METABOLIT SEKUNDER

Agustina Setiawati, M.Sc., Apt

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 Hnsel, R., Sticher, O. (Eds.), 2007, Pharmakognosie-Phytopharmazie, 8th Ed., Springer Jurnal-jurnal terkait

Kenapa kita mempelajari alkaloid?

Efek farmakologis Alkaloid

1. Analgesik dan narkotik: morfin dan kodein2. Stimulansia sentral: kofein

3. Anti asma: efedrin4. Antihipertensi: reserpin

5. Relaksan otot halus: atropin dan papaverin6. Relaksan otot skeletal: tubocurarin

7. dll

AlkaloidDefinisi: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

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

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 rendahOH O

O

O O

N HO O O O OH

HN

O

Protoalkaloid: Amin sederhana dimana atom nitrogennya bukan merupakan bagian dari cincin heterosiklik, bersifat basa dan berasal dari asam amino, misal meskalinO O NH2

O

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: kolkhisinO O

O

O

NH O O

Keberadaan:

Umumnya terdapat dalam bentuk garamnya dengan asam organik atau anorganik atau dalam kombinasi dengan asam tertentu

Ada yang terdapat dalam bentuk glikosida, misal -chaconinH N

Gula-O

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 ledgerianaDapat ditemui pada bakteri, algae, fungi dan lichen Contoh: pyocyanin dari P. aeruginosa; ergolin dari Claviceps Terdapat juga pada hewan: Bufo, salamander, arthropod

Umumnya merupakan campuran kompleks dari jalur biogenesis yang sama, yang didominasi salah satu konstituen

Kandungan alkaloid dapat bervariasi pada tiap tahap pertumbuhan tumbuhan

Dapat ditemui di semua bagian tanaman tetapi umumnya dominan di salah satu bagian, biasanya di kulit batang, daun dan buah. Biasanya terdapat dalam jaringan periferBeberapa 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

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

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)

Sifat fisikokimiawi:Bentuk basa tidak larut dalam air (larut dalam pelarut organik) BM 100-900 Memiliki titik lebur yang tajam, dekomposisi, biasanya di bawah 200C tanpa

Alkaloid yang tidak mengandung oksigen dalam struktur kimianya biasanya pada suhu kamar bersifat cair (nikotin, koniin, spartein) Alkaloid yang mengandung oksigen akan berbentuk kristal, umumnya kristal tidak berwarna, pada kasus tertentu berwarna (berberine), beberapa berupa amorph

StabilitasPengaruh pemanasan sebagian besar terdekomposisi, tersublimasi, contoh: kafein

beberapa

Pengaruh asam Asam kuat dalam keadaaan dingin/ asam lemah dengan pemanasan menyebabkan perubahan struktur kimia

a. Dehidrasi: morfin mjd apomorfin b. N atau O-Demetilasi: kinin, kodein, papaverin, narkotin c. Hidrolisis: Ester: kokain, atropin Glikosidik: solanin: solanidin + ramnosa + glukosa + galaktosa

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

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

Pembentukan artefak:DCM dan kloroform: alkaloid tersier mjd kuartener; reaksi substitusi (berberin), pembentukan N-oksid (reserpin)

Amoniak: ester dan ketonNaOH: fenol menjd fenolatOO

Larutan amoniak, RTOO

Glucosyl-O

O

N

Gentiopikrosid

Gentianin

HO N

HO N

Eter yang mengandung peroksidaR N R N

O

Alkaloid chinarin

Derivat N-oksid

OCH3O

O O O NH O O

O H

Sinar matahari (h > 300 nm)O

O H

NH O O

Colchicin

Beta-lumicolchicin

Rasemisasi dengan adanya pengaruh asam-basa, misal hyosiamin menjadi atropin

HN

HN

HN

H+, OH-

H N R N R N

H R

O

OH

O

Asam Lisergat

Asam isolisergat

Stereokimia:Sebagian besar optik aktif (biasanya levorotatori), kecuali yang termasuk gugus purin

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 (+)-isomerTubocurarin hanya aktif dalam bentuk d (+),

