Алкалоиды

Что это такое алкалоиды?

Алкалоиды

Алкалоиды — это химические вещества, молекулы которых содержат 1 или несколько атомов азота. Они обладают свойствами, присущими слабым щелочам, например, аммиаку. В прошлом они считались производными пиридина, однако открытие некоторых видов алкалоидов заставило сомневаться в правильности этой теории. Впервые подобное вещество было получено из опиумного мака более 200 лет назад. Тогда же были описаны его основные свойства. В дальнейшем был открыт целый ряд подобных соединений, входящих в состав растительного сырья. Это позволило считать, что алкалоиды имеют природное происхождение.

Характеристики алкалоидов

Эти вещества представляют собой химические соединения, содержащие азот и имеющие сложное циклическое строение. Атомы в молекуле связываются между собой различными способами. Алкалоиды входят в состав некоторых органических кислот. Чистое вещество представляет собой твердые кристаллы либо жидкость. Оба типа имеют схожие химические свойства, которые давно изучены. Так, например, определены способы получения этих соединений из растительного сырья, основные характеристики алкалоидов и их воздействие на организм человека. Соли этих веществ растворимы в воде, в чистом виде же это свойство отсутствует.

Химические реакции для получения алкалоидов

Существует несколько типов химических реакций, с помощью которых можно получать и изучать алкалоиды. Осаждение основано на выделении нерастворимой соли. Для этого используются органические кислоты и таннин. Реакции, способствующие появлению сложных солей, протекают с участием йодида калия и хлорида ртути. При окрашивании у алкалоида вид может изменяться, поэтому это вещество начинает выделяться на фоне общего состава. Подобные реакции могут давать неточные результаты, что связано со схожестью строения молекул алкалоидов с белковыми соединениями.

Основные типы веществ

Алкалоиды, классификация которых была предложена академиком Ореховым, делятся на несколько групп, отличающихся строением и химическими свойствами. К производным пирролидина относят вещества, молекулы которых содержат пятичленные гетероциклы, связанные друг с другом. В состав подобных алкалоидов входит 1 атом азота. В следующую категорию входят алкалоиды, содержащие шестичленные гетероциклы. Наиболее известными их представителями являются лобелин и анабазин. К производным хинолизидина относится пахикарпин, молекула которого содержит шестичленные гетероциклы, связанные друг с другом и азотом.

Классификация алкалоидов включает и производные хинина, наиболее распространенным среди которых является морфин. В эту же категорию включают вещества, входящие в состав мака, чистотела, барбариса.

Индол и его производные отличаются сложным строением: молекула содержит связанные между собой пяти- и шестичленные гетероциклы. Кофеин, используемый в пищевой и фармакологической промышленности, добывается из листьев и плодов растения кола. Входит в группу производных пурина — это сложные химические соединения, содержащие несколько атомов азота. Эфедрин — ароматический спирт, состоящий из множества гетероциклов, связанных между собой и с атомами азота. В настоящее время к алкалоидам стали относить стероидные гормоны.

Физические свойства алкалоидов

Кофеин

Основным качеством химических веществ этой категории считают способность растворяться в жидкостях и менять агрегатное состояние в зависимости от внешних условий. При комнатной температуре алкалоиды представляют собой твердые кристаллы, не имеющие запаха и цвета. Некоторые группы веществ в стандартных условиях находятся в жидком состоянии. К ним относятся соединения, не содержащие атомов кислорода — никотин, пахикарпин. Полностью растворяются в воде лишь кофеин и эфедрин. Остальные алкалоиды проявляются подобные свойства при вступлении в реакцию с органическими растворителями.

Влияние алкалоидов на живые организмы

Алкалоиды, виды которых достаточно разнообразны, являются жизненно необходимыми для организмов, в которых они производятся. Эти вещества защищают от болезнетворных бактерий, препятствуют уничтожению растений травоядными животными. Кроме того, они регулируют процессы роста и развития организма хозяина. Эти вещества оказывают мощное действие и на человека. Особенно это касается нервной системы.

В зависимости от типа алкалоида он может обладать седативными, психотропными, стимулирующими или обезболивающими свойствами. При правильном применении они оказывают пользу, однако передозировка может стать опасной для жизни. Некоторые из них обладают антиаритмическим, гипотензивным и спазмолитическим действием. При использовании препаратов, содержащих эти вещества, не по назначению могут развиваться опасные последствия — острая дыхательная недостаточность, снижение остроты зрения и слуха, сухость во рту, внутренние кровотечения, снижение артериального давления.

Судорога

Большая часть алкалоидов на организм человека воздействует негативно. Стрихнин вызывает судороги, остановку дыхания и последующую смерть. Другая часть химических веществ относится к наркотическим. Использоваться они должны исключительно по назначению врача.

Растения, в состав которых входят алкалоиды, широко применяются в фармацевтической промышленности. На основе экстрактов производятся растворы для инъекций, таблетки, настои. Применяются препараты для лечения заболеваний сердечно-сосудистой, дыхательной и нервной систем. Некоторые соединения оказываются эффективными при злокачественных опухолях и алкогольной зависимости.

В природе эти вещества, как уже говорилось, содержатся в растениях. В грибах, бактериальных клетках и животных организмах подобные соединения отсутствуют. Вещества встречаются в таких растениях, как:

  1. Крестовник плосколистный — растение, содержащее компоненты, обладающие спазмолитическим действием. Используется для производства соответствующих лекарственных препаратов.
  2. Вещества, входящие в состав красавки, нормализуют функции нервной системы, повышают выносливость и физическую активность, обладают обезболивающим действием.
  3. Чистотел — широко распространенное на территории нашей страны растение. Содержит пахикарпин, термопсин и хинолизидин. При неправильном применении приобретает свойства яда.
  4. В состав мака входит более 20 видов алкалоидов — опий, морфин, папаверин, кодеин и другие соединения изохинолинового ряда.
  5. Вещества, входящие в состав пассифлоры, обладают выраженными седативными свойствами.
  6. Раувольфия змеиная содержит 50 алкалоидов, используемых для производства гипотензивных и антиаритмических препаратов.

Наиболее распространенным алкалоидом считается кодеин, добываемый из морфина посредством серии химических реакций. Это эффективное противокашлевое и седативное вещество, не оказывающее существенного негативного влияния на организм. Именно поэтому препараты на основе кодеина пользуются популярностью во многих странах. Принимать их необходимо по составленной врачом схеме, строго соблюдая дозировку.

Опиатами называют все химические соединения, получаемые из опия. Большинство из этих веществ в настоящее время применяется не по назначению. Это героин, морфин и папаверин, обладающие психотропным действием. В медицине они используются для устранения сильных болей и кашля при онкологических заболеваниях. Попадание их в организм здорового человека развивает привыкание.

Автор статьи: Беспалова Ирина ЛеонидовнаВрач-пульмонолог, Терапевт, Кардиолог, Врач функциональной диагностики. Врач высшей категории. Опыт работы: 9 лет. Закончила Хабаровский государственный мединститут, клиническая ординатура по специальности «терапия». Занимаюсь диагностикой, лечением и профилактикой заболеваний внутренних органов, также провожу профосмотры. Лечу заболевания органов дыхания, желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой системы. Беспалова Ирина Леонидовна опубликовала статей: 486

Алкалоиды

Алкалоиды — это вещества в основном растительного проис­хождения и реже животного. Они являются специфическими продуктами обмена главным образом растительной клетки, хотя в последнее время ряд алкалоидов был выделен «з микроорга­низмов, насекомых и животных.

Открытие алкалоидов и использование их в медицине в ка­честве лекарственных средств относится к началу прошлого столетия, когда были установлены структуры морфина, атропи­на, кофеина, хинина.

В настоящее время число известных алкалоидов приближа­ется к 10000, но до сих пор продолжается открытие все новых и новых представителей этого класса соединений.

И хотя со времени открытия первых алкалоидов дрошло бо­лее 150 лет, интерес к ним не ослабевает до сих пор. Это объяс­няется тем, что алкалоиды, обладая высокой физиологической ак­тивностью, находят самое разнообразное применение в медици­не, ветеринарной практике, пищевой промышленности и сель­ском хозяйстве.

В медицине алкалоиды с успехом используются как лекарст­венные препараты при лечении сердечно-сосудистых, нервных, желудочно-кишечных и многих других заболеваний.

В настоящее время известно, что некоторые алкалоиды нахо­дят применение для лечения злокачественных новообразований.

