biotransformasi

I. Pendahuluan
Mikroorganisme menggunakan enzim untuk memecah dan mensintesis berbagai senyawa , baik untuk pertumbuhan dan reproduksi maupun untuk metabolisme sekunder. Setiap reaksi menggunakan katalisator enzim yang khas dalam satu jalur metabolisme yang kompleks dan terkoordinasi. Reaksi kimia demikian yang dibantu oleh adanya mikroorganisme atau preparat enzimnya disebut biotransformasi.
II. Pengertian Biotransformasi
Biotransformasi adalah suatu teknik yang menggunakan enzim pada suatu sel tanaman untuk mengubah kelompok fungsioinal eksternal suatu senyawa kimia yang telah disediakan. Biotransformasi ini digunakan pada banyak kasus untuk meningkatkan aktivitas biologik dari suatu struktur kimia dan biasanya melibatkan aksi dari salah satu atau beberapa enzim yang digabungkan dalam sequence untuk melakukan suatu reaksi kimia khusus. Dalam suatu sistem seperti metabolisme primer dari sel-sel tumbuhan dimanfaatkan sedemikian rupa untuk menyediakan sebuah mekanisem untuk regernerasi yang sesuai co-enzim / co-factor yang diperlukan untuk mempertahankan katalisis.
Biotransformasi oleh komponen sel tumbuhan dapat diambil 2 bentuk
a. Penggunaan seluruh sel dimana sel-sel tersebut dapat berupa suspensi sel bebas yang lengkap, atau dukungan eksternal dari sel immobil
b. Penggunaan komponen persiapan sel immobil, dimana enzim spesifik yang bersangkutan terisolasi, dimurnikan dan dukungan eksternal sel immobil.
III. Tujuan Biotransformasi
Biotransformasi ini bertujuan untuk menghasilkan senyawa baru yang memiliki efek farmakologi, memiliki stabilitas dari senyawa awalnya. Dihasilkan senyawa baru yang unik aktivitas biologinya. Maka senyawa baru yang dihasilkan tersebut haruslah memiliki harga yang lebih mahal.
Besar potensi biokimia sel tanaman untuk melakukan biotransformasi spesifik di alam atau sintetis substrat untuk menghasilkan zat-zat yang lebih berguna yang mengarah pada beberapa kemungkinan aplikasi. Dalam kasus senyawa sintetis, analog yang intermediet atau produk dari spesies lain yang biasanya tidak tersedia dalam tanaman dapat digunakan sebagai substrat untuk menghasilkan senyawa baru yang unik aktivitas biologis. Intermediet alami dari tanaman juga dapat digunakan untuk menghasilkan senyawa-senyawa dari kegiatan serupa dengan yang diperoleh dari tanaman yang ditanam di ladang.
IV. Kaitan Biotransformasi Dengan Kultur Jaringan Tanaman
Hubungan atau kaitan biotransformasi dengan KJT yaitu dalam menghasilkan senyawa baru tersebut digunakan kultur suspensi sel, serta sel yang digunakan adalah sel tanaman. Dimana kultur suspensi sel ini dipelajari dalam kultur jaringan tanaman.
V. Rancangan Proses Biotransformasi
Langkah pertama yang perlu dilakukan dalam melaksanakan proses biotransformasi adalah menemukan mikroorganisme yang dapat mengkatalisis reaksi yang digunakan dengan hasil yang tinggi. Biasanya perlu skrinning yang luas terhadap kultur murni yang banyak yang bisa didapat dari koleksi kultur umum atau diisolasi dari alam.
Untuk menghindari skrinning yang terlalu luas, lebih dianjurkan untuk memeriksa mikroorganisme yang telah diketahui berperan dalam reaksi yang dikehendaki pada senyawa dengan struktur tertentu. Pada percobaan skrinning, mikroorganisme ditumbuhkan dalam medium yang sesuai dalam botol dan digojog. Senyawa yang akan ditransformasikan ditambahkan selama atau sesudah selesai pertumbuhan. Sesudah inkubasi biomassa dipisahkan dengan pemusingan atau penyaringan ( dalam bentuk kultur suspensi sel) dan filtrat disiapkan untuk analisis.
Reaksi biotransformasi biasanya bersifat stereospesifik, dan melibatkan proses/ reaksi seperti oksidasi, reduksi, hidroksilasi, metilasi, demetilasi, glikosilasi, esterifikasi, epoxidasi, isomerisasi dan saponifikasi. Struktur kimia yang dapat mengalami biotransformasi juga bervariasi, dan dapat dilihat pada struktur aromatik, steroid, kumarin, terpenoid, dan alkaloid.
