I. Pendahuluan
Analisis unsur dari daun umumnya memberikan hasil dalam persentase berat kering yaitu karbon - 45% , oksigen - 45% , hidrogen - 5% , nitrogen - 1-5% , unsur lainnya* - 1-1-5% - termasuk fosfat (P), belerang (S) kalium (K), natrium (Na), magnesium (Mg), besi (Fe), dan kalcium (Ca), dan unsur mikro lainnya.
Tumbuhan menggabung unsur-unsur tersebut dengan berbagai cara untuk menghasilkan beberapa kelompok senyawa sebagai hasil dari metabolisme yaitu keseluruhan reaksi kimia yang terjadi pada makhluk hidup. Senyawa yang terdapat pada tumbuhan secara sederhana dibedakan menjadi metabolit primer dan metabolit skunder. Metabolit primer terdapat pada semua tumbuhan dan mempunyai peranan tertentu dalam metabolisme. Metabolit skunder umumnya terdapat dalam jumlah terbatas dan peranannya belum jelas. Empat kelompok utama metabolit primer yaitu Karbohidrat, Protein, Asam nukleat dan Lipida. Kemudian ada tiga kelompok utama metabolit sekunder pada tumbuhan yitu alkaloid, terpenoid dan Fenolik.
Glukosa
Bentuk linier Bentuk cincin
α-D-Glukosa D-glukosa β-D- glukosa
Aldosa
Gliseraldehida
Ribosa
Glukosa Galaktosa Gula Tiosa (C 3H3O3) Gula Pentosa (C 3H33O3) Gula Heksosa (C 3H11O3)
Ketosa
Dihidroksiaseton
Ribulosa
Fruktosa
ditemukan pada tumbuhan. Karbohidrat yang terdiri dari satu monomer disebut monosakarida sedangkan polimer dari karbohidrat disebut polisakarida.
Monosakarida adalah
karbohidrat sederhana. Monosakarida dibentuk dari rantai karbon yang terikat dengan atom hidrogen dan oksigen, contohnya glukosa C6H12O6. Monosakarida
yang mempunyai 6 atom C disebut heksosa, contohnya glukosa dan fruktosa. Monosakarida yang mempunyai 5 atom C disebut pentosa contohnya ribosa, dioksiribosa. Monosakarida dapat ditemukan dalam bentuk rantai atau cincin, walaupun bentuk cincin lebih umum.
Disakarida adalah senyawa
karbohidrat yang terbentuk dari ikatan dua monosakarida.
Sukrosa merupakan disakarida
yang dibentuk dari gabungan glukosa dan fruktosa. Sukrosa adalah bentuk gula yang banyak ditransportasi
Pati atau amilum
Monomer
glukosa Monomerglukosa Monomer
glukosa
hingga 1000 Atau lebih monomer
ke seluruh tumbuhan. Maltosa dibentuk dari gabungan dua glukosa. Maltosa sangat jarang ditemukan di alam, tetapi banyak dihasilkan pada pembuatan wiski khususnya dari barley. Laktosa merupakan gabungan glukosa dan galaktosa, biasa disebut gula susu. Laktosa tidak dihasilkan oleh tanaman.
Polisakarida adalah polimer
dari monosakarida. Polisakarida yang umum terdapat pada tumbuhan adalah tepung dan selulosa. Keduanya merupakan polimer dari glukosa. Tepung
adalah polimer dari alpa glukosa.
Tepung mempunyai dua bentuk yaitu amilum dan amilopektin. Tepung
merupakan cadangan energi utama pada tumbuhan. Selulosa adalah polimer dari beta glukosa. Selulosa membentuk rantai lurus yang disebut mikrofibril dan terdapat pada dinding sel. Selain kuat, sellosa juga elestis dan fleksibel. Sangat jarang ditemukan pada organisme selain tumbuhan. Selulosa merupakan penyusun utama struktur tumbuhan seperti kayu dan serat. Glikogen adalah polimer dari alpa glukosa yang bercabang-cabang. Glikogen sebagai cadangan polisakatida banyak terdapat pada manusia dan fungi.
