FENIL PROPANOID • Transformasi L-fenilalanina dan L-tirosin dalam tumbuhan dapat berlangsung sbb. • Kedua asam amino ini seimbang dengan asam fenilpiruvat / asam p-hidroksi fenilpiruvat • Fenilalanina terlibat transformasi menjadi trans asam sinamat, tirosin terlibat proses lain • Rantai samping gugus karboksilat terlepas, b – feniletilamina dan b – fenilasetaldehida, biasa disertai dengan gugus hidroksil pada aromatis • Metabolit fenilalanina (dan tirosin) dengan asam amino tetap utuh dikenal Fenilpropanoid • Merupakan senyawa Fenol umum pada tumbuhan tinggi • Dibiosintesis lewat jalur shikimat • Ciri satu cincin benzena tersubtitusi dengan rantai karbon propil • Pola oksidasi teratur, maksimum sebagai trihidroksi, bisa 3,4-dihidroksi, 4-hidroksi atau sama sekali tidak C C C ASAM SHIKIMAT R = H = L - FENILALANINA R = OH = L - TIROSINA COOH O ASAM FENILPIRUVAT (O) NH2 (O) COOH NH2 b- FENILETILAMINA ALKALOIDA (O) R CHO (2) (O) PAL atau TAL b- FENILASETALDEHIDA COOH FENILPROPANOID R ASAM trans SINAMAT JALUR METABOLIT L-FENILALANINA DAN L-TIROSINA DALAM TUMBUHAN TURUNAN ASAM FENILPIRUVAT • Asam L-tropat, atropat dan L-a-fenilgliserat dialam dalam bentuk ester pada basa alkaloid, misal : tropin • Terbukti dengan inkorporasi 14C fenilalanina, 3 atom rantai samping membuktikan berhubungan atom C gugus karboksilat (a) • Transposisi gugus karboksilat, proses tidak lazim dalam kimia organik, pengaturan ulang in vitro (mungkin juga in vivo) adalah perubahan ester tiol asam glisidat menjadi tiol ester aformil(b) pengaruh BF3 COOH (a) COOH NH2 HOOC O COOH OH HOOC H CH2OH CH2OH ASAM L-a-FENILGLISERAT ASAM ATROPAT - C6H5 O H C6H5 BF3 O C6H5 H BF3 (b) (-)-ASAM TROPAT H O C H H CO - S - C6H5 H CO - S - C6H5 CO - S - C6H5 PERKIRAAN BIOSINTESIS ASAM TROIPAT DAN TURUNANNYA • Pada fungi dan lichenes, asam fenilpiruvat dan turunannya teroksigenasi pada cincinnya, tertransformasi lebih lanjut dengan pengaturan rantai samping • Menggunakan atom 14C fenilalanina pada Evernin vulpina, asam vulpinat dengan atom karbon terlabel tersebar pada keempat rantai, tidak terikat langsung pada cincin aromatik • Penjelasan, ada intermedit trifenil simetris (asam poliporat), pemutusan oksidatif cincin dihidroksi p-benzokuinon, hasil asam karboksilat • m-Tirosin, prazat volukrisporin (Volucrispora aurantiaca),gugus karbonil sikloheksana tereduksi SCoA OC O OH O O CO O SCoA OH ASAM POLIPORAT COOH OH C C C OH C COOH SENYAWA ASAM KARBOKSILAT COOCH3 C OH C C C O CO ASAM VULPINAT OC O C C C C O CO LAKTON ASAM VULPINAT O COOH HO Ar O O Ar HO O NH2 O O m-TIROSINA VOLUKRISPORIN BIOSINTESIS BEBERAPA TURUNAN TRIFENIL OH • Katabolisme L-tirosina dalam tumbuhan dan hewan, ubah asam p-hidroksifenil piruvat jadi asam homogentisat. Mekanisme, dekarboksilasi oksidatif, oksidasi cincin aromatik dan perpindahan rantai samping, dikatalis enzim/multienzim (oksidase p-hidroksi