ALKALOIDS: CẤU TRÚC, SINH TỔNG HỢP, PHÂN LOẠI VÀ SỬ DỤNG - SINH HỌC - 2026

Các alkaloid là những phân tử có chứa các nguyên tử cacbon và nitơ trong cấu trúc phân tử của nó, mà nói chung là tạo ra các phức nhẫn. Thuật ngữ alkaloid, được dược sĩ W. Meissner đề xuất lần đầu tiên vào năm 1819, có nghĩa là "tương tự như kiềm."

Từ kiềm dùng để chỉ khả năng của một phân tử hấp thụ các ion hydro (proton) từ axit. Ancaloit được tìm thấy dưới dạng các phân tử riêng lẻ, vì vậy chúng nhỏ và có thể hấp thụ các ion hydro, biến chúng thành bazơ.

Sinh tổng hợp ancaloit

Một số bazơ phổ biến bao gồm sữa, canxi cacbonat trong thuốc kháng axit, hoặc amoniac trong các sản phẩm tẩy rửa. Ancaloit được tạo ra bởi một số sinh vật sống, đặc biệt là thực vật. Tuy nhiên, vai trò của các phân tử này đối với thực vật là không rõ ràng.

Bất kể vai trò của chúng đối với thực vật, nhiều ancaloit có công dụng trong y học đối với con người. Thuốc giảm đau có nguồn gốc từ cây anh túc, chẳng hạn như morphine, đã có từ năm 1805. Một ví dụ khác là quinine chống sốt rét, đã được các bộ lạc ở Amazon sử dụng trong hơn 400 năm.

Papaver somniferum, hoặc cây anh túc

Kết cấu

Cấu trúc hóa học của alkaloid rất thay đổi. Nói chung, một alkaloid chứa ít nhất một nguyên tử nitơ trong cấu trúc giống như amin; nghĩa là, một dẫn xuất của amoniac bằng cách thay thế các nguyên tử hydro bằng các nhóm hydro-cacbon được gọi là hydrocacbon.

Nguyên tử nitơ này hoặc nguyên tử nitơ khác có thể hoạt động như một cơ sở trong các phản ứng axit-bazơ. Tên gọi alkaloid ban đầu được áp dụng cho các chất này vì giống như các chất kiềm vô cơ, chúng phản ứng với axit tạo thành muối.

Hầu hết các ancaloit có một hoặc nhiều nguyên tử nitơ của chúng như một phần của vòng nguyên tử, thường được gọi là hệ vòng. Tên alkaloid thường kết thúc bằng hậu tố "-ina", một tham chiếu đến phân loại hóa học của chúng là amin.

Sinh tổng hợp

Quá trình sinh tổng hợp ancaloit trong thực vật bao gồm nhiều bước trao đổi chất, được xúc tác bởi các enzym thuộc nhiều họ protein; vì lý do này, con đường sinh tổng hợp alkaloid rất phức tạp.

Tuy nhiên, có thể nhận xét một số khái quát. Có một số nhánh chính trong tổng hợp alkaloid bao gồm:

Sinh tổng hợp các ancaloit tropan và nicotinic

Trong nhóm alkaloid này, quá trình sinh tổng hợp được thực hiện từ các hợp chất L-Arginine và Ornithine. Chúng trải qua một quá trình khử cacboxyl qua trung gian của các enzym tương ứng của chúng: arginine decarboxylase và ornithine decarboxylase.

Sản phẩm của các phản ứng này là các phân tử putrecine. Sau các bước khác, bao gồm cả việc chuyển nhóm metyl, các dẫn xuất nicotinic (như nicotin) và các dẫn xuất tropan (như atropin và scopolamine) được sản xuất.

Sinh tổng hợp các alkaloid benzylisoquinoline

Quá trình tổng hợp ancaloit benzyl isoquinoline bắt đầu từ các phân tử L-tyrosine, được khử carboxyl bởi enzyme tyrosine decarboxylase để tạo ra các phân tử tyramine.

Enzyme norcoclaurin synthase sử dụng tyramine được tạo ra ở bước trước và L-DOPA để tạo thành phân tử norcoclaurin; chúng trải qua một loạt phản ứng phức tạp khác để tạo ra alkaloid berberine, morphine và codeine.

