Δομή αλκαλοειδών, βιοσύνθεση, ταξινόμηση και χρήσεις

Το αλκαλοειδή είναι μόρια που περιέχουν στη μοριακή δομή τους άτομα αζώτου και άνθρακα, τα οποία γενικά σχηματίζουν πολύπλοκους δακτυλίους. Ο όρος αλκαλοειδές, που προτάθηκε για πρώτη φορά από τον φαρμακοποιό W. Meissner το 1819, σημαίνει "παρόμοια με αλκάλια".

Η λέξη αλκάλι αναφέρεται στην ικανότητα ενός μορίου να απορροφά ιόντα υδρογόνου (πρωτόνια) από ένα οξύ. Τα αλκαλοειδή εντοπίζονται ως μεμονωμένα μόρια, έτσι είναι μικρά και μπορούν να απορροφήσουν ιόντα υδρογόνου, καθιστώντάς τα ως βάση.

Ορισμένες κοινές βάσεις περιλαμβάνουν το γάλα, το ανθρακικό ασβέστιο σε αντιόξινα ή την αμμωνία στα προϊόντα καθαρισμού. Τα αλκαλοειδή παράγονται από μερικά ζωντανά όντα, ιδιαίτερα φυτά. Ωστόσο, ο ρόλος αυτών των μορίων στα λαχανικά είναι ασαφής.

Ανεξάρτητα από το ρόλο τους στα φυτά, πολλά αλκαλοειδή έχουν χρήσεις στην ιατρική για τον άνθρωπο. Τα αναλγητικά που προέρχονται από το φυτό παπαρούνας, όπως η μορφίνη, υπήρχαν από το 1805. Ένα άλλο παράδειγμα είναι η ανθελονοσιακή κινίνη, η οποία έχει χρησιμοποιηθεί από τις φυλές του Αμαζονίου για περισσότερα από 400 χρόνια..

Ευρετήριο

• 1 Δομή
• 2 Βιοσύνθεση
  • 2.1 Βιοσύνθεση τρολανικών και νικοτινικών αλκαλοειδών
  • 2.2 Βιοσύνθεση αλκαλοειδών βενζυλισοκινολίνης
  • 2.3 Βιοσύνθεση αλκαλοειδών τερπενικής ινδόλης
• 3 Ταξινόμηση
  • 3.1 Σύμφωνα με τη βιοσυνθετική του προέλευση
  • 3.2 Σύμφωνα με τον βιογενετικό προκάτοχό του
  • 3.3 Σύμφωνα με τη χημική της δομή ή τον βασικό πυρήνα
• 4 Χρήσεις
  • 4.1 Τα αλκαλοειδή μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως φάρμακα
  • 4.2 Τα αλκαλοειδή μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ναρκωτικά
  • 4.3 Τα αλκαλοειδή μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως παρασιτοκτόνα και απωθητικά
  • 4.4 Τα αλκαλοειδή μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην επιστημονική έρευνα
• 5 Αναφορές

Δομή

Οι χημικές δομές των αλκαλοειδών είναι εξαιρετικά μεταβλητές. Γενικά, ένα αλκαλοειδές περιέχει τουλάχιστον ένα άτομο αζώτου σε δομή τύπου αμίνης. δηλαδή ένα παράγωγο αμμωνίας που αντικαθιστά άτομα υδρογόνου με ομάδες υδρογόνου-άνθρακα που ονομάζονται υδρογονάνθρακες.

Αυτό ή άλλο άτομο αζώτου μπορεί να είναι δραστικό ως βάση σε αντιδράσεις οξέος-βάσης. Το αλκαλοειδές όνομα αρχικά εφαρμόζεται σε αυτές τις ουσίες επειδή, όπως τα ανόργανα αλκάλια, αντιδρούν με οξέα για να σχηματίσουν άλατα.

Τα περισσότερα αλκαλοειδή έχουν ένα ή περισσότερα από τα άτομα αζώτου τους ως μέρος ενός δακτυλίου ατόμων, που συχνά ονομάζεται κυκλικό σύστημα. Τα ονόματα των αλκαλοειδών συνήθως καταλήγουν στο επίθημα "-ina", μια αναφορά στη χημική τους ταξινόμηση ως αμίνες.

