Biosintesis Metabolit Primer dan Sekunder

BIOSINTESIS          

Istilah biosintesis menunjukkan bahwa adanya senyawa alami yang dibentuk oleh makhluk hidup. Biosintesis merupakan suatu proses pembentukan metabolit (produk metabolisme) yang berasal dari molekul sederhana menjadi molekul yang lebih kompleks pada organisme hidup. Biosintesis diartikan juga sebagai proses pengkatalisan produk alami dengan menggunakan reaksi enzimatik. Reaksi enzimatik itu sendiri dilakukan oleh sejumlah enzim yang dibutuhkan demi tercapainya senyawa aktif biologis tunggal, dimana substrat diubah menjadi produk berbentuk senyawa lain yang lebih kompleks. Sedangkan metabolisme adalah bentuk modifikasi senyawa kimia yang dilakukan secara biokimia pada organisme dan sel. Metabolisme pada makhluk hidup dibagi menjadi 2, yaitu metabolisme primer dan metabolisme sekunder.

Metabolisme Primer

            Metabolisme primer adalah  suatu produk akhir (metabolit) yang dapat berupa molekul atau produk sentral dalam proses metabolisme makhluk hidup yang berfungsi sangat esensial bagi berlangsungnya hidup organisme tersebut dan terbentuk secara intraseluler. Contohnya adalah protein, lemak, karbohidrat, dan DNA. Dalam mikrobiologi industri, etanol adalah salahsatu metabolit primer yang paling umum diproduksi dalam skala yang besar dengan fermentasi. Selain itu, asam amino seperti L-lysine dan L-glutamat serta asam sitrat juga diproduksi dalam skala besa yang digunakan untuk bahan dalam produksi makanan. Berikut bagan utamanya :

            Berikut ciri-ciri metabolit perimer yaitu

1)      Terbentuk melalui metabolism sekunder

2)      Punya fungsi esensial dan jelas bagi berlangsungnya hidup organisme penghasil

3)      Berhubungan erat dengan pertumbuhan organisme penghasil

4)      Bersifat tidak spesifik (hamper di semua makhluk)

5)      Dibuat dan di simpan secara intraseluler

6)      Dibuat dalam kuantitas cukup banyak

7)      Hasil akhir metabolitnya adalah etanol.

Metabolisme Primer	Contoh
Alkohol	Etanol
Asm Amino	Asam Glutamat, Asam Aspartat
Nukleotida	5’ Asam Guanylic
Antioksidan	Asam Isoascorbic
Asam Organik	Asam Asetat, Asam Laktat
Polyol	Gliserin
Vitamin	Vitamin B2

            Berikut uraian biosintesis primer :

1.      Biosintesis Karbohidrat

a.       Produksi Monosakarida lewat Fotosintesis

      Pada tumbuhan yang mempunyai klorofil, maka monosakaridanya diproduksi melalui fotosintesis yang mampu merubah energi elektromagnetik menjadi energi kimiawi. Reaksi fotosintesis yang menggunakan cahayalah yang mampu merubah energi elektromagnetik menjadi energi kimiawi sedangkan yang menggunakan reaksi enzimatik hanya menggunakan cahaya untuk memfiksasikan karbondioksida menjadi gula.

      Namun reaksi tersebut belum menggambarkan yang sebenarnya. Perhatikan gambar di bawah ini untuk mengetahui lebih jelasnya :

Gambar Jalur Biosintesis Sukrosa (Tyler et al., 1988)

b.      Biosintesis Sukrosa

      Sukrosa adalah produk dari tanaman yang memiliki manfaat bagi manusia. Sukrosa tah hanya gula primer yang terbentuk di fotosintesis tetapi juga bahan transport utama. Jalur alternatif pembentukannya hanya terdiri dari suatu reaksi antara glukosa 1-fosfat dan fruktosa pada mikroorganisme tertentu, biosintesis pada tumbuhan tinggi terjadi menurut jalur :

Gambar Jalur Biosintesis Sukrosa (Tyler et al., 1988)

2.      Biosintesis Lipid

      Biosintesis lipid atau asam lemak berjalan dengan reaksi-reaksi yang melibatkan dua kompleks enzim plus ATP, NADPH₂, MN⁺⁺ dan karbon dioksida. Awalnya asetat bereaksi dengan KoA dan Asetil-KoA yang terbentuk dan diubah dengan reaksi karbon dioksida menjadi malonil-KoA, selanjutnya akan bereaksi dengan asetil KoA membentuk zat 5 karbon lalu mengalami reduksi dan eliminasi karbon dioksida membentuk butinil-KoA. Senyawa malonil-KoA akan bereaksi lagi dengan senyawa ini membentuk 7 atom karbon yang direduksi menjadi kaproil-KoA. Pengulangan reaksi ini akan membentuk asam lemak (fatty acids) yang punya atom karbon genap pada rantainya. Ternyata malonil-KoA dengan 3 karbon adalah pemasok satuan 2 atom karbon dalam biosintesis asam lemak.

