BIOSINTESIS TERPENOID
Sri luliana
!erpenoid !erpenoid
Pada abad ke-19, seoang peneliti bernama Wallach, menemukan senyawa tanaman yg mempunyai struktur karbon yg dapat dipecahpecah menjadi beberapa komponen C5 yang bercabang
omponen itu kemudian disebut sebagai satuan isoprena atau isopentena Senyawa-senyawa yang struktur kimianya dapat dipecah menjadi satuan isoprena disebut sebagai senyawa terpena/terpenoid Senyawa terpenoid tersebar luas di dalam tumbuhan
"onoterpena dan seskuiterpena seskuiterpena sebagai kandungan minyak atsiri dari tumbuhan yang banyak terdapat di #ndonesia dan mempunyai bau yang sangat khas dan harum seperti bau rempah-rempahan, bau melati, kenanga, mawar dan bau empon-empon $angkah biosintesis terpenoid dapat menentukan kandungan senyawa terpenoid di dalam tumbuhan
!umbuhan !umbuhan yang termasuk termasuk satu satu genera, sering mengandung mengandung senyawa terpenoid yang hampir sama
#n%ormasi ini dapat dijadikan dasar pelacakan kandungan terpenoid di dalam tumbuhan
lasi&kasi !erpenoid 'erdasarkan jumlah satuan isoprena yang terikat, senyawa-senyawa terpenoid dapat diklasi&kasikan menjadi( •
•
•
•
•
•
C1) - "onoterpena C15 - Seskuiterpena C*) - +iterpena C*5 - Sesterterpena C) - !rite riterpen rpena a C) - Poliisoprena
S#./! #"#/ ebanyakan terpena adalah senyawa ali%atik 0bukan aromatik, aromatik, alisiklik atau siklik dengan gugus %ungsional biasa, khususnya ikatan rangkap dua dan alkohol 2al ini berarti bahwa reaksi kimia yang penting lagi menarik adalah bergantung bergantung kepada bidang kimia ionik karbonium atau karbokation karbokation "onoterpena dan sekuiterpena sekuiterpena adalah a dalah senyawa yang mudah menguap dan banyak ditemukan ditemukan pada minyak atsiri Sedangkan terpena yang mengadung karbon di atas dapat berbentuk cairan atau padatan 3leh karena itu campuran monoterpena dan seskuiterpena seskuiterpena dapat dianalisis melalui 4$C, tetapi terpena yang lebih tinggi tidak dapat
'iosintesis Secara umum biosintesa dari terpenoid dengan terjadinya reaksi dasar yaitu ( * 1 Pengganbung Pembentukan Penggabunga an kepala dan isopren akti% n ekor dan ekor dua unit berasal dari ekor dari unit isopren akan asam asetat C-15 atau Cmembentuk melalui asam *) me6alonat dan mono-, menghasilkan +eo7y-+seskui-, di-, triterpenoid 7ylulose-5sester- dan dan steroid phosphate poli-terpenoid
1 4ambaran biosintesis pembentukkan satuan isoprena /sam me6alonat terbentuk dari asetil ko-/ yang berkondensasi dengan asetil ko-/ menjadi aseto asetil ko-/ Senyawa tersebut berkondensasi dengan asetil ko-/ lagi, tetapi kondensasi yang berlainan dengan cara yang pertama, sehingga dengan tambahan 2*3 terbentuk hidroksi-metil glutaril Co-/ 02"4-Co-/ +engan perantaraan 8/+P2, terjadi hidrolisis, dan terbentuklah asam me6alonat +engan bantuan /!P, dan kemudian terjadi dekarboksilasi, sehingga terbentuk isopentenil di%os%atisopentenil piropospat 0#PP
