Download FarmakogDas4

BIOSINTESIS DALAM SEL TUMBUHAN
Reaksi kimia yang memungkinkan adanya kehidupan
disebut metabolisme.
Terdapat ribuan reaksi berkesinambungan yang terjadi di
dalam tiap sel, sehingga metabolisme merupakan reaksi
yang menakjubkan.
Ribuan senyawa harus dibentuk untuk memproduksi
organel dan struktur lain yang terdapat pada organisme
hidup.
Tumbuhan juga menghasilkan banyak sekali senyawa
kompleks yang dinamakan metabolit sekunder yang
melindungi tumbuhan dari serangga, bakteri, cendawan,
dan patogen lainnya.
BIOSINTESIS DALAM SEL TUMBUHAN
Lebih lanjut, tumbuhan juga memproduksi vitamin yang
perlu bagi mereka sendiri dan kebetulan juga bagi manusia,
serta hormon yang digunakan sel di berbagai bagian
tumbuhan untuk mengendalikan dan mengatur
perkembangan.
Sejumlah reaksi membentuk molekul besar seperti pati,
selulosa, protein, lemak, dan asam nukleat. Pembentukan
molekul besar dari molekul kecil dinamakan anabolisme
(bahasa Yunani yang berarti ke atas, dan ballein berarti
melempar). Anabolisme memer1ukan masukan energi.
Katabolisme (bahasa Yunani, kata, yang berarti ke bawah)
adalah perombakan molekul besar menjadi kecil, dan proses
ini sering melepaskan energi.
Respirasi adalah proses katabolis utama 1epaskan energi di
semua sel; proses ini meliputi perombakan oksidatif gula
menjadi CO2 dan H2O.
BIOSINTESIS DALAM SEL TUMBUHAN
Enzim tidak tersebar merata di dalam sel. Enzim yang
berfungsi dalam fotosintesis berada di kloroplas; banyak
enzim yang berperan dalam respirasi areobik berada
hanya di mitokondria, sedangkan enzim respirasi lainnya
terdapat di sitosol. Sebagian besar enzim yang harus ada
untuk mensintesis DNA dan RNA serta untuk mitosis,
berada di inti set (nukleus).
Enzim yang mengatur langkah dalam lintasan metabolik
kadang disusun sedemikian rupa sehingga terjadi suatu
proses produksi jalur-rakitan
Model gembok-dan-kunci dad sisi aktif enzim, seperti yang
dihipotesiskan oleh Emil Fischer. Sisi aktif diperkirakan
merupakan susunan kaku gugus berrnuatan yang cocok
dengan gugus komplemen substrat. ) Konsepsi lain dad sisi
aktif yang diajukan oleh DE Koshland. Di sini gugus katalitik a
den b harus bersatu, tetapi oriented gugus tersebut diubah
oleh substrat yang mendekat, menghasilkan kecocokan yang
lebih balk. (Daii Wolfe, 1981)
Tricarboxylic acid TCA) cycle KKrebs cycle, citric
acid or citrate cycle), Including oxidative
pilosploorylation. Acetate is formed from pyruvate
by oxidative decarboxylation on the multienzyme
complex pyruvate dehydrogenase (1, 2)and is
bound to coenzyme A to give the activated form,
acetyl-CoA, which is introduced into the cycle in
combination with oxaloacetate (citrate synthase,
3). The citrate formed is decarboxylated, after
isomerisation (aconitase, 4), to 2-oxoglutarate
(isocitrate dehydrogenase, 5) with the
reduction of NAD. After further decarboxylation
and NAD reduction, succinate is formed in a
complicated reaction sequence (multienzyme
complex, 6, 7) in which succinyl CoA is produced
as an intermediate. Succinate is oxidized via FAD
to fumarate (succinate dehydrogenase, 8). By hydration of fumarate (funfarate liydrotase;- 9)
malat is formed, from which it is possible,
through NAD reduction, to regenerate
oxaloacetate (malate dehydrogenase, 10), the
acceptor molecule for acetate. On balance, in one
cycle acetate is degraded to 2 CO2. whereby at
four sites reduction equivalent are transferred to
NAD and FAD. Furthermore, 1 ATP is formed
(step 7). NADH and FADH2 supply hydrogen to
the respiratory chain (see Fig. 13.6), where the
reduction equivalents are used to produce ATP
and are finally transferred to 02. 2-Oxoglutarate
and oxaloacetate are the most important points of
communication with other metabolic pathways
KLOROPLAS: STRUKTUR DAN PIGMEN
FOTOSINTESIS
Aneka bentuk dan ukuran kioroplas ditemukan pada berbagai
tumbuhan
Kloroplas berasal dari proplastid kecil (plastid yang belum
dewasa, kecil, dan hampir tak berwarna, dengan sedikit átau
tanpa membran-dalam).
