BIOSINTESIS KO2

8/22/2019 BIOSINTESIS KO2

1/15

2.3 METABOLISME SEKUNDER

Metabolit sekunder adalah senyawa metabolit yang tidak esensial bagi pertumbuhan

organisme dan ditemukan dalam bentuk yang unik atau berbeda-beda antara spesies yang

satu dan lainnya. Setiap organisme biasanya menghasilkan senyawa metabolit sekunder

yang berbeda-beda, bahkan mungkin satu jenis senyawa metabolit sekunder hanya

ditemukan pada satu spesies dalam suatu kingdom. Senyawa ini juga tidak selalu

dihasilkan, tetapi hanya pada saat dibutuhkan saja atau pada fase-fase tertentu.

Fungsi metabolit sekunder adalah untuk mempertahankan diri dari kondisi

lingkungan yang kurang menguntungkan, misalnya untuk mengatasi hama danpenyakit,

menarikpolinator, dan sebagai molekul sinyal. Singkatnya, metabolit sekunder digunakan

organisme untuk berinteraksi dengan lingkungannya.Senyawa metabolit sekunder diklasifikasikan menjadi 3 kelompok utama, yaitu:

1. Terpenoid (Sebagian besar senyawa terpenoid mengandung karbon dan hidrogen serta

disintesis melalui jalur metabolisme asam mevalonat.) Contohnya monoterpena,

seskuiterepena, diterpena, triterpena, dan polimer terpena.

2. Fenolik(Senyawa ini terbuat dari gula sederhana dan memiliki

cincin benzena, hidrogen, dan oksigen dalam struktur kimianya.) Contohnya asam

fenolat, kumarina, lignin, flavonoid, dan tanin.

3. Senyawa yang mengandung nitrogen. Contohnya alkaloid dan glukosinolat

2.3.1 Biosintesis Terpenoid

Secara umum biosintesa dari terpenoid dengan terjadinya 3 reaksi dasar yaitu :

1. Pembentukan isopren aktif berasal dari asam asetat melalui asam mevalonat

2. Pengganbungan kepala dan ekor dua unit isopren akan membentuk mono-, seskui-,

di-, sester- dan poli-terpenoid

3. Penggabungan ekor dan ekor dari unit C-15 atau C-20 menghasilkan triterpenoid

dan ster

Mekanisme dari tahap-tahap reaksi biosintesa terpenoid adalah asam asetat setelah

diaktifkan oleh koenzim A melakukan kondensasi jenis Claisen menghasilkan asam

asetoasetat. Senyawa yang dihasilkan ini dengan asetil koenzim A melakukan kondensasi

25 Biosintesis

8/22/2019 BIOSINTESIS KO2

2/15

jenis aldol menghasilkan rantai karbon bercabang sebagaimana ditemukan pada asam

mevalinat. Reaksi-reaksi berikutnya adalah fosoforilasi, eliminasi asam fosfat dan

dekarboksilasi menghasilkan isopentenil pirofosfat (DMAPP) oleh enzim isomerase. IPP

sebagai unit isopren aktif bergabung secara kepala ke ekor dengan DMAPP dan

penggabungan ini merupakan langkah pertama dari polimerisasi isopren untuk

menghasilkan terpenoid.

Penggabungan ini terjadi karena serangan elektron dari ikatan rangkap IPP terhadap

atom karbon dari DMAPP yang kekurangan elektron diikuti oleh penyingkiran ion

pirofosfat yang menghasilkan Geranil pirofosfat (GPP) yaitu senyawa antara bagi semua

senyawa monoterpenoid.

Penggabungan selanjutnya antara satu unit IPP dan GPP dengan mekanisme yang

sama menghasilkan Farnesil pirofosfat (FPP) yang merupakan senyawa antara bagi semua

senyawa seskuiterpenoid. Senyawa diterpenoid diturunkan dari Geranil-Geranil Pirofosfat

(GGPP) yang berasal dari kondensasi antara satu unit IPP dan GPP dengan mekanisme

yang sama.

