Keragaman metabolit sekunder: struktur dan biosintesis

Materi kuliah Fitokimia semester 5

1. Diversity of
Secondary
Metabolites
HARWOKO

2. METABOLITE DIVERSITY metabolism
A B C
D
E
F
G
H
I
J
Metabolismemrp proses biokimiawi yg terjadi di dalamsel makhluk
hidup dlm rangka mempertahankan hidupnya.
Reaksi metabolisme berlangsung secara enzimatikdlm kompartemen2
sel yang dibatasi oleh membran lapis ganda.
Proses biosintesis ---sangat kompleks tergantung ketersediaan enzim 
jalur pembentukan metabolit tidak identik pada tumbuhan sejenis yg
berbeda habitat (fenomena “vikariasi –ras kimia”)

3. Metabolism Products
A. Production sequences
1) Primary metabolite(s)
2) Intermedietmetabolite(s)
3) Secondary metabolite(s)
B. Effect
1) Pharmacologically active
constituent(s)
2) Pharmaceutical active ingredient(s)
Pada umumnya senyawa aktif merupakan metabolit sekunder.
Reaksi pembentukan metabolit sekunder bervariasi antar satu jenis
dg lainnya penanda spesifik
C. Isolation
1) Active substance(s)
2) Inert/Ballast
substances
D. Status of Existence
1) Genuine
2) Artifact

4. METABOLIT SEKUNDER
Hasilmetabolismedarimetabolitprimer membentukderivat
yang tidakdiketahuibagiorganismetersebutatautidak
bergunabagikelangsunganhiduporganisme.
INTERMEDIET

5. METABOLIT SEKUNDER
MENGAPA MS DIPRODUKSI?
Produkbuangan
Melimpahdi tumbuhan,
Tidakesensial
Fungsiinternal tumbuhan
Zatantara, cadanganenergi,
danprekursor
Kelebihanmetabolismeprimer MencegahkelebihanproduksiMP
Adaptasi Kemampuanbertahanhidup

6. Metabolite Diversity
METABOLITES
Chemical structuresBiosynthetic pathway
Sensory
1.Phenolics
2.Terpenoids
3.Organic acids
4.Lipid& derivatives
5.Nitrogen
6.Saccharide/derivates
7.Macromolecule
•via Shikimicacid
•via Acetate-malonat
•via Mevalonicacid
•via Methylerythritol phosphate
•via Aminoacids
1.Bitter
2.Sweet
3.Spicy
4.Chelating
Physico-chemical
Property
1.Volatile
2.Acid-Base
3.Crystal-Oil

7. Faktor
2
yg mempengaruhi
kandungan kimia pd bahan alam:
1. Faktor genetik
(internal)
2. Faktor Lingkungan
(ekologi):
Iklim
Cahaya
Nutrisi
Mineral, O
2, H
2O
Umur
Alelopati (pengaruh
tanaman di sekitarnya)
3. Faktor prosesing &
pengawetan :
Aktivitas enzim
Browning
Oksidasi
Evaporasi
Polimerisasi
4. Faktor PENYIMPANAN
FAKTOR LUAR(GEOGRAFIS)
Iklim, suhu, jenis tanah, curah
hujan
FAKTOR DALAM
(GENETIS)
Mutasi “gen”
PROSES
Proses panen & pasca panen