Pada umumnya proplastid berasal hanya dan sel telur yang
tak terbuahi; sperma tidak berperan di sini. Proplastid
membelah pada saat embrio berkembang, dan berkembang
menjadi kloroplas kétika daun dan bàtang terbentuk.
Kloroplas muda juga aktif membelah, khususnya bila organ
yang mengandung kloropias terpapar pada cahaya jadi tiap
sel daun dewasa sering mengandung beberapa ratus
kioroplas.
KLOROPLAS: STRUKTUR DAN PIGMEN
FOTOSINTESIS
Di dalam kloroplas dijumpai bahan tanbentuk (amorf), lir-gel,
dan kaya enzim yang disebut stroma, yang mengandung
berbagai enzim yang mengubah C02 menjadi karbohidrat,
khususnya pati: Di dalam stroma terdapat tilakoid (bahasa
Yunani thylakos, yang berarti kantong) yang mengandung
pigmen. Di sinilah energi dan cahaya digunakan untuk
mengoksidasi H2O dan membentuk ATP dan NADPH yang
kaya energi, yang diperlukan oleh stroma untuk mengubah
C02 menjadi karbohidrat.
Pada bagian tertentu kloroplas terdapat tumpukan tilakoid
yang disebut grana (satu tumpukan disebut granum). Daerah
tempat satu tilakoid grana berhubungan dengán tilakoid
grana yang lain dinamakan daerah pinggir
Tilakoid stroma adalah tilakoid yahg lebih panjang, yang
menghubungkan satu grana dengan yang lainnya, dan
meruak ke stroma. Tilakoid stroma sering menjadi bagian dan
satu grana atau lebih, dan pada tempat tersebut tidak terlihat
perbedaan yang nyata antara tilakoid stroma dan tilakoid
grana. Gambar memperlihatkan perkiraan wujud tigadimensi hubungan antara tilakoid grana dan tilakoid stroma.
Perhatikan adanya rongga yang disebut lumen, di antara
kedua membran dan tiap tilakoid. Lumen ini berisi air dan
garam terlarut, dan berperan khusus dalam fotosintesis.
DAUR KARBON
Jumlah CO2 di udara tetap sangat stabil pada tingkat
sekitar 280 µmol/mol selama ribuan tahun be1akanan mi,
dan cukup stabil antara 200 dan 300 µmol/mol selama ribuan
tanun sebelum itu (seperti ditunjukkan dan analisis
gelembung udara yang terperangkap di es kutub. Sejak
sekitar tahun 1850, CO2 atmosfer meningkat secara
eksponensial sampai mencapai 352 µmol/mol pada tahun
1990
CO2 meningkat sekitar 1,4 µmol/mol pertahun selama 15
tahun terakhir, tapi pada tahun 1988 peningkatannya lebih
dari 2 mmol/mol, sebuah lompatan terbesar dan lebih dan
0,5% dari kandungan CO2 saat ini
DAUR KARBON
Alasan utama peningkatan sejak tahun 1850 ini ialah
pembakaran bahan bakar fosil, tapi pembukaan lahan,
khususnya pembakaran hutan tropika, juga ikut
berperan. Ekosistem mantap seperti hutan hujan
tropika menambah CO2 ke atmosfer (melalui respirasi
dan pembusukan) sebanyak yang mereka ambil, tapi
bila hutan itu ditebang dan dibakar, karbon yang
tersimpan di biomassanya dan sebagian besar atau
semua simpanan karbon di tanah berpindah dari
biosfer ke atmosfer.
