Алкалоиды
(от лат. alcali – щелочь и греч. eidos – вид) – азотсодержащие органические соединения в основном растительного происхождения, которые оказывают выраженное физиологическое действие на организм человека. Много алкалоидов содержится в растениях семейства бобовых, маковых, пасленовых. Всего известно несколько тысяч алкалоидов растительного происхождения. В растениях они часто образуют соли с разными органическими и неорганическими кислотами. В растительных тканях, как правило, синтезируется несколько алкалоидов, близких по химической структуре и свойствам, которые накапливаются в коре, листьях, плодах и корнях. Концентрация алкалоидов не превышает сотых частей процента.
Свойства алкалоидов
Алкалоиды - органические азотсодержащие соединения, преимущественно растительного происхождения, обладающие основными свойствами. Основания алкалоидов, нерастворимые, как правило, в воде, с кислотами образуют хорошо растворимые в воде соли. Из водных растворов алкалоиды осаждаются дубильными веществами, солями тяжелых металлов, йодидами, и некоторыми другими соединениями и поэтому несовместимы с ними в лекарствах.
Алкалоиды обладают очень высокой физиологической активностью и поэтому в больших дозах - это яды, а в малых - сильнодействующие лекарства различного действия: атропин, например, расширяет зрачок и повышает внутриглазное давление, а пилокарпин, наоборот, его суживает и понижает внутриглазное давление; кофеин и стрихнин возбуждают центральную нервную систему, а морфин угнетает ее; папаверин расширяет кровеносные сосуды и снижает артериальное давление, а эфедрин суживает сосуды и повышает артериальное давление и т.д.
Растительные алкалоиды
Многие виды растений содержат, как правило, не один, а несколько алкалоидов часто различного действия, но в количественном отношении преобладает один из них, что обуславливает преимущественный характер эффективности применения лекарственного растения и суммарных препаратов из него. Так, в корне
раувольфии змеиной
содержится 25 различных алкалоидов, но 10% от общего количества их приходится на резерпин, обладающий гипотензивным (понижает артериальное давление) и седативным (успокаивающим) действием. Так же действуют суммарные препараты корней этого растения. Второй алкалоид - аймалин - таким действием почти не обладает, его используют в качестве антиаритмического средства.
Классификация алкалоидов
Классифицируют алкалоиды на основании строения азотсодержащей молекулы (производные пиридина, пурина, хинолина, изохинолина и т.д.), а также по филогенетическим признакам, объединяя в одну групп все соединения, выделенные из одного вида растений.
Название алкалоидов
Алкалоидам, как правило, дают названия растений, из которых они выделены, с дополнением суффикса
–ин
. Алкалоид атропин выделен из растения Atropa belladonna, стрихнин – из Struchnos nuxvomica и т.д.
Синтез алкалоидов
Предшественниками синтеза алкалоидов являются аминокислоты триптофан и тирозин. Ряд алкалоидов получены путем химического синтеза (акрихин, новокаин).
Действие алкалоидов
При введении в организм человека алкалоиды проявляют выраженное физиологическое действие. В малых дозах алкалоиды действуют как слабые депрессанты, в высоких – проявляют противоположный эффект. Большинство алкалоидов – достаточно токсические соединения.
К алкалоидам
принадлежат вещества растительного происхождения, содержащиеся во многих растениях. В настоящее время известно около 10000 алкалоидов.
Химические свойства алкалоидов
Общим для большинства алкалоидов свойством является наличие в их молекулах азота, содержащегося в составе циклов. Таким образом, алкалоиды, принадлежат к гетероциклическим соединениям. Алкалоиды являются органическими основаниями и дают соли с кислотами. В большинстве случаев алкалоиды содержатся в растениях в виде солей яблочной, винной, лимонной и других кислот. В виде солей они растворимы в воде. Свободные алкалоиды могут быть получены путем обработки солей щелочами. В свободном виде алкалоиды, как правило, нерастворимы в воде, но растворяются в органических растворителях. Общим для всех алкалоидов свойством является также то, что они представляют собой физиологически чрезвычайно активные вещества, оказывающие сильное действие на животный организм; многие из них являются ядами.
Влияние алкалоидов на организм человека
Большинство алкалоидов действует на нервную систему: в малых дозах они оказывают возбуждающее действие, а в больших дозах – угнетающее. Так, например, кокаин, широко употребляемый в медицине в качестве местного обезболивающего средства, действует на чувствительные окончания периферической нервной системы. Кураре – алкалоид, содержащийся в соке некоторых южноамериканских растений, действует на двигательные окончания нервной системы и поэтому вызывает паралич; именно поэтому он употреблялся индейцами для смачивания стрел. Содержащийся в млечном соке мака морфин действует на цeнтральную нервную систему, вызывая сон; он употребляется в медицине в качестве общего обезболивающего средства. Содержащийся в табаке никотин также действует на центральную и периферическую нервную систему. В ягодах белладонны и дурмана содержится атропин, который оказывает сильное действие на моторные нервы глаза, расширяя зрачок.
Строение алкалоидов
По своему строению алкалоиды весьма разнообразны. В зависимости от xимической природы азотистого гетероцикла, входящего в их состав, они разделяются на следующие
основные группы
: 1) производные пиридина; 2) производные пирролидина; 3) производные хинолина и изохинолина; 4) производные индола; 5) производные пурина, к которым принадлежат алкалоиды – кофеин и теобромин; 6) алкалоиды терпеноидной природы.
