1437988730688526Penelitian dengan topik kimia bahan alam telah banyak dilakukan oleh peneliti di seluruh dunia dan objeknya meliputi senyawa-senyawa yang berasal dari sumber daya alam hayati seperti mikroorganisme, tanaman maupun hewan. Beragamnya senyawa yang berhasil ditemukan  telah mendorong dikelompokannya senyawa-senyawa tersebut ke dalam dua kelompok besar berdasarkan fungsi dan proses metabolisme pembentukan senyawa tersebut. Secara garis besar senyawa-senyawa tersebut dikelompokkan  menjadi dua kelompok yaitu metabolit primer dan metabolit sekunder. Metabolit primer diperoleh dari proses metabolisme primer  yang sifatnya esensial bagi metabolisme tersebut dan dikelompokan ke dalam 4 kelompok senyawa yaitu karbohidrat, protein, lemak, dan asam amino. Fungsi karbohidrat, protein, asam amino, dan lemak pada makhluk hidup sudah jelas, antara lain karbohidrat sebagai sumber energi dan protein untuk pertumbuhan. Hal tersebut  berlaku secara umum pada semua makhluk hidup. Namun pada tumbuhan diketahui terdapat metabolit sekunder yang memiliki fungsi non esensial. Sebagai contoh, apabila ada ancaman manusia bisa berlari untuk menghindarinya. Hal ini berbeda dengan tumbuhan yang tidak bisa berlari, digunakannya senyawa metabolisme sekunder untuk melindungi dari ancaman yang berasal dari luar.

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, terdapat ribuan bahan metabolit sekunder yang meliputi antibiotik, hormon pertumbuhan, mikotoksin, dan lain-lain. Penelitian telah dilakukan dan menunjukan bahwa metabolisme sekunder yang dihasilkan pada fase akhir pertumbuhan, baik pada media kultur atau pada media yang substratnya dibatasi pada media continouse cultur memproduksi metabolit sekunder  dengan bantuan enzim- enzim khusus yang dikode oleh gen tertentu.

Pada metabolisme sekunder hasil reaksi fotosintesis CO2 membentuk senyawa karbon metabolit primer yang kemudian digunakan pada pembentukan senyawa metabolik sekunder. Terdapat 5 lintasan metabolit sekunder yang diturunkan dari metabolit primer yaitu :

  1. Jalur asam sikhimat yaitu pembentukan senyawa dari eritrosa-4-fospat dan PEP yang dihasilkan asam amino aromatik selanjutnya akan diubah menjadi senyawa N sekunder dan senyawa fenol.
  2. Jalur siklus asam trikarboksilat terhadi perubahan asetil Co A menjadi asam amino alifatik selanjutnya dibentuk senyawa N sekunder
  3. Jalur asam malonat terjadi perubahan asetil CoA menjadi senyawa fenol
  4. Jalur asam mevalonat terjadi perubahan asetil CoA menjadi senyawa fenol atau terpen. Pada lintasan ini 3-PGA  diubah menjadi 2-PGA dengan bantuan enzim fosfogliseromutase dan melepaskan molekul air selanjutnya akan diubah menjadi phosphophenol piruvat dengan bantuan enolase. Phosphophenol piruvat akan diubah menjadi piruvat dengan pembentukan ATP dan ADP dengan bantuan enzim piruvat kinase. Piruvat hasil glikolisis ini akan diubah menjadi acetil CoA dengan menggabungkan 2 acetil CoA dan mengeluarkan 2CoASH terbentuklah HMG-CoA. HMG-CoA akan diubah menjadi asam mevalonic dengan oksidasi 2 NADPH menjadi 2 NAD+. Selanjutnya mevalonic acid akan diubah menjadi asam mevalonic.
  5. Pada jalur MEP terjadi perubahan 3-PGA menjadi terpen.

Beberapa kelompok metabolit sekunder hanya dihasilkan oleh beberapa spesies tumbuhan saja, bahkan spesifik untuk genus, bahkan spesies dan stain tertentu. Sebagai contoh :

  1. Azadirachta indica menghasilkan azadirachin
  2. Polypodium vulgare menghasilkan phytoecdysones
  3. Peppermint L menghasilkan menthol
Slide6
Azadirachta indica

Slide7

Polypodium vulgare

Slide8
Peppermint L

Karena memiliki fungsi ekologis metabolit sekunder disebut juga sebagai alelokimia yang didefinisikan sebagai senyawa kimia non nutrisional yang diproduksi oleh spesies yang dapat mempengaruhi atau  menghambat pertumbuhan, perilaku, dan biologi spesies lain. Fungsi ekologis metabolit sekunder adalah sebagai perlindungan tumbuhan dari herbivora dan patogen, atraktan terhadap polinator (menarik perhatian hewan sehingga membantu menyerbukan bunga dan menyebarkan biji).

Metabolit sekunder terbagi dalam 3 kelompok besar yaitu :

Terpenoid 

Terpenoid atau isoterpenoid merupakan penggabungan struktur dasar rangka isopentan suatu molekul berkarbon 5 yang disebut isoprene strukturnya bervariasi mulai dari turpentine. Umumnya larut dalam lemak dan terdapat dalam sitoplasma sel tumbuhan. Sebagian senyawa terpenoid disintesis melalui jalur mevalonat dengan keragaman struktur yang besar dalam produk alami yang diturunkan dan isoprena yang yang bergandengan dalam bentuk head to tail, sedangkan isoprena diturunkan dari metabolisme asam asetat,  pola struktur terpenoid dapat dijelaskan menjadi 3 bentuk, yaitu :

  1. Head to head : pembentukan ikatan polimer terpenoid melalui monomer isoprena yang terbentuk melalui struktur kepala (C1) dengan kepala (C1) terpenoid lain.
  2. Head to tail : pembentukan ikatan polimer terpenoid melalui monomer isoprene yang terbentuk melalui strukur kepala (C1) dengan bagian ekor (C5) terpenoid yang lain.
  3. Head to middle : pembentukan ikatan polimer terpenoid melalui monomer isoprena yang terbentuk melalui struktur kepala (C1) dengan atom C selain atom C1 dan C5.

