KULIAH BIOSINTESIS METABOIT SEKUNDER..pptx

MS

1. BIOSINTESIS METABOLIT SEKUNDER LINTASAN ASETAT ( Acetate Pathway ) LINTASAN POLIKETIDA ( Polyketide Pathway ) LINTASAN ASILPOLIMALONAT ( Acylpolymalonate Pathway ) Kuliah Program Pendidikan Strata-2 Bioteknologi Pusat Studi Bioteknologi/Sekolah Pasca Sarjana UGM Prof. Drs. Umar Anggara Jenie, M.Sc, PhD

2. 1. Definisi, Pengertian, dan ‘Sejarah’ Acetate Pathway 2. Mekanisme Reaksi Umum dari Acetate Pathway 3. Beberapa contoh Metabolit Sekunder sederhana: Senyawa Fenolik yang terjadi melalui Acetate Pathway 3.1. Pembentukkan rantai Tetraketida 3.2. Folding ( pelipatan ) & siklisasi tetraketida: 3.2.1. Kondesasi Aldol Internal-2,7 3.2.2. Kondensasi Aldol Internal-3,8 3.2.3. Kondensasi Claisen Internal-1,6 3.2.4. Reduksi, Dehidrasi diikuti Kondensasi Aldol Internal-2,7 4. Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway 4.1. Biosintesis Asam Usnat 4.2. Biosintesis turunan Antrakwinon ( Anthraquinone ) 4.3. Biosintesis turunan Tetrasiklin ( Tetracyclines ) 4.4. Biosintesis Daunorubicin (Daunomycin) dan Doxorubicin (Adriamycin) 4.5. Biosintesis turunan antibiotika makrolida: Eritromisin, Oleandomisin dan Spiramisin. AGENDA KULIAH

3. Lintasan Biosintesis adalah rangkaian reaksi kimia sintesis, dari tahap awal sampai dengan terbentuknya produk akhir : metabolit sekunder, yang terjadi dalam organisme hidup . Dalam pustaka bahasa Inggris dikenal dengan nama Biosynthetic Pathway . Jenis Lintasan Biosintesis adalah: 1. Lintasan Asetat 2. Lintasan Shikimat 3. Lintasan Mevalonat 4. Lintasan-lintasan khusus pada: Biosintesis Alkaloid, Protein/Peptida dan Karbohidrat DEFINISI, PENGERTIAN & SEJARAH

4. Penamaan pada Lintasan Biosintesis, didasarkan pada: 1. Unit-unit Penyusunnya , seperti pada Lintasan Asetat 2. Intermediat spesifik yang ada terbentuk dalam lintasan biosintesis tersebut, seperti pada Lintasan Shikimat dan Lintasan Mevalonat. DEFINISI, PENGERTIAN & SEJARAH

5. DEFINISI, PENGERTIAN & SEJARAH

6. Lintasan Asetat ( Acetate Pathway ) yang dikenal pula dengan nama lain: Lintasan Poliketida ( Polyketide Pathway ) atau Lintasan Asilpolimalonat ( Acylpolymalonate pathway ), didefinisikan sebagai: “Lintasan biosintesis metabolit sekunder yang diwali oleh reaksi kondensasi antara turunan asil koenzim A (a.l. asetil-KoA , propionil-KoA , dll.) dengan turunan malonil koenzim A (a.l. malonil-KoA , metilmalonil-KoA , dll.), membentuk produk antara ( intermediate ) rantai poliketida ( polyketide ), yang kemudian berakhir dengan terbentuknya metabolit sekunder tertentu” DEFINISI, PENGERTIAN & SEJARAH

7. Poliketida ( Polyketide ) merupakan molekul organik dengan struktur “ rantai poli- b -keto ( poly- b -keto chain )” Sejarah : Pada awal sejarahnya, rantai poliketida diasumsikan terbentuk karena adanya coupling dua unit asetat (C2), melalui reaksi kondensasi, -umumnya Kondensasi tipe Claisen. DEFINISI, PENGERTIAN & SEJARAH

8. Studi mekanisme pembentukkan poliketida, menunjukkan bahwa yang terjadi bukanlah kondensasi antara dua unit asetat, namun antara 1 unit asetat dengan n unit malonat . Proses yang terjadi adalah, bahwa salah satu unit asetat mengalami karboksilasi menjadi malonat, kemudian beberapa unit malonat ini bereaksi dengan asetat, menjadi poliketida, dengan membebaskan CO 2 . DEFINISI, PENGERTIAN & SEJARAH

