disusun oleh: hendig winarno - · pdf filemensintesis karbohidrat, protein, asam nukleat,...

UP-S2-NPC-Hendig Winarno 1

KIMIA BAHAN ALAM

Disusun oleh:

Hendig Winarno

UNIVERSITAS PANCASILA

PROGRAM PASCA SARJANA

PROGRAM STUDI ILMU KEFARMASIAN

2 0 1 0


KIMIA BAHAN ALAM

• Segala aspek kimia dari senyawa yang berasal dari sumber hayati

dan nabati (hewan, tanaman, mikroorganisme).

• Semua organisme perlu melakukan transformasi dan interkonversi

berbagai senyawa organik yang memungkinkan dirinya untuk hidup,

tumbuh, dan berkembang biak.

• Organisme memerlukan:

- energi dalam bentuk ATP

- suplai building blocks untuk membangun jaringan

• Untuk keperluan tersebut diperlukan suatu reaksi kimia yang

umumnya dimediasi oleh enzim yang mempunyai jaringan

terintegrasi, yang secara umum dikenal dengan intermediary

metabolism.

• Beberapa senyawa yang penting bagi kehidupan adalah:

- Karbohidrat - Lemak

- Protein - Asam nukleat


* Karbohidrat : polimer dari unit gula

* Protein : polimer dari asam amino

* Asam nukleat : tersusun dari nukleotida

* Lemak : senyawa tunggal

• Organisme: mempunyai kapasitas yang sangat luas dalam

mensintesis dan mentransformasi senyawa kimia.

tanaman sangat efisien mensintesis senyawa anorganik

melalui fotosintesis,

hewan dan mikroorganisme memenuhi kebutuhan

kalorinya dari tumbuhan.

• Karakteristik suatu makluk hidup dalam memodifikasi atau

mensintesis karbohidrat, protein, asam nukleat, dan lemak secara

esensi diketahui merupakan peristiwa yang terjadi pada hampir

semua makluk hidup, dan disebut metabolime primer.


Metabolit sekunder

• Selain primary metabolic pathways, organisme juga melakukan

metabolisme yang berhubungan dengan senyawa yang lebih

terbatas di alam. Proses ini disebut metabolisme sekunder, dan

senyawa yang terlibat dalam proses metabolisme ini disebut

metabolit sekunder.

• Protein akan disintesis dari asam amino yang sesuai; dan

kebutuhan thd protein bervariasi untuk setiap organisme.

• Umumnya organisme hanya dapat mensintesis asam amino

tertentu yang dibutuhkan untuk sintesis protien. Asam amino yang

tidak disintesis merupakan asam amino esensial dan harus

diambil dari sumber eksternal.


• Senyawa metabolit sekunder (misalnya flavonoid, terpenoid,

steroid, alkaloid) ditemukan hanya ditemukan pada organisme

spesifik, kelompok organisme tertentu, atau spesies tertentu.

• Metabolit sekunder tidak diproduksi pada setiap kondisi, dan

banyak senyawa belum diketahui kegunaannya bagi organisme

(dirinya sendiri).

• Beberapa yang telah diketahui:

- Senyawa bersifat toksik: mempertahankan diri thd predator.

- senyawa atraktan volatil: untuk merangsang sesamanya

atau spesies lainnya.

- Zat warna: untuk menyesuaikan dengan musim.


• Berbagai senyawa metabolit sekunder banyak yang merupakan

senyawa bioaktif secara farmakologis.

primary

metabolicbiochemistry

secondary

metabolic

natural productschemistry

metabolit

primermetabolit

sekunder

grey

area


Building Block

metabolit sekuder

yg diturunkan dari

metabolit primer

BUILDING BLOCK


• Building Block yang penting digunakan dalam biosintesis metabolit

sekuder diturunkan dari senyawa-antara

- acetyl coenzyme A

- shikimic acid

- mevalonic acid

acetate pathway

shikimate pathway

mevalonate pathway

• acetyl-coA: dibentuk dari asam piruvat yang merupakan hasil

dekarboksilasi pada glycolitic pathway.

• acetyl-coA juga diproduksi dari b-oksidasi asam lemak, dan

secara reverse asam lemak disintesis dari acetyl-coA.

• Metabolit sekunder berupa fenol, prostaglandin, beberapa

antibiotik, dan beberapa asam lemak diturunkan dari metabolisme

primer-sekunder.


• Shikimic acid dihasilkan dari phosphoenolpyruvate yang

merupakan senyawa-antara pada glycolytic pathway.

• Erythose-4-P dari glucose-6-P

• Shikimate pathway juga menghasilkan fenol, derifat asam

sinamat, lignan, dan alkaloid.

• Mevalonic acid dihasilkan dari acetyl-coA

• Mevalonate pathway-Channel acetate merupakan seri terpisah.

• Mevalonate pathway bertanggungjawab pada seri biosintesis

yang menghasilkan berbagai senyawa terpenoid dan steroid.


• Selain acetyl-coA, shikimic acid, dan mevalonic acid, sintesis

bahan alam juga sering dibangun dari building block berdasar

asam amino.

• Peptida, protein, alkaloid, dan berbagai senyawa antibiotik

diturunkan dari asam amino.

• Fenilalanin, tirosin, dan triptopan disintesis dari shikimic acid

pathway.

• Ornithine (bukan asam amino protein) yang merupakan

prekursor dari alkaloid, disintesis dari KREBS cycle.

• Berbagai jenis senyawa bahan alam disintesis dengan

mengkombinasikan berbagai bhn dr acetyl, shikimate, dan

mevalonate pathways.

• Berikut beberapa building block (BB) yang secara rutin

digunakan :


: BB paling sederhana, tdr dr atom

C tunggal, biasanya dlm bntk

gugus metil, sering berikatan dng

O, N, dan jarang dng C.

: terdiri dari 2 atom C,

sumber acetyl-CoA,

rantai alkil pnjng, fenol

(Mevalonate)


pyrrolidine

piperidine

Ke-8 BB tersebut di atas merupakan dasar

dari berbagai struktur senyawa bahan alam


Contoh senyawa yg merup. kombinasi dari bbrp B. Block


MEKANISME KONSTRUKSI

• Sintesis seny. bahan alam dikatalisasi oleh enzim

• Enzim:

PLP (pyridoxal phosphate)

HSCoA

juga berperan

dlm reaksi

transformasi

• Kofaktor NAD+ (nicotinamide adenine dinucleotide)

- Molekul protein yg memfasilitasi modifikasi kimia dari

substrat berdasar sifat ikatan yg spesifik melalui

kombinasi gugus fungsi yg ada pada asam amino.

