ALKALOIDAI: STRUKTŪRA, BIOSINTEZĖ, KLASIFIKACIJA IR PANAUDOJIMAS - BIOLOGIJA - 2025

Kad alkaloidai yra molekulės, turinčios anglies ir azoto atomų jų molekulinę struktūrą, kuri paprastai sudaro kompleksinius žiedai. Terminas alkaloidas, kurį pirmą kartą pasiūlė vaistininkas W. Meissneris 1819 m., Reiškia „panašus į šarmą“.

Žodis šarmas reiškia molekulės sugebėjimą absorbuoti vandenilio jonus (protonus) iš rūgšties. Alkaloidai randami kaip atskiros molekulės, todėl jie yra maži ir gali absorbuoti vandenilio jonus, paversdami juos baze.

Biosintezė alkaloidų

Kai kurios įprastos bazės yra pienas, antacidiniuose tirpaluose esantis kalcio karbonatas arba valymo priemonėse esantis amoniakas. Alkaloidus gamina kai kurie gyvi augalai, ypač augalai. Tačiau šių molekulių vaidmuo augaluose nėra aiškus.

Nepaisant jų vaidmens augaluose, daugelis alkaloidų yra naudojami medicinoje žmonėms. Iš aguonų augalo gaunami skausmą malšinantys vaistai, tokie kaip morfinas, gyvuoja jau nuo 1805 m. Kitas pavyzdys yra priešmaliarinis chininas, kurį Amazonės gentys naudoja daugiau nei 400 metų.

Papaver somniferum arba aguonų augalas

Struktūra

Cheminė alkaloidų struktūra yra labai įvairi. Paprastai alkaloidas turi bent vieną azoto atomą aminorūgšties struktūroje; tai yra amoniako darinys, pakeičiant vandenilio atomus vandenilio-anglies grupėmis, vadinamomis angliavandeniliais.

Šis ar kitas azoto atomas gali būti aktyvus kaip bazė rūgščių-šarmų reakcijose. Iš pradžių šioms medžiagoms buvo taikomas pavadinimas alkaloidas, nes, kaip ir neorganiniai šarmai, jie reaguoja su rūgštimis, sudarydami druskas.

Dauguma alkaloidų turi vieną ar kelis azoto atomus kaip atomų žiedo dalį, dažnai vadinamą žiedo sistema. Alkaloidų pavadinimai paprastai baigiasi priesaga „-ina“, nurodant jų cheminę klasifikaciją kaip aminus.

Biosintezė

Biosintezė alkaloidais augaluose apima daugelį metabolizmo etapų, kuriuos katalizuoja fermentai, priklausantys daugybei baltymų šeimų; dėl šios priežasties alkaloidų biosintezės keliai yra gana sudėtingi.

Vis dėlto galima pakomentuoti kai kuriuos bendrumus. Yra keletas pagrindinių alkaloidų sintezės sričių:

Tropano ir nikotino alkaloidų biosintezė

Šioje alkaloidų grupėje biosintezė vykdoma iš junginių L-Argininas ir Ornitinas. Jie dekarboksilinimo procese dalyvauja tarp jų atitinkamų fermentų: arginino dekarboksilazės ir ornitino dekarboksilazės.

Šių reakcijų produktas yra putrecino molekulės. Po kitų etapų, įskaitant metilo grupių perkėlimą, gaunami nikotino dariniai (tokie kaip nikotinas) ir tropano dariniai (tokie kaip atropinas ir skopolaminas).

Benzilizohinolino alkaloidų biosintezė

Benzilo izochinolino alkaloidų sintezė prasideda nuo L-tirozino molekulių, kurias dekarboksilina fermentas tirozino dekarboksilazė, kad susidarytų tiramino molekulės.

Fermento norcoclaurin sintazė naudoja norokalaino molekulėms formuoti ankstesniame etape gautą tiraminą ir L-DOPA; jie patiria dar vieną sudėtingų reakcijų seriją, sudarydami alkaloidus berberiną, morfiną ir kodeiną.

