Понятие об алкалоидах История изучения алкалоидов Распространение алкалоидов в растительном мире Факторы, влияющие на накопление алкалоидов
|
|
Скачать 493.99 Kb.
|
|
Лекция: «ЛР И ЛРС, СОДЕРЖАЩИЕ АЛКАЛОИДЫ». План:
4. Факторы, влияющие на накопление алкалоидов. 5. Биологическая роль алкалоидов. 6. Биосинтез алкалоидов Алкалоиды - это природные азотсодержащие органические соединения основного характера, образующиеся в растительных организмах, имеющие сложный состав и обладающие сильным физиологическим действием. Большинство их относится к соединениям с гетероциклическим атомом азота в кольце, реже азот находится в боковой цепи. Основные свойства, характерные для этих соединений, обусловили их название, которое было предложено Мейснером в 1819 году. В переводе термин "алкалоид" означает щелочеподобный (от араб. "alkali" - щелочь и греч. "eidos" - подобный). Подобно щелочам, алкалоиды образуют с кислотами соли. Существуют природные соединения такие, как метиламин, триметиламин и другие простые амины, а также аминокислоты, обладающие выраженным основным характером, но к алкалоидам не относятся. ^ , такие как тирамин и стахиндрин рассматриваются как переходные соединения от простых азотсодержащих к собственно алкалоидам. Среди природных биологически активных веществ алкалоиды являются основной группой, из которой современная медицина получила большое количество лекарственных средств. В Х1Х веке профессор Шацкий Е.А. сказал, что «открытие алкалоидов, последовавшее в начале нынешнего столетия, имело для медицины такое же значение, как открытие железа для мировой культуры». ^ В народной медицине алкалоиды применялись издавна. В настоящее время открыто около 10 000 алкалоидов. Более 400 лет известны противомалярийные свойства коры хинного дерева. Отваром этой коры была вылечена королева Перу Чин-Чон от малярии, в честь которой это растение получило название Cinchona succirubra – цинхона красносоковая. Первые исследования в области изучения алкалоидов относятся к началу XIX века. В 1806 году немецкий аптекарь Сертюрнер выделил в чистом виде и изучил снотворное действие алкалоида, названного им «морфин» (в честь греческого бога сна Морфия). Это открытие имело революционное значение для науки, так как, оказалось, что в растениях могут содержаться вещества не только кислого, нейтрального, но и основного характера. Большой вклад в изучение алкалоидов внесли русские ученые. Так профессор Ф.И.^ ) из коры хинного дерева выделил в чистом виде хинин. В Европе это открытие осталось неизвестным. Несколько позднее ^ повторно открыли хинин и доказали, что он является основным действующим веществом коры хинного дерева. Эти ученые открыли алкалоиды, которые получили названия «стрихнин» и «бруцин». За открытие хинина Пелетье и Кавенту во Франции поставлен памятник. «Отец» химии алкалоидов Г.Драгендорф, профессор Юрьевского (г.Тарту) университета (Россия) изучил химические свойства алкалоидов и разработал методы их обнаружения и анализа. До сих пор «Реактив Драгендорфа» ( калия тетрайодовисмутат - К[ВiI4]) широко используется при анализе алкалоидов. Установление структуры алкалоидов стало возможным только на основе теории химического строения, которую предложил А.М.Бутлеров (Россия). Ученик Бутлерова академик А.М.Вишнеградский изучал строение алкалоидов - производных пиридина и хинолина. В связи с началом 1-й мировой войны потребовалось большое количество обезболивающих и противошоковых препаратов. ^ году разработали промышленный способ получения алкалоидов из опия. Они являются основоположниками химико-фармацевтической промышленности в России. Огромная заслуга в изучении алкалоидов принадлежит А.П.Орехову организовавшему при ВНИХФИ (г.Москва) отдел, который занимался изучением алкалоидов. За 10 лет (1928-1939 г.г.) этим отделом было открыто и изучено около 100 новых алкалоидов. Орехов создал новое комплексное направление в науке, которое включает в себя поиск алкалоидоносных растений, разработку методов анализа, изучение фармакологического действия и промышленный выпуск препаратов на основе алкалоидов. Монография А.П.Орехова «Химия алкалоидов» (1938 г.) не потеряла своего значения и в настоящее время. Исследования А.П.Орехова продолжили его ученики: ^ и другие. Так, С.Ю.