- Mengkatalisasi reaksi secara tak terduga.

- Langkahnya dapat dilacak berdasarkan prinsip dan

mekanisme reaksi kimia biasa.

- Berperan secara lebih efisien dan lebih cepat dibanding

reaksi transformasi biasa, meskipun pada kondisi reaksi

yang minimum.


REAKSI ALKILSI: Substitusi Nukleofilik (SN)

(a) formation of SAM

• Bld Block C1 dari L-Met masuk ke ATP secara SN SAM

• Dengan adanya muatan (+) pada S, -CH3 merupakan leaving

group yang baik


NUKLEOFIL

• Terjadinya reaksi SN2 menghasilkan O-CH3 dan N-CH3 linkages

• Metilasi karbon juga dpt dilakukan thd o- atau p-fenol, atau posisi di

sebelah C=O


• DMAPP yang mengandung isoprene (BB C5) merpk. alkilating agent.

• Diphosphate (PP) pada DMAPP merupakan leaving group yang baik.

• Pada kondisi tertentu, DMAPP mula2 membentuk stabilisasi

resonansi karbokation alilik, sehingga mengikuti mekanisme SN1.


• Sebagai alkilating agent DMAPP dapat digunakan untuk meng-

alkilasi nukleofil.

• Gabungan beberapa isoprene melalui mekanisme adisi elektrofilik

menghasilkan terpenoid dan steroid.

• Karbokation alilik bereaksi dng IPP via mekanisme adisi elektrofilik.

REAKSI ALKILASI: Adisi Elektrofilik


(c) discharge of carbocation

(b) generation of carbocation


• Derivat terpenoid dan steroid alam hanya dapat dibangun dari

isoprene (C5) jika penyusunan ulang terjadi selama biosintesis.

• Proses penyusunan ulang secara eksperimen selalu melibatkan

senyawa-antara karbokation (carbocation intermediate) dengan

mekanisme SN1 (kadang-kadang juga E1).

• Penyusunan ulang tipe 1,2 shift dari hidrida, metil, atau alkil. 1,3-

shift atau lebih kadang juga terjadi.

• Pergeseran seperti tsb dinamakan WAGNER-MEERWEIN

REARRANGEMENTS.

WAGNER-MEERWEIN Rearrangements


• Beberapa contoh lain Wagner-Meerwein rearrangements


• Pada langkah 1, hidrogen ditarik oleh basa dari a-karbon

membentuk karbanion yang merupakan reagen nukleofil.

• Karbanion yang terbentuk dapat mengalami stabilisasi resonansi

menjadi anion enolat.

(Sangat penting dalam elaborasi senyawa metabolit primer & sekunder)

Aldol and Claisen Reactions


• Langkah 2, karbanion menyerang gugus karbonil

• Langkah 3, leaving group lepas (Claisen condensation), atau

protonasi (aldol condensation).

b-ketoester;

b-hydroxy acid;


• Dalam banyak kasus, reaksi biokimia melibatkan ester CoA,

mis. acetyl-CoA yg merup. tioester dr asam asetat.

tioester merupakan leaving group lebih

baik dibanding O-ester, shg lebih reaktif

pada reaksi Aldol maupun Claisen.


• Contoh reaksi Claisen :

konversi acetyl-CoA mjd malonyl-CoA melalui reaksi karboksilasi

dengan CO2 (sbg HCO3-)mengg. ATP dan coenzim biotin.


• Contoh reaksi Claisen :

konversi acetyl-CoA dan malonyl-CoA menjadi acetoacetyl-CoA

b-ketoester

• Prinsip reaksi Claisen :

aktivasi a-karbon oleh gugus karboksil


• Dalam reaksi kimia organik, sintesis acetoacetilacetate

berdasarkan reaksi Claisen adalah sbb:


Reverse Aldol & Reverse Claisen Reactions

Kedua reaksi reverse tersebut, meskipun jarang dijumpai tetapi

terjadi pd senyawa bahan alam, mis. degradasi asam lemak.

ribose

adenine

P P ribitol

flavinFAD

b-oksidasi merupakan pemutusan asam

lemak dimana unit C2 sebagai acetyl-CoA

lepas, shg rantai C asam lemak berkurang 2.


Schiff Base Formation and Mannich Reaction

(a) Schiff Base Formation

Pembentukan ikatan C-N sering dilakukan melalui reaksi kondensasi antara

amina dng aldehid/keton. Mekanismenya adlh adisi nukleofilik dilanjutkan dng

eliminasi H2O menghasilkan imine (Schiff base).


Proses sebaliknya juga dapat terjadi, yaitu hidrolisis imine

menjadi amine dan aldehid/keton.


• Ion iminium yg terbentuk dlm reaksi a) dpt bereaksi lebih lanjut

dng karbanion (nukleofil) yg dikenal dng reaksi Mannich.

• Reaksi Mannich merupakan bagian dlm reaksi biosintesis

alkaloid.


• Merupakan perubahan gugus amino (pada asam amino)

menjadi gugus keto acid.

• Merupakan reaksi penambahan N kepada asam amino, atau

sebaliknya menghilangkan N dari asam amino.

Transamination

Aminasi secara reduksi

dr 2-oxoglutaric acid

menjadi L-Glu

(Krebs cycle; sheet no.7-8)


Pasangan glutamic acid/2-oxoglutaric acid, merupakan

molekul donor/acceptor untuk gugus amino.


Adanya Co-PLP akan

mengubah glutamic

acid mnjd keto acid,

dng mekanisme brkt:


• Dekarboksilasi, penghilangan gugus karboksil (COO)

merupakan salah satu reaksi yang sering berlangsung dalam

biosintesis asam amino.

• BB C6C2N dan indole.C2N diturunkan dari asam amino

melalui penghilangan gugus karboksil.

• Dekarboksilasi juga tergantung pada PLP dan pembentukan

basa Schiff.

• Mekanisme reaksinya mirip transaminasi. Jika pada

transaminasi terjadi penhilangan hidrogen pada a-karbon,

pada dekarboksilasi terjadi penghilangan karboksil.