III. Protein
Protein merupakan polimer dari nitrogen yang mengandung senyawa yang disebut asam amino. Protein berfungsi sebagai senyawa struktural dan sebagai enzim. Asam amino terdiri dari:
1. gugus Amino - NH2 (bermuatan positif)
2. gugus Karboksil - COOH (bermuatan negatif)
3. atom karbon pusat 4. gugus R - alkil.
Terdapat 20 macam asam amino esensial pada tumbuhan. Pada asam amino selalu terdapat gugus karboksil, gugus amino, dan atom C pusat, sehingga gugus R yang menentukan identitas dan sifat dari asam amino tersebut. Gugus R dapat bermuatan positif (contohnya arginina, lisina), bermuatan negarif (contohnya, asam aspartat, asam glutamat), netral polar (contohnya, glisina, sarina, treonina) dan netral non polar (contohnya, leusina, fenilalanina, triptofan). Dua amino asid mengandung belerang yaitu sisteina dan metionina.
Polipeptida adalah polimer dari asam amino. Ikatan antar asam-asam
amino disebut ikatan peptida. Disebabkan tarik menarik akibat ikatan hidrogen dan gugus R, polipeptida membentuk struktur tiga dimensi. Karena terdapat 20 macam asam amino sebagai penyusun, protein merupakan makromolekul penyusun organisme yang sangat banyak variasinya.
1. Struktur Primer: rantai asam amino
2. Struktur Skunder: strukur yang terbentuk karena adanya ikatan
hidrogen yaitu spiral (alpha helix) or sheets (beta sheet)
3. Struktur Tersier: struktur tiga dimensi dari polipeptida karena
adanya ikatan hidrogen dan jembatan disulfida.
4. Struktur Kuarter struktur yang terbentuk dari beberapa
polipeptida untuk memberikan fungsi tertentu.
Protein merupakan polipeptida yang sangat besar dengan berat molekul 10.000 – 1.000.000 dalton ( sebagai pembanding, air mempunyai berat molekul 18 dalton).
Enzym adalah protien globular yang sangat besar yang berfungsi sebagai
katalis. Katalis adalah zat yang dapat mempercepat terjadi reaksi kimia, tetapi tidak berubah dan tidak digunakan dalam reaksi. Enzim biasanya diberi nama dengan menambahkan –ase pada nama zat yang direaksikan, sebagai contoh invertase adalah enzim yang mengubah sukrosa menjadi glukosa, amilase adalah enzim yang terlibat dalam pemecahan amilum (tepung).
Protein juga berperanan dalam beberapa fungsi penting seperti, dalam transportasi, penyusun struktur, regulator, bahan cadangan.
IV. Asam Nukleat
Asam nukleat adalah polimer dari nukleotida. Nukleotida disusun dari tiga bagian yaitu:
1. Gugus Fosfat - PO4 (bermuatan hegatif)
2. Gula dengan 5 atom C: ribosa or deoksiribosa
3. Basa nitrogen – bangun cincin yang mengandung C dan N.
Purin: Adenina (A), Guanina (G)
Pirimidin: Sitosina (C), Timina (T), Uracil(U)
Contoh senyawa nukloetida adalah
1. ATP (adenosin trifosfat) – berperanan sebagai energi metabolisme
2. NADH, NADPH, FADH2 – berfungsi sebagai pembawa elektron
dalam metabolisme
Senyawa asam nukleat:
1. DNA (asam deoksiribonukleat) – senyawa yang menyimpan informasi genetik (yaitu kode pembentukan protein). DNA ditemukan dalam bentuk double helix, seperti dua benang yang terpilih dan bersatu karena adanya ikatan hidrogen.
