Komposisi Kimia Tumbuhan

By : Ir. Nurjani, M.Sc.

I. PendahuluanAnalisis unsur dari daun umumnya memberikan hasil dalam persentase berat kering yaitu karbon - 45% , oksigen - 45% , hidrogen - 5% , nitrogen - 1-

5% , unsur lainnya* - 1-5% - termasuk fosfat (P), belerang (S) kalium (K), natrium (Na), magnesium (Mg), besi (Fe), dan kalcium (Ca), dan unsur mikro lainnya. Tumbuhan menggabung unsur-unsur tersebut dengan berbagai cara untuk menghasilkan beberapa kelompok senyawa sebagai hasil dari metabolisme yaitu keseluruhan reaksi kimia yang terjadi pada makhluk hidup. Senyawa yang

terdapat pada tumbuhan secara sederhana dibedakan menjadi metabolit primer dan metabolit skunder. Metabolit primer terdapat pada semua tumbuhan dan

mempunyai peranan tertentu dalam metabolisme. Metabolit skunder umumnya terdapat dalam jumlah terbatas dan peranannya belum jelas. Empat kelompok utama metabolit primer yaitu Karbohidrat, Protein, Asam nukleat dan Lipida. Kemudian ada tiga kelompok utama metabolit sekunder pada tumbuhan yitu alkaloid, terpenoid dan Fenolik.

II. KarbohidratKarbohidrat disusun dari unsur-unsur C, H dan O dengan perbandingan 1:2:1 (CH2O). Karbohidrat berperanan sebagai senyawa penyusun, cadangan energi bagi proses kehidupan dan bahan dasar bagi senyawa lain. Gula dan tepung termasuk dalam golongan karbohidrat. Karbohidrat terdapat pada serat dan kayu. Karbohidrat merupakan senyawa organik yang paling banyak 1

Komposisi Kimia Tumbuhan

By : Ir. Nurjani, M.Sc.

ditemukan pada tumbuhan. Karbohidrat yang terdiri dari satu monomer disebut monosakarida sedangkan polimer dari karbohidrat disebut polisakarida.Glukosa

Monosakarida karbohidrat

adalah sederhana.

Monosakarida dibentuk dari rantaiBentuk linier Bentuk cincin

karbon yang terikat dengan atom hidrogen dan oksigen, contohnya

-D-Glukosa

D-glukosa

-D- glukosa

glukosa C6H12O6.

Monosakarida

yang mempunyai 6 atom C disebutGula Tiosa (C Aldosa H O ) 3 3 3 Gula Pentosa (C H3 ) 3 3 O3 Gula Heksosa (C H1 ) 3 1 O3

heksosa, contohnya glukosa danGliseraldehida Ribosa Glukosa Galaktosa

fruktosa.

Monosakarida

yang

Ketosa

mempunyai 5 atom C disebut pentosa contohnya ribosa,

Dihidroksiaseton Ribulosa

dioksiribosa. Monosakarida dapatFruktosa

ditemukan dalam bentuk rantai atau cincin, walaupun bentuk cincin lebih umum. Disakarida adalah senyawa karbohidrat yang terbentuk dari ikatan Sukrosa yang dua monosakarida. disakarida gabungan

merupakan dari

dibentuk

glukosa dan fruktosa. Sukrosa adalah bentuk gula yang banyak ditransportasi

2

Komposisi Kimia Tumbuhan

By : Ir. Nurjani, M.Sc.

ke seluruh tumbuhan. Maltosa dibentuk dari gabungan dua glukosa. Maltosa sangat jarang ditemukan di alam, tetapi banyak dihasilkan pada pembuatan wiski khususnya dari barley. Laktosa merupakan gabungan glukosa dan galaktosa, biasa disebut gula susu. Laktosa tidak dihasilkan oleh tanaman. Polisakarida adalah polimerhingga 1000 Atau lebih monomer

dari monosakarida. Polisakarida yang umum terdapat pada

Monomer glukosa

Monomer glukosa

Monomer glukosa

tumbuhan adalah tepung dan selulosa. Keduanya merupakan Tepung

polimer dari glukosa.Pati atau amilum

adalah polimer dari alpa glukosa. Tepung

Tepung mempunyai dua bentuk yaitu amilum dan amilopektin.

merupakan cadangan energi utama pada tumbuhan. Selulosa adalah polimer dari beta glukosa. Selulosa membentuk rantai lurus yang disebut mikrofibril dan terdapat pada dinding sel. Selain kuat, sellosa juga elestis dan fleksibel. Sangat jarang ditemukan pada organisme selain tumbuhan. Selulosa merupakan

penyusun utama struktur tumbuhan seperti kayu dan serat. Glikogen adalah polimer dari alpa glukosa yang bercabang-cabang. Glikogen sebagai cadangan polisakatida banyak terdapat pada manusia dan fungi.