Decarboxylation Reactions


(a) amino acids


(b) b-keto acids

b-keto acids yang labil terhadap panas mudah mengalami

dekarboksilasi in vitro melalui mekanisme siklisasi.

ortho-fenolic acid mengalami dekarbok-

silasi baik in vitro maupun in vivo

menghasilkan fenol.


para-fenolic acid juga mengalami dekarboksilasi tanpa melalui

mekanisme siklisasi.


TPP merup. coenzyme mengandng cincin thiazole yg memp.

H bersifat asam, shg mampu menghasilkan karbanion.

Pyruvic acid acetaldehyde

Pyruvic

acid


Pyruvic acid acetyl-CoA


Oxidation and Reduction Reactions

• Metabolit sekunder seringkali disintesis atau dimodifikasi melalui

reaksi oksidasi-reduksi.

• Proses reaksi diklasifikasikan berdasarkan jenis enzim dan

mekanisme yang terjadi.

Jika oksidasi berlangsung spt. skema

di samping, maka nukleotida piridin

(NAD+ atau NADP+) merupakan

penerima hidrogen yang baik.

Dehydrogenases

• Melepaskan 2 atom hidrogen dari substrat kepada coenzim

penerima yg sesuai. Sistem koenzim umumnya berhubungan

dengan gugus fungsi dalam substrat yang dioksidasi.


• Proses reaksi dapat balik

(reduksi).

• NAD+ sering digunakan dalam

reaksi oksidasi;

• NADPH sering digunakan

dalam reaksi reduksi.

Sbg.ion hidrida ditransfer ke enzim Sbg. H+ dilepas

ke medium


• Jika proses oksidasi merupakan dehidrogenasi pada alkana

(-CH2-CH2- -CH=CH-), maka nukleotida flavin, misalnya flavin

adenine dinucleotide (FAD) atau flavin mononucleotide (FMN)

merupakan penerima hidrogen yang baik.


Mekanisme oksidasi-reduksi menggunakan FAD/FMN:

• Proses reaksi ini dapat balik, sehingga FADH2/FMNH2 dapat

digunakan untuk proses reduksi.

• Proses reduksi juga sering menggunakan NADPH.


Oxidases

• Melepaskan atom hidrogen dari substrat kepada molekul

oksigen atau H2O2 menghasilkan molekul H2O.

• Oksidase menggunakan H2O2 disebut peroksidase.

Oksidase quinol

menjadi quinon:

(o-cresol)

(p-cresol)


Mono-oxygenases

• Oksigenase mengkatalisis adisi atom oksigen kepada substrat

secara langsung dari molekul O2.

• Jika 1 atom O yang ditambahkan mono-oksigenase, 1 atom

sisanya bereaksi dengan hidrogen dari donor (misal: NADH,

NADPH, vit C) menjadi H2O.

• Jika 2 atom O yang ditambahkan di-oksigenase


• Hidroksilasi aromatik dikatalisis oleh mono-oksigenase

(termasuk sistem cytochrome 450) dan melibatkan senyawa-

antara aren oxide (epoxide).

• Jika epoxide terbuka, hidrogen yang terikat pada C yang

terhidrolisasi akan migrasi ke karbon sebelah.

* * * *

*

*

NIH shift: hydride migration as

mentioned above, observed by

National Institute of Health,

Bethesda, USA.


• Siklisasi secara oksidasi o-hidroksi metoksi benzena juga melibatkan

mono-oksigenase yang tergantung pada cytochrome P-450.

• Enzim menghidroksilasi O-CH3 menjadi senyawa-antara hemiasetal

formaldehid.

• Senyawa-antara ini akan membentuk siklik melalui mekanisme ionik

methylenedioxy bridge.

Pembentukan senyawa siklik

derivat metilendioksi


• Memasukkan 2 atom oksigen pada substrat.

• Biasanya terjadi pemutusan ikatan, termasuk cincin aromatik.

• Berikut beberapa contoh reaksi dioxygenase thd senyawa alkena,

benzena, dan katekol.

Dioxygenases

Pemutusan ikatan C=C di antara -OH

Pemutusan ikatan C=C di sebelah -OH


• Dioxygenase juga dapat terjadi dengan menggunakan 2 substrat

penerima, misalnya 2-oxoglutaric acid dan alkana (R-H) seperti

contoh berikut:

• Dioxygenase seperti di atas juga diperlukan sebagai kofaktor Fe++

untuk menghasilkan enzyme-bound iron-oxygen complex, dan

vitamin C untuk mereduksi kompleks lebih lanjut.


Amine oxydases

• Transformasi amina menjadi aldehid (disebut amine oxidases)

yang juga merupakan oksidasi ezimatik sering terjadi pada

metabolic pathways.

• Dibedakan menjadi: monoamine oxydases dan diamine oxydases.


Baeyer-Villiger oxydases

• Merupakan oksidasi keton oleh peracid menghasilkan ester.

• Prosesnya melibatkan migrasi gugus alkil dari keton.

• Proses secara biokimia reaksi emzimatik yang tergantung pada

FAD atau cytochrome P-450 memerlukan NADPH dan O2.


Phenolic oxydative coupling

• Berbagai senyawa bhn alam dihasilkan dari kopling 2 atau lebih

sistem fenol melalui reaksi radikal.

• Reaksi dapat dilakukan oleh enzim oxydase (temasuk

peroksidase, laccase) yng merupakan penghasil radikal.

• Enzim lain yang mengkatalisis phenolic oxydative coupling adalah

protein yang tergantung pada Cytochrome P-450, dan

memerlukan kofaktor NADPH dan O2, meskipun tidak ada oksigen

yang dibawa oleh substrat.

• Contoh reaksi kopling dari fenol adalah sbb:


Glycosylation reactions

• Glikosida dan polisakarida memerlukan suatu proses untuk

mengikat unit gula melalui ikatan atom yang sesuai sehingga

terbentuk glikosida atau polisakarida yang lebih panjang.

• Ikatan umumnya melalui oksigen, meskipun dapat juga terjadi

melalui N-, S-, dan C-glikosida.

(a) O-glucosylation

a-linkage

UDP = uridine diphosphate


• Glikosida dapat dihidrolisis menggunakan specific hydrolitic

enzyme, seperti juga hidrolisis menggunakan katalisator asam.

