[Kimia Bahan Alam] Biogenetik Alkaloid Pada Makhluk Hidup

           Pembahasan hari ini khususnya akan tentang biogenetik dari senyawa alkaloid tersebut pada makhluk hidup yang mana hal ini masih berhubungan dengan metabolit sekunder.

struktur alkaloid
         Biogenetik merupakan  suatu zat yang diproduksi secara biologis oleh suatu organisme hidup dimana zat tersebut diperlukan dalam keberlangsungan hidup. Jika dilihat dari senyawa alkaloid dari segi biogenetiknya, maka dapat diketahui bahwa alkaloid ini terdiri dari beberapa asam amino, baik asam amino dalam penyusun protein maupun asam amino yang bukan penyusun protein. Asam amino bias diklasifikasikan menjadi beberapa kelompok berdasarkan biogenetiknya.struktur alkaloid diatas kita ketahui bahwa alkaloid ini bersifat basa. senyawa alkaloid ini ber sifat basa disebabkan oleh adanya atom Nitrogen dalam molekul suatu senyawa alkaloid didalam struktur lingkar heterosiklik atau aromatis. Alkaloid secara umum mengandung paling sedikit satu buah atom Nitrogen yang bersifat basa dan merupakan bagian dari cincin heterosiklik. Alkaloid ini merupakan suatu golongan metabolit sekunder terbanyak dialam. 

Berdasarkan biosintesis diatas tahap awal diawali dengan reaksi kondensasi yang dikatalis oleh enzim norcoclaurine sintase (NCS) pada senyawa dopamine dan  4-hydroxyphenylacetaldehyde, dimana pada saat terjadinya penggabungan dimana katalis yang digunakan akan menyerang atom hidrogen alpa, selanjutnya hidrogen akan lepas dan nantinya mensubsitusi sehingga ikatan lain akan berkumpul atau bergabung , dari proses ini akan menghasilkan molekul (S) –norcoclaurine. Nantinya (S) –norcoclaurine ini akan menjadi (S)-Coclaurine melalui proses substitusi salah satu atom hidrogen dengan gugus metil, gugus metil ini akan berikatan dengan atom O yang bermuatan negatif dan akan menjadi struktur (S)-Coclaurine. Setelah itu, atom hidrogen yang ada pada atom N juga akan disubstitusi dengan gugus metil yang sama seperti tadi gugus N akan berikatan dengan gugus metil yang membuat struktur senyawa itu menjadi (S)-N-Methylcoclaurine. Proses berikutnya akan terjadi proses reduksi enzim dan penambahan O2 yang dibarengi dengan proses oksidasi ensim dan H­2O. sehingga dari proses ini menyebabkan terbentuknya senyawa (S)-3’-hydroxy-N-methylcoclaurine dengan adanya penambahan gugus pada cincin yang bagian bawah. Selanjutnya akan dibentuk senyawa  (S) –Reticuline yang merupakan perantara titik cabang dalam biosintesis beberapa subkelompok struktural BIA. Biosintesis morfin membutuhkan epimerisasi ( S )-reticuline sehingga perlu diubah menjadi (R)- reticulin. Selanjutnya, salutaridine dibentuk melalui fenol yang ada pada karbon-karbon intramolekul dari ( R ) -reticuline yang dikatalisis oleh sitokrom P450 monooxygenase salutaridine synthase. Salutaridine reductase ( SalR ) yang bergantung pada NADPH mengurangi kelompok keto C7 dari salutaridine dengan cara stereospesifik, menghasilkan salutaridino, yang mana mengalami perubahan dari gugus hidroksil C7 oleh gugus asteil KoA untuk membentuk salutaridinol 7- O- asetat.  Hilangnya gugus asetil secara spontan menyebabkan penataan ulang terhadap thebaine. Akan terjadi reaksi spontan pada thebaine sehingga menghasilkan Codeinon. dimana Codeinone reductase ( COR ) ini bergantung pada NADPH yang akan mengurangi codeinone menjadi codeine dan codein ini akam menjadi suatu morfin.

 

1. Alkaloid alisiklik

            Alkaloid alisiklik merupakan alkaloid yang dibentuk oleh asam amino ornitin dan lisin. 