3

Komposisi Kimia Tumbuhan

By : Ir. Nurjani, M.Sc.

III. ProteinProtein merupakan polimer dari nitrogen yang mengandung senyawa yang disebut asam amino. Protein berfungsi sebagai senyawa struktural dan sebagai enzim. Asam amino terdiri dari: 1. 2. 3. 4. gugus Amino - NH2 (bermuatan positif) gugus Karboksil - COOH (bermuatan negatif) atom karbon pusat gugus R - alkil. Terdapat 20 macam asam amino esensial pada tumbuhan. Pada asam amino selalu terdapat gugus karboksil, gugus amino, dan atom C pusat, sehingga gugus R yang menentukan identitas dan sifat dari asam amino tersebut. Gugus R dapat bermuatan positif (contohnya arginina, lisina),

bermuatan negarif (contohnya, asam aspartat, asam glutamat), netral polar (contohnya, glisina, sarina, treonina) dan netral non polar (contohnya, leusina, fenilalanina, triptofan). Dua amino asid mengandung belerang yaitu sisteina dan metionina. Polipeptida adalah polimer dari asam amino. Ikatan antar asam-asam

amino disebut ikatan peptida. Disebabkan tarik menarik akibat ikatan hidrogen dan gugus R, polipeptida membentuk struktur tiga dimensi. Karena terdapat 20 macam asam amino sebagai penyusun, protein merupakan makromolekul penyusun organisme yang sangat banyak variasinya.

4

Komposisi Kimia Tumbuhan

By : Ir. Nurjani, M.Sc.

1. 2.

Struktur Primer: rantai asam amino Struktur Skunder: strukur yang terbentuk karena adanya ikatan

hidrogen yaitu spiral (alpha helix) or sheets (beta sheet) 3. Struktur Tersier: struktur tiga dimensi dari polipeptida karena

adanya ikatan hidrogen dan jembatan disulfida. 4. Struktur Kuarter struktur yang terbentuk dari beberapa

polipeptida untuk memberikan fungsi tertentu. Protein merupakan polipeptida yang sangat besar dengan berat molekul 10.000 1.000.000 dalton ( sebagai pembanding, air mempunyai berat molekul 18 dalton). Enzym adalah protien globular yang sangat besar yang berfungsi sebagai katalis. Katalis adalah zat yang dapat mempercepat terjadi reaksi kimia, tetapi tidak berubah dan tidak digunakan dalam reaksi. Enzim biasanya diberi nama

dengan menambahkan ase pada nama zat yang direaksikan, sebagai contoh invertase adalah enzim yang mengubah sukrosa menjadi glukosa, adalah enzim yang terlibat dalam pemecahan amilum (tepung). Protein juga berperanan dalam beberapa fungsi penting seperti, dalam transportasi, penyusun struktur, regulator, bahan cadangan. amilase

5

Komposisi Kimia Tumbuhan

By : Ir. Nurjani, M.Sc.

IV. Asam Nukleat

Asam nukleat adalah polimer dari nukleotida. bagian yaitu: 1. 2. 3. Gugus Fosfat - PO4 (bermuatan hegatif)

Nukleotida disusun dari tiga

Gula dengan 5 atom C: ribosa or deoksiribosa Basa nitrogen bangun cincin yang mengandung C dan N. Purin: Adenina (A), Guanina (G) Pirimidin: Sitosina (C), Timina (T), Uracil(U) Contoh senyawa nukloetida adalah 1. 2. ATP (adenosin trifosfat) berperanan sebagai energi metabolisme NADH, NADPH, FADH2 berfungsi sebagai pembawa elektron

dalam metabolisme Senyawa asam nukleat: 1. DNA (asam deoksiribonukleat) senyawa yang menyimpan

informasi genetik (yaitu kode pembentukan protein). DNA ditemukan dalam bentuk double helix, seperti dua benang yang terpilih dan bersatu karena adanya ikatan hidrogen. 2. RNA (asam ribonukleat ) berfungsi sebagai sebagai penterjemah

informasi genetik dari DNA. Ditemukan sebagai rantai tunggal dari

6

Komposisi Kimia Tumbuhan

By : Ir. Nurjani, M.Sc.

polinukleotida. Ada 3 tipe dari RNA - messenger RNA, ribosomal RNA, dan transfer RNA.

