Jalur Biosintesis Vitamin B12
Biosintesis Vitamin B12 dibatasi pada mikroorganisme. Sebagian besar langkah – langkah biosintesis vitamin B12 telah dikarakteristikkan dikarakteristikkan pada Pseudomonas pada Pseudomonas denitrificans, Salmonella typhimurium dan dan Propionibacterium Propionibacterium freudenreichii. 2 perbedaan biosintetik jalur untuk vitamin B12 ada di alam: 1. 2.
Aerobic, atau jalur yang bergantung pada keberadaan oksigen ditemukan pada organisme seperti Pseudomonas seperti Pseudomonas denitrificans Anaerobic, jalur yang tidak bergantung bergantung dengan keberadaan oksigen telah diteliti pada organisme P. organisme P. shermanii, Salmonella typhimurium dan dan Bacillus Bacillus megaterium. megaterium.
Gambar Skematik Representasi Jalur Biosintesis Biosintesis Kobalamin secara Aaerob dan Anaerob Biosintesis Vitamin B12 dimulai dari biosintesis tetrapyrrole. tetrapyrrole. Pada tahap pertama sintesis tetrapyrrole adalah sintesis 5- Asam aminolevulinat mungkin dapat melalui 2 jalan yaitu: kondensasi Suksinil-CoA dan Glisin (C4 pathway) atau tRNA glutamat (C5 pathway). Dalam Jurnal ini dijelaskan Biosintesis tetrapyrrole yang berasal dari dari C-5 ikatan glutamat. Tahap pertama, ikatan tRNA glutamat direduksi direduksi menjadi glutamate-1-semiladehid oleh glutamil-tRNA reduktase. Aldehid diubah pada tahap kedua melalui gugus yang berubah
menjadi Asam 5- aminolevulinat. 2 molekul Asam 5- aminolevulinat berkondensasi menghasilkan
molekul
porphobilinogen.
4
molekul
porphobilinogen
mengalami
polimerisasi, disusun kembali dan kemudian cyclized ( penyebab struktur berbentuk cincin) menjadi bentuk uroporphyrinogen III, ini yang pertama macrocyclic menengah. Sementara dekarboksilasi dari uroporphyrinogen III mengarah pada biosintesis mengarah pada heme dan klorofil. Metilasi dari uroporphyrinogen III pada C-2 dan C-7 menghasilkan sintesis precorrin-2,
sebuah dimetil dipirrocorphin yang juga peralihan sentral terakhir untuk
sintesis pada koenzim F430 dan
siroheme. Penambahan 2 metil (C-2 dan
C-7) pada
struktur tetrapyrrole berasal dari (S)-adenosyl- L-methionine oleh reaksi metiltransferase. Pada precorrin-2, terdapat 2 jalur untuk biosintesis kobalamin terbagi: pada jalur aerobik, precorrin-2 adalah senyawa metil pada C-20 ini dilakukan oleh metiltranferase untuk membentuk precorrin-3A, sedangkan pada jalur anaerobik precorrin-2 adalah khelat dengan kobalt untuk membentuk cobalt-precorrin-2, yang mana reaksi ini dikatalis pada S. enteric oleh CbiK. Perbedaan lebih lanjut pada 2 jalur ini adalah metode yang digunakan untuk proses kontraksi cincin, dengan penghilangan C-20 dari cincin. Pada kondisi aerobik, Atom C-20 pada precorrin-3A mengalami oksidasi oleh molekuler oksigen, secara terusmenerus oleh Fe4S4
gugus yang terkandung protein (CobG), dengan melepaskan C-20
sebagai asetat. Pada kondisi anaerobik, proses kontraksi cincin seperti ditengah i melalui kompleks ion kobalt yang mana mempunyai kemampuan menganggap perbedaan serikat valensi (+ 1 sampai + 3) untuk membantuk oksidasi, menghasilkan senyawa C-20 menjadi asetaldehid. Ketika jalur biosintesis berbeda pada precorrin-2, berbeda juga pada tingkat asam adenosilcobirat, yang mana diubah menjadi cobinamida oleh penempelan lengan aminopropanol menjadi asam propionat pada sisi cincin D. Lingkaran nukleotida yang paling rendah terpasang dengan mentransfer phosphoribosil residu dari mononuckleotida asam nikotinat mononuckleotida menjadi DMBI (Dimetilbenzimidazole). Hasil
-ribozole
adalah selalu kovalen terhubung menjadi GDP- diaktifkan adenosilcobinamida, sehingga melepaskan GMP dan memberikan secara komplit produksi molekul koenzim B12
Produksi vitamin B12 dengan fermentasi Propi oni bacteri um Sp
Telah dibuktikan bahwa spesies Propionibacteria mempunyai potensi yang tinggi untuk mengakumulasi
vitamin
B12
secara
intraseluler. Propionibacterium