Юнусов возглавил Институт химии растительных веществ Академии наук Узбекистана. В этом институте изучены многие растения азиатской флоры (эфедра хвощевая и другие) Изучением алкалоидов занимаются ученые и в учебных институтах, таких как в ^ под руководством профессора Д.А.Муравьевой ведутся обширные исследования лекарственной флоры Кавказа. Детально изучены растения из рода Крестовник (Senecio) и их алкалоиды (платифиллин и сарацин). Иследования алкалоидов проводятся и зарубежными учеными - в Японии, Канаде, Англии, Индонезии, Индии, Бирме. ^ Растения, содержащие алкалоиды составляют примерно 10 % всей мировой флоры. Профессор Соколов В.С., обобщил сведения об алкалоидоносных растениях и все семейства, содержащие алкалоидоносные виды, разделил на 3 группы: 1 группа – семейства, насчитывающие не менее 20 % родов, имеющих алкалоидоносные виды растений. Такие семейства Соколов предложил называть высокоалкалоидными. 2 группа – семейства, в которых обнаружены от 10 до 20 % родов, имеющих алкалоидоносные виды растений. Эти семейства – среднеалкалоидоносные. 3 группа – семейства, в которых имеются от 1 до 10 % родов с алкалоидоносными видами растений. Такие семейства называются малоалкалоидоносными. Большинство алкалоидов обнаружено среди класса двудольных. Среди однодольных они встречаются реже. В растительном мире алкалоиды распределены неравномерно. В низших растениях их мало. Встречаются в семействе плауновых (плаун-баранец). Папоротники и хвойные почти не имеют алкалоидоносных видов. У злаков и осоковых растений встречаются редко. Наиболее широко алкалоиды распространены в покрытосеменных растениях (Angiospermae). ^ Маковые (Рараvегасеае), Пасленовые (Solanacеае), Бобовые (FаЬасеае), Кутровые (Аросупасеае), Мареновые (Rubiaceae), Лютиковые (Ranuncu1асеае), Логаниевые (Loganiасеае). В водорослях (А1gае), грибах (Fungi), мхах (Вгуорhуtа), голосеменных (Gуmenospermае) алкалоиды встречаются реже. ^ в виде солей органических и неорганических кислот (лимонной, щавелевой, малоновой, уксусной, фосфорной), растворенных в клеточном соке. Для мака снотворного характерна меконовая кислота, а для хинной коры - хинная кислота. ^ в листьях, плодах, семенах, подземных органах. Как правило, растение содержит не один, а несколько алкалоидов (катарантус розовый - более 60). Различные части растения могут содержать разные алкалоиды (термопсис ланцетный: семена - цитизин, трава - термопсин, пахикарпин). Обычно концентрация алкалоидов в растении невелика и составляет 0,01–1%. Ели в растении накапливается 1-3% алкалоидов, оно считается высоко-алкалоидным. Некоторые культивируемые растения накапливают до 15-20% алкалоидов (хинное дерево). Часто родственные друг другу растения содержат алкалоиды, близкие по своему строению, образуя естественную группу. Например, в растениях 7 близких между собой родов семейства пасленовых содержится группа тропановых алкалоидов. Но иногда из двух близких в систематическом отношении видов один может быть богат алкалоидами, а другой или их совершенно не содержит, или содержит алкалоиды иного строения. В растениях алкалоиды находятся в клеточном соке в растворенном виде. У некоторых растений алкалоиды содержатся во всех органах (красавка обыкновенная и кавказская), у большинства они преобладают в каком-либо одном органе. Часто у одного растения в разных органах имеется различное число алкалоидов, некоторые органы могут быть безалкалоидными, например, мак опийный во всех органах, кроме семян, содержит алкалоиды. Обычно в растении встречается несколько алкалоидов: в опии, например, 26 алкалоидов, в корнях раувольфии - 35. Редко присутствует в растении один алкалоид. ^ 1. Обычно богаты алкалоидами растения влажного тропического климата. Теплая погода способствует повышению содержания в растениях алкалоидов, холодная - тормозит, а при заморозках алкалоиды в растении не накапливаются. Например, на Кавказе надземную часть чемерицы после заморозков животные поедают без последующего отравления, а в Средней Азии после заморозков верблюды поедают анабазис. 2. Содержание алкалоидов меняется даже в течение суток. У лобелии одутлой количество их в ночное время на 40% больше, чем в полдень (Г. К. Крейер). Надрезы коробочек опийного мака в вечерние часы дают больший выход опия и содержание в нем алкалоидов выше. Исследования В. С. Соколова показали преимущества сборов солянки Рихтера ранним утром и ночью. 3^ р имеет значение для содержания алкалоидов. Установлено, что для каждого вида имеются свои оптимальные высоты. У крестовника плосколистного наибольшее количество алкалоидов накапливается на высоте 1800-2000 м над уровнем моря (крестовник встречается в горах на высоте до 2500 м), после чего содержание алкалоидов снижается. Такое явление наблюдается и у хинного дерева, красавки, эфедры. 4. ^ . - важный фактор. Например, солянка Рихтера, растущая на песках, дает около 1% алкалоидов, а выросшая на глинистой почве содержит лишь их следы. У культивируемых растений отмечается повышение содержания алкалоидов при внесении азотсодержащих удобрений. ^