9. Mekanisme pembentukan Poliketida . DEFINISI, PENGERTIAN & SEJARAH karboksilasi

10. Mekanisme pembentukan Poliketida . DEFINISI, PENGERTIAN & SEJARAH

11. 3.1. Biosintesis Rantai Tetraketida Secara umum, rantai poliketida dapat terbentuk melalui reaksi tipe Claisen antara turunan asil koenzim-A sebagai starter unit dengan turunan malonil koenzim-A sebagai extender unit . Sebagai turunan asil koenzim-A dapat berupa Asetil KoA, Propionil KoA, Butiril KoA dll. Sedang sebagai turunan malonil koenzim-A dapat berupa: Malonil KoA, Metilmalonil KoA, Etilmalonil Ko A dll. Tetraketida , dapat terbentuk dari reaksi tipe Claisen antara 1 unit asetil KoA sebagai starter unit, dengan 3 unit malonil KoA sebagai extender units . Reaksi ini akan membebaskan 3 unit CO 2 dan 3 unit KoASH 3 Biosintesis Metabolit Sekunder Sederhana via Acetate Pathway

12. 3.1. Biosintesis Rantai Tetraketida 3 Biosintesis Metabolit Sekunder Sederhana via Acetate Pathway

13. 3.2. Folding & Siklisasi Tetraketida 3.2.1. Kondesasi Aldol Internal 2,7 : Biosintesis Asam Orselinat & Orsinol 3 Biosintesis Metabolit Sekunder Sederhana via Acetate Pathway

14. 3 Biosintesis Metabolit Sekunder Sederhana via Acetate Pathway 3.2. Folding & Siklisasi Tetraketida 3.2.1. Kondesasi Aldol Internal 2,7 : Biosintesis Asam Orselinat & Orsinol

15. 3.2. Folding & Siklisasi Tetraketida 3.2.2. Kondesasi Aldol Internal 3,8 : Biosintesis Asam 3,5-Dihidroksifenilasetat & Orsinol 3 Biosintesis Metabolit Sekunder Sederhana via Acetate Pathway

16. 3.2. Folding & Siklisasi Tetraketida 3.2.2. Kondesasi Aldol Internal 3,8 : Biosintesis Asam 3,5-Dihidroksifenilasetat & Orsinol 3 Biosintesis Metabolit Sekunder Sederhana via Acetate Pathway

17. 3.2. Folding & Siklisasi Tetraketida 3.2.3. Kondesasi Claisen Internal 1,6 : Biosintesis 2,4,6-Trihidroksifasetofenon 3 Biosintesis Metabolit Sekunder Sederhana via Acetate Pathway

18. 3.2. Folding & Siklisasi Tetraketida 3.2.3. Kondesasi Claisen Internal 1,6 : Biosintesis 2,4,6-Trihidroksifasetofenon 3 Biosintesis Metabolit Sekunder Sederhana via Acetate Pathway

19. 3.2. Folding & Siklisasi Tetraketida 3.2.4. Reduksi, Dihidrasi diikuti Kondesasi Aldol Internal 2,7 : Biosintesis Asam 6-Metilsalisilat & m -Kresol 3 Biosintesis Metabolit Sekunder Sederhana via Acetate Pathway

20. 3.2. Folding & Siklisasi Tetraketida 3.2.4. Reduksi, Dihidrasi diikuti Kondesasi Aldol Internal 2,7 : Biosintesis Asam 6-Metilsalisilat & m -Kresol 3 Biosintesis Metabolit Sekunder Sederhana via Acetate Pathway

21. 3.2. Folding & Siklisasi Tetraketida 3.2.4. Reduksi, Dihidrasi diikuti Kondesasi Aldol Internal 2,7 : Biosintesis Asam 6-Metilsalisilat & m -Kresol 3 Biosintesis Metabolit Sekunder Sederhana via Acetate Pathway

22. 4.1. Biosintesis Asam Usnat Asam Usnat merupakan metabolit-sekunder yang mempunyai khasiat sebagai antibakteri. Asam usnat dihasilkan oleh beberapa spesies lichens (lumut-kerak), antara lain dari genus Usnea dan Cladonia , seperti: Usnea dasypoga. Lumut-kerak merupakan organisme simbiosis antara algae dengan fungi. Struktur kimia Asam Usnat : 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

23. 4.1. Biosintesis Asam Usnat Biosintesis asam usnat berlangsung melalui lintasan asilpolimalonat, yaitu diawali dari kondensasi tipe Claisen, antara 1 unit asetil-KoA (sbg starter unit ) dengan 3 unit malonil-KoA (sbg extender units ) membentuk struktur tetraketida: 3,5,7-trioxo-oktanoil-KoA . Tetraketida ini kemudian mengalami proses metilasi pada C-4, oleh adenosin-S-metionina (SAM) sehingga terbentuk 4-metil-3,5,7-triokso-oktanoil-KoA . Methylated-tetraketide ini kemudian mengalami folding dan terjadi kondensasi-internal tipe Claisen antara C1 dan C6, yang berakhir dg terbentuknya 2,4,6-trihidroksi-3-metilasetofenon (= methylphlor acetophenone = metilflorasetofenon) Methylophloracetophenone mengalami oksidasi satu elektron, sehingga terbentuk dua spesies radikal . Kedua spesies radikal ini mengadakan kopling sesamanya membentuk asam usnat . 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

