ALKALOIDY: ŠTRUKTÚRA, BIOSYNTÉZA, KLASIFIKÁCIA A POUŽITIE - BIOLÓGIE - 2026

Tieto alkaloidy sú molekuly, ktoré obsahujú atómy dusíka a uhlíka vo svojej molekulárnej štruktúre, ktoré všeobecne tvoria komplexy krúžky. Termín alkaloid, ktorý prvýkrát navrhol farmaceut W. Meissner v roku 1819, znamená „podobný alkáliám“.

Slovo alkália sa týka schopnosti molekuly absorbovať ióny vodíka (protóny) z kyseliny. Alkaloidy sa nachádzajú ako jednotlivé molekuly, takže sú malé a dokážu absorbovať ióny vodíka a premieňajú ich na bázu.

Biosyntéza alkaloidov

Niektoré bežné zásady zahŕňajú mlieko, uhličitan vápenatý v antacidách alebo amoniak v čistiacich výrobkoch. Alkaloidy produkujú niektoré živé bytosti, najmä rastliny. Úloha týchto molekúl v rastlinách však nie je jasná.

Bez ohľadu na ich úlohu v rastlinách, mnoho alkaloidov má v medicíne použitie u ľudí. Úľavy od bolesti pochádzajúce z maku, napríklad morfínu, sa vyskytujú už od roku 1805. Ďalším príkladom je antimalarická chinín, ktorú kmene v Amazonii používajú už viac ako 400 rokov.

Papaver somniferum alebo mak

štruktúra

Chemické štruktúry alkaloidov sú veľmi variabilné. Všeobecne alkaloid obsahuje aspoň jeden atóm dusíka v amínovej štruktúre; to znamená derivát amoniaku nahradením atómov vodíka atómami vodíka a uhlíka nazývanými uhľovodíky.

Tento alebo iný atóm dusíka môže byť aktívny ako zásada v reakciách kyselina-báza. Názov alkaloid sa pôvodne používal na tieto látky, pretože podobne ako anorganické alkálie reagujú s kyselinami za vzniku solí.

Väčšina alkaloidov má jeden alebo viac atómov dusíka ako súčasť atómu kruhu, často nazývaného kruhový systém. Názvy alkaloidov všeobecne končia príponou „-ina“, odkaz na ich chemickú klasifikáciu ako amíny.

biosyntéza

Biosyntéza alkaloidov v rastlinách zahŕňa mnoho metabolických krokov katalyzovaných enzýmami patriacimi do širokého spektra proteínových rodín; Z tohto dôvodu sú dráhy biosyntézy alkaloidov značne zložité.

Je však možné sa vyjadriť k niektorým všeobecnostiam. V syntéze alkaloidov existuje niekoľko hlavných vetiev vrátane:

Biosyntéza tropánových a nikotínových alkaloidov

V tejto skupine alkaloidov sa biosyntéza uskutočňuje zo zlúčenín L-arginínu a ornitínu. Tieto sa podrobujú dekarboxylačnému procesu sprostredkovanému ich príslušnými enzýmami: arginín dekarboxyláza a ornitín dekarboxyláza.

Produktom týchto reakcií sú molekuly putrecínu. Po ďalších krokoch, vrátane prenosu metylových skupín, sa vyrábajú nikotínové deriváty (ako nikotín) a deriváty tropánu (ako atropín a skopolamín).

Biosyntéza benzylizochinolínových alkaloidov

Syntéza benzylizochinolínových alkaloidov začína z L-tyrozínových molekúl, ktoré sú dekarboxylované enzýmom tyrozín dekarboxylázy za vzniku molekúl tyramínu.

Enzým norcoclaurin syntáza využíva tyramín produkovaný v predchádzajúcom kroku a L-DOPA na tvorbu molekúl norcoclaurínu; podstupujú ďalšiu sériu komplexných reakcií, ktoré vedú k vzniku alkaloidov berberínu, morfínu a kodeínu.

Biosyntéza terpenických indolových alkaloidov

Táto skupina alkaloidov je syntetizovaná dvoma spôsobmi: jedna, ktorá začína od L-tryptofánu a druhá od geraniolu. Produkty týchto ciest sú tryptamín a secolaganín, tieto molekuly sú substrátom pre enzým strectosidín syntáza, ktorý katalyzuje syntézu strictosidínu.

Rôzne terpenické indolové alkaloidy sa vyrábajú zo strektozidínu, ako je ajmalicín, katarantín, serpentín a vinblastín; posledne menovaný sa použil na liečenie Hodgkinovej choroby.

V oblasti štrukturálnej biochémie, molekulárnej a bunkovej biológie a biotechnologických aplikácií sa výskum v posledných rokoch zameriaval na charakterizáciu nových alkaloidových biosyntetických enzýmov.

klasifikácia

Kvôli svojej rozmanitosti a štruktúrnej zložitosti je možné alkaloidy klasifikovať rôznymi spôsobmi:

Podľa biosyntetického pôvodu

Podľa biosyntetického pôvodu sú alkaloidy rozdelené do troch veľkých skupín:

Skutočné alkaloidy

Sú to tie, ktoré sú odvodené od aminokyselín a majú atóm dusíka ako súčasť heterocyklického kruhu. Napríklad: hygrín, kokaín a fyzostigmín.

Protoalkaloids

Sú tiež odvodené od aminokyselín, ale dusík nie je súčasťou heterocyklického kruhu. Napríklad: efedrín a kolchicín.

Pseudoalkaloids

Sú to alkaloidy, ktoré nepochádzajú z aminokyselín a dusík je súčasťou heterocyklickej štruktúry. Napríklad: aconitín (terpenický alkaloid) a solanidín (steroidný alkaloid).