Terpeninių indolo alkaloidų biosintezė

Ši alkaloidų grupė yra sintetinta dviem būdais: vienas prasideda nuo L-triptofano, kitas - nuo geraniolio. Šių būdų produktai yra triptaminas ir secolaganinas, šios molekulės yra fermento strektosidino sintazės, kuris katalizuoja strictosidino sintezę, substratas.

Įvairūs terpeniniai indolo alkaloidai yra gaminami iš strektozidino, tokių kaip ajmalicinas, katarantinas, serpentinas ir vinblastinas; pastaroji buvo naudojama gydant Hodžkino ligą.

Struktūrinės biochemijos, molekulinės ir ląstelių biologijos bei biotechnologinių pritaikymų srityse pastaraisiais metais daugiausia dėmesio buvo skiriama naujų alkaloidų biosintetinių fermentų apibūdinimui.

klasifikacija

Dėl jų įvairovės ir struktūrinio sudėtingumo alkaloidai gali būti klasifikuojami skirtingai:

Pagal savo biosintetinę kilmę

Pagal jų biosintetinę kilmę alkaloidai skirstomi į tris dideles grupes:

Tikri alkaloidai

Tai yra tos, kurios yra gaunamos iš aminorūgščių ir turinčios azoto atomą kaip heterociklinio žiedo dalį. Pvz .: higrinas, kokainas ir fizostigminas.

Protoalkaloidai

Jie taip pat gaunami iš aminorūgščių, tačiau azotas nėra heterociklinio žiedo dalis. Pvz .: efedrinas ir kolchicinas.

Pseudoalkaloidai

Tai yra alkaloidai, kurie nėra gaunami iš aminorūgščių, o azotas yra heterociklinės struktūros dalis. Pvz .: aconitinas (terpeninis alkaloidas) ir solanidinas (steroidinis alkaloidas).

Pagal savo biogenetinį pirmtaką

Šioje klasifikacijoje alkaloidai grupuojami priklausomai nuo molekulės, nuo kurios prasideda jų sintezė. Taigi yra alkaloidai, gauti iš:

- L-fenilalaninas.

- L-tirozinas.

- L-triptofanas.

- L-ornitinas.

- L-lizinas.

- L-Histidinas.

- nikotino rūgštis.

- Antranilo rūgštis.

- Violetinės bazės.

- Terpeninis metabolizmas.

Pagal savo cheminę struktūrą arba pagrindinį branduolį

- pirolidinas.

- piridinas-pirolidinas.

- izochinolinas.

- Imidazolas.

- Piperidinas.

- piridinas-piperidinas.

- Kinolinas.

- Purina.

- Tropanas.

- Indolas .

Programos

Alkaloidai gali būti naudojami ne tik gamtoje, bet ir visuomenėje. Medicinoje alkaloidų vartojimas grindžiamas jų sukeliamu fiziologiniu poveikiu organizmui, tai yra junginio toksiškumo matas.

Būdami organinės molekulės, kurias gamina gyvos būtybės, alkaloidai turi struktūrinį sugebėjimą sąveikauti su biologinėmis sistemomis ir tiesiogiai paveikti organizmo fiziologiją. Ši savybė gali atrodyti pavojinga, tačiau kontroliuojamu būdu naudoti alkaloidus yra labai naudinga.

Nepaisant jų toksiškumo, kai kurie alkaloidai yra naudingi, kai vartojami teisingomis dozėmis. Didesnė dozė gali sukelti žalą ir būti laikoma nuodinga organizmui.

Alkaloidai daugiausia gaunami iš krūmų ir vaistažolių. Jų galima rasti skirtingose ​​augalo dalyse, tokiose kaip lapai, stiebas, šaknys ir kt.

Alkaloidai gali būti naudojami kaip vaistai

Kai kurie alkaloidai turi reikšmingą farmakologinį aktyvumą. Šis fiziologinis poveikis daro juos vertingais kaip vaistais nuo kai kurių rimtų sutrikimų.