Βιοσύνθεση

Η βιοσύνθεση αλκαλοειδών σε φυτά περιλαμβάνει πολλά μεταβολικά στάδια, καταλυμένα από ένζυμα που ανήκουν σε ένα ευρύ φάσμα οικογενειών πρωτεϊνών. Για το λόγο αυτό, οι βιοσυνθετικές οδοί των αλκαλοειδών είναι πολύ περίπλοκες.

Παρ 'όλα αυτά, είναι δυνατόν να σχολιάσουμε κάποιες γενικότητες. Υπάρχουν μερικοί κύριοι κλάδοι στη σύνθεση των αλκαλοειδών που περιλαμβάνουν:

Βιοσύνθεση τρολανικών και νικοτινικών αλκαλοειδών

Σε αυτή την ομάδα αλκαλοειδών η βιοσύνθεση διεξάγεται από τις ενώσεις L-Αργινίνη και Ορνιθίνη. Αυτά υποφέρουν από μια διαδικασία αποκαρβοξυλίωσης που προκαλείται από τα αντίστοιχα ένζυμα τους: καρβονική δεκαρβοξυλάση και αποκαρβοξυλάση ορνιθίνης.

Το προϊόν αυτών των αντιδράσεων είναι μοσχεύματα putrecine. Μετά από άλλα στάδια, που περιλαμβάνουν τη μεταφορά ομάδων μεθυλίου, παράγονται νικοτινικά παράγωγα (όπως η νικοτίνη) και οι τροπικοί (όπως η ατροπίνη και η σκοπολαμίνη)..

Βιοσύνθεση αλκαλοειδών βενζυλισοκινολίνης

Η σύνθεση αλκαλοειδών βενζυλισοκινολίνης αρχίζει από μόρια L-τυροσίνης, τα οποία αποκαρβοξυλιώνονται από το ένζυμο δεκαρβοξυλάση τυροσίνης για να δημιουργηθούν μόρια τυραμίνης.

Norcoclaurina ένζυμο συνθάση χρησιμοποιεί τυραμίνη που παράγεται στο προηγούμενο στάδιο και το L-DOPA για να σχηματίσουν μόρια norcoclaurina? υποβάλλονται σε μια άλλη σειρά πολύπλοκων αντιδράσεων για να δημιουργήσουν τα αλκαλοειδή βερβερίνη, μορφίνη και κωδεΐνη.

Βιοσύνθεση αλπελοειδών τερπενυλο ινδολίου

Αυτή η ομάδα αλκαλοειδών συντίθεται από δύο οδούς: μία που ξεκινά από L-τρυπτοφάνη και άλλη από geraniol. Τα προϊόντα αυτών των οδών είναι η τρυπταμίνη και η σεκολαγγανίνη, τα οποία μόρια είναι το υπόστρωμα του ενζύμου συνθετάση της εστερεοσιδίνης, το οποίο καταλύει τη σύνθεση της αυστησίνης.

Από την εστερεοσιδίνη παράγονται τα διάφορα ινδολικά αλκαλοειδή του τερπενικού, όπως η αλαμυκίνη, η καταραντίνη, η σερπεντίνα και η βινβλαστίνη. το τελευταίο έχει χρησιμοποιηθεί στη θεραπεία της νόσου Hodgkin.

Στους τομείς της δομικής βιοχημείας, της μοριακής και κυτταρικής βιολογίας και των βιοτεχνολογικών εφαρμογών, ο χαρακτηρισμός των νέων βιοσυνθετικών αλκαλοειδών ενζύμων αποτέλεσε το επίκεντρο της έρευνας τα τελευταία χρόνια.

Ταξινόμηση

Λόγω της ποικιλομορφίας και της δομικής τους πολυπλοκότητας, τα αλκαλοειδή μπορούν να ταξινομηθούν με διαφορετικούς τρόπους:

Σύμφωνα με τη βιοσυνθετική του προέλευση

Σύμφωνα με τη βιοσυνθετική τους προέλευση, τα αλκαλοειδή ταξινομούνται σε τρεις μεγάλες ομάδες:

Αληθινά αλκαλοειδή

Είναι αυτά που προέρχονται από αμινοξέα και έχουν το άτομο αζώτου ως τμήμα του ετεροκυκλικού δακτυλίου. Για παράδειγμα: ουρρίνη, κοκαΐνη και φυσοστιγμίνη.

Πρωτοαλκαλοειδή

Παράγονται επίσης από αμινοξέα, αλλά το άζωτο δεν αποτελεί μέρος του ετεροκυκλικού δακτυλίου. Για παράδειγμα: εφεδρίνη και κολχικίνη.

