Metabolisme Primer Dan Sekunder Rev2

TUGAS MIKROBIOLOGI FARMASI

METABOLISME PRIMER DAN SEKUNDER

Disusun Oleh: PUTRI PUSPITA SARI

14082595 A

FAKULTAS FARMASI UNIVERSITAS SETIA BUDI SURAKARTA 2012

A. Metabolisme Sel merupakan unit kehidupan yang terkecil, oleh karena itu sel dapat menjalankan aktivitas hidup, di antaranya metabolisme. Metabolisme adalah proses-proses kimia yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup/sel. Metabolisme disebut juga reaksi enzimatis, karena metabolisme terjadi selalu menggunakan katalisator enzim. Pada metabolisme sel bahan dan energi diperoleh dari lingkungan sel yang berupa cairan. Cairan yang mengelilingi sel disebut cairan ekstrasel. Cairan ini terdiri dari ion dan gas berikut: 1. Gas (terutama O2 dan CO2) 2. Ion anorganik (terutama Na+, Cl-, K, Ca++, HCO3, PO4) 3. Zat organik (makanan dan vitamin) 4. Hormone Mekanisme pertukaran zat dalam sel dengan cairan eksternal melalui lima cara, yaitu difusi, osmosis, tranport aktif, endositosis, dan eksositosis. Berdasarkan prosesnya metabolism dibagi menjadi 2, yaitu: 1. Anabolisme/Asimilasi/Sintesis Proses pembentukan molekul yang kompleks dengan menggunakan energy tinggi. Yaitu menggabungkan molekul-molekul kecil menjadi makromolekul yang lebih kompleks, memerlukan energi yang disuplai dari hidrolisis ATP. 2. Katabolisme (Dissimilasi) Proses penguraian zat untuk membebaskan energy kimia yang tersimpan dalam senyawa organic tersebut. Yaitu memecah molekul kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana, melepaskan energi yang dibutuhkan untuk mensintesis ATP.

B. Arti Penting Metabolisme Primer Dan Sekunder Biosintesis merupakan proses pembentukan suatu metabolit (produk metabolisme) dari molekul yang sederhana hingga menjadi molekul yang lebih kompleks yang terjadi pada organism hidup (Neumann et al. 1985). Metabolisme pada makhluk hidup dapat dibagi menjadi metabolisme primer

dan sekunder. Metabolisme primer menghasilkan metabolit primer sedangkan metabolism sekunder menghasilkan metabolit sekunder. Metabolisme primer pada tumbuhan, seperti respirasi dan fotosintesis, merupakan proses yang esensial bagi kehidupan tumbuhan. Tanpa adanya metabolisme

primer,

suatu

organism

akan

terganggu

pertumbuhan,

perkembangan, serta reproduksinya, dan akhirnya mati. Berbeda dengan metabolisme primer, metabolism sekunder merupakan proses yang tidak esensial bagi kehidupan organisme. Tidak ada atau hilangnya metabolit sekunder tidak menyebabkan kematian secara langsung bagi tumbuhan, tapi dapat menyebabkan berkurangnya ketahanan hidup tumbuhan secara tidak langsung (misalnya dari serangan herbivore dan hama), ketahanan terhadap penyakit, estetika, atau bahkan tidak memberikan efek sama sekali bagi tumbuhan tersebut. Pada fase pertumbuhan, tumbuhan utamanya memproduksi metabolit primer, sedangkan metabolit sekunder belum atau hanya sedikit di metabolisme. Sedangkan metabolism sekunder terjadi pada saat sel dalam tahap diferensiasi menjadi sel yang lebih terspesialisasi (fasestasioner) (Schripsema & Verpoorte 1994, Mohr & Schopfer 1995). Hasil metabolism dalam organism hidup dapat dibagi menjadi dua kelompok besar: metabolit primer dan sekunder. Yang tergolong dalam metabolit primer adalah senyawa-senyawa yang diproduksi dan terlibat pada jalur metabolisme primer (contohnya glikolisis, siklus asam sitrat/siklus Krebs, dan fotosintesis). Contoh metabolit primer adalah protein, karbohidrat, lipid, asam amino, nukleotida, danasetil CoA (Siegler 1998). Karbohidrat biasa disebut hidrat arang. Terdiri dari dua reaksi pembentukan dan pemecahan karbohidrat. Tersusun atas monomer molekul-molekul gula sederhana. Reaksi pemecahan terjadi di membrane sel yang melibatkan proses respirasi dan fermentasi. Reaksi pembentukan terjadi di dalam kloroplas yang melibatkan penggunaan karbondioksida untuk menghasilkan monomer gula sederhana (misal: sukrosa). Protein merupakan salah satu metabolit primer yang menyusun tubuh organisme. Menurut dogma biologi molekuler, DNA