• O-, N-, dan S- mudah dihidrolisis oleh asam.

C- stabil thd asam.

(b) Hydrolysis of glycoside

Contoh enzim yang dapat

menghidrolisis glikosida:

a-glucosidase a-glucoside

b-glucosidase b-glucoside

b-galactosidase b-galactoside, etc.


• Ikatan C-glikosida dpt terjadi jika menggunakan C-nukleofilk yg

sesuai, misalnya seny. aromatik yang diaktivasi oleh gugus fenol.

(c) C- Glucosylation

nukleofil


Vitamin B1 (thiamine)

• Struktur: pyrimidinylmethylthiazolin.

• Larut dlm air.

• Banyak tdpt pd makanan, sereal,

kacang2an, telur, yeast, sayuran.

• Kekurangan B1 menyebabkan beri-beri, kekacauan sistem syaraf,

kurang nafsu makan, merasa kelelahan, dan lemah otot.

• Diproduksi secara sintesis.

• Stabil thd larutan asam, tetapi terdekomposisi pada pH > 5, dan

sebagian terdekomposisi selama dimasak.

• Thiamin diphosphate merupakan coenzim untuk pyruvate

dehydrogenase sbg katalisator oksidatif dekarboksilasi pyruvate

menjadi acetyl-CoA (sheet no.41)

Beberapa Vitamin yg Berhubungan dgn Mekanisme Konstruksi


Vit B2 (riboflavin)

• Struktur: cincin isoalloxazin

berikatan dng D-ribitol

• Larut dlm air.

• Banyak tdpt pd mknn, hati, ginjal, telur,

daging, sayuran segar, yeast

• Kekurangan B2 menyebabkan gangguan

pada mata dan kulit.

• Diproduksi secara sintesis, atau fermentasi menggunakan jamur

menyerupai yeast: Eremothecium ashbyii dan Ashbyia gossypii

• Stabil thd larutan asam, tidak terdekomposisi selama dimasak,

tetapi sensitif thd cahaya/sinar.

• Riboflavin adlh komponen FMN dan FAD yg merup. coenzyme

berperan pd reaksi redoks (shett no. 44-45).

• Berbagai enzim kunci mengandung riboflavin berperan dalam

metabolic pathways.


Vit B5 (pantothenic acid)

• Larut dlm air.

• Banyak tdpt pada yeast, hati, sereal.

• Jarang sekali orang kekurangan B5, karena hampir semua

makakan mengandung vit B5.

• Penting di dalam metabolisme sbg bagian dari struktur CoA (sheet

no. 25),

merupakan molekul esensial untuk metabolisme karbohidrat,

lemak, dan protein.

• Vit B5 secara spesifik terlibat dalam tanggungjawab enzim untuk

sintesis asam lemak dan beberapa peptida.


Vitamin B6

• Meliputi 3 buah derivat piridin, yaitu pyridoxine (pyridoxol),

pyridoxal, dan pyridoxamine, serta adanya 5’-phosphate pada

ketiga seny. tsb.

• Larut dlm air.

• Pyridoxine predominan dalam tumbuhan, sedang pyridoxal, dan

pyridoxamine banyak tdpt pada jaringan hewan.


• Daging, salmon, kacang2an (nuts), kentang, pisang, dan sereal

merupakan sumber utama. Aktivitas vitamin dalam proporsi yang

tinggi akan hilang selama dimasak.

• Kekurangan B6 umumnya diakibatkan oleh mal-absorpsi, atau

dipicu oleh efek obat. Gejala kekurangan B6 mirip dengan

kekurangan B3 dan B2; termasuk luka pada mata, mulut, dan

hidung; dan perubahan syaraf. Pyridoxine sintetik digunakan

sebagai suplemen.

• Pyridoxal 5’-phosphate merup. Koenzim pada berbagai enzim,

terutama enzim unt metabolisme asam amino, misalnya dalam

transaminasi (sheet no. 33) dan dekarboksilasi (sheet no. 36).

• Produksi neurotransmitter g-aminobutyric acid (GABA) dari asam

glutamat merupakan reaksi penting yang tergantung pada

pyridoxal.


Vit B12 (cobalamin)

• Struktur kompleks berdasar cincin corrin yg mirip dng cincin

porphyrin pd haem, klorofil, dan cytochrome; mempunyai 2 cincin

pyrrole yg terikat secara langsung.

• Atom pusatnya adalah cobalt (Co), sedang haem dan cytochrom

adalah besi (Fe), klorofil adalah magnesium (Mg).

• 4 dari 6 koordinatnya berikatan dengan N-corrin, 1 dengan

dimetilbenzimidazol moiety, dan 1 dengan bervariasi gugus,

misalnya CN, OH, H2O, NO2, Me.

• Bentuk coenzim yang aktif secara fisiologi adalah coenzyme B12.

• Coenzyme B12 merup. cofactor untuk metabolic rearrangements,

misalnya konversi CoA menjadi succinyl-CoA dalam oksidasi

asam lemak dengan jumlah atom karbon gasal, untuk metilasi,

misalnya biosintesis methionine.


Vitamin H (biotin)

• Larut dlm air.

• Banyak tddt pada telur, hati, ginjal,

yeast, sereal, susu.

• Kekuranga biotin menyeabkan-

dermatitis dan rambut rontok.

• Berfungsi sebagai carboxyl carrier, binding CO2 via carbamate

link, yang akan didonorkan pada reaksi carboxilase, misalnya

karboksilasi acetyl-CoA menjadi malonyl-CoA (sheet no. 28),

propionyl-CoA menjadi methylmalonyl-CoA, pyruvate menjadi

oxaloacetate selama gluconeogenesis.


THE ACETATE PATHWAY:

• POLYKETIDES merupakan bagian dari bahan alam yang

digolongkan sebagai dasar biosintetik murni.

• Merupakan derivat rantai poli-b-keto, terbentuk dengan ikatan unit

asam asetat (C2) melalui reaksi kondensasi.