Ценность алкалоидов определяется и тем, что их препараты являются быстродействующими, что особенно важно при сердеч­но-сосудистых заболеваниях, а также спастических явлениях, и к тому же они не обладают кумулятивными свойствами. Значе­ние алкалоидов в жизни человека очень четко и образно опре­делил русский ученый Е. А. Шадкий: «Алкалоиды имеют такое же значение для медицины, как открытие железа для мировой культуры».

В растениях, как правило, находится смесь алкалоидов, близ­ких по химической структуре, в виде солей органических кислот, чаще яблочной, лимонной, щавелевой.

Некоторые алкалоиды находятся в растении в виде солей специфических кислот. Например, алкалоиды хинной корки — в виде солей хинной кислоты; морфин и его спутники — в виде солей меконовой кислоты.

Содержание алкалоидов в растении очень невелико. В боль­шинстве случаев это десятые доли процента и лишь очень редко

содержание суммы алкалоидов достигает 10-15% (алкалоиды опия).

Приоритет открытия многих алкалоидов принадлежит оте­чественным ученым. Так, член-корреспондент Петербургской Академии наук А. А. Воскресенский открыл в бобах какао алка­лоид теобромин. Ф. И. Гизе сделал предположение о содержа­нии в хинной корке цинхонина, который позднее был установлен как хинин.

^Однако эти открытия в дореволюционной России не могли найти практического выхода в связи с отсутствием отечествен­ной медицинской промышленности, поэтому большинство ле­карственных препаратов ввозилось из-за границы.

Только после Великой Октябрьской социалистической рево­люции началось систематическое исследование богатейшей фло­ры нашей страны на содержание лекарственных веществ, из ко­торых затем с развитием медицинской промышленности стали получать отечественные лекарственные препараты. И здесь нельзя не упомянуть имя крупнейшего русского химика акаде­мика А. П. Орехова, который первым в 1928 г. начал исследо­вания отечественного растительного сырья на содержания алка­лоидов. В этом же году в ВНИХФИ им. С. Орджоникидзе был создан отдел химии алкалоидов, который возглавил А. П. Оре­хов.

Работы А. П. Орехова и его школы в области изыскания и установления химической структуры алкалоидов обеспечили на­шей стране ведущее место в мире, поэтому А. П. Орехова по праву считают основоположником химии аккалоидов в СССР.

В тесном содружестве с А. П. Ореховым работал известный русский ботаник П. С. Маосагетов, который возглавлял ботани­ческие экспедиции в различные районы нашей страны.

Первым алкалоидом, открытым в СССР, был анабазин, вы­деленный из среднеазиатского растения Anabasis aphylla.

Одновременно с работой по выделению и изучению химиче­ского строения вновь открытых алкалоидов в лаборатории А. П. Орехова были разработаны и внедрены в промышленность методы получения ранее известных алкалоидов: эфедрина, ако­нитина, термина, пилокарпина, скополамина, кофеина и др.

Исследования ученых своей школы А. П. Орехов обобщил в монографии «Химия алкалоидов». Это была первая отечествен­ная монография по алкалоидам, представляющая собой капи­тальный-труд.

Работы ученых школы А. П. Орехова после его смерти (1939) получили свое дальнейшее развитие главным образом в Узбекистане. Ученики и последователи А. П. Орехова — ныне

академики А. С. Садыков и С. Е. Юнусов возглавили даль­нейшие исследования в обла­сти алкалоидов в АН Узбек­ской ССР и создали само­стоятельную научную школу. Наиболее широко прово­дятся этой школой исследова­ния в области алкалоидов группы индола, хинолизидина, изохинолина; пиридина, стеро­идных и колхициновых алка­лоидов.

Последователь А. П. Оре­хова Г. В. Лазурьевский (Молдавия) занимается изу­чением алкалоидоносных рас­тений семейства осоковых. Алкалоиды, выделенные из этих растений, относятся к производным индола, которые являются чески важными соединениями.

Продолжаются исследования алкалоидоносных растений в ВИЛРе. Результатом этих исследований в последние годы яви­лось создание препарата секуринина, обладающего стрихнино-подобным действием. Большим достижением последних десяти­летий является осуществление полного химического синтеза сложнейших по своей структуре алкалоидов — морфина, стрих­нина, резерпина, эметина и др.

По физическим свойствам почти все алкалоиды — твердые кристаллические вещества, бесцветные, без запаха, с горьким вкусом. Преобладающее большинство алкалоидов оптически ак­тивны.

С химической точки зрения алкалоиды представляют собой органические вещества основного характера, так как непремен­ным элементом их молекулы является азот. Алкалоиды пред­ставляют собой главным образом третичные амины, лишь неко­торые из них являются вторичными аминами или производными четырехзамещенных аммониевых оснований. Алкалоиды можно рассматривать как производные аммиака, у которого атомы во­дорода замещены на радикалы. Подобно аммиаку алкалоиды дают соли с кислотами (по типу аммонийных солей). Кроме азо­та, нередко алкалоиды имеют в своей молекуле кислород. Кис­лород в молекулах алкалоидов может быть в виде спиртового, фенольного гидроксила, карбонильной, эфирной группы.

По своему химическому строению алкалоиды представляют собой самые разнообразные структуры: это могут быть соедине ния с одной и многими карбоциклическими, гетероциклическими и открытыми углеродными цепями.

Классификация. Для алкалоидов принята химическая классификация, в основу которой положен характер углеродно-азотистого цикла молекулы алкалоида, например:

1. Производные пиридина и пиперидина (лобелии и его спут­ники).

Реакции обнаружения. Для открытия алкалоидов применяют общие, т. е. групповые реакции, присущие целой группе алкалоидов, и частные реакции, специфичные для того или другого индивидуального алкалоида, обусловленные особен­ностями химических свойств и строения данного алкалоида на­личием тех или других функциональных групп

Общие (групповые) реакции основаны на способности алка­лоидов как оснований давать простые или комплексные соли с различными кислотами, солями тяжелых металлов, комплексны­ми йодидами и другими веществами. Продукты взаимодействия этих реактивов с алкалоидами, как правило, нерастворимы в воде, поэтому эти реакции называют реакциями осаждения, а ре­активы — осадительными.

Из общеалкалоидных осадительных реактивов наиболее ча­сто применяются следующие:

1) раствор йода в йодиде калия (реактив Бушарда, Вагнера, Люголя).

12К1 -> К13

С подкисленным водным раствором солей алкалоидов дает бурые осадки. Реактивы Бушарда, Люголя и Вагнера отлича­ются лишь различной концентрацией йода и йодида калия;

2) раствор йодида ртути в йодиде калия (реактив Майера).

Hgl2-2KI ——«- K2

С большинством алкалоидов в подкисленных или нейтраль­ных растворах дает осадки белого или слегка желтоватого цве­та; осаждает почти все алкалоиды, за исключением кофеина и колхицина;

3) раствор йодида висмута в йодиде калия (реактив Дра­ге ндорфа).

BiI3-KI ——>- K

Реактив дает с растворами сернокислых и солянокислых со­лей алкалоидов аморфные и реже кристаллические осадки оран­жево-красного или красновато-коричневого цвета;

4) фосфорномолибденовая кислота (реактив Зонненштейна).

Н3Р04-12Мо03-2Н20

Реактив является одним из наиболее чувствительных на ал­калоиды; дает аморфные осадки желтоватого цвета, которые вследствие восстановления молибденовой кислоты через неко­торое время приобретают синее и зеленое окрашивание;

5) фосфорновольфрамовая кислота (реактив Шейблера).

Реактив почти со всеми алкалоидами образует аморфные осадки белого цвета;

6) свежеприготовленный 10% водный раствор танина с 10% раствора спирта. С солями алкалоидов в нейтральной и слабо­кислой среде образуют осадки белого или желтого цвета;

7) пикриновая кислота (1% водный раствор). Почти со все­ми алкалоидами, кроме кофеина, колхицина, кониина, морфина и теобромина, образует пикраты — осадки желтого цвета.

Кроме реакций осаждения, для открытия алкалоидов харак-

терны реакции окрашивания, которые основаны либо на химиче­ской реакции отнятия воды, либо на окислении алкалоидов, либо на конденсации с альдегидами. Все эти реакции протекают в присутствии .концентрированной серной кислоты, поглощающей воду, и базируются на особенностях химической структуры мо­лекулы алкалоидов, их функциональных группах.