24. 4.1. Biosintesis Asam Usnat Biosintesis asam usnat dapat dibagi kedalam 3tahap; yaitu: Tahap-I : Pembentukkan 2,4,6-trihidroksi-3-metilasetofenon Tahap-II : Oksidasi 1-elektron dari 2,4,6-trihidroksi-3-metil asetofenon Tahap-III : Kopling dua spesies radikal menjadi asam usnat 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

25. 4.1. Biosintesis Asam Usnat Tahap-I : Pembentukkan 2,4,6-trihidroksi-3-metilasetofenon 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

26. 4.1. Biosintesis Asam Usnat Tahap-I : Pembentukkan 2,4,6-trihidroksi-3-metilasetofenon 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

27. 4.1. Biosintesis Asam Usnat Tahap-I : Pembentukkan 2,4,6-trihidroksi-3-metil asetofenon 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

28. 4.1. Biosintesis Asam Usnat Tahap-II : Oksidasi 1-elektron dari 2,4,6-trihidroksi-3-metil asetofenon 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

29. 4.1. Biosintesis Asam Usnat Tahap-III : Kopling dua spesies radikal menjadi asam usnat 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

30. 4.1. Biosintesis Asam Usnat Tahap-III : Kopling dua spesies radikal menjadi asam usnat 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

31. 4.2. Biosintesis Turunan Anthraquinone Sejumlah turunan Antrakwinon ( anthraquinone ) alamiah merupakan contoh yang baik bagi struktur metabolit sekunder yang berasal dari acetate pathway. Beberapa metabolit sekunder yang mempunyai struktur antrakwinon a.l.: (1) Endocrocin , (2) Emodin , (3) Physcion , (4) Aloe-emodin , (5) Islandicin , dll. Struktur umum Antrakwinon adalah sbb: 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

32. 4.2. Biosintesis Turunan Anthraquinone 4.2.1. Biosintesis Endocrocin, Emodin dan Physcion Biosintesis turunan antrakwinon: endocrocin, emodin dan physcion diawali dengan reaksi kondensasi tipe Claisen antara 1 unit asetil-KoA (sebagai starter unit ) dengan 7 unit malonil-KoA (sbg extender units ), membentuk suatu oktaketida : 3,5,7,9,11,13,15-heptaoxoheksadekanoil-S-KoA . Oktaketida ini kemudian mengalami folding sedemikian rupa, sehingga memungkinkan terjadinya 3 reaksi aldol internal secara serempak, sehingga terbentuk intermediate hipotetik-I. Intermediate -I ini kemudian mengalami reaksi enolisasi, satu diantaranya adalah jenis enolisasi-vinilogus, kemudian diikuti dg oksidasi C12 membentuk endocrocin . Dekarboksilasi endocrocin akan menghasilkan emodin . Sedang metilasi emodin oleh SAM ( S -Adenyl-Methionine) menghasilkan physcion . 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

33. 4.2. Biosintesis Turunan Anthraquinone Mekanisme Reaksi Biosintesis Endocrocin, Emodin dan Physcion 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

34. 4.2. Biosintesis Turunan Anthraquinone Mekanisme Reaksi Biosintesis Endocrocin, Emodin dan Physcion 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

35. 4.2. Biosintesis Turunan Anthraquinone Mekanisme Reaksi Biosintesis Endocrocin, Emodin dan Physcion 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway Emodin mengalami O -Metilasi Selektif menghasilkan Physcion

36. 4.2. Biosintesis Turunan Anthraquinone Biosintesis Chrysophanol, Aloe-emodin dan Rhein Oktaketida dapat pula mengalami folding sedemikian rupa, sehingga memungkinkan terjadinya 3 reaksi aldol internal secara serempak, namun segera terjadi reduksi pada gugus karbonil C9, sehingga terbentuk intermediate hipotetik-II. Intermediate -II ini kemudian mengalami reaksi dehidrasi C9-C10, diikuti enolisasi 2 kali, satu diantaranya adalah jenis enolisasi-vinilogus, kemudian diikuti dg oksidasi C12, serta dekarboksilasi membentuk chrysophanol . Oksidasi chrysophanol pada gugus metil akan membentuk aloe-emodin . Oksidasi rantai alkohol dari Aloe-emodin akan menghasilkan rhein . 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

37. 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway 4.2. Biosintesis Turunan Anthraquinone Biosintesis Chrysophanol, Aloe-emodin dan Rhein