FATTY ACIDS and POLYKETIDES

n CH3CO2H [CH2CO]n

• Yang termasuk Poliketida adalah:

- fatty acids - polyacetilenes

- prostaglandins - macrolide antibiotics

- aromatic compounds such as anthraquinones and tetracyclines


Garis Besar Biosintesis A. Lemak & Seny. Turunan Aromatik

CH3COOH+ CO2

CH2

COOH

COOH

asam asetat

asam malonat

CH3COCH2COOH

asam asetoasetat

CH3CH2CH2COOH

CH3CH2CH2COCH2COOH

CH3CH2CH2CH2COOH

CH3(CH2)nCOOH

asam lemak

reduksi

oksidasi

reduksi

oksidasi

reduksi

oksidasioksidasi

CH3COCH2COCH2COOH

oksidasi

R-COCH2COCH2COCH2COOH

poliketida

R

COOH

OH

OH

HO

COR

HO

OH

OH

(1) (2)

orsinol typefloroglusinol type


• Pembentukan rantai poli-b-keto diperkirakan merupakan seri

reaksi Claisen (sheet no. 26-28)., termasuk reaksi balik b-oksidasi

unt metabolisme asam lemak (sheet no. 29).

• 2 mol acetyl-CoA akan bereaksi membentuk acetoacetyl-CoA

melalui reaksi Claisen, dan pengulangan reaksi akan

menghasilkan poli-b-keto ester.

• Biosintesis asam lemak dimulai dari karboksilasi acetyl-CoA

membentuk malonyl-CoA yang melibatkan ATP, CO2 (sbg HCO3-)

dan coenzyme biotin sebagai pembawa CO2 (lht. sheet no. 27-28).


SATURATED FATTY ACIDS

• Biosintesis asam lemak (fatty acids) dikatalisasi oleh enzim fatty

acid synthase.

• Dalam hewan, terdapat protein multifungsi yang mengandung

seluruh aktivitas katalitik yg diperlukan, sedangkan bakteri dan

tanaman menggunakan sekumpulan enzim yg terpisah.

• Acetyl-CoA dan malonyl-CoA tidak termasuk dlm langkah

kondensasi, tetapi pertama dikonversi menjadi tiol ester oleh acyl

carrier protein (ACP).

• Reaksi Claisen akan menghasilkan cetoacetyl-ACP yang

selanjutnya direduksi secara setereospesifik menjadi b-hidroksi

ester dengan melibatkan NADPH.

• Eliminasi H2O dilanjutkan reduksi mengg. NADPH menghasilkan

acyl-ACP dengan atom karbon menjadi bertambah 2, ---- dst.


Sheet 28

S-ACP


• Kombinasi/reaksi 1 unit asetat pemula dengan 7 unit malonat akan

menghasilkan asam lemak C16, asam stearat.

- 1 unit asetat + 7 unit malonat = asam palmitat (C16)

- 1 unit asetat + 8 unit malonat = asam stearat (C18), dst

• Pada Tabel 1 berikut disajikan asam lemak jenuh alami yang

mengandung atom C genap, dari C4 sampai C30.

• Berdasarkan mekanisme reaksi tersebut, maka asam lemak yang

terbentuk pastilah rantai lurus dengan jumlah atom C genap.

• Asam lemak dengan atom C gasal jarang ada di alam, dan berasal

dari bahan awal yg berbeda, misal asam propionat (C3), atau terjadi

karena hilangnya 1 atom C dari asam lemak dengan atom C

genap.

• C16 dan C18 merupakan asam lemak paling banyak trdpt di alam


Tabel 1. Asam lemak jenuh yang terdapat di alam


• Asam lemak terutama ditemukan sbg ester dari gliserol dlm bentuk

trigliserida.

• Senyawa seperti tsb disebut lemak atau minyak (fats or oils),

tergantung bentuknya, padat/cair dlm temperatur ruang.

Isomer sering terbentuk, dan hanya salah

satu pasangan isomer tdpt di alam.


• Diasil ester dr gliserol 3-fosfat disebut juga asam fosfatidik, dan

merupakan dasar dr struktur fosfolipid.

• Fosfolipid merup. komponen penting membran sel, dan krn.

mempunyai bagian polar dan non polar maka bersifat spt. detergen.

• Fosfolipid dpt juga membentuk liposom, yg berpotensi sbg drug

delivery systems.


• Platelet-activating factor (PAF) yang mirip dengan fosfatidilkolin

merup. salah satu fosfolipid alam yang penting.

• Melalui PAF, mengendalikan ikatan eter thd alkohol lemak rantai

panjang (biasanya heksadekanol) dibandingkan thd ikatan ester.

• PAF mengaktivasi blood plateles dan memberikan kontribusi thd

berbagai efek biologis (trombosis, reaksi imflamasi, dan alergi).

• Reduksi asam lemak menghasilkan alkohol rantai panjang yg juga

merup gambaran dlm natural waxes.

• Ini merup campuran kompleks ester dr asam lemak rantai panjang

(C20-C24) dengan monohydric alcohol rantai panjang atau sterol.


• Lemak hewan berisi gliserida asam lemak jenuh, cenderung padat.

• Lemak nabati dan ikan terutma berisi ester asam lemak tak jenuh,

dan cenderung bersifat cair (oily).

• Beberapa asam lemak tak jenuh disajikan pada Tabel 2 berikut.

• Ikatan rangkap banyak terjadi pada posisi 9, tetapi juga terjadi pada

posisi lain.

UNSATURATED FATTY ACIDS

Abbreviations: 18:2 (9c,12t)

posisi ikatan rangkap

stereokimia ikt rangkapc=cis=Z; t=trans=E

Jumlah atom C

Jumlah ikatan rangkap

Arti dari keterangan pada Tabel


Tabel 2. Asam lemak tak jenuh yang terdapat di alam


• Polyunsaturated fatty acids cenderung mempunyai ikatan rangkap

tidak terkonjugasi, merupakan pengulangan dari –(CH=CHCH2)n–

• Stereokimia ikatan rangkap umumnya Z (cis).

• Lemak dan minyak merupakan cadangan energi bagi sebagaian

besar organisme, dan akan digunakan dalam metabolisme oksidatif

jika diperlukan.

• Berbagai minyak yang diproduksi secara komersial sebagai foods,

toiletries, medicinals, and pharmaceutical formulations aids

disajikan terpisah pada Tabel 3.2 (Copy).

• Unsaturated fatty acids dihasilkan melalui lebih dari 1 rute

biosintesis, tetapi banyak organisme melalui desaturasi asam

alkanoat.

• Berikut disajikan rute biosintesis asam lemak tak jenuh.


