Alkaloid

Alkaloidi su bazni azotni proizvodi biljaka koji imaju specifično dejstvo na organizam ljudi i životinja i uglavnom su otrovni. Naziv ukazuje da se radi o jedinjenjima bazne prirode (arapski halkali = baza, potaša, te grčki eidos = sličan). Do sada je otkriveno oko 5000 raznih alkaloida, a mnogima od njih, oko 3500, je određena i hemijska struktura. Cvetnice sadrže najviše alkaloida, paprati male količine, dok ih alge i mahovine uopšte ne sadrže. U životinjskim ćelijama alkaloidima su srodni adrenalin, histamin tiramin. Nazive alkaloidi najčešće dobijaju po imenu ili vrsti biljke u kojima se nalaze. Svaki alkaloid ima sistematski naziv sa sufiksom –in ili –inum (morfin, morfinum).

Naziv alkaloidi je 1819. g. uveo apotekar Meissner koji je otkrio i alkaloid veratrin. Prvi izolovani čisti alkaloid bio je morfin. Izolovao ga je nemački apotekar Serturner 1806. Desetak godina posle toga, 1817, Robiquet otkriva narkotin, a samo godinu dana kasnije Pelletier i Caventou pronalaze strihnin.

Hemijska priroda i biosinteza alkaloida

U hemijskom pogledu alkaloidi pripadaju raznim grupama organskih jedinjenja. Veći deo su heterociklična azotna jedinjenja, a manji deo sadrži azot u alifatičnom delu molekula. Prisustvo azota uslovljava bazni karakter. Pored azota, alkaloidi često sadrže i kiseonik. Alkaloidi sa kiselinama formiraju soli različite stabilnosti.

Alkaloidi su proizvodi metabolizma aminokiselina koje biljka ne izlučuje zbog toga što sadrže azot. Azotna jedinjenja, koje biljka upija iz zemljišta, mogu da budu ograničavajući faktor rasta pa se zato jedinjenja sa azotom ne izlučuju. Kada azota ima dovoljno, dolazi do sinteze aminokiselina u višku pa se taj višak pretvara u alkaloide. Smatra se da se u nedostatku azota neki alkaloidi opet mogu pretvoriti u aminokiseline. Treba naglasiti da biosinteza ovih jedinjenja kao i njihov značaj za biljke nisu sasvim razjašnjeni, osim ekološkog značaja za koji se pretpostavlja da je u tome što otrovne biljke životinje ne jedu.

U biljnim ćelijama se retko nalaze u slobodnoj formi već su u obliku soli, estara ili amida. Najčešći oblik alkaloida jesu soli koje su vezane za organske kiseline kao što su mlečna, jabučna, sirćetna i dr. ili za neorganske kiseline (najčešće sumporna i fosforna).

Metabolizam alkaloida i njihov značaj za život biljaka za sada nije tačno poznat. Alkaloidi se nalaze praktično u svim delovima biljaka (u cvetovima, plodovima, lišću, kori, korenju). Alkaloidi nastaju iz nekoliko aminokiselina kao polaznih jedinjenja (prolin, leucin, fenilalanin, triptofan i histidin). Niz alkaloida se može dobiti sintetski, ali su još uvek ekonomičniji izvori iz biljnog materijala.

Alkaloidi su nerastvorni u vodi, a dobro rastvorni u organskim rastvaračima (alkoholu, etru, hloroformu, benzenu). Obrnuto, soli alkaloida su rastvorne u vodi, a malo su rastvorne u organskim rastvaračima, osim u alkoholu, koji rastvara mnoge soli alkaloida.

Alkaloidi koji sadrže kiseonik su čvrste, kristalne supstance, bele boje, bez mirisa i gorkog su ukusa. Mali broj alkaloida koji ne sadrži kiseonik su tečni i imaju neprijatan miris (nikotin).

Alkaloidi u biljkama se nalaze u obliku soli. Oni se zato mogu ekstrahovati vodom i alkoholom. Ako se biljni materijal tretira alkalijama, ekstrakcija se vrši organskim rastvaračima pri čemu se ekstrahuju alkaloidi kao takvi. U tom se slučaju često koristi i destilacija sa vodenom parom.

Sirovi ekstrakt alkaloida sadrži i strane primese pa se prečišćava ispiranjen razblaženim rastvorom kiseline pri čemu alkaloidi prelaze u kiselu vodenu fazu (pH 8.5) i ekstrahuje sa organskim rastvaračem. Na kraju se vrši višestruka kristalizacija alkaloida kao takvog ili u obliku soli. U industrijskim razmerama često se koriste jonski izmenjivači za razdvajanje alkaloida.