DAUR NITROGEN
Nitrogen dijumpai pada berbagai senyawa penyusun
tumbuhan, sebagian besar terdapat pada protein.
Jumlah belerang hanya sekitar seperlima belas dan
jumlah nitrogen di dalam tumbuhan, tapi unsur ini
dijumpai pada berbagai molekul, terutama protein.
Kedua unsur itu biasanya diserap dan tanah dalam
bentuk sangat teroksidasi dan harus direduksi oleh
proses yang bergantung pada energi, sebelum
bergabung menjadi protein protein dan senyawa lain
dalam sel.
DAUR NITROGEN
Sistem metabolisme manusia tidak dapat meniru
reduksi ini, seperti halnya kita tidak dapat mereduksi
CO2.
Berbagai bentuk nitrogen dijumpai di lingkungan
kita. Pengubahan berkesinambungan berbagai bentuk
nitrogen oleh proses fisika dan biologi merupakan dau
nitrogen, dirangkum pada gambar
Sejumlah besar nitrogen terdapat di atmosfer (78%
berdasarkan volume), tapi secara aktif sulit bagi
organisme-hidup untuk mendapatkan atom nitrogen
dan N2 dalam bentuk yang berguna. Walaupun N2
masuk ke dalam sel tumbuhan bersama-sama CO2
lewat stomata, enzim yang ada hanya dapat mereduksi
CC2, sehingga N2 keluar lagi secepat ia masuk.
DAUR NITROGEN
Sebagian besar nitrogen yang terdapat di dalam
organisme hidup berasal dan penambatan (reduksi)
oleh mikroorganisme prokariot, sebagian di antaranya
terdapat di akar tumbuhan tertentu, atau dari pupuk
hasil penambatan secara industri.
Sebagian kecil nitrogen juga masuk ke tanah dari
atmosfer dalam bentuk ion amonium (NH4+) dan
nitrat (NO3-) bersama hujan dan kemudian diserap
akar. NH4+ ini berasal dari pembakaran industri,
kegiatan gunung berapi, dan kebakaran hutan,
sedangkan N03 berasal dari oksidasi N2 oleh 02 atau
ozon saat ada halilintar atau radiasi ultraviolet.
DAUR NITROGEN
Penambatan nitrogen
Proses reduksi N2 menjadi NH dinaniakan penambatan
nitrogen (diulas oleh Dixon dan Wheeler, 1986). Sejauh yang
diketahui, proses mi hanya dilakukan oleh mikroorganisme
prokariot.
Penambat N2 yang penting mencakup bakteri tanah yang
hidup bebas, sianobakteri (ganggang hijau-biru) yang hidup
bebas di permukaan tanah atau di dalam air, sianobakteri
yang bersimbiosis dengan fungi, lumut atau dengan pakis,
lumut, dan bakteri atau mikroba lainnya yang berasosiasi
secara simbiotik dengan akar, khususnya tumbuhan
kacangan. Mereka besar pada rantai makanan di hutan,
lingkungan air-tawar dan laut, bahkan daerah kutub utara.
DAUR NITROGEN
Lebih jauh, aktivitas tumbuhan penambat-nitrogen
menguntungkan perakaran di sekitar tumbuhan,
melalui pengeluaran nitrogen dan bintil maupun melalui
dekomposisi bintil akar bahkan seluruh tumbuhan oleh
mikroba.