Gambar Reaksi Pembentukan Trigliserida (Dewick, 1997)

3.      Biosintesis Asam Amino dan Protein

     Protein terdiri dari untaian asam amino yang terdapat di alam sebagai asam amino esensialnya da non esensial. Asam amino esensial tidak bisa diperoleh dengan cara sintesis oleh tubuh manusia, jadi harus diperoleh dari sumber protein dari luar.

Gambar Jalur Biosintesis Asam Amino dengan Alkaloid (Dewick, 1997) 

Metabolisme Skunder

          Metabolisme sekunder adalah hasil yang diperoleh dari modifikasi metabolit primer yang berbentuk senyawa organic kecil yang terbentuk di dekat fase diam pertumbuhan. Dimana metabolisme ini tidak berperan pada proses pertumbuhan, perkembangan, da produksi tetapi berperan dalam fungsi ekologi mekanisme pertahanan, antibiotic dan penghasil pigmen. Reaksi utamanya :

            Berikut ciri-ciri metabolit sekunder yaitu

1)      Dibuat melalui metabolism sekunder

2)      Diproduksi selama fase stationer

3)      Fungsi bagi organisme belum jelas (tak berhubungan dengan sintesis komponen sel atau pertumbuhan

4)      Dibuat dan disimpan secara ekstraseluler

5)      Hanya dibuat oleh spesies tertentu dengan jumlah terbatas

6)      Diproduksi oleh fungsi filamentus dan bakteri pembentuk spora

7)      Merupakan kekhasan bagi spesies tertentu

8)      Berhubungan dengan aktivitas anti mikroba enzim spesifik, penghambatan, pendorong pertumbuhan dan sifat farmakologis.

Metabolisme Sekunder	Contoh
Pigmen	Karotenoid, Anthocyanin
Alkaloid	Morfin, Codeine
Terpenungau	Mooterpena, Diterpen
Minyak Esensial	Minyak Serai
Racun	Abrin, Ricin
Lektin	Concanavalin A
Narkoba	Vinblastin, Curcumin
Zat Polimerik	Karet, Getah, Selulosa

            Beberapa hal yang umumnya penting pada metabolism sekunder :

·         Peng-couple an (Coupling) oksidatif fenol

·         Metilasi

·         Hidroksilasi substrat aromatic

·         Hidroksilasi atom-atom karbon jenuh.

            Ada tiga jalur dalam pembentukan metabolisme sekunder, berikut uraiannya :

1.      Jalur Asam Asetat

      Terdapat golongan besar bahan alam yang disatukan berdasakan biosintesisnya yaitu poliketida. Ragam strukturnya dijelaskan oleh penurunan rantai poli-ß-keto yang dibentuk oleh kopling asam asetat (C₂) melalui rekasi kondensasi, misalnya :

2.      Jalur Asam Sikimat

            Jalur ini dimulai oleh kopling dari fosfoenolpiruvat (PEP) dan D-erythrose 4-fosfat untuk memberikan 7 karbon 3-deoxy-D-arabino heptulosonic asam 7-fosfat (DAHP). Reaksi ini ditampilkan sebagai aldol jenis kondensasi yang lebih kompleks dalam enzim katalis. Jalur ini berlangsung pada tumbuhan dan mikroorganisme tetapi tidak pada hewan. Bagan Jalur Sikimat :

3.      Jalur Asam Mevalonat

      Terpenoid adalah salah satu bentuk senyawa yang memiliki beragam struktur besar dalam produk alami turunan isoprene (C₅) yang berikatan dalam model kepala ekor (head-to-tail), sedangkan isoprene itu sendiri diturunkan dari metabolism asam asetat dengan jalur asam mevalonat. Berikut gambarannya :

Permasalahan :

1. Jalur asam asetat dalam metabolisme sekunder sering digunakan pada golongan poliketida. Sebutkan apa saja yang termasuk ke dalam golongan tersebut?
2. Jelaskan apa yang Anda pahami mengenai jaur sikimat selain yang saya uraikan di atas?
3. Berdasarkan uraian di atas mengenai metabolisme primer dan sekunder, apa yang Anda simpulkan mengenai perbedaan yang ada diantara kedua metabolisme tersebut?

