METABOLIT

SEKUNDER

Mae Sri Hartati Wahyuningsih

Dept.of Pharmacology and Therapy

Faculty of Medicine

UGM

TUJUAN PEMBELAJARAN

Agar mahasiswa dapat : 1. Mengetahui perbedaan metabolit primer dan sekunder.

2. Mengetahui peran metabolit sekunder sebagai senyawa

penuntun (Lead compound) dalam proses pengembangan obat.

3. Mengetahui penggolongan metabolit sekunder dan cara

identifikasinya.

4. Mengetahui beberapa contoh aktivitas metabolit sekunder yang

sudah ada di pasaran.

Papaver somniverum Salix alba

Nicotiana tabacum

Taxus brevifolia

Garlic

Diospyros kaki (kesemek)

Metabolit

sekunder

PERAN METABOLIT SEKUNDER SEBAGAI

SENYAWA PENUNTUN

Flora, Animals Microorganisms

Marine chemistry Human biochemistry

DRUGS

Synthetic, derivatives, analogs of Clinically used drugs

PHYTOPHARMAKA

(Plants)

Chemopreventive, Chemoprotective

Bioassay guided isolation

Primary and Secondary metabolites

Primary Metabolites 1. Molekul sederhana atau

polimernya

2. Tidak mempunyai efek

farmakologi

3. Esensial untuk

kelangsungan hidup dan

sumber energi

4. Karbohidrat, protein, asam

amino, asam lemak dll

Secondary Metabolites 1. Molekul komplek

2. Mempunyai efek

farmakaologi

3. Untuk penyerbukan&

pertahanan

4. Terpenoids, alkaloids,

phenolic, flavonoids etc.

MAJOR TYPES OF SECONDARY

METABOLITES

PHENOLIC COMPOUNDS - Flavonoids, Anthraquinones etc.

TERPENOID COMPOUNDS

- Eugenol, Carotenoids, Taxol, Oleanolic acid etc.

ALKALOIDS - Vincristine, quinine, camptothecine etc.

POLYPHENOLIC COMPOUNDS

-EGCG (Epi Gallo Catechin gallate) etc. POLYKETIDE COMPOUNDS

- Discodermolide etc.

Identifikasi Metabolit Sekunder

• Dalam Ekstrak/Fraksi :

– TLC/KLT (Kromatografi Lapis Tipis) dengan penampak

bercak spesifik senyawa

• Metabolit Sekunder (isolat) Murni :

– TLC/KLT

– GC-MS (Gas Kromatografi-Spektrometri Massa), untuk

senyawa-2 yang relatif mudah menguap

– Spektroskopi

• Spektrum uv (ultraviolet), melihat adanya kromofor

• Spektrum IR (infrared), melihat adanya gugus tertentu.

• Spektrum Massa (MS), melihat bobot molekul dan

elemen penyusun senyawa

• Nuklir Magnetik Resonans (NMR): Penentu struktur

absolut senyawa isolat

Visualisasi KLT

• Senyawa berfloresensi pada λ > 400 nm

– Senyawa dg ikatan rangkap terkonjugasi panjang

(contoh : Karotenoid, berberin, dll.)

• Senyawa meredam pada λ 200-400 nm

– Senyawa dg ikatan rangkap terkonjugasi pendek

(contoh : senyawa Aromatik, fenol-2, dll.)

• Senyawa tidak nampak pada λ diatas

– Senyawa dg ikatan rangkap tidak terkonjugasi

– Senyawa tidak mempunyai ikatan rangkap (contoh :

Terpenoid, alkaloid yg tidak mempunyai inti aromatik

dll.)

ALKALOIDA : metabolit sekunder yang mengandung

satu atau lebih atom –N- (nitrogen)

Sejarah perkembangan alkaloida: •Secara tradisional telah digunakan oleh manusia

•Baru pada abad 19, upaya isolasi senyawa aktif dilakukan

•Papaver somniverum yang pertama kali dilakukan isolasi

•Narkotina pertama kali diisolasi dari P. somniverum

•Morfina, dan diketahui bahwa sifat alkaloida BASA

•Alkaloida lain berhasil diisolasi spt. Kinina, strichnina

•Namun Penentuan struktur membutuhkan waktu lama

KEBERADAAN ALKALOIDA:

-Dahulu hanya diketahui terdapat dalam tanaman saja

-Namun terdapat juga dalam bakteri, binatang, fungi, binatang laut

-Dll.

