Азотсодержащие вторичные метаболиты • Растения усваивают азот из: • почвы (неорганические соединения) • воздуха (продукты жизнедеятельности бактерий)
Алкалоиды • • 1. 2. 3. 4. Название этой группы вторичных метаболитов происходит от арабского alkali – щелочь и греческого eidos – подобный. Истинный алкалоид должен удовлетворять четырем требованиям: Атом азота является частью гетероциклической системы; Сложная молекулярная структура соединения; Значительная фармакологическая активность; Растительное происхождение.
Алкалоиды • История открытия алкалоидов: • 1803 год выделение смеси алкалоидов опия (наркотин) – Ш. Дерон • 1804 год выделение неочищенного морфина – А. Сеген • 1806 год выделение чистого морфина Ф. Сертюнер • 1822 год уснановлено наличие азота в морфине – Бюсси • 1925 -1927 год установлено строение морфина – Р. Робинсон (Нобелевская премия) • 1951 год осуществлен синтез морфина – М. Гейтс • 1955 год установлена полная стереохимия морфина –Д. Ходжкин. • Всего на изучение морфина ушло 150 лет. мак
Чайные клипера и опиумные войны • В XIX в. для транспортировки свежего чая нового урожая из Китая в Европу использовались специально сконструированные быстроходные парусные суда – чайные клипера. • В 1866 г. состоялась знаменитая чайная гонка из Китайского порта Фучоу, что в устье реки Миньянги. Дело в том, что суда, которые первые доставляли в Лондон ароматный груз, получали плату за перевозку (фрахт) значительно выше, чем все остальные. А капитаны этих судов отмечались дополнительной премией. Суда обогнули Африку, и чай нового урожая был доставлен в Лондон за 99 дней, при этом два судна прибыли в устье Темзы с разницей в 55 минут. кофеин Катти Сарк
Опиумные войны 1840 -42 гг. • В 1834 году под давлением британских торговцев у Ост-Индской компании отбирается монополия на торговлю с Китаем, что приводит к новому буму продажи опиума, и в 1835 году опиум составляет 3/4 всего импорта Китая; импортный опиум курили свыше 2 миллионов человек. В 1838 году объём продажи опиума составил 2000 тонн, миллионы китайцев всех слоёв и сословий были вовлечены в потребление наркотика. По оценке современников, наркоманами стали от 10 до 20% столичных и от 20 до 30% провинциальных чиновников; в отдельных учреждениях этим занимались от 50 до 60% всех должностных лиц. Среди солдат и офицеров курение опиума стало повальным явлением. Китайский народ был почти полностью деморализован.
Алкалоиды • Распространение и содержание алкалоидов. Распространение алкалоидов ограничено определенными семействами и родами растительного царства. • В мхах, папоротниках и голосеменных алкалоиды встречаются относительно редко. • Наиболее широко алкалоиды распространены среди покрытосеменных растений класса двудольные. Особенно ими богаты представители семейств бобовые, маковые, пасленовые, лютиковые, мареновые, кутровые, сложноцветные, логаниевые паслен и др. • У однодольных покрытосеменных растений только отдельные семейства, например амириллисовые и лилейные, включают алкалоидосодержащие виды. Редки случаи, когда все виды содержат алкалоиды, как, например, в семействе маковые. папоротник
Алкалоиды • Синтез алкалоидов мака закономерно изменяется в процессе онтогенеза. • В семенах и всходах мака алкалоиды отсутствуют. • Через две недели появляется наркотин • Когда проростки достигают в длину 5 -7 см — кодеин, морфин, папаверин, сангвинарин • К моменту цветения появляются тебаин и нарцеин. • В млечном соке коробочек мака присутствует уже до 25 алкалоидов. poppy seeds
Алкалоиды • Применение алкалоидов. В настоящее время известно около 12000 индивидуальных алкалоидов, однако на алкалоидность исследовано всего лишь около 5% всех видов растений. • 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 алкалоидов отсутствует кумулятивный эффект.
