BIOKATIVITAS ALKALOID PADA NIKOTIN

ISOLASI dan BIOAKTIVITAS ALKALOID PADA NIKOTIN

Alkaloid adalah senyawa organik mirip alkali yang mengandung atom nitrogen yang bersifat basa dalam cincin heterosiklik. Karena bersifat basa, tumbuhan yang mengandung alkaloid biasanya terasa pahit. Keberadaan alkaloid pada tumbuhan sendiri tidaklah merupakan zat metabolisme, namun lebih merupakan senyawa metabolit sekunder yang memiliki lebih banyak fungsi eologis daripada fungsi merabolisme itu sendiri. Beberapa ahli menyatakan bahwa alkaloid berfungsi sebagai pelindung tumbuhan dari serangan hama dan penyakit, pengatur tumbuh, atau sebagai basa mineral untuk mempertahankan keseimbangan ion.
Dalam isolasi alkaliod di butuhkan suasana asam atau basa karena keadaan basa dan asam digunakan untuk menjaga keadaan agar proses isolasi dapat berjalan dengan baik. Alkaloid cenderung bersifat basa dan mudah menguap. sedangkan asam digunakan untuk menghasilkan alkaloid dalam bentuk garam dan tidak mudah menguap.
Dan pada tahap awal isolasi alkaloid dibutuhkan kondisi asam karena dengan penambahan asam organik maka ekstrak akan menghasilkan garam atau penambahan asam berguna untuk mengikat alkaloid dengan garam nya.Penambahan basa berguna untuk membebaskan ikatan garam menjadi alkaloida yang bebas. Metode isolasi
1.      Isolasi alkaloid dilakukan dengan metode ekstraksi. Bahan tanaman, terutama biji dan daun sering banyak mengandung lemak, lilin yang sangat nonpolar. Karena, senyawa-senyawa tersebut dipisahkan dari bahan tanaman sebagai langkah awal dengan cara pelarutan dengan petrolium eter. Kebanyakan alkaloid tidak larut dalam petrolium eter. Namun, ekstrak harus selalu dicek untuk mengetahui adanya alkaloid dengan menggunakan salah satu pereaksi pengendap alkaloid. Bila sejumlah alkaloid larut dalam pelarut petrolium eter, maka bahan tanaman pada awal ditambahkan dengan asam untuk mengikat alkaloid sebagai garam nya. Prosedur ini telah digunakan untuk mengekstrak ergotamin dari cendawan ergot.
2.   prinsip pengerjaan dengan azas keller yaitu alkaloida yang terdapat dalam suatu bakal sebagai bentuk garam, dibebaskan dari ikatan garam tersebut menjadi alkaloida yang bebas. Untuk itu ditambahkan basa lain yang lebih kuat dari pada alkaloida tadi. Basa yang dipakai tidak boleh terlalu kuat karena alkaloid pada umumnya kurang stabil. Pada pH tnggi ada kemungkinan akan terurai, terutama dalam keadaan bebas. Bahan tumbuhan dapat dibebaskan dengan natrium karbonat.
3.      Nikotin dapat dimurnikan dengan cara penyulingan uap dari larutan yang dibasakan. Larutan dalam air yang bersifat asam dan mengandung alkaloid dapat dibasakan dan alkaloid diekstraksim dengan pelarut organik, sehingga senyawa netral dan asam yang mudah larut dalam air tertinggal di dalam air.
Contohnya pada isolasi nikotin 25 gram daun tembakau kering rajangan yang telah dibungkus kertas saring  dimasukkan ke dalam alat soxhlet, dilakukan ekstraksi dengan menggunakan 300  mL metanol selama 7 jam. Sampel yang digunakan adalah 100 gram sehingga ekstraksi dilakukan 4 kali. Ekstrak / filtrat yang dihasilkan dievaporasi sampai dihasilkan larutan yang pekat atau filtrat tinggal 10 % dari volume semula.Larutan  pekat  dituangkan  ke  dalam  labu  erlenmeyer  dan  diasamkan dengan H2SO4  2 M sebanyak 25 mL. Larutan diaduk dengan magnetik stirer  agar   homogen.Lalu larutan  diuji  dengan  kertas  lakmus  sampai berwarna merah.  Kemudian larutan diekstrak dengan kloroform 25 mL sebanyak 3 kali dengan corong pisah. Ekstrak yang dihasilkan berada di lapisan bawah diuji dengan reagen Dragendorf, Dan jika timbul endapan orange berarti larutan positif mengandung alkaloid. Penambahan asam pada isolasi nikotin adalah untuk membentuk garam Nikotin yang berbentuk kristal, karena pemurnian zat padat akan lebih mudah dibandingkan zat cair. Sedangkan dinetralkan dengan penambahan basa adalah untuk menghasilkan basa bebas, karena yang dapat diekstraksi oleh pelarut organik adalah nikotin dalam bentuk basa bebasnya. Begitu pula isolasi opium dan kokain.
