Fitokimia dan metode analisis tumbuhan File

Metabolit
Fitokimia
dan Metode
Analisis
Tumbuhan
Divisi Kimia Analitik
Departemen Kimia FMIPA IPB
CO2 + H2O
hn
Fotosintesis
Glukosa
METABOLISME
SEKUNDER
Building Blocks
Fenilpropanoid
Flavonoid
Alkaloid
Glukosa
CH2OH (6 karbon)
O
hn
METABOLISME PRIMER
Asam Amino
Protein
sintesis
Asam
Nukleat
enzim
regulasi
reproduksi
RNA DNA
G
L
I
K
O
L
I
S
I
S
CH2OH
O
OH
HO
CO2
Karbohidrat
fotosintesis
CH OH
CHO
CH OH
HC OH
CH2OP
C O
CH2OP
eritrosa-4fosfat
Asam
sikimat
COOH
HO
OH
COOH
Siklus
Asam Sitrat
CO2 + H2O + ATP
fenilpropana
Asetogenin
Terpena
Steroid
fenilalanin
tirosin
alkaloid
fosfoenol
piruvat (PEP)
Asam
antranilat
O
COOH
NH2
lisin
ornitin
Pertahanan
tumbuhan:
Interaksi
multitropik
OH
O
OH
n
O
OH
H3C C SCoA
oksaloasetat
triptofan
Asam
nikotinat
poliketida
asetogenin
CH2OP
CH2
OH
Asetil CoA
pati
O
OH
CH2OH
C OP
Asam Lemak
Lipid
HO
CH2OH
O
OH
glikolisis
CHO
METABOLISME
SEKUNDER
CH2OH
O
OH
OH
OH
O
O
H3C C CH2 C CH2
polinator
lipid
Asam lemak
(3 karbon)
Tumbuhan
kompetitor
Karnivora
sekunder
karnivora
herbivora
Batang,
daun dan
bunga
asetilkoenzim A
akar
(2 karbon)
HO
Asam
mevalonat
Siklus
asam
sitrat
Asam
aspartat
energi (ATP)
+ CO2 + H2O
NH3
Asam glutamat
O
CH3
O
terpena
steroid
karotenoid
Tumbuhan
parasit
simbion
patogen
patogen
Di atas tanah
Di bawah
tanah
Herbivora
karnivora
Modified from Bruinsima & Dicke 2008
1
Metabolit
Metabolit
 Tumbuhan adalah bahan makanan/subjek dari
 Metabolit primer = ditemukan diseluruh sel, penting
herbivora, infeksi virus/cendawan dsb.
• Tidak dapat bergerak sehingga harus memproteksi diri
 Penyesuaian
• Modifikasi kutikula, periderm, daun/batang
• kutikula = struktur sekresi multilapis terluar, melapisi
dinding luar epidermis bagian aerial,
• Lapisan atas = lilin
• Lapisan tengah = kutin yang terlekat pada lilin
• Lapisan bawah = kutin/lilin yang terlekt pada CW
• periderm = lapisan terluar batang
• Duri/onak/duri cabang
• Metabolit sekunder
• Pertahanan, pigmen penyokong struktural
Peranan Metabolit Sekunder
Peranan untuk organisme penghasil
Mekanisme pertahanan diri:
Kutin, fitoaleksin, toksin, repelen,...
Hormon pertumbuhan:
Auksin, flavonol, giberelin
Reproduksi:
Atraktan serangga
Persaingan :
alelopati
Peranan untuk organisme lain
Proteksi tumbuhan:
Pestisida, herbisida, molusisida…..
Menunjang pertumbuhan: Auksin, giberelin, sitokinin, …...
Pengobatan:
Hepatoprotektor, antivirus
Metabolisme metabolit sekunder
untuk hidup
• Gula sederhana, asam amino, lipid, asam nukleat dsb.
 Metabolit sekunder = distribusinya terbatas di dalam
bagian tumbuhan tertentu, tidak ada fungsi langsung
dalam pertumbuhan
• Sinyal kimiawi, pertahanan (herbivora, infeksi), proteksi
dari UV, reproduksi (atraktan polinator, mengusir
pengganggu), kompetisi antar tumbuhan
• Disintesis bergantung perkembangan dan dijaringan
apa
• fitoaleksin = komponen antimikroba yang berespon
menyerang maupun menyembuhkan
• 3 kelas mayor:
• alkaloid (a.k.a. komponen yang mengandung
nitrogen), terpenoid, dan fenolik
ALKALOID ?