8. KlasifikasiSenyawaKimia
Natural Products
CHEMICAL STRUCTURE
BIOACTIVITY
CHEMOTAXONOMIC
BIOGENESIS

9. Chemical Classification
1. Carbohydrates
Gums : Acacia,
Tragacanth
Mucilages: Plantago seed
Others : Starch, Honey,
Agar
2. Lipids
Fixed oils: Castor, Olive,
Almond, Cod liver
oil.
Fats : Theobroma,
Lanolin.
Waxes : Beeswax
3. Protein
Gelatin, Ficin, Papain
4. Glycosides
•Anthraquinone Glycosides: Aloe, Cascara,
Rhubarb, Senna
•Bitter Glycosides: Gentian, Calumba,Quassia
•Cardiac Glycosides: Digitalis, Strophantus
•Cyanophore Glycosides: Wild cherry bark
•Isothiocyanate Glycosides: Mustard
•Saponins Glycosides: Glycyrrhiza, Quillaia.
5. Alkaloids= Nitrogenous substance of plant origin
Pyridine & Piperidine: Lobelia, Nicotiana
Tropane : Coca, Belladonna, Datura,
Stramonium,Cinchona.
Isoquinoline: Opium, Ipecac
Indol : Ergot, Rauwolfia .
Amines : Ephedra
Purina : Tea, Coffee.
6. Volatile Oils
Monoterpenes & Sesquiterpenes obtained from
plants.Ex.: Cinnamon, Cardamom, Mint.
7. Tannins = complex organic , non–nitrogenous
derivatives of polyhydroxy benzoic acids.

10. Scaffold structures
1.Senyawarantaiterbuka/alifatik
asam-asamlemak, gula, asamamino
2.Sikloalifatik/alisiklik
terpenoid, steroid, alkaloid
3.Benzenoid/aromatik
fenol, kuinon
4.Heterosiklik
alkaloid, flavonoid, basanukleat
(Styles, 1964)

11. 1.C
1(paling sederhana)
2.C
2
3.C
5
4.C
6C
3C
6C
2danC
6C
1
5.C
6C
2N
6.Indole-C
2N
7.C
4N = pirolidine
heterosiklik
8.C
5N = cincinpiperidine
(Dewick, 2009)
B
U
I
L
D
I
N
G
B
L
O
C
K
S

12. (Dewick, 2009 p.10-11)

13. Contoh kombinasi building blocks
(Dewick, 2009 p.12)

14. (II) Khasiatterapeutikbahan alam
1.Obatpenyakitjantung&
pembuluhdarah
2.ObatygbekerjapdSSP
3.Obatgastroenterologi
4.Obatsitostatik
5.Antiparasit
6.Kontrasepsioral, etc.
Others: hormon, antibiotika, vitamin
Kardenolida
(Digitalis lanata)

15. (III) Chemotaxonomy
chemical simillarity of taxon i.e. it is based on the existence of
relationship between constituents in various plants
Tropane alkaloids generally occur among the members of
Solanaceaethereby, serving as a chemotaxonomic marker.
The berberine alkaloid in Berberis and Argemone
Rutinin Rutaceaemembers.
Chemotaxonomygives more scope for understandingthe
relationship between chemical constituents, their biosynthesis and
their possible action.
For instance:
Definition:

16. (IV) Biosynthetic Pathways
Biosintesis: pembentukansenyawakimiasecaraalamioleh
jasadhidup.
Secaraumumbiosintesisbahanalammelaluijalurasam
sikimat, asetatdankombinasiasamasetat–sikimat.
(1) Jalurasamsikimat(+ khorismat)
jalurbiosintesisasamamino aromatisdarikarbohidrat
melaluiasamsikimat.
(2) Jalurasamasetat(poliketida & isoprenoid)
jalurbiosintesisdarisenyawaalamtertentuatau
prekursornyamelaluipembentukankondensasiunit asetat.

17. BUILDING BLOCKS MET.
SEKUNDER DARI MET. PRIMER
(Dewick, 2009 p.9)

18. Starch
Cellulose
Saccharide
PHOTO
SYNTHESIS
CO
2
H
2O
PYRIMIDIN &
PURINE POOL
DNA/RNA
SHIKIMIC
ACID
PYRUVIC
ACID
AMINO ACID
POOL
Protein
Lipid / Fat
Fatty acid
ACETYL CoA CITRIC
CYCLE
MEVALONIC
ACID
ISOPENTENYL-PP
POLYKETIDES
Plant acids
Sugar derivSTEROIDS
TERPENES
MIX-POLYKETIDES
PHENYLPROPANE
LIGNIN,LIGNAN etc
ALKALOID
FATTY ACID
CHORISMIC
ACID
(Schneider, 1985)

