Biogenetik Alkaloid

Pada postingan sebelumnya saya telah membahas mengenai keanekaragaman struktur serta manfaat dari alkaloid. Nah pada kali ini saya akan membahas mengenai biogenetik alkaloid. Seperti yang kita ketahui Alkaloid merupakan  suatu  senyawa organik siklik yang berisi nitrogen dalam keadaan oksidasi negatif dan distribusi terbatas antara organisme hidup sedangkan biogenetic adalah suatu proses biologis makhluk hidup untuk menghasilkan suatu zat dengan tujuan untuk keberlangsungan  hidupnya. Biogenetik alkaloid adalah suatu proses biologis makhluk hidup untuk menghasilkan suatu zat (senyawa alkaloid)dengan tujuan untuk keberlangsungan hidupnya.

Dari segi biogenetic dapat kita lihat bahwa beberapa asam amino merupakan senyawa basa nitrogen yang terkait dari alkaloid. Umumnya secara biogenetic alkaloid berasal dari asam amino ornitin dan lisin. Atom nitrogen pada alkaloid berasal dari asam amino, dan pada umumnya struktur kerangka karbon pada asam amino prekusor akan bertahan ketika dalam bentuk alkaloid. Prekusor asam amino yang berhubungan dengan biosintesis alkaloid.

Berdasarkan biogenetiknya alkaloid diklasifikasikan berdasarkan berbagai jenis cincin heterosiklik. menurut Hegnauer, alkaloid dikelompokkan menjadi beberapa golongan yaitu  Alkaloid sesungguhnya,  Protoalkaloid, dan  Pseudoalkaloid.

a.  True Alkaloid

    Golongan ini banyakan mengandung Nitrogen dalam cincin heterosiklik ; diturunkan dari asam      amino ; biasanya terdapat “aturan” tersebut adalah kolkhisin dan asam aristolokhat yang bersifat bukan basa dan tidak memiliki cincin heterosiklik dan alkaloid quartener, yang bersifat agak asam daripada bersifat basa. Contohnya morfin.

                                                       

b. Protoalkaloid

  Golongan ini disebut juga amin yang relatif sederhana dimana nitrogen dan asam amino tidak terdapat dalam cincin heterosiklik. Protoalkaloid diperoleh berdasarkan biosintesis dari asam amino yang bersifat basa. Contoh, adalah meskalin.

                                                 

c. Pseudoalkaloid

   Senyawa golongan ini  tidak diturunkan dari prekursor asam amino dan umummnya  bersifat basa. Ada dua seri alkaloid yang penting dalam khas ini, yaitu alkaloid steroidal (contoh: konessin dan purin (kaffein).
                                                  

      Hubungan antar alkaloid dengan asam amino sangat erat sekali kaitannya berdasarkan biogenetiknya seperti yang kita ketahui asam amino merupakan senyawa organik yang sangat penting, senyawa ini terdiri dari amino (NH₂) dan karboksil (COOH). Ada 20 jenis asam amino esensial yang merupakan penyusun tubuh makhluk hidup dikenal sebagai alfa asam amino. Dari 20 jenis asam amino tersebut 4 jenis  diantaranya merupakan pencetus terbentuknya alkaloid. Keempat jenis asam amino tersebut yaitu tirosin, histidin, lisin dan triptopan.

         Dari keempat asam amnino tersebut tentunya akan menghasilkan turunan alkaloid yang berbeda-beda tetapi tetap menggunakan prinsip dasar reaksi yang sama. Misalknya asam amino ornitin dan lisin akan  menurunkan alkaloid alisiklik, fenilalanin selanjutnya  triptofan yang menurunkan alkaloid indol dan tirosin yang menurunkan alkaloid jenis isokuinolin, Reaksi utama yang mendasar biosintesis senyawa alkaloid adalah Reaksi Mannich. Reaksi ini dinamakan atas kimiawan Carl Mannich.  