Reaksi Nikotin :
      Gugus amina pada struktur nikotin merupakan amina tersier yang dapat terprotonasi untuk membentuk garam. Gugus amina tersier pada struktur nikotin terikat pada cincin piridin dan cincin pirolidin. Dilihat dari harga pK, cincin pirolidin sekitar 8 dan pK cincin piridin sebesar 3 maka pada pH 7 gugus amina pada cincin pirolidin akan terprotonisasi sekitar 90%.
      Nikotin dengan gugus amina terprotonasi ini dapat bereaksi dengan basa kuat menghasilkan basa bebas. Kemudian nikotin dalam bentuk basa bebas ini akan dapat diekstraksi/dilarutkan dalam pelarut organic, misalnya diklorometana,eter.
           Nikotin yang diperoleh setelah penguapan pelarut berupa cairan seperti minyak dengan titik didih 246 C dan jumlahnya sedikit. Pemisahan dan pemurnian zat cair akan lebih sukar dibandingkan dengan zat padat. Maka nikotin yang berbentuk cair, diubah menjadi garamnya yang berbentuk padat. Nikotin dapat bereaksi dengan asam pikrat membentuk nikotin dipikrat yang berbentuk padat.Jumlah/masa nikotin dipikrat akan jauh lebih besar dibandingkan massa nikotin sehingga pemurniannya akan lebih mudah.
Nikotin sebagai Alkaloid Utama dalam Rokok
Nikotin adalah amin tersier yang terdiri dari cincin pyridine dan pyrrolydine (Gambar 2.1). Produksi nikotin memerlukan asam nikotinat (niacin) dan kation N-methylpyrrolinium, yang didiversikan dari ornithine. Produksi nikotin dalam daun tembakau diinduksi oleh sinyal Jasmonic acid sebagai respons terhadap kerusakan daun. Sintesis nikotin terjadi di akar tanaman kemudian ditranspor melalui xylem menuju daun dan bagian tanaman lainnya. Dalam keadaan murninya, nikotin tampak sebagai cairan yang kental, seperti minyak tidak berwarna dan bersifat sangat alkalis. Jika dipapar dengan udara terbuka, ia menjadi berwarna kuning kecoklatan dan memberikan bau khas tembakau (Hoffmann dan Hoffmann, 1999).
Sebenarnya nikotin dalam daun tembakau berfungsi sebagai bahan kimia antiherbivora, terutama serangga. Oleh sebab itu, di masa lalu nikotin banyak digunakan sebagai insektisida. Kadar nikotin berbeda-beda tergantung jenis tembakau serta posisi daun, daun yang letaknya relatif lebih tinggi daripada daun lainnya memiliki kadar nikotin lebih tinggi. Zat ini mendominasi alkaloid yang ada pada rokok (sekitar 95% alkaloid dalam rokok merupakan nikotin) dan mencapai berat kering 1,5% tembakau dalam rokok. Rata-rata dalam sebatang rokok mengandung 10-14 mg nikotin dan sekitar 1 mg nikotin diabsorbsi ke dalam peredaran darah sistemik selama merokok (Hukkanen et al., 2005).
Sebagian besar nikotin pada daun tembakau berada dalam bentuk levorotary (S)-isomer, dan hanya sebagian kecil, sekitar 0,1-0,6% dari nikotin total yang berada dalam bentuk (R)-nikotin. Dalam asap rokok, jumlah (R)-nikotin meningkat sampai 10%, diperkirakan hal ini terjadi oleh karena proses racemization selama pembakaran. Nikotin mudah menguap pada pembakaran bersuhu rendah, sekitar 308K (Hukkanen et al., 2005). Oleh karena sifat fisiknya yang demikian, hampir semua nikotin dalam rokok menguap saat dibakar dan terinhalasi selama merokok.
Absorbsi Nikotin ke dalam Sirkulasi Sistemik selama Merokok
Saat rokok dibakar, nikotin dalam tembakau terdestilasi dan terhisap bersama dengan fraksi partikulat (tar) ke arah pangkal rokok. Absorbsi nikotin melewati membran biologis targantung pada pH. Nikotin memiliki sifat basa lemah dengan pKa 8,0, maka dari itu dalam kondisi lingkungan yang asam, nikotin banyak yang terionisasi dan menjadi sulit untuk menembus membran. Sebaliknya, jika kondisi lingkungan basa (pH 6,5 atau lebih), lebih banyak nikotin yang dapat terabsorbsi dalam paru (Hukkanen et al., 2005).
