Биосинтез терпенов и терпеноидов

 

Исходным соединением при синтезе терпенов служит ацетил - СоА. При образовании С₅-изоп­реноидного соединения происходит конденсация 3 молекул ацетил-СоА с удалением одного углерод­ного атома в виде СО₂.

-CO₂

3 C₂ ® С₆ ¾® C₅

 

Промежуточным С₅-соединением при синтезе терпенов является изопентилпирофосфат (ИПФ), который изомеризуется с диметилаллилпирофосфатом (ДМАПФ).

ИПФ ^® ДМАПФ

Из каждого из них может образоваться С₅-изо­прен.

При конденсации ИПФ и ДМАПФ получаются С₁₀-терпены и терпеноиды, которые являются ком­понентами эфирных масел:

С₅ + С₅ ® C₁₀

С₁₀-терпеноид может конденсироваться с С₅-ИПФ с образованием С₁₅-терпенов, которые также вхо­дят в состав эфирных масел:

С₁₀ + С₅ ® С₁₅

При биосинтезе всех этих терпенов и терпенои­дов С₅-изопреноидные остатки связываются «голо­ва к хвосту» (ipipip).

После возникновения С₁₅-терпеноидов дальнейший синтез может идти двумя путями:

1. C₁₅ + С₅ ® С₂₀ - «голова к хвостy»(ipipipip).

Так получаются терпеноидные компоненты смол.

2. C₁₅ + C₁₅ ® С₃₀ - «хвост к хвосту» (ipipippipipi).

В результате этой реакции образуются стероиды.

С₂₀-терпеноиды далее могут превращаться также двумя путями:

1. С₂₀ + С₅ ® С₂₅ – «голова к хвосту».

Этим путем образуются терпены, входящие в состав смол.

2. С₂₀ + С₂₀ ® С₄₀ - «хвост к хвосту».

В результате получаются молекулы каротиноидов.

С₂₅-терпеноиды далее присоединяют остатки С₅-ИПФ с образованием С₃₀ - компонентов смол и бо­лее высокомолекулярных полипренолов и других политерпенов.

С₂₅ + С₅ ® С₃₀ - «голова к хвосту».

С₃₀ + nС₅ ® С_{30+5 n} - политерпены.

С₅-изопреноидные остатки во всех реакциях переносят ферменты пренилтрансферазы. В удлине­нии цепи политерпенов принимают участие два типа ферментов: один из них образует транс-, дру­гой - цис-политерпены.

При синтезе циклических терпенов сначала возникает небольшое число цикличе­ских структур, которые затем подвергаются раз­нообразным вторичным изменениям. Это обеспе­чивает образование множества известных в насто­ящее время терпенов и терпеноидов.

 

Алкалоиды

Алкалоидами называют группу азотистых соединений, обладающих основными свойствами и встречающихся преимущественно в растениях. Они характеризуются в большинстве случаев сложным строением и обычно содержат в своих молекулах гетероциклы. Многие алкалоиды обладают сильным физиологическим действием: в больших дозах они являются ядами, а в малых их часто применяют как ценные лекарственные вещества.

Алкалоиды очень широко распространены в растительном мире. Некоторые семейства растений особенно богаты алкалоидами, например маковые, пасленовые и ряд других. В большинстве случаев алкалоиды встречаются группами, причем представители такой группы часто имеют сходное химическое строение. В растениях алкалоиды обычно встречаются в виде солей органических кислот – щавелевой, яблочной, виннокаменной, лимонной и др. Свободные алкалоиды (выделенные из солей) в связи с их основными свойствами часто называют алкалоидами-основаниями.

Для удобства изучения алкалоиды делят на группы. Раньше, когда химическое строение алкалоидов было малоизвестным, их делили на группы в зависимости от тех растений, из которых их получали. Так, например, выделяли группы алкалоидов хинной коры, мака и др.

В настоящее время в связи с выяснением строения алкалоидов чаще пользуются химической классификацией. Большинство алкалоидов, содержащих в своих молекулах гетероциклы, делят на группы в зависимости от присутствующих гетероциклов. Так, например, различают алкалоиды группы пиридина (в эту группу входит никотин), алкалоиды группы хинолина (в эту группу входит хинин) и т.д. К алкалоидам часто относят метлированные производные ксантина, например теобромин и кофеин, как производные пурина. Эту группу алкалоидов называют алкалоидами группы пурина.

