METABOLISME SEKUNDER MIKROORGANISME
Marlia Singgih WibowoSchool of Pharmacy ITB
Pertanyaan tentang Metabolisme sekunder Apa bedanya dengan metabolisme primer? Apa karakteristik metabolit sekunder? Apa manfaat metabolit sekunder bagi
mikroorganisme? Dan apa manfaatnya bagi manusia?
Bagaimana jalur biosintesis metabolit sekunder?
Bagaimana memanipulasi biosintesis metabolit sekunder?
Metabolit sekunder dikelompokkan berdasarkan :
Struktur kimianya (misalnya : golongan senyawa nitrogen siklik, senyawa beta-laktam, dll.)
Jenis produsennya (misalnya : mikotoksin, bakteriotoksin, dll.)
Aktivitasnya (antibiotik, imunosupresan, dll.)
Jalur biosintesis metabolit sekunder
Jalur biosintesis sederhana, dengan 1 produk P (sebagai produk akhir)
A B C P
Kadar P merupakan feedback inhibition
Jalur biosintesis bercabang, baik produk P1 dan P2 masing-masing atau bersama-sama mempengaruhi perubahan C menjadi D dan E
D P1A B C
E P2
Jalur biosintesis bercabang, dengan multivalen feedback. Baik produk P1 dan P2 bersama-sama mempengaruhi perubahan A menjadi B, dan secara masing-masing mempengaruhi perubahan C menjadi D dan E
D P1A B C
E P2
Keragaman dalam metabolisme sekunder Lebih dari 50 keragaman dapat terjadi dari
satu senyawa induk yang diproduksi oleh suatu mikroorganisme
Senyawa yang semula diduga satu ternyata dapat merupakan campuran beberapa senyawa yang sangat berdekatan strukturnya, mungkin hanya berbeda satu atau lebih gugus rantai sampingnya, dll.
Contoh : antrakinon (anthraquinone) dapat dibuat dari endokrosin (endocrocin)
MeO
OH OH O
Me
O
Isoviocristin
Me
H
ViocristinMe
O
O
OHOH
OH
Rubrocristin
Kelompok senyawa khusus dan senyawa antara dalam metabolisme sekunder
Dalam metabolisme sekunder, sejumlah gugus fungsi kimia, senyawa antara dan beberapa senyawa khusus terbentuk di luar jalur metabolisme primer (tidak terbentuk pada jalur metabolisme primer)
Oleh karena itu metabolisme sekunder tidak seluruhnya menggambarkan gabungan unit2 struktur dari metabolisme primer
Metabolit sekunder dengan ikatan Klor dan Brom Klor (Cl) atau Brom (Br) terikat secara
kovalen Contoh : Kloramfenikol, Griseofulvin, Klor-
tetrasiklin, pirolnitrin, dan lain-lain Untuk mempelajari biosintesisnya, digunakan
Klorin radioaktif yang ditambahkan ke dalam medium pertumbuhan mikroorganisme penghasil metabolit tersebut, selanjutnya metabolit bertanda dapat dianalisis
Senyawa-senyawa yang mengandung nitrogen tak lazim Beberapa senyawa metabolit sekunder
mengandung gugus nitrogen yang tidak lazim, misalnya nitro, nitroso, siano, diazo, nitrilo, isonitrilo, gugus asam hidroksamat, dan lain-lain
Contoh : Azaserin, alazopeptin, borrelidin, toyocamisin, alanosin, xantosilin, isonitrin A, ferioksamin, dll.
Senyawa penting yang mengandung fosfor dalam metabolisme primer misalnya ester2 asam fosfat, sedangkan pada metabolisme sekunder yang lebih berperan adalah senyawa fosfor seperti fosfonat, fosfinat, fosfonamidat
Contoh : Fosfonomisin, plumbemisin B, fosforamidon Namun metabolit sekunder yg mengandung fosfor ini
jumlahnya sedikit, kemungkinan disebabkan karena senyawa ester asam fosfat mudah terurai sehingga sukar dideteksi
Senyawa-senyawa yang mengandung Fosfor
Senyawa Organometal
Senyawa metabolit sekunder yang mengandung logam, kebanyakan senyawa kompleks Fe (iron)
Contoh ferioksamin, ferikrosin, coprogen, ferroverdin (dengan fe bivalen), ferimisin A, dll.
