MAKALAH
TUGAS
TERSTRUKTUR MIKROBIOLOGI
BIOSINTESIS
VITAMIN K
Oleh:
Kelompok
3
Bina
Laraswati H1A009055
Elisa
Fatmasari H1A009059
Yulia
Marissa H1A009054
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN
KEBUDAYAAN
UNIVERSITAS JENDERAL
SOEDIRMAN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNIK
JURUSAN MIPA PRODI KIMIA
PURWOKERTO
2012
I.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Tubuh yang sehat membutuhkan asupan gizi dan nutrisi seimbang untuk menjalankan
fungsi setiap bagian organ tubuh dengan baik dan menjaga agar tubuh tetap dalam
kondisi sehat. Setiap bagian tubuh mempunyai peran dan fungsi sendiri-sendiri
dan begitu juga dengan kebutuhan agar dapat bekerja dengan baik. Karbohidrat, lemak, protein, dan beberapa zat mineral telah dianggap
sebagai zat-zat makanan yang dibutuhkan untuk fungsi tubuh normal. Akan tetapi
berbagai pengamatan menduga bahwa senyawa-senyawa organik lainnya adalah
esensial untuk menjaga kesehatan. Telah diketahui bahwa proses pembekuan darah
diperlukan trombokinase, Ca++, vitamin K, protrombin. Jika salah satu komponen
tidak ada, proses pembekuan darah akan terhambat.
Vitamin
merupakan suatu molekul organik yang sangat diperlukan tubuh untuk proses
metabolisme dan pertumbuhan yang normal. Vitamin-vitamin tidak dapat dibuat
oleh tubuh manusia dalam jumlah yang cukup, oleh karena itu harus diperoleh
dari bahan pangan yang dikonsumsi. Vitamin tersebut pada umumnya dapat
dikelompokkan kedalam dua golongan utama yaitu vitamin yang larut dalam lemak
yang meliputi vitamin A, D, E, dan K dan vitamin yang larut dalam air yang
terdiri dari vitamin C dan vitamin B (Winarno 1986).
Vitamin K
merupakan salah satu vitamin yang larut dalam lemak. Sekali diserap dalam,
vitamin ini disimpan dalam hati melalui sistem limfe. Absorbsi membutuhkan
cairan empedu dan pakreas. Seperti halnya lemak, vitamin juga memerlukan
protein pengangkut untuk memindahkannya dari satu tempat ke tempat yang lain.
Karena sifatnya yang tidak larut dalam air, maka vitamin K tidak dikeluarkan,
akibatnya vitamin ini dapat ditimbun dalam tubuh bila dikonsumsi dalam jumlah
banyak. Kekurangan vitamin K dapat terjadi terutam bila daya serap tubuh
terhadap lemak tidak baik (Almatsier 2006). Keberadaan
vitamin K merupakan salah satu mikronutrien yang essensial bagi tubuh,
1.2 Tujuan
Mengetahui
mekanisme biosintesis vitamin K dari suatu mikroorganisme.
II. TINJAUAN
PUSTAKA
2.1 Biosintesis
Biosintesis
merupakan pembentukkan molekul alami yang terjadi di dalam sel dari molekul
lain yang kurang rumit strukturnya, melalui reaksi endeorganik. Sedangkan jalur
biosintetis dapat diartikan sebagai urutan atau proses yang di dalamnya terdiri
atas tahap-tahap pembentukkan dari senyawa yang sederhana menjadi senyawa
kompleks. Proses biosintesis akan berlangsung sangat kompleks, tergantung dari
macam enzim yang tersedia sehingga tumbuhan sejenis yang tumbuh di daerah yang
berbeda sangat memungkinkan untuk mempunyai jalur pembentukkan metabolit
tertentu yang tidak identik
Vitamin
merupakan metabolit sekunder. Umumnya dalam fase pertumbuhan, biosintesis
metabolit sekunder berlangsung amat lambat bahkan sering belum mulai. Setelah fase
pertumbuhan berakhir, maka fase produksi atau biosintesis metabolit sekunder
mulai berlangsung. Penambahan prazat dimaksudkan untuk mempersingkat proses
biosintesis atau dengan kata lain untuk meningkatkan produksi metabolit
sekunder. Guna penambahan prazat pada jalur biosintesis dalam produksi
metabolit sekunder:
1.
