KOBA: Biosintesis Metabolit Primer dan Sekunder

BIOSINTESIS METABOLIT PRIMER DAN SEKUNDER

Biosintesis adalah suatu proses yang berlangsung pada organisme hidup, dimana terdapat pembentukan metabolit (produk metabolisme) dari molekul sederhana kemudian menjadi molekul kompleks.

Metabolisme merupakan proses biokimia yang terjadi pada organisme dan sel makhluk hidup dimana senyawa kimia di ubah. Ada 2 metabolisme yang terjadi pada makhluk hidup, yaitu metabolisme primer dan sekunder.

Metabolisme primer merupakan proses yang sangat penting pada tumbuhan karena terjadi proses respirasi dan fotosintesis, hasilnya adalah metabolit primer. Sedangkan metabolisme sekunder merupakan proses saat sel dalam tahap diferensiasi berubahan menjadi sel yang lebih spesifik, hasilnya adalah metabolit sekunder.

Metabolit primer adalah hasil metabolisme yang digunakan untuk proses pertumbuhan, contohnya asam amino, asetil CoA, nukleotida, glukosa, lipid, asam sitrat, karbohidrat, dan protein. Metabolit sekunder adalah kebalikan dari metabolit sekunder, namun digunakan untuk pertahanan diri tumbuhan, contohnya adalah senyawa turunan metabolit primer yaitu fenolik, terpenoid dan senyawa bernitrogen.

Biosintesis Metabolit Primer

1. Biosintesis karbohidrat

 a. Produksi monosakarida lewat fotosintesis.

Produksi monosakarida melalui proses fotosintesis dapat terjadi pada tumbuhan yang memiliki klorofil. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

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

b. Biosintesis sukrosa.

Sukrosa juga merupakan produk utama dalam fotosintetik. Melalui daur sintetik, fruktosa 6-fosfat dimodifikasi menjadi glukosa 1-fosfat yang kemudian bereaksi dengan UTP membentuk UDPglukosa. UDP-gIukosa bereaksi dengan fruktosa 5-fosfat membentuk pertama sukrosa fosfat, selanjutnya berubah menjadi sukrosa atau dengan fruktosa langsung membentuk sukrosa. 

Gambar 1. Jalur biosintesis sukrosa

2. Biosintesis lipid

Pembentukan lipid dapat menggunakan jalur kimia yang berbeda. Enzim yang terlibat dalam reaksi pembentukan lipid yaitu ATP, NADPH₂, Mn⁺⁺, dan karbon dioksida. Asetat bereaksi dengan KoA membentuk asetil-KoA, selanjutnya diubah menjadi malonil-KoA melalui reaksi dengan karbondioksida. Malonil-KoA bereaksi dengan asetil-KoA membentuk zat antara dengan 5 unit karbon, yang mengalami reduksi dan eliminasi karbon dioksida 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 (Gambar 3 — 3).

Bagian molekul (moiety) gliserol yang digunakan dalam biosintesis lipid diturunkan utamanya dari isomer-L dari αgliserofosfat (L- α-GP). Reaksi-reaksi yang terlibat dalam pembentukan tipe trigliserida dijelaskan dalam gambar berikut.

L-α-GP dapat diturunkan lagi baik dari gliserol bebas maupun antara glikolisis, dihidroasetonfosfat bereaksi berturut-turut dengan 2 molekul asetil-KoA membentuk asam L-αflisofosfatidat, kemudian asam L-α-fosfatidat. Senyawa yang akhir ini diubah menjadi α,ß-digliserida, yang akan baik kembali kedaur asam fosfatidat atau bereaksi dengan asil-KoA dan asam Iemak untuk membentuk trigliserida.

Gambar 2. Reaksi-reaksi yang terlibat dalam pembentukan trigliserida

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.

Gambar 3. Jalur biosintesis asam amino yang terkait dengan biosintesis alkaloid

Biosintesis Metabolit Sekunder

Secara umunm, jalur pembentukan metabolit sekunder dibagi menjadi tiga, yaitu jalur asam asetat, jalur asam sikimat, dan jalur asarn mevalonat.

a.       JaIur asam asetat

Salah satu bahan alami yang digolongkan berdasarkan biosintesisnya adalah poliketida. Keanekaragaman struktur dapat dijelaskan sebagai turunan rantai poli-ß-keto, terbentuk oleh koupling unit-unit asam asetat (C₂) melalui reaksi kondensasi, contohnya

n CH₃CO₂H                            [CH₃CO]n^-

Yang merupakan poliketida adalah asam temak, poliasetilena, prostaglandin, antibiotika makrolida, dan senyawa aromatic seperti antrakinon dan tetrasiklina. Pembentukan rantai poli-ßketo digambarkan sebagai sederet reaksi Claisen, keragaman melibatkan urutan ß-oksidasi dalam metabolisme asam lemak. Jadi, 2 molekul asetil-KoA dapat ikut serta datam reaksi Claisen membentuk asetoasetil KoA, kemudian reaksi dapat berlanjut sampai dihasilkan rantai poli-ß-keto yang cukup. 

Enzim yang terlibat dalam pembentukan asam lemak adalah enzim sintase. Reaksi yang terjadi dapat dijelaskan sebagai berikut.

b.      Jalur asam sikimat

Jalur asam sikimat merupakan jalur alternatif menuju senyawa aromatik, utamanya L-fenilalanin, L-tirosina dan Ltriptofan. Jalur ini terjadi didalam mikroorganisme dan tumbuhan, namun tidak pada hewan.

Asam sikimat terbentuk dalam mutan tertentu dari Escherichia coli.  Dalam biosintesis L-triptofan dan asam 4-hidroksibenzoat juga terjadi antara asam korismat. 

Gambar 4. Biosintesis via jalur asetat.

c.       Jalur asam mevalonat

Terpenoid adalah bentuk senyawa dengan variasi struktur yang besar dalam produk alami yang diturunkan dan unit isoprena (C5) yang bergandengan dalam model kepala ke ekor (head-to-tail), sedangkan unit isoprena diturunkan dari metabolisme asam asetat oleh jalur asam mevalonat (mevalonic acid : MVA). Adapun reaksinya adalah sebagai berikut. 

Gambar 5. Jalur asetat dalam pembentukan IPP yang merupakan batu bara pembentukan terpenoid via asam mevalonat.

Permasalahan

1.      Bagaimana proses biosintesis pada sukrosa ?

2.      Mengapa metabolit sekunder tidak bermanfaat bagi pertumbuhan ?

3.      Bagaimana kerja enzim sintase dalam biosintesis metabolit sekunder jalur asam asetat ?