2. RNA (asam ribonukleat ) –berfungsi sebagai sebagai penterjemah informasi genetik dari DNA. Ditemukan sebagai rantai tunggal dari
polinukleotida. Ada 3 tipe dari RNA - messenger RNA, ribosomal RNA,
V. Lipida
Lipida mencakup lemak, minyak, senyawa mirip lemak, beberapa vitamin dan steroid. Lipida merupakansumber energi utama dan senyawa senyawa struktural bagi makhluk hidup. Juga berperanan sebagai vitamin dan penghambat kehilangan air. Lemak berbentuk padat pada suhu ruang, sedangkan minyak berbentuk cair.
Dua karakteriktik utama dari Lipida, yaitu : Hidrofobik – tidak larut dalam air dan Banyak terdapat ikatan hidrogen dalam molekulnya- oleh karena itu dapat melepaskan energi yang lebih banyak dibandingkan senyawa organik lainnya. Lemak menhasilkan 9 kcal/gram, sedangkan karbohidrat hanya 4 kcal/gram.
Asam lemak (Asam palmitat) Gliserol
Molekul lemak
Ikatan ester Ekor (hidrofobik)
Kepala (hidrofilik)
Kelompok Utama Lipida
A. TrigliseridaTrigliserida (lemak dan minyak) terbentuk dari tiga asam lemak yang
terikat pada sebuah molekul gliserol. Asam lemak adalah rantai panjang hidrokarbon dengan gugus karboksilat (COOH) diujungnya, sedangkan gliserol adalah molekul dengan tiga atom karbon. Sifat fisik dari Lipida tergantung pada panjangnya rantai hidrokarbon dan ada tidaknya ikatan tak jenuh. Jenuh jika tidak terdapat ikatan rangkap, sedangkan tak jenuh jika terdapat satu atau lebih ikatan rangkap.
Secara umum asam lemak tak jenuh mempunyai titik cair yang lebih rendah, sehingga berwujud cair pada suhu ruang. Semakin jenuh lemak semakin tinggi titik cairnya sehingga wujudnya padat pada suhu ruang. Lemak hewan seperti keju sangat jenuh sehingga berwujud padat pada suhu ruang.
Asam lemak yang umum ditemukan yaitu :asam stearat (C18, tidak ada ikatan rangkap), asam oleat (C18, ada satu ikatan rangkap dua), asam linoleat
(C18, ada dua ikatan rangkap dua), dan asam linolenat (C18, ada tiga ikatan rangkap dua). Minyak pada biji merupakan sumber energi yang digunakan pada saat perkecambahan.
ekornya bersifat hidrofobik (tidak larut dalam air). Oleh karena itu secara spontan senyawa ini membentuk dwilapis Lipida. Membran sel sangat penting pada tumbuhan karena membentuk pembatas bagi molekul polar, mengatur lalulintas ion dan nutrisi, membawa energi transduksi, mengarahkan signal transduksi dan perantara interaksi antar sel.
Kepala (polar, hidrofilik) Ekor (nonpolar, hidrofobik)
Fosfolipid
C. Lilin
Lilin adalah campuran komplek dari asam lemak terikat pada rantai
panjang alkohol. Lilin lebih padat dan kedap air dari lemak lainnya. Kutin adalah lilin yang tedapat pada tumbuhan dan sebagai komponen utama kutikula yang menutupi permukaan daun, bunga, buah dan batang sebagai penghalang air dan
VI. Metabolit Sekunder
Protein, Lipida, karbohidrat dan asam nukleat disebut metabolit primer karena terdapat pada semua tanaman dan diperlukan untuk kehidupan dan kesempurnaan fungsi pada tanaman.
Metabolit sekunder adalah berbagai senyawa lain yang fungsinya bervariasi dan terbatas pada tumbuhan serta sering terakumulasi pada bagian yang berbeda pada tmbuhan. Metabolit sekunder juga disebut produk alami atau ”Phytochemicals”. Kebanyakan senyawa ini tidak diketahui fungsinya.