Prosedur dan Tahap Screening Potensi Kimia Bahan Alam

             Indonesia adalah negara dengan iklim tropis. Negara ini terkenal dengan keanekaragaman hayati yang dimilikinya, hal itu terbukti dari tercatatnya kurang lebih 40.000 jenis tumbuhan yang dimiliki Indonesia. Dari 40.000 jenis tumbuhan tersebut sekitar 940 species terbukti memiliki khasiat menyembuhkan (terapautik) setelah melalui penelitian ilmiah. Namun sayangnya hanya sekitar 180 species yang sudah digunakan dan berperan dalam industri obat tradisional Indonesia. Melihat kesenjangan tersebut harusnya ada tindakan yang dilakukan untuk menambah nilai guna sisa tumbuhan yang belum digunakan agar dapat berperan dalam industri obat-obatan Indonesia. Apalagi jika dibandingkan dengan negara di luar sana yang sudah mengembangkan obat-obatan ke arah yang lebih modern. Tidaklah cukup menggunakan bahan alam obat-obatan tersebut hanya dengan pengalaman turun menurun. Sebab kemungkinan dari 940 species tersebut banyak yang memiliki potensi besar untuk menyembuhkan penyakit yang mungkin saat ini masih belum ditemukan obatnya. Oleh karena itu diperlukannya penggalian informasi tentang bahan atau potensi kimia bahan alam yang terdapat dalam tumbuhan-tumbuhan tersebut. Cara yang digunakan untuk mengetahui potensi kimia bahan alam disebut dengan Screening Fitokimia (Skrining) atau Uji Fitokimia.

            Skrining fitokimia memiliki arti sebagai tahap awal yang dilakukan untuk sebuah penelitian fitokimia yang bertujuan memperoleh gambaran mengenai golongan senyawa yang ada pada suatu tanaman yang diteliti. Metode skrining fitokimia ini dilakukan dengan memperhatikan reaksi uji warna dengan menggunakan pereaksi warna. Skrining fitokimia ini juga merupakan analisis kualitatif yang berlaku pada senyawa metabolit sekunder. Dimana suatu ekstrak dari bahan alam mengandung berbagai macam metabolit sekunder yang memiliki peran dalam aktivitas biologinya. Senyawa tersebut dapat diidentifikasi dengan pereaksi yang mampu menunjukkan ciri khas dari tiap golongan metabolit sekunder itu sendiri. Metode ini filakukan diperuntukkan pada bagian tumbuhan secara keseluruhan (akar, batang, daun, bunga, buah dan biji) terutama metabolit sekunder bioaktifnya yaitu alkaloida, antrakuinon, flavonoida, saponin (steroid dan hiterpenoid), glikosida jantung,  tannin (polifenolat), minyak atsiri (terpenoid), iridoid dan sebagainya. Namun uji pendahuluan yang dapat dilakukan meliputi pemeriksaan alkaloid, flavonoid, steroid, terpenoid, saponin dan tanin.

            Adapun persyaratan yang harus dipenuhi untuk memilih dan menggunakan metode dalam melakukan skrining fitokimia, yaitu:

1)      Sederhana

2)      Cepat

3)      Bisa dilakukan dengan alat seadanya (peralatan minimal)

4)      Mampu selektif terhadap golongan senyawa yang dipelajari

5)      Bersifat semikuantitatif (punya batas kepekaan pada senyawa yang dipelajari)

6)      Mampu memberikan keterangan tambahan (ada/tidaknya senyawa dari golongan senyawa yang dipelajari).

Pada tiap pemeriksaan tersebut memiliki langkah dan cara yang berbeda-beda, berikut penjelasannya :

1.    Alkaloid

Alkanoid adalah senyawa yang tersebar luas pada seluruh tumbuhan. Alkaloid banyak yang bersifat racun namun adapula yang berguna. Garam alkaloid atau alkaloid bebas berupa padatan kristal tak bewarna (berberina dan serpentina bewarna kuning) dan ada yang berupa cairan seperti konina, nikotina dan higrina. Rasa dari alkaloid itu sendiri pahit. Tahap atau prosedur uji alkaloid adalah sebagai berikut:

Ø  Dilarutkan ekstrak uji sebanyak 2 mL,

Ø  Diuapkan di atas cawan porselin hingga diperoleh residunya,

Ø  Dilarutkan residu yang diperoleh dengan 5 mL HCL 2 N,

Ø  Dibagi larutan yang di dapat pada 3 tabung berbeda,

Ø  Ditambahkan HCL 2 N pada tabung 1 (berfungsi sebagai blanko),

Ø  Ditambahkan pereaksi Dragendorff pada tabung 2 sebanyak 3 tetes,

Ø  Dirambahkan pereaksi Mayer pada tabung 3 sebanyak 3 tetes,

Terbentuknya endapat jingga pada tabung 2 dan endapan putih hingga kekuningan pada tabung 3 menandakan adanya alkaloid. Untuk memastikan adanya alkaloid lebih lanjut dapat digunakan reaksi pengendapan, minimal bereaksi positif terhadap 2 reaksi pengendapan. Alkaloid sebagian besar tidak larut atau sedikit larut dalam air tapi bereaksi dengan asam membentuk garam yang larut dalam air, sedangkan alkaloid bebasnya larut dalam eter, kloroform atau pelarut non polar lainnya. 

2.    Flavonoid

Senyawa flavonoid ini dapat diuji dengan uji warna berupa uji keberadaan flavonoid dari dalam sampel (Uji Wilstatter, Uji Bate-Smith, Uji dengan NaOH 10%) dan uji golongan polifenolnya dengan penambahan larutan FeCl₃. Dimana tahapan dari tiap-tiap uji tersebut adalah sebagai berikut:

(1)     Uji Wilstatter

Ø  Ditambahkan 2-4 tetes HCl pekat dan 2-3 potong kecil logam Mg pada isolat (Perubahan warna seharusnya dari kuning menjadi orange).

(2)     Uji Bate- Smith

Ø  Ditambahkan HCL pekat pada isolat lalu dipanaskan 15 menit di atas penangas air (Reaksi positif ditunjukkan jika memberikan warna merah).

(3)     Uji dengan NaOH 10%

Ø  Ditambahkan pereaksi NaOH 10% pada isolat (Reaksi positif jika perubahan warnanya spesifik).

(4)     Uji Golongan Polifenol

Ø  Ditambahkan larutan FeCl₃ 10% dalam akuades (Reaksi positif jika warnanya hijau, merah, ungu, biru, atau hitam kuat).

3.    Steroid dan Terpenoid

Pemeriksaan senyawa steroid dan terpenoid ini dilakukan dengan cara menambahkan pereaksi Liberman Burchard ke dalam 1 mL ekstrak sampel. Jika warnanya berubah menjadi biru/ungu menandakan adanya steroid. sedangkan jika warnanya menjadi merah atau kuning menandakan adanya senyawa terpenoid.

4.    Tanin

Senyawa tanin ini dapat diperiksa melalui cara:

Ø  Ditambahkan beberapa tetes FeCl₃ 1% dalam 1 mL sampel (perubahan warna biru tua menunjukkan adanya fenolik).

Ø  Ditambahkan 0,5 mL gelatin 2% (jika ada endapan menandakan positif adanya tanin).

5.    Saponin

Uji senyawa saponin dapat dilakukan dengan metode Forth dengan langkah-langkah di bawah ini:

Ø  Ditambahkan 1 mL ekstrak sampel ke dalam tabung reaksi,

Ø  Ditambahkan 10 mL akuades,

Ø  Dikocok selama 30 detik (jika terbentuk busa yang mantap, tidak hilang selama 30 detik maka menunjukkan adanya saponin).

6.    Minyak Atsiri

Uji fitokimia kandungan minyak atsiri dalam tumbuhan dapat diperiksa dengan cara :

Ø  Dilarutkan 1 mL larutan uji,

Ø  Diuapkan di atas cawan porselin hingga diperoleh residu (reaksi positif adanya minyak atsiri ditandai dari bau khas yang didapat dari residu tadi).

Uraian di atas sudah menjelaskan tahap ataupun prosedur yang digunakan dalam melakukan screening potensi bahan kimia alam dengan uji fotokimia pada tumbuhan untuk mengetahui senyawa atau potensi yang terkandung di dalamnya. 

Permasalahan :

1.    Tulisan di atas sudah menjelaskan mengenai tahap dari proses Screening fitokimia pada masing-masing senyawa. Jelaskan lingkup dari kajian fitokimia itu sendiri?

2.   Apa saja tanaman yang masih belum diketahui potensi bahan alamnya dan mungkin mengandung beberapa senyawa seperti misalnya saponin, tanin atau senyawa lain yang tertera di atas?

3.    Apakah pada setiap percobaan dalam pembuktian seperti di atas dapat selalu berjalan sempurna? Jika tidak, kesalahan seperti apa yang sering terjadi pada skrining fitokimia ini?