KEBERADAAN ALKALOIDA : N CH

3

H

O CH2OH

O

8. Hiosiamina

Terdapat pada daun Hyoscyamus niger,

fam. Solanaceae

N

CH3

N

O

H

OH

H3CO

O

H3CO CH

3

O

9. Vindolin

HO

O

H

HO

N CH3

10. Morfina

Terdapat dalam daun

Catharanthus roseus Dalam lateks buah

papaver somniverum

NHN

H H

H

OCH3

O

O OCH3

OCH3

OCH3

CH3O

O

CH3O

11. Reserpina

Rauvolfia serpentina (akar, 1%)

N

OH

OCH3

ONH

HCH

3O

O

H

N

N

H

O

OCH3

OH

O

CH3

O

12. Vinkristina

Catharanthus roseus (daun, 4 x 10-6 %)

ALKALOID Senyawa organik kompleks, basa dengan satu/lebih N dalam

kerangka utama atau rantai sampingnya

Diturunkan dari asam amino, berasa pahit dan toksik.

Ditemukan pada famili Monocotylodoneae dan Dicotolydoneae,

beberapa bakteri dan jamur.

Terdapat dalam biji (kolkikum), buah (opium), daun (vinka, datura),

kulitbatang (kina), akar (ipekak, rauwolfia) atau seluruh tanaman

(epedra)

Umumnya padat (kuinidin, emetin, atropin) beberapa dalam

bentuk cair (nikotin)

Umumnya tidak berwarna beberapa berwarna kuning

BEBERAPA OBAT MODERN DARI ALKALOID

OBAT KEGUNAAN KLINIK SPESIES

Ajmalin Aritmia Rauwolfia spp.

Atropin Dilator pupil Atropabelladonn

Deserpidin Antihipertensi Rauwolfia canescens

Digoksin Gagal jantung Digitalis purpurea

Digitoksin Gagal jantung D. Purpurea

Emetin Antiamuba Psychotria ipecacuantha

Efedrin Bronkodilator Ephedra sinica

Hiosiamin Antikolinergik Hyoscyam usniger

Morfin Analgesik Papaver somniferum

Papaverin Antispasmodik Papaver somniferum

Quinidin Antiaritmia C. Pubescens

Reserpin Antihipertensi Rauwolfia canescens

Teofilin Antiasma Camellia sinensis

Vincristin-Vinblastin Antikanker Catharanthus roseus

MASALAH: * Heterogen dan banyak tdk dlm bentuk ekstrak dengan kromatografi

tunggal

* Tumbuhan baru Sukar tanpa mengetahui perkiraan jenis alkaloid.

* Kelarutan dan sifat alkaloid bervariasi sulit mendeteksi senyawa khas

IDENTIFIKASI ALKALOID

1) Deteksi pendahuluan * Basa: ekstraksi alkohol (sifat asam lemah)

* Endapkan dengan amonia pekat

* Pemurnian dengan partisi

* Adanya alkaloid: KLT and disemprot pereaksi alkaloid.

2) Pereaksi Alkaloid * Dragendorf reagen umum alkaloid

* Asam Fosfomolibdat

* Iodoplatinat

* Uap Amonia

BIOLOGICALLY ACTIVE ALKALOIDS

Alkaloid structures are varies, biogenetically most of alkaloids

derived from amino acids (–N- atom contributors). Alkaloids are

compounds having –N- in their molecule structures. Therefore

alkaloids react alkalis due to a pair of free electron on –N- atom.

Most of biologically active Secondary Metabolites are alkaloids

NH

N

OH

H3CO

O

N

NH

R

H3COH

OH

O

CH3

O

OCH 3O

R = -CH3, Vinblastine

R = -CHO, Vincristine

Catharanthus roseus

(Tapak doro)

Antimitotics, they bind to tubulin and

prevent the formation of the

microtubules that responsible for the

formation of the mitotic spindle

Treatment of cells with these

alkaloids leads to an

accumulation of cells in the

M and G2 phases, and the

effect is lethal in the S

phase.