Setelah setiap satu hisapan, nikotin terabsorbsi dari alveolus menuju kapiler paru, dan dari sini mengalir ke dalam ventrikel kiri melalui vena pulmonalis untuk dipompakan ke seluruh tubuh. Akhirnya, nikotin dapat mencapai otak hanya dalam waktu 7 detik, lebih cepat dari nikotin IV, dan dengan cepat pula mengaktivasi neuron-neuron dopaminergik pada brain reward system (O‟Brian, 2006). Kecepatan peningkatan dan efek yang dihasilkannya inilah yang menyebabkan para perokok dapat mentitrasi kadar nikotin untuk mencapai efek stimulasi yang diinginkannya (Henningfield dan Keenan, 1993).
Merokok merupakan suatu proses yang kompleks, dan sesuai dengan yang telah disebutkan di atas, perokok dapat memanipulasi dosis nikotin dan kadar nikotin di otak dalam setiap hisapan. Intake nikotin selama merokok tergantung pada volume hisapan, kedalaman inhalasi, tingkat dilusi dalam udara ruangan, frekuensi dan intensitas hisapan (Jarvis et al., 2001). Jika perokok yang telah terbiasa mengkonsumsi rokok dengan kadar nikotin tinggi beralih ke rokok.
dengan kadar nikotin rendah atau pun mengurangi jumlah rokok yang dihisap per
harinya maka ia akan cenderung untuk mengkompensasinya dengan cara merubah
pola hisap agar tercapai kadar nikotin yang tetap tinggi seperti sebelumnya
(Hukkanen et al., 2005).
Distribusi Nikotin dalam Jaringan Tubuh
Dalam darah dengan pH 7,4, sekitar 69% nikotin terionisasi dan 31% tidak
terionisasi dan hanya 5% nikotin yang terikat pada plasma protein, sedangkan
95% berada dalam bentuk nikotin bebas dalam darah. Nikotin terdistribusi secara
luas dalam jaringan tubuh dengan volume distribusi rata-rata 2,6 liter/kg berat
badan (Hukkanen et al., 2005). Ini artinya nikotin memiliki sifat hidrofobik dan
cenderung untuk terikat dengan jaringan dengan kandungan lipid yang tinggi,
disamping itu pada jaringan-jaringan tersebut, reseptor nikotin memang
ditemukan paling banyak dibandingkan pada jaringan lain.
Metabolisme Nikotin
Kemampuan tubuh manusia untuk memetabolisme dan membersihkan obat dari dalam tubuh adalah suatu proses alami yang melibatkan jalur-jalur metabolisme dan sistem transpor yang sama untuk metabolisme nutrisi pada umumnya. Setiap hari, manusia mangalami kontak dengan sejumlah senyawa kimia asing atau xenobiotika melalui kontaminan lingkungan dan zat-zat dalam makanan. Tubuh kita telah mengembangkan suatu cara untuk mengeliminasi bahan-bahan xenobiotika tersebut secara cepat. Salah satu sumber xenobiotika paling umum dalam diet kita adalah dari tanaman. Tanaman memiliki berbagai macam zat xenobiotika yang terkait dengan produksi pigmen dan toksin (phytoallexins) untuk melindungi diri dari predator. Di dunia modern  sebagian besar paparan xenobiotika pada manusia berasal dari polusi lingkungan, zat aditif pada makanan, produk kosmetik, bahan kimia dalam pertanian, makanan yang diproses, dan obat-obatan. Berbagai macam bahan-bahan kimia tersebut pada dasarnya bersifat lipofilik, sehingga sangat sulit untuk dieliminasi dari tubuh jika tidak ada sistem metabolisme yang sesuai. Jika eliminasi tidak dilakukan, maka zat kimia bersangkutan akan terakumulasi dalam tubuh dan memunculkan gejala serta tanda toksisitas (Gonzalez dan Tukey, 2006).
Senyawa nikotin digunakan sebagai insektisida karena memiliki daya racun yang cukup tinggi. Daya racun yang cukup tinggi itu di sebabkan karena nikotin mempunyai 2 atom N pada struktur cincin heterosikliknya menyebabkan senyawa nikotin dalam reaksinya bersifat basa dan oleh sebab itu dengan asam membentuk garam nikotin bersifat non volatile ( stabil).

 PERTANYAAN :
Senyawa nikotin digunakan sebagai insektisida karena memiliki daya racun yang cukup tinggi. Daya racun yang cukup tinggi itu di sebabkan karena nikotin mempunyai 2 atom N pada struktur cincin heterosikliknya menyebabkan senyawa nikotin dalam reaksinya bersifat basa dan oleh sebab itu dengan asam membentuk garam nikotin bersifat non volatile ( stabil). Hubungan struktur dan aktivitasnya juga mempengaruhi daya racun dari senyawa nikotin, dalam hal ini isomer optik dari strukturnya menunjukkan perbedaan aktivitas.
Pengaruh nitrogen sangat mempengaruhi aktivitas dari nikotin tesebut . Apakah apabila senyawa nitrogen tersebut diganti maka kadar racun dalam nikotin akan berurang atau semakin bertambah ??? Jelaskan