Biogenetik Alkaloid pada Makhluk Hidup

Pada pembahasan kali ini kita akan membahas terkait biogenetik dari senyawa alkaloid pada makhluk hidup. Pada pembahasan kali ini juga akan dibahas terkait kemungkinan proses biosintesis senyawa turunan alkaloid pada makhluk hidup. Sebelum masuk pada pokok pembahasan, alangkah baiknya jika kita ulang kembali sedikit tentang alkaloid.

Alkaloid sendiri diartikan sebagai salah satu senyawa yang termasuk kedalam golongan metabolit sekunder yang mempunyai sifat alkali. Nama alkaloid sendiri diambil karena senyawa ini memiliki sifat alkali. Alkaloid ini dikatakan memiliki sifat alkali dikarenakan senyawa ini mempunyai nitrogen baik satu atau lebih dalam bentuk amina primer, sekunder, maupun tersier. Alkaloid ini diartikan juga sebagai suatu senyawa organik siklik yang memiliki nitrogen secara terbatas dengan tingkat oksidasi negatif dalam makhluk hidup.

Biogenetik sendiri dapat diartikan sebagai suatu zat atau senyawa yang dihasilkan oleh suatu makhluk hidup melalui suatu proses yang nantinya zat atau senyawa ini akan berguna untuk kelangsungan makhluk hidup. Proses yang digunakan untuk menghasilkan zat atau senyawa yang berguna tadi disebut juga dengan biosintesis. Lebih jelasnya biosintesis dapat diartikan sebagai proses yang terdiri dari beberapa tahap, dimana tujuannya adalah mengubah substart menjadi produk yang jauh lebih kompleks. Proses ini umumnya dikatalis oleh suatu enzim. Dilihat dari sisi biogenetiknya, alkaloid ini terdiri dari beberapa asam amino. Alkaloid alisiklik yang terdiri dari asam amino ornitin dan lisin, seperti higrin. 
Pada pembahasan kali ini kita akan lebih fokus membahas tentang biosintesis dari senyawa alkaloid yaitu morpin.

Gambar jalur biosintesis morphin

Seperti dapat dilihat pada gambar diatas, dimana tahap awal biosintesis ini diawali dengan reaksi kondensasi yang dikatalis oleh enzim norcoclaurine sintase (NCS) pada senyawa dopamine dan  4-hydroxyphenylacetaldehyde, dimana pada saat proses penggabungan tadi katalis yang digunakan akan menyerang atom hidrogen alpa, hidrogen akan lepas dan akan mensubsitusi dan bergabung dengan ikatan yang lain dan 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. Lalu 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 selanjutnya adalah akan terjadi proses reduksi enzim dan penambahan O₂ yang diikuti dengan proses oksidasi ensim dan H­₂O. Dari proses ini akan 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. Dimana thebaine ini akan mengalami reaksi secara spontan dan menghasilkan Codeinon. Codeinone reductase ( COR ) yang bergantung pada NADPH mengurangi codeinone menjadi codeine dan codein ini akam menjadi sebuah morfin.

Permasalahan

1.      Salahsatu senyawa alkaloid adalah morfin. Morfin ini memiliki kegunaan sebagai analgesik. Nah apabila morfin ini mengalami proses biogenetik dan menghasilkan senyawa baru, apakah tidak mengganggu sifat analgesik yang dimiliki oleh morfin?

2.      Apakah semua alkaloid ini terbentuk atau tersintesis dari suatu asam amino? Mohon dijelaskan.

3.      Alkaloid ini terdiri dari bermacam-macam. Apakah proses biogenetik yang membuat munculnya berbagai macam jenis alkaloid ini mempengaruhi fungsi dan kegunaanya?

 

Potensi Pemanfaatan Alkaloid untuk Makhluk Hidup

Pada pembahasan sebelumnya kita telah membahas terkait keragaman dan keunikan dari struktur kimia alkaloid. Pada pembahasan kali ini kita akan membahas terkait manfaat dari senyawa alkaloid itu sendiri bagi makhluk hidup. Sebelum masuk ke pemanfaatan alkaloid, alangkah baiknya kita sedikit mengulang terkait pembahasan di postingan sebelumnya.

Alkaloid sendiri diartikan sebagai salah satu senyawa yang termasuk kedalam golongan metabolit sekunder yang mempunyai sifat alkali. Nama alkaloid sendiri diambil karena senyawa ini memiliki sifat alkali. Alkaloid ini dikatakan memiliki sifat alkali dikarenakan senyawa ini mempunyai nitrogen baik satu atau lebih dalam bentuk amina primer, sekunder, maupun tersier. Alkaloid ini diartikan juga sebagai suatu senyawa organik siklik yang memiliki nitrogen secara terbatas dengan tingkat oksidasi negatif dalam makhluk hidup.