Beberapa contoh……..
Famili tumbuhan:
• Umumnya memiliki cincin heterosiklik sebagai bagian dari struktur
kimianya
• Alkaloid banyak ditemukan di tumbuhan
• Banyak yang memiliki aktivitas biologis
• Banyak pula digunakan oleh manusia untuk tujuan keagamaan dan
pengobatan
• bersifat basa (“alkalin”, karena adanya N)
• Senyawa nitrogen lainnya yang juga ditemui di organisme
(i.e., asam amino, asam nukleat etc.) tidak digolongkan sebagai
alkaloid
• Alkaloids merupakan metabolit sekunder yang tidak terlibat dalam
metabolisme primer
Alkaloid amarilis
OH
• Senyawa yang terdapat di alam yang mengandung nitrogen
belladine
MeO
HO
O
MeO
N
MeO
N
O
lycorine
H
Tiga lainnya
secara
biokimia
MeO H
diturunkan
dari belladina
H
OH
N CH3
O
OH
O
O
O
galanthamine
N CH3
MeO
tazettine
Alkaloid ini ditemukan pada famili
Amaryllidaceae
daffodils
narcissus
lillies
etc
2
Beberapa contoh……..
Beberapa contoh lainnya……..
Asal tumbuhan
Alkaloid yang berfungsi sebagai obat
Alkaloid cinchona
N
HO
MeO
N
kuinina
Cinchona officinalis
Alkaloid opium
N CH3
MeO
O
OH
Capsicum annum
morfina
Fenol
Fenol
 Ciri Umum:
− Mempunyai cincin aromatik dan minimal 1 buah
−
−
−
−
−
gugus hidroksi (OH-)
Cenderung larut dalam air
Menyerap UV → dapat digunakan untuk deteksi
Uji kualitatif : FeCl3 / +Fe(CN)3 ~ hijau, biru, hitam
Mengkompleks protein sehingga dapat
menghambat kerja enzim
Peka terhadap reaksi enzimatik
 Golongan:
− Fenol dan asam fenolat
− Fenilpropanoid
− Flavonoid
− Kuinon
- Antosianin
- Tanin
- Lignin
Fungsi dalam tumbuhan:
• Bagian atau penyusun jaringan: lignin pada
dinding sel
• Pigmen: antosianin, betasianin
• Zat pengatur tumbuh: flavonol
• Metabolisme :
o Fotosintesis: plastokuinon
o Respirasi: ubikuinon
• Pertahanan: kumarin, furanookumarin,tanin,
flavonol (terhadap UV)
• Alelopati: asam kafeat, asam ferulat
• Fitoaleksin: isoflavon
Flavonoid
 Flavonoid adalah istilah kolektif untuk pigmen




tumbuhan yang umumnya diturunkan dari benzo-pirena
Termasuk kedalam senyawa fenolik
Flavonoid banyak terdapat pada tumbuhan hijau dan
memiliki fungsi dalam regulasi gen dan metabolisme
pertumbuhan
Flavonoid dan antosianin adalah are pigmen
tumbuhan yang bertanggungjawab atas timbulnya
warna yang menimbulkan kesan cantik dan megah
pada bunga, buah, proses mekarnya bunga yang
berbeda warna, dan terubahnya warna daun saat
musim gugur tiba
Flavon menimbulkan warna kuning dan jingga
sedangkan antosianin untuk merah, ungu dan biru.
Komponen ini umumnya terdapat pada tumbuhan
tinggi
3
Flavonoid
Flavonoid
Flavonoid
 Flavonoid disintesis melalui jalur sikimat dan asetogenin
(jalur malonat) - hibrid
 2 cincin aromatik dihubungkan dengan jembatan 3 karbon
Shikimate
Pathways
SHIKIMIC ACID
(+ acetogenin piece)
FLAVONOIDS
NARINGENIN
shikimic acid
pathway
CoAS
CHORISMIC ACID
found in grapefruit
OH
A differ ent star ter
than acetyl-CoA.