Алкалоиды в медицине • • • К алкалоидным лекарственным препаратам относятся атропин, морфин, кодеин, кофеин, хинин, папаверин, резерпин, эфедрин, платифиллин, раунатин и др. и их синтетические аналоги: дибазол, но-шпа, новокаин, лидокаин, промедол и др. Среди них имеются обезболивающие (морфин, кодеин) противоопухолевые средства (винбластин, винкристин) стимуляторы центральной нервной системы (стрихнин, бруцин) седативные препараты (скополамин), расширяющие (атропин, гиосциамин) и суживающие зрачок (физостигмин, пилокарпин) средства. Некоторые алкалоиды стимулируют сердечную деятельность и повышают кровяное давление (эфедрин, эпинефрин), а другие – снижают кровяное давление (резерпин, протовератрин А). Иногда алкалоиды служат противоядиями, например атропин — при отравлениях морфием и фосфорорганическими инсектицидами. Выдающуюся роль сыграли препараты алкалоидов, убивающие паразитические организмы. Так, хинин стал оружием против малярийного плазмодия.
Алкалоиды в пищевой промышленности • Еще одно направление использования алкалоидов – приготовление бодрящих напитков. • Алкалоиды находят применение в пищевой промышленности. • Они входят в состав растительного сырья, из которого изготавливают кофе, чай, какао, тонизирующие напитки (кока-кола, пепси-кола и др. ). quinine Caffeine
Алкалоиды в табачной промышленности • На алкалоиде никотине основана вся табачная промышленность. • Годовое производство листьев табака • превышает 5 000 тонн. табак nicotine
Классификация алкалоидов • • • К истинным алкалоидам относят Nгетероциклические соединения, образовавшиеся из биогенных аминов, которые в свою очередь возникли путем декарбоксилирования протеиногенных аминокислот. Протоалкалоиды содержат азот не в гетероцикле, а в боковой цепи и, как правило, являются растительными аминами, например, эфедрин, сферофизин. Псевдоалкалоиды синтезируются не из аминокислот. К ним относятся стероидные и терпеновые алкалоиды.
Классификация алкалоидов • По биохимической классификации алкалоиды подразделяются на подгруппы в соответствии с исходной для их синтеза аминокислотой, поскольку в растениях алкалоиды синтезируются из очень небольшого (7 аминокислот) числа предшественников: – Группа L-орнитина (простые пирролидиновые алкалоиды, тропановые и пирролизидиновые алкалоиды). – Группа L-лизина (пиперидиновые и хинолизидиновые алкалоиды). – Группа L-триптофана (сложные индольные алкалоиды, -карболиновые алкалоиды). – Группа L-фенилаланина (сложные изохинолиновые алкалоиды). – Группа антраниловой кислоты (протоалкалоиды, хинолиновые и хиназолиновые алкалоиды). – Группа L-тирозина (сложные изохинолиновые алкалоиды). – Группа гистидина (пуриновые алкалоиды). – Группа алкалоидов, синтезирующихся по изопреноидными пути (изопреноидные или псевдоалкалоиды).
Биосинтез алкалоидов • Алкалоиды группы L-тирозина
Алкалоиды группы орнитина • Большая группа алкалоидов, встречающаяся в некоторых растениях семейства сложноцветные и других, имеет в основе бициклическую структуру пирролизидина. Структурной основой этого ряда алкалоидов является алкалоид 1 метилпирролизидин или гелиотридан. • В медицинской практике находит применение алкалоид платифиллин, выделенный из корней и травы крестовника ромболистного (Senecio platyphyllus) ― многолетнего растения семейства сложноцветные. Платифиллин применяется как сосудорасширяющее и спазмолитическое средство при бронхиальной астме, морской и язвенной болезни, холециститах и стенокардии. гелиотридан платифиллин Крестовник
Алкалоиды группы орнитина • В листьях коки содержится десять различных алкалоидов (наркокаин, псевдококаин, тропакокаин и др. ), сумма которых составляет 1, 5%, в том числе 0, 5 % кокаина. • Кокаин был первым открытым обезболивающим средством и потому приобрел огромное значение. • При длительном применении вызывает болезненное пристрастие и психологическую зависимость • В больших дозах кокаин представляет собой смертельный яд. • В медицине широкое применение нашли синтетические аналоги кокаина, обладающие более высокой анестетической активностью и практически лишенные наркотических свойств. кокаин
Алкалоиды группы орнитина • Атропин был обнаружен в растении красавка или белладонна (Atropa belladonna) из семейства пасленовые. • Белладонна (сонная дурь) ― многолетнее травянистое растение, распространенное в Карпатах, Крыму и на Кавказе. Природные ресурсы малы, поэтому красавка культивируется. Урожайность в культуре составляет 10 -12 ц/га. • Атропин является средством, снимающим спазмы, расслабляет гладкую мускулатуру желудочно-кишечного тракта, желчного и мочевого пузыря, уменьшает секрецию желез и тонус мышц глаза. • Атропин обладает мидриатическим действием (расширяет зрачки) и используется при диагностике глазных болезней. • Алкалоиды белладонны входят в состав капель Зеленина и других лекарственных препаратов ( «Астматол» , «Бесалол» , «Солутан» и др. ) BELLADONNA
Алкалоиды группы орнитина • Среди 12 алкалоидов табака главным является никотин. • Алкалоид никотин был открыт в табаке французским химиком Л. -Н. Вокленом (1809), а в чистом виде выделен в 1828 году Поссельтом и Рейманом. • Правильная структурная формула никотина предложена в 1891 году Пиннером. • Никотин оказался сильнейшим ядом.