Untuk senyawa yang
dikehendaki dapat ditingkatkan jumlahnya dengan cara memanipulasi media maupun dengan penambahan senyawa
prekursor/prazat, merangsang aktivitas enzim tertentu yang terlibat dalam jalur
biosintesis, sehingga dapat meningkatkan produksi metabolit sekunder, contohnya
penambahan skualen yang memberi pengaruh nyata dalam meningkatkan kandungan
azadirahtin di dalam sel sesuai.
2.
Mendapatkan metabolisme
sekunder yang merupakan bentuk diferensiasi dari sel-Sel tanaman.
3.
Untuk memperoleh
kandungan metabolit sekunder yang lebih tinggi dari induknya.
2.2
Vitamin
Pada
tahun 1912, Funk, seorang sarjana biokimia bangsa Polandia yang bekerja di
London untuk pertama kali memperkenalkan istilah vitamin (amine yang
vital) yang kemudian terkenal dengan nama vitamin (dari bahasa Latin, vital
yang berarti hidup), untuk menandakan kelompok dari senyawa-senyawa organik
tersebut. Vitamin adalah molekul organik yang di dalam tubuh mempunyai fungsi
yang sangat bervariasi. Fungsi vitamin dalam metabolisme yang paling utama
adalah sebagai kofaktor. Di dalam tubuh diperlukan dalam jumlah sedikit (micronutrient).
Biasanya tidak disintesis di dalam tubuh, jika dapat disintesis jumlahnya tidak
mencukupi kebutuhan tubuh, sehingga harus diperoleh dari makanan atau diet.
Vitamin dalam arti luas adalah senyawa organik, bukan karbohidrat, lemak maupun
protein, yang memiliki peranan vital uutuk berjalannya fungsi tubuh yang
normal, meskipun dibutuhkan dalam jumlah kecil. Vitamin adalah zat gisi yang
sangat dibutuhkan oleh tubuh, karena berperan mambantu proses metabolisme
tubuh yang normal. Beberapa vitamin tidak diperlukan dalam diet, dikarenakan
vitamin-vitamin tersebut dapat disintesis sendiri dengan bantuan mikroflora
usus.
Secara klasik, berdasarkan kelarutannya, vitamin
digolongkan dalam dua kelompok, yaitu (1) vitamin yang larut dalam lemak dan
(2) vitamin yang larut dalam air, karena yang pertama dapat diekstraksi dari
bahan makanan dengan pelarut lemak dan yang terakhir dengan air. Beberapa
vitamin larut lemak adalah vitamin A, D, E, dan K, yang hanya mengandung unsur-
unsur karbon, hidrogen dan oksigen. Vitamin yang larut dalam air terdiri
atas asam askorbat (C) dan B-komplek (B1 sampai B12),
yang selain mengandung unsur-unsur karbon, hidrogen, oksigen, juga mengandung
nitrogen, sulfur atau kobalt.
Vitamin yang larut dalam lemak, yaitu A, D, E
dan K, memiliki sifat-sifat umum, antara lain (1) tidak terdapat di semua
jaringan; (2) terdiri dari unsur-unsur karbon, hidrogen dan oksigen; (3)
memiliki bentuk prekusor atau provitamin; (4) menyusun struktur jaringan tubuh;
(5) diserap bersama lemak; (6) disimpan bersama lemak dalam tubuh; (7)
diekskresi melalui feses; (8) kurang stabil jika dibandingkan vitamin B, dapat
dipengaruhi oleh cahaya, oksidasi dan lain sebagainya.
Vitamin yang larut dalam air memiliki sifat-sifat
umum, antara lain : (1) tidak hanya tersusun atas unsur-unsur karbon, hidrogen
dan oksigen; (2) tidak memiliki provitamin; (3) terdapat di semua jaringan; (4)
sebagai prekusor enzim-enzim; (5) diserap dengan proses difusi biasa; (6) tidak
disimpan secara khusus dalam tubuh; (7) diekskresi melalui urin; (8) relatif
lebih stabil, namun pada temperatur berlebihan menimbulkan kelabilan.
Vitamin diserap oleh usus dengan proses dan mekanisme
yang berbeda. Terdapat perbedaan prinsip proses penyerapan antara vitamin larut
lemak dengan vitamin larut air. Vitamin larut lemak akan diserap secara difusi
pasif dan kemudian di dalam dinding usus digabungkan dengan kilomikron
(lipoprotein) yang kemudian diserap sistem limfatik, baru kemudian bergabung
dengan saluran darah untuk ditransportasikan ke hati. Sedangkan vitamin larut
air langsung diserap melalui saluran darah dan ditransportasikan ke hati.
