Download - Karo Ten Oid
BAB I
PENDAHULUAN
Karotenoid adalah suatu kelompok pigmen yang berwarna kuning, orange, atau merah
orange, mempunyai sifat larut dalam lemak atau pelarut organik, tetapi tidak larut dalam air.
Karotenoid banyak ditemukan pada kulit, cangkang dan kerangka luar (eksoskeleton) hewan air
serta hasil laut lainnya seperti molusca (calm, oyster, scallop), crustacea (lobster, kepiting,
udang) dan ikan (salmon, trout, sea beam, kakap merah dan tuna). Karotenoid juga banyak
ditemukan pada kelompok bakteri, jamur, kapang, ganggang dan tanaman hijau.
Karotenoid adalah pigmen organik yangditemukanalam kloroplas dan kromoplas tumbuh
an dan kelompok organisme lainnya seperti alga ("ganggang"),sejumlah bakteri (fotosintentik
maupun tidak), dan beberapa fungi (non-fotosintetik) . Karotenoid dapat diproduksi oleh semua
organisme tersebut dari lipid dan molekul-molekul penyusun metabolit organik dasar.Organisme
heterotrof sepenuhnya, seperti hewan, juga memanfaatkan karotenoid dan memperolehnya dari
makanan yang dikonsumsinya. Ada dua kelompok besar karotenoid, yaitu xantofil (karotenoid
yang membawa atom oksigen) dan karotena (karotenoid yang murni hidrokarbon, tidak memiliki
atom oksigen). Semua karotenoid adalah tetraterpenoid karena terbentuk dari
delapan molekul isoprena sehingga memunyai 40 atom karbon. Sebagai pigmen, karotenoid pada
umumnya menyerap cahaya biru dan memantulkan warna-warna berpanjang gelombang besar
(merah sampai kuningkehijauan). Pewarna alami pada kisaran merah, jingga, sampai kuning
banyak yang merupakan anggotanya, seperti likopena, karotena, lutein, danzeaxantin. Zat-zat
inilah yang biasanya menyebabkan warna merah, kuning atau jingga pada buah dan sayuran.
BAB II
ISI
Alga diklasifikasikan seluruh divisi banyak Plantae Kingdom. Ukuran mereka berkisar
dari satu sel dari picophytoplankton-terkecil yang kurang dari 1 μ m-to rumput laut, yang
terbesar yang lebih dari 50 m. Upaya telah dilakukan untuk menumbuhkan ganggang sel tunggal
untuk waktu yang lama,namun jumlahnya terbatas. Dengan perkembangan terbaru dari teknik
kultur, beberapa sel tunggal spesies dapat dibudidayakan, dan karakteristik mereka, termasuk
pigmen. Dengan perkembangan taksonomi teknologi, termasuk urutan basa DNA 16S atau 18S
rRNA dan beberapa gen, ganggang filogenetik telah dikembangkan.
Lebih dari 750 karotenoid struktural didefinisikan dilaporkan dari alam, lahan tanaman,
ganggang, bakteri termasuk bakteri cyanobacteria dan fotosintesis bakteri, archaea, jamur dan
hewan. Kecuali untuk hewan, organisme ini dapat mensintesis berbagai jenis karotenoid yang
disintesis dari beragam jalur karotenogenesis. Karotenoid dan jalur carotenogenesis dapat
digunakan sebagai petunjuk dalam kemotaksonomi. Selain itu, karakteristik enzim
karotenogenesis dan gen diselidiki. Beberapa gen karotenogenesis memiliki kesamaan yang
tinggi dari bakteri ke tanaman darat, tetapi beberapa memiliki kesamaan rendah. Beberapa gen
homolog telah diusulkan, namun beberapa karotenogenesis enzim dan gen, terutama yang
ganggang-spesifik, tidak ditemukan.Dalam ulasan ini, ganggang merujuk ke phototroph
pemberian oksigen yang ditemukan dalam air laut baik dan segar air, termasuk tanaman darat
cyanobacteria tetapi tidak termasuk. Distribusi karotenoid, carotenogenesis
enzim dan jalur, dan fungsi karotenoid dalam fotosintesis pada ganggang.