Rute biosintesis asam lemak

tak jenuh dlm hewan/fungi

dan tanaman

Essential fatty acids

(EFA)

(bersambung)


(beneficial to health)

(beneficial to health)

w-3

w-3 (dehidro-

genasi)

(sambungan)


• Asam linoleat & as. a-linolenat banyak tdpt pada berbagai tanaman.

• Dalam tubuh, asam linoleat akan dikonversi menjadi g-linolenat

yang merupakan prekursor sintesis prostaglandin.

• Konversi tsb sering dihambat oleh kondisi yang buruk dalam tubuh,

sehingga sintesis prostaglandin (yg diperlukan) menjadi terganggu.

• Makanan suplemen sumber g-linolenat: i.e. evening primrose oil dari

Oenothera biennis (Onagraceae), Borago offinalis (Boraginaceae).

• Ricinoleic acid, derivat 12-hidroksi asam oleat, merpkan as. lemak

mayor pada castor oil plant (Ricinus communis; Euphorbiaceae)

(Sbg domestic purgative, cream base) (dlm Zn salt fungistatic preparation)


ACETYLENIC FATTY ACIDS

• Acetylenic fatty acids (AFA) banyak ditemukan di alam dan merup.

produk desaturasi olefinic fatty acids.

• Banyak ditemukan pada tanaman Compositae, Umbelliferae,

Basidiomycetes (fungi).

• Sangat tidak stabil, beberapa diantaranya bersifat eksplosif.

• Molekul dengan triple bond terkonjugasi.

• Memiliki serapan UV yg karakteristik.

• Dalam skema berikut, asam oleat (dlm bentuk tiol ester) merupakan

prekursor crepenynic acid dan dehydrocrepenynic acid.

• Pemendekan rantai C melalui b-oxydation pathway (sheet no. 31)


Contoh Biosintesis Acetylenic FA: dehydromatricaria acid

(bersambung)

proses desaturasi


(sambungan)

(triple bond)

(4x)


Beberapa Contoh Acetylenic FA:

Cicutoxin & oenanthotoxin:

: Isolat water hemlock (Cicuta virosa; Umbelliferae)

Isolat hemlock water dropwort (Oenanthe crocata; Umbelliferae)

• Toksik thd hewan, menyebabkan tahan muntah dan tahan

kekejangan.

• Pencemaran thd akar tanaman dpt menyebabkan keracunan fatal.

(cemara beracun)


Beberapa Contoh Acetylenic FA (lanjutan):

Isolat Falcaria vulgaris, Oenantha crocata (Umbelliferae),

Hedera helix (Araliaceae), dan beberapa tanaman lain.

Isolat broad bean (Vicia faba; Leguminosae)

Menyebabkab dermatitis

jika dipegang.

Anti jamur

Furan system diduga berasal dari conjugate diyne.

C C C C


BRANCHED-CHAIN FATTY ACIDS

• Asam lemak rantai lurus banyak di alam, tetapi asam lemak rantai

cabang ditemukan hanya sedikit, pada hewan mamalia, misalnya

lemak wool, lemak mentega.

• Juga merupakan konstituen asam lemak yang karakteristik sbg

pelapis lipid pada beberapa bacilli.

• Berikut contoh biosintesis asam lemak cabang: corynomycolic acid

dari Corinebacterium sp. yang merupupakan penggabungan 2 unit

asam palmitat.


• Contoh lain biosintesis asam lemak cabang: tetramethyldecanoic

acid dari propionyl-CoA (C3 BB) dengan Acetyl-CoA.

• Langkah 1: konversi propionyl-CoA menjadi methylmalonyl-CoA

melalui karboksilasi (lihat sheet no 28).

• Langkah 2: methylmalonyl-CoA bereaksi dng acetyl-CoA dengan

pengulangan 4 kali.

Ditemukan dlm preen gland wax dr angsa (Anser anser)


Contoh lain: melalui

mekanisme C-alkilasi

Metilasi C-10

10

Ditemukan dalam

Bacillus tuberculosis

sterculic acid

dlm minyak biji Sterculia foetida (Sterculiaceae)

malvalic acid

dlm minyak biji kapas Gossypium sp (Sterculiaceae)

Berbahaya bagi manusia, menghambat reproduksi

tuberculostearic acid


• Chaulmoogric acid, ditemukan dalam chaulmoogra oil.

• Bersifat bakterisidal kuat thd infeksi lepra yg diakibatkan oleh

Micobacterium leprae.


PROSTAGLANDINS

• Prostagladins: asam lemak C20 dengan cincin siklopentan.

• Pertama kali diisolasi dari sperma yag pada mulanya diduga di-

sekresi oleh kelenjar prostat.

• Banyak ditemukan pada jaringan binatang dengan jumlah sedikit.

7C

8C

5C


• Mempunyai efek parmakologi yang luas pada manusia dan

hewan, misalnya kontraksi dan relaksasi otot uterus, sistem

kardiovaskular, sistem usus, dan bronchial tissue.

• Selain itu mungkin juga menghambat sekresi gastric acid,

mengontrol tekanan darah dan suppress blood platelet

aggregation.

• Beberapa efek tersebut sesuai dengan aksi protaglandin sebagai

second mesanger, dlsb.

UP-S2-NPC-Hendig Winarno 95 (bersambung) (bersambung)

Mekanisme biosintesis PGE2 dari arachidonic acid

diradikal

PGE2


(sambungan)

• Sintesis PGE1 dan PGE3 identik dng rute di

atas menggunakan bhn dasar yg sesuai


Prostanoic acid

• Prostanoic acid: merupupakan skeleton dasar prostaglandin

• Derivat sistem secara kolektif disebut prostanoids.

• Eicosanoids juga digunakan untuk sebutan prostaglandins,

thromboxanes, leukotrienes, yg terbentuk dari asam lemak C20

(eicosanoic acids)

• Berikut disajikan semi-systematic nomenclature dari

prostaglandins, berdasar 5-membered ring.


THROMBOXANES

• Diisolasi dari blood platelets

• TXA2 sangat tidak stabil dan segera bereaksi dengan nukleofil

menghasilkan TXB2

• TXA2 menunjukkan bioaktivitas tinggi, sedangkan TXB2 kurang

menunjukkan bioaktivitas.

• Konversi dari PGH2


LEUKOTRIENES

• Disintesis dari arachidonic acid. Pertama kali diisolasi dari

leukosit.

