Алкалоиды

Алкалоиды — это гетероциклические соедине­ния, содержащие в гетероцикле азот. Они распро­странены в растениях, но в последнее время ряд алкалоидов найден у бактерий, грибов и даже у на­секомых.

В настоящее время известно около 10 000 алка­лоидов. Однако на алкалоидность исследовано все­го лишь около 5% всех видов растений.

Алкалоиды привлекают к себе внимание специ­алистов различных областей знаний, т. к. эти ве­щества физиологически очень активны и находят широкое применение в медицине, ветеринарии, в пищевой промышленности и сельском хозяйстве.

Около 170 лет назад, когда были открыты пер­вые алкалоиды, в медицине началась эра алкалои­дов. Ученый Соколов очень образно определил зна­чение алкалоидов для медицины. Он писал, что «открытие алкалоидов для медицины означало то же, что и открытие железа для мировой культу­ры». Действительно, у алкалоидов много лечебных свойств. Во-первых, у них слабее, чем у других лекарственных препаратов, выражено побочное действие. Во-вторых, действие алкалоидов прояв­ляется быстро, что очень важно при ряде заболе­ваний (сердечно-сосудистых, спазматических и др.). В-третьих, у них отсутствует кумулятивный эф­фект. Можно долго перечислять алкалоидные ле­карственные препараты: хинин, морфин, кодеин, папаверин, резерпин, эфедрин, платифиллин, рау­натин, атропин, стрихнин, кофеин и др. и их про­изводные: дибазол, но-шпа, новокаин, лидокаин, промедол и др.

В ветеринарии алкалоиды также используются как лекарственные препараты.

Алкалоиды находят применение в пищевой про­мышленности. Их содержит растительное сырье, из которого изготавливают кофе, чай, какао, тонизиру­ющие напитки. Вся табачная промышленность ос­нована на алкалоиде никотине. В сельском хозяй­стве алкалоиды используются для борьбы с вредите­лями различных культур (никотин, анабазин и др.).

Содержание и состав алкалоидов в растении ис­пользуется в хемотаксономии в качестве таксоно­мического признака.

Алкалоиды являются органическими основани­ями и образуют соли с кислотами (яблочной, вин­ной, лимонной, янтарной, малоновой, щавелевой, уксусной и др.). Сами алкалоиды нерастворимы в воде, а их соли растворимы и содержатся в клеточ­ном соке. Поэтому алкалоиды появляются и накап­ливаются в растительных тканях с появлением и раз­витием вакуолей. Обычно алкалоиды накапливаются в активно растущих тканях, в обкладках сосудис­то-волокнистых пучков, в млечниках.

Часто алкалоиды синтезируются в одних тка­нях, а затем транспортируются и накапливаются в других. Это видно на примере никотина. Он обра­зуется в корнях табака, а оттуда транспортирует­ся в листья, где и накапливается.

Обычно в растении присутствует целая группа алкалоидов, среди которых один или несколько главных содержатся в большем количестве, а ос­тальные часто являются их модификацией.

Алкалоиды по химическому строению — слож­ные вещества. Часто их основной гетероцикл скон­денсирован со многими карбо- и гетероциклами.

Алкалоиды делят на 3 большие группы в зави­симости от строения и образования их молекулы.

1. Истинные алкалоиды. Они образуются из аминокислот и содержат азот в гетероцикле.

2. Протоалкалоиды. Они образуются из амино­кислот, но содержат азот не в гетероцикле, а в бо­ковой цепи.

3. Псевдоалкалоиды, или терпеноидные алка­лоиды. Они образуются из ацетил-СоА, а азот в гетероцикл или в боковую цепь включается на пос­ледних этапах синтеза.

Истинные алкалоиды.Это самая большая и разнообразная группа ал­калоидов.

Стахидрин — один из немногих простых алкалоидов. Он представля­ет собой метилированное производное пролина — пролинбетаин. Стахидрин встречается в корнях и листьях табака, в листьях буквицы и др.

Тропановые алкалоидысодержатся во мно­гих растениях семейства пасленовых (белладонна, дурман, белена) и имеют более сложное строение. Один из наиболее известных алкалоидов этой груп­пы — атропин. Его молекула представляет собой сложный эфир спирта тропина и троповой кислоты.

Атропин был выделен в 1833 г. Это один из первых полученных из растений алкалоидов. Ат­ропин снижает тонус гладкой мускулатуры, осо-бенно глаз, бронхов, органов брюшной полости. В больших дозах он стимулирует кору больших полушарий и может вызвать беспокойство, судо­роги, галлюцинации. Атропин применяют при бронхиальной астме, печеночной и почечной ко­лике, в офтальмологии. Атропин и сопровожда­ющие его алкалоиды относят к группе атропина. Среди тропановых алкалоидов выделяют еще одну группу — группу кокаина. Кокаин представ­ляет собой сложный эфир спиртокислоты экгонина, бензойной кислоты и метилового спирта.