A. Distribusi Karotenoid
Berbagai macam karotenoid ditemukan dari spesies alga. Struktur dari beberapa
karotenoid penting dalam ganggang diilustrasikan pada Gambar 1. Di antara karotenoid,
sekitar 30 jenis dapat memiliki fungsi dalam fotosintesis, dan lain-lain mungkin intermediet
karotenogenesis atau akumulasi karotenoid. Beberapa karotenoid ditemukan hanya dalam
beberapa divisi alga atau kelas. Oleh karena itu, karotenoid dan juga klorofil dapat digunakan
sebagai penanda kemotaxonomic, dan distribusi diganggang (Tabel 1 ).
Allene (C = C = C) adalah struktur yang unik dalam produk alami, dan ditemukan
terutama di karotenoid fucoxanthin di ganggang cokla, 19'-acyloxyfucoxanthin di
Haptophyta dan Dinophyta, peridinin hanya dalam dinoflagellata, dan 9'-cis neoxanthin di
ganggang hijau dan tanaman darat. Asetilen (C ≡ C) juga merupakan struktur yang unik, dan
karotenoid acetylenic hanya ditemukan di ganggang, alloxanthin, crocoxanthin dan
monadoxanthin di Cryptophyta, dan diadinoxanthin dan diatoxanthin di Heterokontophyta,
Haptophyta, Dinophyta dan Euglenophyta. Karotenoid asetat (-O-CO-CH3), seperti
fucoxanthin, peridinin dan dinoxanthin, juga terutama ditemukan di ganggang, seperti
Heterokontophyta, Haptophyta dan Dinophyta. Karotenoid yang khusus untuk divisi alga
tertentu.
Banyak cyanobacteria mengandung β-karoten, zeaxanthin, echinenone dan pentosides
myxol (Myxoxanthophyll). Sementara beberapa spesies kekurangan bagian dari ini dan
beberapa mengandung karotenoid tambahan seperti nostoxanthin, canthaxanthin dan oscillol
dipentoside (Tabel 1, Gambar 1). Selain itu, komposisi karotenoid dari cyanobacteria sangat
berbeda dengan kloroplas ganggang; akibatnya, selama simbiosis cyanobacteria untuk sel
eukariotik, karotenoid mungkin jauh direstrukturisasi. Perhatikan bahwa karena nama
myxoxanthophyll tidak dapat menentukan gugus glikosida, telah mengusulkan nama
glikosida myxol untuk menentukan glikosida, seperti myxol 2'-α-L-fucoside, 4-ketomyxol 2'-
rhamnoside dan oscillol dichinovoside.
Rhodophyta (ganggang merah) dapat dibagi menjadi dua kelompok berdasarkan
komposisi karotenoid yaitu jenis uniseluler hanya berisi β-karoten dan zeaxanthin, dan jenis
macrophytic mengandung tambahan α-karoten dan lutein. Cryptophyta juga mengandung α-
karoten dan acetylenicnyaderivatif, crocoxanthin dan monadoxanthin, yang hanya ditemukan
di divisi ini.
Heterokontophyta, Haptophyta dan Dinophyta mengandung β-karoten dan turunannya
serta klorofil c. Pembagian ini, kecuali Eustigmatophyceae, yang tidak memiliki klorofil c,
mengandung karotenoid acetylenic unik diadinoxanthin dan diatoxanthin. Fucoxanthin
dan turunannya yang ditemukan hanya dalam empat kelas Heterokontophyta (Chrysophyta,
Raphidophyceae, Bacillariophyceae dan Phaeophyceae), Haptophyta dan Dinophyta.
Peridinin dan derivatif nya hanya ditemukan di Dinophyta. Fucoxanthin dan peridinin
memiliki struktur yang unik dan kelas khusus karotenoid (Tabel 1).
