metabolit bahan alam

I. METABOLIT PRIMER DAN METABOLIT SEKUNDER

Kimia organik Bahan alam adalah ilmu kimia senyawa atau molekul yang berasal dari sumber daya alam hayati: Tumbuhan, hewan, dan mikroorganisme teresterial, dan laut. Yang membahas tentang :

1.      Struktur dasarnya,

2.      Terdapatnya / biosintesisnya

3.      Sifat-sifatnya,

4.      Reaksi pengenalan.

Senyawa organik bahan alam umumnya terdiri atas 2 yaitu :

Metabolik primer Produk metabolis primer : sama untuk semua organisme Contoh :     Polimer alam     Polisakarida      Protein     Lemak     Asam Nukleat

Metabolik sekunder Produk metabolism sekunder : bergantung pada spesies Contoh :       Terpenoid       Steroid       Flavonoid        Poliketida       Alkaloid

        

a. Metabolit Primer

            Senyawa yang secara langsung memiliki fungsi/terlibat dalam proses metabolisme utama, jalur katabolisme dan anabolisme pada makhluk hidup. .

b. Metabolit  Sekunder

            Senyawa yang tidak memiliki fungsi untuk pertumbuhan dan perkembangan secara langsung, dimana senyawa tersebut penting untuk kelangsungan hidup dan interaksi dengan lingkungan.

Beberapa fungsi metabolit sekunder :

1. Proteksi terhadap serangan mikroba, seperti :

• fitoaleksin, senyawa pertahanan yang dapat diinduksi

- struktur bermacam-macam

- disintesis di dalam sel di sekitar sel yang terinfeksi

- terakumulasi dalam konsentrasi yang tinggi pada sel yang mati

• elisitor-senyawa kimia spesifik yang menginduksi respons mekanisme pertahanan tumbuhan

2. Proteksi terhadap serangan/gangguan herbivora

• umumnya bersifat konstitutif
• pestisida alami pada tumbuhan dapat mencapi 10% berat kering, dimana tumbuhan liar memiliki potensi sebagai toksin.

3. Proteksi terhadap gangguan lingkungan

• proteksi terhadap UV, contoh : antosianin, kutikula
• osmoproteksi, contoh  : prolin, glisin, betain

4. Agen alelopati, menghambat pertumbuhan tanaman di sekitarnya (kompetisi)

5. Menarik serangga pollinator dan hewan herbivora untuk membantu penyebaran biji seperti pigmen, minyak wangi dan biji seringkali terlindungi oleh adanya toksin.

JALUR METABOLISME SEKUNDER

c. Karakteristik Senyawa Organik Bahan Alam

METABOLIT PRIMER

1.      Tersebar merata dalam tiap organisme

2.      Fungsi universil, sumber energi, enzim, pengemban keturunan, dan bahan struktur

3.      Perbedaan struktur kimia kecil

4.      keaktifan fisiologis berkaitan dengan struktur kimia

METABOLIT SEKUNDER

1.   Tersebar tidak merata dalam tiap organisme

2.   Fungsi ekologis; penarik serangga, pelindung diri, alat bersaing, hormon.

3.    Struktur kimia berbeda-beda

4.    Keaktifan fisiologis berkaitan dengan struktur kimia

II. METODE ISOLASI DAN BIOAKTIFITAS SENYAWA ORGANIK BAHAN ALAM

a. Metode isolasi

1.      Infundasi

Definisi :

      Sediaan cair yang dibuat  dengan mengekstraksi simplisia nabati dengan  air suhu 90^oC selama 15 menit.

Cara pembuatan:

Campur simplisia dengan air secukupnya, panaskan di atas penangas air selama15 menit terhitung mula isuhu mencapai 90 ^oC sambil sekali-kali diaduk. Saring selagi panas melalui kain flanel, tambahkan air panas secukupnya melalui ampas hingga diperoleh volume infuse yang dikehendaki.

2.   Maserasi

      Maserasi merupakan proses perendaman sampel dengan pelarut organik yang digunakan pada temperatur ruangan. Proses ini sangat menguntungkan dalam isolasi senyawa bahan alam karena dengan perendaman sampel tumbuhan akan terjadi pemecahan dinding dan membran sel akibat perbedaan tekanan antara di dalam dan di luar sel, sehingga metabolit sekunder yang ada dalam sitoplasma akan terlarut dalam pelarut organik. Selain itu ekstraksi senyawa akan sempurna karena dapat diatur waktu perendaman yang dilakukan. Pemilihan pelarut untuk proses maserasi akan memberikan efektifitas yang tinggi dengan memperhatikan kelarutan senyawa bahan alam pelarut tersebut. Secara umum pelarut metanol merupakan pelarut yang paling banyak digunakan dalam proses isolasi senyawa organik bahan alam karena dapat melarutkan seluruh golongan metabolit sekunder. Kelemahan isolasi dengan maserasi adalah waktu pengerjaan lama dan penyarian kurang sempurna.