Fungsi Alkaloid pada Tumbuhan

Senyawa alkaloid ini selama ini banyak membuat orang tertarik karena memberikan pengaruh di bidang farmasi, hanya saja dia tetap memiliki peranan yang hampir sama jika di dalam tumbuhan. Hal ini dikarenakan sifat basa yang dimiliki oleh senyawa alkaloid itu sendiri, hal ini akan membuat senyawa alkaloid ini bisa menukar basa mineral dalam fungsinya untuk mempertahankan keseimbangan ion di tumbuhan. Senyawa alkaloid ini dapat diperoleh pada beberapa bagian di tubuh tumbuhan, diantaranya seperti akar, batang, dauh, dan biji. Pada tanaman, senyawa alkaloid ini berperan untuk melindungi tanaman yang ada alkaloid ini dari gangguan serangga ataupun herbivora. Hal ini dikrenakan sifatnya yang toksik (racun). Senyawa alkaloid ini juga digunakan untuk pengaturan pertumbuhan dari tanaman dan senyawa ini juga mengatur penyimpanan unsur-unsur yang dibutuhkan oleh tanaman tersebut.

Fungsi Alkaloid bagi Dunia Medis

Senyawa alkaloid telah banyak diketahui memiliki manfaat bagi dunia kesehatan. Salah satu senyawa alkaloid yang peling sering digunakan dalam dunia kesehatan adalah morfin.

 

Gambar struktur Kafein

 

Gambar struktur morfin

 

Morfin ini biasanya digunakan dalam menahan rasa sakit. Penggunaanya yang sesuai dosis memilik manfaat baik bagi kesehatan, namun penggunaannya yang berlebihan banyak terjadi dan disalahgunakan menjadi obat-obat yang terlarang. Selain morfin, kafein juga termasuk golongan alkaloid yang memiliki manfaat untuk menenangkan sarah, dan dapat digunakan untuk menghambat rasa kantuk. Nikotin juga termasuk ke dalam golongan alkaloid yang dapat menstimulasi kerja saraf otonom pada makhluk hidup. Kodein juga masuk kedalam golongan alkaloid yang digunkan untuk mengobati batuk. Selain senyawa yang disebutkan diatas masih ada banyak senyawa yang termasuk ke dalam golongan akaloid yang digunakan manfaatnya dibidang medis dan kesehatan.

Sumber-sumber Senyawa Alkaloid

Tanaman Opium

Tanaman opium merupakan tanaman yang banyak dibudidayakan di amerika latin dan afganistan. Tanaman ini merupakan salah satu tanaman yang menghasilkan morfin. Getah tanaman opium ini apabilah diproses lebih lanjut dapat dijadikan morfin.

Tembakau

Tanaman tembakau merupakan salah satu tanaman yang dapat menghasilkan senyawa alkaloid, tepatnya nikotin. Selain bermanfaat dibidang kesehatan yaitu sebagai stimulasi kerja saraf otonom. Nikotin ini juga biasa digunakan sebagai bahan dalam rokok yang memberikan efek negatif bagi tubuh.

Tanaman Kopi

Tanaman kopi adalah termasuk ke dalam tanaman yang menghasilkan senyawa alkaloid lebih tepatnya golongan kafein. Kafein ini diketahui memiliki beberapa manfaat bagi tubuh seperti memberikan rasa tenang pada saraf dan dapat menghambat rasa kantuk.

Permasalahan

1.      Bagaimana bisa senyawa alkaloid yang ada pada tanaman ini membuat tanaman tersebut terbebas dari gangguan hama atau serangga?

2.      Nikotin merupakan salah satu alkaloid yang berfungsi menstimulasi kerja saraf otonom. lalu mengapa nikotin dalam rokok dapat memberikan efek negatif bagi tubuh?

3.      Kafein yang terdapat pada biji kopi merupakan alkaloid yang sering dikonsumsi. Adakah pengaruh pengolahan biji kopi terhadap kandungan dan manfaat yang diberikan oleh kafein ini?

Keragaman dan Keunikan Struktur Kimia Alkaloid

Pada pembahasan kali ini kita akan membahas terkait senyawa bahan alam yaitu alkaloid.

Alkaloid sendiri diartikan sebagai salah satu senyawa yang termasuk kedalam golongan metabolit sekunder yang mempunyai sifat alkali. Nama alkaloid sendiri diambil karena senyawa ini memiliki sifat alkali. Alkaloid ini dikatakan memiliki sifat alkali dikarenakan senyawa ini mempunyai nitrogen baik satu atau lebih dalam bentuk amina primer, sekunder, maupun tersier.