Sinh tổng hợp các alkaloid indole terpenic

Nhóm alkaloid này được tổng hợp từ hai con đường: một con đường bắt đầu từ L-tryptophan và một con đường khác từ geraniol. Sản phẩm của những con đường này là tryptamine và secolaganine, những phân tử này là chất nền cho enzyme strectosidine synthase, chất này xúc tác quá trình tổng hợp nghiêm ngặt.

Các alkaloid indole terpenic khác nhau được sản xuất từ ​​strectosidine, chẳng hạn như ajmalicine, catarantine, serpentine và vinblastine; sau đó đã được sử dụng trong điều trị bệnh Hodgkin.

Trong các lĩnh vực hóa sinh cấu trúc, sinh học phân tử và tế bào, và các ứng dụng công nghệ sinh học, việc xác định đặc tính của các enzym sinh tổng hợp alkaloid mới là trọng tâm nghiên cứu trong những năm gần đây.

Phân loại

Do tính đa dạng và phức tạp về cấu trúc, alkaloid có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau:

Theo nguồn gốc sinh tổng hợp của nó

Theo nguồn gốc sinh tổng hợp của chúng, ancaloit được phân thành ba nhóm lớn:

Ancaloit thực sự

Chúng là những chất có nguồn gốc từ axit amin và có nguyên tử nitơ là một phần của vòng dị vòng. Ví dụ: hygrine, cocaine và physostigmine.

Protoalkaloids

Chúng cũng có nguồn gốc từ axit amin, nhưng nitơ không phải là một phần của vòng dị vòng. Ví dụ: ephedrine và colchicine.

Pseudoalkaloids

Chúng là những ancaloit không có nguồn gốc từ axit amin và nitơ là một phần của cấu trúc dị vòng. Ví dụ: aconitine (terpenic alkaloid) và solanidine (steroidal alkaloid).

Theo tiền thân di truyền sinh học của nó

Trong cách phân loại này, các alkaloid được phân nhóm tùy thuộc vào phân tử mà từ đó quá trình tổng hợp chúng bắt đầu. Do đó, có các ancaloit có nguồn gốc từ:

- L-Phenylalanin.

- L-Tyrosine.

- L-Tryptophan.

- L-Ornithine.

- L-Lysine.

- L-Histidine.

- Axit nicotinic.

- Axit anthranilic.

- Bazơ màu tím.

- Chuyển hóa terpenic.

Theo cấu trúc hóa học hoặc hạt nhân cơ bản của nó

- Pyrrolidine.

- Pyridine-Pyrrolidine.

- Isoquinoline.

- Imidazole.

- Piperidine.

- Pyridine-Piperidine.

- Quinoline.

- Purina.

- Tropane.

- Indole .

Các ứng dụng

Ancaloit có nhiều công dụng và ứng dụng, cả trong tự nhiên và xã hội. Trong y học, việc sử dụng các alcaloid dựa trên tác dụng sinh lý mà chúng gây ra cho cơ thể, là thước đo độc tính của hợp chất.

Là các phân tử hữu cơ do cơ thể sống tạo ra, ancaloit có khả năng cấu trúc tương tác với các hệ sinh vật và ảnh hưởng trực tiếp đến sinh lý của sinh vật. Tính chất này có vẻ nguy hiểm, nhưng việc sử dụng ancaloit một cách có kiểm soát là rất hữu ích.

Bất chấp độc tính của chúng, một số ancaloit hữu ích khi được sử dụng với liều lượng chính xác. Liều lượng vượt quá có thể gây ra thiệt hại và được coi là chất độc đối với cơ thể.

Ancaloit thu được chủ yếu từ cây bụi và thảo mộc. Chúng có thể được tìm thấy trong các bộ phận khác nhau của cây, chẳng hạn như lá, thân, rễ, v.v.

Ancaloit có thể dùng làm thuốc

Một số ancaloit có hoạt tính dược lý đáng kể. Những tác dụng sinh lý này làm cho chúng có giá trị như một loại thuốc chữa một số rối loạn nghiêm trọng.

