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