O
malonyl-CoA
3x
PREPHENIC
ACID
PHENYL-C3
COMPOUNDS
ANTHRANILIC
ACID
acetogenin
pathway
OH
O:
HO
O
CINNAMIC
ACIDS
TYROSINE
PHENYLALANINE
ALKALOIDS
TRYPTOPHAN
inter nal Claisen
and enolizations
OH
Michael
addition
O
O
HO
ALKALOIDS
Terpena dan terpenoid
Terpenea dan Terpenoid
 Terpena dan terpenoid umumnya ditemukan dalam
Unit isoprena terhubungkan secara kepala dan ekor
minyak esensial tumbuhan
 Mereka umumnya terdiri atas ulangan karbon yaitu 10,
15, 20 atau 30 karbon
 Terpenoid adalah terpena yang mengandung oksigen
 Terpena secara formal dilihat sebagai unit isoprena (C5)
O
OH
PHENYL-C1
COMPOUNDS
ALKALOIDS
O
OH
H
SCoA
O
MIXED-ORIGIN
COMPOUND
A FLAVONE
flavones ar e yellow
or or ange pigments
OH
O
nar ingenin
Terpena and Terpenoid
KLASIFIKASI OF TERPENA
TIPE
TERPENA
JUMLAH
ATOM KARBON
UNIT ISOPRENA
hemiterpena
C5
1
Terpena/monoterpena
C10
2
seskuiterpena
C15
3
diterpena
C20
4
sesterterpena
C25
5
triterpena
C30
6
tetraterpena
C40
8
Catatan: hemi
= setengah
sesqui = satu dan setengah
di
= dua
tri
= tiga
tetra = empat
4
Terpena dan Terpenoid
Steroid
Dua triterpena sebagai antifeedant
Mimba (Azadirachta indica), Africa, Asia
BEBERAPA STEROID TUMBUHAN
H
grup senyawa kimia (metabolit sekunder) yang mempunyai
kerangka dasar hidrokarbon tetrasiklik jenuh: 1,2siklopentanoperhidrofenantrena (sterana atau gonana)
Istilah "steroid" diperkenalkan oleh Callow et al. (1936,
Proc Royal Soc London series A 157: 194) “Grup senyawa
kimia yang terdiri atas sterol, asam empedu, glikosida
jantung, saponin, dan hormon seks".
H
HO
H
H
diosgenin
stigmasterol
O
O
H
O
H
H
H3C
H
O
H C
HO
b-sitosterol
H
O
wheat germ oil, corn oil
HO
O
HO
HO
H3C
HO
HO
O
O
CH3
OH OH
OH
OH
OH
strofantidin
Strophanthus spp
H
H
H
sapogenin, arrow poison
OH
ouabain
Strophanthus spp
sapogenin, arrow poison
(mexican yams)
O
Used by Marker to synthesize
the first birth control pills.
OH
HO
1,2-siklopentanoperhidrofenantrena
H
H
HO
H
Steroid mempunyai pola kerangka
cincin yang menyatu A, B, C, dan D
dengan
penomoran
atom
karbon
dimulai dari cincin A
Substituen (pada C yang diberi tanda
panah) dapat berupa: metil, hidroksil,
okso, karboksil, asetil, hidroksiasetil,
karboksialkil dll
O
H
H
(kacang kedelai)
Fern (Polypodium vulgare)
O
H
H3C
SYNTEX
H
H
digitoxigenin
(Digitalis spp , foxglove)
H
O
OH
H
C C
H
H
norethindron
KAROTENOID
Jenis karotenoid
 Karotenoid: senyawa pigmen yang terdistribusi luas dan
yang terpenting disebabkan oleh fungsinya yang sangat
bervariasi. Diisolasi pertama kali tahun 1831 oleh
Wackenroder  karoten dari wortel
 Semua karotenoid diturunkan dari struktur asiklik C40H56
 Karotenoid mudah dikenal dikarenakan warnanya yaitu
jingga/oranye dan kuning yang terdapat pada buah-buahan
(jeruk, tomat, dan wortel) serta bermacam-macam bunga.
Selain itu juga karotenoid terdapat pada bakteri, jamur, dan
alga yang penyebarannya dapat pula digunakan sebagai
penanda taksonomi. Beberapa hewan juga menggunakan
karotenoid untuk warnanya seperti burung, ikan (ikan mas
dan salmon), dan hewan invertebrata.
 Golongan senyawa yang secara biosintesis terbentuk dari
gabungan 8 buah molekul isoprena (tetraterpenoid)
 Di alam karotenoid lebih banyak ditemukan dalam bentuk
trans yang lebih stabil
 Mempunyai rantai panjang dengan adanya ikatan rangkap
terkonjugasi
yang
dibentuk
melalui
hidrogenasi,
dehidrogenasi, siklisasi, maupun oksidasi serta kombinasi
diantaranya
 Selain itu juga terdapat senyawa yang dihasilkan dari
penyusunan tertentu atau degradasi pada kerangka
karbonnya, dengan 2 gugus metil tengahnya tetap berada
ditempatnya.