• Leukotrienes termasuk di dalam proses inflamasi dan respon

alergi.

(bersambung)


• Reaksi antigen-antibodi dapat

melepaskan senyawa seperti histamine,

bahan yang disebut slow reacting

substance of anaphylaxis (SRSA) dan

merupakan campuran LTC4, LTD4, dan

LTE4. Pelepasan histamine menyebabkan

demam, asma, dsb.

(sambungan)


ALUR ISOLASI SENYAWA BAHAN ALAM

Dukun

(pakar)

Tradisional

(Etnobotani

)

Daftar

Pustaka

Pendukung

lainnya

Koleksi (Pengumpulan sampel)

Pengeringan

Penyimpanan

Simplisia

(Hewan, tumbuhan, mikroorganisme)

Obat

Jamu, dll

Kosmetika

Pestisida


Simplisia

Seleksi pelarut

Maserasi/Perkolasi/Refluks/Distilasi

uap

Crude Extract/Gubal

Partisi solven

Pemurnian Lanjut:

P-TLC, CC, P-HPLC,

Rekristalisasi

Fraksionasi


Penentuan Struktur Kimia

Identifikasi Struktur Kimia

Elusidasi Struktur Kimia

Titik Leleh

KLT (minimal 3 jenis sistem pelarut)

KCKT (internal std; eksternal std)

Kromatografi Gas

UV

IR

RMI (proton dan karbon)

SM

HR-FABMS (BM, Formula)

LR-EIMS (BM, Ion fragmen)

Ultra Violet, Infra Merah

RMI 1 Dimensi 1H (ppm; J; integral) 13C (ppm; INEPT/DEPT)

RMI 2 dimensi

(1H-1H COSY, HMQC, HMBC,

NOESY, TOCSY, INADEQUATE,

HOHAHA,)

Optical Rotary Dispersion

(CD; ORD; Cotton effect)

X-Ray Crystallography


Struktur Kimia

1. Karbohidrat (Mono, Oligo, Polisakarida)

2. Asetogenin (Flavonoid, Lipida, Lignan, Kuinon)

3. Isoprenoid (Steroid, Karotenoid, Terpenoid)

4. Senyawa Nitrogen (Alkaloid, Asam amino, Protein,

Asam nukleat, Porfirin, Pteridin)

5. Glikosida


BIOAKTIVITAS ASAM LEMAK

YANG DIISOLASI DARI BEBERAPA TANAMAN

• Seperti telah dibahas pada diskusi sebelumnya, berbagai asam

lemak yang merupakan hasil biosintesis tanaman maupun hewan,

baik berbentuk saturated, unsaturated, branched and acetylenic

fatty acids memiliki berbagai aktivitas biologi yang berguna bagi

manusia.

• Berikut disajikan berberapa contoh asam lemak hasil isolasi dan

hasil uji bioaktivitasnya.


NOVEL ACETYLENIC ACIDS FROM THE ROOT

BARK OF PARAMACROLOBIUM CAERULEUM:

Inhibitors of HMG-CoA Reductase

• Salah satu penyebab kematian di negara barat adalah penyakit

pembuluh koroner, dan ini berhubungan secara langsung antara

kekacauan dan penyimpangan kolesterol plasma.

• Total kolesterol di dalam tubuh dihitung for by de novo synthesis di

dalam liver dan usus.

• Pencarian obat untuk mengontrol biosintesis kolesterol terus

berlanjut untuk mengatur tingkat kolesterol plasma.

• Salah satu langkah dalam biosintesis kolesterol adalah reduksi 3-

hydroxy-3-methylglutaryl-CoA (HMG-CoA) menjadi mevalonate.

Patil A.D., et al., J. Nat. Prod., 52(1), 1989, 153-161


• Konversi HMG-CoA menjadi asam mevalonat dikatalisasi oleh

enzim HMG-CoA reductase.

• Oleh karena itu inhibisi terhadap kerja enzim HMG-CoA reductase

merupakan langkah yang tepat.

O

COOH

S CoA

HO

H3COH

COOHHO

H3C

HMG-CoA

HMG-CoA reductase

Mevalonic acid

HARUS

DIHAMBAT


R = H ;

mevastatin

R= Me ; lovastatin

• Penemuan mevastatin (=compactin) yg dihasilkan oleh Penicilium

citrinum dan Penicilium brevicompactum, dan lovastatin

(=monacolin K) yg dihasilkan oleh Monascus ruber dan Aspergillus

terreus sebagai inhibitor enzim HMG-CoA reductase merupakan

penemuan sepektakuler.

• Patil A.D., et al. telah mengisolasi 11 senyawa asam lemak dari

tanaman Paramacrolobium caeruleum yang sebelumnya

disekrining dari 600 ekstrak tanaman menggunakan “a bioassay-

directed screen” dengan enzim yg diisolasi dari liver tikus.


Skema isolasi asam lemak dari Paramacrolobium caeruleum

root bark(400 gr)

hexane extract(2.2 gr)

percolated with n-hexane

F-1 F-2 F-3 F-4 F-5 F-6 F-7 F-8

CC(RP-18, 40g); H2O:MeCN (2:8)

3 4 5 6 7 8 9 102 111

111 mg 712 mg 12 mg 25 mg 15 mg 137 mg 6 mg 23 mg 45 mg 17 mg 19 mg

PREPARATIVE TLCRP-HPLC (RP-18, H2O-MeCN 1:4)


• Ke-11 senyawa asam lemak tersebut mempunyai struktur sebagai

berikut:

COOH

COOH

COOH

COOH

COOH

18

18

18

18

18

9

9

79

79

Stearic acid, Octadecanoic acid

Oleic acid, (Z)-9-Octadecenoic acid

9-Octadecyenoic acid

(Z)-7-Octadecen-9-ynoic acid

(E)-7-Octadecen-9-ynoic acid

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

9-Octadecynoic acid


COOH

COOH

COOH

COOH

OCOOH

COOH

OR'

7,9-Octadecadiynoic acid

7,9-Tetradecadiynoic acid

(Z)-5-Octadecen-7,9-diynoic acid

(E)-5-Octadecen-7,9-diynoic acid

3-(1,3-dodecadiynyl)-6-oxiranebutanoic acid

R'=H, 6-hydroxy-7,9-octadecadiynoic acid

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

18

18

18

18

18

14


• Elusidasi struktur kimia ke-11 senyawa didasarkan pada data

spektrometri LR-EIMS, HR-EIMS, IR, UV, 1H-NMR, 13C-NMR,

DEPT, dan H-H COSY.