20. JalurSikimat –FENIL PROPAN
Asam amino aromatik dan asam benzoat sederhana
–Folic Acid (Vitamin B9), Chloramphenicol
Terpenoid-kuinon
–Vitamin K, alizarin
Asam sinamat
Phenylpropena
–Volatile Oils Containing Principally Aromatic Compounds
Lignans and Lignin
–Podophyllum
Asam benzoat dari senyawa C
6C
3
Kumarin
–Dikumarol, Warfarin, Psoralens
Flavonoid dan Stilbenes
Flavonolignan
–Silybum marianum
Isoflavonoid
–Phyto-oestrogens, Derris and Lonchocarpus
Styrylpyron
–Kava
sikimat
FENIL
PROPAN

21. Metabolitvia jalurasetat-propionat
JALUR ASETAT
UnitC
2darimolekulasamasetatmerupakanbahanpembangunyang
secaraumumdigunakanolehorganismehidupuntukpembentukansenyawa
denganmolekulyangkompleks.Selaindigunakanpadapembentukanasam-
asamlemak,asamasetatdanbentukteraktivasi-nya(asetilkoenzimA)dan
malonilkoenzimAmerupakanatomkarbonyangpentingdalam
pembentukansenyawaalamgolonganpoliketidadanberbagaiterpen.
I. Unit asamasetat, asampropionat
a. asamlemak
(1)asamlemakjenuh
(2)asamlemaktidakjenuh
(3)asamlemaksiklopropan
(4)senyawaasetilena
b. Prostaglandin
II. Asampoliketo(poliketida)
a. Antrakuinon(tipeemodin)
b. Tetrasiklin

23. Metabolitvia jalur AsamAsetat& Malonat
Acyl CoA + MalonylCoA Polyketides
A.pembentukanAntrakuinon
B.pembentukanEritronolat
C.pembentukanGriseofulvinRCO SCoA +nCH
2
COSCoA
COOH
R
COOH
( )
n-1

24. Metabolitjalur AsamAsetat& kerangkalain
Metabolitygdibentuklewatisoprena:
a.terbentukisoprenaaktif(1, 2, 3, 4, 6, 8; > unit-unit
isoprena, poliprenol, politerpen)
b.Pembentukanterpenoiddari:
a). 2 unit isoprena: monoterpenasiklik&siklik
b). 3 unit isoprena(seskuiterpensiklik)
c). 4 unit isoprena(diterpen)
FLAVONOID

25. JALUR ASETAT -MEVALONAT
Pembentukanterpenoiddari:
d). 6 unit isoprena
1). Triterpenatetrasiklik
produksiklisasiprimer (lanosterin)
pembentukanβ-amirin
pembentukankolekalsiferol(vit. D), asamempedu
2). PembentukanSTEROID
e). 8 unit isoprena(Tetraterpen)
1). cis-trans Fitoen
2). β-Karoten
f). Lebihdari8 unit isopren
1). Poliprenol
2). Guttapercha

26. PR
Buatlah rangkuman jalur biosintesis (utama) dari golongan
metabolit sekunder berikut ini:
(1)Alkaloid
(2)Antibiotik Makrolida
(3)Fenol
(4)Flavonoid
(5)Poliketida
(6)Steroid
(7)Terpenoid
Further Reading:
Dewick, P.M., 2009, Medicinal Natural Products, A Biosyntetic
Approach, 3
rd
Edt., John Wiley and Sons, England.

27. PR
TentukanBuilding Blocksdari senyawa bahan alam berikut ini!
Tentukan pula golongan metabolit sekunder dan kemungkinan jalur biosintesisnya!
(1) Petalopurpurenol
Huang et al. (1996) J. Nat. Prod.59, 3, 290–292.
https://doi.org/10.1021/np960068l
(2) Petalostemumol