38. 4.2. Biosintesis Turunan Anthraquinone Biosintesis Chrysophanol, Aloe-emodin dan Rhein 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

39. 4.2. Biosintesis Turunan Anthraquinone Biosintesis Islandicin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway Intermediate-II dapat pula mengalami: 1) Dehidrasi C9-C10, 2) Enolisasi 2x, termasuk enolisasi vinilogus, serta 3) Oksidasi C12 dan C14, dan terakhir mengalami 4) Dekarboksilasi membentuk Islandicin

40. 4.3. Biosintesis Turunan Tetrasiklin Tetrasiklin merupakan kelompok antibiotika berspektrum-luas ( broad spectrum antibiotics ) dan umumnya digunakan secara per-oral (per-os). Tetrasiklin dihasilkan oleh mikroba marga Streptomyces. Bentuk atau turunan alamiah maupun semi sintetik di gunakan dalam klinik. Struktur turunan tetrasiklin mengandung kerangka karbon tetrasiklik linier, yang berasal dari jalur poliketida/asilpolimalonat. Sebagai starter unit pada biosintesis tetrasiklin adalah malonamil-KoA, yaitu suatu ester koenzim-A dari malonat semi-amida. Sedang sebagai extender units adalah malonil-KoA. 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

41. Struktur Kimia Turunan Tetrasiklin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway Nama R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 Tetrasiklin H CH3 OH H H Alamiah Klortetrasiklin H CH3 OH Cl H Alamiah Oksitetrasiklin OH CH3 OH H H Alamiah Demeklosiklin H H OH H H Alamiah Methacycline OH =CH2 H H Semi sintetik Doxycycline OH CH3 H H H Semi sintetik Minocycline H H H N(CH3)2 H Semi sintetik Lymecycline H CH3 OH H

42. 4.3. Biosintesis Turunan Tetrasiklin Oksitetrasiklin dihasilkan oleh mikroba Streptomyces rimosus , dan Klortetrasiklin dihasilkan oleh S. aureofaciens . Oleh karenanya Klortetrasiklin mempunya sinonim Aureomycin. Tetrasiklin dihasilkan juga oleh S. aureofaciens, dalam jumlah kecil. Biosintesis Klortetrasiklin (Aureomycin) Biosintesis klortetrasiklin diawali dengan kondensasi tipe Claisen antara 1 unit malonamil-KoA ( sbg starter unit ) dengan 8 unit malonil-KoA (sebagai extender units ) membentuk rantai poliketida: nonaketida-amida . Nonaketida-amida ini kemudian mengalami reduksi pada gugus C=O (C11), diikuti dengan siklisasi sehingga terbentuk turunan Antron yang terikat pada enzim. Turunan antron ini kemudian mengalami metilasi pada C14, siklisasi, serta lepas dari sistem enzim, dan terbentuklah turunan tetrasiklik: 6-Metilpretetramida. 6-metilpretetramida akan mengalami proses biosintesis selanjutnya sehingga terbentuk Klortetrasiklin. 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

43. 4.3. Biosintesis Turunan Tetrasiklin Biosintesis Klortetrasiklin (Aureomycin) (lanjutan) Biosintesis klortetrasiklin berlangsung pada permukaan multienzim: Fatty Acid-like Synthase (FAS), yg mempunyai sisi-aktif ( active site ) berupa asam amino sisteina ( cysteine , Cyst ) dan sisi-ikat ( binding site ) berupa Acyl Carrier protein ( Protein Pembawa Asil , ACP ). Biosintesis klortetrasiklin berlangsung melalui dua tahap besar, yaitu: Tahap-I : Pembentukan intermediate 6-Metilpretetramida Tahap-II : Konversi 6-Metilpretetramida menjadi Klortetrasiklin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

44. 4.3. Biosintesis Turunan Tetrasiklin Reaksi Umum Biosintesis Klortetrasiklin (Aureomycin) 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

45. 4.3. Biosintesis Turunan Tetrasiklin Biosintesis Klortetrasiklin (Aureomycin) Tahap-I : Pembentukan intermediate 6-Metilpretetramida Kondensasi tipe Claisen: 1 unit starter dengan 8 unit ekstender Reduksi C11: C=O menjadi CHOH Kondensasi aldol internal (3x): C4-17, C6-15 & C8-13 Dehidrasi 4x Enolisasi cincin D & enolisasi vinilogus cincin B, terbentuk Antron Metilasi cincin C Kondensasi aldol internal: C2-19 Dehidrasi cincin A Enolisasi vinilogus cincin A & C Hidrolisis terbentuk 6-Metilpretetramida 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

