Metabolit sekunder

1. Metabolit sekunder AgustinaSetiawati, M.Sc., Apt

2. Referensi • Paul M. Dewick, 2002, Medicinal Natural Product A Biosynthetic Approach, 2nd Ed., John Wiley and Sons, Ltd. • Cannel R.J.P., 1998. How to Approach the Isolation of a Natural Product. Natural Products Isolation, Totowa: Humana Press. • Mann, J., et al., 1994, Natural Products: Their Chemistry and Biological Significance, Longman, UK • Samuelsson, G., 1999, Drugs of Natural Origin-A Textbook of Pharmacognosy, 4th revised Ed., Apotekarsocieteten, Sweden • Bruneton, J., 1999, Pharmacognosy Phytochemistry Medicinal Chemistry, 2nd Ed., translated by Halton, C.K., Intercept Ltd., New York • Hänsel, R., Sticher, O. (Eds.), 2007, Pharmakognosie-Phytopharmazie, 8th Ed., Springer • Jurnal-jurnal terkait

3. Kenapa kita mempelajari alkaloid?

4. Efekfarmakologis Alkaloid • Analgesikdannarkotik: morfindankodein • Stimulansiasentral: kofein • Anti asma: efedrin • Antihipertensi: reserpin • Relaksanotothalus: atropindanpapaverin • Relaksanotot skeletal: tubocurarin • dll

5. Alkaloid • Definisi: • Alkaloid: „Alkali-like“ • Senyawa (basa) organik yang mengandung atom N yang berasal dari asam amino (dan memiliki aktivitas farmakologis dalam kadar rendah) • Pelletier, 1983: ....is a cyclic organic compound containing nitrogen in a negative oxidation state which is of limited distribution among living organisms

6. Klasifikasi alkaloid • True-alkaloid: • Berasal dari asam amino • Bersifat basa • Atom N ada pada cincin heterosiklis • Terdapat dalam bentuk garam dengan asam organik • Contoh: atropin, morfin

7. Pseudoalkaloid: • Memiliki karakteristik seperti alkaloid tetapi tidak berasal dari asam amino, misal alkaloid terpen (aconitin: akaloid diterpen) dan alkaloid dari jalur metabolisme asetat (coniin), sifat kebasaan rendah • Protoalkaloid: • Amin sederhana dimana atom nitrogennya bukan merupakan bagian dari cincin heterosiklik, bersifat basa dan berasal dari asam amino, misal meskalin

8. Fakta mengenai alkaloid: Tidak semua senyawa yang mengandung atom N adalah alkaloid, contoh: asam amino, piridin Kebasaan alkaloid berbeda-beda bahkan ada yang bersifat amfoterik misal chepalin dan asam, misal: kolkhisin

9. Keberadaan: • Umumnya terdapat dalam bentuk garamnya dengan asam organik atau anorganik atau dalam kombinasi dengan asam tertentu • Ada yang terdapat dalam bentuk glikosida, misal α-chaconin

10. Keberadaan: • Terdapat tidak di semua famili tumbuhan • Monocotil: terbanyak di Liliaceae dan Amaryllidaceae • Dicotil: terbanyak di Apocynaceae, Papaveraceae, Fabaceae • Terdapat dalam jumlah sangat kecil (ppm) dalam Catharanthus roseus sampai dengan 15% dalam kulit batang Cinchona ledgeriana • Dapat ditemui pada bakteri, algae, fungi dan lichen • Contoh: pyocyanin dari P. aeruginosa; ergolin dari Claviceps • Terdapat juga pada hewan: Bufo, salamander, arthropod

11. Umumnya merupakan campuran kompleks dari jalur biogenesis yang sama, yang didominasi salah satu konstituen • Kandungan alkaloid dapat bervariasi pada tiap tahap pertumbuhan tumbuhan

12. Dapat ditemui di semua bagian tanaman tetapi umumnya dominan di salah satu bagian, biasanya di kulit batang, daun dan buah. • Biasanya terdapat dalam jaringan perifer • Beberapa terdapat dalam sel atau jaringan khusus misal: • Alkaloid opium • Alkaloid tropan • Dalam sel individu biasanya terdapat dalam vakuola dan bukan pada protoplas atau dinding sel

13. Lokasi: • Bagian yang mengandung alkaloid dalam jumlah dominan belum tentu menunjukkan tempat produksi misal: • Nikotin dalam Nicotiana tabacum disintesis di akar dan ditranfer ke daun • Anabasin dalam Nicotiana tabacum dan N. rustea dominan kedua di akar, tapi merupakan alkaloid dominan di dahan pada N. glauca

14. Fungsi bagi tanaman: • Rasa pahit: deterrent terhadap herbivora • Bagian dari pertahanan tubuh (fitoaleksin) • Kompetisi • Detoksifikasi (?) • Pirimidin nukleotida dan tetrapirol esensial bagi pertumbuhan dan perkembangan tanaman • Atraktan: betalain terdapat pada bunga dan buah; beberapa alkaloid pirolizidin meniru feromon kupu2 • Akumulasi di biji, untuk cadangan N (?), kandungan alkaloid mencapai puncaknya pada akhir masa vegetasi tanaman (masa berbunga dan pembentukan biji)