Proses dan mekanisme penyerapan vitamin dalam usus halus diperlihatkan pada
Tabel 1.
Tabel 1. Proses dan Mekanisme Penyerapan Vitamin
dalam Usus Halus
|
Jenis
Vitamin
|
Mekanisme
Penyerapan
|
|
Vitamin A,
D, E, K dan beta-karoten
|
Dari
micelle, secara difusi pasif, digabungkan dengan kilomikron, diserap melalui
saluran limfatik.
|
|
Vitamin C
|
Difusi
pasif (lambat) atau menggunakan Na+ (cepat)
|
|
Vitamin B1
(Tiamin)
|
Difusi
pasif (apabila jumlahnya dalam lumen usus sedikit), dengan bantuan Na+
(bila jumlahnya dalam lumen usus banyak).
|
|
Vitamin B2
(Riboflavin)
|
Difusi
pasif
|
|
Niasin
|
Difusi
pasif (menggunakan Na+)
|
|
Vitamin B6
(Piridoksin)
|
Difusi
pasif
|
|
Folasin
(Asam Folat)
|
Menggunakan
Na+
|
|
Vitamin B12
|
Menggunakan bantuan faktor intrinsik
(IF) dari lambung.
|
2.3
Vitamin K
Vitamin K
adalah vitamin yang larut dalam lemak, merupakan suatu naftokuinon yang
berperan dalam modifikasi dan aktivasi beberapa protein yang berperan dalam
proses pembekuan darah, seperti prothrombin, proconvertin,
komponen thromboplastin plasma, dan Stuart-Power Factor. Vitamin
K juga adalah sekelompok senyawa kimia yang terdiri atas filokuinon yang
terdapat dalam tumbuh-tumbuhan dan menakuinon yang terdapat dalam minyak ikan
dan daging. Menakuinon juga dapat disintesis oleh bakteri di dalam usus halus manusia
(Sandjaja 2009).
Ada tiga
bentuk vitamin K, yaitu: (1) Vitamin K1 (phylloquinone) yang tedapat pada sayuran hijau, (2) Vitamin K2 (menaquinone) yang
dapat disintesis oleh flora usus normal seperti Bacteriodes fragilis dan
beberapa strain Escherichia coli, (3) Vitamin K3 (menadione)
merupakan vitamin K sintetis yang sekarang jarang diberikan pada bayi yang baru
lahir (neonatus) karena dilaporkan dapat menyebabkan anemia hemolitik. Vitamin K3 ini bersifat larut dalam air, digunakan untuk penderita yang
mengalami gangguan penyerapan vitamin K dari makanan (Sandjaja 2009).
Gambar 1. Struktur Kimia Vitamin K dalam Tiga Bentuk
Menadion
(vitamin K3), yaitu senyawa induk seri vitamin K, tidak ditemukan dalam bentuk
alami tetapi jika diberikan, secara in vivo senyawa ini akan mengalami alkilasi
menjadi salah satu menakuinon (vitamin K2). Filokuinon (vitamin K1)
merupakan bentuk utama vitamin K yang ada dalam tanaman. Menakuinon–7
merupakan salah satu dari rangkaian bentuk tak jenuh polirenoid dari vitamin K
yang ditemukan dalam jaringan binatang dan disintesis oleh bakteri dalam
intestinum.
Vitamin K
larut dalam lemak dan tahan panas, tetapi mudah rusak oleh radiasi, asam, dan
alkali. Vitamin K juga terdapat di alam dalam dua bentuk, keduanya terdiri atas
cincin 2-metilnaftakinon dengan rantai samping. Vitamin K1 mempunyai rantai
samping fitil. Vitamin K2 merupakan sekumpulan ikatan yang rantai sampingnya
terdiri atas beberapa satuan isoprene (berjumlah 1 samping dengan 14 unit).
Vitamin K3 terdiri atas naftakinon tanpa rantai samping, oleh karena itu
mempunyai sifat larut air. Vitamin K atau metadion baru aktif secara biologis
setelah mengalami alkalilasi didalam tubuh (Almatsier, 2006).