      Macam-macam Maserasi :

      a. Digesti

          - maserasi dengan pemanasan 40-50⁰C

          - hanya untuk senyawa tahan panas

          - keuntungan : kekentalan kurang, daya larut naik, kecepatan difusi naik

      b. Maserasi dengan pengaduk kontinue

          - mengurangi waktu hingga menjadi 6-24 jam

      c. Remaserasi

          - maserasi beberapa kali

      d. Maserasi melingkar

         - cairan penyari selalu bergerak dan menyebar

      e. Maserasi melingkar bertingkat

         - untuk mendapatkan penyarian yang sempurna

3.   Perkolasi

      Definisi :

      Penyarian yang dilakukan dg  mengalirkan cairan penyari melalui serbuk simplisia yang telah dibasahi.

      Cara kerja:

      Serbuk simplisia ditempatkan dalam suatu bejana silinder, yang bagian bawahnya diberi sekat berpori. Cairan penyari dialirkan dari atas ke bawah melalui serbuk tersebut, cairan penyari akan melarutkan zat aktif sel-sel yang dilalui sampai mencapai keadaan jenuh. Cairan akan bergerak ke bawah karena beratnya sendiri dan cairan di atasnya.

4.  Penyarian bertingkat (Sokletasi)

      Cara Kerja :

Penyari diisikan pada labu, serbuk simplisia diisikan pd tabung dari kertas saring. Cairan penyari diuapkan hingga mendidih,uap penyari akan naik keatas melalui serbuk simplisia dan uap penyari akan mengembun karena didinginkan dengan pendingin balik. Embun turun dalam simplisia dan melarutkan zat aktif dan kembali ke dalam labu. Cairan menguap kembali dan berulang proses di atas.

5.   Ekstrak

Definisi :

Sediaan pekat yang diperoleh dengan mengekstraksi zat aktif dari simplisia nabati atau simplisia hewani menggunakan pelarut yang sesuai, kemudian semua atau hampir semua pelarut diuapkan dan massa atau serbuk yang tersisa diperlakukan sedimikian hingga memenuhi bahan baku yang telah ditetapkan.

Cara pembuatan :

Sebagian besar ekstrak dibuat dengan ekstraksi bahan baku obat secara perkolasi. Seluruh perkolat biasanya dipekatkan dengan cara destilasi dengan pengurangan tekanan, agar bahan utama obat sesedikit mungkin terkena panas.

6.   Ekstrak cair

Sediaan cair simplisia nabati yang mengandung etanol sebagai pelarut atau sebagai pengawet atau sebagai pelarut dan pengawet. Jika tidak dinyatakan lain pada masing-masing monografi, tiap ml ekstrak mengandung bahan aktif 1g simplisia yang memenuhi syarat. Ekstrak cair yang cenderung membentuk endapan dapat didiamkan dan disaring.

 b. Metode Fraksinasi:

Kromatografi

      Penggunaan kromatografi sangat membantu dalam pedeteksian senyawa metabolit sekunder dan dapat dijadikan sebagai patokan untuk proses pengerjaan berikutnya dalam menentukan struktur senyawa.

Hasil yang diperoleh dari isolasi baik berupa ekstrak, destilat,perkolat dll dideteksi jumlah kompenen senyawa yang terkandung di dalamnya menggunakan Kromatografi Lapis Tipis (KLT) preparatif atau plat KLT siap pakai. Terjadinya pemisahan komponen-komponen pada KLT dengan Rf tertentu dapat dijadikan sebagai panduan untuk memisahkan komponen kimia tersebut dengan menggunakan kolom kromatografi (KKG, KKV, KKT dll) dan sebagai fasa diam dapat digunakan silikagel dan eluen (fasa gerak) yang digunakan berdasarkan hasil yang diperoleh dari KLT dan akan lebih baik bila kepolaran eluen pada kolom kromatografi sedikit di bawah kepolaran eluen pada KLT.