15. Sifatfisikokimiawi: Bentukbasatidaklarutdalam air (larutdalampelarutorganik) BM 100-900 Memilikititiklebur yang tajam, tanpadekomposisi, biasanyadibawah 200C

16. Alkaloid yang tidakmengandungoksigendalamstrukturkimianyabiasanyapadasuhukamarbersifatcair(nikotin, koniin, spartein) • Alkaloid yang mengandungoksigenakanberbentukkristal,umumnyakristaltidakberwarna, padakasustertentuberwarna (berberine), beberapaberupaamorph

17. Stabilitas • Pengaruhpemanasan • sebagianbesarterdekomposisi, beberapatersublimasi, contoh: kafein • Pengaruhasam • Asamkuatdalamkeadaaandingin/ asamlemah • denganpemanasanmenyebabkanperubahanstrukturkimia

18. Dehidrasi: morfinmjdapomorfin • N atau O-Demetilasi: kinin, kodein, papaverin, narkotin • Hidrolisis: • Ester: kokain, atropin • Glikosidik: solanin: solanidin + ramnosa + glukosa + galaktosa

19. Alkali: • Larutan alkali encer (NH4OH atau NaOH) membebaskan alkaloid basa dari garamnya • Dapat membentuk garam dengan gugus COOH dari alkaloid, contoh narcein • Basa kuat (Na dan K) membentuk garam fenolat dengan alkaloid yang mengandung fenol seperti morfin, cephalin

20. Ester alkaloid mengalami hidrolisis dengan adanya pemanasan dalam suasana basa, contoh atropin dan kokain Alkaloid dengan gugus lakton seperti pilokarpin mudah terdekomposisi dalam suasana basa

21. Pembentukan artefak: • DCM dan kloroform: alkaloid tersier mjd kuartener; reaksi substitusi (berberin), pembentukan N-oksid (reserpin) • Amoniak: ester dan keton • NaOH: fenol menjd fenolat Larutan amoniak, RT Gentiopikrosid Gentianin

22. Eter yang mengandung peroksida Derivat N-oksid Alkaloid chinarin Sinar matahari (h > 300 nm) Beta-lumicolchicin Colchicin

23. Rasemisasi dengan adanya pengaruh asam-basa, misal hyosiamin menjadi atropin Asam Lisergat Asam isolisergat

24. Stereokimia: Sebagianbesaroptikaktif (biasanyalevorotatori), kecuali yang termasukguguspurin

26. Biasanya, bentuk levo (-) lebih aktif daripada dekstro (+),sebagai contoh adalah (-)-efedrin yang 3,5 kali lebih aktif daripada isomer (+) nya, dan (-)-ergotamin 3-4 kali lebih aktif daripada (+)-isomer Tubocurarin hanya aktif dalam bentuk d (+),

27. (-) kuinin dan (+)-kuinidin sama2 aktif, sementara (±) atropinaktif

28. Kebasaan • Tergantungpadakeberadaan lone pair elektrondari atom N, tipeheterosiklisdansubstitusinya • Electron withdrawing group yang dekatdengan atom N menurunkankebasaan • Elektron donating group menaikkankebasaan

29. Kebasaan • Piridin, kuinolindanisokuinolin: basa • Pirolidinmerupakanbasakuat • Piroldanindol, bersifatasam

31. Alkaloid basabiasanyaterdapatditanamandalambentukgaramdenganasam mineral sepertiHCl, H2SO4, HNO3, atauasamorganiksepertiasamtartrat, sulfamatdanmaleat, mekonat, isobutiratdanbenzoat, ataudalamkombinasidengantanin Alkaloid yang non basaadalah alkaloid amida, ammonium kuartener, laktam, N-oxid

32. Nomenklatur: • Suffix –in misal: emetin (emetik), hygrin (hygroskopisitas); papaverin (papaver); pelletierin • Kinin-kinidin; hydrastin-hydrastinin • Nikotin-nornikotin • Pseudo-, iso-, neo-, epi-, allo- dll

33. Deteksi dan karakterisasi Reaksi pengendapan

34. Pereaksiwarna: • Erdman: asamsulfatdenganseseporaasamnitrat • Froehd: asamsulfat yang mengandungasammolibdatatauamoniummolibdat • Marqui:asamsulfatmengandungformaldehid • Mandelin: asamsulfat yang mengandungasamvanadatatauamoniumvanadat • Positifpalsudengankomponensepertisenyawapahitdanglikosida

35. Pereaksi spesifik: • Alkaloid ergot: Erlich (Van-Urk): p-dimetilaminobenzaldehida dalam suasana asam memberi warna biru atau hijau-abu2 • Alkaloid indol: Cerric ammonium sulfat (CAS) dalam suasana asam • Alkaloid tropan: Vitali-Morin (ungu) • Alkaloid kina: Thaleoquine • Alkaloid purin: reaksi mureksid • Alkaloid morphin: Marquis