akan ditranskripsi menjadi RNA, RNA ditranslasi menjadi triplet kodon yang membentuk asam amino, polimer asam amino merupakan protein. Lipida merupakan salah satu metabolit promer hasil dari jalur oksidasi pentose fosfat. Reaksi pembentukan lipida terjadi di dalam sitosol tanaman. Lipida tersusun atas asam lemak dan gliserol pada umumnya. Asam nukleat merupakan metabolit primer yang menjadi dasar pembentuk materi genetic baik DNA/RNA dan juga turunannya dapat membentuk protein. Asam nukleat berperan dalam membentuk purin dan pirimidin. Metabolit sekunder tanaman merupakan senyawa dengan berat molekul rendah yang diproduksi tanaman sebagai respon terhadap ancaman lingkungan dan patogen. Hasil studi menunjukkan bahwa produk metabolit sekunder merupakan senyawa yang diturunkan dari metabolit primer, yaitu karbohidrat, protein, lipid, dan asam nukleat. Secara sederhana, metabolit sekunder tanaman terbagi atas tiga golongan besar, yaitu fenolik, senyawa bernitrogen, dan terpenoid (Edwards & Gatehouse 1999). Metabolit sekunder tidak digunakan untuk proses pertumbuhan dan unik untuk setiap organisme. Pada umumnya senyawa metabolit sekunder berfungsi sebagai mekanisme pertahanan diri, misalnya sebagai pelindung (protectant) dari gangguan hama untuk tumbuhan itu sendiri atau lingkungannya. Selain sebagai pelindung, dapat juga berfungsi sebagai penarik (attractan) atau penolak (repellant) dari serangga atau herbivora. Contoh metabolit sekunder lainnya pada tumbuhan adalah pigmen-pigmen, senyawa antibiotik, senyawa bioaktif, dan senyawaaromatik (Siegler 1998). Produksi senyawa metabolit primer maupun sekunder saat ini sangat penting, misalnya dalam bidang industri, kesehatan, atau pangan. Sebagai contoh, saat ini senyawa metabolit sekunder telah banyak digunakan sebagai zat warna, racun, aroma makanan, obat-obatan, dan sebagainya. Dengan mempelajari jalur biosintesis ini memungkinkan untuk melakukan modifikasi dari jalur tersebut sehingga dapat diproduksi metabolit dalam jumlah yang lebih banyak dalam waktu yang lebih singkat, mengetahui struktur metabolit

yang dihasilkan, dan dapat dilakukan sintesis untuk menghasilkan derivatnya (Lisdawati et al. 2007).