      Pemilihan eluen sebaiknya dimulai dari pelarut organik non polar seperti n-heksan dan ditingkatkan kepolarannya seperti menggunakan etil asetat, kloform atau dikloro metan (DCM). Proses fraksinasi ini dilakukan berulang kali hingga diperoleh senyawa murni. Senyawa murni diketahui dengan jelas bila telah dideteksi dengan KLT menggunakan 3 sistem eluen menunjukkan satu noda. Selain dengan KLT kemurnian suatu senyawa dapat dilakukan dengan penentuan titik lelehnya dimana range titik lelehnya tidak lebih dari satu.

KOLOM KROMATOGRAFI

c. Identifikasi Senyawa dan Penentuan Struktur

                  Senyawa bahan alam hasil isolasi dan fraksinasi selanjutnya diidentifikasi  stuktur kimianya menggunakan spektroskopi seperti di bawah ini :

a.   Spektroskopi UV

      merupakan metode yang akam memberikan informasi adanya kromofor dari senyawa organik dan membedakan senyawa aromatik atau senyawa ikatan rangkap yang berkonjugasi dengan senyawa alifatik rantai jenuh.

b.   Spektroskopi IR

      metode yang dapat menentukan serta mengidentifikasi gugus fungsi yang terdapat dalam senyawa organik, yang mana gugus fungsi dari senyawa organik akan dapat ditentukan berdasarkan ikatan dari tiap atom dan merupakan bilangan frekuensi yang spesifik.

c.   Nuklir Magnetik Resonansi Proton (NMR)

      metode ini akan mengetahui posisi atom-atom karbon yang mempunyai proton atau tanpa proton. Di samping itu akan dikenal atom-atom lainnya yang berkaitan dengan proton.

d.   Spektroskopi massa

      mengetahui berat molekul senyawa dan ditunjang dengan adanya fragmentasi ion molekul yang menghasilkan pecahan-pecahan spesifik untuk suatu senyawa berdasarkan m/z dari masing-masing fragmen yang terbentuk. Terbentuknya fragmen-fragmen dengan terjadinya pemutusan ikatan apabila disusun kembali akan dapat menentukan kerangka struktur senya yang diperiksa.

d. Uji Bioaktivitas Metabolit Sekunder

            Metabolit sekunder yang dimiliki makhluk hidup baik itu hewan atau tumbuhan mempunyai aktifitas biologis dan ada pula diantaranya yang non aktif. Uji bioaktifitas (bioassay) suatu metabolit sekunder senyawa alam dapat dilakukan secara in vivo maupun in vitro. Prosedur bioassay dari senyawa alam maupun sintetis sangat tergantung pada aktifitas biologis apa yang dicari atau ditapis dari perpustakaan/ database senyawa yang ada.

            Bioassay dengan biaya murah, mudah dan cepat merupakan pilihan untuk menapis senyawa bahan alam, baik penapisan ekstrak kasar maupun dalam penapisan fraksi-fraksi saat isolasi, diantaranya adalah :

1.  Piscidal activity (aktifitas racun terhadap ikan). Salah satu bioassay berdasarkan “brine shrimp bioassay”. Tumbuhan yang mempunyai aktifitas racun bagi ikan juga ditemukan mempunyai aktifitas lain seperti insektisida, inhibitor pertumbuhan tumbuhan, co-karsinogen atau irritant. Dalam hal ini, aktifitas piscidal merupakan marker yang berguna untuk bioaktifitas lainnya.

2.  Uji antimikroba dan antijamur. Bioassay antimikroba dapat dilakukan dengan menguji daya hambat pertumbuhan mikroba dalam medium padat oleh senyawa yang diuji . Metode ini lebih sederhana dan mudah dibanding dengan menguji daya hambat senyawa uji terhadap enzim yang berfungsi dalam sintesis protein, DNA atau dinding sel.

3. Uji antifeedant, uji yang dilakukan untuk mendeteksi senyawa metabolit sekunder yang bersifat aktif biologis terhadap serangga. Ekstrak tumbuhan yang diuji ditambahkan ke dalam makanan serangga kemudian beberapa jenis serangga uji diberi makan dengan diet yang telah dicampur dengan ekstrak uji dan kemudian serangga tersebut dianalisa.

Secara keseluruhan tahap-tahap isolasi, fraksinasi , karakterisasi senyawa metabolit sekunder dan uji bioaktivitasnya adalah seperti terlihat pada bagan berikut ini :