Перерыв
Алкалоиды группы лизина • В основе этой группы алкалоидов лежит пиперидиновый цикл.
Алкалоиды группы лизина • Ряд алкалоидов (спартеин, лупинин, цитизин, матрин, пахикарпин и другие) выделены из растений семейства бобовые, родов люпин (Lupinus), ракитник (Cytisus), софора (Sophora), термопсис (Thermopsis), песчаная акация (Ammodendron), аммотамнус лупинин (Ammothamnus), a также некоторых растений других семейств, например маревые, барбарисовые, маковые, кувшинковые. • Алкалоид семян некоторых видов люпина (Lupinus) – лупинин – открыт Зивертом в 1865 году, позднее его нашли также в среднеазиатском растении ежовник норлупинин безлистый (Anabasis aphylla) семейства маревые. (хинолизидин) Спиртовая группа может быть окислена в альдегидную и далее в карбоксильную. Декарбоксилирование получающейся лупиновой кислоты приводит к норлупинину, который идентичен хинолизидину. lupine цитизин пахикарпин
Алкалоиды группы лизина • К группе лизина относится и анабазин – изомер никотина. • В малых дозах анабазин предложен в качестве средства, облегчающего отвыкание от курения. • Для этой цели препарат выпускают в виде таблеток, пленок или жевательной резинки «Гамибазин» . • Анабазин содержится в среднеазиатском растении ежовнике безлистом (Anabasis aphylla). анабазин Anabasis Гамибазин
Алкалоиды группы лизина • В болиголове пятнистом (Conium maculatum) главным алкалоидом является кониин, который представляет собой пропилпиперидин. • Конин, являющийся сильным ядом, имеет никотиноподобное действие, в малых дозах вызывая сокращение мышц, а в больших – паралич. • Конин содержится во всех органах растения, причем наиболее ядовиты семена. кониин Conium
Алкалоиды группы лизина • Гранат — одно самых древних лекарственных растений. • Его противоглистные свойства были известны в глубокой древности. • Кора корней и ветвей граната оказывает сильное парализующее действие на ленточных глистов. • В коре корней, стволов и ветвей обнаружен ряд алкалоидов, в т. ч. пельтьерин, изопельтьерин, псевдопельтьерин и другие. • Все алкалоиды и особенно пельтьерин применяются как антигельминтные средства. Иран. Изготовление гранатового сока. пельтьерин
Алкалоиды группы лизина • Пиперин – алкалоид черного перца • (Piper nigrum) пиперин black pepper
Алкалоиды группы лизина • В соке недозрелых головок мака снотворного (Papaver somniferum) – однолетнего растения семейства маковые находятся близкородственные по строению алкалоиды опия – морфин и кодеин. • Морфин является основным представителем группы наркотических анальгетиков. • Кодеин – лекарство от кашля ( «Пенталгин» и «Седальгин» poppy
Алкалоиды группы L-триптофана • Производные индола являются самой многочисленной (свыше 900 соединений) группой алкалоидов.