Mekanisme biosintesa senyawa terpenoid adalah sebagai berikut :

O O O O

CH3-C-SCoA + CH3-C-SCoA CH3-C-CH2-C-SCoA

OH O OH O

CH3-C-CH2-C-OH CH3-C-CH2-C-SCoA

CH2-CH2-OH CH2-C-SCoA

O

CH3-C-CH2-CH2-OPP CH3-C=CH-CH2-OPP

CH2 CH3

Biosintesis

26

8/22/2019 BIOSINTESIS KO2

3/15

IPP DMAPP

CH3

CH3

OPP +OPPCH2

CH3

CH3

CH3 CH3

OPPMonoterpen

+

OPPCH2

CH3

CH3

CH3

OPP +

CH3

CH3 CH3 CH3

OPP

Seskuiterpen

Triterpenoid2 x

CH3

CH3 CH3 CH3 CH3

OPP Diterpenoid

Tetraterpenoid

DMAPP IPP

Ada dua jalur metabolis menciptakan terpenoids:

1. Jalur asam mevalonat

Banyak organisme terpenoids manufaktur melalui HMG-COA reductase jalan, di

jalan yang juga memproduksi kolesterol. Reaksi yang terjadi di cytosol. Jalan yang telah

ditemukan pada tahun 1950-an. Contohnya biosintesis carvone:

Biosintesis

27

8/22/2019 BIOSINTESIS KO2

4/15

2. MEP / DOXP jalan

Jalur MEP atau HMG-KoA reduktase adalah jalur selular jalur metabolisme dalam

semua eukariota lebih tinggi dan banyak bakteri. Penting untuk produksi IPP dan DMAPP

yang menjadi dasar bagi biosintesis molekul yang digunakan dalam proses yang sangat

berbeda seperti proteinprenylation , sel membran pemeliharaan, hormon ,penahan protein

danN-glikosilasi .

Berbeda dengan klasikjalur mevalonate (MEP) biosintesis isoprenoid, tanaman dan

apicomplexanprotozoa seperti malaria parasit memiliki kemampuan untuk menghasilkan

isoprenoids ( terpenoid ) menggunakan jalur alternatif, jalur non-mevalonate, yang

berlangsung di plastida .Selain itu, sebagian besarbakteri termasuk patogen yang penting

seperti Mycobacterium tuberculosis mensintesis IPP dan DMAPP melalui jalur non-

mevalonate.

2 - C-methyl-D-erythritol 4-phosphate/1-deoxy-D-xylulose 5-fosfat jalan (MEP /

DOXP jalan), juga dikenal sebagai non-mevalonate jalan atau mevalonic asam-jalur

independen, mengambil tempat di plastids tanaman dan apicomplexan protozoa, serta di

banyakbakteri. Di akhir tahun 1980-an.

Pyruvate dan glyceraldehyde 3-fosfat akan diubah oleh DOXP synthase (Dxs) ke-1-

deoxy D-xylulose 5-fosfat, dan oleh DOXP reductase (Dxr, IspC) ke 2 - C-methyl-D-

erythritol 4-fosfat (MEP ). Reaksi yang berlaku tiga langkah catalyzed oleh 4-

diphosphocytidyl-2-methyl-C-D-erythritol synthase (YgbP, IspD), 4-diphosphocytidyl-2-

methyl-C-D-erythritol kinase (YchB, IspE), dan 2 -- C-methyl-D-erythritol 2,4-

cyclodiphosphate synthase (YgbB, IspF) sbg pembentukan 2 - C-methyl-D-erythritol 2,4-

cyclopyrophosphate (MEcPP). Akhirnya, MEcPP dikonvert ke (E)-4-hydroxy-3-methyl-

tapi-2-enyl pyrophosphate (PP-HMB) oleh HMB-PP synthase (GcpE, IspG), dan PP-HMB

dikonvert ke isopentenyl pyrophosphate ( IPP) dan dimethylallyl pyrophosphate (DMAPP)

oleh HMB-PP reductase (LytB, IspH).

IPP dan DMAPP adalah produk akhir baik di jalan, dan yang precursors dari

isoprene, monoterpenoids (10-karbon), diterpenoids (20 karbon), carotenoids (40 karbon),

chlorophylls, dan plastoquinone -9 (45-karbon ). Sintesis dari semua tinggi terpenoids hasil

melalui pembentukan geranyl pyrophosphate (gpp), farnesyl pyrophosphate (FPP), dan

geranylgeranyl pyrophosphate (GGPP).