C. Metabolisme Primer Metabolism primer disebut juga metabolit primer seperti protein karbohidrat

lemak,

yang

digunakan

sendiri

oleh

tumbuhan

untuk

pertumbuhannya, maupun sebagai sumber bahan senyawa metabolic sekunder seperti terpenoid, flavonoid, alkaloid, steroid. Beberapa contoh senyawa metabolit primer antara lain: 1. Protein Protein (akar kata protos dari bahasa Yunani yang berarti "yang paling utama") adalah senyawa organik kompleks berbobot molekul tinggi yang merupakan polimer dari monomer-monomer asam amino yang dihubungkan satu sama lain dengan ikatan peptida. Molekul protein mengandung karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan kadang kala sulfur serta fosfor. Protein berperan penting dalam struktur dan fungsi semua sel makhluk hidup dan virus. Kebanyakan protein merupakan enzim atau subunit enzim. Jenis protein lain berperan dalam fungsi struktural atau mekanis, seperti misalnya protein yang membentuk batang dan sendi sitoskeleton. Protein terlibat dalam sistem kekebalan (imun) sebagai antibodi, sistem kendali dalam bentuk hormon, sebagai komponen penyimpanan (dalam biji) dan juga dalam transportasi hara. Sebagai salah satu sumber gizi, protein berperan sebagai sumber asam amino bagi organisme yang tidak mampu membentuk asam amino tersebut (heterotrof). Protein merupakan salah satu dari biomolekul raksasa, selain polisakarida, lipid, dan polinukleotida, yang merupakan penyusun utama makhluk hidup. Selain itu, protein merupakan salah satu molekul yang paling banyak diteliti dalam biokimia. Protein ditemukan oleh Jöns Jakob Berzelius pada tahun 1838. Biosintesis protein alami sama dengan ekspresi genetik. Kode genetik yang dibawa DNA ditranskripsi menjadi RNA, yang

berperan sebagai cetakan bagi translasi yang dilakukan ribosom. Sampai tahap ini, protein masih "mentah", hanya tersusun dari asam amino proteinogenik. Melalui mekanisme pascatranslasi, terbentuklah protein yang memiliki fungsi penuh secara biologi. 2. Karbohidrat Karbohidrat ('hidrat dari karbon', hidrat arang) atau sakarida (dari bahasa Yunani σάκχαρον, sákcharon, berarti "gula") adalah segolongan besar senyawa organik yang paling melimpah di bumi. Karbohidrat memiliki berbagai fungsi dalam tubuh makhluk hidup, terutama sebagai bahan bakar (misalnya glukosa), cadangan makanan (misalnya pati pada tumbuhan dan glikogen pada hewan), dan materi pembangun (misalnya selulosa pada tumbuhan, kitin pada hewan dan jamur). Pada proses fotosintesis,

tetumbuhan

hijau

mengubah

karbondioksida

menjadi

karbohidrat. Secara biokimia, karbohidrat adalah polihidroksil-aldehida atau polihidroksil-keton, atau senyawa yang menghasilkan senyawa-senyawa ini bila dihidrolisis.[2] Karbohidrat mengandung gugus fungsi karbonil (sebagai aldehida atau keton) dan banyak gugus hidroksil. Pada awalnya, istilah karbohidrat digunakan untuk golongan senyawa yang mempunyai rumus (CH2O)n, yaitu senyawa-senyawa yang n atom karbonnya tampak terhidrasi oleh n molekul air.[3] Namun demikian, terdapat pula karbohidrat yang tidak memiliki rumus demikian dan ada pula yang mengandung nitrogen, fosforus, atau sulfur. Bentuk molekul karbohidrat paling sederhana terdiri dari satu molekul gula sederhana yang disebut monosakarida, misalnya glukosa, galaktosa, dan fruktosa. Banyak karbohidrat merupakan polimer yang tersusun dari molekul gula yang terangkai menjadi rantai yang panjang serta dapat pula bercabang-cabang, disebut

polisakarida,

misalnya

pati,

kitin,

dan

selulosa.

Selain

monosakarida dan polisakarida, terdapat pula disakarida (rangkaian dua monosakarida) dan oligosakarida (rangkaian beberapa monosakarida).