Vitamin ini
merupakan kebutuhan vital untuk sintesis beberapa protein termasuk dalam
pembekuan darah. Disebut juga vitamin koagulasi, vitamin ini bertugas
menjaga konsitensi aliran darah dan membekukannya saat diperlukan. Vitamin yang
larut dalam lemak ini juga berperan penting dalam pembentukan tulang dan pemeliharaan
ginjal. Selain berperan dalam pembekuan, vitamin ini juga penting untuk
pembentukan tulang terutama jenis K1. Vitamin K1 diperlukan supaya
penyerapan kalsium bagi tulang menjadi maksimal (Winarno 1986).
Vitamin K
diperlukan untuk proses karboksilasi-gama pada residu glutamate untuk membentuk
tiga protein kunci yang terdapat dalam tulang, termasuk osteokalsin, yang
memiliki aktifitas tinggi dalam mengikat kalsium. Telah dilaporkan bahwa pada
orang usia lanjut status vitamin K berbanding terbalik dengan resiko fraktur
(Barasi 2007).
Vitamin K
merupakan kofaktor enzim karboksilase yang mengubah residu protein berupa asam
glutamate (glu) menjadi gama-karboksiglutamat (gla). Protein-protein ini
dinamakan protein-tergantung vitamin K atau gla-protein. Enzim
karboksilase yang menggunakan vitamin K sebagai kofaktor didapat di dalam
membran hati dan tulang dan sedikit di lain jaringan. Gla-protein dengan mudah
dapat mengikat ion kalsium. Kemampuan inilah yang merupakan aktivitas biologik
vitamin K. Vitamin K sangat penting bagi pembentukan protombin. Kadar protombin
yang tinggi didalam darah merupakan indikasi baiknya daya penggumpalan darah.
Pada proses pembekuan darah, gama-karboksilasis terjadi di dalam hati pada
residu asam glutamate yang terdapat pada berbagai faktor pembekuan darah,
seperti factor II (Protrombin), VII, VIII, IX, dan X (Almatsier 2006).
Kemampuan
gla-protein untuk mengikat kalsium merupakan langkah essensial dalam pembekuan
darah. Gla protein lain yang mampu mengikat ion kalsium terdapat di dalam
jaringan tulang dan gigi sebagai osteokalsin dan gla-protein matriks. Kedua
jenis gla-protein ini mengikat hidroksiapatit yang diperlukan dalam pembentukan
tulang. Tanpa vitamin K, tulang memproduksi protein yang tidak sempurna,
sehingga tidak dapat mengikat mineral-mineral yang diperlukan dalam pembentukan
tulang. Gla protein juga ditemukan pada jaringan tubuh lain seperti ginjal,
pankreas, limpa, paru-paru, dan endapan aterosklerotik namun fungsinya belum
diketahui dengan pasti. Gla protein di dalam otak diduga berperan dalam
metabolisme sulfatida yang diperlukan untuk perkembangan otak (Almatsier
2006).
Vitamin K
bekerja sebagai kofaktor enzim karboksilase yang membentuk residu γ –
karboksiglutamat dalam protein precursor. Reaksi karboksilase yang
tergantung vitamin K terjadi dalam retikulum endoplasmic banyak jaringan dan
memerlukan oksigen molekuler, karbondioksida serta hidrokuinon (
tereduksi ) vitamin K dan di dalam siklus ini, produk 2,3 epoksida dari
reaksi karboksilase diubah oleh enzim 2,3 epoksida reduktase menjadi bentuk
kuinon vitamin K dengan menggunakan zat pereduksi ditiol yang masih
belum teridentifikasi. Reduksi selanjutnya bentuk kuinon menjadi
hidrokuinon oleh NADH melengkapi siklus vitamin K untuk menghasilkan kembali
bentuk aktif vitamin tersebut (Rusdiana 2004).
Sebanyak
50-80 persen vitamin K di dalam usus diserap dengan bantuan asam empedu dan
cairan pankreas. Setelah diserap di dalam usus halus bagian atas, vitamin K
dikaitkan dengan kilomikron untuk diangkut melalui sistem limfa ke hati. Hati
merupakan tempat penyimpanan vitamin K utama di dalam tubuh. Kemudian, vitamin
K diangkut oleh lipoprotein VLDL plasma dari hati menuju ke berbagai sel tubuh.
Karena vitamin K bersifat larut dalam lemak, hal-hal yang menghambat penyerapan
lemak secara otomatis juga akan menurunkan penyerapan vitamin K
(Almatsier 2006).
Dalam
keadaan normal, sebanyak 30-40 persen dari vitamin K yang diserap akan
dikeluarkan melalui empedu, dan 15 persen melalui urin sebagai metabolit larut air.
