ЛР и ЛРС, содержащие алкалоиды

Лекция: «ЛР И ЛРС, СОДЕРЖАЩИЕ АЛКАЛОИДЫ».

 

План:

1. Понятие об алкалоидах
2. История изучения алкалоидов
3. Распространение алкалоидов в растительном мире

4. Факторы, влияющие  на накопление алкалоидов.

5. Биологическая роль  алкалоидов.

6. Биосинтез алкалоидов

 

Алкалоиды - это природные азотсодержащие органические соединения основного характера, образующиеся в растительных организмах, имеющие сложный состав и обладающие сильным физиологическим действием.

 Большинство их  относится к соединениям с  гетероциклическим атомом азота в кольце, реже азот находится в боковой цепи.

Основные свойства, характерные  для  этих соединений, обусловили их название, которое было предложено Мейснером в 1819 году.

В переводе термин "алкалоид" означает щелочеподобный (от араб. "alkali" - щелочь и греч. "eidos" - подобный). Подобно щелочам, алкалоиды образуют с кислотами соли.

Существуют природные  соединения такие, как 

метиламин, триметиламин и другие простые амины,

а также  аминокислоты, обладающие выраженным основным характером, но к  алкалоидам не относятся.

Протеиногенные  амины, такие как тирамин и стахиндрин рассматриваются как переходные соединения от простых азотсодержащих к собственно алкалоидам.

Среди природных биологически активных веществ алкалоиды являются основной группой, из которой современная медицина получила большое количество лекарственных средств.

В Х1Х веке профессор  Шацкий Е.А. сказал, что «открытие  алкалоидов, последовавшее в начале нынешнего столетия, имело для медицины такое же значение, как открытие железа для мировой культуры».

 

История изучения алкалоидов.

В народной медицине алкалоиды  применялись издавна. В настоящее  время открыто около 10 000 алкалоидов.

Более 400 лет известны противомалярийные свойства коры хинного  дерева. Отваром этой коры была вылечена королева Перу Чин-Чон от малярии, в честь которой это растение получило название Cinchona succirubra – цинхона красносоковая.

Первые исследования в области изучения алкалоидов относятся  к началу  XIX века. В 1806 году немецкий аптекарь Сертюрнер выделил в чистом виде и изучил снотворное действие алкалоида, названного им «морфин» (в честь греческого бога сна Морфия).

Это открытие имело революционное  значение для науки, так как, оказалось, что в растениях могут содержаться  вещества не только кислого,  нейтрального, но и основного характера.

Большой вклад в изучение алкалоидов внесли русские ученые. Так профессор Ф.И.Гизе (Харьковский университет) из коры хинного дерева выделил в чистом виде хинин. В Европе это открытие осталось неизвестным.

Несколько позднее Пелетье и Кавенту (Франция) повторно открыли хинин и доказали, что он является основным действующим веществом коры хинного дерева. Эти ученые открыли алкалоиды, которые получили названия «стрихнин» и «бруцин».

За открытие хинина Пелетье  и Кавенту во Франции поставлен памятник.

«Отец» химии алкалоидов Г.Драгендорф, профессор Юрьевского (г.Тарту) университета (Россия) изучил химические свойства алкалоидов и разработал методы их обнаружения и анализа.

До сих пор «Реактив Драгендорфа» ( калия тетрайодовисмутат - К[ВiI₄]) широко используется при анализе алкалоидов.

Установление структуры алкалоидов стало возможным только на основе теории химического строения, которую предложил А.М.Бутлеров (Россия). Ученик Бутлерова академик А.М.Вишнеградский изучал строение  алкалоидов - производных пиридина и хинолина.

В связи с началом 1-й мировой  войны потребовалось большое  количество обезболивающих  и   противошоковых   препаратов.  

А.М.Родионов и  А.Е.Чичебабин (Россия) в 1914 году разработали промышленный способ получения алкалоидов из опия. Они являются основоположниками  химико-фармацевтической промышленности в России.

Огромная заслуга в  изучении алкалоидов принадлежит А.П.Орехову организовавшему при ВНИХФИ (г.Москва) отдел, который занимался изучением алкалоидов. За 10 лет (1928-1939 г.г.) этим отделом было открыто и изучено около 100 новых алкалоидов. Орехов создал новое комплексное направление в науке, которое включает в себя

 поиск алкалоидоносных  растений,

 разработку методов  анализа, 

изучение  фармакологического действия и

промышленный выпуск препаратов на основе алкалоидов.

 Монография А.П.Орехова «Химия алкалоидов» (1938 г.) не потеряла своего значения и в настоящее время.

Исследования А.П.Орехова продолжили его ученики:

С.Ю.Юнусов, А.М.Рабинович, А.С.Садыков и другие.