Euglenophyta, Chlorophyta Chlorarachniophyta dan mengandung karotenoid yang sama,
seperti β-karoten, violaxanthin, 9'-cis neoxanthin [11] dan lutein, serta klorofil a dan b
dengan tanahtanaman (Tabel 1, Gambar 1). Beberapa kelas mengandung karotenoid
tambahan, seperti loroxanthin, siphonaxanthin dan prasinoxanthin, yang merupakan turunan
dari lutein, dan kelas khusus. Perhatikan bahwa identifikasi dari beberapa karotenoid yang
kurang karena analisis tidak cukup, dan bahwa beberapa nama alga yang berubah karena
perkembangan baru dalam teknologi taksonomi dan klasifikasi filogenetik.
Gambar 1 : Beberapa Struktur Karotenoid
Tabel 1 : Distribusi Karotenoid pada Alga
B. Jalur Karotenogenesis, Enzim dan Gen
Jalur Carotenogenesis dan enzim mereka terutama diselidiki dalam cyanobacteria dan
lahan tanaman antara phototrophs pemberian oksigen . Terutama di tanaman darat, jalur
Karotenogenesis dankarakteristik enzim dipelajari secara rinci (Gambar 2). Di sisi lain,
ganggang memiliki kesamaan jalur dengan tanaman darat dan khusus jalur juga tambahan
ganggang, yang hanya diusulkan berdasarkan struktur kimia karotenoid. Beberapa gen
Karotenogenesis umum di ganggang yang disarankan dari homologi gen yang dikenal, tetapi
kebanyakan gen dan khusus jalur enzim untuk ganggang masih belum diketahui (Gambar 2).
Dalam cyanobacteria, karena komposisi karotenoid berbeda dengan yang ada di tanaman darat
dan ganggang, jalur dan enzim juga berbeda. Selain itu, enzim carotenogenesis dan gen,
yang fungsinya dikonfirmasi di ganggang, termasuk cyanobacteria. enzim ini kebanyakan berasal
dari ganggang cyanobacteria dan hijau (Tabel 2).
B.1. Lycopene Sintesis
B.1.1. Isopentenil Pirofosfat untuk phytoene Sintesis
Isopentenil pirofosfat (IPP), sebuah C5-Senyawa, adalah sumber dari isoprenoidnya,
terpen, kuinon, sterol, fitol dari klorofil, dan karotenoid. Ada dua jalur independen diketahui IPP
sintesis: yang jalur mevalonate (MVA) dan alternatif, non-mevalonate,
1-deoksi-D-xylulose-5-fosfat (DOXP) jalur [18,19]. Dalam jalur MVA, asetil-Koenzim A
dikonversi menjadi IPP melalui mevalonate. Jalur ini ditemukan dalam sitoplasma tanaman,
hewan dan beberapa bakteri . Jalur DOXP adalah ditemukan pada 1990-an, dan di jalur ini,
piruvat dan glycelaldehyde dikonversi ke IPP. Jalur DOXP ditemukan di cyanobacteria, plastida
ganggang dan tanaman darat, dan beberapa bakteri. Karotenoid disintesis dalam plastida.
Terutama pada phototrophs pemberian oksige. Euglenophyceae hanya memiliki jalur MVA, dan
Chlorophyceae hanya memiliki jalur DOXP
Gambar 2 : jalur Karotegensis
Gambar 3 : jalur Karotegenesis pada Cyanobakteria
Kebanyakan Karotenoid terdiri dari delapan unit IPP. Farnesyl pirofosfat (C15) Disintesis dari
tiga IPP, setelah yang satu IPP ditambahkan ke pirofosfat farnesyl oleh pirofosfat geranylgeranyl
sintase (CrtE, GGPS) untuk menghasilkan pirofosfat geranylgeranyl (C20). Dalam kondensasi
head-to-head dari kedua senyawa C20, karoten pertama, phytoene (C40), Dibentuk oleh sintase
phytoene (CrtB, Pys,Psy) menggunakan ATP. Jalur ini telah dikonfirmasi oleh gen kloning dari
dua spesies Rhodobacter (bakteri ungu) dan dua spesies Pantoea (sebelumnya Erwinia) . Antara
pemberian oksigen phototrophs, fungsi CrtE of Thermosynechococcus elongatus BP-1, dan CrtB
dari tiga spesies cyanobacteria dan dua jenis ganggang hijau juga telah dikonfirmasi . The crtE
dan gen crtB memiliki kesamaan urutan tinggi dari bakteri tanah tanaman, masing-masing.
