Uploaded by User96498

TOKSIKOLOGI Metabolit Sekunder

advertisement
Metabolit Sekunder
Tim Toksikologi dan Tanaman Obat
FKH UB 2020
Kompetensi
• Memahami dan menjelaskan tentang metabolit
sekunder
 Terpenoid
 Fenolik (Asam fenolat  Flavonoid tanin kumarin)
 Senyawa mengandung nitrogen (Alkaloid)
METABOLISME
Metabolisme → modifikasi senyawa kimia secara
biokimia di dalam organisme dan sel.
Metabolisme mencakup sintesis (anabolisme) dan
penguraian (katabolisme) molekul organik
kompleks.
Metabolisme biasanya terdiri atas tahapantahapan yang melibatkan enzim, yang dikenal pula
sebagai jalur metabolisme.
METABOLISME
Metabolisme total merupakan semua proses biokimia
di dalam organisme. Metabolisme sel mencakup semua
proses kimia di dalam sel. Tanpa metabolisme, makhluk
hidup tidak dapat bertahan hidup.
Produk metabolisme disebut metabolit
Metabolomika : Cabang biologi yang mempelajari
komposisi metabolit secara keseluruhan pada suatu
tahap perkembangan atau pada suatu bagian tubuh.
4
Produk Metabolisme
Urutan terjadinya
Efek yang timbul
• Metabolit primer
• Metabolit sekunder
• Metabolit
intermediet
• Zat aktif Farmasetik
• Zat aktif
Farmakologik
Produk Metabolisme
Isolasinya
•Zat aktif
•Zat inert
Status
keberadaan
•Genuine
•Artefak
Berdasarkan pembentukan
Metabolit primer
Metabolit sekunder
•
•
•
•
•
•
Esensial untuk hidup : pertumbuhan
normal, perkembangan dan reproduksi
Berupa enzim fisiologis, menghasilkan
energi misal karbohidrat
Terlibat langsung dalam fungsi fisiologis
normal : protein dan enzim
Terdapat di dalam organisme atau sel
Contoh : glukosa, asam organik
sederhana, asam lemak, protein,
hormon dan enzim
•
•
Diproduksi untuk menunjang
kehidupan namun tidak vital
Memiliki aktivitas farmakologi
dan biologi
Contoh : terpenoid, alkaloid,
flavonoid
Berdasarkan sifat
• Zat Aktif
oSuatu senyawa kimiawi yang terdapat di dalam suatu
sumber alami (umumnya tumbuhan) yang memberikan
sifat khusus dan karakteristik dari tanaman sumber
tersebut.
• Zat Inert
oZat yang tidak bereaksi secara kimiawi
8
9
Biosintesis Metabolit
Sekunder
• Metabolit sekunder dibentuk melalui jalur sintetis
termodifikasi dari metabolit primer, atau dibagi substrat
yang berasal dari metabolit primer
• Biosintesis metabolit sekunder sangat beragam
tergantung dari goIongan senyawa yang bersangkutan.
• Jalur yang biasanya dilalui dalam pembentukan
metabolit sekunder ada tiga jalur, yaitu jalur asam
asetat, jalur asam sikimat, dan jalur asam mevalonat.
11
(Wink, 2010)
12
(Wink, 2010)
13
Biosyntethic Pathway
Pentosa
• Glikosida, polisakarida
Asam shikimat
• fenol, tanin, alkaloid aromatik
Asetat-malonat
• fenol dan alkaloid
Asam mevalonat
• terpena, steroid dan alkaloid
14
Biosyntethic Pathway
• Penyadapan metabolit dari proses fotosintesis,
glikolisis dan siklus Krebs yang merupakan proses
menghasilkan energi, sehingga menyediakan zat
intermediet untuk biosintesis metabolit sekunder.
• Struktur penting yang digunakan dalam biosintesis
metabolit sekunder berasal dari asetil-KoA (Asetil
koenzim A), asam shikimat, asam mevalonat dan
1-deoksilulosa 5-fosfat
15
(Wink, 2010)
16
17
Karakteristik Umum dan
Peranan
Karakteristik Umum :
• Metabolit sekunder bekerja sebagai pertahanan tanaman
terhadap ancaman dari lingkungan maupun dari spesies
lain.
• Tumbuhan telah berevolusi untuk beradaptasi lingkungan
dengan pengkodean genetik dan beragam enzim yang
bermanfaat untuk biosintesis metabolit sekunder.
• Tidak bersifat esensial untuk pertumbuhan atau
metabolisme normal.
• Spesifik untuk genus, spesies bahkan strain tertentu.