:alur biosintesis
/cetil Co-/
/s me6alonat
#PP
.ormasi asam me6alonat
+"/PP
* 4ambaran penggabungan satuansatuan isoprena !ahap kedua ini dimulai dengan terjadinya isomerisasi, dengan perantaraan en;im isomerase, terbentuk dimetilalill-piro%os%at 0+"/PP Senyawa ini berkondensasi dg #sopentenil piro%os%at 0#PP akan terjadilah 4eranil piro%os%at 0satuan monoterpenoid akti% Penggabungan antara satu unit #PP dengan 4PP akan menghasilkan .arnesil piropos%at, senyawa antara bagi seskuiterpena
+emikian selanjutnya sehingga terjadi senyawa-senyawa terpenoid yang lebih tinggi satuan isoprenanya
+
.ormasi siklik dipos%at
"=P
Pembentukkan gugus keton
#PP
+"/PP
karbokati on
#PP
karbokatio n
4PP
Pembentukan 4eranil piropospat yang merupakan senyawa antara bagi semua senyawa monoterpen
#PP 4PP
.PP
isomer dari .PP
isomer dari .PP
Pembentukan .arnesil piropospat yang merupakan senyawa antara bagi senyawa seskuiterpen
Reaksi Utama Karbokation 1 /disi 0penambahan suatu nukleo&l 0penyelesaian reaksi S81 atau adisi 0penambahan elektro&lik C H
C
C
H
C
OH
Nu:
C
H .
C
H C
H
C
Nu
•
-O H2
• •
Nukleofil seringkali
C
C
C
C
C
C
lain
C
C
C
C
Dimerisasi isobutilena. Polimerisasi kation. Perhatian : Ikatan C-C dihasilkan.
→ alkena * Pelepasan 2 C
H
C
C C
+ H
Pengaturan kembali pindahan hidrida 02 atau alkil, biasa dari atom C1, ke atom C* H C C 1 2
C C 1 2
R 1
C
C 2
C C 1 2
Penataan ulang ion karbonium biasanya melalui pergeseran 1,2 (1,2 shit! yaitu pergeseran atom " atau metil yang terletak di samping karbonium. Contoh : H OH
+
H2O H
H
H
H
H
- H2O
H H
H patchouli alkohol
Pindahan alkil
Pindahan alkil
H
β-patchoulene
H
.
"ekanisme +
H +
H /H2O
er!acrene "seskuiterpena#
H2O
OH $uniper ca!phor "%uga sen&a'a hasil ala!#
O HO H(C
H
+
C
O H
H
O
O
HO
HO
H(C
H(C H CH 2OH
+
CH 2 OH H
O dehidrogenasi H(C
"β -H#
HO H(C
HO O
CH2 .
H(C HO O H+ lepas sehingga
SENYAWA-SENYAWA TERPENOID Senyawa monoterpenoid banyak terdapat sebagai komponen minyak atsiri 'erdasarkan kerangka karbonnya, monoterpenoid onoterpenoi dapat dibagi menjadi( d "onoterpenoid asiklis "onoterpenoid mono dan bisiklis "onoterpenoid siklopentena "onoterpenoid yang tidak beraturan •
•
• •
• •
Contoh 'iosintesis #ridoid 0Secologanin sebagai senyawa "onoterpena
4PP
/ldehid hidrat
Skema dari segi teori yang diusulkan untuk pembentukan %enchone dari geraniol e - k 2
OH *
(
OH
C(-C*
1
1 2
, +
C2-C
,
2
+
(
( *
*
Pen&usunan se!ula
C1-C
2
1
1
2 2
.
(
O/ O/
O
O
'iosintesis penutupan cincin monoterpena menjadi monosiklis melalui mekanisme ionik Sebelum terjadi siklisasi, bentuk trans 0geraniol berubah menjadi bentuk cis 0nerol #ni dapat terjadi melalui dua cara ( •
•
1 melalui reaksi redoks * melalui ;at antara pengaturan ulang menjadi tersier allilik piro%os%at atau linaliil piro%os%at 0lihat biosintesis berikutnya
OH
CH2OH H2O
+
+
H /H2O geraniol
+
+ .
