Biosintesis Dan Metabolisme Produk Alami

BAB Ill
BIOSINTESIS
IS DAN METABOLISME PRODUK ALAMI
A.
A Biosintesis Metabolit Primer
at
1. Biosintesis karbohidrat
a. Produksi monosaka
karida lewat fotosintesis. Dalam tumbuhan yang
g berklorofil,
monosakarida diproduksi lewat
lew fotosintesis, suatu proses biologi yang mengubah
energi elektromaknitik menja
jadi energi kimiawi. Dalam tumbuhan hijau, fo
fotosintesis
terdiri dari dua golongan re
eaksi. Satu golongan terdiri dari reaksi cah
ahaya yang
sesungguhnya mengubah energi
en
elektromaknitik menjadi potensi kimiawi.i. Golongan

lain terdiri dari reaksi enzima
atik yang menggunakan energi dari reaksi cah
ahaya untuk
mengfiksasi karbon dioksida
a menjadi gula. Reaksi terakhir ini sering dise
sebut reaksi
gelap. Hasil dari kedua reaks
ksi tersebut dapat disimpulkan menjadi reaksii sederhana
s
sebagai berikut:

Walaupun kesimpulan
lan persamaan reaksi merupakan peran sert
erta seluruh
reaktan dan produk, namun
n belum menggambarkan zantara yang terjadii sepanjang
proses tersebut. Jadi reaksii yyang terjadi tidak sesederhana dalam persama
maan reaksi
tersebut. Jalur carbon dalam
am fotosintesis dikerjakan pertama kali oleh C

Calvin dkk.
seperti tercantum dalam Gamb
mbar 3 --1.
b. Biosintesis sukrosa
osa. Sukrosa merupakan produk tanaman yan
ang sangat
berguna bagi manusia. Pene
enelitian menunjukkan bahwa sukrosa tidak ha
hanya gula
pertama yang terbentuk dalam
lam proses fotosintesis tetapi juga bahan transp
spor utama.
Pembentukan

sukrosa

mu
ungkin

merupakan


prekursor

biasa

untuk
tuk

sintesis

polisakarida. Meskipun jalurr alternatif
a
terdiri dari suatu reaksi antara glukos
osa 1-fosfat
dan fruktosa yang bertanggun
gungjawab untuk produksi sukrosa dalam mikroo
roorganisme
tententu, biosintesis metaboli
olit penting dalam tumbuhan tinggi terjadi men
enurut jalur

yang tergambar pada Gambar
ar 3-2.
Fruktosa 6-fosfat, ditur
iturunkan dari daur fotosintetik, diubah menjadii g
glukosa 1fosfat yang kemudian bereak
aksi dengan UTP membentuk UDPglukosa. UD
DP-glukosa
bereaksi dengan fruktosa 5-fosfat
5
membentuk pertama sukrosa fosfat,
t, kemudian
berubah menjadi sukrosa atau
tau dengan fruktosa langsung membentuk sukrosa
osa.

Gambarr 3—
3 1. Jalur karbon dalam fotosintesis
(Tyler et al, 1988)

Gambar 3—2.. Jalur

J
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


ntesis asam lemak yang mempunyai rantai karbon
on genap
Gambar 3—3. Jalur biosinte
(Dewick, 1997)

ksi yang terlibat dalam pembentukan trigliserida
a ((Dewick,
Gambar 3—4. Reaksi-reaks
1997)

3. Biosintesis asam amino
no dan protein
Protein terdiri dari rangkaian
ra
asam amino. Di alam terdapat asa
asam amino
esensial dan nonesensial. Asam
A
amino esensial tidak dapat disintesis o
oleh tubuh

manusia, jadi harus diperoleh
h dan sumber protein dan luar.
Biosintesis asam amin
ino sangat erat hubungannya dengan biosintesis
sis metabolit
sekunder, beberapa contoh tercatum
te
dalam Gambar 3— 5.
Biosintesis protein ter
terinci dalam MK Biokimia, sehingga dalam MK ini tidak
diuraikan

B. Biosintesis Metabolit Sekunder
Biosintesis metabolit
lit sekunder sangat beragam tergantung dari golongan
senyawa yang bersangkuta
tan. Jalur yang biasanya dilalui dalam pem
embentukan
metabolit sekunder ada tiga
a jalur,

ja
yaitu jalur asam asetat, jalur asam sikimat
at, dan jalur
asam mevalonat.
1.

