KAFEIN SEBAGAI METABOLIT SEKUNDER

Metabolit sekunder adalah senyawa metabolit yang tidak esensial bagi pertumbuhan organisme dan ditemukan dalam bentuk yang unik atau berbeda-beda antara spesies yang satu dan lainnya. Setiap organisme biasanya menghasilkan senyawa metabolit sekunder yang berbeda-beda, bahkan mungkin satu jenis senyawa metabolit sekunder hanya ditemukan pada satu spesies dalam suatu kingdom. Senyawa ini juga tidak selalu dihasilkan, tetapi hanya pada saat dibutuhkan saja atau pada fase-fase tertentu.

Fungsi metabolit sekunder adalah untuk mempertahankan diri dari kondisi lingkungan yang kurang menguntungkan, misalnya untuk mengatasi hama dan penyakit, menarik polinator, dan sebagai molekul sinyal. Sebagian besar tanaman penghasil senyawa metabolit sekunder memanfaatkan senyawa tersebut untuk mempertahankan diri dan berkompetisi dengan makhluk hidup lain di sekitarnya. Tanaman dapat menghasilkan metabolit sekunder (seperti: quinon, flavonoid, tanin, dll.) yang membuat tanaman lain tidak dapat tumbuh di sekitarnya. Hal ini disebut sebagai alelopati. Berbagai senyawa metabolit sekunder telah digunakan sebagai obat atau model untuk membuat obat baru, contohnya adalah aspirin yang dibuat berdasarkan asam salisilat yang secara alami terdapat pada tumbuhan tertentu. Beberapa metabolit sekunder lainnya yang telah digunakan dalam memproduksi sabun, parfum, minyak herbal, pewarna, permen karet, dan plastik alami adalah resin, antosianin, tanin, saponin, dan minyak volatile. Salah satu contoh metabolit sekunder yang menyebabkan rasa yaitu kafein, dimana rasa yang dihasilkan adalah rasa pahit. Senyawa ini terdapat pada tanaman kopi, teh dan kakao.

Kafeina dijumpai pada banyak spesies tumbuhan, di mana ia berperan sebagai pestisida alami. Dilaporkan bahwa kadar kafeina yang tinggi dijumpai pada semaian yang baru tumbuh. Kafeina melumpuhkan dan mematikan serangga-serangga tertentu yang memakan tanaman tersebut. Kadar kafeina yang tinggi juga ditemukan pada tanah disekitar semai biji kopi. Diketahui bahwa ia berperan sebagai penghambat perkecambahan yang menghambat perkecambahan semai kopi lain di sekitarnya, sehingga meningkatkan tingkat keberlangsungan hidup kecambah kopi itu sendiri.

Sumber kafeina yang umumnya sering digunakan adalah kopi, teh, dan kakao. Selain itu, tanaman maté dan guarana juga kadang-kadang digunakan dalam pembuatan minuman energi dan teh. Dua nama alternatif kafeina, mateina dan guaranina, berasal dari nama dua tanaman tersebut. Beberapa penggemar mate mengklaim bahwa mateina adalah stereoisomer dari kafeina. Hal ini tidaklah benar, karena kafeina merupakan molekul akiral, sehingga ia tidak mempunyai enantiomer ataupun stereoisomer. Kesan dan efek berbeda yang dijumpai pada berbagai sumber kafeina alami disebabkan oleh sumber-sumber kafeina tersebut juga mengandung campuran alkaloid xantina lainnya, meliputi teofilina yang merangsang detak jantung, teobromina, dan zat-zat lainnya seperti polifenol.

Sumber utama kafeina dunia adalah biji kopi. Kandungan kafeina pada kopi bervariasi, tergantung pada jenis biji kopi dan metode pembuatan yang digunakan. Secara umum, satu sajian kopi mengandung sekitar 40 mg (30 mL espresso varietas arabica) kafeina, sampai dengan 100 mg kafeina untuk satu cangkir (120 mL) kopi. Umumnya, kopi dark-roast memiliki kadar kafeina yang lebih rendah karena proses pemanggangan akan mengurangi kandungan kafeina pada biji tersebut. Kopi varietas arabica umumnya mengandung kadar kafeina yang lebih sedikit daripada kopi varietas robusta. Kopi juga mengandung sejumlah kecil teofilina, namun tidak mengandung teobromina.

Teh merupakan sumber kafeina lainnya. Walaupun teh mengandung kadar kafeina yang lebih tinggi daripada kopi, umumnya teh disajikan dalam kadar sajian yang jauh lebih rendah. Kandungan kafeina juga bervariasi pada jenis-jenis daun teh yang berbeda. Teh mengandung sejumlah kecil teobromina dan kadar teofilina yang sedikit lebih tinggi daripada kopi. Warna air teh bukanlah indikator yang baik untuk menentukan kandungan kafeina. Sebagai contoh, teh seperti teh hijau Jepang gyokuro yang berwarna lebih pucat mengandung jauh lebih banyak kafeina daripada teh lapsang souchong yang berwarna lebih gelap.

