Biogenetik Alkaloid pada Makhluk Hidup

            Biogenetik atau biogenesis diartikan sebagai cara menghasilkan atau memproduksi kehidupan organisme atau organel baru. Dimana Louis Pasteur adalah pencetus hukum biogensis ini. Pengamatan yang dilakukannya menghasilkan sebuah teori bahwasannya benda hidup hanya dapat dihasilkan dari benda hidup yang lain pula, dengan reproduksi misalnya ayam yang bertelur dan lama-kelamaan menetas menghasilkan ayam-ayam yang baru. Jadi disini berarti  kehidupan tidak berasal atau dihasilkan dari benda mati atau yang sering disebut dengan, “pembentukan spontan”. Jika ditilik dari bahasa lainnya yang serupa maknanya adalah melalui kalimat, “Omnis Cellula e cellula” yang berarti “semua sel berasal dari sel”.

Berkaitan dengan segala pengertian mengenai biogenetik ternyata alkaloid juga memiliki biogenetiknya sendiri. Dimana sebelumnya kita sudah membahas mengenai struktur dan manfaat dari alkaloid pada blog-blog sebelumnya. Kali ini akan dibahas mengenai biogenetik alkaloid pada makhluk hidup.

Diketahui bahwasannya secara biogenetik alkaloid berasal dari sebagian kecil asam amino yaitu ornitin dan juga lisin yang mampu menurunkan atau menghasilkan derivat berupa alkaloid asiklik, fenilalanin dan tirosin hasil turunan dari isokuinolin dan triptofan yang menurunkan alkaloid jenis indol. Asam amino merupakan senyawa organik yang sangat penting, dimana senyawa ini terdiri atas amino (NH2) dan karboksil (COOH). Dimana ada 20 jenis asam amino esensial yang termasuk standarnya atau disebut alfa amino yaitu alanin, arginin, asparagain, asam spartat, sistein, asam glutamat, glutamin, glisin, histidine, isoleusin, leusin, lysin, metionin, fenilalanine, pirolin, serine, treonine, triptofan, tirosine, dan valin. Namun dari 20 jenis asam amino yang disebutkan hanya tirosin, histidin, lisin dan triptofan yang menjadi asal muasal atau pencetus senyawa alkaloid. Alkaloid dapat bersifat asam maupun basa tergantung pada gugus apa yang diikat oleh atom Nitrogennya. 

Gambar Struktur Asam Amino

Dalam biosintesis alkaloid terdapat reaksi utama yang mendasarinya yaitu reaksi Mannich yang terjadi antara suatu aldehida dan sebuah amin primer dan sekunder serta suatu enol atau fenol. Biosintesis dari alkaloid ini juga melibatkan sebuah reaksi rangkap oksidatif fenol dan juga metilasi serta ada beberapa jalur yang terlibat ke dalam biosintesis alkaloid ini yaitu jalur poliketida dan jalur mevalonat. Melalui asal-usul dari biogenetik ini ternyata berguna untuk menjelaskan hubungan yang terjadi antara berbagai alkaloida yang dibagi berdasarkan jenis cincin heterosikliknya. Dari biosintesanya sangat jelas menunjukkan bahwasannya alkaloid berasal dari asam amino. Berdasarkan hal tersebut maka alkaloid dapat dibedakan atas tiga jenis utama, yaitu:

a.   Alkaloid asiklik yang berasal dari asam amino ornitin dan lisin, dimana alkaloid ini dapat berada pada beberapa tanaman seperti pada kulit buah delima. Dimana buah ini ternyata bermanfaat atau bersifat sebagai antioksidan, menghentikan diare, sebagai antiinflamasi, antiseptik, antitumor dan antikanker.

b.   Alkaloid aromatik jenis fenilalanin yang berasal dari fenilalanin, tirosin dan 3,4 dihidrofenilalanin. Contohnya alkaloid isokuinolin jenis efedrin yang terbentuk dengan prekursor fenilalanin dan tirosin. Efedrin ini biasanya digunakan sebagai obat peningkat tekanan darah, dimana efedrin bekerja sebagai stimulan atau vasokonstriktor yang fungsinya sebagai pelebar pembuluh darah.

c.   Alkaloid aromatik jenis indol yang berasal dari triptofan. Contohnya adalah alkaloid indol jenis Harmin. Reaksi utama yang mendasari biosintesis senyawa ini adalah reaksi Mannich (reaksi antara aldehid dan amina primer/sekunder dan suatu etanol).

