ALKALOĪDI: STRUKTŪRA, BIOSINTĒZE, KLASIFIKĀCIJA UN LIETOJUMS - BIOLOĢIJA - 2025

The alkaloīdi ir molekulas, kas satur oglekļa un slāpekļa atomiem savā molekulārās struktūras, kas parasti veido kompleksu gredzeni. Termins alkaloīds, kuru 1819. gadā pirmo reizi ierosināja farmaceits W. Meissner, nozīmē "līdzīgs sārmam".

Vārds sārms attiecas uz molekulas spēju absorbēt ūdeņraža jonus (protonus) no skābes. Alkaloīdi tiek atrasti kā atsevišķas molekulas, tāpēc tie ir mazi un spēj absorbēt ūdeņraža jonus, pārvēršot tos par bāzi.

Alkaloīdu biosintēze

Dažas izplatītas bāzes ir piens, kalcija karbonāts antacīdos vai amonjaks tīrīšanas līdzekļos. Alkaloīdus ražo dažas dzīvas lietas, īpaši augi. Tomēr šo molekulu loma augos nav skaidra.

Neskatoties uz to lomu augos, daudziem alkaloīdiem ir pielietojums cilvēku medicīnā. Pretsāpju līdzekļi, kas iegūti no magoņu augiem, piemēram, morfīns, ir bijuši jau kopš 1805. gada. Vēl viens piemērs ir pretmalārijas hinīns, ko Amazones ciltis lieto vairāk nekā 400 gadus.

Papaver somniferum jeb magoņu augs

Uzbūve

Alkaloīdu ķīmiskās struktūras ir ārkārtīgi mainīgas. Parasti alkaloīds satur vismaz vienu slāpekļa atomu amīnveidīgā struktūrā; tas ir, amonjaka atvasinājums, aizstājot ūdeņraža atomus ar ūdeņraža-oglekļa grupām, ko sauc par ogļūdeņražiem.

Šis vai cits slāpekļa atoms var būt aktīvs kā bāze skābes bāzes reakcijās. Nosaukums alkaloīds sākotnēji tika lietots šīm vielām, jo, tāpat kā neorganiskie sārmi, tie reaģē ar skābēm, veidojot sāļus.

Lielākajai daļai alkaloīdu ir viens vai vairāki slāpekļa atomi kā atomu gredzena daļa, ko bieži sauc par gredzena sistēmu. Alkaloīdu nosaukumi parasti beidzas ar piedēkli "-ina", kas ir norāde uz to ķīmisko klasifikāciju kā amīnus.

Biosintēze

Alkaloīdu biosintēze augos ietver daudzus metabolisma posmus, kurus katalizē fermenti, kas pieder plaša spektra olbaltumvielu saimei; šī iemesla dēļ alkaloīdu biosintēzes ceļi ir ievērojami sarežģīti.

Tomēr dažus komentārus ir iespējams komentēt. Alkaloīdu sintēzē ir dažas galvenās nozares:

Tropānu un nikotīna alkaloīdu biosintēze

Šajā alkaloīdu grupā notiek biosintēze no savienojumiem L-arginīns un ornitīns. Tiem notiek dekarboksilēšanas process, ko veic to attiecīgie fermenti: arginīna dekarboksilāze un ornitīna dekarboksilāze.

Šo reakciju produkts ir putrecīna molekulas. Pēc citām darbībām, ieskaitot metilgrupu pārvietošanu, tiek ražoti nikotīna atvasinājumi (piemēram, nikotīns) un tropāna atvasinājumi (piemēram, atropīns un skopolamīns).

Benzilizohinolīna alkaloīdu biosintēze

Benzilizohinolīna alkaloīdu sintēze sākas no L-tirozīna molekulām, kuras dekarboksilē enzīma tirozīna dekarboksilāze, veidojot tiramīna molekulas.

Fermenta norcoclaurin sintāze izmanto iepriekšējā posmā iegūto tiramīnu un L-DOPA, lai veidotu norcoclaurin molekulas; tie iziet vēl virkni sarežģītu reakciju, lai iegūtu alkaloīdus berberīnu, morfīnu un kodeīnu.