B.1.2. Phytoene untuk Sintesis likopen
Empat langkah desaturation diperlukan dalam konversi dari phytoene ke lycopene.
Pemberian oksigenphototrophs membutuhkan tiga enzim: phytoene desaturase (CRTP, PDS), δ-
karoten desaturase (CrtQ, ZDS) dan cis-karoten isomerase (CrtH, CrtISO) (Gambar 2). CRTP
mengkatalisis dua langkah pertama desaturation, dari phytoene ke δ-karoten melalui phytofluene,
dan CrtQ mengkatalisis dua desaturation tambahan langkah, dari δ-karoten untuk lycopene
melalui neurosporene. Selama desaturation oleh CrtQ, neurosporene dan lycopene yang
isomerized untuk bentuk poli-cis, dan kemudian CrtH isomerizes untuk semua bentuk trans.
Cahaya juga efektif untuk photoisomerization untuk semua bentuk trans . CRTP dari
Synechocystis sp. PCC 6803 [28], Synechococcus elongatus PCC 7942, Chlamydomonas
reinhardtii dan Chlorella zofingiensis [30,31], CrtQ dari Anabaena sp. PCC 7120 (CrtQa,
crtI seperti urutan) dan Synechocystis sp. PCC 6803 (CrtQb, tanaman crtQ seperti) , dan CrtH
dari Synechocystis sp. PCC 6803 [34,35]. The CRTP S. elongatus PCC 7942 dirangsang oleh
NAD (P) dan oksigen sebagai akseptor elektron kemungkinan akhir [60]. CrtQa memiliki
homologi urutan dengan bakteri phytoene desaturase (CrtI) dan CrtH, sementara CrtQb memiliki
homologi urutan dengan CRTP. Selain itu, gen homolog dengan crtQa tidak ditemukan di
cyanobacteria, karena itu, kalangan phototrophs pemberian oksigen, Anabaena sp. PCC 7120
adalah satu-satunya spesies memiliki CrtQa fungsional. Sebaliknya, jenis bakteri hanya
menggunakan satu enzim, phytoene desaturase (CrtI), untuk mengkonversi dari
phytoene menjadi likopen, dan cyanobacterium primitif Gloeobacter violaceus PCC 7421
menggunakanjenis CrtI, dan homolog gen CRTP, crtQ dan crtH tidak ditemukan dalam genom.
Oleh karena itu, G. violaceus adalah phototroph pemberian oksigen pertama yang telah
ditunjukkan untuk menggunakan jenis ini (Tabel 2). Pengamatan ini menunjukkan skema evolusi
berikut untuk langkah ini dalam reaksi: yang desaturation phytoene awalnya dilakukan oleh CrtI
di cyanobacteria leluhur, CRTP dan terkait gen desaturase diperoleh, dan pada akhirnya, ada
penggantian crtI oleh CRTP . Antara anoxygenic phototrophs, bakteri ungu, bakteri berserabut
hijau dan CrtI penggunaan heliobacteria, sedangkan bakteri belerang hijau menggunakan CRTP,
CrtQ dan CrtH .
