Pertemuan 2 : “Karakteristik Senyawa organik bahan alam metabolit primer,metabolit sekunder dan sejarah penemuan beberapa senyawa organik bahan alam”

KIMIA BAHAN ALAM

Pertemuan 2 : “Karakteristik Senyawa organik bahan alam metabolit primer,metabolit sekunder dan sejarah penemuan beberapa senyawa organik bahan alam”

A.   Karakteristik Senyawa Organik Bahan Alam Metabolit Primer

     Metabolit primer, juga disebut sebagai trophophase, dicirikan oleh pertumbuhan mikroorganisme yang seimbang. Ini terjadi ketika semua nutrisi yang dibutuhkan oleh organisme disediakan dalam medium. Metabolit primer sangat penting untuk keberadaan dan reproduksi sel. Dalam trophophase, sel-sel memiliki konsentrasi optimal hampir semua makromolekul (protein, DNA, RNA, dll.).

Metabolit primer dibagi menjadi dua kelompok:

1.      Metabolit esensial utama

   Ini adalah senyawa yang diproduksi dalam jumlah yang cukup untuk menopang pertumbuhan sel, mis. vitamin, asam amino, nukleosida. Mikroorganisme asli biasanya tidak menghasilkan metabolit primer yang penting, karena ini adalah latihan yang boros. Namun, untuk overproduksi industri, mekanisme pengaturan dimanipulasi dengan tepat.

2.      Produk akhir metabolik utama:

    Ini adalah produk akhir normal dan tradisional dari proses fermentasi metabolisme primer. Produk akhir mungkin atau mungkin tidak memiliki fungsi yang signifikan untuk dilakukan dalam mikroorganisme, meskipun mereka memiliki banyak aplikasi industri lainnya, mis. etanol, aseton, asam laktat. Karbon dioksida adalah produk akhir metabolik Saccharomyces cerevisiae. CO2 ini sangat penting untuk mengurangi adonan dalam industri roti.

Keterbatasan dalam pertumbuhan:

     Karena suplai nutrisi tidak mencukupi / terbatas (substrat atau bahkan O2), laju pertumbuhan mikroorganisme melambat. Namun, metabolisme tidak berhenti. Ini terus berlanjut selama sel hidup, tetapi pembentukan produk berbeda.

Overproduksi metabolit primer:

   Produksi metabolit primer yang berlebihan sangat penting untuk digunakan dalam skala besar untuk berbagai tujuan.

     Metabolit Primer Memiliki ciri: Esensial untuk hidup: pertumbuhan normal, perkembangan dan reproduksi. Berupa enzim fisiologis, menghasilkan energi misalnya karbohidrat.

a.       Terlibat langsung dalam fungsi fisiologis normal: protein dan enzim

b.      Terdapat di dalam organisme atau sel.

c.       Dikenal dengan istilah metabolit sentral.

d.      Berat molekul (BM) dari kecil dalam bentuk monomer hingga sangat besar polimer ( > 1500 Dalton).

e.       Contoh: glukosa, asam organik sederhana, asam lemak, protein, hormon, enzim adalah metabolit primer.

B.     Karakteristik Senyawa Organik Bahan Alam Metabolit Sekunder

     Ketika pertumbuhan mikroorganisme yang berangsur-angsur berhenti (yaitu ketika trophofase berakhir), mereka memasuki idiofase. Idiophase ditandai oleh metabolisme sekunder dimana pembentukan metabolit tertentu, disebut sebagai metabolit sekunder (idiolit) terjadi.

   Metabolisme ini, meskipun tidak dibutuhkan oleh mikroorganisme, diproduksi dalam jumlah besar. Namun metabolit sekunder, adalah industri yang sangat penting, dan paling dieksploitasi dalam bioteknologi misalnya, antibiotik, steroid, alkaloid, giberelin, racun.

