METABOLISME SEKUNDER MIKROORGANISME

Transkripsi

1 METABOLISME SEKUNDER MIKROORGANISME Marlia Singgih Wibowo School of Pharmacy ITB

2 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?

3 Metabolit sekunder dikelompokkan berdasarkan : Struktur kimianya (misalnya : golongan senyawa nitrogen siklik, senyawa betalaktam, dll.) Jenis produsennya (misalnya : mikotoksin, bakteriotoksin, dll.) Aktivitasnya (antibiotik, imunosupresan, dll.)

4 Jalur biosintesis metabolit sekunder Jalur biosintesis sederhana, dengan 1 produk P (sebagai produk akhir) A B C P Kadar P merupakan feedback inhibition

5 Jalur biosintesis bercabang, baik produk P1 dan P2 masing-masing atau bersama-sama mempengaruhi perubahan C menjadi D dan E A B C D P1 E P2

6 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 A B C D P1 E P2

7 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)

8 Viocristin Me Me O OH OH O OH MeO Me H OH O Isoviocristin O OH Rubrocristin

9 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

10 Metabolit sekunder dengan ikatan Klor dan Brom Klor (Cl) atau Brom (Br) terikat secara kovalen Contoh : Kloramfenikol, Griseofulvin, Klortetrasiklin, 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

11 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.

12 Senyawa-senyawa yang mengandung Fosfor 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

13 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)

14 Metabolit sekunder lain Yang mengandung Boron : boromisin, aplasmomisin Yang mengandung asam amino yang tidak lazim : alanosin, azaserin, asam diaminosuksinat, Rhizobitoksin, dll

15 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

16 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

17 Klasifikasi metabolit sekunder berdasarkan senyawa asal dan komponen struktur Sugars Glikolisis Siklus P-P Fosfoenolpiruvat Piruvat Jalur asam sikimat Asam nukleat, polisakarida, glikosida aa aromatik aa alifatik Protein Turunan dari gula : glikosida, oligosakarida, aminoglikosida aa yg tak lazim, oligopeptida, alkaloid Asetil CoA Siklus TCA Malonil CoA Asetoasetil CoA Asam lemak Skualen Poliketida Isoprenoid

18 Jalur metabolisme sekunder pada fungi Aa aromatik Metabolit sekunder Monosakarida Energi Senyawa 3 C Gula alkohol, disakarida, polisakarida cadangan Metabolit sekunder Metabolit sekunder Malonil CoA Piruvat Asetil CoA Mevalonat Karotenoid, sterol, met.2nd Asam lemak Metaboilit sekunder Siklus TCA Energi Asam organik, asam amino

19 POLIKETIDA Merupakan senyawa poli (asam β-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

20 Cara perpanjangan rantai asetat : XS-CO-R & CH2-CO2-COSX XSH + R-CO-CH2-COSX + CO2

21 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

22 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

23 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

24 Biosintesis penisilin dan sefalosporin L-α-aminoadipic acid L-cysteine L-valine δ-(l-α-aminoadipyl)-l-cystein δ-(l-α-aminoadipyl)-l-cystein-d-valine Siklisasi 2 tahap 3 prekursor asam amino: L-valine, L-cystein, L-α-aminoadipat C.Acremoneum, Streptomyces sp. Penicilin N Isopenicilin N Penicillium chrysogenum Penicilin G Deacetoxycephalosporin C Deacetylcephalosporin C Cephalosporin C

25 Regulasi biosintesis penisilin oleh L-lysine pada Penicillium chrysogenum α-ketoglutarat + asetil CoA Homositrat Feedback inhibition α-ketoadipat α-aminoadipat Adenil AA-semialdehid Saccharopine L-lysine Prekursor L-AA-cys-val Isopenisilin N Penisilin G