METABOLIT PRIMER

Metabolit primer adalah satu grup reaksi yang saling berhubungan dalam

mikroorganisma yang berhubungan dengan pertumbuhan dan mempertahankan hidup.

Metabolit primer secara mendasar sama pada diseluruh mahluk hidup yang

berhubungan dengan pelepasan energi dan sitesis makromolekul penting seperti protein,

asam nukleat, dan material sel lainnya. Ketika metabolisme promer berhenti, maka

organisme tersebut mati. Produk dari metabolisme primer berhubungan dengan

pertumbuhan dan produksi maksimal yang terjadi pada fase logaritmik pada

pertumbuhan dalam sistem kultur batch. Produk-produk katabolik meliputi alkohol,

asam laktat, butanol sedangkan produk anabolik seperti asam amino, enzim dan asam

nukleat. Protein sel tunggal dan khamir juga termasuk dalam kategori tersebut

Jalur-Jalur Proses Terjadinya Metabolit Primer

Metabolit primer adalah senyawa yang merupakan produk akhir yang

mempunyai berat molekul rendah dan dihasilkan pada fase eksponensial oleh mikroba.

Senyawa metabolit primer digunakan untuk mebentuk makromolekul atau yang

dikonversikan menjadi koenzim senyawa intermediet/antara seperti asam amino

nukleotida purin, pirimidin, vitamin, asam organk, seperti asam sitrat, asam fumarat,

aseton butanol asam asetat dan enzim termasuk metabolit primer.

Metabolit primer lainnya adalah yang termasuk senyawa antara pada jalur reaksi

embden Meyerhof, jalur pentosafosfat, dan siklus asam trikarboksilat (siklus krebs).

Dalam memproduksi senyawa metabolit prmer harus dipilih mikroba yang potensial

untuk fermentasi.

Biosintesis Metabolit Primer

1. Biosintesis karbohidrat

a. Produksi monosakarida lewat fotosintesis.

Dalam tumbuhan yang berklorofil, monosakarida diproduksi Iewat

fotosintesis, suatu proses biologi yang mengubah energy elektromagnetik

menjadi energy kimiawi. Dalam tumbuhan hijau, fotosintesis terdiri dari dua

golongan reaksi. Satu golongan terdiri dari reaksi cahaya yang sesungguhnya

mengubah energy elektromagnetik menjadi potensi kimiawi. Golongan lain

terdiri dari reaksi enzimatik yang menggunakan energy dari reaksi cahaya untuk

mengfiksasi karbondioksida menjadi gula. Reaksi terakhir ini sering disebut

reaksi gelap. Hasil dari kedua reaksi tersebut dapat disimpulkan menjadi reaksi

sederhana sebagai berikut.

2H2O + CO2 + cahaya (CH2O) + H2O + O2

Walaupun kesimpulan persamaan reaksi merupakan peran serta seluruh

reaktan dan produk, namun belum menggambarkan antara yang terjadi

sepanjang proses tersebut. Jadi reaksi yang terjadi tidak sesederhana dalam

persamaan reaksi tersebut. Jadi karbon dalam fotosintesis dikerjakan pertama

kali oleh Calvin dan kawan-kawan.

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 transport utama.

Pembentukan sukrosa mungkin merupakan precursor biasa untuk sintesis

polisakarida. Meskipun jalur alternative terdiri dari suatu reaksi antara glukosa

1-fosfat dan fruktosa yang bertanggung jawab untuk produksi sukrosa dalam

mikroorganisme tertentu, biosintesis metabolit penting dalam tumbuhan tinggi

Fruktosa 6-fosfat, diturunkan dan daur fotosintetik, diubah menjadi glukosa

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

gIukosa bereaksi dengan fruktosa 5-fosfat membentuk pertama sukrosa fosfat,

kemudian berubah menjadi sukrosa atau dengan fruktosa langsung membentuk

sukrosa.

2. Biosintesis lipid

Bertahun-tahun, sintesis lemak dan minyak lemak oleh organism hidup

dipercaya dipengaruhi secara sederhana oleh reaksi balik yang bertanggung jawab

pada peruraiannya. Utamanya, hal ini termasuk hidrolisis ester gliserol-asam lemak

(gliserida) oleh enzim lipase dan diikuti penyingkiran dua unit atom karbon sebagai

asetil-KoA dan rantai asam lemak oleh ß-oksidasi. Studi biosintesis menunjukkan

bahwa pembentukan lipid ini menggunakan jalur kimia yang berbeda. Biosintesis

asam lemak berjalan dengan sederet reaksi melibatkan dua komplek enzim plus

ATP, NADPH2, Mn++, dan karbondioksida.

Pertama asetat bereaksi dengan KoA dan asetil-KoA yang terbentuk diubah

oleh reaksi dengan karbondioksida menjadi malonil-KoA. Ini selanjutnya bereaksi

dengan asetil-KoA membentuk zat antara dengan 5 unit karbon, yang mengalami

reduksi dan eliminasi karbondioksida membentuk butinil-KoA. Senyawa malonil-

KoA bereaksi lagi dengan senyawa ini membentuk antara 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.

