dengan fruktosa langsung membentuk sukrosa.
Gambar 3—
3 1. Jalur karbon dalam fotosintesis
(Tyler et al, 1988)
Gambar 3—2.
2. 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 3—3.
3. Jalur biosintesis asam lemak yang mempunyai rantai karbon genap
(Dewick, 1997)
Gambar 3—4. Reaksi-reaks
reaksi yang terlibat dalam pembentukan trigliserida
liserida (Dewick,
1997)
3. Biosintesis asam amino dan protein
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
hubungannya
ungannya dengan biosintesis metabolit
sekunder, beberapa contoh tercatum dalam Gambar 3—
3 5.
Biosintesis protein terinci dalam MK Biokimia, sehingga dalam MK ini tidak
diuraikan
B. Biosintesis Metabolit Sekunder
Biosintesis metabolit sekunder
sekund
sangat beragam tergantung dari golongan
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
gol
yang besar bahan alami
ami yang digolongkan
bersama
a berdasarkan pada biosintesisnya. Keanekaragaman struktur dapat dijelaskan
sebagai turunan rantai poIi- -keto, terbentuk oleh koupling unit-unit
unit asam asetat (C2)
via reaksi kondensasi, misalnya
Termasukk poliketida adalah asam lemak, poliasetilena, prostaglandin, antibiotika
makrolida, dan senyawa aromatik seperti antrakinon dan tetrasiklina. Pembentukan
rantai poIi- -keto
keto dapat digambarkan sebagai sederet reaksi Claisen, keragaman
melibatkan urutan -oksidasi
sidasi dalam metabolisme asam lemak. Jadi, 2 molekul asetil
asetilKoA dapat ikut serta dalam reaksi
rea
Claisen membentuk asetoasetil-KoA,
KoA, kemudian
reaksi dapat berlanjut sampai dihasilkan rantai poIipoIi -keto
keto yang cukup (Gambar 3
3—7).
Akan tetapi studi tentang enzim yang
y
terlibat dalam biosintesis asam
m lemak belum
terungkap secara rinci.
inci. Namun demikian, dalam membentukan asam lemak melibatkan
enzim asam lemak sintase seperti yang dibahas di atas.
Mengenai reaksi-reaksi
reaksi yang terjadi pada jalur asam asetat tercantum dala
dalam
Gambar 3—6.
2. Jalur asam sikimat
Jalur asam sikimat merupakan jalur alternatif menuju senyawa aromatik,
utamanya L-fenilalanin, L-tirosina,
tirosina, dan L-triptofan.
L
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
rbentuk 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 44 hidroksibenzoat juga terjadi zantara asam korismat.
Gambar 3 – 7. Jalur sikimat dalam biosintesis asam polifenolat
(Dewick, 1997)
3. Jalur asam mevalonat
Terpenoid merupakan bentuk 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
head
), sedangkan unit isoprena diturunkan dari
metabolisme asam asetat oleh jalur asam mevalonat (mevalonic acid: MVA). Adapun
reaksinya adalah sebagai berikut:
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 juga
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 3—9
D. Upaya untuk Meningkatkan Metabolisme Sekunder
1.
Metode konvensional
Adanya kenyataan mengenai
engenai ras kimia (chemical races) atau chemodemes
chemode
.,
yaitu adanya perbedaan kandungan kimia dalam tumbuhan
tumbu
antar satu spesies yang
memiliki
iki fenotipe sama, namun secara geneti berbeda; seperti keidentikan bentuk luar
tetapi berbeda dalam kandungan kimianya. Ekspresi genetik ini dinyatakan dalam
metabolisme sekunder
ekunder 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