Biosintesis (Metabolisme)

BIOSINTESIS
(METABOLISME)

Standar Kompetensi      : Diharapkan mahasiswa dapat mengerti dan menjelaskan tentang Sejarah materia medika, sejarah panemuan obat dan ruang lingkup farmakognosi, peristilahan, kaitan farmakognosi dengan bidang ilmu lain, simplisia, budi daya, pengumpulan, pengolahan, pengawetan, pemalsuan, sediaan galenik, biogenesis, biosintesis, jalur biosintesis, karbohidrat, glikosida (flavonoid, alkohol, antrakinon, sianogen, steroid, isotiosianat, tanin, aldehid, dll),fenolat alam, lemak, terpenoid, fenilpropanoid, minyak atsiri.

Kompetensi Dasar, mahasiswa dapat menjelaskan biosintesis metabolit primer dan sekunder yang terjadi dalam tumbuhan.

Istilah biosintesis dan biogenesis keduanya berarti pembentukan senyawa alami oleh organisme hidup.  Biosintesis juga diartikan sebagai pembentukan molekul alami dari molekul lain yang kurang rumit strukturnya, atau suatu proses anabolisme.

Pengetahuan tentang metabolisme yang sifatnya fundamental dan vital bagi makhluk hidup telah mengantarkan kita ke suatu tingkat pemahaman yang mendalam tetneang proses-proses yang berkaitan.  Suatu jarring-jaring yang kompleks dari reaksi-reaksi yang dikatalisis oleh enzim kini telah kita ketahui, yang bermula dari pengikatan karbondioksida dalam proses fotosintesis, sampai ke senyawa-senyawa yang beragam yang disebut metabolit primer, misalnya asam amino, asetil koenzim-A, asam mevalonat, gula, dan nukleotida. Senyawa yang sifat dan perannya sangat penting bagi keseluruhan energitika yang terlibat dalam dlaam metabolisme adalah koenzim adenosine trifosfat (ATP), yang berperan sebagai penghantar energi dan bekerja bersama, seperti koenzim yang lain, dengan enzim-enzim tertentu dalam reaksi-reaksi yang kemudian dikatalisis.

            Jaring-jaring reaksi  ini meliputi metabolisme primer dan metabolisme sekunder.  Jika diumpamakan sebagai jalan, metabolisme primer melewati jalan utama, sedangkan metabolisme sekunder merupakan terminal-terminal pada cabang-cabang jalan utama tersebut. 

            Polisakarida, protein, lemak, dan asam nukleat mrupakan penyusun utama dari makhluk hidup, karena itu disebut metabolit premer.  Keseluruhan proses sintesis dan perombakan zat-zat ini, yang dilakukan oleh organisme untuk kelangsungan hidupnya, disebut proses-proses metabolisme primer.  Metabolisme primer dari semua organisme sama, meskipun sangat berbeda genetiknya.

            Proses-proses kimia jenis lain terjadi hanya pada spesies tertentu sehingga memberikan produk yang berlainan, sesuai dengan spesiesnya.  Reaksi yang demikian nampaknya tidak merupakan proses yang terpenting bagi ekstistensi dari suatu organisme, karena itu disebut proses metabolisme sekunder.  Produk-produk metabolisme sekunder, serupa engan yang semula disebut sebagai produk alami oleh para ahli kimia organik, misalnya senyawa-senyawa terpen, alkaloid, pigmen.  Metabolit sekunder meskipun tidak sangat penting bagi eksistensi suatu individu, sering berperan pada kelangsungan hidup suatu spesies dalam perjuangan menghadapi spesies lain.

            Metabolisme akan menghasilkan suatu metabolit.  Metabolit sekunder dapat dibedakan dari metabolisme primer, atas dasar kriteria berikut: penyebarannya lebih terbatas, terdaapt terutama pada tumbuhan dan mikroorganisme serta memiliki karakteristik untuk tiap genera, spesies atau strain tertentu.  Metabolit itu dibentuk melalui alur (pathway) yang khusus dari metabolit primer.  Sebaliknya, metabolit perimer sebarannya luas, pada semua benda hidup dan sangat erat terlibat dalam proses-proses kehidupan yang essensial.  Metabolit sekunder tidaklah bersifat esensieal unuk kehidupan, meski penting bagi organisme yang menghasilkannya.  Namun demikian, sebagian besar peran dan kepentingannya, juga masih belum diketahui dengan jelas.  Hal yang menarik untuk diperhtikan ialah bahwa metabolit sekunder dibiosintesis terutama dari banyak metabolit primer. 

            Beberapa reaksi yang secara umum penting dalam metabolisme sekunder:

1. Penkopelan (coupling) oksidatif fenol
2. Metilasi
3. Hidroksilasi substrat aromatik
4. Hidroksilasi pada atom-atom karbon jenuh.

Alur biosintetik bisa dilacak salah satunya dengan eksperimen menggunakan pemerian prekursor berlabel.  Sebagai contoh adalah memberikan prekursor sangat awal (biasanya ¹⁴CO₂ pada tanaman) dan diperhatikan urutan biosintesisnya.  Pemberian prekursor berlabel bisa dilakukan dalam mikroorganisme yang ditumbuhkan dalam kultur cair maupun dalam tanaman yang hidup.

Tahap-tahap dalam mempelajari biosintesis maupun biogenetika dari senyawa alam X biasanya dilakukan secara:

1. Menentukan asal dari atom karbon yang membentuk kerangka dari senyawa X.  Ini berarti menentukan senywa-senywa yang terlibat dalam biosintesis, dan merperan sebagai intermediet (zat antara) dari metabolisme primer dan sekunder.  Sebagai contoh adalah asam asetat dan asam mevalonat.  Problema ini biasanya dipecahkan degna uji kaji inkorporasi maupun perunut isotop guna mengetahui kemungkinan-kemungkinan struktur prazat dari X.
2. Menentukan jalur metabolisme, yaitu urut-urutan dari intermediet dan reaksi-reaksi yang menuju ke arah pembentukan senyawa X.  Pemilihan prazat yang sesuai, tidak dilakukan dengan pemilihan secara random, tetapi dengan memakai hipotesis-hipotesis.  Hipotesis ini disusun sebelum melakukan uji kaji, dan berdsarkan biosintesis umum (deduktif) atau dengan membandingkan dengan situasi yangsama yang telah sebelumnya diketahui (analogi)
3. Menentukan sumber oksigen, dan bila ada, juga sumber nitrogen, dsb.  Sumber oksigen biasana aalah dari air atau udara.  Dalam hal ini, perlu dilakukan penelitian terpisah dengan menggunakan H₂¹⁸O atau ¹⁸O₂.
4. Sifat dari proses enzimatis yang terlibat dlaam tiap langkah pembentukan dari zat X.  Aspek biosintesis ini, merupakan aspek kimia, paling baik kalau dipelajari dengan memakai metode in vitro, dengan menggunakan enzim yang terpisah, dlaam keadaan murni.

            Pemisahan enzim dari makhluk hidup biasanya sangat sukar dan tidak praktis.  Membuktikan kerja suatu enzim secara in vitro, sampai sekarang dianggap suatu langkah yang palingdapat dipercaya.  Meskipun demikian untuk dapat melaksanakannya banyak persoalan yang harus diatasi.