Некоторые учёные относят к алкалоидам и некоторые другие азотосодержащие вещества, обладающие основными свойствами и сильным физиологическим действием, но не содержащие гетероциклы.

Первым из алкалоидов был открыт морфин, выделенный из сока маковых головок. Было обнаружено, что выделенное вещество обладает более сильным снотворным действием, чем сам опий, благодаря чему, морфин нашел применение в медицине. Однако при длительном употреблении, он приводит к привыканию и развитию наркомании.

Морфин был первым алкалоидом, в котором был обнаружен азот до этого ни в морфине, ни в других алкалоидах при анализе либо не находили азота вовсе, либо его присутствие приписывали примесям.

морфин

В млечном соке мака снотворного содержится 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.

 

папаверин

Алкалоиды раувольфиизмеиной. В корнях ра­увольфии змеиной содержится целый комплекс алкалоидов. Их делят на несколько групп. Наибо­лее известна группа резерпина и ее главный алка­лоид резерпин. Резерпин оказывает успокаиваю­щее действие, снижает артериальное давление, тем­пературу тела, обмен веществ. Алкалоиды раувольфии содержат­ся в таких препаратах как раунатин, раувазан, кристепин.

 

резерпин

 

Эрголиновыеалкалоиды. 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. Для получения алкалоидов спорынью культи­вируют на специальных средах.

Они применяются в медицине, хотя и очень токсичны. Различные алкалоиды оказывают различное действие на человеческий организм: снижают содер­жание сахара в крови, вызывают сокращение мат­ки, угнетают сосудодвигательные и дыхательные центры, усиливают сердечные сокращения.

Эрголиновые алкалоиды найдены и у высших растений, например, в семенах растений из родов Rivea и Ipomea.

лизергиновая кислота LSD

 

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

 

Кофеин содержится в растениях, которые ис­пользуются для приготовления напитков - листья чая, зерна кофе, бобы какао. Этот алкалоид является метилированным производным пурина. Кофеин усиливает сердечные сокращения, расширяет сосуды мозга, сердца, легких. При этом кровь перераспределяется в организме по жизненно важным орга­нам. Вследствие этого уменьшается чувство устало­сти, повышаются возможности умственной работы.

кофеин

 

Протоалкалоиды

 

Протоалколоиды - низкомолекулярные относительно простые азотсодержащие соединения, имеющие, как правило, генетическую связь с аминокислотами. Они встречаются довольно часто в растениях разных семейств, но обычно не накапливаются в них. Протоалкалоиды делят на три группы:

1. Алифатические, включающие около 40 представителей и обнаруженные в 15 семействах.

2. Фенилалкиламины, из которых самая большая группа — фенилэтиламиновые протоалкалоиды. Они имеют более 100 представителей и найдены в 37 семействах, например, эфедрин из эфедры хвощевой и капсаицин из перца однолетнего.

3. Колхициновые алкалоиды (колхамин и колхицин из безвременника великолепного). Довольно специфичная группа, включающая до 30 представителей. Пока обнаружены только в семействе лилейных и ирисовых

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. Одно­временно он сужает сосуды, повышает артериаль­ное давление, повышает обмен веществ.

эфедрин капсаицин

 

Капсаицин содержится в плодах и семенах стручкового перца и определяет их жгучий вкус. Различают плоды перца, содержащие мало капса­ицина (сладкие сорта) и содержащие его много, до 2% (жгучие сорта). Для медицинских целей ис­пользуются жгучие сорта. Настойка стручкового пер­ца применяется для возбуждения аппетита и улуч­шения пищеварения. В качестве местного возбуж­дающего средства используют перцовый пластырь. Капсаицин принадлежит к фармакологической группе - «Раздражающие средства природного происхождения». Он раздражает верхние дыхательные пути, кожу и слизистые оболочки.

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

 

колхицин колхамин

 

Колхицин и колхамин способны за­держивать опухолевый рост, но чаще применяется колхамин как менее токсичный. Колхицин является сильным антимитотиком, связывающимся с белком тубулином, образующим микротрубочки, и, вследствие этого, блокирующим деление клеток на стадии метафазы. Применяется наравне с колхамином для получения полиплоидных форм растений и кариотипирования.