Terpēnu indola alkaloīdu biosintēze

Šī alkaloīdu grupa tiek sintezēta divos veidos: viens, kas sākas ar L-triptofānu, un otrs - no geraniola. Šo ceļu produkti ir triptamīns un secolaganīns, šīs molekulas ir substrāts enzīma strektosidīna sintāzei, kas katalizē strictosidīna sintēzi.

Dažādie terpēnu indola alkaloīdi tiek ražoti no strektozidīna, piemēram, ajmalicīns, katarantīns, serpentīns un vinblastīns; pēdējais ir izmantots Hodžkina slimības ārstēšanā.

Strukturālās bioķīmijas, molekulārās un šūnu bioloģijas, kā arī biotehnoloģisko pielietojumu jomā pēdējos gados pētniecības uzmanības centrā ir jaunu alkaloīdu biosintētisko enzīmu raksturošana.

Klasifikācija

Sakarā ar to daudzveidību un strukturālo sarežģītību, alkaloīdus var klasificēt dažādos veidos:

Saskaņā ar tā biosintētisko izcelsmi

Atbilstoši biosintētiskajai izcelsmei alkaloīdus iedala trīs lielās grupās:

Īstie alkaloīdi

Tie ir tie, kas iegūti no aminoskābēm, un slāpekļa atoms ir heterocikliskā gredzena daļa. Piemēram: higrīns, kokaīns un fizostigmīns.

Protoalkaloīdi

Tos iegūst arī no aminoskābēm, bet slāpeklis neietilpst heterocikliskajā gredzenā. Piemēram: efedrīns un kolhicīns.

Pseidoalkaloīdi

Tie ir alkaloīdi, kas neizdalās no aminoskābēm, un slāpeklis ir daļa no heterocikliskās struktūras. Piemēram: akonitīns (terpēnu alkaloīds) un solanidīns (steroīdais alkaloīds).

Saskaņā ar tā bioģenētisko prekursoru

Šajā klasifikācijā alkaloīdi tiek grupēti atkarībā no molekulas, no kuras sākas to sintēze. Tādējādi ir alkaloīdi, kas iegūti no:

- L-fenilalanīns.

- L-tirozīns.

- L-triptofāns.

- L-ornitīns.

- L-lizīns.

- L-Histidīns.

- nikotīnskābe.

- Antranilskābe.

- Violetas bāzes.

- Terpēnu metabolisms.

Pēc ķīmiskās struktūras vai pamatkodola

- pirolidīns.

- piridīns-pirolidīns.

- izohinolīns.

- imidazols.

- Piperidīns.

- piridīns-piperidīns.

- hinolīns.

- Puriņa.

- Tropāns.

- Indols .

Lietojumprogrammas

Alkaloīdiem ir dažādi pielietojumi gan dabā, gan sabiedrībā. Medicīnā alkaloīdu lietošana ir balstīta uz fizioloģisko iedarbību, ko tie rada organismā, kas ir savienojuma toksicitātes mērs.

Būdami organiskas molekulas, kuras ražo dzīvās būtnes, alkaloīdiem ir strukturāla spēja mijiedarboties ar bioloģiskajām sistēmām un tieši ietekmēt organisma fizioloģiju. Šis īpašums var šķist bīstams, taču alkaloīdu lietošana kontrolētā veidā ir ļoti noderīga.

Neskatoties uz to toksicitāti, daži alkaloīdi ir noderīgi, ja tos lieto pareizās devās. Pārmērīga deva var radīt kaitējumu, un to var uzskatīt par indīgu ķermenim.

Alkaloīdus iegūst galvenokārt no krūmiem un augiem. Tos var atrast dažādās augu daļās, piemēram, lapās, stublājā, saknēs utt.

Alkaloīdus var izmantot kā zāles

Dažiem alkaloīdiem ir ievērojama farmakoloģiskā aktivitāte. Šie fizioloģiskie efekti padara tos par vērtīgiem kā zāles, lai izārstētu dažus nopietnus traucējumus.