Peranan di Tanaman
1. Perlawanan terhadap fungi, amuba, tanaman,
serangga, dan hewan
2. Agen transport metal
3. Agen simbiosis
4. Hormon reproduksi
5. Agen komunikasi antar organisme
6. Efektor diferensiasi (sporulasi dan germinasi spora)
20
Peranan untuk Manusia
• Kesehatan (antibiotics, enzyme inhibitors,
immunomodulators, agen antitumor, growth
promoters of animals and plants)
• Nutrisi (pigments and nutraceuticals)
• Meningkatkan produktivitas pertanian (pesticida,
insektisida, effectors of ecological competition and
symbiosis and pheromones)
21
Klasifikasi
Terpenes and Terpenoids
Phenols
Alkaloids
TERPENOIDS
Terpenes - class of >20,000 compounds containing carbon atoms in
multiples of five
Terpenoids - oxygen-containing terpenes (alcohols, ketones, aldehydes)
• The name "terpene" is derived from the word "turpentine“
• Terpenes and terpenoids are the primary constituents of
the essential oils of many types of plants and flowers.
rose oil
(zencefil)
(kereviz)
24
The basic molecular formulae of terpenes are multiples of that,
(C5H8)n where n is the number of linked isoprene -Isoprene - 2methyl-1,3-butadiene- units. This is called the isoprene rule or
the C5 rule.
Compounds containing carbon atoms in multiples of 5 suggest a C5
building block - isoprene units linked in a “head-to-tail” fashion
2-methyl-1,3-butadiene
25
Klasifikasi Terpenoid berdasarkan jumlah
unit isoprenol C5 pada strukturnya
Finding the isoprene building block - cyclic compounds
Finding the isoprene building block - sesquiterpenes (C15)
27
Finding the isoprene building block - triterpenes (C30) -
Squalene has a natural and vital part in the synthesis of all plant and animal sterols,
including cholesterol, steroid hormones, and vitamin D in the human body
Finding the isoprene building block - tetraterpenes (C40)
• Lycopene is responsible for the
red color in tomatoes and
watermelon
• -carotene is the compound
that causes carrots and
apricots to be orange
28
•
Hemiterpenes consist of a single isoprene unit. Isoprene itself is
considered the only hemiterpene, but oxygen-containing derivatives are
hemiterpenoids such as prenol (found in citrus fruits, cranberry, grapes,
isovaleric acid
raspberry, blackberry, tomato, white bread) and isovaleric acid (found in
in essential oils).
•
Monoterpenes consist of two isoprene units and have the molecular
formula C10H16. Examples of monoterpenes are: geraniol, limonene and
terpineol.
•
Prenol
limonene
a strong smell of oranges
Sesquiterpenes consist of three isoprene units and have the molecular
formula C15H24. Examples of sesquiterpenes are: humulene, farnesenes,
terpineol
farnesol.
found in29pine oil
humulene
• Diterpenes are composed of four isoprene units and
have the molecular formula C20H32.
• Examples are cafestol, kahweol, cembrene and
taxadiene (precursor of taxol).
• Diterpenes also form the basis for biologically important
compounds such as retinol, retinal, and phytol.
– They are known to be antimicrobial and antiinflammatory.
Taxadiene from enzymes
taxol used in cancer chemotherapy
Retinol is one of the forms of vitamin A
30
• Sesterterpenes, terpenes having 25 carbons and five isoprene units,
are rare relative to the other sizes.
– An example of a sesterterpene is geranylfarnesol.
• Triterpenes consist of six isoprene units and have the molecular
formula C30H48.
– Squalene, the major constituent of shark liver oil.
• Tetraterpenes contain eight isoprene units and have the molecular
formula C40H64.
– Biologically important tetraterpenes include the acyclic lycopene, the
monocyclic gamma-carotene, and the bicyclic alpha- and beta-carotenes.
• Polyterpenes consist of long chains of many isoprene units.
– Natural rubber consists of polyisoprene in which the double bonds
are cis.
Properti Terpenoids dan Aktivitas Farmakologisnya
(Kabera et al., 2014)
PHENOLICS
PHENOLICS
• Group of secondary plant products or compounds
• Composed of a hydroxyl group attached to an aromatic
ring
• A broad range of compounds - found in all components
of plants: leaves, flowers, fruit etc
• Function of most compounds is unknown
• Comprised of many groups: Flavonoids, Tannins, Lignans
etc.
– All very chemically diverse!
Contoh:
•
•
•
•
•
Senyawa fenol sederhana
Lignan, Neolignan, Lignin
Stilbena
Naftokinon
Antrakinon
•
•
•
•
•
Flavonoid
Antosianin
Tanin
Kumarin
Kromon & Xanton
LIGNANS
• Lignans were identified in plants
and later in biological fluids of
mammals.
• As a class of compounds they
contain a dibenzylbutane
skeleton and in plants they aid
in the formation of lignin used
to construct the plant cell wall
TANNINS
• Tannin a general name for a large group of complex
phenolic substances that are capable of tanning animal
hides into leather by binding collagen
• Found in almost every plant part - abundant in unripe
fruit
• Deter herbivores due to astringent properties - bind
saliva and other digestive proteins
• Antimicrobial - tannins in heart wood prevent decay
TANNINS
Aktivitas Farmakologis Tannin
• Sebagai astringent terhadap diare
• Sebagai diuretik terhadap tumor lambung dan
duodenum
• Antiinflamasi
FLAVONOIDS
• polyphenolic compounds with 15 Carbon
atoms, 2 benzene rings connected by a 3
carbon chain.