Для некоторых алкалоидов эти реакции могут быть специфи­ческими и чувствительными, т. е. являться частными реакциями, для других они могут быть нехарактерными.

Наиболее распространенными реактивами, дающими окра­шенные продукты взаимодействия с некоторыми алкалоидами, являются: чистая концентрированная серная кислота, концент­рированная азотная кислота и смесь этих кислот (реактив Эрд­мана); смесь концентрированной серной кислоты и триоксида молибдена H2S04+Mo03 (реактив Фреде); смесь формальдеги­да и концентрированной серной кислоты CH2O + H2SO4 (реак­тив Марки). Все эти реактивы избирательны для того или дру­гого алкалоида. Например, для морфина, кодеина, папаверина характерна реакция с реактивом Марки, для других алкалоидов эта реакция не специфична. Для апоморфина характерна реак­ция с концентрированной азотной кислотой и т. д. (табл. 5).

Количественное определение. Могут быть исполь­зованы гравиметрические, титриметрические и физико-химиче­ские методы. Гравиметрический метод применяется чаще всего в том случае, когда алкалоид находится в лекарственных сме­сях. Сущность этого метода состоит в том, что определяют мас­су основания алкалоида, выделенного из солей после удаления растворителя.

Для этого хлороформные или эфирные извлечения алкалои­да-основания фильтруют во взвешенную колбу, растворитель от­гоняют. Остаток высушивают до постоянной массы, охлаждают и взвешивают. Массу основания, если нужно, пересчитывают на массу соли.

Из титриметрических методов наиболее распространенным является метод нейтрализации. Основания алкалоидов титруют­ся кислотой, а соли — соответственно щелочью в црисутствии ор­ганического растворителя, извлекающего основание алкалоида, которое образуется в процессе титрования соли. Схематично процесс титрования основания алкалоида и соли можно предста­вить следующим образом:

В настоящее время ГФХ для количественного определения алкалоидов как оснований, так и солей принят метод кислотно-

рсновного титрования в неводных средах. Препараты алкалои­дов чаще применяются в медицине в виде солей галогеноводо-родных кислот (НС1, HBr, HI):

поэтому определяются они по основанию.

В этом случае неводным растворителем служит ледяная или безводная уксусная кислота, титрантом — хлорная кислота, ин­дикатор — кристаллический фиолетовый.

Для того чтобы устранить влияние галоген-иона на процесс титрования, добавляют ацетат окисной ртути Hg(CH3COO)2, чтобы перевести галоген-ион в практически недиссоциируемое соединение галогенид ртути (II) Hg(HaIh.

Процесс неводного титрования соли алкалоида протекает по реакции:

Для количественного определения некоторых алкалоидов можно применить метод осаждения, используя различные оса-дители: нитрат серебра, йод и др. Например, до включения в ГФ X метода неводного титрования кофеин определяли йодомет-рически при осаждении его раствором йода в виде нераствори­мого в воде перйодида, избыток йода оттитровывали тиосуль­фатом натрия.

Этот метод рекомендуется ГФ X для количественного опре­деления солей кофеина, например кофеин-бензоата натрия.

В последние годы стали широко применяться физико-химиче­ские методы определения алкалоидов (фотометрические, хрома-тографические и др.).

АЛКАЛОИДЫ

АЛКАЛОИДЫ. C древнейших времен человек использовал алкалоиды как лекарства, яды и колдовские зелья, однако структура многих из этих соединений была определена относительно недавно. Термин «алкалоид» («похожий на щелочь») был предложен в 1819 фармацевтом В.Мейснером. Первое современное определение (1910), данное Э.Винтерштейном и Г.Триром, описывает алкалоид в широком смысле как азотсодержащее вещество основного характера растительного или животного происхождения; при этом истинный алкалоид должен удовлетворять четырем условиям: 1) атом азота должен быть частью гетероциклической системы; 2) соединение должно иметь сложную молекулярную структуру; 3) оно должно проявлять значительную фармакологическую активность и 4) иметь растительное происхождение.

К настоящему времени выделено свыше 10 000 алкалоидов разнообразных структурных типов, что превышает число известных соединений любого другого класса природных веществ. Неудивительно, что классическое определение Винтерштейна – Трира устарело: соединения, рассматриваемые большинством химиков и фармакологов как алкалоиды, не отвечают всем его требованиям. Например, колхицин и пиперин не имеют основного характера, в то же время колхицин и такие b-фенилэтиламины, как мескалин, не являются гетероциклами:

Сложность структуры – слишком расплывчатое понятие, чтобы входить в определение: то, что сложно для одних химиков, кажется простым для других. Фармакологическая активность – неудачный критерий, поскольку многие вещества проявляют ее, если присутствуют в достаточных дозах. Если включить ее в определение, придется оговорить уровень доз. Многие вещества со структурой классических алкалоидов получены из материалов нерастительного происхождения – тканей животных, грибов (в том числе плесневых), бактерий. Так что новое определение понятия «алкалоид», с одной стороны, должно охватывать возможно большее число соединений, относимых к алкалоидам большинством исследователей, а с другой – исключать такие классы природных азотсодержащих соединений, как алифатические амины, аминокислоты, аминосахара, белки и пептиды, нуклеиновые кислоты, нуклеотиды, птерины, порфирины и витамины. Следующее определение, предложенное У.Пельтье, отвечает этим условиям и поэтому получило широкое признание: алкалоид – это циклическое органическое соединение, содержащее азот в отрицательной степени окисления и имеющее ограниченное распространение среди живых организмов.

Требование наличия циклического фрагмента в структуре молекулы исключает из списка алкалоидов простые низкомолекулярные производные аммония, а также циклические полиамины, такие, как путресцин H2N(CH2)4NH2, спермидин H2N(CH2)4NH(CH2)3NH2 и спермин H2N(CH2)3NH(CH2)4NH(CH2)3NH2. В то же время требование наличия азота в отрицательной степени окисления (с.о.) обусловливает включение в список алкалоидов аминов (с.о. –3), аминоксидов (–1), амидов (–3) и четвертичных аммониевых солей (–3), но исключает нитро- (+3) и нитрозо- (+1) соединения. При этом важно, чтобы соблюдалось условие ограниченной распространенности в живой природе, иначе почти все природные азотистые соединения пришлось бы причислить к алкалоидам. Определение алкалоидов, предложенное Пельтье, удобно в том отношении, что подтверждает отнесение к алкалоидам большинства тех соединений, которые, хотя традиционно считаются алкалоидами, должны были бы исключаться из их числа согласно классическому определению Винтерштейна – Трира. Это, например, колхицин, пиперин, b-фенилэтиламины, рицинин, генцианин, буфотоксин. Поскольку структурой соединения определяется его принадлежность к алкалоидам, антибиотики соответствующей структуры (например, циклосерин, глиотоксин, митомицин С, пенициллин, стрептомицин и стрептонигрин) тоже могут быть отнесены к алкалоидам:

Историческая справка.

Начало химии алкалоидов обычно относят к 1803, когда Л.-Ш.Деронь выделил из опиума – высохшего на воздухе млечного сока снотворного (опийного) мака Papaver somniferum – смесь алкалоидов, которую он назвал наркотином. Затем в 1805 Ф.Сертюрнер сообщил о выделении морфина из опиума. Он приготовил несколько солей морфина и показал, что именно морфином обусловливается физиологическое действие опиума. Позднее (1810) Б.Гомес обработал спиртовый экстракт коры хинного дерева щелочью и получил кристаллический продукт, который назвал «цинхонино». П.Пельтье и Ж.Кавенту на фармацевтическом факультете Сорбонны (1820) выделили из «цинхонино» два алкалоида, названные хинином и цинхонином. Позднее исследователи получили более двух десятков оснований из экстрактов коры хинного дерева и растений рода ремиджия (Remijia) сем. мареновых. Между 1820 и 1850 было выделено и описано большое число алкалоидов новых разнообразных типов. Среди них аконитин из растений рода аконит (Aconitum, борец) – одно из наиболее токсичных веществ растительного происхождения; атропин – оптически неактивная форма гиосциамина и мощное мидриатическое средство (даже 4Ч10–6г вызывают расширение зрачка); колхицин – алкалоид безвременника осеннего, применяемый при лечении подагры; кониин представляет особый исторический интерес, поскольку именно он стал орудием казни Сократа в 399 до н.э., когда великий философ был вынужден выпить чашу с настоем болиголова (Conium maculatum); кодеин – близкий к морфину алкалоид, являющийся ценным обезболивающим и противокашлевым средством; пиперин – алкалоид черного перца (Piper nigrum); берберин – алкалоид из корней барбариса обыкновенного (Berberis vulgaris); стрихнин – очень ядовитый алкалоид, содержащийся в семенах чилибухи (Strychnos nux-vomica) и используемый при некоторых сердечных болезнях и для истребления грызунов; эметин содержится в корне ипекакуаны (Cephaelis ipecacuanha, рвотный корень) – рвотное и противопротозойное средство, применяется для лечения амебной дизентерии; кокаин содержится в листьях тропических растений рода Erythroxylum, главным образом в коке (E. coca), используется в медицине как местноанестезирующее средство:

Распространенность.

