Pintar Pelajaran Cara Flora Menciptakan Kokain, Tumbuhan Koka, Erythroxylum Coca

Cara Tumbuhan Membuat Kokain - Kokain merupakan salah satu senyawa yang paling umum dipakai dan disalahgunakan sebagai obat-obatan. Senyawa ini berasal dari tumbuhan. Namun, belum banyak info mengenai bagaimana tumbuhan memproduksi alkaloid kompleks ini. Peneliti dari Max Planck Institute for Chemical Ecology di Jena, Jerman, telah menemukan reaksi kimia yang menjadi kunci pada pembentukan kokain di tumbuhan koka dari Amerika Selatan. Mereka juga telah mengidentifikasi enzim yang terkait proses tersebut. Enzim ini termasuk famili aldo-keto-reduktase. Enzim ini juga mengungkapkan hal gres pada evolusi biosintesis kokain.

Alkaloid merupakan kelompok besar senyawa yang mengandung nitrogen organik dan mempunyai imbas yang bermacam-macam jikalau dipakai oleh manusia. Sejumlah besar alkaloid yang diproduksi oleh tumbuhan mempunyai imbas farmakologi yang berpengaruh dan biasa dipakai sebagai racun, stimulan, obat-obatan, atau obat untuk tujuan kesenangan, menyerupai kafein, nikotin, morfin, quinine, strychnine, atropine, dan kokain. Atropin sanggup dipakai untuk melebarkan pupil mata. Atropin dan kokain termasuk alkaloid tropan yang mempunyai 2 ciri khusus yaitu struktur cincin yang terdiri dari 5 dan 7 anggota.

Tanaman koka (Erythroxylum coca) dan struktur molekuler kokain (abu-abu : karbon, biru : nitrogen, merah : oksigen, putih : hidrogen). (Credit: MPI for Chemical Ecology/ D’Auria, Jirschitzka)

Tumbuhan biasanya memproduksi tropan dan alkaloid lainnya sebagai perlindungan terhadap herbivora dan musuh lainnya. Spesies di tujuh famili tumbuhan diketahui sanggup memproduksi alkaloid tropan, diantaranya mencakup Brassicaceae (Famili mustard), Solanaceae (nightshade atau family kentang), dan Erythroxylaceae (Famili koka). Famili tersebut tidak terkait erat antara satu dengan lainnya. Sebagai contoh, diasumsikan bahwa nenek moyang terakhir dari Erythroxylaceae dan Solanaceae telah hidup sekitar 120 juta tahun yang lalu. Namun, bagaimana falimi-famili tersebut sanggup mempunyai jalur biosintesis alkaloid yang sama? Apakah ada jalur alkaloid tropan orisinil dan tunggal yang hilang di kebanyakan falimi tumbuhan selama perjalanan evolusi? Atau apakan biosintesis alkaloid tropan muncul secara independen pada beberapa kesempatan yang berbeda?

John D’Auria, pemimpin proyek di Departemen Biokimia, Institut Max Planck untuk Ekologi Kimia, telah mempelajari tumbuhan koka, yaitu tumbuhan yang memproduksi kokain. Suku orisinil di Amerika Selatan telah menanam dan juga mengunyah daun koka selama sekitar 8.000 tahun, dengan manfaat sebagai stimulan dan penekan rasa lapar.

Meskipun pembentukan kokain belum diselidiki selama 40 tahun terkhir ini, namun biosistesis alkaloid tropan dan atropin dari belladonna (Solanaceae) telah berhasil dilakukan dengan sangat baik. Pada tahapan menjelang selesai biosintesis, fungsi keton direduksi menjadi residu alcohol. Reaksi kunci ini dikatalisis oleh enzim dari famili protein dehidrogenase / reduktase  rantai pendek (SDR) di belladonna. Kelompok enzim tersebut juga mencakup dehidrogenase pendegradasi alkohol di hewan.

Untuk menemukan enzim yang sesuai pada biosintesis kokain, Jan Jirschitzka, seorang mahasiswa P.hD di kelompok penelitian ini, mencari genom tumbuhan koka untuk mencari protein yang menyerupai SDR. Namun, semua gen SDR yang beliau kloning dan diekspresikan, tidak menawarkan acara untuk reaksi kunci pada pembentukan kokain. Kaprikornus beliau memakai pendekatan yang lebih klasik yaitu mengidentifikasi acara enzim pensintesis koakin pada ekstrak dari daun koka, kemudian memurnikan protein terkait dan mengisolasi polipeptidanya, dan sehabis melaksanakan sequencing parsial, beliau kemudian mengkloning gen yang sesuai.

“Kami memperoleh dua hasil yang sangat menarik,” kata Jonathan Gershenzon, administrator Institut. ”Reaksi enzim menyerupai dengan SDR pada sintesis atropin (konversi dari kelompok keto menjadi residu alkohol). Sintesis pada tumbuhan koka ini dikatalisis oleh enzim yang sama sekali berbeda pada Solanaceae.

Enzim yang gres ditemukan tersebut dinamakan methylecgonone reductase (MecgoR).Enzim ini juga termasuk family aldo-keto reductase (AKR).

Enzim AKR ditemukan pada tumbuhan dan juga mamalia, amfibi, ragi, protozoa, dan bakteri. Mereka terlibat dalam pembentukan hormone, contohnya steroid.

Hasil kedua ialah bahwa gen MecgoR, serta proteinnya, sangat aktif pada daun sangat muda tumbuhan koka, tapi tidak ditemukan di akar. Disisi lain, atropin disintesis secara langsung di akar belladonna, kemudian diangkut ke organ hijau tanaman. Berdasarkan hasil tersebut, peneliti Max Planck menyimpulkan bahwa jalur alkaloid tropan di koka dan belladonna benar-benar berevolusi secara independen.

Penjelasan mengenai tahapan MecgoR dalam mengkatalisis biosintesis kokain merupakan sukses besar, namun para peneliti terus menyidik tahapan penting lainnya pada jalur kokain. Hal lain yang menarik untuk diteliti ialah bagaimana kokain disimpan di jaringan daun dengan jumlah yang banyak. Alkaloid ini sanggup mencapai 10 % dari berat kering daun koka dewasa. Tentunya jumlah ini sangat fenomenal untuk akumulasi salah satu jenis alkaloid.

Referensi Jurnal :

J. Jirschitzka, G. W. Schmidt, M. Reichelt, B. Schneider, J. Gershenzon, J. C. D’Auria. Plant tropane alkaloid biosynthesis evolved independently in the Solanaceae and Erythroxylaceae. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2012; DOI: 10.1073/pnas.1200473109

Artikel ini merupakan terjemahan dari bahan yang disediakan oleh Max-Planck-Gesellschaft via Science Daily (6 Juni 2012). Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.