Metabolit sekunder hasil kondensasi gula (glikon) dan non

gula (aglikon)

Ikatan glikon-aglikon: O-glikosida(dioscin),

N-glikosida (adenosin), S-glikosida (sinigin),

C-glikosida (barbalin)

Molekul gula: mono-,di-,trisakarida, umumnya glukosa

Molekul aglikon: semua metabolit sekunder (alkohol, aldehid,

antrakinon, fenol, flavonoid, lakton,saponin, steroid atau tanin)

Ditemukan pada Scrophulareacea, Apocynaceae,

Leguminoceae, Rosaceae, Simarubaceae, Umbilliferae

Metabolit sekunder hasil kondensasi gula (glikon) dan

Rutaceae & Myrtaceae

GLIKOSIDA

TERPENOIDS & STEROIDS

Terpenoids berasal dari molekul isoprena

{CH2=C(CH3)-CH=CH2}

- Kerangka karbon dibangun oleh penyambungan

dua atau lebih C5

- Beberapa golongan berdasarkan di atas:

- Dua (C10)

- Tiga (C15)

- Empat (C20)

- Enam (C30)

- Delapan (C40)

SENYAWA TERPENOID:

1. Komponen minyak atsiri (monoterpena dan

seskuiterpen) (C10 dan C15) Mudah menguap.

2. Diterpena (C20) Lebih sukar menguap

3. Triterpena dan steroid (C30) tidak menguap

4. Tetraterpenoid/Pigmen karotenoid (C40)

Identifikasi:

Pereaksi serium sulfat—hijau-biru-coklat

Biosintesis Terpenoid

O-PP

O-PP

IPP DMAPP

GPP

+ IPP

FPP

+ IPP

GGPP

O-PP

FPP

Squalene

TRITERPENOIDS + STEROLS

DITERPENOIDS

MONOTERPENOIDS

SESQUITERPENOIDS

IPP=Isopentenil pirofosfat

GPP = Geranyl pyrophosphate

FPP = Farnesyl pyrophosphate

GGPP = Geranyl geranyl pp

Squalene = 30 carbons or 6 isoprene

Asam mevalonat Dimetil Alil pirofosfat

C10

C15

MVA

Head

Tail Isopren

OPPOPP

IPP Isopentenil PP

DMAP Dimetilallil PP

Pyrolysis

In vivo…?

Dipentene (d, l) & Limonene (d, l)

Pembagian terpenoid:

1. Hemiterpene

2. Monoterpene

3. Sesquiterpene

4. Diterpene

5. Sesterpene

6. Triterpene

7. Polyprenoid

Monoterpenes

Sesquiterpenoids

Diterpenoids

Sesterterpenoids

Triterpenoids

Steroids

OH

OH

COOH

Dimetilallil-OH

Menthol Bisabolene

Pimaric acid

O

HO

OHC

Ophiobolin-A OH

HO

Dammaranediol

Digitalis purpurea

O

O

HOH3CO

O

OH

O

4

17

16

5

18

19

1'

1

7

H

5 Alfa-Oleandrin

Cytotoxic on human cancer cells,

but not on normal cells

Beta-Carotene

Degraded to retinol (Vitamin A), preventive

actions against degenerative disorders, non

toxic coloring agent.

NH

O

OH

O

O

OOH

OO

O

O

O

HO

O

O

Taxol

Taxus brevifolia (yew tree) 0.01%

Paclitaxel, Docetaxel (derivative)

For ovarian tumors that do not respond to

cis-Sisplatin, recently reported for

metastatic breast cancers unresponsive

to anthracycline etc.

O

H3C

O

OO

H

CH3

H

HCH3

OArtemisinin

(Artemisia annua)

Artemisinin (anti malaria)

NH

O

OH

O

O

OOH

OO

O

O

O

HO

O

O

Taxol

BIOLOGICALLY ACTIVE TERPENOID

COMPOUNDS

β-Carotene (Carotenoids)

Degraded to retinol (Vitamin A),

preventive actions against degenerative

dissorders, non toxic coloring agent.