Алкалоиды часто встречаются в виде солей растительных кислот. Одни из них присутствуют в растениях в соединениях с сахарами (например, соланин в картофеле Solanum tuberosum и томатах Lycopersicon esculentum), другие – в форме амидов (например, пиперин из черного перца) или сложных эфиров (кокаин из листьев Erythroxylum coca), а третьи сохраняются в твердом состоянии в омертвевших тканях, таких, как клетки коры. Алкалоиды обычно неравномерно распределены по разным частям растения. Обычно в алкалоидосодержащем растении встречается сразу несколько алкалоидов, иногда до 50.

Распространение алкалоидов обычно ограничено определенными семействами и родами растительного царства; редки случаи, когда все или бóльшая часть членов более крупных таксономических групп содержит алкалоиды. Хотя около 40% семейств растений включает хотя бы один алкалоидоносный вид, алкалоиды были обнаружены лишь в 9% из более чем 10000 родов. Среди покрытосеменных они в изобилии встречаются в некоторых двудольных, особенно в семействах Apocynaceae (квебрахо, кора перейры, кендырь); Compositae (крестовник, амброзия); Berberidaceae (европейский барбарис); Leguminosae (ракитник, утесник, люпин); Lauraceae (розовое дерево); Loganiaceae (американский жасмин, виды Strychnos); Menispermaceae (луносемянник); Papaveraceae (мак, чистотел); Ranunculaceae (аконит, дельфиниум); Rubiaceae (хинная кора, ипекакуана); Rutaceae (цитрус, пилокарпус), Solanaceae (табак, томат, картофель, красавка, белена, дурман). Алкалоиды редко находят в тайнобрачных (споровых), голосеменных и однодольных растениях. Однако среди последних Amaryllidaceae (амарилис, нарцисс) и Liliaceae (безвременник, чемерица) являются важными алкалоидоносными семействами. Семейство маковых (Papaveraceae) необычно в том отношении, что все его виды содержат алкалоиды. Большинство растительных семейств занимают промежуточную позицию, когда не все, но часть видов какого-либо рода или близкие роды содержат алкалоиды. Так, виды родов Aconitum и Delphinium в семействе лютиковых (Ranunculaceae) содержат алкалоиды, тогда как бóльшая часть других родов того же семейства (Anemone, Ranunculus, Trollius) алкалоидов не содержат. Обычно данный род или близкие роды содержат одни и те же или структурно родственные алкалоиды; например, семь различных родов семейства паслёновых (Solanaceae) содержат гиосциамин. Простые алкалоиды часто встречаются в многочисленных и ботанически не родственных растениях, тогда как распространение более сложных алкалоидов (таких, как колхицин и хинин) обычно ограничено одним видом или родом растений, для которых содержание такого алкалоида служит отличительным признаком.

В качестве примеров соединений, которые широко известны как алкалоиды, – морфин (опийный мак, Papaver somniferum) – первый алкалоид, выделенный в чистом виде (Сертюрнер, 1805); никотин (табак, Nicotiana tabacum); стрихнин (Strychnos nux-vomica и S. ignatii); хинин (хинная корка, Cinchona); кониин (болиголов, Conium maculatum) – первый синтезированный алкалоид (А.Ладенбург, 1886). Последние три алкалоида были выделены Пельтье и Кавенту в 1819, 1820 и 1826 соответственно. Пример современного алкалоида – резерпин (раувольфия змеиная, Rauvolfia serpentina), применяемый в медицине как антигипертензивное средство и транквилизатор:

Номенклатура и классификация.

Номенклатура алкалоидов не была систематизирована – как из-за сложности соединений, так и по историческим причинам. Все названия имеют суффикс -ин и произведены разными путями: от родовых названий растений (гидрастин от Hydrastis canadensis и атропин от Atropa belladonna); от видовых названий растений (кокаин от Erythroxylon coca); от названий лекарственного растения, из которого выделен алкалоид (эрготамин от английского ergot – спорынья); от выявленной физиологической активности (морфин от Морфея – древнегреческого бога сна); от личного имени (пельтьерин назван в честь химика Пьера Жозефа Пельтье; по названию этого алкалоида названа группа алкалоидов – группа пельтьерина). Пельтье выделил ряд алкалоидов – эметин (1817), колхицин (1819), стрихнин (1819), бруцин (1820), цинхонин (1820), хинин (1820), кофеин (1820), пиперин (1821), кониин (1826), тебаин (1835) и, между прочим, зеленый пигмент растений хлорофилл, которому он дал название.

Две обычно используемые системы классифицируют алкалоиды по родам растений, в которых они встречаются, или на основании сходства молекулярной структуры. Классы алкалоидов, члены которых объединены по источнику выделения, – это алкалоиды аконита, аспидоспермы, хинного дерева, спорыньи, эфедры, ибоги, ипекакуаны, люпина, опийного мака, раувольфии, крестовника, картофеля, стрихноса (рвотного ореха) и иохимбе. Химическая классификация основана на особенностях молекулярного азотно-углеродного скелета, общих для членов данной группы алкалоидов. Главные структурные классы включают пиридиновые (никотин), пиперидиновые (лобелин), тропановые (гиосциамин), хинолиновые (хинин), изохинолиновые (морфин), индольные (псилоцибин, активное начало мексиканских галлюциногенных грибов, резерпин и стрихнин), имидазольные (пилокарпин), стероидные (томатидин из томатов), дитерпеноидные (аконитин), пуриновые (кофеин из чая и кофе, теофиллин из чая и теобромин из чая и какао) алкалоиды:

Биогенез.

Одна из наиболее захватывающих и увлекательных сторон химии алкалоидов – это их синтез в растениях. В течение последних десятилетий химики предложили много биогенетических схем синтеза различных алкалоидов. Большая часть этих схем основана на мысли, что алкалоиды образуются из относительно простых предшественников, например, фенилаланина, тирозина, триптофана, гистидина, ацетатных и терпеновых остатков, метионина и других аминокислот, таких, как антраниловая кислота, лизин и орнитин. Структуры большинства алкалоидов можно вывести теоретически из таких простых предшественников, используя немногие хорошо известные химические реакции. Несколько простых алкалоидов были синтезированы из производных аминокислот в физиологических условиях с применением таких биогенетических концепций. С помощью радиоактивных меток эти теории были подвергнуты экспериментальной проверке.

Биосинтетические исследования алкалоидов включают введение меченых предшественников в растения с последующим (после надлежащего периода роста) выделением алкалоидов. Полученные алкалоиды подвергают последовательным реакциям расщепления, чтобы определить положение меченых атомов. Этот метод продемонстрировал, что тебаин, кодеин и морфин последовательно образуются в растении из тирозина:

Сходные эксперименты продемонстрировали, что многие другие алкалоиды (никотин, гиосциамин, пеллотин, папаверин, колхицин, грамин) синтезируются из аминокислот. В настоящее время произошел качественный скачок в исследованиях биогенеза алкалоидов: в растительную систему биосинтеза успешно вводят не только аминокислоты, ацетаты и мевалонолактон, но и в некоторых случаях большие промежуточные соединения.

Функции алкалоидов

в растениях не вполне понятны. Возможно, алкалоиды – это побочные продукты обмена веществ (метаболизма) в растениях, или они служат резервом для синтеза белков, химической защитой от животных и насекомых, регуляторами физиологических процессов (роста, обмена веществ и размножения) или конечными продуктами детоксикации, обезвреживающей вещества, накопление которых могло бы повредить растению. Каждое из этих объяснений может быть справедливым в конкретных случаях, однако 85–90% растений вовсе не содержат алкалоидов.