Sejarah Kafein

Manusia telah mengonsumsi kafeina sejak zaman batu. Manusia zaman dahulu menemukan bahwa penguyahan biji, ranting, dan daun tumbuh-tumbuhan tertentu memiliki efek meringankan rasa lelah, merangsang kesadaran, dan memperbaiki suasana hati. Efek kafeina ini kemudian ditemukan dapat ditingkatkan dengan menyeduhkan bagian tumbuhan tersebut dengan air panas. Banyak kebudayaan yang mempunyai legenda mengenai asal usul tumbuhan tersebut.

Menurut salah satu legenda populer Cina, Kaisar Cina Shénnóng‎, yang dimitoskan telah berkuasa sekitar tahun 3000 SM, tanpa sengaja menemukan bahwa ketika beberapa dedaunan jatuh ke dalam air mendidih, minuman yang wangi dan dapat memulihkan tenaga dihasilkan. Shennong juga disebut-sebut dalam karya Lu Yu, Cha Jing, mengenai teh.  Sejarah kopi pun telah tercatat sejak abad ke-9. Pada saat itu, biji kopi hanya tersedia dari habitat aslinya saja, Etiopia. Legenda populer menceritakan penemuan kopi oleh seorang penggembala kambing bernama Kaldi yang memantau bahwa kambing-kambingnya menjadi lebih aktif dan tidak tidur pada malam hari setelah merumputi semak-semak kopi. Setelah ia mencoba buah kopi yang dimakan oleh kambingnya, ia juga mendapatkan khasiat yang sama. Literatur paling awal yang menyebutkan adanya kopi kemungkinan adalah sebuah referensi mengenai Bunchum dalam karya seorang Persia al-Razi. Pada tahun 1587, Malaye Jaziri menyusun suatu karya yang menilik sejarah dan kontroversi hukum kopi berjudul "Undat al safwa fi hill al-qahwa". Dalam karyanya ini, Jaziri mencatat bahwa seorang Sheikh, Jamal-al-Din al-Dhabhani, mufti Aden, adalah yang pertama menggunakan kopi pada tahun 1454, dan pada abad ke-15, para Sufi Yaman secara rutin menggunakan kopi untuk terus terbangun selama berdoa.

Pada tahun 1819, kimiawan Jerman Friedlieb Ferdinand Runge berhasil mengisolasi kafeinan yang relatif murni untuk pertama kalinya. Menurut Runge, ia melakukannya atas perintah Johann Wolfgang von Goethe.  Pada tahun 1827, Oudry mengisolasi "teina" dari teh, namun kemudian dibuktikan oleh Mulder  dan Jobst  bahwa teina tersebut merupakan senyawa yang sama dengan kafeina. Struktur kafeina berhasil dipecahkan pada akhir abad ke-19 oleh Hermann Emil Fischer, yang juga merupakan orang yang pertama kali berhasil mensintesis total senyawa ini.

Struktur Kimia Kafein

     Kafeina atau lebih populernya kafein (C₈H₁₀N₄O₂), ialah senyawa alkaloid xantina berbentuk kristal dan berasa pahit yang bekerja sebagai obat perangsang psikoaktif dan diuretik ringan. Kafein termasuk alkaloid golongann purin. Kafein adalah sebuah senyawa organik heterosiklik aromatik, yang terdiri dari cincin pirimidina dan cincin imidazola yang bergandeng sebelahan. kafein merupakan salah satu dari dua grup basa nitrogen. Kafein merupakan golongan yang membentuk nitrogen basa-nitrogen basa, termasuk kedua golongan basa nukleat. Dua dari keempat deoxyribonucleotide dan dua dari keempat ribonucleotide, yang merupakan bahan bangunan pokok dari DNA dan RNA, adalah purina. Berikut adalah struktur kafein.

 

Nama IUPAC 1,3,7-trimetil- 1H-purina- 2,6(3H,7H)-dion

Nama lain

1,3,7-trimetilksantina, trimetilksantina,
teina, metilteobromina

Manfaat Kafein Bagi Oraganisme Asalnya

Ø  Sebagai pestisida alami yang melumpuhkan dan mematikan serangga-serangga tertentu yang memakan tanaman tersebut.

Ø   Sebagai penghambat perkecambahan semai kopi lain di sekitarnya, sehingga dapat meningkatkan tingkat keberlangsungan hidup kecambah kopi itu sendiri.