Terpenoid terbagi menjadi beberapa kelas diantaranya :

  1. Hemiterpen : 1 unit isoprene (C5) contohnya volatil product organ fotosintesis
  2. Monoterpen : dua unit isoprene (C10) dengan pola head to tail contohnya minyak terpentin, volatil product dari bunga dan minyak dari beberapa herba, mircen, limonen, dan ocimen.
  3. Sesquiterpen : tiga unit isopren (C15) dengan pola head to tail contohnya phytoalexin, antibiotik, antifeedan, dan ABA.
  4. Diterpen : empat unit isoprene (C20) contohnya cembren, phytol, GA, resin, taxol, dan forskolin
  5. Triterpen : enam unit isoprene (C30) gabungan dari dua C15 dengan pola head to head contohnya skualena, brassinosteroid, phytosterol, phytoalexin, toxin, oleanolic acid pada anggur.
  6. Tetraterpen : delapan unit isoprene (C40) dengan pola head to head contoh likopen, karoten, carotenoid,
  7. Polyterpen : lebih dari 8 gugus isoprene contoh karet dan getah perca, plastoquinon, dan ubiquinon
  8. Meroterpen : campuran antara terpen dan metabolit lain

Terpen disintesis pada sitosol dan retikulum endoplasma melalui lintasan acetate/mevalonate contohnya sesquiterpen, triterpen, dan polyterpen. Pada plastid terpen dibenuk melalui lintasan MEP, contohnya isopren, monoterpen, diterpen, dan tetraterpen.

Fenol

Fenol merupakan senyawa dengan ciri senyawa aromatik yang memiliki atau pernah memiliki gugus hidroksil pada cincin phenyl, mudah larut dalam air umumnya berikatan dengan glikosida dan terdapat dalam vakuola tumbuhan. Senyawa fenol merupakan bagian dari evolusi tumbuhan dari lingkungan air ke lingkungan darat karena tumbuhan darat menghasilkan senyawa fenol yang ternyata dimiliki oleh tumbuhan air. Asumsi yang berkembang selanjutnya adalah tanaman darat berevolusi dari lingkungan air dan senyawa fenolik disintesis sebagai cara adaptasi tumbuhan air terhadap lingkungan darat. Senyawa fenol sebagian besar diturunkan dari phenylpropanoid dan phenyl propanoid acetate, dan memiliki struktur senyawa aromatik yang memiliki atau pernah memiliki gugus hidroksil (OH) pada cincin phenyl.

Fenol disintesis melalui jalur lintasan asam shikhimat dan hanya terjadi hanya pada tumbuhan karena lintasan asam sikhimat membutuhkan bahan dasar Erytrosa-4-phosfat yang merupakan hasil dari metabolisme primer (fotosintesis) yang hanya dapat berlangsung pada organisme berklorofil.

Peran senyawa fenol pada tumbuhan adalah untuk memperkuat dingding sel (lignin), pertahanan terhadap patogen (lignan), pigmen bunga, protectan/racun terhadap serangga (tanin), favor (rasa/odor), perlindungan terhadap bakteri dan fungi (isoplavonoid), dan menghambat perkecambahan (stilbene).

Alkaloid

Alkaloid dan senyawa N dengan ciri strkturnya selalu memiliki nitrogen, bersifat basa, umumnya berbentuk kristal, namun ada yang berbentuk cair pada suhu kamar dan larut dalam air. Alkaloid adalah kelompok senyawa basa nitrogen yang kebanyakan heterosiklik dan terdapat pada tumbuhan. Pada beberapa kasus alkaloid dapat melindungi tumbuhan dari gangguan parasit atau pemangsa tumbuhan. Beberapa senyawa alkaloid berfungsi sebagai zat pengatur tumbuh karena dari segi struktur alkaloid menyerupai zat pengatur tumbuh tertentu.

Slide5

Senyawa alkaloid merupakan senyawa yang terdapat pada tumbuhan atau dapat disintesis oleh tumbuhan alkaloid. Hampir seluruh alkaloid berasal dari tumbuhan dan tersebar luas dalam berbagai jenis tumbuhan. Secara organoleptik daun tanaman yang mengandung senyawa alkaloid berasa sepat dan pahit sehingga biasanya langkah awal untuk mengidentifikasi mengandung alkaloid bisa digunakan uji organoleptik. Selain pada daun senyawa alkaloid juga terdapat pada akar, biji, ranting dan kulit kayu.

Alkaloid dibagi menjadi beberapa kelas yaitu : kelas alkaloid  pyrrolidine contohnya nikotin yang dihasilkan oleh tumbuhan Nicotina tabacum berperan sebagai racun, insektisida, dan obat. Kelas alkaloid Tropane contohnya atropine dihasilkan oleh tanaman Hyoscyamus niger. Kelas alkaloid Piperedine contohnya Coniine dihasilkan oleh tanaman Conium maculatum berperan sebagai racun, dan dikenal sebagai alkaloid yang disintesis untuk pertama kali.

Yang paling menarik perhatian adalah senyawa alkaloid yang dikenal sebagai “the gold of dream” yaitu morfin yang berasal dari kata morpheus yang berarti suatu istilah yang menggambarkan suasana halusinasi bagi pemakai opium, morfin atau madat.