Фармакологическая активность

алкалоидов изменяется в широких пределах в зависимости от структуры. Среди них имеются обезболивающие средства и наркотики (морфин, кодеин); мощные стимуляторы центральной нервной системы (стрихнин, бруцин), мидриатические (т.е. расширяющие зрачок) средства (атропин, гиосциамин) и миотические (т.е. суживающие зрачок) средства (физостигмин, пилокарпин). Некоторые алкалоиды обнаруживают адренергическую активность, возбуждают симпатическую нервную систему, стимулируют сердечную деятельность и повышают кровяное давление (эфедрин, эпинефрин). Другие – снижают кровяное давление (резерпин, протовератрин А). Благодаря своей физиологической активности многие алкалоиды, будучи сильными ядами, находят применение в медицине.

Важнейшие алкалоиды.

– оптически неактивная форма гиосциамина, широко применяется в медицине как эффективный антидот при отравлениях антихолинэстеразными веществами, такими, как физостигмин и фосфорорганические инсектициды. Он эффективно снимает спазмы бронхов, расширяет зрачок и т.д. Токсические дозы вызывают нарушение зрения, подавление слюноотделения, расширение сосудов, гиперпирексию (повышение температуры), возбуждение и состояние делирия (помрачения сознания).

Винбластин и винкристин.

Барвинок (Catharanthus roseus, ранее известный как Vinca rosea) содержит множество сложных алкалоидов, среди которых мощные противораковые средства винбластин и винкристин. Поскольку концентрация активных алкалоидов в барвинке ничтожна, для их промышленного получения необходимы огромные количества растительного сырья. Так, для выделения 1 г винкристина нужно переработать 500 кг корней. Винбластин применяется для лечения различных форм рака и особенно эффективен при болезни Ходжкина (лимфогранулематоз) и хорионкарциноме. Винкристином лечат острую лейкемию, а в комбинации с другими препаратами – лимфогранулематоз.

Кодеин

– самый распространенный опийный алкалоид. Его можно выделить из опиума (от 0,2 до 0,7%), приготовить метилированием морфина или восстановлением и деметилированием тебаина. Кодеин – наркотический анальгетик и противокашлевое средство. Он менее токсичен и в меньшей степени вызывает привыкание, чем морфин.

Колхицин

выделен из клубнелуковиц и семян различных видов Colchicum, обычно Colchicum autumnale (безвременник осенний). Это нейтральный алкалоид, используемый для лечения подагры и для получения клеток растений с удвоенным набором хромосом.

Кокаин

получают из листьев коки (Erythroxylum coca) или синтезируют из экгонина, выделяемого из растительного сырья. Это мощный местный анестетик, он входит в микстуру Бромптона, которая используется для смягчения жестоких болей, сопровождающих последнюю стадию рака. Его стимулирующее действие на ЦНС уменьшает седативный эффект и ослабление дыхания от применения морфина или метадона, используемых в качестве наркотических анальгетиков в составе микстуры Бромптона. Привыкание к кокаину наступает очень быстро. Он включен в список веществ, подлежащих особо тщательному контролю. См. также КОКАИН.

Кофеин

содержится в кофе, чае, какао, коле и матé (парагвайский чай). В составе многих напитков его потребляют миллионы людей во всем мире. Кофеин обычно извлекают из чая, чайной пыли, чайных отходов или выделяют возгонкой при поджаривании кофе. Его также можно синтезировать из теобромина. Кофеин оказывает возбуждающее действие на центральную нервную и сердечно-сосудистую системы, используется для стимуляции сердечной деятельности, дыхания и как противоядие при отравлении морфином и барбитуратами. Он входит в состав продуктов с торговыми названиями эмпирин, фиоринол, кафергот, виграин. См. также КОФЕИН.

Лобелин

содержится в лобелии (Lobelia inflata) и обладает действием, сходным с действием никотина. По этой причине его вводят в состав таблеток, облегчающих отвыкание от курения. В малых дозах способен возбуждать дыхание, в связи с чем его применяют в случаях удушения, отравления газами, т.е. когда нужно стимулировать дыхание. Большие дозы, наоборот, парализуют дыхание.

Мескалин

содержится в лофофоре Уильямса (Lophophora williamsii, мексиканское название – пейот или мескаль) сем. кактусовых и является галлюциногеном. Пейот издавна использовался в обрядах мексиканских и американских индейцев. Поедание пейота вызывает расширение зрачка, сопровождаемое необычным и причудливым восприятием цвета. Мигающие огни и изменчивые образы характеризуют начальную стадию видений. Затем цвета блекнут, человек становится вялым и засыпает. Мескалин проявляет то же действие, что и необработанный растительный материал.

Морфин

является важнейшим опийным алкалоидом. Его экстрагируют из высушенного млечного сока, выступающего из надрезов на незрелой головке опийного мака (Papaver somniferum). Морфин содержит фенольную и спиртовую гидроксильные группы. Он представляет собой наркотический анальгетик и применяется для обезболивания. Однако длительное его употребление приводит к привыканию и вызывает тошноту, рвоту, запоры.

Никотин.

Этот жидкий алкалоид в чистом виде выделен в 1828 Поссельтом и Рейманом. Его основной источник – табак (Nicotiana tabacum), годовое производство листьев которого превышает 5 млн. т. Никотин встречается также в разных видах плауна, хвоще полевом и некоторых других растениях. При курении бóльшая часть никотина разрушается или испаряется. Никотин – сильный яд. В малых количествах он стимулирует дыхание, но в больших – подавляет передачу импульса в симпатических и парасимпатических нервных узлах. Смерть наступает от прекращения дыхания. Никотин сильно влияет на сердечно-сосудистую систему, вызывая сужение периферических сосудов, тахикардию и подъем систолического и диастолического кровяного давления. Никотин (обычно в виде сульфата) используется как инсектицид в аэрозолях и порошках.

Пилокарпин.

Этот имидазольный алкалоид получают из листьев различных видов африканского кустарника Pilocarpus. Его гидрохлорид и нитрат – холиномиметические (действие аналогично возбуждению холинорецепторов) и миотические (сужающие зрачок с одновременным понижением внутриглазного давления) средства. Главное же использование пилокарпина – для лечения глаукомы. Он применяется также для усиления деятельности потовых и слюнных желез, при водянке на почве нефрита, при некоторых отравлениях (ртутью или свинцом) и др. Пилокарпин также вводят перорально или подкожно, параллельно с введением ганглиоблокаторов, чтобы стимулировать слюноотделение.

Резерпин.

Раувольфия – древнее лекарственное растение; сообщения о ее использовании датируются 1000 до н.э. В индуистской Аюрведе она рекомендуется для лечения дизентерии, змеиных укусов и как жаропонижающее. Гипотензивная (снижающая кровяное давление) активность корней Rauwolfia serpentina, обнаруженная в 1933, объясняется присутствием алкалоида резерпина. Резерпин проявляет также успокаивающее действие. Поэтому его иногда используют для снижения высокого кровяного давления и повышенной возбудимости при неврозах, истерии и стрессах. Побочные эффекты включают сонливость, брадикардию (уменьшение частоты сердечных сокращений), избыточное слюноотделение, тошноту, понос, усиленное отделение желудочного сока и депрессию.

Скополамин

является антихолинергическим агентом. Его часто используют для снятия спазмов кишечника при спастическом колите, гастроэнтерите и язве желудка, в качестве успокаивающего при психических возбуждениях. Благодаря антисекреторному действию скополамина его применяют для снижения мокротоотделения при анестезии (для преднаркоза и при операциях), для подавления секреции желудочного сока при лечении язвы желудка и для уменьшения выделений слизистой оболочки носа при простуде и аллергических заболеваниях:

Стрихнин.

Рвотный орех (чилибуха, Strychnos nux-vomica) содержит от 1,5 до 5% алкалоидов, главным образом стрихнина или бруцина (диметоксистрихнина). Стрихнин чрезвычайно токсичен, действует главным образом на спинной мозг, приводя к конвульсиям (судорогам), и используется для истребления вредных животных. Он применяется в медицине при параличах, связанных с поражениеми ЦНС, при хронических расстройствах ЖКТ и главным образом как общее тонизирующее при различных состояниях расстроенного питания и слабости, а также для физиологических и нейро-анатомических исследований.

Тубокурарин.

