Biokimia

Tumbuhan merupakan makhluk hidup yang tidak dapat berpindah tempat seperti serangga hama pemakannya. Selain itu, tumbuhan memiliki bentang generasi yang panjang dengan laju rekombinasi yang lambat. Di lain pihak, serangga memiliki beberapa keuntungan karena ukuran tubuhnya yang kecil, bentang generasi yang pendek, serta kapasitas reproduksi yang tinggi sehingga dapat cepat beradaptasi terhadap perubahan lingkungan. Serangga juga dianugerahi kemampuan untuk menyebar dan menduduki wilayah yang menyediakan sumber makanan. Walaupun terlihat sangat rentan, tumbuhan selalu berevolusi untuk menghasilkan sistem resistensi terhadap serangan serangga pemakannya melalui kombinasi pertahanan secara fisik, kimia dan pola perkembangan. Heterogenitas dan keragaman struktur senyawa kimia yang diproduksi oleh tumbuhan sangat berpengaruh pada kemampuan serangga hama dalam mengekploitasi tumbuha inangnya, sehingga kita dapat manfaatkan sebagai insektisida nabati..

Biokimia adalah kimia mahluk hidup. Biokimiawan mempelajari molekul dan reaksi kimia terkatalisis oleh enzim yang berlangsung dalam semua organisme. Lihat artikel biologi molekular untuk diagram dan deskripsi hubungan antara biokimia, biologi molekular, dan genetika.

Biokimia merupakan ilmu yang mempelajari struktur dan fungsi komponen selular, seperti protein, karbohidrat, lipid, asam nukleat, dan biomolekul lainnya. Saat ini biokimia lebih terfokus secara khusus pada kimia reaksi termediasi enzim dan sifat-sifat protein.

Saat ini, biokimia metabolisme sel telah banyak dipelajari. Bidang lain dalam biokimia di antaranya sandi genetik (DNA, RNA), sintesis protein, angkutan membran sel, dan transduksi sinyal.

Tumbuhan menjalin hubungan dengan makhluk hidup lain melalui reaksi-reaksi biokimia pada proses metabolisme primer yang membentuk maupun mengurai produk kimia tertentu, seperti asam nukleat dan protein serta prekursorprekursornya, karbohidrat tertentu, asam karboksilat, dan lain-lain. Bersumber dari metabolisme primer, tumbuhan telah mengembangkan alur metabolisme sekunder yang menghasilkan ribuan jenis metabolit. Metabolit-metabolit sekunder dibentuk melalui tiga alur biogenesis yang menuju pada terbentuknya satu atau beberapa jenis metabolit kunci. Dari metabolit-metabolit kunci inilah kemudian dibentuk senyawa-senyawa turunan (derivat) melalui rekasi enzimatis yang sederhana. Sampai dengan saat ini, hanya beberapa alur biosintesa metabolit sekunder yangsudah diketahui secara lengkap. Beberapa diantaranya sangat rumit, seperti pada sintesa dari macapin (sejenis alkaloid yang diturunkan dari molekul tirosin), melibatkan 20 reaksi enzimatis.

Metabolit primer

Bagian terbesar penyusun biomasa tumbuhan adalah metabolit primer. Beberapa diantaranya berada dalam jumlah yang sangat besar, seperti lignoselulosa yang merupakan jenis bahan organik terbanyak di bumi ini. Beberapa metabolit primer tumbuhan seperti protein, karbohidrat dan lipida terlibat dalam proses fisiologis dasar tumbuhan dan merupakan sumber makanan yang penting bagi hewan pemakan tumbuhan.

Berdasarkan perbedaan alur fotosintesa, tumbuhan dibedakan ke dalam dua kelompok, yaitu tumbuhan C3 dan C4. Perbedaan pada proses fiksasi karbon dari kedua kelompok tumbuhan tersebut berakibat pada perbedaan fisiologis dan bentuk (morfologi). Tumbuhan C4 memiliki efisiensi yang lebih tinggi dalam asimilasi karbon dioksida dan kebutuhan air yang hanya setengah kebutuhan tumbuhan C3. Karenanya, tumbuhan C4 merupakan tumbuhan yang pre-dominan pada daerah (sub-) tropis dan pada habitat yang kering. Metabolisme tumbuhan C4 ditunjang oleh modifikasi anatomis yang mempengaruhi perilaku makan herbivora. Sebagai contoh, belalang memilih tumbuhan C3 karena tumbuhan C4 sangat banyak mengandung hemiselulosa yang tidak dapat dicerna.

Metabolit sekunder

Metabolit sekunder didefinisikan sebagai suatu senyawa yang hanya ditemukan secara terbatas pada kelompok tumbuhan tertentu, atau ditemukan dalam konsentrasi yang lebih tinggi dari kelompok tumbuhan yang lain, dan tidak merupakan sumber makanan yang penting bagi herbivora.

Sampai dengan pertengahan abad 20, metabolit sekunder dipandang sebagai senyawa yang tidak berguna. Walaupun pada masa sebelumnya beberapa ahli botani seperti Justus von Leibig, yang pada tahun 1858 telah menyatakan bahwa metabolit sekunder tumbuhan berperan dalam resistensi tumbuhan. Demikian halnya Fraenkel yang menjelaskan peran metabolit sekunder tumbuhan sebagai sistem pertahanan terhadap serangga dan pengganggu lainnya. Pendapat lain mengatakan bahwa metabolit sekunder memiliki fungsi lebih dari hanya sekedar sebagai sistem pertahanan. Stres yang timbul akibat tekanan lingkungan seperti adanya kompetisi dengan tumbuhan lain, keterbatasan bahan makanan, kekeringan dan radiasi sinar ultra violet juga dikatakan sebagai pemicu tumbuhan untuk memproduksi metabolit sekunder melalui evolusi panjang dari sistem biokimia pada tumbuhan.