shermanii
dan
Propionibacterium freudenreichii adalah yang paling umum digunakan. Bakteri Propioni memproduksi vitamin B12 secara intraseluler dan mengeluarkan terutama asam propionat dan asam asetat secara extraseluler. Semua strain Propionibacterium bekerja untuk menghasilkan vitamin B12 pada suasana microarophilic dan dapat memproduksi tinggi pada konsentrasi oksigen yang sangat rendah, bagaimanapun juga DMBI (Dimetilbenzimidazole) membutuhkan oksigen. Bioproses produksi vitamin B12 menggunakan strain Propionibacterium terbagi menjadi 2 tahapan. Tahap pertama dilakukan fermentasi selama
hari, bakteri-bakteri tumbuh secara
anaerob untuk memproduksi precursor vitamin B12 yaitu cobamida. Selanjutnya sangat penting untuk menetralisir akumulasi asam propionate selama fermentasi berlangsung hal ini untuk menjaga kultur yang dihasilkan mempunyai pH = 7. Volume asam propionate berjumlah 10% dari volume fermentasi. Untuk optimasi nilai pH, suhu dan aerasi, pembentukan kondisi tersebut untuk produksi asam propionate dan vitamin B12 berbeda. Sementara itu, produksi asam propionate yang optimal yaitu pada kondisi anaerobik dengan pH 6.5 dan suhu 37 º C, produksi vitamin B12 yang optimal membutuhkan suhu 40 ºC dan kondisi aerobic (0.5 vvm aerasi pada 100 rpm) dengan pH 6.5. Beberapa penelitian dilakukan untuk mendapatkan produksi vitamin B12 secara optimum antara lain: 1. Marwaha dkk telah mempelajari peranan asam amino betain dan kolin pada produksi vitamin B12 dengan 3 strain Propionibacterium yaitu viz. P. shermanii 566, P. shermanii dan
Propionibacterium arl AKU 1251. Sebelas asam amino yang diujikan,
asam L- glutamat meningkatkan baik pertumbuhan dan susunan produk menjadi maksimum pada 3 semua strain tersebut. 2. Marwaha dan Sethi menggunakan limbah susu untuk produksi vitamin B12. Propionibacterium shermanii 566 mensintesis 5.76 mg vitamin B12 per liter whey kandungan 4 % laktosa ditambah (NH4)2HPO4 dengan syarat pada saat fermentasi pada
suhu 30º C dengan kondisi anaerobic selama 84 jam separu pertama kemudian diikuti dengan kondisi aerobik selama 84 jam separu kedua pada proses fermentasi. 3. Yongsmith and Chutima mempelajari produksi vitamin B12 dengan mengimobilisasi pada gel kalsium alginat.
Keseluruhan sel Propionibacterium sp. strain arl AKU 1251
masih hidup ketkia diimobilisasi dalam gel alginat. Hasil maksimum mencapai sekitar 20 mg/ L medium. Produksi vitamin B12 dan pertumbuhan pada sel-sel yang diimobilisasi dapat meningkat oleh inkubasi yang di dalam sel-selnya terdapat sebuah medium terdiri atas konsentrasi tinggi sumber karbon dan nitrogen. Kehadiran precursor vitamin B12, yaitu cobaltous sulphate dan 5,6-dimethyl benzimidazole, bersamaan dengan surfaktan Tween 80, pada konsentrasi optimum secara signifikan meningkatkan produksi vitamin B12, hasil maksimum mencapai sekitar 20 mg/L medium.
Masalah-masalah terkait dengan produksi vitamin B12
Masalah utama dalam produksi vitamin B12 dengan menggunakan Propionibacterium adalah terhambatnya pertumbuhan selama terjadi akumulasi metabolit inhibitor seperti asam propionat dan asam asetat. Ken-ichiro dkk meneliti melalui berbagai pendeketan yaitu dengan mengontrol konsentrasi asam propionate serendah mungkin dengan cara antara lain: a)
Kultivasi periodik Propionibacterium dimana konsentrasi Oksigen terlarut (DO) sebagai solusi perubahan antara 0-1 ppm
b)
Sistem daur ulang sel menggunakan serat berongga modul
c)
Pencampuran kultur menggunakan Propionibacterium dan Ralstonia eutropha dimana mikroorganisme yang terakhir berasimilasi asam propionat dihasilkan oleh
mikroba
pendahulu Telah ditemukan bahwa produksi vitamin B12 paling tinggi menggunakan sistem daur ulang sel , ketika dievaluasi berdasarkan jumlah vitamin B12 yang dihasilkan per unit volum medium yang digunakan, sistem penggabungan kultur memberikan nilai yang paling tinggi
