PowerPoint Presentation
Metabolit sekunderAgustina Setiawati, M.Sc., Apt
1ReferensiPaul 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, UKSamuelsson, G., 1999, Drugs of Natural Origin-A Textbook of Pharmacognosy, 4th revised Ed., Apotekarsocieteten, SwedenBruneton, 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., SpringerJurnal-jurnal terkait
2Kenapa kita mempelajari alkaloid?3Efek farmakologis AlkaloidAnalgesik dan narkotik: morfin dan kodeinStimulansia sentral: kofeinAnti asma: efedrinAntihipertensi: reserpinRelaksan otot halus: atropin dan papaverinRelaksan otot skeletal: tubocurarindll4AlkaloidDefinisi:Alkaloid: Alkali-likeSenyawa (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 organisms5Klasifikasi alkaloidTrue-alkaloid:Berasal dari asam aminoBersifat basaAtom N ada pada cincin heterosiklisTerdapat dalam bentuk garam dengan asam organikContoh: atropin, morfin6Pseudoalkaloid: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
Protoalkaloid:Amin sederhana dimana atom nitrogennya bukan merupakan bagian dari cincin heterosiklik, bersifat basa dan berasal dari asam amino, misal meskalin
7Fakta 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: kolkhisin
8Keberadaan:Umumnya terdapat dalam bentuk garamnya dengan asam organik atau anorganik atau dalam kombinasi dengan asam tertentu
Ada yang terdapat dalam bentuk glikosida, misal -chaconin
9Keberadaan:Terdapat tidak di semua famili tumbuhanMonocotil: terbanyak di Liliaceae dan AmaryllidaceaeDicotil: terbanyak di Apocynaceae, Papaveraceae, FabaceaeTerdapat dalam jumlah sangat kecil (ppm) dalam Catharanthus roseus sampai dengan 15% dalam kulit batang Cinchona ledgerianaDapat ditemui pada bakteri, algae, fungi dan lichenContoh: pyocyanin dari P. aeruginosa; ergolin dari ClavicepsTerdapat juga pada hewan: Bufo, salamander, arthropod
10Umumnya merupakan campuran kompleks dari jalur biogenesis yang sama, yang didominasi salah satu konstituen Kandungan alkaloid dapat bervariasi pada tiap tahap pertumbuhan tumbuhan
11Dapat ditemui di semua bagian tanaman tetapi umumnya dominan di salah satu bagian, biasanya di kulit batang, daun dan buah.Biasanya terdapat dalam jaringan perifer Beberapa terdapat dalam sel atau jaringan khusus misal:Alkaloid opiumAlkaloid tropanDalam sel individu biasanya terdapat dalam vakuola dan bukan pada protoplas atau dinding sel
12Lokasi: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
13Fungsi bagi tanaman:Rasa pahit: deterrent terhadap herbivoraBagian dari pertahanan tubuh (fitoaleksin)KompetisiDetoksifikasi (?)Pirimidin nukleotida dan tetrapirol esensial bagi pertumbuhan dan perkembangan tanamanAtraktan: betalain terdapat pada bunga dan buah; beberapa alkaloid pirolizidin meniru feromon kupu2Akumulasi di biji, untuk cadangan N (?), kandungan alkaloid mencapai puncaknya pada akhir masa vegetasi tanaman (masa berbunga dan pembentukan biji)
14Sifat fisikokimiawi:
Bentuk basa tidak larut dalam air (larut dalam pelarut organik)
BM 100-900
Memiliki titik lebur yang tajam, tanpa dekomposisi, biasanya di bawah 200C
15Alkaloid 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
16Stabilitas
Pengaruh pemanasan sebagian besar terdekomposisi, beberapa tersublimasi, contoh: kafein
Pengaruh asamAsam kuat dalam keadaaan dingin/ asam lemahdengan pemanasan menyebabkan perubahan struktur kimia
17
Dehidrasi: morfin mjd apomorfinN atau O-Demetilasi: kinin, kodein, papaverin, narkotinHidrolisis:Ester: kokain, atropinGlikosidik: solanin: solanidin + ramnosa + glukosa + galaktosa
18Alkali: Larutan alkali encer (NH4OH atau NaOH) membebaskan alkaloid basa dari garamnyaDapat 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