Taxus brevifolia (yew tree) 0.01%

Paclitaxel, Docetaxel (derivative)

Taxol promotes the assembly of tubulin

dimers into microtubules, which stabilizes

by inhibiting depolymerization

For ovarian tumors that do not respond to

cis-Sisplatin, recently reported for

metastatic breast cancers unresponsive

to anthracycline etc.

OPPOPP

DMAP IPP

Daucus carota

Building blocks

Metabolit sekunder dengan struktur kerangka dasar

dengan struktur dasar C6-C3-C6

Berdasarkan variasi rantai propana dibedakan

flavonoid, isoflavonoid dan neoflavonoid

Banyak ditemukan sebagai senyawa fenol yang

membentuk warna merah, biru, ungu, kuning tumbuhan

Banyak ditemukan dalam seluruh dunia tumbuhan mulai

dari jamur sampai Angiospermae dibagian bunga,

daun, buah, ranting, kayu, dan kulit kayu.

Sebagian besar dalam bentuk glikosida dan sebagian

kecil aglikon.

Aktivitas farmakologi sebagai antioksidan, antiinflamasi,

antikanker, antivirus dan antibakteri.

Identifikasi dengan sitroborat/Amonia

FLAVONOID

PRO-TECT :

A broad spectrum flavonoid complex

Pro-tect memberikan broad spectrum antioksidan nutrisi

flavonoid dalam jumlah yang cukup

Pro-tect memberikan flavonoids yang terdapat dalam 8

ekstrak terstandar dengan kualitas paling tinggi

Flavonoid : senyawa fenol dalam tanaman yang

bertanggung jawab thd warna terang buah-2 an dan

sayur-2 an; & paling bermanfaat yang ditemukan pada

makanan untuk kesehatan

SiO2 F254 nm

dibawah UV

254 nm

SiO2 F254 nm

dibawah UV

366 nm

SiO2 F254 nm

Vaniline-

anisaldehyde

Dibawah sinar

UV…?

Penampak bercak

lain..?

Dibawah sinar UV…?

Penampak bercak lain..?

O

H3C

O

OO

H

CH3

H

HCH3

O

OH

O

Hasil uji aktivitas farmakologi • Imunomodulator& antimikroba (Tan & Vanitha et al.,2004)

• Antihelmin (Iqmal et al., 2001)

• Antimual & mutah(Ernst & Pittler et al., 2000)

• Antioksidan (Ghasem zadeh et al.,2010)

• Antikanker (Kandu et al., 2009)

Jahe (Zingiber officinale)

Penggunaan secara tradisional Karminatif

Stimulan

Meningkatkan nafsu makan

Gangguan pencernaan

Antimual dan muntah

Salesma

Diare

Malaria dan demam

Radang sendi

Kandungan kimia Paradol

Gingerol

1,7-bis-(40-hidroksi-30-

metoksifenil)-4-heptene-3-one

1,7-bis-(40-hidroksi-30-

metoksifenil)-3,5-heptadione

PROCARCINOGEN

ULTIMATE

CARCINOGEN

DNA DAMAGE,

MUTAGENESIS

(Initiated cells)

MALIGNANT

TRANSFORMATION

Blocking agents Ellagic acid Indole-

3-carbinol

Sulforaphane

flavonoids

Supressing agents

Β-carotene

Curcumin

Gingerol

EGCG

Resveratrol

Metabolic activation

Interaction with cellular DNA

Promotion, Progression

Chemopreventive

phytochemical based

on Mechanism of

action

(Secondary Metabolites)

(Secondary metabolites)

KEMANFAATAN SENYAWA KIMIA

1. Sumber molekul baru

- Struktur unik dengan aktivitas farmakologi bervariasi

- Obat alami masih menjadi pilihan untuk penyakit

tertentu

2. Senyawa kimia dimanfaatkan sebagai senyawa penanda

(marker)

3. Senyawa kimia dimanfaatkan dalam studi farmakokinetika

obat tradisional

4. Senyawa kimia dimanfaatkan dalam studi metabolomik

tanaman obat

THANK YOU