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
