METABOLISME
Oleh: Siti Umniyatie
NUTRIEN Makromolokul ↓ mikromolokul
SEL (METABOLIME)
MASSA SEL ENERGI ENTROPI GERAK
KONVERSI ENERGI DALAM SEL
METABOLISME (fungi) merupakan seluruh reaksi khemis yang terjadi di dalam sel. Meliputi : p Anabolisme : pembentukan molokul komplek yang membutuhkan
energi.
Katabolisme : merupakan proses reduksi molokul kompleks yang akan K t b li k d k i l k l k l k k
menghasilkan energi.
PRODUKSI ENERGI : Dimulai dari pembongkaran glukosa yang diikuti oleh 2 jalur utama yaitu : EMBDEN‐MEYERHOF (EM) DAN PHENTOSA PHOSPHAT (PP). Kedua jalur tersebut memiliki kesamaan yaitu menghasilkan GLISERALDEHID P GLISERALDEHID‐3P. Kedua jalur tersebut memilki perbedaan fungsi : EM : merupakan jalur untuk menghasilkan energi dan untuk menyediakan prekursor untuk sintesis bahan‐bahan sel (anabolisme). PP : untuk menghasilkan produk intermedier untukm sintesis asam nukleat (Robose‐5P) dan untuk sintesis asam amino aromatik (E it (Eritrose‐5P) P)
HUBUNGAN ANABOLISME DENGAN KATABOLISME
Jalur embden‐meyerhoff (Heksosa Di Pospat/HDP
JALUR PHENTOSA PHOSPHAT(Heksosa Mno Pospat/HMP)
Embden‐meyerhof dan siklus Tri Karboksilat y EMBDEN MEYERHOF (HEKSOSA
DI PHOSPHAT) : Di mulai dengan pemecahan mol gula (6 C) yang akan difosforilasi menjadi fruktose ‐1,6 di Phosphat menjadi fruktose 1 6 di Phosphat yang memerlukan 2 molokul ATP. Fruktose‐1,6 di Phosphat selanjutnya akan dikonversikan menjadi 2 mol asam piruvat (3 C). d l ( ) Pada reaksi ini dibentu 4 ATP.Reaksi ini terjadi di dalam sitosol. Oksidasi 2 mol asam piruvat (terjadi p ( j di dalam mitokhondria) menjadi 2 mol Asetil‐CoA . Asetil‐CoA (2C) bereaksi dengan oxaloasetat (4 C) membentuk asam sitrat (6C) yang selanjutnya diubah menjadi oxalasetat melalui reaksi dalam siklus Tri Karboksilat (TCA =Tri Caroxylic Acid) =Tri Caroxylic Acid).
SIKLUS TRI KARBOKSILAT/TCA y SIKLUS TRI KARBOKSILAT/TCA : Melalui siklus TCA molokul gula seluruhnya dioksidasi secara sempurna menjadi 6 mol CO2. Komponen nukleotid : (NAD+), (NADP+) dan (FAD+) akan mengalami reduksi menjadi ((NADH), (NADPH) dan FADH ), ( ) 2 akan dioksidasi secara kontinyu melalui transpor elektron dan oksigen sebagai aseptor terakhirnya ((respirasi aerob). esp as ae ob). Pada proses ini juga akan dihasilkan energi ATP. Sehingga energi dapat berasal dari : pembongkran makromolokul,dan b k k l k ld dari rantai transport elektron.
SIKLUS TRI KARBOKSILAT (kreb’s)
JALUR PHENTOSA PHOSPHAT(Heksosa Mno Pospat/HMP)
SUBSTRAT NON GLUKOSA FUNGI DAPAT TUMBUH PADA SUBSTRAT NON GLUKOSA : xylosa y FUNGI DAPAT TUMBUH PADA SUBSTRAT NON GLUKOSA : xylosa, asam asetat, asam amino dan asam lemak. y PEMANFAATAN SUMBER NON GLUKOSA :
1. XYLOSA : merupakan komponen utama hemiselulosa.
Melalui jalur Pentosa Phosphat dapat dikonversikan menjadi energi. 2. ASAM ASETAT : melalui reaksi Oksal Asetat dengan Asetil C A k b CoA kan terbentuk Asam Sitrat dan melalui siklus TCA k A Si d l l i ikl TCA akan menghasilkan energi 12 ATP dan berbagai prekursor. 3. ASAM AMINO (GLUTAMAT ) : melalui proses deaminasi p menjadi α‐ ketoglutarat masuk ke siklus TCA menghasilkan 9 ATP. 4. ASAM LEMAK : dikonversi menjadi Asetyl ASAM LEMAK : dikonversi menjadi Asetyl‐CoA ( β‐ CoA ( β oksidase) masuk ke siklus TCA akan menghasilkan energi dan beberapa prekursor.