Lokalizacija, količina i sadržaj u biljci

Raspored alkaloida u biljnom telu nije ravnomeran već se oni nagomilavaju u pojedinim biljnim organima.

Količina i sadržaj alkaloida u biljkama zavisi od više faktora:

faze ontogenetskog razvića
geografskog položaja,
zajedničkog dejstva faktora spoljašnje sredine (vlage, temperature, jačine osvetljenosti, nadmorske visine i dr.).

U toku ontogenetskog razvića biljke količina i sadržaj alkaloida se manja. Iz praktičnih razloga je veoma važno znati u kom periodu je sadržaj najveći da bi se tada vršilo prikupljanje sirovina. Što se uticaja geografskog položaja tiče on se svodi na to da je najveći broj biljaka sa alkaloidima rasprostranjen u žarkim i tropskim predelima sa vlažnom klimom. Svaka biljna vrsta zahteva određene uslove spoljašnje sredine koji, kada su optimalni doprinose da je količina alkaloida u biljci najveća.

Postoje podaci koji ukazuju na to da se količina alkaloida u biljci može menjati čak i u toku dana i noći sa razlikom i do 40%. Tako se iz nezrelog maka dobija više opijuma uveče nego preko dana.

Klasifikacija

Pošto se alkaloidi koriste kao lekovi ili komponente lekova, treba ih izdvojiti u što je moguće čistijem obliku. Zbog različite strukture pojedinih alkaloida, teško ih je klasifikovati. S hemijske tačke gledišta, oni se posmatraju kao derivati nekog jedinjenja koje sadrži azot, pa se dele na sledećih devet grupa:

Derivati tropana
Derivati hinolina
Derivati izohinolina
Derivati piridina i piperidina
Derivati indola
Derivati imidazola
Derivati purina
Aciklični alkaloidi
Steroidni alkaloidi

tropan
hinolin

Ako bismo poređali klase prema broju alkaloida čija je struktura poznata i dokazana, onda bi klasa derivata indola došla na prvo mesto sa 902 različita alkaloida, za njom sledi klasa izohinolin alkaloida, koja broji 669 pa onda klasa steroidnih alkaloida sa 337 i tako redom sve do purinskih alkaloida kojih ima 11.

U tehnologiji alkaloida koristi se sledeća podela:

Podela alkaloidnih biljaka

Prema današnjim podacima biljke koje sadrže alkaloide čine oko 10% od ukupne svtske flore. U zavisnosti od stepana zastupljenosti alkaloidnih vrsta biljaka familije se dele u tri grupe:

1. klasu čine visokoalkaloidne familije koje imaju preko 20% rodova sa alkaloidnim vrstama;

2. klasi pripadaju srednjealkaloidne familije čijih 10-20% rodova sadrži alkaloidne vrste;

3. klasa su maloalkaloidne familije čijih 1-10% rodova ima vrste bogate alkaloidima.

Neke od najpoznatijih alkaloidnih familija prisutnih u flori Srbije su date su u narednoj tabeli zajedno sa podacima o procentu alkaloidnih rodova i broju različitih alkaloida koje te familije sadrže:

Familija	% alkaloidnih rodova	broj alkaloida
Amaryllidaceae	45%	187
Apocynaceae	27,5%	886
Berberidaceae	58,3%	75
Borraginaceae	15%	66
Chenopodiaceae	23 %	50
Euphorbiaceae	8,3 %	130
Fabaceae	17,6 %	347
Lamiaceae	5,5 %	17
Ranunculaceae	42, 2 %	306
Solanaceae	31,8 %	162

Obično filogenetski srodne biljke sadrže strukturno slične alkaloide, mada ima i slučajeva kada to pravilo ne važi. Tako npr. paprika, duvan i krompir, iako pripadaju istoj familiji Solanaceae (pomoćnice), sadrže strukturno potpuno različite alkaloide. Alkaloid duvana (Nicotiana), nikotin, pripada jedinjenjima piridina i prolina, dok su alkaloidi krompira (rod Solanum) steroidi.

Ranije je vladalo mišljenje da su alkaloidi specifični za samo određene biljke, ali se sada zna da jedan isti alkaloid može biti sastojak potpuno nesrodnih biljaka. Primeri za to su kofein i efedrin koji se, svaki ponaosob, nalaze u po šest različitih familija.