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.