Кураре, известный яд, которым южноамериканские индейцы начиняют стрелы, является сухим экстрактом из коры и стеблей некоторых видов Strychnos (S. toxifera и др.). Различают четыре сорта кураре, получивших свое название в зависимости от способа расфасовки: калабаш-кураре («тыквенный», упакованный в небольших высушенных тыквах, т.е. калебассах), пот-кураре («горшочный», т.е. хранящийся в глиняных горшках), «мешочный» (в небольших плетеных мешочках) и тубо-кураре («трубочный», упакованный в бамбуковые трубки 25 см длиной). Поскольку кураре, расфасованный в бамбуковых трубках, обладал самым сильным фармакологическим действием, главный алкалоид был назван тубокурарином. Его гидрохлорид применяется в хирургии для расслабления скелетных мышц. Тубокураринхлорид используют также для лечения столбняка и конвульсий при отравлении стрихнином.

Хинидин

– диастереомер хинина – встречается в хинной коре (например, Cinchona succirubra) в количествах от 0,25 до 1,25%. Это антиаритмическое сердечное средство, применяемое для предупреждения фибрилляции предсердий (мерцательной аритмии).

Хинин.

До Второй мировой войны хинин был единственным антималярийным препаратом. Когда доставка хинной коры с Явы была прервана войной, были предприняты чрезвычайные меры для получения синтетических антималярийных препаратов. Хинин применяют также для приготовления шипучих тонизирующих напитков. Недавно хинин снова приобрел значение как антималярийный препарат – для лечения устойчивой к хлорохину формы малярии (молниеносной трехдневной малярии).

Эметин

– главный алкалоид корня ипекакуаны (Cephaelis ipecacuanha или Cephaelis acuminata) и был выделен П.Пельтье и Ф.Мажанди в 1817. Его применяют для лечения амебной дизентерии, альвеолярной пиореи и других амебных болезней. Эметин является рвотным и отхаркивающим средством.

Эргоновин

(эргометрин, эргобазин). В Европе на протяжении более чем 1000 лет (вплоть до 20 в.) наблюдались периодические вспышки эрготизма. Болезнь характеризуется перемежающимися ощущениями жара и холода в конечностях с последующим онемением, судорогами и конвульсиями. Пораженную конечность приходилось ампутировать из-за развития сухой гангрены. Теперь известно, что эпидемии вызываются алкалоидами спорыньи Claviceps purpurea, паразитирующей на ржи (Secale cereale). Один из этих алкалоидов – эргоновин – стимулирует мышцы матки. Его применяют для предупреждения и лечения послеродовых воспалений, вызванных атонией матки (т.е. отсутствием физиологического тонуса).

Эфедрин.

Китайцы более 5000 лет используют ма-хуан – смесь надземных частей растений Ephedra equisentina, E. sinica и E. distachya. Главное действующее начало ма-хуана – алкалоид эфедрин. Он применяется как мидриатик и для расширения бронхов. Он возбуждает симпатическую нервную систему, вызывает сужение сосудов, стимулирует сердечную деятельность и на продолжительное время обеспечивает подъем кровяного давления. Раствор эфедрина (0,5–1,0%) используют при насморке. Эфедрин применяют также при бронхиальной астме, сенной лихорадке, неудержимом кашле, миастении и остановке сердца.

См. также АНТИБИОТИКИ; БИОХИМИЯ; ХИМИЯ; ХИМИЯ ОРГАНИЧЕСКАЯ; НАРКОМАНИЯ.

Зачем организмы производят алкалоиды и токсины

Некоторые биологи безоговорочно отстаивают известный принцип: » природа знает лучше «, а потому все, что произошло в природе, является не случайным и имеет приспособительный смысл, давая возможность вида или конкретному организму успешно противостоять своим врагам, приспособиться к условиям окружающего мира, в результате наиболее » удачный » организм оставляет больше потомков с такими же, как и он сам, положительными свойствами. Другие ученые считают, что и природа может ошибаться и все странные и непонятные признаки или свойства организмов — результат случайности и они не имеют прямого биологического содержания.

Ход такой дискуссии легко продемонстрировать, например, на вопрос: «Почему ягоды малины и земляники окрашены в ярко — красный цвет? » Сторонник целесообразности сразу даст ответ: «Потому что яркий цвет привлекает птиц, которые поедают ягоды и таким образом разносят семена, не переваривается, а это в свою очередь способствует распространению вида «, тогда резонно будет спросить: » А почему ягоды ядовитых растений вовчеягидника или ландыша тоже ярко — красные ? А почему ягоды черники такие неприметные ? Разве этим видам не нужно распространяться ?

Зачем организмы производят алкалоиды и токсины

И вообще, почему арбуз зеленый снаружи и красный внутри? «

Особого смысла дискуссия о целесообразности и случайности свойств и признаков биологических объектов приобретает в связи с таким явлением, как алкалоиды и токсины, которые пассивно накапливаются в телах многих растений, грибов и в некоторой степени животных,

Действительно, может токсины и алкалоиды растений — это следствие » войны флоры и фауны » ? Многие из ботаников придерживаются этой точки зрения. Ведь алкалоиды и токсины (разница между которыми только в дозе, при которой они вызывают отравление) широко распространены у растений и грибов. На сегодня описана химическая структура нескольких тысяч алкалоидов и токсинов. Дотошные лабораторные опыты показали, что на рост и жизнедеятельность растений, в которых они производятся, аклка — лоиды никак не влияют. Поэтому у сторонников биологической целесообразности не остается другого объяснения, как то, что они защищают растение от поедания животными, И этому есть прямые доказательства. Виды отдельные растения, содержащие алкалоиды, действительно имеют гораздо меньшее количество врагов. Наблюдения, проведенные американскими учеными в окрестностях г. Сиэтла (США), показали, что регулярно в этой местности березы и ивы повреждаются вредителями, которые через некоторое время начинали погибать от голода. Оказалось, что, защищаясь от врагов, дерева меняли обмен белков и в их клетках начинали синтезироваться особые полипептиды. Выяснилось, что химический состав листьев менялся даже у деревьев, которые росли неподалеку, после длительных опытов ученые выяснили, что деревья, атакованы вредителями, выделяют этилен, Ветер уносит этот газ в соседних деревьев, вселяя в них » тревогу «, и те изменяют свой метаболизм таким же образом. Этот процесс взаимных генетических изменений двух тесно взаимодействующих в природе видов получил название коэволюции,

Однако противники жесткой целесообразности в природе имеют собственное мнение: токсины и алкалоиды — не специальная оружие растений, Это следствие несовершенства их метаболизма, когда в результате химических реакций образуются побочные продукты, которые накапливаются в клетках и некоторое время не причиняют вреда » хозяину «, но остаются опасными для других.

Подобно растениям, и среди животных ядовитые существа отнюдь не наиболее процветающие, например, бабочки — пестрянка, В их гемолимфе содержатся соединения синильной кислоты, из которой получают одну из самых сильных ядов — калий цианид, Это небольшие товсточеревни важколитаючи бабочки, которые обычно красочное предупреждающее окраске. Иногда они бывают многочисленными, но чаще встречаются эпизодически, гораздо реже от своих нетоксичных собратьев (белянок, совок), Синявке, нимфалид, а потому, даже если их и опасаются птицы, это, как ни странно, не приводит к их процветания.

Похожая ситуация и с амфибиями, наиболее ядовитым следует считать кума чер- воночеревну. ее чрево действительно отпугивает хищных птиц и зверей, но это не сделало ее очень многочисленным видом. Значительно многочисленными являются » съедобные » виды — лягушка озерная или остромордая.

И вообще, нельзя не отметить той тенденции, что среди более високоор — ганизовано существ, в которых метаболизм совершенный, реже встречаются токсичные виды. В тех же растений алкалоидвмисних видов среди однодольных гораздо меньше, чем среди эволюционно менее продвинутых двудольных, Четкая тенденция уменьшения количества ядовитых видов наблюдается в эволюционном ряду позвоночных животных, действительно, среди рыб достаточно обычны виды с ядовитыми внутренними органами, мясом, кожей (достаточно вспомнить рыбу фугу). Многие виды рыб имеют твердые острые лучи, по которым стекает яд, вырабатывается в коже, однако среди рептилий уже нет пассивно ядовитых видов, а в активно ядовитых змей яд — это особые ферменты, состав и свойства которых известны. Ядовитые виды вообще не встречаются среди птиц и высших млекопитающих, Эти примеры подтверждают, что чем выше организация и чем совершеннее является метаболизм, тем меньше вероятность того, что в клетках будут накапливаться ядовитые вещества.