GULA SELALU DIBUTUHKAN DALAM PROSES SINTESIS(ASAM NUKLEAT). PROSES REGENERASI GULA DENGAN SUBSTRAT NON GULA DISEBUT DENGAN
GLUKONEOGENESIS. p p j Apabila tumbuh pd.substrat asetat : ASETAT akan dikonversi menjadi asetil‐Co A. Asetil‐CoA → oksaloasetat (melalui lintasan pendek yang disebut siklus glioksilat) Reaksi pertama yang terjadi adalah pemecahan isositrat (6 C) → suksinat (4C) dan glioksilat
(2C). (2C) Glioksilat bereaksi dengan asetil-CoA → malat yang selanjutnya terbentuk oksalasetat. Oksalaset mengalami dekarboksilasi membentuk Phospho Enol Pyruvat (PEP). PEP secara reversibel akan membentuk gula (selama lintasan EM/HDP berhenti). Pembentukan gula terjadi dengan cara yang sama ,jika menggunakan substrat seperti : asam
lemak, asam organik,asam amino, ethanol dsb.
Respirasi pada fungi Respirasi merupakan proses pembentukan energi yang y Respirasi : merupakan proses pembentukan energi yang menggunakan zat anorganik sebagai aseptor elektron. y RESPIRASI PADA FUNGI : 1. RESPIRASI AEROB: jika oksigen sebagai aseptor elektron
,siklus TCA berjalan . 2 FERMENTASI : jika tidak tersedia oksigen sebagai aseptor 2. elektron sehingga menggunakan ZAT ORGANIK sebagai aseptor elektron . ENERGI BERSIH YANG DIHASILKAN SANGAT KECIL HANYA 2 ATP DARI MASING‐MASING MOLOKUL GULA. 3 RESPIRASI AN AEROB :menggunakan zat an organik 3. selain oksigen sebagai aseptor elektron.
KATABOLISME merupakan proses pembongkaran MAKROMOLOKUL
CHITIN y Merupakan HOMOPOLIMER dari β‐1,4 N‐acetyl‐D
y
y
y y
glukosamin dan merupakan polimer kedua terbanyak di alam setelah selulosa. Khitin berbentuk amorf, tidak berwarna, tidak larut dalam air, asam encer, alkohol dan semua pelarut organik lainnya , namun dapat larut dalam fluoroalkohol. Khitin pada jamur berbentuk fibril yang memiliki panjang yang berbeda‐beda.S. Cerevisiae memilki panjang 60 nm dan terdapat pada sekat primer. terdapat pada sekat primer Khitin merupakan penyusun dinding sel jamur klas Basidiomycetes, Phycomycetes , Ascomycetes dan lichenes. Biosintesis khitin : terjadi karena pertumbuhan hifa yang merupakan pemanjangan dinding primer dan kemudian dilanjutkan dg. Sintesis komponen‐komponen sel.
SINTESIS DINDING SEL
BIOSINTESIS k l k l Makromolokul
P Penyusun
As. Nukleat As Nukleat a. RNA b. B. DNA Protein Polisakharida L Lemak k
Nukleotida Ribonukleat Deoksiribonukleat As. amino Monosakharida A l As. lemak dan k d gliserol
l h Jumlah,Macam monomer 4 4 20 ~15 ~ 20
SINTESIS BERBAGAI MACAM BAHAN SEL
SINTESIS KARBOHIDRAT
SINTESIS KHITIN y Fruktose,6P akan dikonversikan menjadi N‐Acetyl
Glukosamine (Gl Nac) dengan penambahan amine ( dari as. glutamat) dan Acetyl ( dari acetyl CoA). glutamat) dan Acetyl ( dari acetyl CoA) y Selanjutnya GlNAc yang akan bereaksi dengan UTP (Uridin Tri Pospat) membentuk UDP‐N AcGlukosamin + P Tri Pospat) membentuk UDP N AcGlukosamin + Pi (pospat organik).
y UTP + Gl NAc → UDP- Gl NAc +Pi y UDP- Gl NAc + n {Gl NAc }→UDP + n +1 {Gl NAc }
Chitin
METABOLIT PD. MIKROBA y Metabolit Primer : Senyawa hasil metabolisme yang
memiliki berat molokul rendah dan sebhagai bahan pembangun sel. y Metabolit Sekunder : Produk metabolisme yang tidak b l k d d k b l d k y Digunakan untuk pertumbuhan.