Алкалоиды группы L-триптофана • Алкалоиды стрихнин и бруцин были выделены (1818 г. ) из «рвотных орешков» - семян ядовитого индонезийского стрихнин растения, известного под названием игнация или бобы Игнатия (Strychnos Ignatii). • Стрихнин является судорожным ядом, поражающим в первую очередь спинной мозг, а затем бруцин центральную нервную систему, зрение, слух и обоняние, вызывая судороги мышц и смерть от удушья. Strychnos Ignacy
Алкалоиды группы L-триптофана • Из барвинка малого (Vinca minor) – вечнозеленого полукустарника семейства кутровые выделено свыше 14 алкалоидов, в т. ч. винкамин, резерпин, изомайдин, акуамицин и др. Алкалоиды барвинка избирательно действуют на мозговое кровообращение, снимают спазм артерий и повышают тонус вен. винкамин Vinca
Алкалоиды группы L-фенилаланина, L-тирозина и антраниловой кислоты • Из L-фенилаланина, L-тирозина и антраниловой кислоты синтезируются хинолиновые и изохинолиновые алкалоиды
Хинин • Общая формула алкалоидов хинной корки: Fever Tree хинин (R 1= -OCH 3, R 2= -CH=CH 2) bark • В настоящее время при лихорадке используют синтетические противомалярийные средства, а хинин применяют при устойчивости малярийного паразита к ним. Препараты на основе хинина и хинидона применяют в медицине как замедляющие сердечную деятельность при сердцебиении. На основе хинина производится известный напиток индийский тоник (Schweppes).
Папаверин • Алкалоид изохинолинового ряда папаверин был впервые выделен из опия, который содержит 0, 4 – 1, 5 % этого алкалоида. • В настоящее время папаверин получают синтетическим путем. • Применяют препарат в качестве спазмолитического и сосудорасширяющего средства при спазмах кровеносных сосудов и гладкой мускулатуры брюшной полости, при гипертонии, стенокардии, а также при бронхиальной астме. • На основе папаверина создан его синтетический аналог - но-шпа. папаверин но-шпа
Эфедрин • Эфедрин – алкалоид группы фенилаланина обнаружен в различных видах эфедры (Ephedra) из семейства эфедровые. • Лекарственные свойства растения были известны еще в глубокой древности. • Эфедрин оказывает адреноподобное действие и употребляется при лечении заболеваний аллергического характера и для расширения бронхов. Раствор эфедрина (0, 5 – 1, 0 %) используют при насморке. Ephedra эфедрин
Галантамин • Галантамин – алкалоид группы Lтирозина, выделенный из луковиц подснежника Воронова (Galanthus Woronowii) семейства амариллисовые. • Препарат Галантамин гидробромид используют в виде растворов подкожно в неврологической практике в восстановительном периоде острого полиомиелита и при детском церебральном параличе, полиневрите, радикулите, а также при различных расстройствах, связанных с травмами и заболеваниями нервной системы. Galanthus галантамин
Тубокурарин • К группе тирозина относится тубокурарин, входящий в состав стрельного яда кураре, который индейцы тропических лесов Бразилии использовали для охоты на животных. • Тубокурарин обладает свойством задерживать проведение нервных импульсов, направленных к мышцам. Ранение отравленной стрелой вызывает обездвижение животного или его смерть в результате остановки дыхания. • В медицинской практике кураре и курареподобные препараты Strychnos применяются для расслабления скелетной мускулатуры, главным образом при хирургических операциях.
Алкалоиды группы гистидина (пуриновые алкалоиды) • Алкалоиды этой группы содержат в структуре пятичленный гетероцикл с двумя атомами азота – имидазол. • К производным имидазола относится пилокарпин алкалоид пилокарпин, содержащийся в листьях различных видов пилокарпуса (Pilocarpus), произрастающего в Южной и Центральной Америке, а также в Африке. • Пилокарпин был выделен Арди в 1895 году из листьев Pilocarpus Jaborandi. • Пилокарпин широко применяется в офтальмологической практике для Pilocarpus снижения внутриглазного давления при глаукоме, а также для улучшения трофики глаза. • Пилокарпин является антагонистом атропина, поскольку сужает зрачок.