Теги: алкалоиды растений, Биология, защита, нападение, оружие растений, отпугивание, токсины растений, яды

Алкалоиды

Алкалоидами называют биологически активные вещества преимущественно растительного происхождения, обладающие выраженной физиологической активностью, содержащие в своей структуре азот . Название «алкалоид» происходит из двух слов: арабского al-gali — щелочь и греческого eidos — подобный. Содержание алкалоидов в растениях, как правило, невелико — от следов до нескольких процентов, лишь некоторые растения, например хинное дерево, барбарис, коридалис и другие, содержат до 10—15%. Причем, как и во многих других случаях, количество алкалоидов в растении подвержено различного рода колебаниям, в том числе и сезонным. Например, содержание эфедрина в эфедре в течение года может изменяться от 0,3 до 2,5%.

В растениях алкалоиды присутствуют чаще всего в виде солей карбоновых кислот: лимонной, щавелевой, уксусной, яблочной, янтарной и др. Значительно реже алкалоиды встречаются в виде оснований, растворенных в жирных (спорынья) или эфирных (рута душистая) маслах, а также в виде солей минеральных кислот .

Многие алкалоиды в индивидуальном виде кристаллические или аморфные вещества, бесцветные или окрашенные, но некоторые из них, например никотин, в форме основания представляют собой довольно летучие жидкости. Большинство алкалоидов имеют горький вкус .

По подсчетам специалистов, число выделенных из растений алкалоидов с установленной структурой в настоящее время составляет около 10 тыс. Классифицируют алкалоиды в основном по характеру входящих в их состав гетероциклов, например: производные пирролидина и пиперидина, пиридина, хинолина, изохинолина, индола, имидазола, пурина. Существуют также алкалоиды дитерпено- вой структуры, стероидные и гликоалкалоиды, ациклические и пептидные, содержащие серу и производные мочевины. По своему химическому строению алкалоиды могут иметь как относительно простую, так и довольно сложную структуры.

Один из наиболее простых алкалоидов — гигрин — содержится в листьях кокаинового куста Erythroxylon coca Lam. и является производным пирролидина:

Стахидрин также является производным пирролидина. Этот алкалоид обусловливает биологическую активность люцерны. При внутривенном введении животным раствора стахидрина в дозах 0,005, 0,01 и 0,1 г/кг ускорялось время свертывания крови.

«Эраконд» (экстракт растительный конденсированный) — натуральная пищевая добавка, производится из растительного сырья (люцерны) по ТУ 494К-АО42-006—97. Сухой экстракт люцерны в форме препарата «Эраконд» применяется в качестве добавки в алкогольных напитках. Способность компонентов экстракта люцерны обезвреживать в организме токсические соединения, в том числе продукты метаболизма этилового спирта, и защищать от них клетки печени позволяет при добавлении «Эраконда» в алкогольные напитки снизить их негативное влияние на здоровье, а также существенно уменьшить выраженность похмельного синдрома .

«Эраконд» улучшает вкусовые качества продуктов, а также обладает лечебно-оздоровительным эффектом. Добавление «Эраконда» в продукты питания придает им следующие оздоровительные профилактические свойства:

  • ? повышает защитные свойства организма;
  • ? выводит из организма токсические вещества;
  • ? нормализует обменные процессы;
  • ? полезно при гастритах, язвенной болезни желудка и других заболеваниях желудочно-кишечного тракта;
  • ? улучшает общее самочувствие;
  • ? повышает эмоциональный тонус.

В настоящее время с добавлением «Эраконда» выпускается ряд продуктов питания: кефир «Эраконд», хлеб «Всегда здоров», чайный напиток «Тонус-плюс», газированный напиток «Шатлык», а также мороженое, майонез, пряники и др.

Алкогольные напитки могут изготавливаться на основе 25—40% пищевого спирта с добавлением от 2,5 г до 4 г «Эраконда» на 1 л напитка, при этом отпадает необходимость использования каких-либо дополнительных ароматизаторов и красителей. Напиток с «Эракон- дом» имеет приятный коньячный цвет и характерный аромат и вкус.

Так как алкалоиды обладают самой разнообразной фармакологической активностью, их широко применяют в медицинской практике. Так, лобелии и цитизин (из лобелии и термопсиса соответственно) оказывают стимулирующее действие на дыхательный центр. Оба алкалоида используются для ликвидации последствий отравления окисью углерода, морфином и снотворными, а также для устранения никотинового голодания и никотиновой абстиненции — неприятного болезненного состояния у бросающих курить людей.

Рацемат (смесь двух оптических изомеров в равных мольных соотношениях) атропина и гиосциамина из красавки и платифил- лин из крестовника обладают спазмолитическим действием. Они находят широкое применение для лечения язвенной болезни, при спазмах, коликах, а также в офтальмологии для расширения зрачка при исследовании глазного дна.

Примером более сложной структуры может служить алкалоид резерпин, содержащий в составе молекулы алкалоида индольный фрагмент. Резерпин был впервые выделен из раувольфии змеиной Rauwolfia serpentina L, которая широко применялась местным населением Индии для лечения от укусов змей. Резерпин снижает кровяное давление и уменьшает возбуждение центральной нервной системы.

Винбластин и винкристин — наиболее ценные алкалоиды из катарантуса розового — обладают противоопухолевой активностью. Препараты этих алкалоидов — розевин и онковин — успешно применяются для лечения лейкозов, особенно в практике лечения детей.

Одно из основных токсических веществ калабарских бобов Physostigma venenosum Balf. (рис. 24) — алкалоид индольного типа физостигмин, был выделен в 1865 г., структура была определена в 1925 г., а в 1935 г. алкалоид был синтезирован и получил тривиальное название эзерин.

Рис. 24. Калабарские бобы Physostigma venenosum Balf.

Это вещество получило известность благодаря обычаю, существовавшему у ряда древних племен гвинейской Африки: приговоренного за преступление к смертной казни жителя племени вождь подвергал испытанию, заставляя его грызть бобы калабара. Испытуемый, считающий себя невиновным, съедал их быстро. При этом токсичные вещества бобов, попав в желудок, вызывали рвоту (холинергический ответ), и это сохраняло жизнь обвиняемого. Виновного же парализовывал страх, и он грыз бобы очень медленно, оттягивая наказание. Таким образом он съедал смертельную дозу, не вызывающую при длительном приеме малыми количествами спасительную рвоту.

Берберин — один из наиболее распространенных алкалоидов, обнаруживаемый в растениях многих семейств . С химической точки зрения это четвертичная аммонийная соль и она является производным изохинолина . Берберин обладает желчегонным действием.

Морфин и кодеин — изохинолиновые алкалоиды мака снотворного Papaver somniferum L., воздействуя на опиатные рецепторы центральной нервной системы, нарушают прохождение болевого импульса и тем самым ослабляют боль. Быстрые и медленные болевые ощущения передаются двумя основными классами ноцицепто- ров. Нервные волокна, покрытые тонкой миелиновой оболочкой, проводят за секунду сигналы на расстояние от 5 до 30 м и служат для пропускания быстрой боли. Этот тип боли чувствуется за одну десятую доли секунды с момента возникновения болевого стимула. Медленная боль, пропускаемая через более медленные, немиелини- зированные волокна, которые посылают за секунду сигналы на расстояние от 0,5 до 2 м, — это ноющая, пульсирующая, жгучая боль. Химическая боль (пищевое отравление, накопление в организме метаболитов алкоголя, наркотиков, медицинских препаратов или радиационное заражение и т.д.) — это примеры медленной боли.

Морфин эффективно ослабляет медленную боль, но не влияет на быструю боль, являющуюся реакцией организма на ранение или иное повреждение и обычно строго локализованную. Однако его применение способно вызвать развитие наркотической зависимости:

Хинин, важнейший из хинных алкалоидов, представляющих специфическую группу, свойственную определенным видам хинного дерева (Cinchona) и ремиджии (Remija) семейства мареновых (КиЫасеаё). Хинин токсичен по отношению ко многим бактериям и другим одноклеточным организмам. Он оказывает разностороннее действие на организм человека: угнетает центральную нервную систему и терморегулирующие центры, понижая температуру при лихорадочных состояниях; понижает возбудимость сердечной мышцы; возбуждает мускулатуру матки и усиливает ее сокращение, уменьшает селезенку. Характерное свойство хинина — противомалярийное действие. Рацематы и синтетические энантиомеры хинина обладают таким же действием.