Struktur Alkaloid lisin

Alkaloid jenis ini terdapat pada beberapa tanaman, contohnya seperti terdapat pada  Kulit Buah Delima.  Buah delima ini memiliki manfaat sebagai antioksidan, dapat menghentikan diare, sebagai anti inflamasi, antiseptik, antitumor dan antikanker.

2. Alkaloid  Isokuinolin 

Struktur Phenylalanin

Alkaloid  Isokuinolin adalah alkaloid tumbuhan turunan tirosin dengan kerangka isoquinoline. Diantaranya alkaloid benzylisoquinoline membentuk kelompok penting dengan aktivitas farmakologis yang kuat, termasuk senyawa analgesik morfin dan kodein, dan agen anti-infeksi berberin, palmatin, dan magnoflorin. Biosintesis alkaloid isoquinoline berasal melalui dekarboksilasi tirosin atau DOPA untuk menghasilkan dopamin, yang bersama-sama dengan 4-hidroksifenil asetaldehida, aldehida yang berasal dari tirosin, diubah menjadi retikulin, prekursor penting dari berbagai alkaloid benzylisoquinoline.

Alkaloid  Isokuinolin adalah kelompok besar dan beragam alkaloid dengan ~ 2500 struktur yang ditentukan. Mereka termasuk morfin analgesik dari Papaversomniferum L., yang colchicine antigout dari Colchicum autumnale L., yang muntah dan emetine antiamoebic dari Cephaelis ipecacuanha (Brot.) A. Rich., Yang skeletal relaksan otot tubocurarine dari Strychonos toxiferaBentham, dan antimikroba yang senyawa berberin dan sanguinarine dari spesies tanaman yang berbeda termasuk Berberis spp. dan Sanguinaria spp., banyak di antaranya digunakan sebagai obat-obatan.

Alkaloid phenylalanin dan tyrosin ini merupakan suatu alkaloid sebagai prekursor dari terbentuknya alkaloid amina. Contoh dari alkaloid jenis ini yaitu ephedrin. Ephedrin ini digunakan sebagai obat untuk meningkatkan tekanan darah yang biasanya tekanan darah cenderung turun ketika pasien diberikan obat bius. Ephedrin ini digunakan untuk mengatasi penyakit depresi. Obat ephedrin ini bekerja degan banyak cara salah satunya ephedrin akan menjadi stimulan bahkan vasokonstriktor, dimana akan berfungsi untuk melebarkan pembuluh darah. 

3. Alkaloid Indol

           Alkaloid indol merupakan kelas alkaloid yang mengandung bagian struktur dari indol dimana asam amino triftopan adalah biokimia precursor alkaloid indol. Alkaloid jenis ini contohnya adalah alkaloid harmin.

Prekursor biogenetik dari semua alkaloid indol adalah asam amino triptofan . Bagi kebanyakan dari mereka, langkah sintesis pertama adalah dekarboksilasi triptofan untuk membentuk tryptamine. Dimethyltryptamine (DMT) terbentuk dari tryptamine oleh metilasidengan partisipasi koenzim dari S-adenosyl metionin (SAM). Psilocin diproduksi oleh defosforilasi spontan psilocybin .

Dalam biosintesis serotonin, produk antara bukan tryptamine tetapi 5-hydroxytryptophan, yang kemudian didekarboksilasi untuk membentuk 5-hydroxytryptamine (serotonin). 

Biosintesis alkaloid β-karbolin terjadi melalui pembentukan basa Schiff dari tryptamine dan aldehyde (atau asam keto ) dan reaksi Mannich intramolekul berikutnya , di mana atom karbon C (2) dari indole berfungsi sebagai nukleofil . Kemudian, aromatisitas dipulihkan melalui hilangnya proton pada atom C (2). Kerangka tetrahidro-β-karbolin yang dihasilkan kemudian secara bertahap teroksidasi menjadi dihidro-β-karbolin dan β-karbolin. Dalam pembentukan alkaloid β-karbolin sederhana, seperti harmine dan harmaline, asam piruvat bertindak sebagai asam keto. Dalam sintesis alkaloid indol monoterpenoid, sekologanin memainkan peran aldehida. Alkaloid pirroloindole disintesis dalam organisme hidup dengan cara yang serupa.
 