46. 4.3. Biosintesis Turunan Tetrasiklin Biosintesis Klortetrasiklin (Aureomycin) Tahap-II : Konversi 6-Metilpretetramida menjadi Klortetrasiklin Hidroksilasi Cincin A dari 6-Metilpretetramida Oksidasi Cincin A Enonisasi Cincin B Hidrasi A/B Klorinasi cincin D Transaminasi cincin A Metilasi N (2x) Oksidasi cincin C Reduksi cincin B/C membentuk Klortetrasiklin ( Aureomycin ) 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

47. 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway 4.3. Biosintesis Turunan Tetrasiklin Mekanisme ReaksiBiosintesis Klortetrasiklin (Aureomycin) Tahap-I : Pembentukkan 6-Metilpretetramida

48. 4.3. Biosintesis Turunan Tetrasiklin Mekanisme ReaksiBiosintesis Klortetrasiklin (Aureomycin) Tahap-I : Pembentukkan 6-Metilpretetramida (lanjutan) 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

49. 4.3. Biosintesis Turunan Tetrasiklin Mekanisme ReaksiBiosintesis Klortetrasiklin (Aureomycin) Tahap-I : Pembentukkan 6-Metilpretetramida (lanjutan) 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

50. 4.3. Biosintesis Turunan Tetrasiklin Mekanisme ReaksiBiosintesis Klortetrasiklin (Aureomycin) Tahap-I : Pembentukkan 6-Metilpretetramida (lanjutan) 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

51. 4.3. Biosintesis Turunan Tetrasiklin Mekanisme ReaksiBiosintesis Klortetrasiklin (Aureomycin) Tahap-I : Pembentukkan 6-Metilpretetramida (lanjutan) 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

52. 4.3. Biosintesis Turunan Tetrasiklin Mekanisme ReaksiBiosintesis Klortetrasiklin (Aureomycin) Tahap-II : Konversi 6-Metilpretetramida menjadi Klortetrasiklin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

53. 4.3. Biosintesis Turunan Tetrasiklin Mekanisme ReaksiBiosintesis Klortetrasiklin (Aureomycin) Tahap-II : Konversi 6-Metilpretetramida menjadi Klortetrasiklin (lanjutan) 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

54. 4.3. Biosintesis Turunan Tetrasiklin Mekanisme ReaksiBiosintesis Klortetrasiklin (Aureomycin) Tahap-II : Konversi 6-Metilpretetramida menjadi Klortetrasiklin (lanjutan) 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

55. 4.3. Biosintesis Turunan Tetrasiklin Mekanisme ReaksiBiosintesis Klortetrasiklin (Aureomycin) Tahap-II : Konversi 6-Metilpretetramida menjadi Klortetrasiklin (lanjutan) 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

56. 4.4. Biosintesis Daunorubicin & Doxorubicin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway Streptomyces peuceutius; S. coeruleorubidus Streptomyces peuceutius var caesius

57. 4.4. Biosintesis Daunorubicin & Doxorubicin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway Daunorubicin (daunomycin) dihasilkan dari Streptomyces coeruleorubidus dan S. peucetius . Daunorubicin merupakan jenis antibiotika-antitumor, namun sudah jarang digunakan lagi. Namun bentuk metabolit dari daunorubicin, yaitu epirubicin efektif untuk melawan kanker payudara. Epirubicin merupakan 4’-epimer dari doxorubicin. Doxorubicin (adriamycin) dihasilkan oleh S. peucetius varietas caesius , merupakan Antibiotika-antitumor yang luas digunakan dan paling berhasil dalam melawan tumor/ Kanker.

58. 4.4. Biosintesis Daunorubicin & Doxorubicin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway Biosintesis Daunorubicin dan Doxorubicin berlangsung melalui 2 Tahap. Tahap-I : Pembentukkan e -Rhodomycinone Tahap-II : Konversi e -Rhodomycinone menjadi Daunorubicin dan Doxorubicin

59. 4.4. Biosintesis Daunorubicin & Doxorubicin Tahap-I : Pembentukkan e -Rhodomycinone 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

60. 4.4. Biosintesis Daunorubicin & Doxorubicin Tahap-I : Pembentukkan e -Rhodomycinone 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

61. 4.4. Biosintesis Daunorubicin & Doxorubicin Tahap-I : Pembentukkan e -Rhodomycinone 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

62. 4.4. Biosintesis Daunorubicin & Doxorubicin Tahap-I : Pembentukkan e -Rhodomycinone 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

63. 4.4. Biosintesis Daunorubicin & Doxorubicin Tahap-I : Pembentukkan e -Rhodomycinone 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

64. 4.4. Biosintesis Daunorubicin & Doxorubicin Tahap-II : Konversi e -Rhodomycinone menjadi Daunorubicin & Doxorubicin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

65. 4.4. Biosintesis Daunorubicin & Doxorubicin Tahap-II : Konversi e -Rhodomycinone menjadi Daunorubicin & Doxorubicin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