Хинин входит в состав тоника (англ, tonic — тонизирующий), представляющего собой горько-кислый газированный напиток. Часто используется для разбавления спиртных напитков, особенно джина, приготовления коктейлей. Напиток был изобретен для борьбы с малярией в Индии и Африке. В результате смешивания британскими солдатами, воевавшими в Индии, тоника с джином для устранения резкой горечи хинина, появился популярный коктейль «Джин-тоник». Допускается содержание хинина в спиртных напитках не более 300 мг/кг .

Важнейшими алкалоидами пуринового ряда являются кофеин, теобромин и теофиллин:

Пурин представляет собой бициклическую систему, состоящую из двух колец: пиримидинового (А) и имидазольного (В).

Пуриновая система носит ароматический характер. Пурин устойчив к действию окислителей, хорошо растворим в воде, амфотерен, образует соли не только с сильными кислотами, но и со щелочными металлами, благодаря наличию в молекуле —NH-группы.

Гидроксилированное производное пурина носит название ксантина, который существует в двух таутомерных формах — лактимной и лактамной:

Важное значение имеют метилированные производные ксантина — кофеин, теобромин, теофиллин, являющиеся фармацевтическими препаратами:

Природными источниками алкалоидов пуринового ряда являются листья чая (кофеин, теофиллин), зерна кофе (кофеин, теофиллин), шелуха бобов какао (теобромин) (табл. 10), откуда путем экстракции органическими растворителями и получали раньше эти алкалоиды.

Таблица 10

Содержание алкалоидов в кофе, чае, какао и коле

Продукт

Кофеин, %

Теобромин, мг/100 г

Теофиллин, мг/100 г

Кофе

1,5

0,6

Чай

2,5

1,5

Какао

0,2

2 000

Кола

2,5

Кроме алкалоидов, листья чая содержат много сопутствующих веществ (дубильных веществ, белков, углеводов, смол, нуклеопро- теидов, ферментов и др.), поэтому требуется тщательная очистка экстрактов от этих примесей.

Кофеин экстрагируется из отходов чая, низкосортных кофейных бобов. Однако большую часть синтезируют из мочевой кислоты (I), например, через ксантин (II):

Биосинтез кофеина в растениях осуществляется также через ксантин (II), который образуется из аденина и гуанина.

Кофеин, теобромин и теофиллин представляют собой очень слабые основания. Основные свойства их обусловлены атомом азота в положении 9 имидазольного цикла. Их соли с минеральными кислотами практически не существуют, так как легко гидролизуются. У кофеина атомы водорода имидных групп замещены на метальные радикалы, поэтому у него отсутствуют кислотные свойства, а основные настолько слабы, что его можно считать практически нейтральным веществом.

Растворимость кофеина значительно увеличивается в присутствии органических кислот (бензойной, салициловой) и их солей. Примером такого комплекса является кофеин-бензоат натрия — известный фармакопейный препарат.

Среди наркотических веществ (седативных, стимуляторов и галлюциногенов), пожалуй, самым распространенным среди населения мира является кофеин. В связи с этим повышенным спросом пользуется растворимый кофе, представляющий собой высушенный до порошкообразного состояния кофейный экстракт, предназначенный для быстрого приготовления напитка или использования в качестве вкусовой добавки при производстве других напитков и продуктов питания. Растворимый кофе имеет вкус и аромат, присущий обжаренному кофе. Несмотря на популярность этого продукта, его отечественное производство не удовлетворяет спроса населения.

Технология производства растворимого кофе включает экстракцию необходимых компонентов обжаренных семян, отделение экстракта от непереработанного остатка и его природную ферментацию бактериями и дрожжами.

В мировом производстве норма расхода сырого кофе на 1 т растворимого составляет 2,5 т. Эта норма является официальным показателем, принятым Международной организацией кофе (МОК). Однако нормы расхода сырья на единицу готовой продукции в Российской Федерации остаются выше, чем нормы МОК. Поэтому комплексное использование сырья и отходов в производстве кофепро- дуктов имеет первостепенное значение. Для интенсификации технологических процессов и утилизации отходов производства растворимого кофе возможно использовать биокатализаторы.

Алкалоиды пуринового ряда оказывают сильное стимулирующее действие на центральную нервную систему человека, повышают умственную и физическую работоспособность, усиливают сердечную деятельность . Наиболее выраженное действие оказывает кофеин, менее выраженное — теофиллин и теобромин. Влияние кофеина на высшую нервную деятельность зависит от дозы и типа нервной системы. В малых дозах кофеин повышает активность коры, а в больших — угнетает ее. В небольших дозах он способствует ускорению процесса мышления и делает его более четким, вносит ясность в ход мыслей, снижает сонливость, усталость и придает способность выполнять интеллектуально сложные задачи. Он уменьшает время реакции, повышает моторную активность и закрепляет условные рефлексы. Эти эффекты можно наблюдать после 1—2 чашек кофе.

Более высокие дозы вызывают повышенную возбудимость, спутанность мыслей, бессонницу, головную боль, тремор. Теофиллин в больших дозах может вызвать даже судороги. Эти алкалоиды ингибируют всасывание натрия, хлора и воды в почечных канальцах и несколько повышают диурез.

Привычка потребления кофе, как и любого наркотического вещества, столь сильна, что отказ от кофе требует огромных усилий, хотя «кофеманы» и знают: потребление кофе вредно для желудка и ухудшает работу сердца.

Однако мало кто обращает внимание на то, что все наркотики, начиная с кофе и заканчивая героином, действуют чрезвычайно индивидуально. Важно помнить, что одна и та же доза наркотика (например, героина или гашиша, никотина, водки или кофеина) может вызвать «эйфорию» у одного и быть смертельной для другого.

На людей разных рас наркотические вещества действуют по- разному. Менее чувствительные к алкоголю европейцы быстрее погибают от морфина, героина и быстро наращивают дозы; у них развиваются грубые психические и физические изменения, теряется связь с реальностью. Представители желтой расы, по сравнению с европейцами, устойчивее к действию опия, зато патологически реагируют на алкогольное опьянение и спиваются значительно быстрее. У представителей черной расы опийные препараты вызывают не седативный, как у европейцев и азиатов, а возбуждающий эффект. У белых седативный эффект быстрее проходит и возникает эффект агрессии.

Даже «безопасное» для новичка количество наркотика при первом приеме может дать непредсказуемую реакцию и оказаться трагическим.

Растительные основания, содержащие атом азота вне цикла, образуют группу протоалкалоидов. Эфедрин — основное действующее начало травы Ephedra distachya L. Он обладает сосудорасширяющим действием и применяется при бронхиальной астме и других аллергических заболеваниях. Эфедрин способен усиливать сократительную деятельность скелетных мышц и повышать физическую работоспособность. На этом основано его применение (а также синтетических аналогов) как допинга, усиливающего на короткое время мышечную деятельность. Существующая возможность включения лекарственных растений, содержащих эфедрин, в различные оздоровительные фитонапитки требует тщательного контроля при их употреблении спортсменами:

К группе бензиламинов относится алкалоид растительного происхождения капсаицин. Это вещество определяет жгучий вкус мексиканского, испанского и других видов острого перца:

Пиперин — действующее начало белого и черного перца Piper nigrum L. Черный перец получают ферментацией незрелых плодов в присутствии гриба Glomerella cingulata с последующей сушкой . Черный перец широко применяется в пищевой промышленности в качестве пряности и в производстве особых водок и горьких настоек . Пиперин и пиплартин подавляют пролиферацию раковых клеток .

Исследователями компании Sumitomo были выделены из Piper nigrum еще четыре сопряженных диенамида, оказавшиеся высокоактивными инсектицидами . Черный перец успешно применяется как кардиозащитное средство и для лечения кашля:

Алкалоиды в основном используются в медицине. Однако характер биологической активности алкалоидов сильно ограничивает возможности их применения в пищевой промышленности, в том числе и в ликероводочном производстве, и требует тщательного контроля.

  • Протоалкалоиды — амины биогенного происхождения, рассматриваемые какпредшественники алкалоидов.
  • Пролиферация клеток (лат.proles — отпрыск, потомство и /его — несу) —разрастание ткани организма путем новообразования и размножения клеток (образования новых клеток).