Ada tiga kelompok utama metabolit sekunder pada tumbuhan yaitu alkaloid, terpenoid dan Fenolik.
Alkaloid
Alkaloid adalah senyawa basa yang mengandung nitrogen dan
mempengaruhi sistem saraf manusia. Senyawa ini sering digunakan sebagai obat atau racun. Paling sedikit ada 10.000 macam alkaloid yang telah diisolasi dari tumbuhan. Kebanyakan namanya diakhiri dengan “in”, contohnya :
• Kafein pada kopi
• Kokain pada Coca
• Konin pada cemara racun.
• Nikotin pada Tembakau
• Quinin pada pohon kina
Terpenoid
Terpenoids adalah polimer dari isoprena yaitu suatu hidrokarbon dengan
lima atom karbon. Isoprena dipancarkan oleh daun sehingga menyebabkan kabut menyelimuti hutan pada hari yang panas. Terpenoid diambil namanya dari terpentin yaitu suatu molekul tinggi dari terpenoid yang digunakan sebagai tinner cat.
Terpenoids are the most structurally diverse class of secondary metabolites, with over 25,000 known structures. They contain carbon and hydrogen but very little oxygen, hence, they are hydrophobic. Since they are formed from isoprene units, they contain carbon in multiples of 5:
Terpenoid adalah golongan metabolit sekunder yang strukturnya sangat bervariasi dengan lebih dari 25.000 rumus struktur yang telah diketahui. Senyawa ini mengandung karbon dan hidrogen tetapi sangat sedikit oksigen sehingga bersifat hidrofobik (sukar larut dalam air). Karena dibentuk dari monomer isoprena, terpenoid mempunyai karbon kelipatan 5.
• C40 - tetraterpen
Monoterpen mencakup beberapa minyak penting seperti menthol yang memberikan aroma khas pada tanaman. Senyawa ini sering dihasilkan pada jaringan luar pada permukaan tanaman. Karotenoid adalah group terpenoid yang mencakup pigmen seperti beta-karoten dan lycopen yang menyebabkan warna merah pada tomat. Terpenoid tumbuhan lainnya termasuk taxol (obat kanker), digitalis (obat hati) dan karet.
Fenolik
Fenolik adalah senyawa benzena yang mengikat gugus OH. Beberapa fenolik berperan sebagai pelindung dari sinar UV, senyawa anti mikroba, senyawa anti herbivora, dan anti oksidan. Flavonoid adalah pigmen penting ditemukan pada epidermis kebanyakan tumbuhan. Salah satu group flavonoid adalah anthosianin yaitu pigmen yang larut dalam air yang memberikan warna merah, pink, dan ungu pada tumbuhan. Tannin adalah senyawa yang memberikan rasa pahit pada tumbuhan sehingga terlindung dari herbivora.
Lignin adalah fenolik penting yang dihasilkan oleh jaringan vaskular untuk
memberikan kekuatan struktural. Lignin adalah polimer fenolik yang kaku ditemukan terutama pada jaringan kayu, tetapi juga terdapat pada jaringan vaskular dan serat tumbuhan herba. Kata lignin diambil dari kata Yunani “lignos“ yang berarti kayu.
Suberin adalah polimer fenolik lainnya yang mempunyai struktur mirip lignin. Senyawa ini ditemukan pada dinding sel dari jaringan gabus pada bagian luar kulit tumbuhan dan juga pada dinding sel dari jaringan endodermis akar.
Komposis Unsur pada Kelompok utama senyawa metabolit Tumbuhan
C H O N P S
Karbohidrat + + + Tidak ada Tidak ada Tidak ada
Protein + + + + Tidak ada
Asam amino tertentu
Asam Nukleat + + + + + Tidak ada
Lipida + + Sangat
sedikit FosfoLipida FosfoLipida Jarang
Alkaloid + + Sedikit + Tidak ada Tidak ada
Terpenoid + + Sangat
sedikit Tidak ada Tidak ada Tidak ada
