BIOSINTESIS DAN METABOLISME PRODUK ALAMIA.

1. Biosintesis karbohidrata. Produksi monosakarida lewat fotosintesis.

monosakarida diproduksi lewat fotosintesis, suatu proses biologi yang energi elektromaknitik menjadi energi kimiawi. Dalam tumbuhanterdiri dari dua golongan reaksi. Satu golongan terdiri darisesungguhnya mengubah energi elektrolain terdiri dari reaksi enzimatikmengfiksasi karbon dioksida menjadi gula. Reaksi terakhir gelap. Hasil dari kedua reaksi tersebut dapat disimpulkan menjsebagai berikut:

Walaupun kesimpulan persareaktan 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 sukrosaberguna 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 alternatdan fruktosa yang bertanggungjawab untuk produksi sukrosa dalam mikroorganisme tententu, biosintesis metabolit penting dalam tumbuhan tinggi terjyang tergambar pada Gambar 3

Fruktosa 6-fosfat, diturunkan dafosfat yang kemudian bereaksi dengan UTP membentuk UDPglukosa. UDPbereaksi dengan fruktosa 5berubah 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 cahayauhnya 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 reaktan dan produk, namun belum menggambarkan zantara yang terjadi sepanjang

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.

Biosintesis sukrosa. Sukrosa merupakan produk tanaman yang sangat 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

Meskipun jalur alternatif terdiri dari suatu reaksi antara glukosa 1dan fruktosa yang bertanggungjawab untuk produksi sukrosa dalam mikroorganisme tententu, biosintesis metabolit penting dalam tumbuhan tinggi terjadi menurut jalur yang tergambar pada Gambar 3-2.

fosfat, diturunkan dari daur fotosintetik, diubah menjadi glukosa 1fosfat yang kemudian bereaksi dengan UTP membentuk UDPglukosa. UDPbereaksi 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 reaktan dan produk, namun belum menggambarkan zantara yang terjadi sepanjang

si yang terjadi tidak sesederhana dalam persamaan reaksi tersebut. Jalur carbon dalam fotosintesis dikerjakan pertama kali oleh Calvin dkk.

osa merupakan produk tanaman yang sangat 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

suatu reaksi antara glukosa 1-fosfat dan fruktosa yang bertanggungjawab untuk produksi sukrosa dalam mikroorganisme

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 32. 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 33. Jalur biosintesis

Gambar 34. 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 hubsekunder, 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

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 hubungannya dengan biosintesissekunder, beberapa contoh tercatum dalam Gambar 3 5.

Biosintesis protein terinci dalam MK Biokimia, sehingga dalam MK

rangkaian asam amino. Di alam terdapat asam amino esensial dan nonesensial. Asam amino esensial tidak dapat disintesis oleh tubuh

ungannya dengan biosintesis metabolit

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

B.

Biosintesis metabolit sekundsenyawa 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 asetilKoA dapat ikut serta dalam reareaksi dapat berlanjut sampai dihasilkan rantai poIiAkan tetapi studi tentang enzim yterungkap 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 dalaGambar 36.

2. Jalur asam sikimat Jalur asam sikimat merupakan jalur alternatif menuju senyawa aromatik,

utamanya L-fenilalanin, L-tirosina, dan Lmikroorganisme dan tumbuhan, tetapi tidak berlangsung dalam hewan, amino aromatik merupakan asam amino

Biosintesis Metabolit Sekunder

Biosintesis metabolit sekunder sangat beragam tergantung dari senyawa yang bersangkutan. Jalur yang biasanya dilalui dalam pembentukan

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 (Cvia reaksi kondensasi, misalnya

k poliketida adalah asam lemak, poliasetilena, prostaglandin, antibiotika makrolida, dan senyawa aromatik seperti antrakinon dan tetrasiklina. Pembentukan

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 3Akan 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

Jalur asam sikimat merupakan jalur alternatif menuju senyawa aromatik, tirosina, dan L-triptofan. Jalur ini berlangsung dalam

mikroorganisme dan tumbuhan, tetapi tidak berlangsung dalam hewan, sehinggaamino aromatik merupakan asam amino

golongan senyawa yang bersangkutan. Jalur yang biasanya dilalui dalam pembentukan

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 makrolida, dan senyawa aromatik seperti antrakinon dan tetrasiklina. Pembentukan

keto dapat digambarkan sebagai sederet reaksi Claisen, keragaman sidasi dalam metabolisme asam lemak. Jadi, 2 molekul asetil-

KoA, kemudian keto yang cukup (Gambar 37).

m lemak belum inci. Namun demikian, dalam membentukan asam lemak melibatkan

reaksi yang terjadi pada jalur asam asetat tercantum dalam

Jalur asam sikimat merupakan jalur alternatif menuju senyawa aromatik, 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)

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

esensial yang harus terdapat dalam diet manusia maupun hewan. Zantara pusat 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 darimodel kepala ke ekor (headmetabolisme 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)

Terpenoid merupakan bentuk senyawa dengan keragaman struktur yang besar produk alami yang diturunkan dari unit isoprena (C5) yang bergandengan dalam

head-to-tail), sedangkan unit isoprena diturunkan darimetabolisme asam asetat oleh jalur asam mevalonat (mevalonic acid: MVA

sebagai berikut:

7. Dalam hidroksibenzoat juga terjadi zantara asam korismat.

Terpenoid merupakan bentuk senyawa dengan keragaman struktur yang besar 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 jugjaringan 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

Berdasarkan kenyataan bahwa pada fase pertumbuhan tumbuhan utamanya 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

Berdasarkan kenyataan bahwa pada fase pertumbuhan tumbuhan utamanya memproduksi metabotit primer, sedangkan metabolit sekunder belum atau hanya

a 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

Dalam kaitannya hubungan kedua metabolisme Gambar 39

D. Upaya untuk Meningkatkan Metabolisme Sekunder

1. Metode konvensional Adanya kenyataan mengenai ras kimia (

yaitu adanya perbedaan kandungan kimia dalam tumbumemiliki 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 chemodeyaitu 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.