(-) kuinin dan (+)-kuinidin sama2 aktif, sementara () atropin aktif

KebasaanTergantung pada keberadaan lone pair elektron dari atom N, tipe heterosiklis dan substitusinya Electron withdrawing group yang dekat dengan atom N menurunkan kebasaan Elektron donating group menaikkan kebasaan

Kebasaan Piridin, kuinolin dan isokuinolin: basa Pirolidin merupakan basa kuat Pirol dan indol, bersifat asamN

N

N

N H

NH

N H

N H

Alkaloid basa biasanya terdapat di tanaman dalam bentuk garam dengan asam mineral seperti HCl, H2SO4, HNO3, atau asam organik seperti asam tartrat, sulfamat dan maleat, mekonat, isobutirat dan benzoat, atau dalam kombinasi dengan tanin Alkaloid yang non basa adalah alkaloid amida, ammonium kuartener, laktam, N-oxid

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

Deteksi dan karakterisasiReaksi pengendapan

Reagen Dragendorff Mayer

Kandungan K[BiI4] K2[HgI4]

Hasil oranye Kuning-putih

Garam ReineckeScheiblers Sonnenschein Larutan tanin Hager Wagner

(NH4Cr[CNS]4(NH3)2)

Pink, mengambang

Wolframat-asam fosfat Kuning, amorph Molibdat-asam fosfat 5% dalam air Asam pikrat jenuh I/KI Kuning, lalu biru hijau Kecoklatan Kuning Merah coklat

Pereaksi warna:1. Erdman: asam sulfat dengan sesepora asam nitrat 2. Froehd: asam sulfat yang mengandung asam molibdat atau amonium molibdat 3. Marqui:asam sulfat mengandung formaldehid 4. Mandelin: asam sulfat yang mengandung asam vanadat atau amonium vanadat

Positif palsu dengan komponen seperti senyawa pahit dan glikosida

Pereaksi spesifik: 1. Alkaloid ergot: Erlich (Van-Urk): p-dimetilaminobenzaldehida dalam suasana asam memberi warna biru atau hijau-abu2 2. Alkaloid indol: Cerric ammonium sulfat (CAS) dalam suasana asam 3. Alkaloid tropan: Vitali-Morin (ungu) 4. Alkaloid kina: Thaleoquine 5. Alkaloid purin: reaksi mureksid

6. Alkaloid morphin: Marquis

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 palsuAlkaloid purin: mureksid (Kalium perklorat + setetes HCl, diuapkan, ditambah amoniak = ungu) Alkaloid morphin: reagen Marquis (H2SO4 + setetes formaldehida = ungu)

Isolasi AlkaloidEkstraksi 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 alkaloidPenggunaan kation exchange resin

Material PE Fraksi PE Lemak dan lilin Fraksi etanol atau metanol air dipekatkan

Kloroform dan asam tartrat

Fraksi kloroform atau EtOAc Alkaloid netral dan basa lemah

Fraksi asam Penambahan basa

Kloroform atau EtOAc

Fraksi kloroform atau EtOAc

Fraksi basa Alkaloid kuartener dan N-oksid

Alkaloid primer, sekunder dan tersier

Isolasi AlkaloidBasa 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 hidrolisisAlkaloid fenolik: NH4OH

Jika terdapat komponen yang berlemak, penggunaan basa kuat dihindari karena dapat menimbulkan penyabunanNH4OH: 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

Analisis kuantitatif Alkaloid 1. Volumetri: berdasarkan sifat kebasaan alkaloid 2. Gravimetri: menimbang residu alkaloid 3. Spektrofotometri: dengan penambahan pereaksi warna 4. Fluorimetri: kinin dan kinidin 5. Polarimetri: optical activity 6. Kromatografi: KLT, KG, HPLC

Penggolongan berdasarkan biogenesisnya:A. Alkaloid heterosiklis yang berasal dari asam amino: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 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