Кофеин • К группе пуриновых алкалоидов относятся кофеин, теобромин и теофиллин • Кофеин входит в состав многих широко распространенных напитков: кофе, чай, какао, кола. • Содержание кофеина в чашке напитка: • кофе – около 100 мг, • какао – около 10 мг, • чая или колы – около 50 мг. кофеин
Стероидные алкалоиды • Основным источником получения стероидных алкалоидов является паслен дольчатый (Solanum laciniatum) • В качестве лекарственного сырья используется надземная часть (трава), в которой содержатся стероидные алкалоиды соласодин, соласонин и саламаргин. • Стероидные алкалоиды используются для получения прогестерона, синтеза кортизона и других стероидных гормонов. соласодин паслен
Алкалоиды – азотсодержащие «растительные яды»
… как, впрочем, и лекарства…
Алкалоиды в медицине • • • К алкалоидным лекарственным препаратам относятся атропин, морфин, кодеин, кофеин, хинин, папаверин, резерпин, эфедрин, платифиллин, раунатин и др. и их синтетические аналоги: дибазол, но-шпа, новокаин, лидокаин, промедол и др. Среди них имеются обезболивающие (морфин, кодеин) противоопухолевые средства (винбластин, винкристин) стимуляторы центральной нервной системы (стрихнин, бруцин) седативные препараты (скополамин), расширяющие (атропин, гиосциамин) и суживающие зрачок (физостигмин, пилокарпин) средства. Некоторые алкалоиды стимулируют сердечную деятельность и повышают кровяное давление (эфедрин, эпинефрин), а другие – снижают кровяное давление (резерпин, протовератрин А). Иногда алкалоиды служат противоядиями, например атропин — при отравлениях морфием и фосфорорганическими инсектицидами. Выдающуюся роль сыграли препараты алкалоидов, убивающие паразитические организмы. Так, хинин стал оружием против малярийного плазмодия.
Алкалоиды в пищевой промышленности • Еще одно направление использования алкалоидов – приготовление бодрящих напитков. • Алкалоиды находят применение в пищевой промышленности. • Они входят в состав растительного сырья, из которого изготавливают кофе, чай, какао, тонизирующие напитки (кока-кола, пепсикола и др. ). quinine Caffeine
Алкалоиды в табачной промышленности • На алкалоиде никотине основана вся табачная промышленность. • Годовое производство листьев табака • превышает 5 000 тонн. Tobacco nicotine
Пути поиска новых лекарственных средств • • • Поиск новых биологически активных веществ в растениях, исследование новых растений Методы: газо-жидкостная и высоко-эффективная жидкостная хроматография и масс -спектрометрия спектроскопия ядерного магнитного резонанса рентгеноструктурный анализ • • Новые биотехнологии Методы: интродукция редких растений получение культуры клеток лекарственных растений, накапливающих в достаточных количествах фармакологически ценные вещества: Женьшень (Panax ginseng) Диоскорея (Dioscorea deltoidea) Стевия (Stevia rebaudiana)
Хроматография • Михаил Семенович Цвет (1872— 1919) – русский ботаникфизиолог и биохимик растений. Создал хроматографически й метод и исследовал пигменты листьев растений. • Хроматограф ЦВЕТ 800.
Биотехнология вторичного метаболизма растений • Культуры in vitro – продуценты вторичных метаболитов (каллусные и суспензионные культуры). • Культивирование изолированных клеток и тканей способных синтезировать вторичные метаболиты широко применяется в медицине, ветеринарии, кормопроизводстве, пищевой промышленности, парфюмерии, для защиты растений.
Женьшень и структура гинзенозидов тритерпеновых гликозидов даммаранового ряда
Получение лекарственных препаратов и пищевых добавок на основе культур клеток высших растений. НПФ «Биофармтокс» (С-Петербург) на основе биомассы культуры клеток полисциаса Polyscias filicifolia созданы нутрицевтики «Витагмал» , «Трифитол» , серия мазей «Витагмалин» . Биомасса нарабатывается на установках объемом 0, 63 м 3
Некоторые закономерности синтеза вторичных метаболитов в культуре клеток высших растений • Избирательная возможность синтеза метаболитов не получен синтез морфинанов, димерных индольных алкалоидов, карденолидов. • Различия в синтезе по классам соединений добиться синтеза фенольных соединений и изопреноидов проще, чем алкалоидов • Различная стабильность синтеза для разных соединений при длительном субкультивирвоании. Стабильный синтез соединений, способствующих пролиферации клеток (разрастание ткани организма путем размножения клеток). • Различные закономерности синтеза в цикле культивирования. Часто синтез активируется при замедлении роста культуры, реже – во время активной пролиферации клеток.
Преимущества препаратов из лекарственных растений: • • мягкое действие стойкий эффект редко вызывают побочные реакции легко выводятся из организма
Лекарственные средства синтетического и природного происхождения в России Лекарственное средство Природное Синтетическое Кровеостанавливающее 80 % 20 % Желудочное 80 % 20 % Желчегонное 80 % 20 % Отхаркивающее 70 % 30 % Сердечно-сосудистых 80 % 20 %
Вторичный метаболизм – лужок с еще не выщипанной травкой…
Скачать презентацию Азотсодержащие вторичные метаболиты Растения усваивают азот из
лекция 4 Азотсодержащие вторичные метаболиты.ppt