Dua kelas utama karotenoid:
 Karotenoid hidrokarbon (b-karoten, likopen)
 Xantofil (turunan teroksigenasi): hidroksi (b-kriptoxantin),
keto (kataxantin), aldehida (b-citraurin), epoksi (violaxantin)
11 September 2014
5
SUMBER KAROTENOID
Metode Analisis Tumbuhan
Metode Analisis Tumbuhan
Analisis Tumbuhan
Manfaat
Tujuan:
1.Mengetahui jenis senyawa kimia → dalam satu
jenis tumbuhan maupun dalam satu genus/famili
tumbuhan (kemotaksonomi)
2.Mengetahui kadar komponen tertentu
 Mengetahui potensi tumbuhan sebagai sumber
senyawa kimia (fitokimia) tertentu
 Menemukan senyawa kimia baru baru
 Mengetahui pengaruh faktor tertentu (biotik dan
abiotik) terhadap metabolisme tumbuhan
Bagian tumbuhan yang dianalisis
Parsial
→
daun/bunga/buah/akar/batang/kulit
batang
Komposit
›seluruh tumbuhan sekaligus
›tidak membedakan posisi/umur bagian tumbuhan
Metode Analisis Tumbuhan
Pengambilan sampel
Perbedaan varietas dan lokasi tumbuh
Beberapa faktor yang mempengaruhi kandungan dan
komposisi senyawa fitokimia
Pengambilan
sampel
Identifikasi dan
vucer spesimen
Penyiapan dan
penyimpanan
sampel
 Menentukan
jenis
tumbuhan
yang
akan
dibudidayakan/dikembangkan budidayanya untuk
memproduksi senyawa kimia tertentu → yang
memiliki nilai komersial (sebagai obat)
Ekstraksi dan
pemisahan senyawa
Identifikasi senyawa
Cara
pengambilan
Genetik,
lingkungan
tumbuh
mg/g
n=5
Penyimpanan
dan penyiapan
sampel
Tumbuhan
(campuran
banyak
senyawa)
M. Rafi, LW Lim, T. Takeuchi, LK Darusman Talanta 103 (2013) 28-32
6
Cara Pengambilan
Cara Pengambilan
 Mengikuti good collection practices
 Ijin mengambil sampel → spesies langka
 Informasi yang perlu diketahui dari spesies yang akan
digunakan seperti taksonomi, distribusi, fenologi,
diversitas genetik, reproduksi biologis dan etnobotani.
Selain itu data kondisi lingkungan tumbuh seperti
topografi,geologi, tanah, iklim, dan vegetasi pada
tempat pengambilan sample perlu didata
 The proper time of the day, time of the year and
maturity stage of collection is particularly important
because the nature and quantity of constituents may
vary greatly in some species according to the season
and time of collection
 Representatif
 Sampel yang diambil harus bebas dari kontaminasi
dari tumbuhan lainnya, tanah dlsb
 Sampel harus bebas dari penyakit
 Perlukah menghentikan reaksi enzimatis? →
menghindari rusaknya senyawa yang dikandung
Identifikasi sampel dan vucer spesimen
Identifikasi sampel dan vucer spesimen
Identifikasi sampel dan vucer spesimen
Kumis kucing (Ortosiphon
stamineus)
 Identitas sampel harus jelas → nama spesies, varietas,
umur dlsb
 Identifikasi spesies bertujuan bahwa sampel yang akan
digunakan adalah sampel target (autentik)
- dapat dilakukan oleh ahli taksonomi
- mengambil sampel pada daerah yang memang
diketahui sebagai tempat habitatnya
- membandingkannya dengan vucer spesimen sampel
yang ada
Tekelan (Eupatorium riparium)
Vucer Spesimen
Material
tumbuhan
dan ……..
Meniran (Phyllanthus niruri)
Daun petai cina (Leucaena
leucocephala)
Vucer spesimen
secara umum didefinisikan sebagai sampel representatif yang
telah diidentifikasi dan didepositkan serta disimpan pada
suatu tempat (herbarium)*
*TM Culley Application in Plant Sciences. 2013. 1(11): 1300076
7
Vucer Spesimen
Penyiapan dan penyimpanan sampel
 Penyiapan sampel:
……dan label
Inspeksi visual dan penyortiran → menghilangkan
kontaminasi
Penyucian
Memotong, mengiris
Pengeringan
Menyerbukkan sampel
 Penyimpanan yang tidak baik dapat menyebabkan
dekomposisi senyawa fitokimia
8