Биосинтез алкалоидов

Несмотря на большое разнообразие алкалоидов, образование их происходит за счет одних и тех же предшественников через сходные про­межуточные реакции.

Большинство из известных алкалоидов образу­ется из аминокислот или их производных - диа­минов (лизин, кадаверин, орнитин, путресцин, ар­гинин, фенилаланин, тирозин, триптофан, гисти­дин, глютаминовая кислота).

На первых этапах биосинтеза алкалоидов, когда предшественник имеет ациклическое строение, осу­ществляются реакции, характерные для обмена аминокислот - дезаминирование, переаминирова­ние, декарбоксилирование. Метилирование играет особо важную роль в образовании алкалоидов. Оно часто происходит на стадии ациклического соеди­нения и предшествует циклизации, направляя ее. В молекулах алкалоидов метилироваться могут кис­лород и азот, образуя группы –ОСН₃ и =N-СН₃. По очереди обычно первым в молекуле метилируется кислород, а затем азот. Метильные группы перено­сятся с помощью ферментов метилтрансфераз, до­нором –СН₃-групп чаще выступает SАМ.

Далее происходит циклизация, а затем конден­сация. Эти процессы идут с помощью трех реак­ций. Две из них - это реакции между -NH₂ и =C=O группами. В результате образуются связи C-N; C=N или С-С. В третьей реакции происходит окислительное соеди­нение фенольных колец. Пример такого соединения - молекула ­никотина.

никотин

Распад алкалоидов может происходить до СО₂ с выделением энергии. Но в растениях их распад идет до образования амино­кислот, из которых они синтезируются.

Метилирование алкалоидов важно не только для направления циклизации алифати­ческих предшественников. Метильные группы, введенные в молекулу алкалоида, стабилизируют ее. Установлено, что при введении в растение эк­зогенных алкалоидов быстрее распадаются неме­тилированные формы. Кроме того, метилирован­ные аналоги менее токсичны, чем алкалоиды, не содержащие метильных групп. Например, токсичность морфина и кодеина. Для самого растения алкалоиды, если они накаплива­ются в большом количестве, могут быть токсич­ны. Поэтому метилирование для растения - один из способов интоксикации алкалоидов. Метилиро­ванием алкалоидов растение создает разнообразие их модифицированных форм.

Функции алкалоидов в растении

1. Азотистые вещества алкалоиды участвуют в азотном обмене растений следующим образом:

а) они могут выполнять роль запасной формы азо­та, накапливаясь при усиленном азотном питании;

б) могут служить транспортной формой азота, т.к. часто алкалоиды синтезируются в корнях, а за­тем транспортируются в листья;

в) синтез алкалоидов в корнях может быть од­ним из механизмов обезвреживания аммиака;

г) алкалоиды могут служить резервом амино­кислот, которые образуются при их распаде.

2. Алкалоиды регулируют pH клеточного сока, т.к. связывают органические кислоты с образова­нием солей.

3. Алкалоиды, являясь хелатообразователями, участвуют в поддержании ионного баланса в рас­тении.

4. Алкалоиды играют важную роль в устой­чивости растений к патогенным грибам. Например, алкалоидные виды люпина более устойчивы к мучнистой росе, чем безалкалоидные.

5. Алкалоиды влияют на различные реакции и процессы метаболизма. Например, обнаружено, что они ингибируют синтез белка, хлорофилла, фер­менты гликолиза, глиоксилатного цикла. Не­которые алкалоиды оказывают воздействие на про­цессы органогенеза.