Кокаин — один из алкалоидов листьев кокового куста (коки). Листья коки в древности индейцы ис­пользовали для притупления чувства голода и повы­шения мышечной силы. Однако листья коки очень токсичны. При попадании в кровь кокаина сначала наступает эйфория, а затем угнетение центральной нервной системы. Он разрушающе действует не толь­ко на нервную систему, но и на сердечно-сосудис­тую, пищеварительную. Происходит привыкание к алкалоиду (кокаинизм). Высокая токсичность кока­ина ограничивает его использвание: его применяют для поверхностной анестезии в офтальмологии.

Сам кокаин используется мало, но на его основе синтезировали целый ряд лекарственных препара­тов анестезирующего действия (новокаин, лидокаин, дикаин, совкаин и др.). Эти препараты широ­ко применяются для местного обезболивания.

Никотин — важнейший алкалоид многих видов табака. Анабазин тоже содержится в листьях таба­ка. Причем различные виды отличаются по содер-жанию этих алкалоидов. У одних преобладает никотин, у других — анабазин. Никотин — сильно ядовитое вещество. Он действует на центральную и периферическую нервную систему. При отравлении никотином смерть наступает от паралича дыхания. В чистом виде никотин представляет собой бесцвет­ную маслянистую жидкость. Его получают из отхо­дов табачного производства и применяют в сельском хозяйстве для борьбы с насекомыми-вредителями.

Анабазин впервые был выделен не из табака, а из среднеазиатского растения анабазис. Отсюда его название. Анабазин так же, как и никотин ис­пользуют для борьбы с вредителями сельскохозяй­ственных растений.

Лобелин получен из разных видов лобелии. Он действует на центральную нервную систему. Лобе­лии и анабазин используют для устранения нико­тинового голодания при отвыкании от табака.

Рицинин — ядовитый алкалоид семян клеще­вины.

Алкалоиды мака снотворного называют опий­ными алкалоидами, или опиатами. Опий — это сгу­щенный млечный сок мака. Раньше алкалоиды вы­деляли из опия, а в настоящее время их получают из высушенных растений мака (маковой соломки), что значительно уменьшает возможность соприкос­новения большого числа людей с ядовитыми алка­лоидами опия.

Главный алкалоид опия — морфин. Он был выделен в 1833 г., и именно с него началась эра алкалоидов. Морфин является сильным болеуто­ляющим средством. Механизм обезболивающего действия морфина связан с угнетающим влиянием на прохождение импульсов от рецепторов к коре больших полушарий и понижением возбудимости болевых центров. Морфин оказывает тормозящее действие на нервную систему, в результате чего создается особое благодушное состояние — эйфория. В связи с этим развивается пристрастие к мор­фину, что приводит к наркомании.

Морфин очень токсичен и разрушающе действует на человеческий организм. Он тормозит условные рефлексы, повышает тонус гладкой мускулатуры внутренних органов, понижает секрецию желудоч­но-кишечного тракта, замедляет обмен веществ и снижает температуру тела. Характерным для мор­фина является угнетение дыхательного центра, вплоть до остановки дыхания.

В связи с высокой токсичностью и опасностью при­выкания применение морфина в настоящее время ограничено. Его используют обычно только при очень сильных болях (после операций, травм и т. д.).

На основе морфина создан синтетический пре­парат промедол. Он оказывает сильное обезболива­ющее действие, но не угнетает дыхательный центр.

В млечном соке мака снотворного наряду с мор­фином содержатся и другие опиаты, которые пред­ставляют собой его модификации. Наиболее важ­ные из них — кодеин и этилморфин. Их также получают из морфина синтетическим путем. Болеутоляю­щее и токсическое действие кодеина и этилморфина в 6-7 раз меньше, чем у морфина. Их препара­ты используются в медицине чаще как средство против кашля.

При замещении активного гидроксила в моле­куле морфина уксусной кислотой образуется силь­нейший наркотик героин.

В мозге человека были обнаружены участки спе­цифического связывания морфина и структурно близких ему соединений, что указывало на воз­можность синтеза человеческим организмом ве­ществ, по действию подобных морфину. Такие ве­щества — «эндогенные опиаты» были найдены. Ими оказались пентапептиды. Они получили на­звание эндорфинов. Эндорфины оказывают такое же обезболивающее действие, как и морфин, а не­которые даже более сильное.

В млечном соке мака снотворного содержится еще один очень важный алкалоид, имеющий иную по сравнению с морфином химическую природу. Это — папаверин. Его содержание в опии невели­ко, всего 1%. Папаверин понижает тонус и сокра­тительную активность гладкой мускулатуры, ока­зывает сосудорасширяющее и спазмолитическое действие, особенно на сосуды мозга и сердца. В на­стоящее время его получают синтетическим путем. На основе папаверина созданы его аналоги — синте­тические препараты но-шпа и дибазол. Но-шпа об­ладает более сильной и продолжительной спазмо­литической активностью, а дибазол стимулирует функции спинного мозга и нормализует артериаль­ное давление.