Podľa jeho biogenetického prekurzora

V tejto klasifikácii sú alkaloidy zoskupené v závislosti od molekuly, od ktorej začína ich syntéza. Existujú teda alkaloidy odvodené od:

- L-fenylalanín.

- L-tyrozín.

- L-Tryptofán.

- L-Ornitín.

- L-lyzín.

- L-histidín.

- Kyselina nikotínová.

- Kyselina antranilová.

- Fialové základy.

- Terpenický metabolizmus.

Podľa svojej chemickej štruktúry alebo základného jadra

- pyrolidín.

- pyridín-pyrolidín.

- izochinolín.

- Imidazol.

- piperidín.

- pyridín-piperidín.

- Chinolín.

- Purina.

- Tropane.

- Indole .

aplikácia

Alkaloidy majú viacnásobné použitie a použitie, tak v prírode, ako aj v spoločnosti. V medicíne je použitie alkaloidov založené na fyziologických účinkoch, ktoré spôsobujú v tele, čo je miera toxicity zlúčeniny.

Ako organické molekuly produkované živými bytosťami majú alkaloidy štruktúrnu schopnosť interagovať s biologickými systémami a priamo ovplyvňovať fyziológiu organizmu. Táto vlastnosť sa môže zdať nebezpečná, ale použitie alkaloidov kontrolovaným spôsobom je veľmi užitočné.

Napriek ich toxicite sú niektoré alkaloidy užitočné, keď sa používajú v správnych dávkach. Nadmerná dávka by mohla spôsobiť poškodenie a byť považovaná za jedovatú pre telo.

Alkaloidy sa získavajú hlavne z kríkov a bylín. Nachádza sa v rôznych častiach rastliny, ako sú listy, stonky, korene atď.

Alkaloidy sa môžu používať ako lieky

Niektoré alkaloidy majú významnú farmakologickú aktivitu. Tieto fyziologické účinky ich robia cennými ako lieky na liečenie niektorých závažných porúch.

Napríklad: Vincristine z Vinca roseus sa používa ako protirakovinové liečivo a efedrín z Efedry distachya sa používa na reguláciu krvného tlaku.

Medzi ďalšie príklady patrí curarina, ktorá sa nachádza v curare a je silným svalovým relaxantom; atropín, ktorý sa používa na rozšírenie žiakov; kodeín, ktorý sa používa ako prostriedok na potlačenie kašľa; a námeľové alkaloidy, ktoré sa okrem iného používajú na zmiernenie migrénových bolestí hlavy.

Alkaloidy sa môžu používať ako narkotiká

Mnoho psychotropných látok, ktoré pôsobia na centrálny nervový systém, sú alkaloidy. Napríklad morfín z ópia (Papaver somniferum) sa považuje za liek a odbúravač bolesti. Dietylamid kyseliny lyzínovej, známy ako LSD, je alkaloid a psychedelický liek.

Tieto narkotiká sa používajú už od pradávna ako nástroje duševného vzrušenia a eufórie, hoci sa podľa modernej medicíny považujú za škodlivé.

Alkaloidy sa môžu používať ako pesticídy a repelenty

Väčšina prírodných pesticídov a repelentov pochádza z rastlín, kde vykonávajú svoju funkciu ako súčasť vlastného obranného systému rastliny proti hmyzu, plesniam alebo baktériám, ktoré ich ovplyvňujú. Tieto zlúčeniny sú všeobecne alkaloidy.

Ako je uvedené vyššie, tieto alkaloidy sú toxické, hoci táto vlastnosť je vysoko závislá od koncentrácie.

Napríklad pyretrín sa používa ako odpudzovač hmyzu v koncentrácii, ktorá je smrtiaca komárom, ale nie ľuďom.

Alkaloidy sa môžu použiť vo vedeckom výskume

Vďaka svojim špecifickým účinkom na organizmus sa alkaloidy vo vedeckých štúdiách často používajú. Napríklad alkaloidový atropín môže spôsobiť, že sa zrenica rozšíri.

Aby sa vyhodnotilo, či nová látka má podobné alebo opačné účinky, porovnáva sa s účinkom atropínu.

Niektoré alkaloidy sa študujú s veľkým záujmom kvôli ich protinádorovým vlastnostiam, ako je napríklad vinblastín a vinkristín.

Medzi ďalšie dôležité alkaloidy vo vedeckom výskume patria okrem iných chinín, kodeín, nikotín, morfín, skopolamín a rezerpín.

Referencie

1. Cordell, G. (2003). The Alkaloids: Chemistry and Biology, Zväzok 60 (1. vydanie). Elsevier.
2. De Luca, V. a St Pierre, B. (2000). Bunková a vývojová biológia alkaloidovej biosyntézy. Trends in Plant Science, 5 (4), 168–173.
3. Facchini, PJPJ (2001). Alkaloidová biosyntéza v rastlinách: biochémia, bunková biológia, molekulárna regulácia a metabolické inžinierstvo. Ročný prehľad o rastlinnej biológii, 52 (1), 29–66.
4. Kutchan, TM (1995). Alkaloidová biosyntéza - základy metabolického inžinierstva liečivých rastlín. The Plant Cell Online, 7 (7), 1059 - 1070.
5. Pelletier, S. (1983). Alkaloidy: chemické a biologické perspektívy, zväzok 11 (1. ^st. ). Wiley.
6. Roberts, M. (2013). Alkaloidy: biochémia, ekológia a medicínske aplikácie. Springer Science & Business Media.
7. Wenkert, E. (1959). Biosyntéza alkaloidov. EXPERIENTIA, XV (5), 165 - 204.
8. Ziegler, J., & Facchini, PJ (2008). Biosyntéza alkaloidov: metabolizmus a obchodovanie s nimi. Ročný prehľad o rastlinnej biológii, 59 (1), 735–769.