Kemudian jika ditilik lagi berdasarkan asal mulanya (biogenesis) dan hubungannya dengan asam amino, alkaloid dibagi menjadi tiga kelas, yaitu:

a.    True Alkaloid

b.    Proto Alkaloid

c.    Pseudo Alkaloid

Pada dasarnya sebuah metabolit sekunder yang terdapat pada bahan alam merupakan hasil dari metabolit primer yang mengalami reaksi spesifik yang selanjutnya menghasilkan senyawa-senyawa tertentu. Biogenetik pembentukan alkaloid tentunya memiliki prosesnya tersendiri. Dimana berikut ini adalah skema umum jalur biogenetik pembentukan alkaloid :

Secara umum, biosintesis pada alkaloid dapat dilakukan dengan banyak cara dan tidak mudah mengklasifikasikannya, namun ada beberapa reaksi khas dan terlibat dalam reaksi sintesis alkaloid yaitu Basa Schiff dan Mannich,sebagai berikut:

1.    Sintesis Basa Schiff

Sintesis ini dilakukan dengan merekasikan sebuah amina dengan keton ataupun aldehida, reaksi ini adalah cara umum untuk menghasilkan C=N obligasi. Dalam biosintesis alkaloid, proses ini dapat berlangsung dalam molekul seperti pada proses sintesis piperidin.

Gambar Reaksi Basa Schiff

2.    Reaksi Mannich

Rekais mannich adalah salah satu reaksi adisi nukleofilik amina ke dalam sebuah gugus karbonol yang diikuti reaksi eliminasi anion hidroksil yang menjadi basa Schiff. Basa Schiff ini adalah elektrofil yang bereaksi dengan dua langkah yaitu adisi nukleofilik kedua dengan karbanion yang dihasilkan dari senyawa yang memiliki proton asam. Reaksi Mannich ini juga dianggap sebagai reaksi kondensasi.

Gambar Reaksi Mannich

Reaksi ini juga diartikan sebagai reaksi organik yang mengandunng alkilasi amino proton asam yang terletak di sebelah gugus fungsi karbonil dengan formaldehid dan amonia ata amina (primer/sekunder). Produk akhirnya nanti adalah β-amino-karbonil Bahan atau komponen integral dari reaksi ini selain asam amina dan karbonil senyawa adalah karbanion yang berlaku dalam peran nukleofil pada penambahan nukleofilik di ion yang terbentuk oleh reaksi antara amina dan karbonil.
Jika ditinjau dari biogenetiknya, alkaloid dibagi menjadi :

1.    Alkaloid Alisiklik

       Alkaloid ini terbentuk karena adanya ikatan antara asam amino ornitin dan juga asam amino lisin. Dimana kedua asam amino disini bertidak sebagai prekursor dari terbentuknya alkaloid alisiklik. Alkaloid ini biasanya ditemukan pada buah delima di bagian kulitnya. Dimana strukturnya sebagai berikut :

Gambar Asam Amino Lisin

2.    Alkaloid Indol

       Alkaloid ini adalah alkaloid yang terbentuk dari asam amino triptofan. Contoh dari jenis ini adalah Harmin.

Gambar Struktur Asam Amino Harmin

Berikut gambar biogenetik dari Nikotin :

3.    Alkaloid Isokuinolin

       Alkaloid ini merupakan suatu alkaloid yang terbentuk dari asam amino fenilalanin dan tirosin. Berikut alur biogenetiknya :

Gambar Struktur Fenilalanin

Dimana tirosin dan fenilalanin bertindak sebagai prekursor pada pembuatan ini (pembuatan/sintesis amina). Contoh dari alkaloid jenis ini adalah epiderin yang biasanya kita gunakan untuk obat peningkat tekanan dasar yang biasanya pada pasien yang diberikan bius tekanan dasrahnya menurun sehingga perlu diberikan epiderin ini. Selain epiderin, contoh senyawa ini adalah morfin.

Berikut uraian biogenetiknya :

Gambar Biogenetik Morfin

Selain gambar di atas proses biogenetik pada senyawa dari tirosin dapat digambarkan dalam gambar berikut ini :

Permasalahan :

1. Jika diperhatikan berdasarkan prekursor yang bertindak pada pembentukan alkaloid hanya empat dari 20 asam amino, yaitu tirosin, histidin, lisin dan triptofan. Mengapa hanya keempat asam amino itu saja yang dapat menjadi prekursor pembentukan alkaloid?
2. Secara biogenetiknya alkaloid berasal dari sebuah asam amino yang terdiri atas ornitin dan lisin. Apakah masih bisa dikatakan alkaloid jika diketahui bahwa dari strukturnya tidak memiliki gugus amina? Lalu menurut Anda, apa alasannya?
3. Dikatakan pada penjelasan bahwasannya alkaloid tidak selalu basa dan bergantung kepada gugus apa yang diikat oleh atom Nitrogen tersebut. Lalu bagaimana keadaan pada alkaloid jenis Harmin yang disebutkan di atas? Asamkah dia atau basa?