           Reaksi Mannich merupakan suatu reaksi organik yang mengandung alkilasi amino proton asam terletak di sebelah gugus fungsi karbonil dengan formaldehida dan amonia atau amina primer atau sekunder dengan produk akhir yang dihasilkan adaalah senyawa β-amino-karbonil . Reaksi antara aldimina dan karbonil α-metilena juga dianggap sebagai reaksi Mannich karena imina ini merupakan bentuk antara amina dan aldehida. Misalnya , suatu ladehid berkondensasi dengan amina menghasilkan ikatan karbon-nitrogen dalam bentuk garam iminium di ikuti dengan serangan fenol. B-ariletilamin ini jika mengalami dekarboksilasi akan menghasilkan amina, dimana senyawa B-ariletilamin berasal dari asam amino seperti fenilalanain dan tirosin. Sebelum terjadinya dekarboksilasi untuk menghasilkan aldehida, fenilalanain dan tirosin akan menggantikan gugus amini. Adapun reaksi nya yaitu 

(CH₃)₂NH + HCHO + CH₃COCH₃ ---> (CH3)₂NCH₂CH₂COCH₃ + H₂O

Dalam reaksi ini juga akan terjadi berbagai reaksi sekunder yang akan menghasilkan berbagai macam struktur alkaloid. Seperti pembentukan alkaloid yang berasal dari tiroksin dapat dilihat pada gambar berikut:

3,4-dihidroksifenilasetaldehida (10) dan Pembentukan Dopamin (11) 

   hidroksilasi tirosin (9) dengan O2 yang melibatkan enzim Tyrosine-3-monooxygenase; kofaktor tetrahydrobiopterin (THB); dan katalis Fe (II) menghasilkan 3,4-dihidroksifenilalanin (10) dimana substituen O2 akan beresonansi akan menghasilkan O- dan O- kemudian cincin rangkap pada benzen akan keluar sehingga bermuatan positif dan substituen  O- tadi akamn menyerang masuk ke atom C yang positif. O- yang kedua akan berikatan dengan katalis Fe. selanjutnya pada no (9) ikatan rangkap akan beresonansi keluar sehingga C bermuatan positif dan atom O yang berikatan dengan Fe akan menyerang cincin tersebut. kemudian Fe lepas  dan Terbentuk ikatan rangkap dua pada atom O kemudian atom H-H yang berikatan dengan atom C. satu atom H lepas kemudian berikatan dengan atom O menghasilkan 3,4-dihidroksifenilalanin (10)S ebagian 3,4 dihidroksifenilalanin (10) yang terbentuk dengan adanya basa dan enzim L-DOPA decarboxylase akan membentuk senyawa dopamin (11) disertai dengan pelepasan karbondioksida (CO2) menghasilkan dopamin (11) 

Permasalahan:

1. Menurut anda mengapa tidak semua asam amino dapat diturunkan menjadi senyawa alkaloid?

2. Menurut anda bagaimana pengaruh R dan S pada senyawa alkaloid yang dijadikan sebagai obat?

3. Seperti yang kita ketahui alkaloid sesungguhnya diturunkan dari asam amino dan bersifat basa . mengapa pada kolkhisin bersifat asam padahal termasuk golongan alkaloid sesungguhnya?

Potensi Pemanfaatan Alkaloid untuk Makhluk Hidup

             

Pada postingan kali ini saya akan membahas sedikit mengenai manfaat senyawa flavonoid, nah pada postingan sebelumnya saya telah mengulas tentang mengenai struktur keanekaragaman alkaloid. Seperti yang kita ketahui Alkaloid merupakan  suatu  senyawa organik siklik yang berisi nitrogen dalam keadaan oksidasi negatif dan distribusi terbatas antara organisme hidup. Istilah "alkaloid" (berarti "mirip alkali", karena dianggap bersifat basa) pertama kali dipakai oleh Carl Friedrich Wilhelm Meissner (1819), seorang apoteker dari Halle (Jerman) untuk menyebut berbagai senyawa yang diperoleh dari ekstraksi tumbuhan yang bersifat basa (pada waktu itu sudah dikenal, misalnya, morfina, striknina, serta solanina). Hingga sekarang dikenal sekitar 10.000 senyawa yang tergolong alkaloid dengan struktur sangat beragam, sehingga hingga sekarang tidak ada batasan yang jelas untuknya. Alkaloid memiliki banyak sekali manfaat baik untuk tumbuhan itu sendiri maupun untuk makhluk hidup lainnya. Sebagian besar senyawa alkaloid bersumber pada tumbuh-tumbuhan. Alkaloid dapat ditemui pada berbagai bagian tanaman seperti akar, batang, daun, dan biji.