3. Lemak Lemak atau Lipid tidak sama dengan minyak. Orang menyebut lemak secara khusus bagi minyak nabati atau hewani yang berwujud padat pada suhu ruang. Lemak juga biasanya disebutkan kepada berbagai minyak yang dihasilkan oleh hewan, lepas dari wujudnya yang padat maupun cair.1 gram lemak menghasilkan 39.06 kjoule atau 9,3 kcal. Lemak terdiri atas unsur-unsur karbon, hidrogen, dan oksigen. Karena struktur molekulnya yang kaya akan rantai unsur karbon(CH2-CH2-CH2-)maka lemak mempunyai sifat hydrophob. Ini menjadi alasan yang menjelaskan sulitnya lemak untuk larut di dalam air. Lemak dapat larut hanya di larutan yang apolar atau organik seperti: eter, Chloroform, atau benzol. Secara umum dapat dikatakan bahwa lemak biologis memenuhi 3 fungsi dasar bagi manusia, yaitu: 1. Penyimpan energi 2. Transportasi metabolik sumber energi 3. Sumber zat untuk sintese bagi hormon, kelenjar empedu serta menunjang proses pemberian signal Signal transducing. Fungsi metabolit primer bagi tumbuhan : 1. Diperlukan untuk memenuhi kebutuhan dasar hidup bagi tumbuhan. 2. Untuk pertumbuhan atau perkembangan bagi tumbuhan tersebut. 3. Sebagai cadangan makanan.

D. Metabolisme Sekunder Metabolit sekunder merupakan suatu senyawa sangat penting bagi kehidupan tumbuhan penghasilnya untuk mempertahankan diri dari serangan oleh makhluk lain. 1. Golongan Senyawa yang Dihasilkan dari Metabolisme Sekunder a. Glikosida Glikosida merupakan salah satu kandungan aktif tanaman yang termasuk dalam kelompok metabolit sekunder. Di dalam tanaman glikosida tidak lagi diubah menjadi senyawa lain, kecuali bila memang

mengalami peruraian akibat pengaruh lingkungan luar (misalnya terkena panas dan teroksidasi udara). Glikosida adalah senyawa yang terdiri atas gabungan dua bagian senyawa, yaitu gula dan bukan gula. Keduanya dihubungkan oleh suatu bentuk ikatan berupa jembatan oksigen (O – glikosida, dioscin), jembatan nitrogen (N-glikosida, adenosine), jembatan sulfur (S-glikosida, sinigrin), maupun jembatan karbon (C-glikosida, barbaloin). Bagian gula biasa disebut glikon sedangkan bagian bukan gula disebut sebagai aglikon atau genin. Apabila glikon dan aglikon saling terikat maka senyawa ini disebut sebagai glikosida.

Biosintesis Glikosida Apabila bagian aglikon dari suatu glikosida juga merupakan gula, maka glikosida ini disebut hollosida, sedang kalau bukan gula disebut heterosida. Pembicaraan tentang biosintesa dari heterosida umumnya terdiri dari dua bagian yang penting. Yang pertama adalah reaksi umum bagaimana bagian gula terikat dengan bagian aglikon, diperkirakan reaksi transfer ini sama pada semua sistem biologik. Ini kemudian dilanjutkan dengan pembicaraan secara mendetail tentang jalannya reaksi biosintesa untuk berbagai jenis aglikon yang akan menyusun glikosida. Hasil-hasil penyelidikan telah menunjukkan bahwa jalan reaksi utama dari pembentukan glikosida meliputi pemindahan (transfer) gugusan uridilil dari uridin trifosfat kesuatu gula-l-fosfat. Enzim-enzim yang bertindak sebagai katalisator pada reaksi ini adalah uridilil transferase (a) dan telah dapat diisolasi dari binatang, tanaman dan mikroba. Sedang gula fosfatnya dapat pentosa, heksosa dan turunan gula lainnya. Pada tingkat reaksi berikutnya enzim yang digunakan adalah glikolisis transferase (b), dimana terjadi pemindahan (transfer)

gula dari uridin difosfat kepada akseptor tertentu (aglikon) dan membentuk glikosida