Ex. Antibiotik ,deteksi : adanya daerah hambatan yang jernih disekitar koloni
METABOLISME SEKUNDER MERPAKAN SEJUMLAH REAKSI YANG HASIL‐HASILNYA TIDAK
TERLIBAT LANGSUNG DALAM PERTUMBUHAN NORMAL TERLIBAT LANGSUNG DALAM PERTUMBUHAN NORMAL. METABOLISME SEKUNDER ≠ METBOLISME INTERMEDIER. METABOLIT SEKUNDER : ANTIBIOTIK,HORMON TUMBUH, MIKOTOKSIN. MIKOTOKSIN METABOLIT SEKUNDER : y Dihasilkan pada fase pertumbuhan akhir. y Dihasilkan dari metabolit intermedier. Dihasilkan dari metabolit intermedier y Tidak esensial bagi pertumbuhan/metabolisme normal. y Spesifik pada maupun strain. y Antibiotik : untuk mempertahankan teritori. Antibiotik : untuk mempertahankan teritori y Mikotoksin : anti feedant bagi insekta. y Melanin : proteksi terhadap ultraviolet. y Bau/rasa : untuk menarik serangga sebagi fungsi dispersal. B / t k ik b i f i di l y Metabolit sekunder : produksinya terkontrol secara ketat (pada akhir fase eksponensial= dlm bacth culture, ketika nutrien sangat terbatas/ gen yang mengekspresi akan ditekan dengan tersedianya nutrien dengan level yg tinggi).
CONTOH METABOLIT SEKUNDER PREKURSOR
LINTASAN
CONTOH
Gula
‐
Asam kojik (Aspergillus. Spp)
As.amino aliphatik
Bervariasi, sintesis peptida
Penicillin (P.notatum)
Organic acid
TCA
Itaconic acid ( Aspergillus.spp) Rubratocsin ( Penicillium rubrum)
F tt id Fatty acid
F tt id Fatty acid
Polyacetylene (hifa bacidiomycota P l t l (hif b idi t dan d badan buah)
Acetyl Co‐A Acetyl Co A
Polyketide
Patulin (P. patulum) Patulin (P patulum) Grisefulvin (P. Grisofulvum) Afaltoxsin (A. Falvus,A. Parasiticus)
Acetyl‐C0‐A
Isoprenoid
Viridin (Trichoderma virens)
MIKOTOKSIN y Merupakan zat yang bersifat racun terhadap hewan maupun
manusia. y Terdapat berbagai macam dan dihasilkan dari berbagai macam
prekursor dan jalur metabolisme. k d l b l y Toksin fungi endofit : yang berasosiasi dengan tanaman sangat
berbahaya bagi hewan (Acremonium, Claviceps pupurea).
FUNGI PENGHASIL MIKOTOKSIN dan efeknya Toksin
Fungi
Sumber
Efek
Aflatoksin
A. Flavus, A.parasiticus
Kacang, minyak
Kanker hati
Sterigmatocystin
A. Vesicolor B. A. nidulans
Rumput‐rumputan serealia
Racun dan kankerhati
Ochratoksin
A. ochraceus
Rumput‐rumputan Rumput rumputan
hati
Citrinin
P.citrinum
Biji‐bijian, kacang
ginjal
P t li Patulin
A l t A. clavatus
Biji biji Biji‐bijian
N Neurotoksin t k i
ANTIBIOTIK y Disintesis melalui jalur yang spesifik. y Merupakan substansi yang tidak essensial bagi
pertumbuhan.