CH2OH
H2O
- H+
OH +
Nerol
H2O/H OH
- H2O
OH
OH
li!onena 1-terpin
α-terpineol
β-terpineol
1-sineol O
onoterpena den!an keran!ka isoprena tidak terat"r
Walaupun kebanyakan monoterpena alami dibentuk oleh kesatuan isoprena 0kepala-ekor, namun ada beberapa pengecualian, karena •
•
•
a Penggabungan isoprena unit selain dari kepala ke ekor b Penyusunan kerangka oleh degradasi 0pemutusan ikatan atau pelepasan satu atau lebih atom karbon c >earrangement O
O
3rte!isia keton dari Artemisia annual 4. "0a!. co!positae#
Hidrokar)on dari Sabtolina Chammaeeyparis "0a!. co!posiatae# COOH
3sa! chr&santhe!ic dari Chrysanthemum Sp "Co!positae#
.
#$ Ses%"iterpena Senyawa ses?uiterpen ini mempunyai bioakti&tas yang cukup besar, diantaranya adalah sebagai, antimikroba, toksin serta regulator pertumbuhan tanaman dan pemanis 'iosintesis ( %arnesil piro%os%at dari geranil piro%os%at
.arnesil adalah titik awal biosintesis senyawa ses?uiterpen Senyawa-senyawa ses?uiterpen diturunkan dari cis %arnesil piro%os%at dan trans %arnesil piro%os%at melalui reaksi siklisasi dan reaksi sekunder lainnya edua isomer %arnesil piro%os%at ini dihasilkan in 6i6o melalui mekanisme yang sama seperti isomerisasi antara geranil dan nerol
Senyawa seskuiterpena yang kini banyak menarik perhatian adalah artemisinin Senyawa ini dikandung terutama dalam Artemisia annua, suatu tanaman yg termasuk %amilia Compositae, dan digunakan sebagai obat anti malaria Senyawa tsb banyak menarik perhatian karena akti% terhadap Plasmodium falciparum
Artemisia annua 0Compositae dikenal sejak dahulu di China dg nama ginghao, digunakan sbg obat malaria /rtemisinin adalah suatu ses?uiterpenoid lakton yang mengandung ikatan peroksida yang tampaknya penting untuk akti&tasnya
CH2
CH2O
P
P
.
O P P isopentenil-OPP
trans-geranil pirofosfat -O P P
CH2O
P
P
trans-farnesil-O P P
O P P
nerolidol-OPP
CH2O P P
cis-farnesil-OPP
O P P
OPP 6 gugus pirofosfat
trans-farnesil-pirofosfat
Biogenesis senyawa seskuiterpena
O
P
P
OP P
H
+
+
)isiklo ger!akrena
atau
ger!akrena hu!ulena
OH + H "β-ele!ane#
H
O
HO 5ui5nol "5ui5ne#
H
Sik&isasi Ses%"iterpena ( Pembentukan ;at antara ion karbokation %arnesil piro%os%at a. +
+ 7
Cis-farnesil pirofosfat
"8#
"3#
). .
+
+
7 trans-farnesil pirofosfat
"C#
"9#
Biosintesis sesquiterpena melalui reaksi isomerisasi ikatan-rangkap dua dan oksidasi dari cis-farnesil-PP (A dan B) dan trans farnesil (D) a.
+
- H+
γ -)isa)olena
"3#
H .
O
O
tur!erone
γ -kurku!ena
lanseol
atlantone
). H H
+
+
hu!ulene
"9#
"8#
H + H
+ari trans %arnesil-PP - OPP +
OPP
"a#
"9# "c# ")#
O
; H HO
ge!acrone
hu!ulene ; 6 H 2
H
!aaliol
.
+ OH "C# H H
H
H H
OH
OH
H
.