Sumbangan ini penting pertanian, misalnya, campuran
kacangan dan rumputan sering digunakan pada padang
penggembalaan
Hal ini juga menguntungkan dalam produksi metabolit
sekunder dari bakteri yang berasosiasi dengan tumbuhan
BEBERAPA PRODUK ALAMI DARI TUMBUHAN
SEBAGAI HASIL FUNGSI FISIOLOGIS
Beberapa senyawa diproduksi oleh tumbuhan yang
diperlukan bagi pertumbuhan dan kelangsungan
hidup tumbuhan.
Beberapa di antaranya, misalnya lemak dan minyak
merupakan cadangan makanan utama yang ditimbun
pada jaringan dan sel khusus pada waktu tertentu
dalam daur hidup tumbuhan.
Senyawa lain, misalnya lilin serta komponen kutin dan
suberin, merupakan lapisan pertahanan terhadap
lingkungan luar atau sebagai penahan air di sel
endodermis dan eksodermiis.
BEBERAPA PRODUK ALAMI DARI TUMBUHAN
SEBAGAI HASIL FUNGSI FISIOLOGIS
Senyawa lainnya lagi membantu melestarikan
tumbuhan dengan cara membantu pembuahan atau
dengan membentuk pertahanan terhadap organisme
pesaing lainnya.
Selama beberapa tahun terakhir telah ditemukan
bahwa ratusan senyawa yang dibentuk oleh tumbuhan
mempunyai peran ekologi; hal ini membuka bidang
ilmu baru yang sering disebut biokimia ekologi
Penemuan seperti itu menerangkan fungsi banyak
senyawa yang mulanya tampak sebagai produk
buangan tumbuhan.
BEBERAPA PRODUK ALAMI DARI TUMBUHAN
SEBAGAI HASIL FUNGSI FISIOLOGIS
Di samping semua senyawa tersebut, tumbuhan
tertentu menghasilkan banyak senyawa lainnya,
seperti karet yang menghaslkan lateks yang fungsinya
bagi tumbuhan karet sendiri belum diketahui.
Contoh lain adalah tetrahidrokanabinol, bahan aktif di
marijuana. Senyawa yang tidak diperlukan bagi
pertumbuhan dan perkembangan normal melalui
lintasan metabolik yang umum bagi semua tumbuhan
kadang disebut sebagai senyawa sekunder atau produk
sekunder. Ini membedakannya dengan senyawa primer
seperti gula fosfat, asam amino dan amida, protein,
nukleotida, asam nukleat, klorofil, dan senyawa
organik, yang kesemuanya diperlukan
untuk kelangsungan hidup semua tumbuhan.
BEBERAPA PRODUK ALAMI DARI TUMBUHAN
SEBAGAI HASIL FUNGSI FISIOLOGIS
Pembedaan ini tidak mutlak karena, misalnya,
senyawa seperti lignin dianggap primer dan esensial
bagi tumbuhan berpembuluh (sebab keberadaannya di
xilem), tapi tidak bagi ganggang. Dalam suatu ulasan,
Metcalf (1987) menyatakan bahwa 50.000 sampai
100.000 senyawa sekunder tumbuhan terdapat di dunia
tumbuhan, ribuan di antaranya telah diidentifikasi.