Tabel 2
B.2. Sintesis β-Karoten dan α-carotene oleh Cyclases Likopen
Semua karotenoid dalam phototrophs pemberian oksigen adalah karotenoid dicyclic, β-
karoten, α-karoten dan derivatifnya, yang berasal dari lycopene (Gambar 1 dan 2). Sangat, myxol
glikosida dan oscillol diglycosides di cyanobacteria adalah karotenoid monosiklik dan asiklik,
masing-masing. Lycopene cyclized menjadi baik β-karoten melalui γ-karoten, atau α-karoten
melalui γ-karoten atau δ-karoten. Tiga keluarga yang berbeda dari cyclases lycopene telah
diidentifikasi di carotenogenetic organisme. Satu keluarga besar mengandung CrtY di beberapa
bakteri cyanobacteria kecuali, dan Crtl (Crtl-b, LCY-b) dalam beberapa tanaman cyanobacteria
dan tanah. Lycopene ε-cyclases (Crtl-e, LCY-e) dari tanah tanaman dan lycopene β-
monocyclases (CrtYm, CrtLm) dari bakteri juga disertakan. Asam aminonya sekuens
menunjukkan lima wilayah signifikan dilestarikan dan telah menjadi NAD (P) /FAD-mengikat
motif
B.3. β-Karoten Derivatif dan Sintesisnnya
BB.3.1. Cyanobacteria
Beberapa produk cyanobacteria zeaxanthin, dan beberapa menghasilkan baik dan
zeaxanthin nostoxanthin (Gambar 3). Pertama, C-3 dan gugus hidroksil C-3 'dari zeaxanthin
diperkenalkan kepada β-karoten oleh β-karoten hidroksilase (CRTR) melalui β-cryptoxanthin.
Kemudian, C-2 dan gugus hidroksil C-2 'dari nostoxanthin diperkenalkan oleh 2,2 '-β-
hidroksilase (CrtG) melalui caloxanthin (Tabel 2). Enzim yang sama, CRTR dan CrtG, juga
dapat memperkenalkan kelompok hidroksil deoxymyxol dan myxol untuk menghasilkan myxol
dan 2-hydroxymyxol, masing-masing, akibatnya, enzim yang sama digunakan dalam dua jalur.
Cyanobacteria mengandung dua ketocarotenoids, yaitu, canthaxanthin dan 4-ketomyxol. Dua
yang berbeda β-karoten ketolases, CrtO dan CrtW, diketahui, dan hanya tujuh enzim secara
fungsional dikonfirmasi dalam empat spesies cyanobacteria (Tabel 2) . CrtO mengkatalisis β-
karoten untuk echinenone, dan Produk akhir adalah canthaxanthin. CrtW dapat memperkenalkan
kelompok keto menjadi β-karoten, zeaxanthin dan myxol untuk memproduksi canthaxanthin,
astaxanthin dan 4-ketomyxol, karena itu,ketolases digunakan dalam dua jalur, β-karoten dan
myxol, tergantung pada spesies.
B.3.2. Lahan Tanaman
Pada tanaman darat, sebagian besar jalur carotenogenesis dan enzim dikonfirmasi
fungsional yang dikenal (Gambar 2). Gugus hidroksil diperkenalkan ke β-karoten untuk
memproduksi zeaxanthin oleh β-karoten hidroksilase (CRTR, CRTR-b, BCH). Gugus epoksi
diperkenalkan ke zeaxanthin oleh zeaxanthin epoxidase (Zep, Npq) untuk menghasilkan
violaxanthin melalui antheraxanthin. Di bawah cahaya tinggi i, violaxanthin berubah menjadi
zeaxanthin oleh violaxanthin-epoxidase de (VDE) untuk dispersi energi berlebih dari klorofil
bersemangat. Satu ujung kelompok violaxanthin diubah menjadi sebuah Allene kelompok
neoxanthin oleh sintase neoxanthin (NSY). Karena semua neoxanthin di kloroplas memiliki
9'-cis bentuk, diketahui 9'-isomerase untuk semua neoxanthin trans ke 9'-cis neoxanthin harus
hadir.