• Flower pigments in angiosperms (yellow, red,
blue)
Peranan Flavonoid
• Pada tanaman tongkat tinggi, flavonoid
terlibat pada filtrasi UV, fiksasi nitrogen
simbiosis, dan pigmen bunga.
• Selain itu juga bertindak sebagai chemical
messengers, regulator fisiologis dan cell cycle
inhibitor.
Studi Aktivitas Flavonoid
1. Epidemiological studies:
• reduced risk of cancer, coronary heart disease, and
osteoporosis
2. Biochemical and Pharmacological activities:
• anti-oxidant
•
•
•
•
•
anti-viral
anti-carcinogenic
anti-inflammatory
anti-angiogenic
anti-estrogenic (estrogenic)
3'
3'
1
8
B
1'
O
7
A
C
5
4
6
1
8
5'
2
6'
C
6
3
5'
2
A
Flavonoid Structure
B
1'
O
7
6'
4'
2'
Flavone
4'
2'
Base Structure
3
OH
5
OH
OH
OH
O
HO
8
1
1'
O
7
2
A
B
8
5'
1
1'
O
7
6'
C
HO
2
A
OH
B
5'
OH
O
OH
Quercetin
6
OH
4
OH
Taxifolin
O
6'
C
OH
6
5
O
4'
2'
Flavonol
4'
2'
Flavanonol
O
3'
3'
OH
OH
5
O
HO
O
OH
HO
O
OH
3'
8
1
1'
O
7
2
A
C
6
3
OH
4'
2'
Flavanone
Isoflavone
B
8
5'
O
OH
OH
Myricetin
O
2
A
C
6
3'
1'
5
5
O
O
7
6'
OH
1
Kaempferol
4'
HO
B
O
O
HO
O
5'
2'
6'
HO
Baicalein
OH
Chrysin
O
OH
O
OH
HO
O
HO
O
OH
OH
OH
O
Morin
OH
OH
O
Galangin
44
Flavonoids: source
Fruit and vegetables:
(All classes)
Tea:
(Flavanols)
Citrus:
(Flavanone)
Red wine:
(Flavanol, Flavonols)
Cocoa:
(Flavanols
and procyanidins)
Berries:
(Anthocyanins)
HO
O
OH
HO
O
O
OH
O
OH
GENISTEIN
OCH 3
BIOCHANIN A
ALKALOIDS
Alkaloids
Definisi:
Alkaloid: “Alkali-like“
•Senyawa (basa) organik yang mengandung atom Nitrogen yang
berasal dari asam amino (dan memiliki aktivitas farmakologis
dalam kadar rendah)
•Most of them are toxic to other organisms
•Can be extracted by acid-base extraction
Klasifikasi Alkaloids
• True-alkaloid:
–
–
–
–
–
Berasal dari asam amino
Bersifat basa
Atom N ada pada cincin heterosiklis
Terdapat dalam bentuk garam dengan asam organik
Contoh: atropin, morfin
Klasifikasi Alkaloids
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
Klasifikasi Alkaloids
• Protoalkaloid:
Amin sederhana dimana atom nitrogennya bukan merupakan
bagian dari cincin heterosiklik, bersifat basa dan berasal dari
asam amino, misal meskalin
Fakta tentang Alkaloids
• 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
•
•
•
•
Umumnya merupakan campuran kompleks dari jalur
biogenesis yang sama, yang didominasi salah satu konstituen
Kandungan alkaloid dapat bervariasi pada tiap tahap
pertumbuhan tumbuhan
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
•
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
Stereokimia:
Sebagian besar optik aktif (biasanya levorotatori), kecuali yang
termasuk gugus purin
Kebasaan
Tergantung 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 asam
N
N
N
H
N
N
H
N
H
NH
•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
Klasifikasi Alkaloids berdasarkan Biogenesis
A. Alkaloid heterosiklis yang berasal dari asam amino:
1.
Ornithin
2.
Lysine
3.
Tirosin
4.
Fenilalanin
5.
Triptofan
6.
Asam antranilat
7.
Asam nikotinat
8.
Histidin
Klasifikasi Alkaloids berdasarkan Biogenesis
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
Aktivitas Biologis Alkaloids di Tanaman
• Plant growth regulatory activity
– Menghambat pertumbuhan tanaman, misal
Tomatine pada tomat
– Aktivitas antimitotik : narciclassine dan
narciprimine pada daffodil
• As phytoalexin (senyawa antimikroba)
– Lupanine in Lupinus
Aktivitas Farmakologis Alkaloids
Thanks!
Any questions?
You can find me at:
[email protected]
Literature
Kabera, J.N., Semana, E., Mussa, A.R., He, X. 2014. Plant
Secondary Metabolites : Biosynthesis, Classification,
Function and Pharmacological Properties. Journal of
Pharmacy and Pharmacology; 2 : 377-392
Seigler, D.S. 1998. Plant Secondary Metabolism.
Wink, M. 2010. Biochemistry of Plant Secondary
Metabolism
Download