Biosintesis

28

8/22/2019 BIOSINTESIS KO2

5/15

Berikut reaksi jalur MEP :

Biosintesis

29

8/22/2019 BIOSINTESIS KO2

6/15

Secara umum mekanisme biosintesis terpenoid, yaitu

Biosintesis

30

8/22/2019 BIOSINTESIS KO2

7/15

Secara khusus biosintesis dari monoterpenoid ialah:

Monoterpen dan seski terpen adalah komponen utama minyak esensial (minyak

atsiri) yang dapat diperoleh dengan penyulingan. Vitamin A adalah suatu diterpenoid,

skualena (terdapat dalam ragi, kecambah gandum, dan minyak hati hiu) tergolong

triterpenoid dan lanosterol (suatu komponen lanolin, yang diperoleh dari lemak wol).

Kedua senyawa ini merupakan zat antara dalam biosintasis steroid. Karet alam merupakan

suatu politerpena. Biosintesis terpen adalah kondensasi ester secara enzimatik dari porsil-

porsil asetil dari asetilkoenzime A. zat antara dalam pembentukan terpen adalah porofosfat

(difosfat) dari asam mevalonat dan sepasang isopenteril alkohol.

Biosintesis

31

8/22/2019 BIOSINTESIS KO2

8/15

2.3.2. Biosintesis Senyawa FenolikAlam

1. BIOSINTESIS FENILPROPANOID

Senyawa fenilpropanoid merupakan salah satu kelompok senyawa fenol utama yang

berasal dari jalur shikimat. Senyawa senyawa fenol ini mempunyai kerangka dasar

karbon yang terdiri dari cincin benzen (C6) yang terikat pada ujung rantai karbon

propana (C3).

a. Jalur Biosintesa Shikimat

Biosintesa senyawa fenilpropanoida yang berasal dari jalur shikimat pertama kali

ditemukan dalam mikroorganisme seperti bakteri, kapang dan ragi. Sedangkan asam

shikimat pertama kali ditemukan pada tahun dari tumbuhan Illicium religiosum dan

kemudian ditemukan dalam banyak tumbuhan. Pokok-pokok reaksi biosintesa dari

jalur shikimat adalah sebagai berikut :

Pembentukan asam shikimat dimulai dengan kondensasi aldol antara suatu

tetrosa yaitu eritrosa dan asam fosfoenolpiruvat. Pada kondensasi ini, gugus metilen

C=CH 2 dari asam fosfoenolpiruvat berlaku sebagai nukleofil dan beradisi dengan

gugus karbonil C=O dari eritrosa menghasilkan suatu gula yang terdiri dari 7 atom

karbon. Selanjutnya reaksi yang analog (intramolekuler) menghasilkan asam 5-

dehidrokuinat yang mempunyai lingkar sikloheksana yang kemudian diubah menjadi

asam shikimat. Asam prefenat terbentuk oleh adisi asam fosfoenolpiruvat kepada asam

shikimat.

Berikutnya aromatisasi dari asam prefenat menghasilkan fenilpiruvat yang

menghasilkan fenilalanin melalui reaksi reduktif aminasi. Akhirnya, deaminasi dari

fenilalanin menghasilkan asam sinamat. Reaksi paralel yang sejenis terhadap tirosin

yang mempunyai tingkat oksidasi yang lebih tinggi menghasilkan asam perusahaan-

kumarat dan selanjutnya asam-asam kafeat, ferulat dan sinapat.

Mekanisme reaksi biosintesa fenilpropanoida adalah sebagai berikut :

Biosintesis

32

8/22/2019 BIOSINTESIS KO2

9/15

Biosintesis

33

OO

OH

OH

OH

COOHOH COOH

OH

OH

COOH

OH

OH

COOH

OH

OH

OH

COOH

OH

OH

O COOH

CH2

COOH

OH

O COOH

CH2

HOOC CH2COCOOH

OH

COOH

O

COOH

NH2

COOH

NH2

OH

COOH

OH

COOH

OH

R1 R2

Keterangan :

R1=H, R2 = OH : Senyawa asam kafeat

R1=

H, R

2= OCH

3: Senyawa asam Ferulat

R1=

OCH

3, R

2= OCH

3: Senyawa asam Sinafat

H2C C COOH

O-PO3H3C

C

C

OH

HO

HO

COOH

H

H

H

+

8/22/2019 BIOSINTESIS KO2

10/15

b. Jalur Biosintesa Kumarin

Kumarin adalah senyawa fenol yang pada umumnya berasal dari tumbuhan

tinggi dan jarang sekali ditemukan pada mikroorganisme. Dari segi biogenetik, kerangka

benzopiran-2-on dari kumarin berasal dari asam-asam sinamat, melalui orto-

hidroksilasi. Asam orto-kumarat yang dihasilkan setelah menjalani isomerisasi cis-trans,

menjalani kondensasi.