В некоторых алкалоидах мы имеем дело с комбинацией в молекуле различных азотистых гетероциклов. Так, например, в молекуле никотина соединены между собой пиридин и пирролидин. Обычно все же никотин включают в группу пиридидиновых алкалоидов. Табак содержит целый ряд алкалоидов, из которых главные – никотин, орникотин и анабазин.
Алкалоид никотин
Никотин
при окислении образует никотиновую кислоту, которая представляет собой противопеллагрический витамин; в виде амида является составной частью некоторых дегидрогеназ. Никотин в свободном виде – бесцветная, маслянистая жидкость. Он является сильно ядовитым веществом, действующим на центральную и периферическую нервные системы. При отравлении никотином смерть наступает от паралича дыхания. Никотин в больших количествах получают из отходов табачной промышленности и используют для борьбы с насекомыми, вредящими сельскому хозяйству.
Норникотин
– алкалоид, получаемый при отнятии метильной группы от никотина. Анабазин был открыт крупнейшим советским исследователем в области химии алкалоидов академиком А.П. Ореховым в среднеазиатском растении Anabasis aphylla. Tак же, как и никотин, анабазин применяется для борьбы с насекомыми – вредителями сельского хозяйства. Исследования А.А. Шмука – крупнейшего авторитета в области химии табака, показали, что отдельные ботанические виды табака могут сильно различаться между собой по содержанию никотина, норникотина и анабазина. Так, например, в обычном папиросном табаке (Nicotiana tаbacum) и в махорке (Nicotiana rustiса) никотин содержится. Ряд видов содержит лишь следы никотина и преимущественно норникотин. Табак, принадлежащий к виду Nicotiana glauca, содержит только анабазин.
Алкалоид хинин
Важнейший представитель группы алкалоидов, принадлежащих к производным хинолина, -
хинин
, содержится в коре хинного дерева. Он применяется в медицине в качестве весьма эффективного лекарства при лечении малярии.
Алкалоид морфин
Морфин
– представитель группы изохинолиновых алкалоидов, содержится в опии – сгущенном млечном соке опийного мака. Опий содержит большое количество различных алкалоидов и широко применяется в медицине как успокаивающее средство, а в больших дозах – и как наркотик. Морфин широко применяется в качестве болеутоляющего средства.
Алкалоиды спорыньи
К группе алкалоидов – производных индола, относится ряд алкалоидов, содержащихся в рожках спорыньи. Спорынья представляет собой зимующую форму гриба
Claviceps purpurea
, развивающегося в зерне ржи. Спорынья очень ядовита, и попадание рожков в размолотом виде в муку может привести к массовым отравлениям. Поэтому очистка зараженного зерна от рожков спорыньи является важнейшей операцией при переработке такого зерна. Рожки спорыньи применяются в медицине. В настоящее время для получения алкалоидов спорыньи с целью их использования в медицине широко применяется выращивание спорыньи на синтетических средах. Путем изменения состава среды можно существенно повысить выход алкалоидов. В основе строения алкалоидов спорыньи лежит лизергиновая кислота или ее изомер – изолизергиновая кислота, представляющие собой производные индола, синтезируемые в мицелии спорыньи из триптофана и мевалоновой кислоты. Соединяясь с одной или несколькими аминокислотами, пировиноградной кислотой или аминоспиртами, лизергиновая кислота образует тот или иной алкалоид спорыньи. Из рожков спорыньи выделено 12 алкалоидов: эрготамин и эрготаминин, эргозин и эргозинин, эргокристин и эргокристинин, эргокриптин и эргокриптинин, эргокорнин и эргокорнинин, эргобазин и эргобазинин. Алкалоиды спорыньи являются хорошим примером того, что обычно в данном растении содержится целый комплекс алкалоидов; родственных по своей химической природе. Такую же картину мы наблюдаем у табака, опийного мака, хинного дерева.
Какова физиологическая роль алкалоидов в растении?
Часто высказывалось мнение о том, что алкалоиды, так же как смолы, каучук и некоторые другие вещества, являются отбросами растений и не играют какой-либо существенной физиологической роли. Однако алкалоиды играют определенную роль в обмене веществ у растений. Например, показано, что никотин совершенно отсутствует в семенах табака и начинает образовываться уже на первых этапах прорастания семени. С другой стороны, созревание семян табака и накопление в них белков сопровождаются постепенным снижением содержания никотина. Установлена также тесная связь между интенсивностью роста табачного растения и его азотистым питанием, с одной стороны, и образованием никотина, с другой.
Весьма интересные данные, свидетельствующие о том, что алкалоиды используются в растении для построения других соединений, получены при исследовании обмена алкалоида горденина. Этот протоалкалоид (не содержащий гетероцикл) – производное тирозина, содержится в значительном количестве в молодых растениях ячменя и постепенно исчезает по мере развития и созревания растений. С помощью изотопного метода показано, что горденин при этом превращается в лигнин. В отношении многих алкалоидов показано, что их содержание в растении подвергается большим колебаниям – за периодами потребления следуют периоды накопления. Таким образом, алкалоиды являются определенной промежуточной формой процесса превращения азотистых соединений в растениях; в этой форме азотистые продукты обмена веществ обезвреживаются и сохраняются.
Имеются экспериментальные данные, свидетельствующие о возможном участии алкалоидов в окислительно-восстановительных процессах, происходящих в растениях. Интересные результаты были получены также при введении в растения махорки никотина, меченного радиоактивным углеродом. Установлено, что значительная часть радиоактивности обнаруживается в никотиновой кислоте, амид которой является коферментом пиридиновых дегидрогеназ. Таким образом, показана роль алкалоида, в данном случае никотина, как источника материала, необходимого для синтеза ферментов.