Ψευδοαλκαλοειδή

Αυτά είναι τα αλκαλοειδή που δεν προέρχονται από αμινοξέα και το άζωτο είναι μέρος της ετεροκυκλικής δομής. Για παράδειγμα: ακονιτίνη (τερπενικό αλκαλοειδές) και σολανιδίνη (στεροειδές αλκαλοειδές).

Σύμφωνα με τον βιογενετικό προκάτοχό του

Στην ταξινόμηση αυτή τα αλκαλοειδή ομαδοποιούνται ανάλογα με το μόριο από το οποίο αρχίζει η σύνθεσή τους. Έτσι, τα αλκαλοειδή προέρχονται από:

- L-φαινυλαλανίνη.

- L-τυροσίνη.

- L-Τρυπτοφάνη.

- L-Ορνιθίνη.

- L-λυσίνη.

- L-ιστιδίνη.

- Νικοτινικό οξύ.

- Ανθρανιλικό οξύ.

- Πυρρινικές βάσεις.

- Μεταβολισμός τερπενίων.

Σύμφωνα με τη χημική του δομή ή τον βασικό πυρήνα

- Πυρρολιδίνη.

- Πυριδίνη-Πυρρολιδίνη.

- Ισοκινολίνη.

- Ιμιδαζόλη.

- Πιπεριδίνη.

- Πυριδίνη-πιπεριδίνη.

- Quinoline.

- Purina.

- Τροπάνη.

- Ινδόλη.

Χρησιμοποιεί

Τα αλκαλοειδή έχουν πολλαπλές χρήσεις και εφαρμογές, τόσο στη φύση όσο και στην κοινωνία. Στην ιατρική, η χρήση αλκαλοειδών βασίζεται στις φυσιολογικές επιδράσεις που προκαλούν στο σώμα, η οποία είναι ένα μέτρο της τοξικότητας της ένωσης.

Όπως οργανικά μόρια που παράγονται από τα έμβια όντα, τα αλκαλοειδή έχουν το δομικό ικανότητα να αλληλεπιδρούν με τα βιολογικά συστήματα και άμεσα επηρεάζουν τη φυσιολογία ενός οργανισμού. Αυτή η ιδιότητα μπορεί να φαίνεται επικίνδυνη, αλλά η χρήση αλκαλοειδών με ελεγχόμενο τρόπο είναι πολύ χρήσιμη.

Παρά την τοξικότητά του, ορισμένα αλκαλοειδή είναι χρήσιμα όταν χρησιμοποιούνται στις σωστές δόσεις. Μια περίσσεια δόσης μπορεί να προκαλέσει βλάβη και να θεωρηθεί δηλητηριώδης για το σώμα.

Τα αλκαλοειδή προέρχονται κυρίως από θάμνους και βότανα. Μπορούν να βρεθούν σε διαφορετικά μέρη του φυτού, όπως φύλλα, στέλεχος, ρίζες κλπ..

Τα αλκαλοειδή μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως φάρμακα

Μερικά αλκαλοειδή έχουν σημαντική φαρμακολογική δραστικότητα. Αυτές οι φυσιολογικές επιδράσεις τις καθιστούν πολύτιμες ως φάρμακα για να θεραπεύσουν κάποιες σοβαρές διαταραχές.

Για παράδειγμα: βινκριστίνη Vinca roseus χρησιμοποιείται ως αντικαρκινικό φάρμακο και εφεδρίνη Ephedra distachya χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της αρτηριακής πίεσης.

Άλλα παραδείγματα περιλαμβάνουν την curarina, η οποία βρίσκεται στο curare και είναι ένα ισχυρό μυοχαλαρωτικό. ατροπίνη, η οποία χρησιμοποιείται για τη διαστολή των μαθητών. κωδεΐνη, η οποία χρησιμοποιείται ως κατασταλτικό του βήχα. και τα αλκαλοειδή της ερυσιβώδους ορμόνης, τα οποία χρησιμοποιούνται για την ανακούφιση της ημικρανίας, μεταξύ πολλών άλλων.