Penelitian mengenai biosintesa kumarin pada beberapa jenis tumbuhan

ternyata mendukung biosintesa ini. Walaupun demikian, mekanisme dari sebagian

besar tahap-tahap reaksi tersebut masih belum jelas. Misalnya reaksi isomerisasi

cis-trans dari asam orto hodroksikumarat mungkin berlangsung dengan katalis

enzim atau melalui proses fotokimia atau suatu proses reduksi-dehidrogenasi yang

beruntun.

Tahap-tahap reaksi biosintesis kumarin yang dimulai dari asam sinamat hingga

terbentuknya kumarin adalah sebagai berikut :

COOH

HCH

COOH

H

COOHCH

H

O O O OOH O OOH

OH

c. Jalur Biosintesa Alilfenol dan Propenil fenolSenyawa-senyawa alilfenol dan propenil fenol adalah dua jenis senyawa

fenilpropanoida yang berkaitan satu sam lainnya. Senyawa-senyawa ini umumnya

ditemukan bersama-sama dalam minyak atsiri dari tumbuhan Umbeliferae atau

tumbuhan lain yang digunakan sebagai rempah-rempah. Misalnya eugenol adalah

komponen utama dari minyak cengkeh dan miristin terdapat dalam minyak pala.

Biosintesis

34

8/22/2019 BIOSINTESIS KO2

11/15

Semua senyawa ini mempunyai gugus hidroksil atau gugus ester pada C 4, kadang-

kadang diikuti oleh gugus metoksil atau metilendioksida yang lain.

Hipotesis reaksi biosintesa dari turunan alilfenol dan propenil fenol adalah sebagai

berikut :

COOH

R

CH2X

R

CH2

R

+

R

+

R R

Pembentukan turunan alilfenol dan propenil fenol pada prinsipnya adalah suatu

reaksi substitusi nukleofilik, dimana ion hidrida berlaku sebagai nukleofil. Hipotesis ini

telah didukung oleh percobaan mengenai biosintesa anetol dalam tumbuhan Pimpinella

anisum .

2. BIOSINTESIS POLIKETIDA

Metabolit sekunder pada fungi dan bakteri Contoh :

- asam orselinat, fungi dan linchen

- endokrosin, pigmen antrakuinon lichen Cebtralia endocrocea dan fungus Claviceps

purpurea

- griseofulvin,Penicillium grises- fulvin- kulvularin, Culvularis sp

Biosintesis

35

8/22/2019 BIOSINTESIS KO2

12/15

CH3 COOH CH3 COOH

KONDENSASI(+C2)

CH3 CO CH2 COOH CH3 CO CH2 COOH

CH3 CO CH2 COOH(CH2)2

REDUKSI

CH3 CH2 CH2 COOH

KONDENSASI(+C2)

CH3 CO CH2 COOH(CH2)2

REDUKSI

CH3 CH2 CH2 COOH(CH2)2

KONDENSASI(+C2)

CH3 CO CH2 COOH(CH2)4 CH3 CO CH2 COOH(CH2)4

ASAM LEMAK POLIKETIDA

C2

C2

C2

C2

Cn

Biosintesis asam lemak dan poliketida

Pada biosintesis asam lemak tiap pe-nambahan unit C2 didahului dengan re-duksi

gugus karbonil menjadi gugus metilen

Pada biosintesis poliketida perpanjang-an rantai tidak didahului dengan reduksi

Senyawa asam poli b keto, sangat re-aktif karena mengandung gugus metilen aktif

(nukleofil potensial) dan gugus karbonil (elektrofil potensial).

3. BIOSINTESIS FLAVONOID

Pola biosintesa pertama kali disarankan oleh Birch, yaitu: pada tahap-tahap pertama

biosintesa flavonoida suatu unit C6-C3 berkombinasi dengan tiga unit C2 menghasilkan

unit C6-C3-(C2+C2+C2). Kerangka C15 yang dihasilkan dari kombinasi ini telah

mengandung gugus-gugus fungsi oksigen pada posisi-posisi yang diperlukan.