B.3.3. Ganggang
Sedikit yang diketahui untuk jalur carotenogenesis antara alga, namun ada juga yang
diusulkan berdasarkan pada struktur kimia karotenoid (Gambar 2). Enzim fungsional
dikonfirmasi terutama dalam Chlorophyceae termasuk Chlorella, Chlamydomonas, Dunaliella
dan Haematococcus
Karotenoid Allenic sangat terbatas dalam ganggang. Dari struktur kimianya, semua trans
neoxanthin mungkin berubah menjadi fucoxanthin, dinoxanthin, peridinin, vaucheriaxanthin dan
diadinoxanthin, tetapi jalur dan enzim yang masih belum diketahui (Gambar 1 dan 2).
Di bawah lingkungan yang stres, seperti cahaya tinggi, radiasi UV dan stres gizi, beberapa
Chlorophyceae, seperti Haematococcus, Chlorella dan Scenedesmus, menumpuk
ketocarotenoids, canthaxanthin dan astaxanthin, yang disintesis dengan menggabungkan CRTR-
b dan β-karoten ketolase (CrtW, BKT) (Tabel 2)
B.4. α-carotene dan Derivatif Sintesisnya
Dalam Arabidopsis thaliana, β-karoten adalah dihidroksilasi terutama oleh non-heme besi
di-enzim, BCH1 dan BCH2 (CRTR-b), untuk menghasilkan zeaxanthin, sedangkan α-karoten
terutama dihidroksilasi oleh enzim sitokrom P450, CYP97A3 untuk kelompok β-end dan
CYP97C1 untuk kelompok β-dan ε-end, untuk menghasilkan lutein. Lutein dan turunannya
hanya ditemukan di Rhodophyta (tipe macrophytic), Cryptophyta, Euglenophyta,
Chlorarachniophyta dan Chlorophyta (Tabel 1), tetapi tidak ada yang dikenal untuk hidroksilasi
dari α-karoten. Dari struktur kimia siphonaxanthin, loroxanthin, prasinoxanthin dan
monadoxanthin, itu bisa dianggap bahwa mereka berasal dari lutein, tetapi jalur dan
enzim masih belum diketahui (Gambar 1 dan 2).
C. Fungsi Karotenoid
Karotenoid adalah salah satu jenis antioksidan yang sangat penting, karena kadarnya
dapat dikatakan mewakili kadar keseluruhan dari antioksidan. Karotenoid adalah kelompok besar
dari hidrokarbon (karoten) dan xantofil (karoten yang teroksigenasi). Zat inilah yang membuat
warna merah, oranye dan kuning dari berbagai macam buah dan sayuran, seperti: nenas, pepaya,
jeruk, tomat, wortel, semangka dan buah merah.
Secara umum fungsi karotenoid adalah mengatur kekebalan tubuh, mencegah proses penuaan
dan melindungi dari beberapa macam kanker. Jenis-jenis karotenoid yaitu:
Likopen, berfungsi menjaga jaringan prostat, testis dan saluran cerna agar tidak mudah
mengalami gangguan pertumbuhan sel tumor dan kanker.
Beta Karoten, adalah isomer dari karoten yang bermanfaat untuk merangsang peningkatan
daya kekebalan tubuh / imunitas tubuh, yang dapat ditemukan pada buah berwarna hijau tua atau
kuning tua (wortel) dan pada sayur mayur. Dapat ditemukan sebagai vitamin A.
Retinol, berfungsi mencegah rabun senja dan menurunnya ketajaman mata. Antioksidan ini
merupakan bentuk aktif dari karotenoid.
Lutein, berfungsi menjaga retina dari kerusakan akibat oksidasi oleh cahaya yang berlebihan,
terutama ultraviolet. Terkandung dalam bayam, kangkung dan sayuran yang berwarna hijau.
Zaexantin, berfungsi sebagai antioksidan kuat yang sumber utamanya adalah tomat, sayuran
berwarna hijau, terutama bayam dan kangkung, kemudian lobak dan jagung.
MAKALAH
KIMIA ORGANIK BAHAN ALAM LAUT
KAROTENOID PADA ALGA;
DISTRIBUSI, BIOSINTESIS DAN FUNGSI
OLEH :
RISKAL HERMAWAN H311 10 274
JURUSAN KIMIAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS HASANUDDINMAKASSAR
2013