fenilpiruvat), dibutuhkan Cu, Vitamin C (CoEnz) • Dalam hewan asam homogentisat, terurai,asam 4-maleilasetatoasetat (enzim oksidase homogentisat), terisomerisasi asam 4-fumarilasetoasetat, pecah asam fumarat (masuk siklus asam trikarboksilat) dan asam asetat (sumber astat) • Tidak ada enzim oksidase asam homogentisat pada anak baru lahir, karena kesalahan heriditer, tanda ekskresi asam homogentisat berlebih air seni (alkaptonuria). • Tambah alkali, air seni berubah coklat, karena transformasi oksidatif asam homogentisat jadi kuinon, berpolimerisasi jadi senyawa melanin. Waktu muda kelainan belum muncul, dewasa / tua • Metabolisme bawaan lain berkaitan katabolisme fenilalanina (terjadi elmiminasi asam fenilpiruvat dan fenillaktat dalam air seni) dan tirosina • L-Fenilalanina tidak dapat diubah jadi L-Tirosina (tidak ada hidroksilase L-fenilalanina) • Anak penderita bawaan ini perkembangan fisiologis kurang baik (hilang pigmen kulit, rambut dan mata, tanda albinisme) OH HO CH2 - CO -COOH C O COOH COOH O OH OH O O O OH ASAM P-HIDROKSI FENILPIRUVAT OH ASAM HOMOGENTISAT Hewan Tumbuhan Tumbuhan COOH OH HOOC O H2C H3C FLASTOKUINON TOKOFEROL O-Glukosa O HOMOARBUTIN ASAM 4-MALEILASETOASETAT COOH COOH H2C COOH O HOOC + H CH3 - CO - CH2 - COOH OH 2 CH3 - COOH O PROSES KATABOLISME ASAM P-HIDROKSI FENILPIRUVAT PADA TUMBUHAN / HEWAN ATAS KERANGKA DASAR DIKENAL JENIS FENIL PROPANA 1. TURUNAN SINAMAT COOH COOH COOH COOH CH CH CH CH HC HC HC HC OH OH ASAM KAFEAT H3CO OCH3 OH ASAM KUMARAT OCH3 ASAM KAFEAT ASAM SINAPAT 2. TURUNAN KUMARIN O O HO O O HO O HO KUMARIN UMBELIFERON ESKULETIN O 3. TURUNAN PROPENILFENOL OCH3 OCH3 ANETOL OCH3 O OCH3 H3CO O OH ISOEUGENOL OCH3 ISOMIRISTISIN ISOELEMESIN 4. TURUNAN ALILFENOL OCH3 OH KAVIKOL O OH O EUGENOL SAFROL O H3CO O MIRISTISIN BIOSINTESIS • Asam shikimat pertamakali ditemukan Illicium religiosus • Biosintesis fenilpropanoid lewat jalur asam shikimat ditemukan pertama m.o • Pertama interaksi eritrosa dengan asam fosfoenolpiruvat (gugus metilen asam fosfoenolpiruvat nukleofilik dengan gugus karbonil dari eritrosa • Senyawa antara tersiklisasi secara intramolekuler, hasil asam 5-dehidrokuinat, lanjut berubah menjadi asam shikimat • Asam prefanat terbentuk lewat adisi asam shikimat dengan fosfoenolpiruvat • Aromatisasi asam prefenat, asam fenil piruvat, transformasi, fenil alanin deaminasi, ASAM SINAMAT. • Deaminasi juga terjadi pada tirosin, asam p-KUMARAT • Asam sinamat, mengalami transformasi biogenetik, turunan fenilpropanoid BIOSINTESIS ASAM SHIKIMAT O C HO H CH CH HO COOH O O C CH2OH PO3H2 C CH2 CH2 + H2C OH C COOH C H2 CH HO CH OH CH CH2 C HO CH CH OH ERITROSA COOH O OH OH FOSFOENOLPIRUVAT COOH COOH OH HO OH ASAM SHIKIMAT OH O OH COOH HO OH O OH ASAM-5-DEHIDROKUINAT O PO3H2 COOH COOH COOH H2C C H COOH H OH HO OH ASAM SHIKIMAT COOH O HO - H2O CH2 C CH2 O COOH C OH OH ASAM KORISMAT COOH COOH NH2 O