19Ester alkaloid mengalami hidrolisis dengan adanya pemanasan dalam suasana basa, contoh atropin dan kokainAlkaloid dengan gugus lakton seperti pilokarpin mudah terdekomposisi dalam suasana basa
20Pembentukan artefak:DCM dan kloroform: alkaloid tersier mjd kuartener; reaksi substitusi (berberin), pembentukan N-oksid (reserpin)Amoniak: ester dan ketonNaOH: fenol menjd fenolat
GentiopikrosidGentianinLarutan amoniak, RT21
Eter yang mengandung peroksidaAlkaloid chinarinDerivat N-oksid
Sinar matahari (h > 300 nm)ColchicinBeta-lumicolchicin22
Asam LisergatAsam isolisergatRasemisasi dengan adanya pengaruh asam-basa, misal hyosiamin menjadi atropin23
Stereokimia:
Sebagian besar optik aktif (biasanya levorotatori), kecuali yang termasuk gugus purin24
25Biasanya, 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 (+)-isomer Tubocurarin hanya aktif dalam bentuk d (+),
26
(-) kuinin dan (+)-kuinidin sama2 aktif, sementara () atropin aktif 27Kebasaan
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
28Kebasaan
Piridin, kuinolin dan isokuinolin: basaPirolidin merupakan basa kuatPirol dan indol, bersifat asam
29
30Alkaloid 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
31Nomenklatur:Suffix in misal: emetin (emetik), hygrin (hygroskopisitas); papaverin (papaver); pelletierinKinin-kinidin; hydrastin-hydrastininNikotin-nornikotinPseudo-, iso-, neo-, epi-, allo- dll
32Deteksi dan karakterisasiReaksi pengendapanReagenKandunganHasilDragendorffK[BiI4]oranyeMayerK2[HgI4]Kuning-putihGaram Reinecke(NH4Cr[CNS]4(NH3)2)Pink, mengambangScheiblersWolframat-asam fosfatKuning, amorphSonnenscheinMolibdat-asam fosfatKuning, lalu biru hijauLarutan tanin5% dalam airKecoklatanHagerAsam pikrat jenuhKuningWagnerI/KIMerah coklat33Pereaksi warna:Erdman: asam sulfat dengan sesepora asam nitratFroehd: asam sulfat yang mengandung asam molibdat atau amonium molibdatMarqui:asam sulfat mengandung formaldehidMandelin: asam sulfat yang mengandung asam vanadat atau amonium vanadat
Positif palsu dengan komponen seperti senyawa pahit dan glikosida 34Pereaksi spesifik:Alkaloid ergot: Erlich (Van-Urk): p-dimetilaminobenzaldehida dalam suasana asam memberi warna biru atau hijau-abu2Alkaloid indol: Cerric ammonium sulfat (CAS) dalam suasana asamAlkaloid tropan: Vitali-Morin (ungu)Alkaloid kina: ThaleoquineAlkaloid purin: reaksi mureksidAlkaloid morphin: Marquis
35KLT:Silika gel, aluminium oksida, kieselgur, selulosaPada 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 palsuKumarin, 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)
36Isolasi AlkaloidEkstraksi dengan pelarut organik yang tidak campur air: kloroform, eter, metilen klorida dan toluen, dilakukan dengan perkolasi atau sokhletasi, dengan penambahan basa yang sesuaiAlkaloid kuartener dan N oksid larut dalam airEkstraksi dengan pelarut organik yang dapat campur dengan air seperti etanol dan metanolDapat melarutkan alkaloid basa dan garamEkstraksi dengan terlebih dulu dilakukan pengasamanPengendapan alkaloid dengan reagen pengendap alkaloidPenggunaan kation exchange resin37MaterialPEFraksi PELemak dan lilinFraksi etanol atau metanol airdipekatkanKloroform dan asam tartratFraksi kloroform atau EtOAcAlkaloid netral dan basa lemahFraksi asamPenambahan basaKloroform atau EtOAcFraksi kloroform atau EtOAcAlkaloid primer, sekunder dan tersierFraksi basaAlkaloid kuartener dan N-oksid38Isolasi AlkaloidBasa kuat dibutuhkan untuk membebaskan garam alkaloid basa kuat dengan asam mineral kuatAlkaloid ester dan lakton membutuhkan basa lemah (Natrium bikarbonat atau natrium karbonat) untuk menghindari hidrolisisAlkaloid fenolik: NH4OHJika terdapat komponen yang berlemak, penggunaan basa kuat