Atropa belladonaHerba: 0,3 0,6% alkaloid terdiri atas (-)-hyosiamin, (-)-hyosinAkar: 0,4 0,8% alkaloid terdiri atas (-)-hiosiamin, (-)-hyosin, (-)-cuscohigrin

Datura stramonium

Datura metel

Mandragora officinarum

Duboisia myoporoides Scopolia carniolica

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

Erythroxylum coca

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

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

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

Symphytum officinale

Alkaloid Pirolizidin

Piper nigrum

Alkaloid yang berasal dari asam nikotinat Alkaloid piridin

Nicotiana tabacum0,6-9% (-)-nikotin selain anabasin dan nornikotin Di daun berada dalam bentuk garam dengan asam sitrat atau malat Nikotin dalam kadar rendah: stimulant pernafasan, dalam kadar tinggi depressant pernafasan Nikotin digunakan sebagai insektisida dan untuk menghentikan kebiasaan merokok

Alkaloid yang berasal tirosinH2N

Alkaloid fenil etil aminHO O OH

tyrosine

Alkaloid Feniletil isokuinolin

Alkaloid fenil etil amin

Katekolamin:Neurotansmiter

Alkaloid Benziltetrahidroisokuinolin

Chondrodendron tomentosum

Alkaloid Benziltetrahidroisokuinolin yang termodifikasi

Papaver somniferum

OpiumLaudanum Papaveretum: campuran garam HCl

Opioid

Heroin memodifikasi aksi dopamin di Brains reward pathway. Ketika melalui BBB, heroin diubah menjadi morfin yang berfungsi sebagai agonis lemah pada delta dan kappa suptipe opioid reseptor dan agonis kuat pada mu subtipe reseptor. Pengikatan ini menghambat pelepasan GABA dari terminal saraf, menurunkan efek inhibisi GABA terhadap neuron dopaminergik. Hal tersebut meningkatkan aktivitas neuron dopaminergik dan pelepasan dopamin ke celah sinaptik mengakibatkan aktivasi membran post sinaptik. Aktivasi terus menerus jalur dopaminergik reward menyebabkan euforia high

Papaver bracteatum

Alkaloid Feniletilisokuinolin

Colchicum autumnalePenggunaan: gout (sebagai antiinflamasi) Efek: antimitotik (poliploidi untuk mendapat tanaman varietas baru akibat multiplikasi kromosomdi nukleus tanpa diikuti pembelahan sel)

Alkaloid terpenoid tetrahidroisokuinolin

Cephaelis ipecacuanhaEfek: antiamuba, emetik, ekspektoran, inhibitor sintesis protein (tahap translokasi)

O-methypsychotrine: efek inhibisi sintesis protein kecil tapi menghambat HIV-reverse transcriptase

Alkaloid yang berasal dari triptofan

Alkaloid terpen indol

5-Hidroxytryptamine (Serotonin)

H N

H N

Asam atau fosfataseN OH O P OH O

N OH

Psilosin(aktif)

Psilosibin(prodrug)

Rauwolfia serpentina

Catharantus roseus

Strychnos nux-vomica

Alkaloid Kuinolin

Cinchona ledgeriana

Camptotheca acuminata

Physostigma venenosum

Mekanisme aksi asetilkolinesterase:Transmisi saraf cholinergik diakhiri oleh enzim asetilcholinesterase (AchE). AchE ditemukan baik di post sinaptik membran dari sinaptik cholinergik dan jaringan lain seperti sel darah merah. Ach berikatan dengan AchE dan dihidrolisis menjadi asetat dan choline. Akibatnya Ach tidak aktif dan impuls saraf terhambat. AchE inhibitor mencegah hidrolisis Ach, sehingga meningkatkan konsentrasi Ach di celah sinaptik; AchE inhibitor digunakan dalam terapi Alzheimer

Alkaloid yang berasal dari Histidin

Alkaloid imidazole

Pilocarpus jaborandi

Alkaloid yang berasal dari fenilalaninEphedra sp.

Alkaloid purin

Alkaloid yang berasal dari reaksi transaminasiDerivat asetat

Conium maculatum

Pseudoalkaloid

Alkaloid steroidal