Так, С.Ю.Юнусов возглавил Институт  химии растительных веществ Академии наук Узбекистана. В этом институте  изучены многие растения азиатской флоры (эфедра хвощевая и другие)

Изучением алкалоидов занимаются ученые и в учебных институтах, таких как в Пятигорской фармацевтической академии под руководством профессора Д.А.Муравьевой ведутся обширные исследования лекарственной флоры Кавказа. Детально изучены растения из рода Крестовник (Senecio) и их  алкалоиды (платифиллин и сарацин).

Иследования алкалоидов проводятся и зарубежными учеными - в Японии, Канаде, Англии, Индонезии, Индии, Бирме.

 

Распространение алкалоидов в растительном мире.

Растения, содержащие алкалоиды  составляют примерно 10 % всей мировой флоры.

Профессор Соколов В.С., обобщил сведения  об алкалоидоносных растениях и все семейства, содержащие алкалоидоносные виды, разделил на 3 группы:

1 группа – семейства,  насчитывающие не менее 20 % родов, имеющих алкалоидоносные виды растений. Такие семейства Соколов предложил называть высокоалкалоидными.

2 группа – семейства, в которых обнаружены от 10 до 20 % родов, имеющих алкалоидоносные виды растений. Эти семейства – среднеалкалоидоносные.

3 группа – семейства, в которых имеются от 1 до 10 % родов с алкалоидоносными видами растений. Такие семейства называются малоалкалоидоносными.

Большинство алкалоидов обнаружено среди класса двудольных. Среди однодольных они встречаются реже.

В растительном мире алкалоиды распределены неравномерно.

 В низших растениях их  мало. Встречаются в семействе  плауновых (плаун-баранец).

Папоротники и хвойные  почти не имеют алкалоидоносных  видов.

У злаков и осоковых растений встречаются  редко.

Наиболее широко алкалоиды  распространены в покрытосеменных  растениях (Angiospermae).

  Особенно богаты алкалоидами растения семейств:

Маковые (Рараvегасеае), Пасленовые (Solanacеае), Бобовые (FаЬасеае), Кутровые (Аросупасеае), Мареновые (Rubiaceae), Лютиковые (Ranuncu1асеае), Логаниевые (Loganiасеае).

 В водорослях  (А1gае), грибах (Fungi), мхах (Вгуорhуtа), голосеменных (Gуmenospermае) алкалоиды встречаются реже.

В растениях алкалоиды находятся 

в виде солей органических и неорганических кислот (лимонной, щавелевой, малоновой, уксусной, фосфорной),

растворенных в клеточном  соке.

 Для мака снотворного  характерна меконовая кислота,

а для хинной коры - хинная кислота.

Они накапливаются в листьях, плодах, семенах, подземных органах.

 Как правило, растение  содержит не один, а несколько  алкалоидов (катарантус розовый - более 60).

Различные части растения могут содержать разные алкалоиды (термопсис ланцетный: семена - цитизин, трава - термопсин, пахикарпин).

Обычно концентрация алкалоидов в растении невелика и  составляет 0,01–1%.

Ели в растении накапливается 1-3% алкалоидов, оно считается высоко-алкалоидным.

Некоторые культивируемые растения накапливают до 15-20% алкалоидов (хинное дерево).

Часто родственные друг другу растения содержат алкалоиды,

близкие по своему строению, образуя естественную группу. Например, в растениях 7 близких между собой родов семейства пасленовых содержится группа тропановых алкалоидов.

Но иногда из двух близких в систематическом  отношении видов один может быть богат алкалоидами, а другой или  их совершенно не содержит, или содержит алкалоиды иного строения.

 В растениях алкалоиды находятся в клеточном соке в растворенном виде.

У некоторых растений алкалоиды содержатся во всех органах (красавка обыкновенная и кавказская), у большинства они преобладают в каком-либо одном органе.

Часто у одного растения в разных органах имеется различное число алкалоидов, некоторые органы могут быть безалкалоидными, например, мак опийный во всех органах, кроме семян, содержит алкалоиды.

 Обычно в растении  встречается несколько алкалоидов:

в опии, например, 26 алкалоидов,

в корнях раувольфии - 35.

Редко присутствует в растении один алкалоид.

 

Факторы, влияющие на накопление алкалоидов.

1. Обычно богаты алкалоидами растения влажного тропического климата. Теплая погода способствует повышению содержания в растениях алкалоидов,  холодная - тормозит, а при заморозках алкалоиды в растении не накапливаются.

Например, на Кавказе  надземную часть чемерицы после  заморозков животные поедают без последующего отравления, а в Средней Азии после заморозков верблюды поедают анабазис.