Biosintesis alkaloid ergot dimulai dengan alkilasi tryptophan oleh dimethylallyl pyrophosphate (DMAPP), di mana atom karbon C (4) dalam nukleus indol berperan sebagai nukleofil. 4-dimethylallyl-L-tryptophan yang dihasilkan mengalami metilasi N. Produk biosintesis selanjutnya adalah chanoclavine-I dan agroclavine - yang terakhir dihidroksilasi menjadi elymoclavine, yang pada gilirannya teroksidasi menjadi asam paspal . Dalam proses penyusunan ulang alil, asam paspal diubah menjadi asam lisergat. 

Biosintesis alkaloid indol monoterpenoid dimulai dengan reaksi Mannich dari tryptamine dan secologanin; itu menghasilkan strictosidine yang dikonversi menjadi 4,21-dehydrogeissoschizine. Kemudian, biosintesis sebagian besar alkaloid yang mengandung bagian monoterpenoid yang tidak terganggu ( tipe Corynanthe ) berlangsung melalui siklisasi dengan pembentukan katenamin dan reduksi berikutnya ke ajmalicine dengan adanya nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH). Dalam biosintesis alkaloid lain, 4,21-dehydrogeissoschizinepertama kali dikonversi menjadi preakuammicine (alkaloid subtipe strychnos, tipe Corynanthe) yang menimbulkan alkaloid lain dari subtipe strychnos dan jenis Ibogadan Aspidosperma . Bisindole alkaloid vinblastine dan vincristine diproduksi dalam reaksi yang melibatkan catarantine (alkaloid tipe Iboga ) dan vindolin (tipe Aspidosperma ). 

Tumbuhan yang kaya akan alkaloid indol non-isoprenoid termasuk berbahaya ( Peganum harmala ), yang mengandung harmane, harmine dan harmaline, dan kacang calabar ( Physostigma venenosum ) yang mengandung physostigmine . 

Beberapa anggota keluarga Convolvulaceae, khususnya Ipomoea violacea dan Turbina corymbosa , mengandung ergolines dan lysergamides. Meskipun keragaman strukturalnya cukup besar, sebagian besar alkaloid indol monoterpenoid terlokalisasi di tiga keluarga tanaman dikotil :Apocynaceae (genera Alstonia , Aspidosperma , Rauwolfia dan Catharanthus ), Rubiaceae ( Corynanthe ) dan Loganiaceae ( Strychnos ). 

Alkaloid indol juga ada dalam jamur. Sebagai contoh, jamur psilocybin mengandung turunan dari tryptamine dan Clavicepsmengandung turunan dari asam lysergic. Kulit banyak spesies katak dari genus Bufomengandung turunan dari tryptamine, bufotenin , dan kulit dan racun dari spesies Bufo alvarius ( kodok Sungai Colorado ) mengandung 5-MeO-DMT . Serotonin , yang merupakan neurotransmitter penting pada mamalia, juga dapat dikaitkan dengan alkaloid indol sederhana.

Harmal mengandung alkaloid β-karbolin

Ipomoea violacea mengandung ergolines

Alstonia macrophylla mengandungalkaloidCorynanthe

Rauwolfia serpentina mengandungalkaloidCorynanthe

Catharanthus roseus mengandung alkaloid indol monoterpenoid

Psilocybe cubensis mengandung psilocybindan psilocin

Ergot mengandung ergolines

Kodok Sungai Colorado ( Bufo alvarius ) mengandung bufotenin dan 5-MeO-DMT

Permasalahan:

1.      Kita ketahui bahwa morfin dalam golongan alkaloid itu diperoleh dari produksi tirosin atau fanilalanin. Dimana tirosin ini banyak pada daging ayam, ikan, telur, kacang, susu dll yang ingin saya tanyakan pada daging ayam, ikan, telur, kacang, susu apakah mengandung senyawa morfin yang mana morfin ini berfungsi sebagai  pereda nyeri?

2.      Jelaskan dari segi biogenetic bagaimana alkaloid itu dapat terbentuk?

3.      Jika terjadinya proses biogenetic yang mana nanti akan akan muncul jenis jenis alkaloid yang lain , yang ingin saya tanyakan baik itu kegunaan serta struktur dari alkaloid itu apakah juga akan berubah coba anda jelaskan?