7

Komposisi Kimia Tumbuhan

By : Ir. Nurjani, M.Sc.

V. Lipida

Lipida mencakup lemak, minyak, senyawa mirip lemak, beberapa vitamin dan steroid. Lipida merupakansumber energi utama dan senyawa senyawa struktural bagi makhluk hidup. penghambat kehilangan air. Juga berperanan sebagai vitamin dan

Lemak berbentuk padat pada suhu ruang,

sedangkan minyak berbentuk cair. Dua karakteriktik utama dari Lipida, yaitu : Hidrofobik tidak larut dalam air dan Banyak terdapat ikatan hidrogen dalam molekulnya- oleh karena itu dapat melepaskan energi yang lebih banyak dibandingkan senyawa organik lainnya. Lemak menhasilkan 9 kcal/gram, sedangkan karbohidrat hanya 4 kcal/gram.

Asam lemak (Asam palmitat) GliserolIkatan ester

Ekor (hidrofobik)

Kepala (hidrofilik)

Molekul lemak

8

Komposisi Kimia Tumbuhan

By : Ir. Nurjani, M.Sc.

Kelompok Utama LipidaA. Trigliserida Trigliserida (lemak dan minyak) terbentuk dari tiga asam lemak yang terikat pada sebuah molekul gliserol. Asam lemak adalah rantai panjang

hidrokarbon dengan gugus karboksilat (COOH) diujungnya, sedangkan gliserol adalah molekul dengan tiga atom karbon. Sifat fisik dari Lipida tergantung pada panjangnya rantai hidrokarbon dan ada tidaknya ikatan tak jenuh. Jenuh jika tidak terdapat ikatan rangkap, sedangkan tak jenuh jika terdapat satu atau lebih ikatan rangkap. Secara umum asam lemak tak jenuh mempunyai titik cair yang lebih rendah, sehingga berwujud cair pada suhu ruang. Semakin jenuh lemak

semakin tinggi titik cairnya sehingga wujudnya padat pada suhu ruang. Lemak hewan seperti keju sangat jenuh sehingga berwujud padat pada suhu ruang. Asam lemak yang umum ditemukan yaitu :asam stearat (C18, tidak ada ikatan rangkap), asam oleat (C18, ada satu ikatan rangkap dua), asam linoleat (C18, ada dua ikatan rangkap dua), dan asam linolenat (C18, ada tiga ikatan rangkap dua). Minyak pada biji merupakan sumber energi yang digunakan pada saat perkecambahan. B. FosfoLipida FosfoLipida terbentuk dari ikatan dua asam lemak pada gugus fosfat yang mempunyai gugus kepala. FosfoLipida sangat penting karena membentuk

membran sel. Gugus kepala dari fosfat bersifat hidrofilik (larut dalam air) tetapi

9

Komposisi Kimia Tumbuhan

By : Ir. Nurjani, M.Sc.

ekornya bersifat hidrofobik

(tidak larut dalam air).

Oleh karena itu secara

spontan senyawa ini membentuk dwilapis Lipida. Membran sel sangat penting pada tumbuhan karena membentuk pembatas bagi molekul polar, mengatur lalulintas ion dan nutrisi, membawa energi transduksi, mengarahkan signal transduksi dan perantara interaksi antar sel.

Kepala (polar, hidrofilik)

Ekor (nonpolar, hidrofobik)

Fosfolipid

10

Komposisi Kimia Tumbuhan

By : Ir. Nurjani, M.Sc.

C. Lilin Lilin adalah campuran komplek dari asam lemak terikat pada rantai panjang alkohol. Lilin lebih padat dan kedap air dari lemak lainnya. Kutin adalah lilin yang tedapat pada tumbuhan dan sebagai komponen utama kutikula yang menutupi permukaan daun, bunga, buah dan batang sebagai penghalang air dan OPT. Lilin juga ada pada suberin yaitu senyawa kedap air yang terdapat pada sel gabus dan dinding sel dari endodermis.

11

Komposisi Kimia Tumbuhan

By : Ir. Nurjani, M.Sc.

VI. Metabolit Sekunder

Protein, Lipida, karbohidrat dan asam nukleat disebut metabolit primer karena terdapat pada semua tanaman dan diperlukan untuk kehidupan dan kesempurnaan fungsi pada tanaman. Metabolit sekunder adalah berbagai senyawa lain yang fungsinya bervariasi dan terbatas pada tumbuhan serta sering terakumulasi pada bagian yang berbeda pada tmbuhan. Metabolit sekunder juga disebut produk alami atau

Phytochemicals. Kebanyakan senyawa ini tidak diketahui fungsinya. Ada tiga kelompok utama metabolit sekunder pada tumbuhan yaitu alkaloid, terpenoid dan Fenolik.