BEBERAPA PRODUK ALAMI DARI TUMBUHAN
SEBAGAI HASIL FUNGSI FISIOLOGIS
Lemak dan minyak
Lemak dan minyak adalah senyawa yang serupa secara
kimia, tapi pada suhu ruangan lemak berbentuk padat,
sedangkan minyak berbentuk cair. Keduanya terdiri
dan asam lemak berantai-panjang, diesterifikasi oleh
gugus karboksil tunggalnya menjadi hidroksil dan
alkohol tiga-karbon gliserol. Ketiga gugus hidroksi dan
gliserol diesterifikasi, sehingga lemak dan minyak
sering disebut trigliserida. Kecuali bila kita perlu
membedakan antara
BEBERAPA PRODUK ALAMI DARI TUMBUHAN
SEBAGAI HASIL FUNGSI FISIOLOGIS
BEBERAPA PRODUK ALAMI DARI TUMBUHAN
SEBAGAI HASIL FUNGSI FISIOLOGIS
BEBERAPA PRODUK ALAMI DARI TUMBUHAN
SEBAGAI HASIL FUNGSI FISIOLOGIS
BEBERAPA PRODUK ALAMI DARI TUMBUHAN
SEBAGAI HASIL FUNGSI FISIOLOGIS
Pengubahan lemak menjadi gula: 13-oksidasi dari daur
Glioksilat
Perombakan lemak yang disimpan di oleosom biji dan buah
melepaskan cukup banyak energi. Untuk biji, energi tersebut
perlu untuk memacu perkembangan awal kecambah sebelum
fotosintesis mulai. Karena lemak tidak dapat diangkut ke
akar dan pucuk yang sedang tumbuh, maka lemak harus
diubah menjadi molekul yang lebih lasak, biasanya sukrosa.
Pengubahan lemak menjadi gula merupakan proses yang
menarik sebab proses tersebut terjadi sebagian besar di
spora fungi dan biji kaya-lemak serta di beberapa bakteri,
tapi tidak pada manusia atau hewan.
BEBERAPA PRODUK ALAMI DARI TUMBUHAN
SEBAGAI HASIL FUNGSI FISIOLOGIS
Perombakan lemak dimulai dengan kerja lipase, yang
menghidrolisis ikatan ester dan melepas tiga asam lemak dan
gliserol:
LILIN, KUTIN, DAN SUBERIN: LAPISAN
PELINDUNG TUMBUHAN
Seluruh sistem tajuk tumbuhan herba dilapisi oleh kutikula
yang memper1ambat kehilangan air dari daun, batang,
bunga, buah, dan biji (Cutler dkk. 1980; Juniper dan Jeffree,
1982). Mikrograf elektron payar dan kutikula daun anyelir
memperlihatkan struktur permukaan berlilin dan kutikula
(gambar 15.5). Tanpa lapisan pelindung mi, transpirasi pada
hampir semua tumbuhan berlangsung sangat cepat
sehingga tumbuhan akan mati. Kutikula merupakan
perlindungan terhadap beberapa patogen tumbuhan dan
terhadap kerusakan kecil mekanis (Kolattukudy, 1987).
Kutikula juga penting dalam pertanian karena sifatnya
yang menolak air, yang digunakan pada berbagai
semprotan yang mengandung fungisida, herbisida,
insektisida, atau zat pengatur tumbuh. Karena sifat
hidrofobik kutikula, sebagian besar formulasi semprotan
mengandung deteijen untuk menurunkan
Illustration of plant central metabolism in heterotrophic and autoheterotrophic cells, showing the
processes supporting the synthesis of fatty acids, carbohydrates and amino acids. The complexities
that make flux analysis challenging include the partitioning of metabolism into three major
compartments, and the duplication of many intermediates and some pathways between them.
Omissions include the assimilation of amino acids into protein and the synthesis of some amino acids
in additional subcellular compartments. Abbreviations: PPP, pentose phosphate pathway; TCA,
tricarboxylic acid cycle; FAS, fatty acid synthesis; FAE, fatty acid elongation; FA, fatty acid; His,
histidine; Phe, phenylalanine; Tyr, tyrosine; Trp, tryptophan; Ile, isoleucine; Lys, lysine; Ser, serine;
Cys,cysteine; Gly, glycine; Val, valine; Leu, leucine; Ala, alanine; Asp, aspartate; Thr, threonine; Met,
methionine; Asn, asparagine; Glu, glutamate; Gln, glutamine; Pro, proline; Arg, arginine; Gly-3P,
glycerol- 3-phosphate.