66. 4.4. Biosintesis Daunorubicin & Doxorubicin Tahap-II : Konversi e -Rhodomycinone menjadi Daunorubicin & Doxorubicin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

67. 4.5. Biosintesis Eritromisin Pendahuluan Biosintesis eritromisin berlangsung di dalam mikroba penghasilnya, a.l.: Saccharopolyspora erthreae (sebelum dilakukan retaksonomi th 1989 mikroba ini disebut Streptomyces erythreus ); Streptomyces griseoplanus , Nocardia sp, dll. Biosintesis eritromisin-A berlangsung melalui mekanisme acylpolymalonate pathway (jalur asilpolimalonat), dan terjadi di dalam sistem kompleks multienzim yang disebut FAS ( Fatty Acid Synthase ). Jalur biosintesis eritromisin diawali dengan reaksi kondensasi tipe Claisen antara 1 unit propionil koenzim-A (sebagai starter unit ) dengan 6 unit metilmalonil koenzim-A (sebagai extender units atau unit pengembang). Biosintesis eritromisin-A berlangsung dalam dua Tahap. Tahap-I adalah pembentukkan intermediat eritronolida-B di dalam sistem kompleks multi enzim, FAS; dan Tahap-II adalah konstruksi molekul eriromisin-A dari eritronolida-B, yang berlangsung di luar sistem multi enzim FAS. 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

68. 4.5. Biosintesis Eritromisin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway Eritromisin merupakan antibiotika golongan makrolida , yg dicirikan dengan adanya struktur cincin makrolakton. Struktur umum antibiotika-makrolida, terdiri dari bagian Aglikon, yang umumnya merupakan cincin makro-lakton; dan bagian Glikon , yang terdiri dari gula-netral dan gula-amina. Eritromisin-A , merupakan antibiotika yang paling potent dari jenis-jenis eritromisin, serta merupakan produk akhir dari biosintesis eritromisin. Struktur kimia Eritromisin-A terdiri dari bagian aglikon yang berupa cincin makrolakton segi-14 ( 14 membered ring ) yaitu: Eritronolida-A , dan bagian glikon, yaitu gula-netral: L-Kla-dinosa dan gula-amina: D-desosamina.

69. 4.5. Biosintesis Eritromisin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway R 1 R 2 R 3 R 4 NAMA H H H H 6-Deoksieritronolida- B OH H H H Eritronolida-B OH OH H H Eritronolida-A OH H H L-Mikar 3- O -Mikarosileritronolida-B OH H D-Desos L-Mikar Eritromisin-D OH OH D-Desos L-Mikar Eritromisin-C OH H D-Desos L-Kladin Eritromisin-B OH OH D-Desos L-Kladin Eritromisin-A D-Desos D-Desosamina L-Mikar L-Mikarosa K-Kladin L-Kladinosa

70. 4.5. Biosintesis Eritromisin Mekanisme Reaksi Biosintesis Eritromisin-A Tahap-I : Pembentukkan Eritronolida-B, berlangsung pada permukaan FAS Tahap-II : Konstruksi Eritromisin-A dari Eritronolida-B di luar sistem FAS   Tahap-I : Pembentukkan Eritronolida-B Reaksi Umum : 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

71. 4.5. Biosintesis Eritromisin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway Mekanisme Reaksi Biosintesis Eritronolida-B : 1. Reaksi-I : Kondensasi & Reduksi b- Keto membentuk Adduct-I

72. 4.5. Biosintesis Eritromisin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway 2. Reaksi-II : Kondensasi & Reduksi b- Keto membentuk Adduct-II

73. 4.5. Biosintesis Eritromisin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway 3. Reaksi-III : Kondensasi membentuk Adduct-III

74. 4.5. Biosintesis Eritromisin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway 4. Reaksi-IV : Kondensasi, Reduksi b -Keto, Dehidrasi dan Reduksi Enoil membentuk Adduct-IV

75. 4.5. Biosintesis Eritromisin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway 4. Reaksi-IV : Kondensasi, Reduksi b -Keto, Dehidrasi dan Reduksi Enoil membentuk Adduct-IV (lanjutan)

76. 4.5. Biosintesis Eritromisin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway 5. Reaksi-V : Kondensasi dan Reduksi b -Keto membentuk Adduct-V

77. 4.5. Biosintesis Eritromisin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway 6. Reaksi-VI : Kondensasi dan Reduksi b -Keto membentuk Adduct-VI

78. 4.5. Biosintesis Eritromisin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway 6. Reaksi-VI : Kondensasi dan Reduksi b -Keto membentuk Adduct-VI (lanjutan)

79. 4.5. Biosintesis Eritromisin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway 7. Reaksi-VII : Hidrolisis & Pelepasan dari FAS, Siklisasi membentuk 6-Deoksieritronolida-B , serta Oksidasi menjadi Eritronolida-B