Jalur asam asetat
Poliketida meliputi golongan
go
yang besar bahan alami yang dig
digolongkan

bersama berdasarkan pada biosintesisnya.
bi
Keanekaragaman struktur dapat
at dijelaskan
sebagai turunan rantai poIi- -keto, terbentuk oleh koupling unit-unit asam a
asetat (C2)
via reaksi kondensasi, misalny
lnya


Termasuk poliketida adalah
h asam lemak, poliasetilena, prostaglandin,, antibiotika
makrolida, dan senyawa arom
romatik seperti antrakinon dan tetrasiklina. Pem
embentukan
rantai poIi- -keto dapat diga
igambarkan sebagai sederet reaksi Claisen, kkeragaman
melibatkan urutan -oksidasi
si dalam metabolisme asam lemak. Jadi, 2 mole
olekul asetilKoA dapat ikut serta dalam
m reaksi Claisen membentuk asetoasetil-KoA,, kemudian
reaksi dapat berlanjut sampai
ai dihasilkan rantai poIi- -keto yang cukup (Gam
mbar 3—7).
Akan tetapi studi tentang en
enzim yang terlibat dalam biosintesis asam lem
emak belum
terungkap secara rinci. Namun
un demikian, dalam membentukan asam lemakk m
melibatkan
enzim asam lemak sintase seperti
sep
yang dibahas di atas.
Mengenai reaksi-reaks
ksi yang terjadi pada jalur asam asetat tercant
ntum dalam
Gambar 3—6.
2. Jalur asam sikimat
Jalur asam sikimatt m
merupakan jalur alternatif menuju senyawa
a aromatik,
utamanya L-fenilalanin, L-tir
tirosina, dan L-triptofan. Jalur ini berlangsun
sung dalam
mikroorganisme dan tumbuha
han, tetapi tidak berlangsung dalam hewan, sehin
hingga asam
amino aromatik merupakan asam
as
amino

Gambar 3 – 6. Biosintesis via jalur asetat 9Dewick, 1997)
esensial yang harus terdapa
pat dalam diet manusia maupun hewan. Zant
ntara pusat
adalah asam sikimat, suatu
atu asam yang ditemukan dalam tanaman IlIllicium sp.
beberapa tahun sebelum perannya
pe
dalam metabolisme ditemukan. Asam
am ini juga
terbentuk dalam mutan terte
rtentu dari Escherichia coil. Adapun contoh re
reaksi yang

terjadi dalam biosintesis asam
sam polifenolat tercantum dalam Gambar 3 — 7. Dalam
biosintesis L-triptofan dari asa
sam 4- hidroksibenzoat juga terjadi zantara asam
m korismat.

Gambar 3 – 7. Jal
Jalur sikimat dalam biosintesis asam polifenolat
(Dewick, 1997)
3. Jalur asam mevalonat
Terpenoid merupakan
n bentuk senyawa dengan keragaman strukturr yyang besar
dalam produk alami yang ditur
iturunkan dari unit isoprena (C5) yang bergandeng
ngan dalam
model kepala ke ekor (head-to-tail
he
), sedangkan unit isoprena diturun
runkan dari
metabolisme asam asetat oleh
leh jalur asam mevalonat (mevalonic acid: MVA
VA). Adapun
reaksinya adalah sebagai beri
erikut:

an Antara Metabolisme Primer dan Sekunder
C. Hubungan
Berdasarkan kenyataa
taan bahwa pada fase pertumbuhan tumbuhan
n utamanya
memproduksi metabotit prim
imer, sedangkan metabolit sekunder belum at
atau hanya
sedikit dimetabolisme. Hal yang
ya serupa juga sesuai dengan yang terjadi da
dalam kultur
jaringan tanaman dalam produ
duksi metabolit sekunder, ingat kurva pertumbuh
uhan. Dalam
kjt, produksi metabolit sekund
nder terjadi pada awal fase stasioner (waktu per
ertumbuhan
mulai berhenti).

Dalam kaitannya hubu
ubungan kedua metabolisme ini dapat dirangku
gkum dalam
Gambar 3—9

D. Upaya un
untuk Meningkatkan Metabolisme Sekunder
1.

Metode konvensional

Adanya kenyataan me
engenai ras kimia (chemical races) atau chem
emodemes.,
yaitu adanya perbedaan kand
ndungan kimia dalam tumbuhan antar satu spe
pesies yang
memiliki fenotipe sama, namu
un secara geneti berbeda; seperti keidentikan b
bentuk luar
tetapi berbeda dalam kandu
dungan kimianya. Ekspresi genetik ini dinyatak
takan dalam
metabolisme sekunder golong
ngan 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