ALKALOIDS: ISTRAKTURA, BIOSYNTHESIS, PAG-UURI AT PAGGAMIT - BIOLOGY - 2025

Ang alkaloid ay mga molekula na naglalaman ng mga carbon at nitrogen atoms sa molekular na istruktura nito, na sa pangkalahatan ay bumubuo ng mga singsing na kumplikado. Ang salitang alkaloid, na unang iminungkahi ng parmasyutiko na si W. Meissner noong 1819, ay nangangahulugang "katulad ng alkali."

Ang salitang alkali ay tumutukoy sa kakayahan ng isang molekula na sumipsip ng mga hydrogen ion (proton) mula sa isang acid. Ang mga alkaloid ay natagpuan bilang mga indibidwal na molekula, kaya maliit sila at maaaring sumipsip ng mga hydrogen ions, na nagiging isang base.

Biosynthesis ng alkaloid

Ang ilang mga karaniwang batayan ay kasama ang gatas, calcium carbonate sa antacids, o ammonia sa paglilinis ng mga produkto. Ang mga alkaloid ay ginawa ng ilang mga nabubuhay na bagay, partikular na mga halaman. Gayunpaman, ang papel ng mga molekulang ito sa mga halaman ay hindi malinaw.

Anuman ang kanilang papel sa mga halaman, maraming alkaloid ang gumagamit ng gamot para sa mga tao. Ang mga pain reliever na nagmula sa halaman ng poppy, tulad ng morphine, ay mula pa noong 1805. Ang isa pang halimbawa ay ang antimalarial quinine, na ginamit ng mga tribo sa Amazon nang higit sa 400 taon.

Papaver somniferum, o poppy plant

Istraktura

Ang mga istrukturang kemikal ng alkaloid ay lubos na variable. Kadalasan, ang isang alkaloid ay naglalaman ng hindi bababa sa isang nitrogen atom sa isang tulad ng amine na istraktura; iyon ay, isang hinango ng ammonia sa pamamagitan ng pagpapalit ng mga atom ng hydrogen sa mga pangkat na hydrogen-carbon na tinatawag na hydrocarbons.

Ito o isa pang nitrogen atom ay maaaring maging aktibo bilang isang base sa mga reaksyon ng acid-base. Ang pangalang alkaloid ay orihinal na inilalapat sa mga sangkap na ito sapagkat, tulad ng hindi tulagay na alkalis, kumilos sila sa mga acid upang makabuo ng mga asing-gamot.

Karamihan sa mga alkaloid ay may isa o higit pa sa kanilang mga nitrogen atoms bilang bahagi ng isang singsing ng mga atomo, na madalas na tinatawag na isang sistema ng singsing. Ang mga pangalan ng Alkaloid sa pangkalahatan ay nagtatapos sa hulapi "-ina", isang sanggunian sa kanilang pag-uuri ng kemikal bilang mga amin.

Biosynthesis

Ang biosynthesis ng alkaloid sa mga halaman ay nagsasangkot ng maraming mga metabolic na hakbang, na napalaki ng mga enzyme na kabilang sa isang malawak na hanay ng mga pamilya ng protina; sa kadahilanang ito, ang mga landas ng bialoyses ng alkaloid ay masalimuot.

Gayunpaman, posible na magkomento sa ilang mga generalities. Mayroong ilang mga pangunahing sangay sa alkaloid synthesis kabilang ang:

Biosynthesis ng tropan at nikotinic alkaloids

Sa pangkat na ito ng mga alkaloid, isinasagawa ang biosynthesis mula sa mga compound na L-Arginine at Ornithine. Ang mga ito ay sumasailalim sa isang proseso ng decarboxylation na pinagsama ng kani-kanilang mga enzyme: arginine decarboxylase at ornithine decarboxylase.

Ang produkto ng mga reaksyong ito ay mga molekula ng putrecine. Ang pagsunod sa iba pang mga hakbang, kabilang ang paglipat ng mga grupo ng methyl, ang mga nikotinic derivatives (tulad ng nikotina) at tropan derivatives (tulad ng atropine at scopolamine) ay ginawa.

Biosynthesis ng benzylisoquinoline alkaloids

Ang synthesis ng benzyl isoquinoline alkaloid ay nagsisimula mula sa L-tyrosine molekula, na kung saan ay decarboxylated ng enzyme tyrosine decarboxylase upang magbigay ng pagtaas sa mga molekula ng tyramine.