80. 4.5. Biosintesis Eritromisin Tahap-II : Konversi Eritronolida-B menjadi Eritromisin-A Tahap ini terjadi diluar sistem multi-enzim FAS, dimana Eritronolida-B mengalami glikosilasi pada gugus hidroksil-C3 oleh gula-netral: L-mikarosa . Kemudian diikuti oleh glikosilasi yang kedua pada gugus hidroksil-C5 oleh gula-amina: D-desosamina , dan terbentuklah eritromisin-D . Eritromisin-D mengalami dua percabangan reaksi, yang pertama : mengalami hidroksilasi pada atom C12, sehingga akan terbentuk eritromisin-C . Yang kedua mengalami O -metilasi pada gula mikarosa-nya, sehingga terbentuk eritromisin-B . ( Catatan : gula mikarosa yang mengalami O -metilasi ini menjadi gula: L- O -metoksimikarosa atau L-kladinosa ). Kemudian reaksi biosintesis berakhir dengan terbentuknya eritromisin-A ; yang terjadi melalui hidroksilasi pada atom C12 terhadap eritromisin-B atau dari O -metilasi gula mikarosa pada eritromisin-C.   4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

81. 4.5. Biosintesis Eritromisin (A) Mekanisme Reaksi Konversi Eritronolida-B menjadi Eritromisin-D 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

82. 4.5. Biosintesis Eritromisin (B) Mekanisme Reaksi Konversi Eritromisin-D menjadi Eritromisin-A 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

83. Biosintesis 6-Deoksieritronolid-B (DEB) Aktivitas enzim AT = Acyltransferase ACP = Acyl Carrier Protein KS = b -Ketoacyl Synthase KR = b -Ketoacyl Reductase DH = Dehydratase ER = Enoyl Reductase TE = Thioestarase

84. Rekayasa Genetika Produksi Turunan Eritromisin Biosintesis Eritromisin pada tingkat Gen

85. MODIFIKASI STRUKTUR ERITROMISIN DENGAN TEKNOLOGI REKAYASA GENETIKA Loading domain from Avermectin PKS specifies Isobutyryl-CoA

86. MODIFIKASI STRUKTUR ERITROMISIN DENGAN TEKNOLOGI REKAYASA GENETIKA Acyltransferase domain from Rapamycin PKS specifies Malonyl-CoA

87. MODIFIKASI STRUKTUR ERITROMISIN DENGAN TEKNOLOGI REKAYASA GENETIKA Deletion of ketoreductase Domain prevents b -carbon processing

88. 4.6. Biosintesis Oleandomisin Pendahuluan Seperti halnya eritromisin, oleandomisin juga merupakan antibiotik makrolida bersegi-14 ( 14-membered ring ). Antibiotika ini dihasilkan oleh mikroba Streptomyces antibioticus . Bagian aglikonnya adalah Oleandolida , sedang bagian glikon terdiri dari gula netral: Oleandrosa dan gula amina: D-Desosamina . Biosintesis oleandomisin diawali dengan suatu reaksi kondensasi tipe Claisen ( Claisen-type condensatoin ) antara 1 unit asetil-KoA (sebagai starting unit ) dengan 6 unit metilmalonil-KoA (sebagai extender units ). Dengan melalui rangkaian jalur poliketida yang mirip dengan eritronolida-B, terbentuklah Oleandolida. Oleandolida kemudian mengikat gula netral: Oleandrosa pada gugus OH(C3), dan gula amina: D-Desosamina pada gugus OH(C5), sehingga terbentuklah Oleandomisin . 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

89. 4.6. Biosintesis Oleandomisin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway oleandrosa D-desosamina

90. 4.7. Biosintesis Spiramisin Pendahuluan Spiramisin merupakan antibiotika makrolida golongan segi-16 atau 16-Membered Ring. Antibiotika ini dihasilkan oleh Streptomyces ambofaciens. Berdasarkan struktur kimianya, ada 3 jenis spiramisin, yaitu spiramisin-I , spiramisin-II dan spiramisin-III (lihat struktur dibawah ini). Bagian gula dari spiramisin adalah: gula amina: D-forosamina , terikat pada OH(C9), dan gula netral berupa disakarida: mikaminosil-mikarosa terikat pada OH(C5). 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