Pvz .: Vincristine iš Vinca roseus yra naudojamas kaip priešvėžinis vaistas, o efedrinas iš Ephedra distachya yra naudojamas kraujospūdžiui reguliuoti.

Kiti pavyzdžiai yra curarina, kuri randama curare ir yra galinga raumenis atpalaiduojanti priemonė; atropinas, kuris naudojamas mokinių išsiplėtimui; kodeinas, kuris naudojamas kaip kosulį slopinanti priemonė; ir skalsių alkaloidai, kurie, be kitų, yra naudojami migrenos galvos skausmams malšinti.

Alkaloidai gali būti naudojami kaip narkotinės medžiagos

Daugelis psichotropinių medžiagų, veikiančių centrinę nervų sistemą, yra alkaloidai. Pavyzdžiui, morfinas iš opijaus (Papaver somniferum) yra laikomas vaistu ir skausmą malšinančiu vaistu. Lizergo rūgšties dietilamidas, geriau žinomas kaip LSD, yra alkaloidas ir psichodelinis vaistas.

Šios narkotinės medžiagos nuo seno buvo naudojamos kaip psichinio susijaudinimo ir euforijos priemonės, nors pagal šiuolaikinę mediciną jos laikomos kenksmingomis.

Alkaloidai gali būti naudojami kaip pesticidai ir repelentai

Didžioji dalis natūralių pesticidų ir repelentų yra gaunama iš augalų, kai jie atlieka savo, kaip augalo, apsaugos nuo vabzdžių, grybelių ar bakterijų, veikiančių juos, dalį. Šie junginiai paprastai yra alkaloidai.

Kaip minėta aukščiau, šie alkaloidai yra toksiški, nors ši savybė labai priklauso nuo koncentracijos.

Pavyzdžiui, piretrinas naudojamas kaip vabzdžių repelentas, kurio koncentracija yra mirtina uodams, bet ne žmonėms.

Alkaloidai gali būti naudojami moksliniuose tyrimuose

Dėl specifinio jų poveikio organizmui, alkaloidai yra plačiai naudojami moksliniuose tyrimuose. Pavyzdžiui, alkaloidas atropinas gali sukelti vyzdžio išsiplėtimą.

Taigi, norint įvertinti, ar nauja medžiaga turi panašų ar priešingą poveikį, jis lyginamas su atropino poveikiu.

Kai kurie alkaloidai, pvz., Vinblastinas ir vinkristinas, tiriami su dideliu susidomėjimu dėl jų priešnavikinių savybių.

Kiti moksliniuose tyrimuose svarbūs alkaloidai yra chininas, kodeinas, nikotinas, morfinas, skopolaminas ir rezerpinas.

Nuorodos

1. Cordell, G. (2003). Alkaloidai: chemija ir biologija, 60 tomas (1-asis leidimas). Elsevier.
2. De Luca, V., ir St Pierre, B. (2000). Alkaloidų biosintezės ląstelių ir vystymosi biologija. Augalų mokslo tendencijos, 5 (4), 168–173.
3. Facchini, PJPJ (2001). Alkaloidų biosintezė augaluose: biochemija, ląstelių biologija, molekulinis reguliavimas ir medžiagų apykaitos inžinerija. Metinė augalų biologijos apžvalga, 52 (1), 29–66.
4. Kutchanas, TM (1995). Alkaloidų biosintezė Vaistinių augalų metabolinės inžinerijos pagrindas. „The Plant Cell Online“, 7 (7), 1059–1070.
5. Pelletier, S. (1983). Alkaloidai: Cheminės ir biologinės perspektyvos, 11 tomas (1 ^-asis ). Vilis.
6. Roberts, M. (2013). Alkaloidai: biochemija, ekologija ir vaistiniai preparatai. „Springer“ mokslo ir verslo žiniasklaida.
7. Wenkert, E. (1959). Alkaloidų biosintezė. PATIRTIS, XV (5), 165–204.
8. Ziegler, J., & Facchini, PJ (2008). Alkaloidų biosintezė: metabolizmas ir prekyba. Metinė augalų biologijos apžvalga, 59 (1), 735–769.