Tanaman kopi yang banyak mengandung kafein apabila tumbuh disuatu daerah maka secara tidak langsung tanaman yang lain atau tanaman kopi lainnya akan sulit tumbuh disekitarnya. Hal ini disebabkan karena tanah disekitar tanaman kopi tersebut juga mengandung kafein, sehingga secara otomatis unsur hara dan kandungan kimia pada tanah tersebut akan berubah. Perubahan struktur dan kandungan tanah ini menyebabkan tanaman yang tidak kuat atau tidak peka terhadap kafein akan sulit tumbuh, sedangkan tanaman yang kuat akan tumbuh dengan baik. Tanah disekitar tanaman kopi mengandung kafein dapat disebabkan oleh berbagai faktor salah satunya yaitu: akibat dari biji kopi, daun-daun kopi ataupun ranting-ranting kopi yang berjatuhan ke tanah.  

Aplikasi Untuk Kebutuhan Manusia

Ø  Sebagai bahan makanan dan minuman

Kafein banyak sekali ditemukan dalam bahan makanan dan minuman hasil olahan dari kopi dan teh, misalnya: permen, snack, kopi susu dan lain sebagainya. Kafeina juga terkandung dalam sejumlah minuman ringan seperti kola. Minuman ringan biasanya mengandung sekitar 10 sampai 50 miligram kafeina per sajian. Kafeina pada minuman jenis ini dapat berasal dari bahan ramuan minuman itu sendiri atau dari bahan aditif yang didapatkan dari proses dekafeinasi. Guarana, bahan utama pembuatan minuman energi, mengandung sejumlah besar kafeina dengan jumlah teobromina dan teofilina yang kecil.

      Selain kopi dan teh, kafein juga ditemukan pada biji kakao yang hasil olahannya berupa coklat. Coklat banyak sekali dimanfaatkan sebagai bahan tambahan dalam pembuatan makanan dan minuman. Efek rangsangan yang dihasilkan oleh coklat berasal dari efek kombinasi teobromina, teofilina, dan kafeina. Coklat mengandung jumlah kafeina yang sangat sedikit untuk mengakibatkan rangsangan yang setara dengan kopi. 28 g sajian coklat susu batangan mengandung kadar kafeina yang setara dengan secangkir kopi yang didekafeinasi.

Ø  Dapat meningkatkan gairah sex

Coklat mengandung ratusan zat yang memungkinkan terjadinya reaksi kimia diotak. Zat ini yang merangsang aktifnya serotonin diotak yang selanjutnya akan memicu perasaan nyaman saat berhubungan sexual. Zat yang terkandung dalam coklat adalah theobromin yang dapat menstimulasi jaringan saraf dan jantung yang membuat semangat, efek ini dapat diperoleh dari kafein. Zat yang lain juga feniletilamine yang berfungsi membantu penyerapan dalam otak dan menghasilkan dapomink yang menyebabkan perasaan gembira saat melakukan hubungan.

Ø  Dapat mencegah timbulnya kanker, serangan jantung, stroke, dan tekanan darah tinggi

Kafein kaya akan fenol dan flavanoid, yang dapat mampu untuk menangkap radikal bebas dalam tubuh. Fenol mampu mengurangi kolesterol pada darah sehingga dapat mengurangi resiko serangan jantung juda mencegah timbulnya kanker, stroke dan tekanan darah tinggi.

Ø  Dapat mempertajam daya ingat

Kafein dapat mempercepat tindakan otak agar tetap lebih waspada, dilakukan dengan cara  mengikat reseptor adenosin di otak. Hal ini disebabkan kafein memblokir reseptor adenosin, sehingga neuron lebih aktif, maka kelenjar pitaitar menanggapi semua kegiatan dan melepaskan hormohn yang memberitahukan kelenjar adrenal untuk menghasilkan adrenalin. Pelepasan adrenalin menyebabkan detak jantung lebih cepat, pelepasan gula kedalam aliran darah dari hati cepat, sehingga aliran darah ke otot meningkat menyebabkan otot menjadi terpacu.

Ø  Sebagai obat sakit kepala

Menurut Seimur Diamond, M.D, dari Chicago’s Diamond Headache Clinic kafein dapat mengurangi derita sakit kepala dengan cara melebarkan pembuluh darah otak yang menyempit, sehingga suplai oksigen keotak berjalan dengan baik.