• Uji aktivitas inhibisi senyawa isolat thd HMG-Reductase (HMGR)

dilakukan menggunakan enzim HMGR yang diambil dari manusia

berdasarkan metode dalam Alberts, dkk (Proc. Natl. Acd. Sci.

U.S.A., 77, 1980, 3957) dan Edwards, dkk (J. Lipid Res., 20

(1979) 40).

• Konsentrasi HMG-CoA, NADPH, dan enzim berturut-turut adalah

10 mM, 200 mM, dan 20 mM.

• Sampel isolat dilarutkan dengan 0,1N NaOH dengan konsentrasi 5

mg/ml. Pengenceran dilakukan dng 10 mM K-fosfat, pH 7,2

Uji Bioaktivitas


Hasil Uji Bioaktivitas

octadecanoic acid (1)

(Z)-9-octadecenoic acid (2)

9-octadecynoic acid (3)

(Z)-7-octadecen-9-ynoic acid (4)

(E)-7-octadecen-9-ynoic acid (5)

7-9-octadecadiynoic acid (6)

7-9-tetradecadiynoic acid (7)

(Z)-5-octadecen-7,9-diynoic acid (8)

(E)-5-octadecen-7,9-diynoic acid (9)

3-(1,3 dodecadiynyl)-6-oxyranebutanoic acid (9)

6-hydroxy-7,9-octadeca-7,9-diynoic acid (11)

ISOLATEIC50

mg/ml mM

no inhibition

no inhibition

1.5 5

0.9 3

0.6 2

1.5 5

0.6 3

0.4 1.5

0.15 0.5

1.5 5

2.0 7

Kesimpulan: AFA pertama yg dilaporkan berpotensi

sbg inhibitor HMGR


Masing-masing Mhs (3 orang) presentasi tugas

dari paper/jurnal tentang bioaktivitas asam lemak

@ 30 menit

C18 UNSATURATED FATTY ACIDS FROM

INDONESIAN MEDICINAL PLANT SCURRULA

ATROPURPUREA (B.L.) DANS. (Loranthaceae):

Inhibitors of MM1 Cancer Cells Invasion

Hendig Winarno, Part of Ph. D Dissertation, Fukuyama Univ., 2003


AROMATIC POLYKETIDES

• Dalam biosintesis asam lemak, reduksi yg terjadi setelah pada setiap

langkah kondensasi akan menghasilkan rantai hidrokarbon.

• Tidak adanya proses reduksi, menyebabkan poli b-ketoester yang

terbentuk memerlukan stabilisasi pada bagian enzimnya hingga

panjang rantai yang diinginkan terbentuk sempurna. Dalam proses

tersebut dapat juga terjadi siklisasi atau reaksi lainnya.

• Poli b-ketoester merupakan senyawa yang sangat reaktif, berbagai

kemungkinan reaksi dapat terjadi, misalnya reaksi Claisen atau aldol,

yang ditentukan oleh enzim dan oleh bagaimana substrat mengalami

tekukan.

• Methylene (CH2) yang diapit oleh 2 karbonil (C=O) teraktivasi,

membentuk karbanion (-CH)/enolat dan reaksi lanjut dengan keton

atau gugus karbonil dari ester (-COO-) yang secara alami cenderung

membentuk strain-free six-membered ring.


Siklisasi fenol sederhana

bersambung bersambung

• Poli b-ketoester dibentuk dari 4 buah unit asetat (1 asetat sbg

starter + 3 malonat untuk memperpajang rantai).

• Senyawa tsb dapat mengalami penekukan sedikitnya dengan 2

cara, yaitu A yang akan menghasilkan orsellinic acid dan dan B

yang akan menghasilkan phloracetophenone.

poly b-ketoester


sambungan sambungan alkohol

tertier

H

alkene

CoA/ACP


6-methylsalicylic

acid

6-methylsalicylic acid, merup metabolit dari Penicilium patulum. Berbeda

dengan orsellinic acid tiadanya 4-OH.

HO

OH

CO2H

orsellinic acid

(ELIMINATION)


Penekukan rantai poliketida dapat dipelajari menggunakan penanda isotop,

misalnya 14C (ditentukan mengg. b-counter) atau 13C (ditentukan dengan

NMR). SEnz

O O O O O O O

Alternariol: diproduksi

oleh Alternaria tenuis

?


Antrakuinon

• Berbagai derivat antrakuinon diturunkan dari acetate pathway .

• Endocrocin (dihasilkan oleh Penicillin dan Aspergillus fungi):

tekukan poliketida

dari 8 x C2


sambungan

endocrocin

emodin

Emodin merup. metabolit Penicillium sp.,

Rhamnus sp., Rumex sp.

islandicin

dihslkan oleh Penicillium islandicum


Terjadinya modifikasi struktur senyawa berdasarkan poliketida

ditentukan oleh 2 step penting, yaitu:

1. oksigen hilang sebelum mengalami penekukan, dan siklisasi

poliketida dipisahkan dari enzim yang dimediasi oleh komponen

reduktase enzim sebelum reaksi siklisasi.

2. Reaksi transformasi, misalnya dekarboksilasi, O-metilasi,

oksidasi lebih lanjut lanjut dari metil menjadi karbonil terjadi

setelah reaksi siklisasi.


C6C3

Starter groups selain Acetate

Umumnya mudah

lepas pd presiklisasi


Contoh lain

starter group

yg bukan asetat

Adalah C6:

heksanoat CoA

yg digunakan

sebagai starter

AFLATOXIN,

senyawa toksik yg

diproduksi oleh

Aspergillus flavus.

Aflatoksin (banyak

tdt pd kacang-

kacangan) diduga

penyebab kanker

liver


Tetracycline merup.

antibiotic bersepektrum luas.

Diprod. oleh Streptomyces.

Biosintesis dr starter group

malonamyl-CoA

Tetracycline


Tetracycline


Doxorubicin

(Adriamycin)

obat antikanker

(inhibitory

activity on DNA

topoisomerase)

Starter:

propionyl CoA

disusun oleh: hendig winarno - · pdf filemensintesis karbohidrat, protein, asam nukleat,...

Documents