y Biasanya berkurang selama perkembangan. y Deteksi ; adanya daerah hambatan yang jernih
dis kit k disekitar koloni. l i
Contoh : Pinisilin (P.notatum, P notatum P.chrysogenum) P chrysogenum)
Prekursor metabolit sekunder y Sintesis metabolit sekunder merupakan canang dari
metabolisme primer. y Acetyl‐CoA merupakan salah satu prekursor dari
beberapa b b zatt antara t l i TERPEN STEROID lain TERPEN, STEROID, POLKETIDA. y Komponen AROMATIK dapat disintesis dari ERYTROSE‐4P dan PHOSPHOENOL PYRUVAT. y Metabolit sekunbder lain disintesis dari : AMIDE. y Enzim‐enzim yang mengklatalisis metabolisme
sekunder relatif tdk. spesifik
JALUR MEVALONAT,Sintesis : mikotoksin, sterol,karotenoid y Karotenoid, sterol, dan toksin tertentu merupakan
metabolit sekunder yang mengandung terpen. y TERPENOID disintesis melalui jaur MEVALONAT (karena dr. jalur ini terbentuk as. Mevalonat) y Jalur MEVALONAT : Asetil‐KoA merupakan zat kimia
kunci pd. Jalur ini. y 2 mol Asetil‐KoA (mengalami kondensasi)→ A t Asetoasetil-KoA til K A (akan ( k bereaksi b k i dengan d 2 moll AsetilA til KoA)→ Hydroksi Metil Glutaril –KoA (HMG-KoA)→ As. MEVALONAT
Lanjutan……. y Sebagai alternatif lain HMG‐KoA disintresis dari LEUSIN
yang mengalami proses, deaminasi,karoiksilasi. y As. MEVALONAT (mengalami fosforilasi, dekarboksilasi)
→ Isopentiy PiyoPhosphat (IPP) y IPP merupakan molokul pertama yang mengandung gugus ISOPRENE (HEMITERPENE) yang merupakan karbon skeleton yang merupakan prekursor sintesis TERPENOID UKURAN BESAR (dengan sejumlah atom C) y MONOTERPEN (GENTARL-PP),10 At. C → FARNESIL-PP ((15 C)) : merupakan p prekursor 30 atom C ( TRITERPEN)) p → tetrasiklik triterpen (STEROL) TREITERPEN → pentasiklik terpenoid
Lanjutan….. y FARNESIL‐PP (15 C) → GERANILGERAIL-PP (20 C)
→ DITERPEN → TETRATERPEN → KAROTENOID ,40C 40C (zat ( warna)) y GERANILGERANIL-PP GERANILGERANIL PP (20 C) +IPP→ +IPP GERAIL
FARMESIL-PP → → → 50 C → → → UBIQUINON ((berperan p dlm. Transpor p elektron)) y FARMESIL-PP : sebagai prekursor berbagai metabolit sekunder mis: As. MARASMIK (Marasmius congenus), HELICOBACIDIn ( Helicopasidium mompa),FUMAGILIN (Aspergillus fumigatus) dll. y GERANILGERANIL-PP GERANILGERANIL PP (20 C) → as. GIBERELAT (HORMON TUMBUH)(dihasilkan oleh Giberella fujicuroi)
Derivat POLIKETIDA y Asetyl‐KoA (mengalami kondensasi)→ 3 mol
MALONIL-KoA. y MALONIL-KoA. (mengalami dekarboksilasi dan Asetyl-
KoA berikatan dg. dg Protein)→ TRI-β TRI β KETOMETILEN (TRIKETIDA) (yang akan mengalami SIKLIKASI)→ molokul AROMATIK ( As. ORSELLINIK, As. DIHIDROKSIMETILBENZOIK, 6METILSALISILAT)yang merupakan prekursor metabolit sekunder ANTIBIOTIK y As. Orselinat → GRISOFULIN y As. As Salisilat → PATULIN
Derivat SIKIMAT‐KHORISMAT y Rute ini dimulai dengan kondensasi PEP dan Erytrose‐4P (dari
jalur glikolisis)→AS. DIHIDROKSIKUINAT (Siklik) y AS.DIHIDROKSIKUINAT→ as. SIKIMAT → As.
y y y y
KHORISMAT.→ asam AMINO AROMATIK (tryptophan, Phebylalani Tyrosin). Phebylalani, Tyrosin) TRYPTOPHAN( KONDENSASI) → ALKALOID PHENYLALANIN→ As. SINAMAT As. Sinamat : sebagai stimulator ataupun inhibitor. As. SINAMAT → KOMARIN (stimulator perkecambahan uredospore)
y TYROSIN → prekursor dlm sintesis LIGNIN y Antibiotik PENISILIN dan CEPHALOSPORIN : penisilin p
dan sepalosporin, disintesis dari as. Amoni alifatik (valin,cystein/cystine