Ang synthase ng enzyme norcoclaurin ay gumagamit ng tyramine na ginawa sa nakaraang hakbang at L-DOPA upang mabuo ang mga molekulang norcoclaurin; sumailalim sila ng isa pang serye ng mga kumplikadong reaksyon upang mapataas ang alkaloids berberine, morphine at codeine.

Biosynthesis ng terpenic indole alkaloids

Ang pangkat na ito ng alkaloid ay synthesized mula sa dalawang mga ruta: ang isa na nagsisimula sa L-tryptophan at isa pa mula sa geraniol. Ang mga produkto ng mga ruta na ito ay tryptamine at secolaganine, ang mga molekula na ito ay ang substrate para sa synthase ng enzyme na strectosidine, na pinipiga ang synthesis ng ketatosidine.

Ang iba't ibang terpenic indole alkaloid ay ginawa mula sa strectosidine, tulad ng ajmalicine, catarantine, serpentine at vinblastine; ang huli ay ginamit sa paggamot ng sakit na Hodgkin.

Sa larangan ng istruktura biochemistry, molekular at cellular biology, at aplikasyon ng biotechnological, ang pagkilala sa mga bagong alkaloid biosynthetic enzymes ay naging pokus ng pananaliksik sa mga nakaraang taon.

Pag-uuri

Dahil sa kanilang pagkakaiba-iba at pagiging kumplikado ng istruktura, ang mga alkaloid ay maaaring maiuri sa iba't ibang paraan:

Ayon sa biosynthetic na pinagmulan nito

Ayon sa kanilang biosynthetic na pinagmulan, ang mga alkaloid ay inuri sa tatlong malalaking pangkat:

Totoong alkaloid

Ang mga ito ay nagmula sa mga amino acid at may nitrogen atom bilang bahagi ng singsing na heterocyclic. Halimbawa: hygrine, cocaine at physostigmine.

Protoalkaloids

Ang mga ito ay nagmula din sa mga amino acid, ngunit ang nitrogen ay hindi bahagi ng heterocyclic ring. Halimbawa: ephedrine at colchicine.

Pseudoalkaloids

Sila ang mga alkaloid na hindi nagmula sa mga amino acid at nitrogen ay bahagi ng istrukturang heterocyclic. Halimbawa: aconitine (terpenic alkaloid) at solanidine (steroidal alkaloid).

Ayon sa biogenetic precursor nito

Sa pag-uuri ng mga alkaloid na ito ay pinagsama-sama depende sa molekula mula kung saan nagsisimula ang kanilang synthesis. Kaya, mayroong mga alkaloid na nagmula sa:

- L-Phenylalanine.

- L-Tyrosine.

- L-Tryptophan.

- L-Ornithine.

- L-Lysine.

- L-Histidine.

- Nicotinic acid.

- Anthranilic acid.

- Mga base ng Lila.

- Tersisikong metabolismo.

Ayon sa istruktura ng kemikal o pangunahing nucleus nito

- Pyrrolidine.

- Pyridine-Pyrrolidine.

- Isoquinoline.

- Imidazole.

- Piperidine.

- Pyridine-Piperidine.

- Quinoline.

- Purina.

- Tropane.

- Indole .

Aplikasyon

Ang mga Alkaloid ay may maraming paggamit at aplikasyon, kapwa sa kalikasan at sa lipunan. Sa gamot, ang paggamit ng alkaloid ay batay sa mga epekto sa physiological na sanhi nito sa katawan, na isang sukatan ng toxicity ng compound.

Ang pagiging mga organikong molekula na ginawa ng mga nabubuhay na nilalang, ang mga alkaloid ay may kakayahang istruktura upang makipag-ugnay sa mga biological system at direktang nakakaapekto sa pisyolohiya ng isang organismo. Ang ari-arian na ito ay maaaring mukhang mapanganib, ngunit ang paggamit ng mga alkaloid sa isang kinokontrol na paraan ay lubhang kapaki-pakinabang.

Sa kabila ng kanilang pagkakalason, ang ilang mga alkaloid ay nakakatulong kapag ginamit sa tamang mga dosis. Ang labis na dosis ay maaaring magdulot ng pinsala at maituturing na lason sa katawan.

Ang alkaloid ay nakukuha higit sa lahat mula sa mga palumpong at halaman. Maaari silang matagpuan sa iba't ibang bahagi ng halaman, tulad ng mga dahon, tangkay, ugat, atbp.

Ang mga alkaloid ay maaaring magamit bilang mga gamot

Ang ilang mga alkaloid ay may makabuluhang aktibidad sa parmasyutiko. Ang mga epekto sa physiological na ito ay mahalaga sa kanila bilang mga gamot upang pagalingin ang ilang mga malubhang karamdaman.