Сторонники этой гипотезы рассматривают алкалоиды как конечные продукты процесса обмена веществ, появляющиеся в результате распада азотистых соединений. Например, факт увеличения с возрастом количества алкалоидов в некоторых растениях. Однако имеются серьезные возражения против этой гипотезы. Во-первых, повышение количества алкалоидов с возрастом наблюдается только у небольшой части алкалоидоносных растений. Во-вторых, если алкалоиды действительно отбросы, то они должны присутствовать абсолютно во всех растениях. Далее, отбросы должны тем или иным образом удаляться из организма, однако этого не наблюдается. Более того, алкалоиды-основания в растениях связываются с разными органическими кислотами и в виде солей остаются в растениях. ^ Динамика изменения количества алкалоидов в разных органах растений на разных этапах его развития привлекается как доказательство роли алкалоидов как запасного азотистого материала. Но это доказательство носит косвенный характер. В то же время имеются факты, когда в семенах бесспорно алкалоидоносного растения среди запасных питательных веществ алкалоидов нет, но они появляются значительно позже, когда из семян разовьются проростки (в маке снотворном, хинном дереве и ряде других растений). Очевидно, что первые две гипотезы прямо противоположны друг другу. 3.Алкалоиды — защитные вещества. Известны факты, когда присутствие алкалоидов предохраняет растение от поедания животными. Однако известно и другое, когда козы поедают листья табака, кролики — листья красавки, а птицы — ягоды этого растения. Имеются также насекомые-вредители, которые поглощают зеленую массу вместе с алкалоидами без какого-либо вреда для себя. 4. Алкалоиды — активные и необходимые вещества в процессах биосинтеза, протекающих в растениях. Данное представление о роли алкалоидов большинством ученых считается наиболее достоверным. Имеются многочисленные факты, подтверждающие наличие связи между алкалоидами и биологией растений. Алкалоиды, например, иногда выступают в роли сенсибилизаторов, т.е. веществ, усиливающих чувствительность клеток и тканей растений к отдельным частям солнечного спектра. Содействуя поглощению растениями солнечных лучей, они ускоряют протекание фазы образования и развития органов плодоношения. 5. Имеются данные о положительном влиянии некоторых алкалоидов на процессы роста растений. Известно широкое использование алкалоида колхицина для получения полиплоидных форм растений, в том числе и самих алкалоидоносов. Предполагается, что алкалоиды с пиридиновым и пиперидиновым кольцами служат материалом для синтеза пиридин нуклеидных ферментов. 6. Алкалоидам иногда отводится роль передатчиков кислорода. Эта передача осуществляется через N-оксидные формы алкалоидов. Например, в крестовнике алкалоиды-основания и их пероксиды всегда находятся в определенном равновесии, разном в зависимости от фазы вегетации растения. 7. Указывается, что алкалоиды, будучи весьма динамичными, играют роль внутренних буферов в растительной клетке при азотистом питании. Так, при длительном голодании, вызывающем распад белков, идет накопление алкалоидов, а в случае недостатка снабжения клетки азотом при наличии углеводов наблюдаются распад алкалоидов и синтез белка за счет алкалоидного азота. 