Ø   Dapat mengurangi penyakit “Alzheimer”

Penyakit ini merupakan sejenis sindrom dengan apoptosis sel-sel otak pada saat yang bersamaan sehingga otak nampak kecil dan mengerut. Penyakit ini ditandai dengan penurunan asetikolin. Kafein dapat menghambat aktivitas enzim acetylcholinesterase (AChE), yang memecah bahan kimia atau neurotransmiter dan asetilkolin. Selain itu , kafein juga menghambat aktivitas enzim butyrylcholinesterase (BuChE), yang ditemukan dalam deposit protein pada otak penderita Alzheimer.

Ø  Dapat melegakan penyakit asma dengan cara melebarkan saluran bronchial yang menghubungkan kerongkonan dengan paru-paru.

Ø  Dapat memberantas bakteri penyebab gigi berlubang berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Joe Vinson, Ph.D., dari University of Scranton.

Selain memiliki fungsi yang berguna bagi manusia, kafein juga memiliki dampak yang berbahaya bagi kita apabila dalam mengkonsumsi sesuatu yang mengandung kafein dilakukan secara berlebihan. Batas aman mengkonsumsi kafein adalah 100-150 mg/hari. Berikut ini adalah dampak negatif yang ditimbulkan jika kita mengkonsumsi kafein secara berlebihan, antara lain:

Ø            Dapat meningkatkan detak jantung dan metabolisme

Ø            Menyebabkan susah tidur (insomnia)

Ø            Menghilangkan nafsu makan

Ø Merangsang cairan dalam lambung yang menimbulkan rasa panas atau perih (heartburn). Kafein bersifat diuretik sehingga anda akan lebih sering buang air kecil.

Ø            Mengurangi kalsium dalam tubuh

Ø            Gemetar, mual, kejang-kejang, diare bahkan meninggal.

Sintesis Senyawa Kafein

Pada tahun 1819, kimiawan Jerman Friedlieb Ferdinand Runge berhasil mengisolasi kafeinan yang relatif murni untuk pertama kalinya. Menurut Runge, ia melakukannya atas perintah Johann Wolfgang von Goethe.  Pada tahun 1827, Oudry mengisolasi "teina" dari teh,  namun kemudian dibuktikan oleh Mulderdan Jobst bahwa teina tersebut merupakan senyawa yang sama dengan kafeina. Struktur kafeina berhasil dipecahkan pada akhir abad ke-19 oleh Hermann Emil Fischer, yang juga merupakan orang yang pertama kali berhasil mensintesis total senyawa ini.

Semua atom nitrogen kafeina pada dasarnya planar (hibridisasi orbital sp²), menyebabkan molekul kafeina bersifat aromatik. Karena kafeina dengan mudah didapatkan sebagai produk samping proses dekafeinasi, kafeina biasanya tidak disentesis secara kimiawi. Apabila diperlukan, kafeina dapat disintesis dari dimetilurea dan asam malonat.

Kafein dalam tanaman disintesis dari xanthosin melalui 3 tahap N-metilasi, dimana tahap metilasi ini dibantu oleh aktivitas enzim yaitu enzim metal transferase. 

v   Cara Kerja Kafein Dalam Tubuh

 

Kafeina memiliki molekul metabolit yaitu 1-3-7-asam trimetilurat, paraxantina, teofillina dan teobromina dengan masing-masing lintasan metabolismenya.  Kafeina mengikat reseptor adenosina di otak. Adenosina ialah nukleotida yang mengurangi aktivitas sel saraf saat tertambat pada sel tersebut. Seperti adenosina, molekul kafeina juga tertambat pada reseptor yang sama, tetapi akibatnya berbeda. Kafeina tidak akan memperlambat aktivitas sel saraf/otak, sebaliknya menghalangi adenosina untuk berfungsi. Dampaknya aktivitas otak meningkat dan mengakibatkan hormon epinefrin terlepas. Hormon tersebut akan menaikkan detak jantung, meninggikan tekanan darah, menambah penyaluran darah ke otot-otot, mengurangi penyaluran darah ke kulit dan organ dalam, dan mengeluarkan glukosa dari hati. Lebih jauh, kafeina juga menaikkan permukaan neurotransmiter dopamin di otak.

Manfaat Kafein bagi Industri

 

Dalam bidang industri kafein yang banyak terkandung dalam kopi, teh dan kakao dimanfaatkan dalam pembuatan bahan makanan dan minuman seperti: permen, snack, minuman ringan dan lain sebagainya. Selain sebagai bahan makanan dan minuman, kafein juga dimanfaatkan dalam industri obat-obatan khususnya obat sakit kepala. Obat sakit kepala yang dimaksud adalah Excedrin, dimana dalam dua tablet obat tersebur mengandung kafein sebanyak 130 mg. tidak hanya itu, akhir-akhir ini beberapa produsen menjadikan kafein sebagai produk perlengkapan mandi seperti: krim cukur, sabun dan shampo.