Sejumlah media basal yang berbeda telah digunakan dalam studi biotransformasi, termasuk Murashige Skoog, Linsmeier and Skoog, Gamborg dan Nitsch and Nitsch. Di kebanyakan kasus, ini memberikan nutrisi untuk pertumbuhan sel sebelum mereka digunakan untuk modifikasi dalam reaksi kimia, meskipun dengan pengecualian konversi oleh sel digitoxin pada Digitalis lanata, mereka tidak memiliki pengaruh pada jalannya reaksi kinetika.
VI. Contoh proses biotransformasi
Biotransformasi dari Glikosida steroid (Digitilis)
Suatu sistem yang baik dan dapat digunakan untuk mengilustrasikan bagaiman proses biotransformasi dapat meningkatkan aktivitas dari senyawa yang dipusatkan dengan konversi dari digitoxin menjadi digoxin oleh sel Digitalis lanata.
Digitoksin dan digoksin merupakan kelompok glikosida steroid yang biasa dikenal dengan ‘cardenolides’ dan digunakan dalam dunia medis untuk pengobatan penyakit jantung kronis. Keduanya menempati peringkat ke 6 dan ke 8 dalam obat-obatan yang sering diresepkan di USA, kemudian menjelaskna pentingnya modifikasi senyawa kimia potensial dari kedua obat tersebut. Komponen dari keduanya merupakan ektraks alami dari tanaman.. Situasi ini telah menyebabkan kekurangan digoxin, senyawa aktivitas farmakologis unggulan, sementara mengakibatkan semakin meningkat tumpukan digitoxin lebih beracun. Transformasi digitoksin dengan suatu β-12 hidroksilasi reaksi, dipengaruhi oleh enzim yang terletak di sel-sel D.lanata, telah dirintis oleh Alfermann dan Rheinharrd di Republik Federal Jerman, dan telah melibatkan teknik menggunakan suspensi sel, dan seluruh sel amobil. Dilakukan dalam 250 ml Erlenmeyer termos, sebagian besar pekerjaan telah selesai dilakukan dengan menggunakan pipa aliran udara reaktor memiliki volume kerja 20 liter. Sistem ini yang dikenal untuk memberikan agitasi lembut sensitif suspensi sel tumbuhan, tanpa menyebabkan kerusakan serius akibat stres fisik.Dalam praktek, derivat digitoxin yaitu β-methyl digitoxin digunakan sebagai substrat dalam proses, karena dia mampu memberikan transformasi stereospesifik dengan sedikit produk samping.
Sebagai panduan mengikuti eksperimen Alfermann,dkk.
1. Penumbuhan sel Digitalis lanata selama 5 hari dalam media MS (dengan 2%b/v glukosa sebagai sumber karbon) dalam 20 liter dengan suhu 24oC dalam alat fermentor. Alat diset dengan densitas sel dalam reaksi 0,8 gram berat kering sel per liter dan kecepatan ventilasi 350 udara per jam, juga diatur pH nya yaitu 5-6. Biomassa maksimum dari eksperimen ini adalah 10 g berat kering/liter.
2. Setelah 5 hari, siapkan larutan β-methyl digitoxin dalam metanol (10 ml, 40mg/ml) dan diinjeksikan dalam reaksi, diulangi tiap 2x/hari. Dengan kondisi tersebut β-methyl digoxin yang akan diproduksi sel adalah 475mg/l setealah 14 hari, juga diperoleh hasil sampingan berupa glukosida purpurea A dan deasetil lanatosida C.
3. Pemisahan komponen dari sampel hasil kultur fermentasi dengan ekstraksi sel dan cairannya menggunakan asetonitril kemudian di HPLC.
Contoh lain, yaitu digunakannya KSS dari sel Eucalyptus perriniana kemudian dibuat sel amobil. Dimana nantinya sel tersebut mampu mengglikosilasi senyawa thymol,carvacrol,dan eugenol menjadi bentuk glikosida.
VII. Keuntungan Dan Kekurangan Biotransformasi
Keuntungan yaitu: dihasilkan senyawa baru, dimana senyawa tersebut tidak mungkin dihasilkan dalam proses yang normal, didapatkan senyawa baru yang unik aktivitas biologinya, punya efek farmakologi, senyawa baru yang dihasilkan memiliki harga yang lebih tinggi (mahal), dan senyawa yang lebih baik dari senyawa awalnya, baik dlam hal stabilitasnya, kelarutan ,dll.
Kekurangannya yaitu: biayanya mahal, prosesnya / tahapannya susah (rumit), dan untuk dapat berhasil diperlukan percobaan- percobaan, tidak serta merta langsung berhasil.