Alkaloid ini diartikan juga sebagai suatu senyawa organik siklik yang memiliki nitrogen secara terbatas dengan tingkat oksidasi negatif dalam makhluk hidup.

Berbeda dengan senyawa hasil alam lainnya, senyawa alkaloid ini tidak ditemukan disemua jenis tanaman. Selain pada tanaman, senyawa alkaloid ini juga masih jarang dilaporkan ditemukan dalam organisme lain seperti bakteri dan jamur. Senyawa alkaloid ini umumnya ditemukan pada tumbuhan tingkat tinggi angiosperma terutama pada tumbuhan dikotil. Beberapa tanaman monokotil yang mengandung alkaloid seperti famili liliaceae dan amarillidaceae dan beberapa tanaman anggrek. Famili asteraceae, berberidaceaes, euphorbiaceae, rubiaceae, dan solanaceae merupakan tumbuhan dikotil yang dilaporkan mengandung alkaloid.

Alkaloid ini terkandung di hampir semua bagian tanaman, baik pada akar, kulit batang, daun ataupun buah seperti pada tanaman opium.

Gambar tanaman opium

Bagian organ yang memiliki kandungan senyawa alkaloid tinggi, belum tentu menunjukkan bahwa alkaloid itu diproduksi dibagian tanaman itu. Hal ini dikarenakan banyak dilaporkannya transpor aktif senyawa alkaloid antar bagian organ pada tanaman.

Senyawa alkaloid yang terdapat pada tanaman ini membantu untuk menjalankan fungsi tumbuhan untuk kelangsungan hidup tanaman. Pada umumnya, senyawa alkaloid ini memiliki rasa yang sangat pahit. Rasa pahit yang dimiliki oleh senyawa alkaloid ini membuat tumbuhan yang mengandung senyawa alkaloid ini aman terhadap gangguan hewan herbivora. Senyawa alkaloid pada tanaman ini juga melindungi tanaman dari serangan serangga, mikroorganisme, maupun bakteri dan virus. Senyawa alkaloid memiliki sifat toksik sehingga ada yang mengatakan bahwa senyawa alkaloid ini merupakan proses detoksifikasi senyawa beracun yang ada pada tanaman. Dimana proses detoksifikasi dilakukan dengan mengubah senyawa menjadi alkaloid yang tidak toksik terhadap tanaman penghasilnya.

Berdasarkan sumber atom N dalam strukturnya, senyawa alkaloid ini dapat dibedakan menjadi 8, yaitu sebagai berikut.

1.      Alkaloid yang berasal dari ornitin

2.      Alkaloid yang berasal dari lisin

3.      Alkaloid yang berasal dari asan nikotinat

4.      Alkaloid yang berasal dari tirosin

5.      Alkaloid yang berasal dari triptofan

6.      Alkaloid yang berasal dari asam antranilat

7.      Alkaloid yang berasal dari histidin

8.      Alkaloid yang berasal dari proses aminasi dan alkaloid purin

Berdasarkan kerangka karbon dimana atom nitrogen berada alkaloid diklasifikasikan menjadi 14:

1.      Alkaloid amino

2.      Alkaloid piridin dan piperidin

3.      Alkaloid tropan

4.      Alkaloid pirolizidin

5.      Alkaloid quinolizidin

6.      Alkaloid isoquinolin

7.      Alkaloid benzofenantridin

8.      Alkaloid tetrohidroisokuinolin terpenoid

9.      Alkaloid indol

10.  Alkaloid quinolin

11.  Alkaloid imudazol

12.  Alkaloid steroid

13.  Alkaloid akonitum

14.    Alkaloid guanidinium

Permasalahan

1.      Berbeda dengan tanaman hasil alam lainnya yang banyak ditemukan pada tumbuhan, senyawa alkaloid ini tidak ditemukan pada semua jenis tumbuhan. Lalu apa yang menyebabkan hal tersebut?

2.      Dikatakan bahwa senyawa alkaloid ini memiliki rasa pahit dan bersifat toksik. Struktur alkaloid yang bagaimana yang membuat alkaloid bersifat toksik?

3.      Metabolit sekunder berfungsi untuk pertahanan diri. senyawa alkaloid ini dapat sebagai metabolit sekunder bagi tanaman itu sendiri. Mohon Anda jelaskan sifat alkaloid yang bagaimana yang dapat membuat tanaman tersebut dikatakan sebagai metabolit sekunder tanaman itu sendiri?