Pada tanaman alkaloid berfungsi sebagai racun yang dapat melindunginya dari serangga dan herbivora, faktor pengatur pertumbuhan, dan senyawa simpanan yang mampu menyuplai nitrogen dan unsur-unsur lain yang diperlukan tanaman. Selain itu alkaloid juga dapat mengganti basa mineral dalam mempertahankan kesetimbangan ion dalam tumbuhan. Hal ini disebabkan karena alkaloid bersifat basa. Sebagian besar senyawa alkaloid bersumber pada tumbuh-tumbuhan. Alkaloid dapat ditemui pada berbagai bagian tanaman seperti akar, batang, daun, dan biji.

Alkaloid juga bermanfaat bagi kesehatan maanusia. Salah satunya adalah senywa alkaloid yang berkhasiat sebagai anti diare, anti diabetes, anti mikroba dan anti malaria, akan tetapi beberapa senyawa golongan alkaloid bersifat racun sehingga diperlukan adanya identifikasi senyawa golongan alkaloid yang dapat diketahui manfaatnya. Beberapa alkaloid beserta fungsinya adalah sebagai berikut.

Alkaloid	Fungsi
Kafein	Menenangkan saraf, menghambat rasa kantuk
Nikotin	Menstimulasi kerja saraf otonom
Morfin	Penahan rasa sakit (analgesik)
Kodein	Penahan rasa sakit, obat batuk
Atropin	Obat tetes mata
Kokain	Penahan rasa sakit
Piperin	Bioinsektisida
Quinin	Obat penyakit malaria
Saponin	Antibakteri
Vinblastin	Obat kanker
Vinkristin	Obat kanker
Ergotamin	Analgesik pada migrain
Mitraginin	Analgesik dan antitusif
Reserpin	Obat disfungsi ereksi
Epedrin	Mempengaruhi konstriksi pembuluh darah
Nikotin	Bahan aktif dalam rokok
Meskalin	Berefek halusinogen
Psilosibin	Berefek halusinogen
Strikhnin	Racun yang sangat kuat

Tumbuhan penghasil alkaloid banyak dikembangbiakkan di dunia ini baik untuk tujuan kesehatan sebagai obat maupun untuk kepentingan tertentu. Salah satu tumbuhan penghasil alkaloid yang cukup banyak dikembangbiuakkan adalah tumbuhan opium. Opium merupakan sumber dari morfin dan banyak dibudidayakan  di negara-negara amerika latin dan negara konflik seperti Afganistan. Opium dibudidayakan  secara karena getahnya dapat diproses menjadi morfin dan beberapa jenis bahan aktif turunannya. Selain mopium tembakau juga merupakan sumber alkaloid yang banyak dibudidayakan karena untuk menghasilkan nikotin. Nikotin banyak dibudidayakan  untuk perindustrian rokok. Nikotin merupakan bahan aktif dalam rokok namun menimbulkan dampak negatif bagi tubuh. Selain dari yang diatas sumber alkaloid yang paling banyak dibudidayakan secara legal adalah tumbuhan kopi karena mengandung kafein. Kafein adalah alkaloid yang ditemukan dalam biji kopi, kafein memberikan rasa tenang pada saraf dan menghambat rasa kantuk. Kopi merupakan penghasil alkaloid yang paling banyak dikembangkan dalam pertanian secara legal di seluruh dunia.

Permasalahan:
1. Beberapa metabolit sekunder lainnya dapat melindungi tumbuhan dari serangan hewan herbivora termasuk juga alkaloid. Menurut anda bagaimana peran alkaloid dalam melindungi tumbuhan dari serangan hewan herbivora atau insekta?
2. Menurut anda bagaimana keterkaitan manfaat alkaloid terhadap penderita diabetes?
3. Menurut anda mengapa alkaloid banyak dimanfaatkan dalam bidang medis padahal alkaloid bersifat racun?