Simpanan vitamin K di dalam tubuh tidak banyak dan pergantiannya terjadi dengan
cepat. Simpanan di dalam hati sebanyak 10 persen berupa filokuinon dan 90
persen berupa menakuinon, yang kemungkinan disintesis oleh bakteri pada saluran
pencernaan. Namun, kebutuhan akan vitamin K tampaknya tidak dapat hanya
dipenuhi dari sintesis menakuinon, diperlukan juga diperoleh dari makanan
(Almatsier 2006).
Sebagaimana
vitamin yang larut lemak lainnya, penyerapan vitamin K dipengaruhi oleh
faktor-faktor yang mempengaruhi penyerapan lemak, antara lain cukup tidaknya
sekresi empedu dan pankreas yang diperlukan untuk penyerapan vitamin K. Hanya
sekitar 40 -70% vitamin K dalam makanan dapat diserap oleh usus. Setelah
diabsorbsi, vitamin K digabungkan dengan kilomikron, diangkut melalui saluran
limfatik, kemudian melalui saluran darah ditranportasi ke hati. Sekitar 90%
vitamin K yang sampai di hati disimpan dalam bentuk menaquinone. Dari hati,
vitamin K disebarkan ke seluruh jaringan tubuh yang memerlukan melalui darah. Saat
di darah, vitamin K bergabung dengan VLDL dalam plasma darah (Rusdiana 2004).
Setelah
disirkulasikan berkali-kali, vitamin K dimetabolisme menjadi komponen larut air
dan produk asam empedu terkonjugasi. Selanjutnya, vitamin K diekskresikan
melalui urin dan feses. Sekitar 20% dari vitamin K diekskresikan melalui feses.
Pada gangguan penyerapan lemak, ekskresi vitamin K bisa mencapai 70 -80 %
(Rusdiana 2004).
2.3
Biosintesi
Vitamin K
Biosintesis vitamin K menggunakan bakteri
yang menghasilkan enzim Isochorismic Synthase (ICS). Contoh Bakteri penghasil
ICS yaitu Escherichia colli.
Bakteri Escherichia
colli adalah bakteria gram negatif
berbentuk batang/basilus/rod yang umum ditemui di usus bawah organisma berdarah
panas (endotermik). Kebanyakan strain E. coli tidak berbahaya, tetapi terdapat
beberapa jenis/strain , seperti serotype O157: H7, boleh menyebabkan keracunan makanan
yang serius pada manusia, dan kadang-kala strain ini menyebabkan produk makan
dikembalikan. Strain berbahaya ini juga sebenarnya adalah sebaagian dari unsur
alam flora usus
yang normal bersama dengan jenis bilion strain yang jahat dan baik yang lain.
Strain ini juga boleh menguntungkan perumah mereka dengan menghasilkan vitamin
K2, dan dengan mencegah pembentukan bakteria patogen dalam usus. Berikut gambar mekanisme pembentukan vitamin
K dalam bakteri.
Sikimat merupakan
precursore pembentuk menaquinon. Jalur asam Shikimate merupakan jalur
alternative menuju senyawa aromatic. Jalur ini berlangsung dalam mikroorganisme
dan tumbuhan namun tidak berlangsung dalam
hewan . zat antara pusat adalah asam shikimat, sutau asam yang ditemukan
pada tanaman Illicium sp, beberapa
tahun sebelum perannya dalam metabolisme ditemukan. Asam ini juga terbentuk
dalam bakteri Esherichia colli.
Berikut merupakan gambar jalur shikimate :
III.
KESIMPULAN
Vitamin merupakan metabolit
sekunder. Jalur yang dilewati oleh vitamin k(menaquinon) adalah jalur shikimat.
DAFTAR PUSTAKA
Almatsier, S. 2006. Prinsip Dasar
Ilmu Gizi. Jakarta: PT.Gramedia Pustaka Utama.
Barasi, M. 2007. At a Glance Ilmu
Gizi. Jakarta: Penerbit Erlangga.
Rusdiana. 2004. Vitamin. Sumatera
Utara : Penerbit Universitas Sumatera Utara.
Sandjaja. 2009. Kamus Gizi.
Jakarta: Penerbit Buku Kompas.
Winarno, F.G. 1986. Kimia Pangan dan
Gizi. Jakarta: PT.Gramedia Pustaka Utama.