dihindari karena dapat menimbulkan penyabunanNH4OH: disukai karena dapat membebaskan sebagian besar garam alkaloid, dan mudah menguapCaOH digunakan untuk alkaloid opiumGaram alkaloid dengan asam tanat, diasamkan dulu dengan HCl encer dan kemudian dibasakan39Analisis kuantitatif AlkaloidVolumetri: berdasarkan sifat kebasaan alkaloidGravimetri: menimbang residu alkaloidSpektrofotometri: dengan penambahan pereaksi warnaFluorimetri: kinin dan kinidinPolarimetri: optical activity Kromatografi: KLT, KG, HPLC40Penggolongan berdasarkan biogenesisnya:A. Alkaloid heterosiklis yang berasal dari asam amino:OrnithinLisinTirosinFenilalaninTriptofanAsam antranilatHistidinB. Alkaloid heterosiklis yang berasal dari nukleotid purinC. Alkaloid yang terbentuk melalui transaminasi: terpenoid alkaloidD. Alkaloid yang terbentuk melalui transaminasi dimana N atom terletak pada eksosiklis
41
42Atropa belladonaHerba: 0,3 0,6% alkaloid terdiri atas (-)-hyosiamin, (-)-hyosinAkar: 0,4 0,8% alkaloid terdiri atas (-)-hiosiamin, (-)-hyosin, (-)-cuscohigrin
43
Datura stramoniumDatura metel44
Mandragora officinarumDuboisia myoporoidesScopolia carniolica45
Alkaloid tropanHiosiamin: Antispasmodik (g.i), midriatik, antisekretori (saliva), antidot pada inhibitor asetilkolinesterase (fisostigmin, neostigmin, organofosfat)Hiosin (skopolamin): depresant CNS, anti motion-sickness46
47
Erythroxylum coca
Kandungan alkaloid: 0,7-2,5% (40-50% adalah (-)-Kokain48Mekanisme 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
49
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 lokalGugus fungsional: aromatik ester karboksil dan amino basis yang dipisahkan oleh rantai lipofilik
50
51Alkaloid Pirolizidin
Symphytum officinale52
53
Piper nigrum
54
Alkaloid yang berasal dari asam nikotinatAlkaloid piridin55
Nicotiana tabacum0,6-9% (-)-nikotin selain anabasin dan nornikotinDi daun berada dalam bentuk garam dengan asam sitrat atau malatNikotin dalam kadar rendah: stimulant pernafasan, dalam kadar tinggi depressant pernafasanNikotin digunakan sebagai insektisida dan untuk menghentikan kebiasaan merokok56
57Alkaloid yang berasal tirosinAlkaloid fenil etil amin
Alkaloid Feniletil isokuinolin58
Katekolamin:NeurotansmiterAlkaloid fenil etil amin59
Chondrodendron tomentosumAlkaloid Benziltetrahidroisokuinolin60Alkaloid Benziltetrahidroisokuinolin yang termodifikasi
61Papaver somniferum
OpiumLaudanumPapaveretum: campuran garam HClOpioid
62
63
64
65
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 high66
67
Papaver bracteatum
68Alkaloid Feniletilisokuinolin
Colchicum autumnalePenggunaan: gout (sebagai antiinflamasi)Efek: antimitotik (poliploidi untuk mendapat tanaman varietas baru akibat multiplikasi kromosomdi nukleus tanpa diikuti pembelahan sel)69
Cephaelis ipecacuanhaAlkaloid terpenoid tetrahidroisokuinolin
Efek: antiamuba, emetik, ekspektoran, inhibitor sintesis protein (tahap translokasi)70
71
O-methypsychotrine: efek inhibisi sintesis protein kecil tapi menghambat HIV-reverse transcriptase72
Alkaloid yang berasal dari triptofan
Alkaloid terpen indol735-Hidroxytryptamine (Serotonin)
74
75
Psilosibin(prodrug)
Psilosin(aktif)
Asam atau fosfatase
76
Rauwolfia serpentina
77Catharantus roseus
78
Strychnos nux-vomica
79
Cinchona ledgerianaAlkaloid Kuinolin80
81
82
Camptotheca acuminata
83
Physostigma venenosum
84Mekanisme 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
85
86
87
Alkaloid yang berasal dari HistidinAlkaloid imidazole
Pilocarpus jaborandi
88
89
Alkaloid yang berasal dari fenilalaninEphedra sp.
90
Alkaloid purin91Alkaloid yang berasal dari reaksi transaminasi
Derivat asetatConium maculatum92
Pseudoalkaloid93
Alkaloid steroidal94
95
96
9798