В рожках спорыньи со­держится ряд алкалоидов, которые получили назва­ние эрголиновых. В основе их строения лежит лизергиновая кислота. Соединяясь с одной или несколь­кими аминокислотами, пировиноградной кислотой или аминоспиртами, она образует различные алка­лоиды. Из рожков спорыньи их выделено 12. Они применяются в медицине, хотя и очень токсичны. Причем различные алкалоиды оказывают различное действие на человеческий организм: снижают содер­жание сахара в крови, вызывают сокращение мат­ки, угнетают сосудодвигательные и дыхательные центры, усиливают сердечные сокращения и др.

Для получения алкалоидов спорынью культи­вируют на специальных средах. Мука, полученная из зараженного спорыньей зерна, ядовита.

Эрголиновые алкалоиды найдены и у высших растений, например, в семенах растений из родов Rivea и Ipomea. Из смеси их семян мексиканцы готовят галлюциногенное зелье.

На основе лизергиновой кислоты изготавлива­ют сильные наркотические вещества с галлюцино­генными свойствами. Например, LSD25 — это ди-этиламид лизергиновой кислоты.

Кофеин содержится в растениях, которые ис­пользуются для приготовления напитков — листья чая, зерна кофе, бобы какао. Этот алкалоид является производным пурина. Кофеин усиливает сердечные сокращения, расширяет сосуды мозга, сер­дца, легких. При этом проис­ходит перераспределение кро­ви в организме в пользу жизненно важных орга­нов. Вследствие этого уменьшается чувство устало­сти, повышаются возможности умственной работы.

Протоалкалоиды.Эфедрин выделен из ряда видов эфедры. По хи­мическому строению и биологическому действию он сходен с адреналином. Он входит в состав противоастматических препаратов. Эфедрин расширяет бронхи и возбуждает дыхательный центр. Одновремено он сужает сосуды, повышает артериаль­ное давление, повышает обмен веществ.

Капсаицин содержится в плодах и семенах стручкового перца и определяет их жгучий вкус. Различают плоды перца, содержащие мало капса-ицина (сладкие сорта) и содержащие его много, до 2% (жгучие сорта). Для медицинских целей ис­пользуются жгучие сорта. Настойка стручкового пер-ца применяется для возбуждения аппетита и улуч­шения пищеварения. В качестве местного возбуждающего средства используют перцовый пластырь.

Колхициновые алкалоиды содержатся в безвре­меннике. Главными алкалоидами этого растения являются колхицин и колхамин. Последний отли­чается от колхицина тем, что у него заместителем у азота является метильная группа вместо ацетильной.

Колхицин и колхамин обладают антимитотической активностью. Колхицин используют для по­лучения полиплоидов. Оба препарата способны за­держивать опухолевый рост, но чаще применяется колхамин как менее токсичный.

Псевдоалкалоиды (терпеноидные алкалоиды).В построении псевдоалкалоидов принимают участие терпеноиды с числом углеродных атомов 10, 15, 20 и 30. Это сложные соединения, молекулы которых построены из многих конденсированных колец. Они содержатся у растений всего несколь­ких семейств. Многие терпеноидные алкалоиды ток­сичны. Используются псевдоалкалоиды мало. Встречаются алкалоиды этого типа у кубышки желтой, актинидии, дельфиниума, аконита, буксуса и др. Примером псевдоалкалоида может быть соланидин — агликон гликоалкалоида соланина, который содержится в растении картофеля и других паслено­вых.

Функции алкалоидов в растении.1. Азотистые вещества алкалоиды участвуют в азотном обмене растений следующим образом:

а) они могут выполнять роль запасной формы азо­та, накапливаясь при усиленном азотном питании;

б) могут служить транспортной формой азота, т. к. часто алкалоиды синтезируются в корнях, а за­тем транспортируются в листья;

в) синтез алкалоидов в корнях может быть од­ним из механизмов обезвреживания аммиака;

г) алкалоиды могут служить резервом амино­кислот, которые образуются при их распаде.

2. Алкалоиды регулируют рН клеточного сока, т.к. связывают органические кислоты с образова­нием солей.

3. Алкалоиды, являясь хелатообразователями, участвуют в поддержании ионного баланса в рас­тении.

4. Алкалоидам приписывают важную роль в устойчивости растений к патогенным грибам. Например, алкалоидные виды люпина более устойчивы к фузариозу и мучнистой росе, чем безалкалоидные.

5. Алкалоиды влияют на различные реакции и процессы метаболизма. Например, обнаружено, что они ингибируют синтез белка, хлорофилла, фер­менты гликолиза, глиоксилатного цикла и др. Не­которые алкалоиды оказывают воздействие на про­цессы дифференцировки и органогенеза.