36. KLT: • Silika gel, aluminium oksida, kieselgur, selulosa • Pada basa kuat, silikagel yang bersifat asam lemah dapat mengikat alkaloid (pada fase gerak netral) • TLC: UV, Dragendorff (+NaNO2) • Alkaloid dengan amina primer dan sekunder negatif palsu • Kumarin, hidroksiflavon, triterpen dan kardenolida ttt positif palsu • Alkaloid purin: mureksid (Kalium perklorat + setetes HCl, diuapkan, ditambah amoniak = ungu) • Alkaloid morphin: reagen Marquis (H2SO4 + setetes formaldehida = ungu)

37. Isolasi Alkaloid • Ekstraksi dengan pelarut organik yang tidak campur air: kloroform, eter, metilen klorida dan toluen, dilakukan dengan perkolasi atau sokhletasi, dengan penambahan basa yang sesuai • Alkaloid kuartener dan N oksid larut dalam air • Ekstraksi dengan pelarut organik yang dapat campur dengan air seperti etanol dan metanol • Dapat melarutkan alkaloid basa dan garam • Ekstraksi dengan terlebih dulu dilakukan pengasaman • Pengendapan alkaloid dengan reagen pengendap alkaloid • Penggunaan kation exchange resin

38. Material PE Fraksi etanol atau metanol air dipekatkan Fraksi PE Lemak dan lilin Kloroform dan asam tartrat Fraksi asam Penambahan basa Kloroform atau EtOAc Fraksi kloroform atau EtOAc Alkaloid netral dan basa lemah Fraksi basa Alkaloid kuartener dan N-oksid Fraksi kloroform atau EtOAc Alkaloid primer, sekunder dan tersier

39. Isolasi Alkaloid • Basa kuat dibutuhkan untuk membebaskan garam alkaloid basa kuat dengan asam mineral kuat • Alkaloid ester dan lakton membutuhkan basa lemah (Natrium bikarbonat atau natrium karbonat) untuk menghindari hidrolisis • Alkaloid fenolik: NH4OH • Jika terdapat komponen yang berlemak, penggunaan basa kuat dihindari karena dapat menimbulkan penyabunan • NH4OH: disukai karena dapat membebaskan sebagian besar garam alkaloid, dan mudah menguap • CaOH digunakan untuk alkaloid opium • Garam alkaloid dengan asam tanat, diasamkan dulu dengan HCl encer dan kemudian dibasakan

40. Analisis kuantitatif Alkaloid • Volumetri: berdasarkan sifat kebasaan alkaloid • Gravimetri: menimbang residu alkaloid • Spektrofotometri: dengan penambahan pereaksi warna • Fluorimetri: kinin dan kinidin • Polarimetri: optical activity • Kromatografi: KLT, KG, HPLC

41. Penggolongan berdasarkan biogenesisnya: • A. Alkaloid heterosiklis yang berasal dari asam amino: • Ornithin • Lisin • Tirosin • Fenilalanin • Triptofan • Asam antranilat • Histidin • B. Alkaloid heterosiklis yang berasal dari nukleotid purin • C. Alkaloid yang terbentuk melalui transaminasi: terpenoid alkaloid • D. Alkaloid yang terbentuk melalui transaminasi dimana N atom terletak pada eksosiklis

43. Atropa belladona Herba: 0,3 – 0,6% alkaloid terdiri atas (-)-hyosiamin, (-)-hyosin Akar: 0,4 – 0,8% alkaloid terdiri atas (-)-hiosiamin, (-)-hyosin, (-)-cuscohigrin

44. Datura stramonium Datura metel

45. Mandragora officinarum Duboisia myoporoides Scopolia carniolica

46. Alkaloid tropan Hiosiamin: Antispasmodik (g.i), midriatik, antisekretori (saliva), antidot pada inhibitor asetilkolinesterase (fisostigmin, neostigmin, organofosfat) Hiosin (skopolamin): depresant CNS, anti motion-sickness

48. Erythroxylum coca Kandungan alkaloid: 0,7-2,5% (40-50% adalah (-)-Kokain

49. Mekanisme aksi cocain: Cocain memodifikasi aksi dopamin di otak. Cocain berikatan dengan dopamin reuptake-transporter pada presinaptik membran pada dopaminergik neuron. Ikatan ini menghambat pelepasan dopamin dari celah sinaptik dan degradasi dengan MAO di terminal saraf. Dopamin tetap berada di celah sinaptik sehingga bebas berikatan dengan reseptornya di post sinaptik membran, menghasilkan impuls saraf lebih lanjut. Peningkatan aktivias jalur dopaminergik reward menyebabkan perasaan euforia ‚high‘

50. Efek anastetik lokal cocain: Cocain secara fisik memblokir sodium channel melalui 2 mekanisme: jalur hidrofobik dan jalur hidrofilik. Blokade mencegah voltage-dependent Na+ conductance, sehingga memblok saraf secara lokal Gugus fungsional: aromatik ester karboksil dan amino basis yang dipisahkan oleh rantai lipofilik