8. Имеются высказывания даже о том, что алкалоиды способствуют выздоровлению растений. В подтверждение приводят факты концентрации алкалоидов в органах растений, патологически измененных в результате механических повреждений (атропина — в опытах с беленой, хинина — в коре хинного дерева при соскабливании коры или частичном ее удалении). ^ в каждой из гипотез есть известная доля истины и, если подходить к растению как к целостному организму, то алкалоиды могут быть и "излишними", и запасными, и защитными, и активизирующими рост и развитие растений, и, наконец, веществами другого назначения. ^ Основная масса алкалоидов образуется из аминокислот. Однако имеются алкалоиды с углеродным скелетом изопреноидного происхождения (дитерпеновые и стероидные алкалоиды). В этом случае путь образования алкалоида начинается от углеводов и проходит через мевалоновую кислоту и геранилпирофосфат. Образование того или иного гетероцикла в молекуле алкалоида зави- сит от природы аминокислоты, являющейся его предшественником. Принцип лабораторного синтеза и изучения продуктов разрушения мо- лекул природных алкалоидов позволил ученым объяснить процесс образования отдельных структур алкалоидов. Радикальные сдвиги в исследовании биосинтеза алкалоидов оказались возможными лишь с 50-х годов, когда стали применяться изотопные методы для проверки справедливости возникающих гипотез. В настоящее время в зависимости от происхождения атома азота в структуре молекулы, среди алкалоидов выделяют:
^ В настоящее время открыто около 10 000 алкалоидов, из которых около 4 000 имеют доказанное строение. Такое огромное количество и многообразия алкалоидов не позволяют иметь единую классификацию. В основу классификации алкалоидов положены различные принципы, поэтому различают следующие виды классификаций алкалоидов: В основе фармакологической классификации лежит фармакологическое действие алкалоидов на организм: - наркотические алкалоиды; - местноанестезирующие алкалоиды; - спазмолитические алкалоиды; - алкалоиды, обладающие курареподобным действием. В основе ботанической классификации лежат ботанические признаки растений, а также данные к какому семейству или роду относятся растения, из которых выделены алкалоиды: - алкалоиды табака; - алкалоиды мака;
Данные классификации не предусматривают химического строения. Хегнауэр (Англия) предложил биогенетическую классификацию. ^ т.е. строение аминокислот, которые являются вероятными предшественниками алкалоидов в растениях: - алкалоиды триптофана - алкалоиды фенилаланина. ^ химическая классификация, предложенная академиком А.П.Ореховым. В основе классификации лежат особенности химического строения азотсодержащего гетероцикла алкалоидов и, следовательно, физические и химические свойства алкалоидов. А.П.Орехов разделил все алкалоиды на 13 групп:
- капсаицин (Capsicum annuum, Solanaceae)  эфедрин (фенилметиламинопропанол)  капсаицин  R= CH3 - колхамин R= COCH3 - колхицин 2. Производные пирролидина (к алкалоидам этой группы относятся гигрин, гигролин содержащиеся в листьях кокаинового куста (Erythroxylum cola, Erythroxylaceae)  пирролидин ^ (платифиллин, саррацин, сенецифилллин из крестовника плосколистного и ромболистного – Senecio platyphylloides, Asteraceae).   пирролизидин платифиллин
  пиридин пиперидин это большая группа алкалоидов, в которой можно выделить несколько подгрупп: ^ Лобелин (лобелия взутая), кониин (болиголов пятнистый) Б) Алкалоиды, содержащие гетероцикл в неизмененном виде (собственно гетероцикл), т.е. бициклические неконденсированные системы:   анабазин никотин (Anabasis aphylla, (Nicotiana sp., Solanaceae) Chenopodiaceae) из табака из анабазиса безлистного ^ Все тропановые алкалоиды являются производными двух аминоспиртов: тропина и скопина, образующих сложные эфиры с троповой кислотой.    ^ )  Троповая кислота Тропин, этерифицируясь троповой кислотой, образует алкалоид гиосциамин. Природный гиосциамин — левовращающий; в таком виде он переходит в галеновые препараты, но при заводском выделении в чистом виде получают его инактивный рацемат — атропин в виде сульфата.   ^ Скопин с троповой кислотой образует алкалоид скополамин. Природный скополамин также является левовращающим соединением. Его рацемат называется атросцином. Скополамин получают в виде гидробромида.  Скополамин (атросцин)
  хинолизидин термопсин    пахикарпин цитизин нуфлеин
  хинолин хелидонин
 изохинолин
- сальсолин из солянки Рихтера.   Морфин Кодеин   Папаверин Глауцин  берберин
   Индол гарман гармин
  Лизергиновая кислота Эргометрин  Физостигмин
  Хиназолин Пеганин (Peganum harmala, Zygophyllaceae)
  Пурин Кофеин Алкалоиды этой группы содержатся в растениях:
  Имидазол Пилокарпин Пилокарпин (Pilocarpus jaborand, Rutaceae)
 Акридин |
отлично
2
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям