ALKALOIDLER: YAPI, BIYOSENTEZ, SINIFLANDIRMA VE KULLANIMLAR - BIYOLOJI - 2025

Alkaloidler genellikle kompleksler halkaları oluşturmak molekül yapısında karbon ve nitrojen atomları ihtiva eden moleküllerdir. İlk olarak 1819'da eczacı W. Meissner tarafından önerilen alkaloid terimi, "alkaliye benzer" anlamına gelir.

Alkali kelimesi, bir molekülün bir asitten hidrojen iyonlarını (protonları) emme yeteneğini ifade eder. Alkaloidler tek tek moleküller olarak bulunurlar, bu nedenle küçüktürler ve hidrojen iyonlarını emerek onları bir baza dönüştürürler.

Alkaloidlerin biyosentezi

Bazı yaygın bazlar arasında süt, antiasitlerde kalsiyum karbonat veya temizlik ürünlerinde amonyak bulunur. Alkaloidler bazı canlılar, özellikle bitkiler tarafından üretilir. Ancak bu moleküllerin bitkilerdeki rolü net değildir.

Bitkilerdeki rollerine bakılmaksızın, birçok alkaloidin tıpta insanlar için kullanımı vardır. Morfin gibi haşhaş bitkisinden elde edilen ağrı kesiciler 1805 yılından beri kullanılmaktadır. Diğer bir örnek ise Amazon'daki kabileler tarafından 400 yıldan uzun süredir kullanılan sıtma kininidir.

Gelincik somniferum veya haşhaş bitkisi

yapı

Alkaloidlerin kimyasal yapıları son derece değişkendir. Genel olarak, bir alkaloid, amin benzeri bir yapıda en az bir nitrojen atomu içerir; yani, hidrojen atomlarını hidrokarbon adı verilen hidrojen-karbon grupları ile değiştirerek bir amonyak türevi.

Bu veya başka bir nitrojen atomu, asit-baz reaksiyonlarında bir baz olarak aktif olabilir. Alkaloid adı başlangıçta bu maddelere uygulanmıştır çünkü inorganik alkaliler gibi asitlerle reaksiyona girerek tuz oluştururlar.

Çoğu alkaloid, genellikle halka sistemi adı verilen bir atom halkasının parçası olarak bir veya daha fazla nitrojen atomuna sahiptir. Alkaloid isimleri genellikle amin olarak kimyasal sınıflandırmalarına atıfta bulunan "-ina" sonekiyle biter.

biosentezi

Bitkilerdeki alkaloid biyosentezi, çok çeşitli protein ailelerine ait olan enzimler tarafından katalize edilen birçok metabolik aşama içerir; bu nedenle alkaloid biyosentez yolları oldukça karmaşıktır.

Ancak bazı genellemeler hakkında yorum yapmak mümkündür. Alkaloid sentezinde aşağıdakiler dahil birkaç ana dal vardır:

Tropan ve nikotinik alkaloidlerin biyosentezi

Bu alkaloid grubunda biyosentez, L-Arginin ve Ornitin bileşiklerinden gerçekleştirilir. Bunlar, ilgili enzimlerinin aracılık ettiği bir dekarboksilasyon sürecine tabi tutulur: arginin dekarboksilaz ve ornitin dekarboksilaz.

Bu reaksiyonların ürünü çürük moleküllerdir. Metil gruplarının transferi dahil olmak üzere diğer aşamaların ardından, nikotinik türevler (nikotin gibi) ve tropan türevleri (atropin ve skopolamin gibi) üretilir.

Benzilizokinolin alkaloidlerin biyosentezi

Benzil izokinolin alkaloidlerin sentezi, tiramin moleküllerine yol açmak için enzim tirozin dekarboksilaz tarafından dekarboksilatlanan L-tirozin moleküllerinden başlar.

Norcoclaurin sentaz enzimi, norcoclaurin moleküllerini oluşturmak için önceki adımda üretilen tiramin ve L-DOPA'yı kullanır; alkaloidler berberin, morfin ve kodeine neden olmak için başka bir dizi karmaşık reaksiyona girerler.