Τα αλκαλοειδή μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ναρκωτικά

Πολλές ψυχοτρόπες ουσίες, οι οποίες δρουν στο κεντρικό νευρικό σύστημα, είναι αλκαλοειδή. Για παράδειγμα, μορφίνη οπίου (Papaver somniferum) θεωρείται φάρμακο και αναλγητικό. Το διαιθυλαμίδιο του λυσεργικού οξέος, καλλίτερα γνωστό ως LSD, είναι ένα αλκαλοειδές και ένα ψυχεδελικό φάρμακο.

Αυτά τα ναρκωτικά έχουν χρησιμοποιηθεί από την αρχαιότητα ως όργανα διανοητικής ενθουσιασμού και ευφορίας, αν και θεωρούνται επιβλαβή σύμφωνα με τη σύγχρονη ιατρική.

Τα αλκαλοειδή μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως παρασιτοκτόνα και απωθητικά

Τα περισσότερα φυτοφάρμακα και φυσικά απωθητικά προέρχονται από φυτά, όπου ασκούν τη λειτουργία τους ως μέρος του αμυντικού συστήματος του φυτού ενάντια σε έντομα, μύκητες ή βακτηρίδια που τα επηρεάζουν. Αυτές οι ενώσεις είναι γενικά αλκαλοειδή.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, αυτά τα αλκαλοειδή είναι τοξικά από τη φύση τους, αν και η ιδιότητα αυτή εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη συγκέντρωση.

Για παράδειγμα, η πυρεθρίνη χρησιμοποιείται ως εντομοαπωθητικό, σε συγκέντρωση που είναι θανατηφόρα για τα κουνούπια αλλά όχι για τους ανθρώπους.

Τα αλκαλοειδή μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην επιστημονική έρευνα

Λόγω των ειδικών επιδράσεών του στο σώμα, τα αλκαλοειδή χρησιμοποιούνται ευρέως σε επιστημονικές μελέτες. Για παράδειγμα, η αλκαλοειδής ατροπίνη μπορεί να προκαλέσει διαστολή της κόρης.

Στη συνέχεια, για να αξιολογήσει εάν μια νέα ουσία έχει παρόμοια αποτελέσματα ή αντίθετα αποτελέσματα, συγκρίνεται με την επίδραση της ατροπίνης.

Ορισμένα αλκαλοειδή μελετούν με μεγάλο ενδιαφέρον λόγω των αντικαρκινικών ιδιοτήτων τους, όπως η βινβλαστίνη και η βινκριστίνη.

Άλλα σημαντικά αλκαλοειδή στην επιστημονική έρευνα είναι η κινίνη, η κωδεΐνη, η νικοτίνη, η μορφίνη, η σκοπολαμίνη και η ρεσερπίνη, μεταξύ άλλων.

Αναφορές

1. Cordell, G. (2003). Τα Αλκαλοειδή: Χημεία και Βιολογία, Τόμος 60 (1η έκδοση). Elsevier.
2. De Luca, V. & St Pierre, Β. (2000). Η κυτταρική και αναπτυξιακή βιολογία της βιοσύνθεσης αλκαλοειδών. Τάσεις στην επιστήμη των φυτών, 5(4), 168-173.
3. Facchini, Ρ. J. Ρ. J. (2001). Βιοσύνθεση αλκαλοειδών σε φυτά: βιοχημεία, κυτταρική βιολογία, μοριακή ρύθμιση και εφαρμογές μεταβολικής μηχανικής. Ετήσια επισκόπηση της φυτικής βιολογίας, 52(1), 29-66.
4. Kutchan, Τ. Μ. (1995). Βιοσύνθεση αλκαλοειδών [mdash] Η βάση για τη μεταβολική μηχανική των φαρμακευτικών φυτών. Το φυτό Cell Online, 7(7), 1059-1070.
5. Pelletier, S. (1983). Αλκαλοειδή: Χημικές και Βιολογικές Προοπτικές, Τόμος 11 (1^st). Wiley.
6. Roberts, Μ. (2013). Αλκολοειδή: βιοχημεία, οικολογία και φαρμακευτικές εφαρμογές. Springer Science & Business Media.
7. Wenkert, Ε. (1959). Βιοσύνθεση αλκαλοειδών. ΕΜΠΕΙΡΙΑ, XV(5), 165-204.
8. Ziegler, J., & Facchini, Ρ. J. (2008). Βιοσύνθεση αλκαλοειδών: Μεταβολισμός και εμπορία. Ετήσια επισκόπηση της φυτικής βιολογίας, 59(1), 735-769.