Apabila glikosida telah terbentuk, maka suatu enzim lain akan bekerja untuk memindahkan gula lain kepada bagian monosakarida sehingga terbentuk bagian disakarida. Enzim serupa terdapat pula dalam tanaman yang mengandung glikosida lainnya yang dapat membentuk bagian di-, tri- dan tetrasakarida dari glikosidanya dengan reaksi yang sama. b. Tanin Tanin merupakan substansi yang tersebar luas dalam tanaman , seperti daun, buah yang belum matang, batang dan kulit kayu. Pada buah yang belum matang ,tanin digunakan sebagai energi dalam proses metabolisme dalam bentuk oksidasi tannin.Tanin yang dikatakan sebagai sumber asam pada buah. Sifat-sifat Tanin : 1. Dalam air membentuk larutan koloidal yang bereaksi asam dan sepat 2. Mengendapkan larutan gelatin dan larutan alkaloid. 3. Tidak dapat mengkristal. 4. Larutan alkali mampu mengoksidasi oksigen. 5. Mengendapkan protein dari larutannya dan bersenyawa dengan protein tersebut sehingga tidak dipengaruhi oleh enzim protiolitik. Sifat kimia Tanin : 1.Merupakan senyawa kompleks dalam bentuk campuran polifenol yang sukar dipisahkan sehingga sukar mengkristal. 2. Tanin dapat diidentifikasikan dengan kromotografi.

3. Senyawa fenol dari tanin mempunyai aksi adstrigensia, antiseptic dan pemberi warna. Identifikasi Tanin dapat dilakukan dengan cara : 1. Diberikan larutan FeCl3 berwarna biru tua / hitam kehijauan. 2. Ditambahkan Kalium Ferrisianida + amoniak berwarna coklat. 3. Diendapkan dengan garam Cu, Pb, Sn, dan larutan Kalium Bikromat berwarna coklat. Kegunaan Tanin : 1. Sebagai pelindung pada tumbuhan pada saat masa pertumbuhan bagian tertentu pada tanaman, misalnya buah yang belum matang, pada saat matang taninya hilang. 2. Sebagai anti hama bagi tanaman sehingga mencegah serangga dan fungi. 3. Digunakan dalam proses metabolisme pada bagian tertentu tanaman. 4. Efek terapinya sebagai adstrigensia pada jaringan hidup misalnya pada gastrointestinal dan pada kulit. 5. Efek terapi yang lain sebagai anti septic pada jaringan luka, misalnya luka bakar, dengan cara mengendapkan protein. 6. Sebagai pengawet dan penyamak kulit. 7. Reagensia di Laboratorium untuk deteksi gelatin, protein dan alkaloid. 8. Sebagai antidotum (keracunan alkaloid) dengan cara mengeluarkan asam tamak yang tidak larut. Hidrolisa Tanin : Tanin apabila dihidrolisa akan menghasilkan fenol polihidroksi yang sederhana. Hidrolisa : 1. Asam Gallat terurai pirogalol 2. Asam Protokatekuat Katekol 3. Asam Ellag dan Tenol-fenol lain. (Asam Ellag dapat disamak kulit bentuk bunga) c. Flavanoid Senyawa flavanoid adalah senyawa yang mengandung C15 terdiri atas dua inti fenolat yang dihubungkan dengan tiga satuan

karbon.

Cincin

A

memiliki

karakteristik

bentuk

hidroksilasi

phloroglusinol atau resorsinol, dan cincin B biasanya 4-, 3,4- atau 3,4,5-terhidroksilasi. Dalam gambar dibawah ini menunjukkan struktur dasar flavanoid.

d. Terpenoid Terpenoid merupakan bentuk senyawa dengan keragaman struktur yang besar dalam produk alami yang diturunkan dan unit isoprena (C5) yang bergandengan dalam model kepala ke ekor (headto-tail), sedangkan unit isoprena diturunkan dari metabolisme asam asetat oleh jalur asam mevalonat (mevalonic acid : MVA). Terpenoid dapat dikelompokkan sebagai berikut :

Terpena merupakan suatu golongan hidrokarbon yang banyak dihasilkan oleh tumbuhan dan terutama terkandung pada getah dan vakuola selnya. Pada tumbuhan, senyawa-senyawa golongan terpena dan modifikasinya, terpenoid, merupakan metabolit sekunder. Terpena

dan terpenoid dihasilkan pula oleh sejumlah hewan, terutama serangga dan beberapa hewan laut. Di samping sebagai metabolit sekunder, terpena merupakan kerangka penyusun sejumlah senyawa penting bagi makhluk hidup. Sebagai contoh, senyawa-senyawa steroid adalah turunan skualena, suatu triterpena; juga karoten dan retinol. Nama "terpena" (terpene) diambil dari produk getah tusam, terpentin (turpentine). Terpena dan terpenoid menyusun banyak minyak atsiri yang

dihasilkan

oleh

tumbuhan.