OH okkidol
okkidentalol
gua&ol
O
O H H Nootkatone
H
H H )ulnesol
OH
HO
COOH asa! alisat
Sesk"iterpena 'akton •
•
'iosintesis pembentukan gugus karboksil dari seskuiterpena lakton melalui reaksi oksidasi residu isopropil Sebelum terjadi cincin lakton, terlebih dahulu terjadi pemasukan atom oksigen membentuk lingkaran dan selanjutnya terjadi reaksi oksidasi membentuk gugus
- H+
prekursor pri!er
pender!a-O atau OH +
H O
+ CH2OH
-H-
shife
H2O
H:-
OH CH2OH
CH2OH
CHO
+
+
+
O
O O
O O
O OH
Seskuiterpena lakton yang terjadi secara O alami O O
H
H
O
O O
=antonin
>ulgarin OH
OH
O
O O3c
O O
H
OH
H O
O farinosin
O arta)sin OH
H
O3c H O O Cu!a!)rin-3
O glo)icin
.
'iosintesisnya dari minyak costus 0Saussurea lappa 0compositae
+ ;
H
H CH2OH
H CHO H
H
H
costal
costal
costol
H H
costunolida
eudes!ol
COOH
+iterpenoid "empunyai *) atom karbon yang dibangun oleh @ unit isoprena 'ioakti6itasnya sebagai hormon pertumbuhan tanaman, anti%eedant serangga, inhibitor tumor, senyawa pemanis, anti %ouling dan anti karsinogen Senyawa diterpenoid dapat berbentuk asiklik, bisiklik, trisiklik dan tetrasiklik !atanama yang digunakan lebih banyak adalah nama tri6ial
'eberapa diterpenoid dan senyawa yang mengandung diterpenoid CH( H(C
O
HO CH(
α-tokofeferol ">it. ?#
O
O >ita!in @ 1
CH2OH +
N39 >ita!in 3 1 "retinol#
N39H
CHO
.
!riterpenoid erangka dasar prinsipnya merupakan proses siklisasi dari s?ualen 'iosintesisnya merupakan kondensasi dari dua unit .arnesil piropos%at S?ualen merupakan prekursor untuk senyawa triterpenoid dan steroid dengan reaksi siklisasi Penamaan umumnya lebih disederhanakan dengan memberikan penomoran pada tiap atom karbon
.ormasi s?ualen
Steroid Steroid merupakan senyawa yang berasal dari triterpenoid
Pada hewan triterpenoid lanosterol, pada tumbuhan triterpenoid sikloartenol +itinjau dari segi struktur molekulnya perbedaan antara beberapa kelompok steroid ditentukan oleh jenis substituen >1, >* dan >
'iosintesis
Diterpena dan Po&iterpena 'eberapa contoh Politerpenoid 22
21 12 11 1 2
1B *
1(
CH(COOH
2* 1,
A
(
HO
2(
2B 1-
+
1*
1+
,
@olesterol
=5ualene
A B metil group yang hilang oleh siklisasi
/pabila dugaan ini betul, maka tanda 0A pada kolesterol diturunkan dari C2 dari asetat dan C- serta C-1 diturunkan dari C332 dari asetat ( + +
HO HO lupeol
β-a!irin
+
"+# positif hilang ti!)ul ikatan rangkap 6 .
HO
arotenoid "erupakan suatu senyawa tetraterpenoid yang merupakan pigmen kuning sampai merah erangka tetraterpenoidnya berasal dari dua unit geranil-geranil piropospat 044PP +imersasi antara kepala-kepala 44PP menghasilkan senyawa likopena 0$ycopersene, Senyawa ini dapat ditemukan dalam buah tomat 0Lycopersicon esculenteD Solanaceae
esimpulan Struktur terpenoida yang bermacam ragam itu timbul sebagai akibat dari reaksi-reaksi sekunder setelah reaksi kondensasi seperti hidrolisa, isomerisasi, oksidasi, reduksi dan siklisasi atas geranil-, %arnesil- dan geranil-geranil piro%os%at