 

 Karakteristik metabolit sekunder:

1. Metabolit sekunder secara khusus diproduksi oleh beberapa mikroorganisme terpilih.

2. Mereka tidak penting untuk pertumbuhan dan reproduksi organisme dari mana mereka diproduksi.

3. Faktor lingkungan mempengaruhi produksi metabolit sekunder.

4. Beberapa mikroorganisme menghasilkan metabolit sekunder sebagai sekelompok senyawa (biasanya terkait secara struktural) dan bukan satu pun misalnya sekitar 35 anthracyclines dihasilkan oleh satu strain Streptomyces.

5. Jalur biosintetik untuk kebanyakan metabolit sekunder tidak jelas.

Fungsi metabolit sekunder:

     Metabolisme sekunder tidak penting untuk pertumbuhan dan perkalian sel. Keberadaan dan struktur mereka sangat bervariasi. Beberapa hipotesis telah diajukan untuk menjelaskan peran metabolit sekunder, dua di antaranya diberikan di bawah ini.

1. Metabolit sekunder dapat melakukan fungsi tertentu (tidak diketahui) yang bermanfaat bagi sel untuk bertahan hidup.

2. Metabolit sekunder sama sekali tidak berfungsi. Produksi mereka sendiri penting untuk sel, apa pun produknya (yang dianggap tidak berguna).

Overproduksi metabolit sekunder:

Seperti telah dinyatakan, produksi metabolit sekunder lebih kompleks daripada metabolit primer. Namun, manipulasi pengaturan yang digunakan untuk kelebihan produksi metabolit primer juga dapat digunakan untuk metabolit sekunder juga.

Beberapa gen terlibat dalam produksi metabolit sekunder. Dengan demikian, sekitar 300 gen berpartisipasi dalam biosintesis chlortetracycline sementara 2000 gen secara langsung atau tidak langsung terlibat dalam produksi neomisin. Dengan sistem yang rumit seperti itu, pengaturan metabolik juga sama rumitnya untuk mencapai kelebihan produksi metabolit sekunder. Beberapa mekanisme pengaturan secara singkat dibahas di bawah ini.

Induksi:

Penambahan metionin menginduksi enzim tertentu dan meningkatkan produksi cephalosporin. Tryptophan mengatur biosintesis alkaloid ergot.

Memiliki ciri:

a.       Tidak terlibat langsung dalam metabolism/kehidupan dasar: pertumbuhan, perkembangan dan reproduksi.

b.      Tidak esensial, ketiadaan jangka pendek tidak berakibat kematian. Ketiadaan jangka panjang mengakibatkan kelemahan dalam pertahanan diri, survival, estetika, menarik serangga.

c.       Golongan metabolit sekunder distribusi hanya pada spesies pada filogenetik /familia tertentu.

d.      Seringkali berperan di dalam pertahanan terhadap musuh.

e.       Senyawa organik dengan berat molekul 50-1500 Dalton. Sehingga disebut mikro molekul.

f.       Penggolongan utama: terpenoid, fenil propanoid, poliketida, dan alkaloid adalah metabolit sekunder.

g.      Pemanfaatan oleh manusia: untuk obat, parfum, aroma, bumbu, bahan rekreasi dan relaksasi.

C.    Sejarah Penemuan beberapa senyawa organik bahan alam

   Kimia Organik Bahan Alam Laut dapat disingkat (OBAT) merupakan bahagian dari kimia organik yang mengkaji mengenai produk kimia alam laut lebih khusus molekul organik metabolit sekunder yang dihasilkan oleh berbagai organisme laut.

     Penemuan senyawa obat baru dari sumber bahan alam biasanya diikuti dengan uji toksisitas dan uji klinis lainnya untuk memastikan agar senyawa obat tersebut aman digunakan. Disamping itu, diupayakan pula agar produksi senyawa tersebut tidak memerlukan biaya yang tinggi atau murah sehingga bila dipasarkan terjangkau oleh masyarakat luas. Untuk memenuhi harapan tersebut, maka beberapa cara dapat dilakukan diantaranya menghasilkan senyawa bioaktif tersebut melalui pendekatanbioteknologi (kultur sel atau manipulasi genetik).