Ví dụ: Vincristine từ Vinca roseus được sử dụng như một loại thuốc chống ung thư, và ephedrine từ Ephedra distachya được sử dụng để điều chỉnh huyết áp.

Các ví dụ khác bao gồm curarina, được tìm thấy trong curare và là một chất làm giãn cơ mạnh mẽ; atropine, được sử dụng để làm giãn đồng tử; codeine, được dùng làm thuốc giảm ho; và ergot alkaloid, được sử dụng để giảm đau nửa đầu, trong số nhiều loại khác.

Ancaloit có thể được dùng làm chất ma tuý

Nhiều chất hướng thần, tác dụng lên hệ thần kinh trung ương, là các ancaloit. Ví dụ, morphin từ cây thuốc phiện (Papaver somniferum) được coi là ma túy và thuốc giảm đau. Lysergic acid diethylamide, hay được gọi là LSD, là một alkaloid và một loại thuốc gây ảo giác.

Những chất ma túy này đã được sử dụng từ thời cổ đại như một công cụ để làm hưng phấn và hưng phấn tinh thần, mặc dù chúng được coi là có hại theo y học hiện đại.

Ancaloit có thể được sử dụng làm thuốc trừ sâu và chất xua đuổi

Hầu hết các loại thuốc trừ sâu và thuốc xua đuổi tự nhiên đều có nguồn gốc từ thực vật, nơi chúng phát huy chức năng như một phần của hệ thống phòng thủ của chính thực vật chống lại côn trùng, nấm hoặc vi khuẩn ảnh hưởng đến chúng. Các hợp chất này nói chung là các ancaloit.

Như đã đề cập ở trên, các ancaloit này có bản chất độc, mặc dù tính chất này phụ thuộc nhiều vào nồng độ.

Ví dụ, pyrethrin được sử dụng như một loại thuốc chống côn trùng, ở nồng độ có thể gây chết cho muỗi nhưng không gây chết người.

Alkaloids có thể được sử dụng trong nghiên cứu khoa học

Do tác dụng cụ thể của chúng trên cơ thể, alkaloids được sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu khoa học. Ví dụ, alkaloid atropine có thể làm giãn đồng tử.

Vì vậy, để đánh giá xem một chất mới có tác dụng tương tự hay ngược lại, người ta so sánh với tác dụng của atropine.

Một số alkaloid được quan tâm nghiên cứu do đặc tính chống khối u của chúng, chẳng hạn như vinblastine và vincristin.

Các alkaloid quan trọng khác trong nghiên cứu khoa học bao gồm quinine, codeine, nicotine, morphine, scopolamine, và Reserpine, trong số những loại khác.

Người giới thiệu

1. Cordell, G. (2003). Alkaloids: Hóa học và Sinh học, Tập 60 (xuất bản lần 1). Elsevier.
2. De Luca, V., & St Pierre, B. (2000). Sinh học tế bào và phát triển của quá trình sinh tổng hợp alkaloid. Xu hướng Khoa học Thực vật, 5 (4), 168–173.
3. Facchini, PJPJ (2001). Sinh tổng hợp alkaloid trong thực vật: hóa sinh, sinh học tế bào, điều hòa phân tử và các ứng dụng kỹ thuật chuyển hóa. Đánh giá Thường niên về Sinh học Thực vật, 52 (1), 29–66.
4. Kutchan, TM (1995). Sinh tổng hợp alkaloid Cơ sở cho quá trình trao đổi chất của cây thuốc. The Plant Cell Online, 7 (7), 1059–1070.
5. Pelletier, S. (1983). Ancaloit: Quan điểm Hóa học và Sinh học, Tập 11 (1 ^st ). Wiley.
6. Roberts, M. (2013). Alkaloids: Ứng dụng Hóa sinh, Sinh thái và Thuốc. Springer Science & Business Media.
7. Wenkert, E. (1959). Sinh tổng hợp alkaloid. EXPERIENTIA, XV (5), 165–204.
8. Ziegler, J., & Facchini, PJ (2008). Sinh tổng hợp alkaloid: Trao đổi chất và buôn bán. Đánh giá Thường niên về Sinh học Thực vật, 59 (1), 735–769.