AlkaloidAlkaloid adalah senyawa basa yang mengandung nitrogen dan

mempengaruhi sistem saraf manusia. Senyawa ini sering digunakan sebagai obat atau racun. Paling sedikit ada 10.000 macam alkaloid yang telah diisolasi dari tumbuhan. Kebanyakan namanya diakhiri dengan in, contohnya :

Kafein pada kopi Kokain pada Coca Konin pada cemara racun. Morpin pada Opium poppy

12

Komposisi Kimia Tumbuhan

By : Ir. Nurjani, M.Sc.

Nikotin pada Tembakau Quinin pada pohon kina

TerpenoidTerpenoids adalah polimer dari isoprena yaitu suatu hidrokarbon dengan lima atom karbon. Isoprena dipancarkan oleh daun sehingga menyebabkan kabut menyelimuti hutan pada hari yang panas. Terpenoid diambil namanya dari terpentin yaitu suatu molekul tinggi dari terpenoid yang digunakan sebagai tinner cat. Terpenoids are the most structurally diverse class of secondary metabolites, with over 25,000 known structures. They contain carbon and hydrogen but very little oxygen, hence, they are hydrophobic. Since they are formed from isoprene units, they contain carbon in multiples of 5: Terpenoid adalah golongan metabolit sekunder yang strukturnya sangat bervariasi dengan lebih dari 25.000 rumus struktur yang telah diketahui. Senyawa ini mengandung karbon dan hidrogen tetapi sangat sedikit oksigen sehingga bersifat hidrofobik (sukar larut dalam air). Karena dibentuk dari

monomer isoprena, terpenoid mempunyai karbon kelipatan 5.

C10 - monoterpen C15 - sesquiterpen C20 - diterpen C30 - triterpen

13

Komposisi Kimia Tumbuhan

By : Ir. Nurjani, M.Sc.

C40 - tetraterpen seperti menthol yang

Monoterpen mencakup beberapa minyak penting

memberikan aroma khas pada tanaman. Senyawa ini sering dihasilkan pada jaringan luar pada permukaan tanaman. Karotenoid adalah group terpenoid

yang mencakup pigmen seperti beta-karoten dan lycopen yang menyebabkan warna merah pada tomat. Terpenoid tumbuhan lainnya termasuk taxol (obat kanker), digitalis (obat hati) dan karet.

FenolikFenolik adalah senyawa benzena yang mengikat gugus OH. Beberapa

fenolik berperan sebagai pelindung dari sinar UV, senyawa anti mikroba, senyawa anti herbivora, dan anti oksidan. Flavonoid adalah pigmen penting ditemukan pada epidermis kebanyakan tumbuhan. Salah satu group flavonoid adalah anthosianin yaitu pigmen yang larut dalam air yang memberikan warna merah, pink, dan ungu pada tumbuhan. Tannin adalah senyawa yang

memberikan rasa pahit pada tumbuhan sehingga terlindung dari herbivora. Lignin adalah fenolik penting yang dihasilkan oleh jaringan vaskular untuk memberikan kekuatan struktural. Lignin adalah polimer fenolik yang kaku

ditemukan terutama pada jaringan kayu, tetapi juga terdapat pada jaringan vaskular dan serat tumbuhan herba. Kata lignin diambil dari kata Yunani lignos yang berarti kayu.

14

Komposisi Kimia Tumbuhan

By : Ir. Nurjani, M.Sc.

Suberin adalah polimer fenolik lainnya yang mempunyai struktur mirip lignin. Senyawa ini ditemukan pada dinding sel dari jaringan gabus pada bagian luar kulit tumbuhan dan juga pada dinding sel dari jaringan endodermis akar. Komposis Unsur pada Kelompok utama senyawa metabolit Tumbuhan C Karbohidrat + H + O + N Tidak ada P Tidak ada S Tidak ada Asam Protein + + + + Tidak ada amino tertentu Asam Nukleat + + + Sangat sedikit Sedikit Sangat sedikit + + + Tidak ada

Lipida

+

+

FosfoLipida FosfoLipida

Jarang

Alkaloid

+

+

+

Tidak ada

Tidak ada

Terpenoid

+

+

Tidak ada

Tidak ada

Tidak ada

Fenolik

+

+

Tidak ada

Tidak ada

Tidak ada

15