2.  Содержание алкалоидов меняется даже в течение суток.

У лобелии одутлой количество их в ночное время на 40% больше, чем в полдень (Г. К. Крейер).

Надрезы коробочек опийного мака в вечерние часы дают больший выход опия и содержание в нем алкалоидов выше.

 Исследования В.  С. Соколова показали преимущества  сборов солянки Рихтера ранним утром и ночью.

3. Высотный фактор  имеет значение для содержания алкалоидов.

Установлено, что для  каждого вида имеются свои оптимальные  высоты.

У крестовника плосколистного наибольшее количество алкалоидов накапливается на высоте 1800-2000 м над уровнем моря (крестовник встречается в горах на высоте до 2500 м), после чего содержание алкалоидов снижается.

Такое явление наблюдается  и у хинного дерева, красавки, эфедры.

4. Почвенные условия. - важный фактор.

Например, солянка Рихтера, растущая на песках, дает около 1% алкалоидов, а выросшая на глинистой почве содержит лишь их следы.

У культивируемых растений отмечается повышение содержания алкалоидов при внесении азотсодержащих удобрений.

 5. Внутривидовая (индивидуальная) изменчивость тоже имеет значение.  Наблюдается значительная разница в содержании алкалоидов у растений одного вида, растущих в одинаковых условиях, зависящая от индивидуальных свойств растений.

6. При сушке и хранении  сырья выявляются колебания в содержании алкалоидов.

При замедленной сушке нестойкие алкалоиды разлагаются. Содержание алкалоидов снижается также при хранении сырья в сырых помещениях.

7. Интенсивность солнечной радиации влияет на процессы, протекающие в растениях.

В большинстве растений затенение ведет к понижению количества алкалоидов (что отмечено в опытах с красавкой).

Однако известны случаи, когда опыты  с затенением вызывали увеличение количества алкалоидов (махорочные сорта табака).

Алкалоиды в растениях  находятся в виде солей органических и минеральных кислот в растворенном виде в клеточном соке основной паренхимы, флоэмы и клетках других тканей.

 

Биологическая роль алкалоидов.

Окончательно не выяснена.

С. Ю. Юнусов (1948) считает,

1) что алкалоиды при  дыхании растений окисляются  в пероксид, который переходит в оксид алкалоида, а освобождающийся при этом активированный кислород используется растением для дальнейшего фотосинтеза.

2) Алкалоиды подземных  частей, по-видимому, регулируют рост  и обмен веществ, т.е. являются стимуляторами и регуляторами роста;

3)выполняют защитную роль.

 

О роли алкалоидов в растениях высказано много  предположений.

Основные теории следующие.

 

1. Алкалоиды — отбросы жизнедеятельности растений.

 Сторонники этой гипотезы рассматривают алкалоиды как конечные продукты процесса обмена веществ, появляющиеся в результате распада азотистых соединений.

Например, факт увеличения с возрастом  количества алкалоидов в некоторых  растениях.

 Однако имеются  серьезные возражения против этой гипотезы.

Во-первых, повышение количества алкалоидов с возрастом наблюдается только у небольшой части алкалоидоносных растений.

Во-вторых, если алкалоиды действительно отбросы, то они должны присутствовать абсолютно во всех растениях.

Далее, отбросы должны тем или иным образом удаляться из организма, однако этого не наблюдается.

Более того, алкалоиды-основания в  растениях связываются с разными  органическими кислотами и в виде солей остаются в растениях.

2. Вторая гипотеза: алкалоиды — запасные вещества.

Динамика изменения  количества алкалоидов в разных органах растений на разных этапах его развития привлекается как доказательство роли алкалоидов как запасного азотистого материала. Но это доказательство носит косвенный характер.

В то же время имеются факты, когда в семенах бесспорно алкалоидоносного растения среди запасных питательных веществ алкалоидов нет, но они появляются значительно позже, когда из семян разовьются проростки (в маке снотворном, хинном дереве и ряде других растений).

Очевидно, что первые две гипотезы прямо противоположны друг другу.

3.Алкалоиды — защитные вещества.

Известны факты, когда  присутствие алкалоидов предохраняет растение от поедания животными.

 Однако известно и другое, когда  козы поедают листья табака, кролики — листья красавки, а птицы — ягоды этого растения.

Имеются также насекомые-вредители, которые поглощают зеленую массу вместе с алкалоидами без какого-либо вреда для себя.

4. Алкалоиды  — активные и необходимые вещества  в процессах биосинтеза, протекающих в растениях.

Данное представление  о роли алкалоидов большинством ученых считается наиболее достоверным. Имеются многочисленные факты, подтверждающие наличие связи между алкалоидами и биологией растений.