Piemēram: Vincristine no Vinca roseus tiek izmantots kā pretvēža līdzeklis, un efedrīns no Ephedra distachya tiek izmantots asinsspiediena regulēšanai.

Citi piemēri ir curarina, kas atrodama curare un ir spēcīgs muskuļu relaksants; atropīns, ko izmanto skolēnu paplašināšanai; kodeīns, ko lieto kā klepus nomācošu līdzekli; un melno rudzu alkaloīdi, ko daudzu citu starpā izmanto arī migrēnas galvassāpju mazināšanai.

Alkaloīdus var izmantot kā narkotiskās vielas

Daudzas psihotropās vielas, kas iedarbojas uz centrālo nervu sistēmu, ir alkaloīdi. Piemēram, morfijs no opija (Papaver somniferum) tiek uzskatīts par narkotiku un pretsāpju līdzekli. Lizergīnskābes dietilamīds, labāk pazīstams kā LSD, ir alkaloīds un psihedēlisks līdzeklis.

Šīs narkotiskās vielas kopš seniem laikiem tiek izmantotas kā garīgas uzbudinājuma un eiforijas instrumenti, lai arī saskaņā ar mūsdienu medicīnu tās tiek uzskatītas par kaitīgām.

Alkaloīdus var izmantot kā pesticīdus un repelentus

Lielākā daļa dabisko pesticīdu un repelentu ir iegūti no augiem, kur tie darbojas kā daļa no paša auga aizsardzības sistēmas pret kukaiņiem, sēnītēm vai baktērijām, kas tos ietekmē. Šie savienojumi parasti ir alkaloīdi.

Kā minēts iepriekš, šie alkaloīdi ir toksiski, lai arī šī īpašība ir ļoti atkarīga no koncentrācijas.

Piemēram, piretrīns tiek izmantots kā kukaiņu atbaidīšanas līdzeklis koncentrācijā, kas ir nāvējoša odi, bet ne cilvēkiem.

Alkaloīdus var izmantot zinātniskos pētījumos

Sakarā ar to īpašo iedarbību uz ķermeni, alkaloīdi tiek plaši izmantoti zinātniskos pētījumos. Piemēram, alkaloīds atropīns var izraisīt skolēna dilatāciju.

Tātad, lai novērtētu, vai jaunai vielai ir līdzīga vai pretēja iedarbība, to salīdzina ar atropīna iedarbību.

Daži alkaloīdi tiek pētīti ar lielu interesi, ņemot vērā to pretaudzēju īpašības, piemēram, vinblastīns un vinkristīns.

Citi svarīgi zinātnisko pētījumu alkaloīdi cita starpā ir hinīns, kodeīns, nikotīns, morfīns, skopolamīns un rezerpīns.

Atsauces

1. Cordell, G. (2003). Alkaloīdi: ķīmija un bioloģija, 60. sējums (1. izdevums). Elsevier.
2. De Luca, V., un St Pierre, B. (2000). Alkaloīdu biosintēzes šūnu un attīstības bioloģija. Tendences augu zinātnē, 5. (4), 168. – 173.
3. Facchini, PJPJ (2001). Alkaloīdu biosintēze augos: bioķīmija, šūnu bioloģija, molekulārā regulēšana un metabolisma inženierija. Gada pārskats par augu bioloģiju, 52 (1), 29. – 66.
4. Kutčana, TM (1995). Alkaloīdu biosintēze Ārstniecības augu metabolisma pamatnes. Augu šūna tiešsaistē, 7 (7), 1059–1070.
5. Pelletjē, S. (1983). Alkaloīdi: ķīmiskās un bioloģiskās perspektīvas, 11. sējums (1. ^st. ). Vilejs.
6. Roberts, M. (2013). Alkaloīdi: bioķīmija, ekoloģija un lietojumi medicīnā. Springer Science & Business Media.
7. Wenkert, E. (1959). Alkaloīdu biosintēze. PIEREDZE, XV (5), 165. – 204.
8. Zieglers, J., un Facchini, PJ (2008). Alkaloīdu biosintēze: metabolisms un tirdzniecība. Gada pārskats par augu bioloģiju, 59 (1), 735–769.