Terpenik indol alkaloidlerinin biyosentezi

Bu alkaloid grubu iki yoldan sentezlenir: biri L-triptofandan, diğeri geraniyolden başlar. Bu yolların ürünleri triptamin ve sekolaganindir, bu moleküller, striktosidin sentezini katalize eden strectosidin sentaz enzimi için substrattır.

Ajmalisin, katantina, serpantin ve vinblastin gibi farklı terpenik indol alkaloidleri strectosidinden üretilir; ikincisi, Hodgkin hastalığının tedavisinde kullanılmıştır.

Yapısal biyokimya, moleküler ve hücresel biyoloji ve biyoteknolojik uygulamalar alanlarında, yeni alkaloid biyosentetik enzimlerin karakterizasyonu son yıllarda araştırmaların odak noktası olmuştur.

sınıflandırma

Çeşitlilikleri ve yapısal karmaşıklıkları nedeniyle, alkaloidler farklı şekillerde sınıflandırılabilir:

Biyosentetik kökenine göre

Biyosentetik kökenlerine göre alkaloidler üç büyük gruba ayrılır:

Gerçek alkaloidler

Amino asitlerden türetilenler ve heterosiklik halkanın parçası olarak nitrojen atomuna sahip olanlardır. Örneğin: higrin, kokain ve fizostigmin.

protoalkaloitler

Ayrıca amino asitlerden türetilirler, ancak nitrojen heterosiklik halkanın bir parçası değildir. Örneğin: efedrin ve kolşisin.

Pseudoalkaloids

Amino asitlerden türetilmeyen alkaloidlerdir ve nitrojen heterosiklik yapının bir parçasıdır. Örneğin: akonitin (terpenik alkaloit) ve solanidin (steroidal alkaloid).

Biyogenetik öncüsüne göre

Bu sınıflandırmada alkaloidler, sentezlerinin başladığı moleküle göre gruplandırılır. Bu nedenle, aşağıdakilerden türetilen alkaloidler vardır:

- L-Fenilalanin.

- L-Tirozin.

- L-Triptofan.

- L-Ornitin.

- L-Lizin.

- L-Histidin.

- Nikotinik asit.

- Antranilik asit.

- Mor bazlar.

- Terpenik metabolizma.

Kimyasal yapısına veya temel çekirdeğine göre

- Pirrolidin.

- Piridin-Pirolidin.

- İzokinolin.

- Imidazole.

- Piperidin.

- Piridin-Piperidin.

- Kinolin.

- Purina.

- Tropane.

- Indole .

Uygulamalar

Alkaloidlerin hem doğada hem de toplumda birden fazla kullanımı ve uygulaması vardır. Tıpta, alkaloidlerin kullanımı, bileşiğin toksisitesinin bir ölçüsü olan vücutta neden oldukları fizyolojik etkilere dayanmaktadır.

Canlılar tarafından üretilen organik moleküller olan alkaloidler, biyolojik sistemlerle etkileşime girme yapısal yeteneğine sahiptir ve bir organizmanın fizyolojisini doğrudan etkiler. Bu özellik tehlikeli görünebilir, ancak alkaloidlerin kontrollü bir şekilde kullanılması çok faydalıdır.

Toksisitelerine rağmen bazı alkaloidler doğru dozlarda kullanıldıklarında faydalıdır. Aşırı doz, hasara neden olabilir ve vücut için zehirli kabul edilebilir.

Alkaloidler esas olarak çalılardan ve bitkilerden elde edilir. Yapraklar, gövde, kökler vb. Gibi bitkinin farklı kısımlarında bulunabilirler.

Alkaloidler ilaç olarak kullanılabilir

Bazı alkaloidler önemli farmakolojik aktiviteye sahiptir. Bu fizyolojik etkiler, onları bazı ciddi rahatsızlıkları tedavi etmek için ilaçlar olarak değerli kılar.