   Biosintesis metabolit sekunder berasal dari metabolit primer yang dimulai dari proses fotosintesis yang membentuk glukosa. Selanjutnya glikolisis dari glukosa akan menghasilkan posfoenol piruvat, yang berikutnya akan menghasilkan asam shikimat dan asetil koenzim-A (menurunkan asam mevalonat dan asam malonat), yang pada akhimya akan menghasilkan beragam bentuk struktur molekul senyawa metabolit sekunder. Metabolit sekunder dapat digolongkan kedalam beberapa kelompok berdasarkan struktur molekul dan komposisinya, diantaranya yaitu: terpenoid, steroid, flavonoid, alkaloid, kumarin, kuinon, dan lignan. Penelitian kandungan metabolit sekunder dalam berbagai spesies tumbuhan tidak saja menarik dari segi mempelajari dan memahami keragaman struktur molekul senyawa organik dan aktivitas biologinya, tetapi juga dapat membantu para ahli botani dalam penetapan klasifikasi tumbuhan terutama yang masih sedang diperselisihkan. Adanya kandungan spesifik senyawa-senyawa organik dalam suatu famili tumbuhan inilah yang dikenal dengan kemotaksonomi.

   Obat-obat dari sumber bahan alam dapat dibagi menjadi 3 kelompok yaitu (i) senyawa bahan alam, (ii) senyawa yang diperoleh dari hasil sintesis dari senyawa bahan alam, dan (iii) senyawa hasil sintesis yang berdasarkan pada struktur senyawa bahan alam. Peran penting bahan alam dalam penemuan obat-obat baru telah terlihat nyata. Seiring dengan munculnya berbagai jenis penyakit baru dan diperparah lagi dengan banyaknya mikroba patogen yang telah resisten terhadap penggunaan obat-obat antibiotika tertentu, maka pencarian dan penemuan obat-obat baru terus diupayakan. Pencarian senyawa obat dari sumber bahan alam bagaimanapun tetap menjadi satu pihhan yang menarik. Hubungan dunia pengobatan dan senyawa bahan alam sepertinya tidak akan pemah terpisahkan.

    Newmann dan Cragg (2007) telah melaporkan penemuan obat-obat baru yang telah disetujui penggunaannya pada berbagai indikasi medis dalam 25 tahun terakhir (Januari 1981 sampai Juni 2006). Obat-obat tersebut dikelompokkan kedalam beberapa sumbernya, yaitu dari bahan alam (A), turunan bahan alam (TA) biasanya dengan modifikasi semisintetik, sintesis total (S), sintesis total berdasarkan struktur senyawa bahan alam (S*), bahan biologi (B, biasanya peptida besar, lebih dari 45 residu), dan vaksin (V). A, TA, S dan S* digolongkan kedalam molekul kecil (MK). sedangkan B dan V digolongkan kedalam molekul besar (MB).

    

       Berdasarkan data yang dimuat dalam laporan tersebut, maka menarik untuk dibicarakan bahwa walaupun penemuan obat-obat baru dari sumber bahan alam (A) tidak begitu banyak, akan tetapi kehadiran obat-obat baru yang diturunkan atau derivat dari senyawa bahan alam (TA) temyata cukup dominan. Dari laporan tersebut, terdapat 1184 obat baru yang telah disetujui penggunaannya untuk berbagai indikasi medis, yang terdiri dari 974 obat molekul kecil (MK) dan sisanya 210 obat molekul besar (MB = 165 B + 46 V). Dari 974 obat molekul kecil, terdapat 55 (5,7%) obat dari bahan alam dan 270 (27,8%) obat dari turunan bahan alam atau semisintetik.

Permasalahan :

     Mengapa metabolit sekunder ini berpengaruh terhadap ketahanan dari organisme ?