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 dari α-gliserofosfat (L-α-GP).

Lα-GP mungkin diturunkan baik dari gliserol bebas maupun antara glikolisis,

dihidroaseton fosfat bereaksi berturut-turut dengan 2 molekul asetil-KoA

membentuk pertama asam L-α-flisofosfatidat, kemudian asam L-α-fosfatidat.

Senyawa yang akhir ini diubah menjadi α,ß-digliserida, yang akan baik kembali ke

daur asam fosfatidat atau bereaksi dengan asil-KoA dan asam lemak untuk

membentuk trigliserida.

Mengenai biosintesis asam lemak yang penting dalam farmasi belum diketahui

secara rinci. Misalnya ester alcohol 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.

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 dari sumber protein dari luar.

BIOKONVERSI

Biotranformasi disebut juga biokonversi, biokonversi merupakan perubahan

suatu senyawa menjadi senyawa lain yang struktur molekulnya mirip. Biasanya

berlangsung dalam 1-2 tahap. Kelebihan biokonversi dibandingkan dengan reaksi kimia

biasa antara lain:

1. Reaksinya spesifik

a) Spesifik substrat (Dekstro Lefo)

b) Stereospesifik (cis-trans)

c) Geometri spesifik (α,β,)

2. Yield tinggi (diatas 90%)

3. Kondisi reaksi netral

pH yang digunakan adalah pH netral, suhu yang digunakan cukup rendah yaitu

sekitar suhu ruang.

4. Reaksi berantai dapat dilakukan dengan 1 jenis mikroba atau lebih

Hampir semua reaksi yang berlangsung secara kimia yang berlangsung dalam

biokonversi seperti hidroksilasi, hidrolisis, kondensasi, oksidasi,

esterifikasi,hidrogenasi, dehidrogenasi, halogenasi, dehidrasi, isomerasi,dan reduksi.

Faktor yang berpengaruh dalam reaksi biokonversi:

1. Jenis mikroba (harus sesuai

2. Kondisi reaksi (pH optimum

3. Kondisi reaksi (suhu optimum

4. Pengaturan sintesis enzim

5. Mutasi gen

6. Permeabilitas membran sel

Pengaturan sintesis enzim bertujuan untuk meningkatkan jumlah atau aktivitas

enzim, dilakukan melalui:

a) Induksi enzim

b) Mencegah represi katabolit

c) Mutasi gen misalnya digunakan untuk mencegah produk akhir yang diinginkan.

d) Permeabilitas seperti pengubahan guanine menjadi guanosin monophospat

Beberapa hal yang harus dilakukan untuk pelaksanaan biokonversi dan fermentasi

yaitu isolasi dan pemeliharaan kultur, persyaratannya sebagai berikut:

1. Dalam substrat dan kondisi yang cocok mikrobanya tumbuh dengan cepat dan

mudah berkembang biak (waktu generasinya pendek)

2. Menghasilkan enzim penting yang memungkinkan terjadinya perubahan

bahan/komponen kimia pangan maupun non pangan

3. Kondisi lingkungan yang diperlukan untuk pertumbuhan dan produksi secara

komparatif harus sederhana

4. Mikroba non pathogen dan non pembusuk

Beberapa cara isolasi mikroba, yaitu:

1. Menggunakan medium selektif yaitu medium dimana hanya mikroba tertentu

saja yang dapat tumbuh

2. Medium padat yaitu menggunakan medium selektif yang mengandung substrat

bagi enzim sehingga mikroba penghasil enzim saja yang bisa tumbuh

3. Isolasi acak (penghasil antibiotic, asam amino dll)

Pemeliharaan kultur

Tujuan pemeliharaan kultur antara lain sebagai berikut:

1. Mencegah perubahan genetic akibat seleksi dan mutasi gen

2. Mencegah kontaminasi

3. Mempertahankan viabilitas sel

Cara pemeliharaan kultur

1. Dilakukan penyimpanan pada suhu rendah

a) Suhu refrigerasi dan suhu beku, suhu 5 dan 20 derajat, kemudian setiap 6 bulan

dipindahkan pada media media agar miring yang baru

b) Penyimpanan spora dalam aquades suhu 5 derajat

c) Penyimpanan dengan nitrogen cair, suspense sel dimasukkan ke ampul

kemudian disimpan pada nitrogen cair suhu 150-190 derajat celcius

2. Penyimpanan dalam bentuk kering

a) Kultur tanah : tanah basah yg steril diinokulasi dengan kultur mikroba dan

inkubasi selama beberapa hari, kemudian dikeringkan pada suhu kamar selama

2 minggu

b) Kultur amobil : mikroba dijerat dalam matriks polimer

Secara umum medium fermentasi menyediakan semua nutrient yang dibutuhkan

oleh mikroba untuk memperoleh energi, pertumbuhan, bahkan pembentuk sel dan

biosintesis produk-produk metabolisme.