Biosintesis

36

8/22/2019 BIOSINTESIS KO2

13/15

Cincin A dari struktur flavonoid berasal dari jalur poliketida, yaitu kondensasi dari

tiga unit asetat atau malonat, sedangkan cincin B dan tiga atom karbon dari rantai propane

berasal dari jalur fenilpropanoida (jalur shikimat). Sehingga kerangka dasar karbon dari

flavonoida dihasilkan dari kombinasi antara dua jenis biosintesa utama untuk cincin

aromatic yaitu jalur shikimat dan jalur asetat-malonat. Sebagai akibat dari berbagai

perubahan yang disebabkan oleh enzim, ketiga atom karbon dari rantai propane dapat

menghasilkan berbagai gugus fungsi seperti ikatan rangkap, gugus hidroksil, gugus

karbonil dan sebagainya.

Jalur sintesis flavonoid bermula dari produk glikolisis yaitu fosfoenol piruvat.

Selanjutnya, produk tersebut akan memasuki alur shikimat untuk menghasilkan fenilalanin

sebagai materi awal untuk alur metabolic fenil propanoid. Alur tersebut akan menghasilkan

4-coumaryl-coA, yang akan bergabung dengan malonyl-coA untuk menghasilkan struktur

sejati flavonoid.

Flavonoid yang pertama kali terbentuk pada biosintesis ini disebut khalkon. Bentuk

lain diturunkan dari khalkon melalui berbagai alur dan rangkaian proses enzimatik,

seperti:flavanol, flavan-3-ols, proantosianidin(tannin).

Biosintesis

37

8/22/2019 BIOSINTESIS KO2

14/15

biosntesis Flavonoid

Biosintesis

38

asam sikimat

O

OH

OH

O

SCoA

OH

OH

O O

SCoA

SCoA

O O O+

O

SCoA

OOO

OH

A B

kondensasi AB

O

OH

OHOH

OH

OH

OH

stilben

OH

O

arilbenzofuran

calkonO

OH

OOH

OHflavon

OHCOOH

OH

OH

OH

OHO

OH OH

O OOH

OH

OH

aril kumarin

benzofenon

O

OHO

OH OH

santon

OH

OH

O

OH

OOH

OH

C5

[O]

OOH

OH

O

OH

O

OH

8/22/2019 BIOSINTESIS KO2

15/15

2.3.3. Biosintesis Alkaloida

Biosintesa alkaloida mula-mula didasarkan pada hasil analisa terhadap ciri

struktur tertentu yang sama-sama terdapat dalam berbagai molekul alkaloida. Alakloida

aromatik mempunyai suatu unit struktur yaitu -ariletilamina. Alkloida-alkaloida tertentu

dari jenis 1-benzilisokuinolin seperti laudonosin mengandung dua unit -ariletilamina

yang saling berkondensasi. Kondensasi antara dua unit-ariletilamina tidak lain reaksi

kondensasi Mannich. Menurut reaksi ini, suatu aldehid dengan suatu amina

menghasilkan suatu ikatan karbon- nitrogen dalam bentuk imina atau garam iminium,

diikuti oleh serangan suatu atom karbon nukleofilik ini dapat berupa suatu enol atau suatu

fenol.

Dari percobaan menunjukkan bahwa-ariletilamina berasal dari asam-asam

amino fenil alanin dan tirosin yang dapat mengalami dekarboksilasi

menghasilkan amina. Asam-asam amino ini Perusahaan ada oksidasi dapat

menyingkirkan gugus-gugus amino (deaminasi oksidatif) diikuti oleh dekarboksilasi

menghasilkan aldehid. Kedua hasil transformasi ini yaitu amina dan aldehid

melakukan kondensasi Mannich.

Disamping reaksi-reaksi dasar ini, biosintesa alkaloida melibatkan reaksi-reaksi

sekunder yang menyebabkan terbentuknya berbagai jenis struktur alkaloida. Salah satudari reaksi sekunder ini yang terpenting adalah reaksi rangkap oksidatif fenol pada

posisi orto atau para dari gugus fenol. Reaksi ini berlangsung dengan mekanisme radikal

bebas.

Reaksi-reaksi sekunder lain seperti metilasi dari atom oksigen menghasilkan

gugus metoksil dan metilalsi nitrogen menghasilkan gugus N-metil ataupun oksidasi dari

gugus amina. Keragaman struktur alkaloida disebabkan oleh keterlibatan fragmen-

fragmen kecil yang berasal dari jalur mevalonat, fenilpropanoid dan poliasetat.

Dalam biosintesa higrin, pertama terjadi oksidasi pada gugus amina yang

diikuti oleh reaksi Mannich yang menghasilkan tropinon, selanjutnya terjadi reaksi

reduksi dan esterifikasi menghasilkan hiosiamin.

Biosintesis