O HO C O CH2 C COOH - H2O - NH3 - CO2 ASAM SINAMAT COOH FENIL ALANIN ASAM FENILPIRUVAT COOH COOH NH2 TIROSIN ASAM p-LKUMARAT OH OH OH ASAM PREFENAT SENYAWA ASAM SINAMAT • Transformasi L-fenilalanina jadi trans sinamat (tumbuhan berberkas pengangkutan) dikatalis PAL, membentuk golongan lignin & flavonoid • Tirosina, deaminasi dikatalis enzim TAL (Monokotil) , asam p-kumarat • Asam 3,4,5 trihidroksisinamat (asam galat) dan 3,4 dihidroksisinamat (asam sinapat) metabolit intermedit • o-Hidroksisinamat (berubah o-kumarat dan 2,4dihidroksisinamat) intermedit kumarin L-TIROSINA L-FENILALANINA COOH COOH OH ASAM SINAMAT ASAM O-KUMARAT (O) COOH HO COOH HO OH ASAM 2,4-DIHIDROKSISINAMAT ASAM P-KUMARAT HO COOH HO (METIONINA) HO ASAM KAFEAT ASAM FERULAT COOH HO COOH H3CO HO COOH H3CO R=H ASAM 3,4-DIHIDROKSI 5-METOKSISINAMAT HO OH ASAM 3,4,5-TRIIHIDROKSISINAMAT OR (METIONINA) R = CH3 ASAM SINAPAT HUBUNGAN METABOLISME SENYAWA TRANS SINAMAT • Dalam jaringan tumbuhan asam sinamat bergabung molekul yang polihidroksilasi, sehingga kelarutan besar dalam air • Konyugasi asam sinapat yang terhidroksilasi meli-batkan gugus karboksilat / hidroksi fenolik (misal asam kuinat dengan D-glukopiranosa), penggabungan dengan asam tartrat (asam monokafeiltartrat dan asam sikorat) • Konyugasi punya arti fisiologis karena beberapa transformasi asam sinamat (misal hidroksilasi) berlangsung pada asam diencerkan pada asam kuinat (punya kelarutan lebih besar COOH CH2OH CH2OH O O O OH OH OH C O OH HO OH O OH OH 1-b-FERULIL-D-GLUKOSA ASAM-(3-b-D-GLUKOSIL) KAFEAT COOH R = H, ASAM MONOKAFEILTARTRAT RO C - H H C - O -CO - CH = CH OH R = KAFEIL, ASAM SIKORAT COOH OH BENTUK-BENTUK TERKONYUGASI BEBERAPA ASAM SINAMAT OCH3 • Asam rosmarinat, pada tumbuhan menta dibuktikan bahwa asam kafeat berasal dari Lfenilalanina • Asam 3,4-dihidroksifenillaktat berasal dari sunber L-tirosina melalui DOPA (3,4-DihidrOksi f(PH)enilAlanina) dan asam 3,4-dihidroksifenil piruvat ASAM PREFENAT L-TIROSINA L-FENILALANINA ASAM 3,4-DIHIDROKSI FENIL LAKTAT CINCIN A ASAM KAFEAT CINCIN B O CO CH = CH B HO B OH CH CH COOH OH HO ASAM ROSMARINAT BIOSINTESIS ASAM ROSMARINAT TRANSFORMASI SINAMAT • Biosintesis senyawa fenilpropanoid melalui reaksi sekunder (transformasi) rantai samping asam sinamat, hasil alil fenol dan propenil fenol • Alil fenol dan propenil fenol, sering bersama dalam m.a, misal : miristin (m.pala), eugenol (m.cengkeh) • Asam sinamat dapat mengalami transformasi, melalui o-hidroksi, asam o-kumarat, isomerisasi trans-sis dan laktonisasi, kumarin BIOGENESIS TRANSFORMASI SINAMAT MENJADI ALILFENOL DAN PROPENILFENOL CH2 COOH + (H) CH2OH (H) CH3 -0HCH2 CH2 + (H) OH COOH COOH ASAMSINAMAT ASAM O-HIDROKSI SINAMAT OH O COOH - H2 O KUMARIN BIOSINTESIS KUMARIN DARI ASAM SINAMAT O SINTESIS TURUNAN SINAMAT 1. REAKSI PERKIN, Kondensasi aldol, antara benzaldehida dengan anhidrida asetat dengan