Keragaman dan Keunikan Struktur Alkaloid

      Pada postingan sebelumnya saya telah mengulas sedikit mengenai metabolit sekunder  terpenoid, dan juga flavonoid nah pada postinagn  blog kali ini saya akan menulis sedikit mengenai senyawa metabolid sekunder laiinya yaitu alkaloid. Alkaloid merupakan  suatu  senyawa organik siklik yang berisi nitrogen dalam keadaan oksidasi negatif dan distribusi terbatas antara organisme hidup. Istilah "alkaloid" (berarti "mirip alkali", karena dianggap bersifat basa) pertama kali dipakai oleh Carl Friedrich Wilhelm Meissner (1819), seorang apoteker dari Halle (Jerman) untuk menyebut berbagai senyawa yang diperoleh dari ekstraksi tumbuhan yang bersifat basa (pada waktu itu sudah dikenal, misalnya, morfina, striknina, serta solanina). Hingga sekarang dikenal sekitar 10.000 senyawa yang tergolong alkaloid dengan struktur sangat beragam, sehingga hingga sekarang tidak ada batasan yang jelas untuknya.

  Pada tumbuhan senyawa metablit ini tidak sebanyak fenolik dan terpenoid. Alkaloid kebanyakan  dikelompokkan berdasarkan  kesamaan sumber asal molekulnya yang didasari dengan metabolisme pathway (metabolic pathway) yang akan digunakan untuk membentuk senyawa tersebut. Adapun biosintesis dari sebuah alkaloid tidak diketahui, alkaloid digolongkan menurut nama senyawanya, termasuk nama senyawa yang tidak mengandung nitrogen (karena struktur molekulnya terdapat dalam produk akhir. sebagai contoh: alkaloid opium kadang disebut "phenanthrenes"), atau menurut nama tumbuhan atau binatang di mana senyawa itu diisolasi..

Penggolongan Alkaloid

   menurut Hegnauer, alkaloid dikelompokkan menjadi beberapa golongan yaitu  Alkaloid sesungguhnya,  Protoalkaloid, dan  Pseudoalkaloid. Meskipun terdapat beberapa perkecualian.

a.  True Alkaloid

    golongan ini banyakan mengandung Nitrogen dalam cincin heterosiklik ; diturunkan dari asam      amino ; biasanya terdapat “aturan” tersebut adalah kolkhisin dan asam aristolokhat yang bersifat bukan basa dan tidak memiliki cincin heterosiklik dan alkaloid quartener, yang bersifat agak asam daripada bersifat basa. Contohnya morfin

b. Protoalkaloid

  golongan ini disebut juga amin yang relatif sederhana dimana nitrogen dan asam amino tidak terdapat dalam cincin heterosiklik. Protoalkaloid diperoleh berdasarkan biosintesis dari asam amino yang bersifat basa. Contoh, adalah meskalin.

c. Pseudoalkaloid

   Senyawa golongan ini  tidak diturunkan dari prekursor asam amino dan umummnya  bersifat basa. Ada dua seri alkaloid yang penting dalam khas ini, yaitu alkaloid steroidal (contoh: konessin dan purin (kaffein).

  Selain menurut Hegnauer, alkaloid juga dikelompokkan berdasarkan atom hidrogennya yaitu alkaloid dengan atom nitrogen heterosiklik dan alkaloid tanpa atom nitrogen yang heterosilik.

1. Alkaloid dengan atom nitrogen heterosiklik

    

    a. Alkaloid Piridin

    b. Alkaloid Tropan

    c. Alkaloid Quinnolin

    d. Alkaloid Isoquinolin

    e. Alkaloid Indol

    f. Alkaloid Imidazol

    g. Alkaloid Lupinan

    h. Alkaloid Steroid

    i. Alkaloid Purin

2. Alkaloid tanpa atom nitrogen yang heterosilik

    a. Alkaloid Efedrin (Alkaloid amine)

    b. Alkaloid Capsaicin

Permasalahan:

1. Menurut pendapat anda anda bagaimana hubungan antara jumlah atom nitrogen dengan struktur alkaloid ?
2. Pada umumnya alkaloid banyak terdapat pada jaringan tumbuhan berpembuluh lalu bagaimana pada tubuh hewan?
3. Alkaloid sesungguhnya menurut Hegnauer merupakan senyawa yang bersifat racun, menurut anda bagaimana hubungan antara senyawa ini dengan manfaat tumbuhan tersebut?