Örneğin: Vinca roseus'tan vincristine bir antikanser ilaç olarak kullanılır ve Ephedra distachya'dan efedrin kan basıncını düzenlemek için kullanılır.

Diğer örnekler arasında kürarda bulunan ve güçlü bir kas gevşetici olan curarina; öğrencileri genişletmek için kullanılan atropin; öksürük kesici olarak kullanılan kodein; ve migren baş ağrılarını hafifletmek için kullanılan ergot alkaloidleri, diğerleri arasında.

Alkaloidler narkotik olarak kullanılabilir

Merkezi sinir sistemine etki eden birçok psikotropik madde alkaloiddir. Örneğin afyondan elde edilen morfin (Papaver somniferum) bir ilaç ve ağrı kesici olarak kabul edilir. LSD olarak daha iyi bilinen liserjik asit dietilamid, bir alkaloit ve psychedelic bir ilaçtır.

Bu narkotikler, modern tıbba göre zararlı kabul edilmelerine rağmen, eski çağlardan beri zihinsel heyecan ve coşku aracı olarak kullanılmaktadır.

Alkaloidler böcek ilacı ve kovucu olarak kullanılabilir

Doğal pestisitlerin ve kovucuların çoğu, bitkinin kendilerini etkileyen böceklere, mantarlara veya bakterilere karşı kendi savunma sisteminin bir parçası olarak işlevlerini yerine getirdikleri bitkilerden elde edilir. Bu bileşikler genellikle alkaloidlerdir.

Yukarıda bahsedildiği gibi, bu alkaloidler doğaları gereği toksiktir, ancak bu özellik yüksek oranda konsantrasyona bağlıdır.

Örneğin piretrin, sivrisinekler için ölümcül olan ama insanlar için olmayan bir konsantrasyonda böcek kovucu olarak kullanılır.

Alkaloidler bilimsel araştırmada kullanılabilir

Alkaloidler vücut üzerindeki özel etkilerinden dolayı bilimsel çalışmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin, alkaloid atropin göz bebeğinin genişlemesine neden olabilir.

Bu nedenle, yeni bir maddenin benzer veya zıt etkilerinin olup olmadığını değerlendirmek için atropinin etkisiyle karşılaştırılır.

Vinblastin ve vinkristin gibi bazı alkaloidler antitümör özelliklerinden dolayı büyük ilgi ile çalışılmaktadır.

Bilimsel araştırmalardaki diğer önemli alkaloidler arasında diğerleri arasında kinin, kodein, nikotin, morfin, skopolamin ve reserpin bulunur.

Referanslar

1. Cordell, G. (2003). Alkaloidler: Kimya ve Biyoloji, Cilt 60 (1. baskı). Elsevier.
2. De Luca, V. ve St Pierre, B. (2000). Alkaloid biyosentezinin hücre ve gelişim biyolojisi. Bitki Biliminde Eğilimler, 5 (4), 168–173.
3. Facchini, PJPJ (2001). Bitkilerde alkaloid biyosentezi: biyokimya, hücre biyolojisi, moleküler düzenleme ve metabolik mühendislik uygulamaları. Bitki Biyolojisinin Yıllık İncelemesi, 52 (1), 29–66.
4. Kutchan, TM (1995). Alkaloid Biyosentez Tıbbi Bitkilerin Metabolik Mühendisliğinin Temeli. The Plant Cell Online, 7 (7), 1059–1070.
5. Pelletier, S. (1983). Alkaloidler: Kimyasal ve Biyolojik Perspektifler, Cilt 11 (1 ^st ). Wiley.
6. Roberts, M. (2013). Alkaloidler: Biyokimya, Ekoloji ve Tıbbi Uygulamalar. Springer Science & Business Media.
7. Wenkert, E. (1959). Alkaloid Biyosentez. EXPERIENTIA, XV (5), 165–204.
8. Ziegler, J. ve Facchini, PJ (2008). Alkaloid Biyosentez: Metabolizma ve Kaçakçılık. Bitki Biyolojisinin Yıllık İncelemesi, 59 (1), 735–769.