katalis garam natrium dari asamnya 2. REAKSI KNOEVENAGEL, Kondensasi aldol, antara benzaldehida dengan asam atau ester malonat, katalisator suatu basa atau antara aldehida aromatis dengan ester asetat suasana basa • REAKSI PERKIN O O H3C H COOH C O + H3C CH3COONa + 170o C C O CH3COOH ASAM SINAMAT • REAKSI KNOEVENAGEL COOH basa H C COOH - CO2 C H C CH COOH OHOOCCH2COOH H COOH HOOCCH2COOC2H5 H C - CO2 C COOC2H5 COOEt H C CH TRANSFORMASI RANTAI SAMPING ASAM SINAMAT 1. Perubahan tingkat oksidasi, tanpa perubahan panjang rantai karbon (sinamil alkohol, alil dan propenil fenol) 2. Pembentukan ikatan C – C baru antara unit fenilpropana lain (bis-arilpropanoid, lignan dan neolignan, lignin) 3. Reduksi ukuran rantai karbon (stirena, asetofenon, asam-asam benzoat) 4. Perbesaran ukuran rantai karbon (stilbena, flavonoid, isoflavonoid) 1. Senyawa Alil dan Propenil Fenol • Beberapa senyawa fenilpropanoid berasal dari asam sinamat mengalami reduksi gugus karboksilat (sinamaldehid dan sinapil alkohol) atau ikatan rangkap (asam dihidrosinamat) atau keduanya (dihidrosinamil alkohol) • Sinamil alkohol merupakan intermedit obligatory pada pembentukan lignin • Reduksi mungkin mulai terjadi pada ester CoASH, seperti reduksi karbonil dikatalis enzim dehidrogenase pada NAD(P) CHO CH2OH R3 CH3 R2 SINAMALDEHIDA O R3 COOH H3CO R 1 = R 2 = R3 SINAMIL ALKOHOL R1 = R3 = H, R2 = OH ASAM DIHIDROSINAMAT CH2OH KONIFERIL ALKOHOL R1 = H, R2 = OGl, R3 = OCH3 KONIFERIN DIHIDROSINAMIL ALKOHOL R1 = OCH3, R2 = OH, R3 = OCH3 SINAPIL ALKOHOL BEBERAPA SENYAWA C6 - C3 KETON ANIS • Alil dan propenil fenol ada kaitannya, mempunyai gugus hidroksi fenol, atau gugus eter pada C4 dengan gugus metoksi atau metilen dioksi • Sering terjadi perubahan gugus karboksilat menjadi alkohol primer, metil dioksidasi gugus alkohol primer, reduksi karbon tersubtitusi dengan hidroksil menjadi karbon jenuh (metil, metilen, metina) jarang karena sukar subtitusi hidroksil • Hipotesis biogenetik pembentukan alil atau propenil fenol dikemukakan Birch 5 5 2 4 2 4 3 3 PROPENIL FENOL ALIL FENOL ALIL FENOL 2 3 4 KAVIKOL PROPENIL FENOL OH ESTRAGOL EUGENOL OCH3 SAFROL OCH3 ANETOL OH ISOEUGENOL O – CH2 – O ELEMISIN OCH3 MIRISTIN APIOL 5 OCH3 OCH3 ISOSAFROL OCH3 ISOELEMISIN O – CH2 – O OCH3 ISOMIRISTIN O – CH2 – O OCH3 ISOAPIOL a) (SN 1) Ar - CH = CH - CH3 Ar - CH = CH - CH2+ Ar - CH = CH - CH2X - XAr - CH+ - CH = CH2 Ar - CH = CH - CH2 - X Ar - CH2 - CH = CH2 Ar - CH = CH - CH3 (SN 2) Ar - CH2 - CH = CH2 (SN 2') H b) Ar - CH = CH - CH2 - X H X, e.g = OPP H- dari NADH ATAU NADPH HIPOTESIS BIRCH TETNTANG SENYAWA PROPENIL DAN ALIL FENOL 2. Senyawa Lignan dan neolignan • Kerangka karbonnya berasal dari dua unit fenilpropana, disatukan oleh minimal satu ikatan C – C antara dua posisi sentral (bdan b’)dari kedua rantai C3 • Ditemukan dalam tumbuhan tinggi, kedua unit fenil propana berasal dari asam shikimat • Asal usul penggabungan (b b’)adalah penggabungan oksidatif dari dua unit C6 – C3 • Kedua radikal p-hidroksistirena membentuk dimer kuinometida (metida kuinon), langsung atau setelah mengalami pengaturan ulang digunakan tumbuhan mensintesis lignin dan lignan • Hipotesis tersebut bertentangan dengan alasan ini : 1. Ada senyawa lignan alam dibentuk dari senyawa dengan tingkat oksidasi atom karbon bdan b’ lebih rendah yang diperkirakan, bagi prazat dari stirena dan bagi suatu dimerisasi oksidatif serta polimerisasi yang biasa membentuk lignin (galgravin) 2. Semua lignan menunjukkan sifat optis aktif (biasa tertutupi kompensasi internal) sehingga berbeda dengan lignin dan produk degradasinya 3. Senyawa lignan trimer atau dimer tidak ditemukan dialam, polimer sejenis harus merupan intermedit, bila pengubahan senyawa lignan dimer menjadi lignan polimer ba 2X UNIT FENILPROPANOID H H3C H H H H3CO HO OCH3 H3CO OH H3CO H3CO OCH3 O OCH3 ASAM (-) - GUAIRETAT GALGRAVIN O H H HO C H H O O O H2C HO H C O H H3CO OH (-) - MATAIRESINOL H H3CO O OCH3 OCH3 PODOFILOTOKSIN STRUKTUR LIGNAN YANG KHAS a. OKSIDASI SATU ELEKTRON X R' X = -CH3, -CH2OH, -COOH HO R', R" = -H, -OH, -OCH3 R" - e- - H+ R' X R' X R' X R' O O O O X R" (R') IV or (V) R" III R" II R" I (R") lalu, misal X X X R' R' R' "R X O R' O O R" R" III + III STRUKTUR KUINOMETIDA O R" III + IV b. OKSIDASI DUA ELEKTRON X R' X R' HO X R' O ++ OKSIDAN X O R" "R R' O R" R" DEHIDRODEMERISASI DARI b- HIDROKSISTIRENA OLEH 1 ATAU 2 ELEKTRONb. OKSIDASI DUA H OCH3 H3CO O OCH3 H3CO O H O OH PAD(P) ASAM(-)-GUAIRETAT STRUKTUR KUINOMETIDA OCH3 H3CO H3CO OCH3 HO OH O O O O GALGRAVIN OH CH2OH RO COOH O CH2OH RO COOH O PODOFILOTOKSIN H3CO OCH3 O H3CO OCH3 O PERKIRAAN BIOSINTESIS BEBERAPA SENYAWA LIGNAN • Hipotesis dari Neish lebih sesuai karena senyawa lignan dibentuk dari proses oksidasi stereospesifik unit p-hidroksi stirena oleh enzim yang berbeda dengan enzim aktif dari biosintesis lignin (tempat terjadi oksidasi-reduksi lignan dan lignin berbeda) • Podofilotoksin (Podophyllum emodi), sebagai antitumor, lignan berasal dari Marga Magnoliaceae, Piperaceae • Gottlieb, neolignan senyawa-senyawa bis-aril propanoid yang dua unit C6 – C3 dari 4 alil atau 4 – propenil fenol dihubungkan oleh ikatan yang berlainan dari ikatan karbon b b’ yang khas pada lignan. Penggabungannya oksidatif, diikuti degradasi khusus intermediat kuinometida • Sintesis neolignan, minimal satu posisi penggabungan dua unit C6 – C3 berlainan jenis b, senyawa terlibat tidak harus senyawa sejenis stirena, bisa alil fenol diinkorporasikan • Senyawa neolignan mungkin timbul tempat memproduksi senyawa lignin • Enzim sejenis lakase dan peroksidase berperan pada pasangan molekul dengan struktur 4-propenil / 4-alil-fenol (neolignan) atau unit p-hidroksinamat (lignol) • Gugus alkohol biasa tidak terdapat dalam neolignan, sehingga terbatas