Kandungan

minyak

atsiri

mempengaruhi penggunaan produk rempah-rempah, baik sebagai bumbu, sebagai wewangian, serta sebagai bahan pengobatan, kesehatan, dan penyerta upacara-upacara ritual. Nama-nama umum senyawa golongan ini seringkali diambil dari nama minyak atsiri yang mengandungnya. Lebih jauh lagi, nama minyak itu sendiri diambil dari nama (nama latin) tumbuhan yang menjadi sumbernya ketika pertama kali diidentifikasi. Sebagai misal adalah citral, diambil dari minyak yang diambil dari jeruk (Citrus). Contoh lain adalah eugenol, diambil dari minyak yang dihasilkan oleh cengkeh (Eugenia aromatica). Terpenoid disebut juga isoprenoid. Hal ini dapat dimengerti karena kerangka penyusun terpena dan terpenoid adalah isoprena (C5H8 ) e. Steroid Sebagaimana senyawa organik lainnya, tata nama sistematika dari steroid didasarkan pada struktur dari hidrokarbon steroid tertentu. Nama hidrokarbon steroid itu ditambahi awalan atau akhiran yang menunjukkan jenis substituen. Sedangkan, posisi dari substituen itu ditunjukkan oleh nomor atom karbon, dimana substituen itu terikat. Jenis-jenis hidrokarbon induk dari steroid adalah sebagai berikut

2. Fungsi Metabolit Sekunder : Bagi tumbuhan penghasilnya : a. Dapat mempertahankan kelangsungan hidupnya dalam ekosistem. b. Dapat membentuk penyebaran dari tumbuhan → senyawa penarik serangga. Contoh : - minyak atsiri dari bunga. Bagi manusia : a. Dapat dimanfaatkan sebagai obat b. Sebagai sumber vitamin c. Penyamak kulit dalam industri mis. Tannin

E. Hubungan Metabolisme Primer Dan Sekunder

F. Perbedaan Antara Metabolit Primer Dan Metabolit Sekunder Sifat Metabolit Primer

Sifat Metabolit Sekunder

Universal / umum

Langka / khusus (tertentu)

Seragam

Beraneka ragam

Koservatif / dianggap kuno

Adaptatif / untuk menyesuaikan diri

Sangat diperlukan, mutlak untuk

Tidak diperlukan untuk

pertumbuhan dan perkembangan

pertumbuhan, tapi sangat diperlukan untuk eksistensi dan pertahanan dalam ekosistem

DAFTAR PUSTAKA

Achmad. S.A, 1986, Kimia Organik Bahan Alam, Universitas Terbuka, Jakarta Darwis.D, 2001, Teknik Isolasi dan Karakterisasi Senyawa Metabolit Sekunder, Workshop Peningkatan Sumber Daya Manusia Untuk Pemanfaatan Sumber Daya Alam Hayati dan Rekayasa Bioteknologi, FMIPA Universitas Andalas padang Duke.J, 2005, Phytochemical and Etnobotanical Databases, Maryland, Beltsuille Agricultural Researah Center Harborne.J.B, 1987, Metode Fitokimia, Penuntun Modern Menganalisa Tumbuhan, terbitan ke-2, Terjemahan Kosasih Padmawinata dan iwang Soediro, ITB Bandung Herbert. R.B, 1995, Biosintesis Metabolit Sekunder, Edisi ke-2, cetakan ke-1, terjemahan Bambang Srigandono, IKIP Press semarang Makin. H.L, 1977, Biochemistry of Steroids Hormines, London, Nlack Well Scientific Oxford Ikan. R, 1991, Natural products A nd Laboratory Guide, 2 edition, Unioversity of Jerusalem Mannito.P, 1981, Biosynthesis of Natural Products, Terjemahan PG Sammes, Chicster Ellis Horwood Ltd Sastrohamidjojo Hardjono, 1996 , “Sintesis Bahan Alam” FMIPA Universitas Gadjah Mada, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.