Logam lain misalnya magnesium (magnesidin), tembaga (bleomisin, pleomisin)
Metabolit sekunder lain
Yang mengandung Boron : boromisin, aplasmomisin
Yang mengandung asam amino yang tidak lazim : alanosin, azaserin, asam diaminosuksinat, Rhizobitoksin, dll
Fungsi metabolit sekunder
Derailed Primary Metabolism Biochemical Appendices Waste products, shaving from an imperfectly
functioning intermediate metabolism Product of detoxification mechanisms Results of an inhibited growth A Playing field of biochemical evolution
Sistem biologi suatu mikroorganisme memiliki 5 level penting dalam perkembangannya :
Metabolisme intermediate Regulasi metabolisme intermediate Transport substrat dan metabolit Diferensiasi Morfogenesis
Pada tahap2 inilah metabolit sekunder dapat dibentuk
Klasifikasi metabolit sekunder berdasarkan senyawa asal dan komponen struktur
Sugars
Glikolisis Siklus P-P
FosfoenolpiruvatJalur asam sikimat
Asam nukleat, polisakarida, glikosida
Turunan dari gula : glikosida, oligosakarida, aminoglikosida
aa aromatik
Protein
aa alifatik
aa yg tak lazim, oligopeptida, alkaloid
Malonil CoA
Asetoasetil CoAAsam lemak
Skualen
Poliketida
Isoprenoid
Piruvat
Asetil CoA
Siklus TCA
Jalur metabolisme sekunder pada fungi
Monosakarida
Energi
Senyawa 3 C
Piruvat
Asetil CoA
Siklus TCA
Energi
Aa aromatik
Metabolit sekunder
Gula alkohol, disakarida, polisakarida cadangan
Malonil CoA
Asam lemak
Metaboilit sekunder
Asam organik, asam amino
MevalonatKarotenoid, sterol, met.2nd
Metabolit sekunder
Metabolit sekunder
POLIKETIDA
Merupakan senyawa poli (asam -keto) Subunit poliketida dapat berupa :
-CH2CO- asetat-CHMeCO- propionat-CHEtCO- butirat
Jika terjadi reaksi reduksi pada saat perpanjangan rantai asetat, maka akan terbentuk asam lemak
Cara perpanjangan rantai asetat :
XS-CO-R & CH2-CO2-COSX
XSH + R-CO-CH2-COSX + CO2
Variasi poliketida yang mungkin terjadi Variasi 1 : sejumlah unit berikatan membentuk suatu
rantai yg terdiri dari 4 unit atau lebih. Paling besar : 19 unit
Variasi 2 : terjadi reduksi pada rantai, membentuk asam lemak, lalu dapat terjadi siklisasi
Variasi 3 : terjadi dehidrasi pada rantai yg tereduksi, lalu terjadi aromatisasi
Variasi 4 : masuknya unit lain selain asetat, misalnya propionat atau butirat
Variasi 5 : terjadi siklisasi, melalui pembentukan lakton
Variasi 6 : penambahan gugus fungsi Oksigen Variasi 7 : penambahan gugus C-metil dan O-metil Variasi 8 : modifikasi rantai berlanjut, misalnya
dekarboksilasi pada ujung karboksi Variasi 9 : penambahan atom Cl atau Br Variasi 10 : Kombinasi dengan moiety poliketida lain Variasi 11 : terjadi dimerisasi
ASAM AMINO sebagai struktur inti
Metabolit sekunder poliketida biasanya berwarna, sedangkan yang mengandung asam amino biasanya tidak berwarna
Beberapa memiliki sifat antibiotik Pengelompokan :
asam amino yg tak lazim transformasi dari satu asam amino sintesis dari beberapa asam amino sintesis non-ribosom ikatan dengan polipeptida lain
Biosintesis penisilin dan sefalosporin
L--aminoadipic acid L-cysteineL-valine
-(L--aminoadipyl)-L-cystein
-(L--aminoadipyl)-L-cystein-D-valine
Isopenicilin N
Penicilin N Penicilin G
Deacetoxycephalosporin C
Deacetylcephalosporin C
Penicillium chrysogenumC.Acremoneum, Streptomyces sp.
Cephalosporin C
3 prekursor asam amino:
L-valine, L-cystein, L--aminoadipat
Siklisasi 2 tahap
Regulasi biosintesis penisilin oleh L-lysine pada Penicillium chrysogenum
-ketoglutarat + asetil CoA
Homositrat
-ketoadipat
-aminoadipat
Adenil AA-semialdehid L-AA-cys-val
Saccharopine Isopenisilin N
L-lysine Penisilin G
Feedback inhibition
Prekursor
METABOLISME SEKUNDER MIKROORGANISMEPertanyaan tentang Metabolisme sekunderMetabolit sekunder dikelompokkan berdasarkan :Jalur biosintesis metabolit sekunderSlide Number 5Slide Number 6Keragaman dalam metabolisme sekunderSlide Number 8Kelompok senyawa khusus dan senyawa antara dalam metabolisme sekunderMetabolit sekunder dengan ikatan Klor dan BromSenyawa-senyawa yang mengandung nitrogen tak lazimSenyawa-senyawa yang mengandung FosforSenyawa OrganometalMetabolit sekunder lainFungsi metabolit sekunderSistem biologi suatu mikroorganisme memiliki 5 level penting dalam perkembangannya :Klasifikasi metabolit sekunder berdasarkan senyawa asal dan komponen strukturJalur metabolisme sekunder pada fungiPOLIKETIDASlide Number 20Variasi poliketida yang mungkin terjadiSlide Number 22ASAM AMINO sebagai struktur intiBiosintesis penisilin dan sefalosporinRegulasi biosintesis penisilin oleh L-lysine pada Penicillium chrysogenum