polimerisasi • Erdtman, proses polimerisasi pembentukan lignin karena jembatan oksida dari kuinometida H3CO H O H OCH3 OH OCH3 HO O H DEHIDRODIISOEUGENOL GUAIANIN O OCH3 H O H3CO H3CO O O H OCH3 OCH3 HO H3CO OCH3 LIKARIN A EUSIDERIN OCH3 O O O O OCH3 H3CO O H3CO BURKELIN POROSIN SENYAWA NEOLIGNAN ALAMI O X "R X DEHIDRODIISOEUGENOL R' O H3CO atau LIKARIN A HO R' OCH3 O O R" OCH3 OCH3 O H3CO H3CO EUSIDERIN HO HO O O OH OCH3 H3CO O HO OCH3 H3CO O O O H2 O OCH3 H3CO OH O OH POROSIN OCH3 H3CO OH OKS OKS GUAIANIN - O BURKELIN O BEBERAPA MEKANISME PEMBENTUKAN KERANGKA NEOLIGNAN O 3. SENYAWA LIGNIN • Gymnospermae dan Angiospermae memiliki sel silem terdapat dalam batang, akar dan daun, selain sebagai lalulintas makanan dan air juga sebagai penguat bagi tumbuhan, lignin dan tidak terdapat dalam Thallophyta dan Fungi • Pada pertumbuhan jaringan, sel banyak mengandung karbohidrat, sebagian kemudian diubah menjadi lignin lewat proses lignifikasi • Proses lignifikasi : a. Biosintesis unit monomer (sinamil alkohol dll C6-C3) b. Dehidropolimerisasi monomer (DHP) oleh enzim fenoloksidase 4. Senyawa C6 – C2, senyawa stirena • Senyawa kerangka fenilpropanoid kehilangan satu atom karbon dibagi 3 golongan, yaitu : • a. Senyawa b-ariletilamina, berasal dari asam amino aromatik (feniletilamin, tirosina dan DOPA) pengaruh dekarboksilase (tergantung PLP), senyawa b-arilasetaldehida, dihasilkan senyawa amina bersangkutan pengaruh monoamina oksidase (MAO). Kedua senyawa btumbuhan menggunakan mensintesis alkaloida • b. Senyawa dengan memperpendek rantai samping asam fenilpiruvat, misal asam homogentisat dalam ragi, senyawa barietilalkohol (misal b- feniletanol dan b– p-hidroksifenil etanol (tirosol, dianggap lanjutan fermentasi asam piruvat menjadi etil alkohol) • Senyawa katabolit dari asam sinamat, misal pungenosida (asetofenon) Picea pungens kemungkinan dekarboksilasi senyawa asam b– keto dari adisi air pada asam sinamat dan oksidasi lebih lanjut seperti katabolisme asam lemak • Senyawa stirena khusus diproduksi oleh fungi dan bakteri • Mekanisme pembentukan stirena kemungkinan berasal dari dekarboksilasi langsung asam sinamat yang terprotonisasi • Perkiraan mekanisme dekarboksilasi mikroba asam sinamat, adisi-trans, dekarboksilasi menghasilkan stirena termonodeuterasi 5. ASAM BENZOAT • Asam benzoat dan turunan teroksidasinya (asam galat), biasa dalam bentuk glikosida, gugus hidroksil fenolik terkonyugasi dengan aldosa atau sebagai ester (gugus karboksilat teresterkan dengan alkohol, misal metanol, benzil alkohol, asam kuinat, gula atau fenol) misal depsida • Senyawa asam benzoat diperoleh dengan: • a. Dari asam 5-dehidrosikimat,misal asam galat • b. Dari asam sinamat bersangkutan melalui b oksidasi dan reaksi resto-Claisen • c. Dari hidroksilasi asam benzoat lain • muhammadcank.files.wordpress.co m/2010/02/senyawafenilpropana.ppt • 29 April 2010