91. 4.7. Biosintesis Spiramisin Biosintesis Spiramisin Biosintesis spiramisin diawali dengan kondensasi tipe Claisen antara 1 unit asetil-KoA sebagai starter unit , dengan beberapa jenis extender units , yang secara berturut-turut adalah: 3 unit malonil-KoA , 1 unit metilmalonil-KoA , 1 unit etilmalonil-KoA dan terakhir 2 unit malonil-KoA. Jadi total malonil-KoA adalah 5 unit. Kondensasi tipe Claisen ini terjadi dalam permukaan sistem multi enzim Fatty Acid Synthase (FAS), sebagaimana yang terjadi pada sintesis aglikon Eritronolida-B maupun Oleandolida. Kondensasi ini berakhir dengan terbentuknya aglikon spiramisin, yaitu Spiralida dikenal pula dg nama Leuconolide A 1 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

92. 4.7. Biosintesis Spiramisin Struktur Kimia Spiramisin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

93. 4.7. Biosintesis Spiramisin Reaksi Umum Biosintesis Spiramisin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

94. 4.7. Biosintesis Spiramisin Delapan Langkah Pembentukkan Spiralida LANGKAH-1 : Kondensasi tipe Claisen antara 1 unit asetil-KoA ( starter unit ) dengan 1 unit malonil-KoA ( extender unit ), diikuti reduksi b -keto , menghasilkan adduct-1 LANGKAH-2 : Kondensasi tipe Claisen antara adduct-1 dengan 1 unit malonil-KoA ( extender unit ), diikuti reduksi b -keto dan dehidrasi , menghasilkan adduct-2 LANGKAH-3 : Kondensasi tipe Claisen antara adduct-2 dengan 1 unit malonil-KoA ( extender unit ), diikuti reduksi b -keto dan dehidrasi , menghasilkan adduct-3 LANGKAH-4 : Kondensasi tipe Claisen antara adduct-3 dengan 1 unit metilmalonil-KoA ( extender unit ), diikuti reduksi b -keto , menghasilkan adduct-4 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

95. 4.7. Biosintesis Spiramisin Delapan Langkah Pemebentukkan Spiralida LANGKAH-5 : Kondensasi tipe Claisen antara adduct-4 dengan 1 unit etilmalonil-KoA ( extender unit ), diikuti reduksi b -keto , dehidrasi dan reduksi enoil , menghasilkan adduct-5 LANGKAH-6 : Kondensasi tipe Claisen antara adduct-5 dengan 1 unit malonil-KoA ( extender unit ), diikuti reduksi b -keto , menghasilkan adduct-6 LANGKAH-7 : Kondensasi tipe Claisen antara adduct-6 dengan 1 unit malonil-KoA ( extender unit ), diikuti reduksi b -keto , menghasilkan adduct-7 LANGKAH-8 : Laktonisasi / siklisasi adduct-7 menjadi spralida ; dan keluar dari kompleks multienzim FAS.   4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

96. 4.7. Biosintesis Spiramisin LANGKAH-1 : Kondensasi tipe Claisen antara 1 unit asetil-KoA ( starter unit ) dengan 1 unit malonil-KoA ( extender unit ), diikuti reduksi b -keto , menghasilkan adduct-1 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

97. 4.7. Biosintesis Spiramisin LANGKAH-2 : Kondensasi tipe Claisen antara adduct-1 dengan 1 unit malonil-KoA ( extender unit ), diikuti reduksi b -keto dan dehidrasi , menghasilkan adduct-2 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

98. 4.7. Biosintesis Spiramisin LANGKAH-3 : Kondensasi tipe Claisen antara adduct-2 dengan 1 unit malonil-KoA ( extender unit ), diikuti reduksi b -keto dan dehidrasi , menghasilkan adduct-3 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

99. 4.7. Biosintesis Spiramisin LANGKAH-4 : Kondensasi tipe Claisen antara adduct-3 dengan 1 unit metilmalonil-KoA ( extender unit ), diikuti reduksi b -keto , menghasilkan adduct-4 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

100. 4.7. Biosintesis Spiramisin LANGKAH-5 : Kondensasi tipe Claisen antara adduct-4 dengan 1 unit etilmalonil-KoA ( extender unit ), diikuti reduksi b -keto , dehidrasi dan reduksi enoil, menghasilkan adduct-5 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

101. 4.7. Biosintesis Spiramisin LANGKAH-6 : Kondensasi tipe Claisen antara adduct-5 dengan 1 unit malonil-KoA ( extender unit ), diikuti reduksi b -keto , menghasilkan adduct-6 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

102. 4.7. Biosintesis Spiramisin LANGKAH-7 : Kondensasi tipe Claisen antara adduct-6 dengan 1 unit malonil-KoA ( extender unit ), diikuti reduksi b -keto , menghasilkan adduct-7 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

103. 4.7. Biosintesis Spiramisin LANGKAH-8 : Laktonisasi/siklisasi adduct-7 menjadi spralida ; dan keluar dari kompleks multienzim FAS 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway

104. 4.7. Biosintesis Spiramisin Konstruksi Molekul Spiramisin 4 Biosintesis Metabolit Sekunder Kompleks via Acetate Pathway