Halimbawa: Ang Vincristine mula sa Vinca roseus ay ginagamit bilang isang gamot na anticancer, at ang ephedrine mula sa Ephedra distachya ay ginagamit upang ayusin ang presyon ng dugo.

Ang iba pang mga halimbawa ay kasama ang curarina, na matatagpuan sa curare at isang malakas na relaxant ng kalamnan; atropine, na ginagamit upang matunaw ang mga mag-aaral; ang codeine, na ginagamit bilang isang suppressant ng ubo; at ergot alkaloid, na ginagamit upang mapawi ang sobrang sakit ng ulo ng ulo, bukod sa marami pa.

Ang mga Alkaloid ay maaaring magamit bilang narkotika

Maraming mga psychotropic na sangkap, na kumikilos sa gitnang sistema ng nerbiyos, ay mga alkaloid. Halimbawa, ang morphine mula sa opium (Papaver somniferum) ay itinuturing na gamot at reliever ng sakit. Ang Lysergic acid diethylamide, na mas kilala bilang LSD, ay isang alkaloid at isang psychedelic na gamot.

Ang mga narkotika na ito ay ginamit mula pa noong unang panahon bilang mga instrumento para sa kaguluhan ng isip at euphoria, kahit na itinuturing silang nakakapinsala ayon sa modernong gamot.

Ang mga Alkaloid ay maaaring magamit bilang mga pestisidyo at repellant

Karamihan sa mga natural na pestisidyo at repellant ay nagmula sa mga halaman, kung saan ipinagsasagawa nila ang kanilang tungkulin bilang bahagi ng sariling sistema ng pagtatanggol ng halaman laban sa mga insekto, fungi o bakterya na nakakaapekto sa kanila. Ang mga compound na ito ay karaniwang alkaloid.

Tulad ng nabanggit sa itaas, ang mga alkaloid na ito ay nakakalason sa kalikasan, bagaman ang pag-aari na ito ay lubos na umaasa sa konsentrasyon.

Halimbawa, ang pyrethrin ay ginagamit bilang isang repellent ng insekto, sa isang konsentrasyon na nakamamatay sa mga lamok ngunit hindi sa mga tao.

Ang mga Alkaloid ay maaaring magamit sa pagsasaliksik sa agham

Dahil sa kanilang mga tiyak na epekto sa katawan, ang mga alkaloid ay malawakang ginagamit sa mga pag-aaral sa agham. Halimbawa, ang alkaloid atropine ay maaaring maging sanhi ng pagkatunaw ng mag-aaral.

Kaya, upang suriin kung ang isang bagong sangkap ay may katulad o kabaligtaran na mga epekto, inihahambing ito sa epekto ng atropine.

Ang ilang mga alkaloid ay pinag-aralan na may malaking interes dahil sa kanilang mga katangian ng antitumor, tulad ng vinblastine at vincristine.

Ang iba pang mahahalagang alkaloid sa pang-agham na pananaliksik ay kasama ang quinine, codeine, nikotina, morpina, scopolamine, at reserpine, bukod sa iba pa.

Mga Sanggunian

1. Cordell, G. (2003). Ang Alkaloids: Chemistry at Biology, Dami ng 60 (1st ed.). Elsevier.
2. De Luca, V., & St Pierre, B. (2000). Ang cell at pag-unlad na biology ng alkaloid biosynthesis. Mga uso sa Plant Science, 5 (4), 168–173.
3. Facchini, PJPJ (2001). Alkaloid biosynthesis sa mga halaman: biochemistry, cell biology, molekular na regulasyon, at metabolic engineering application. Taunang Pagsusuri ng Plant Biology, 52 (1), 29–66.
4. Kutchan, TM (1995). Alkaloid Biosynthesis Ang Batayan para sa Metabolic Engineering ng Mga Gamot na Mga Gamot. Ang Plant Cell Online, 7 (7), 1059–1070.
5. Pelletier, S. (1983). Alkaloids: Chemical at Biological Perspectives, Dami ng 11 (1 ^st ). Wiley.
6. Roberts, M. (2013). Alkaloids: Biochemistry, Ecology, at Mga Aplikasyon sa Paggamot. Springer Science & Business Media.
7. Wenkert, E. (1959). Alkaloid Biosynthesis. EXPERIENTIA, XV (5), 165–204.
8. Ziegler, J., & Facchini, PJ (2008). Alkaloid Biosynthesis: Metabolismo at Trafficking. Taunang Pagrepaso sa Plant Biology, 59 (1), 735-77.