در فصل ششم زیست‌شناسی سال دهم با آلکالوئید ها (Alkaloid)؛ این مولکول‌های هزار چهره آشنا شدیم. تنوع عملکرد آلکالوئیدها اعجاب آور است. گاهی نقش تسکین‌دهنده‌های درد و مسکن‌ها را دارند و گاهی در نقش مواد توهم‌زا و روان‌گردان ظاهر می‌شوند. احتمالاً، اکثر ما انسان‌ها جایی در زندگی خود از این مواد طبیعی بهره برده‌ایم. برخی با نوشیدن یک فنجان قهوه و برخی با مصرف قرص‌های مسکن.
اما به راستی آلکالوئید چیست و در کجا یافت می‌شود؟ آیا آلکالوئیدها فقط در گیاهان موجود هستند یا می‌توان آن‌ها را در برخی از حیوانات و جانوران نیز پیدا کرد؟ آلکالوئیدها چه کاربردی در زندگی روزمرهی ما دارند و چه سودی به ما می‌رسانند وچه ضررهایی دارند؟
با مجله‌ی بیوزوم همراه باشید. در این مطلب به تمامی این سؤالات پاسخ خواهیم داد.
در طبیعت ترکیبات شیمیایی بی‌شماری یافت می‌شود. آلکالوئیدها یک کلاس ویژه در میان بسیاری از کلاس‌های ترکیبات آلی طبیعی مانند کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها، لیپیدها، اسیدهای آمینه، آنتوسیانین‌ها، فلاونوئیدها و استروئیدها هستند و چیزی که آن‌ها را خاص می‌کند این است که از اسیدهای آمینه مشتق شده‌اند. این ترکیبات می‌توانند توسط گیاهان و برخی از حیوانات به‌عنوان متابولیت‌های ثانویه سنتز شوند و برای موجودات زنده بسیار مهم هستند.
آلکالوئیدها علاوه بر این که متابولیت‌های ثانویه هستند، اثرات بیولوژیکی قدرتمندی نیز بر روی انسان‌ها و حیوانات نشان داده‌اند. آن‌ها به‌عنوان دارو، مواد محرک و حتی مواد غذایی در صنایع مختلف کاربرد دارند. همچنین این ترکیبات دارای اثرات فیزیولوژیکی متنوع و ضروری بر روی انسان و سایر حیوانات هستند. تعدادی از آلکالوئیدهای شناخته شده را می‌توان به‌عنوان استریکنین، مرفین، افدرین، کینین و نیکوتین تجویز کرد.
آلکالوئیدها از کلمه قلیایی سرچشمه گرفته‌اند. آن‌ها با اسیدها واکنش می‌دهند و نمک‌ها را تشکیل می‌دهند. در یک واکنش اسید – باز، این اتم‌های نیتروژن مانند یک باز رفتار می‌کنند. به‌طورکلی، آلکالوئیدها به‌عنوان آمین در نظر گرفته می‌شوند اگرچه پسوند -ine دارند. آلکالوئیدها به شکل خالص معمولاً جامدات کریستالی بی‌رنگ و بی بو هستند، اما گاهی اوقات به شکل مایعات زردرنگ نیز یافت می‌شوند. اغلب آن‌ها طعم تلخی نیز دارند. 3000 نوع از آن‌ها در بیش از 4000 گونه گیاهی شناخته شده است.
تعریف آلکالوئید
پلتیر (داروساز و شیمی‌دان فرانسوی) یک آلکالوئید را چنین تعریف می‌کند: «یک ترکیب آلی حلقوی حاوی نیتروژن و در حالت اکسیداسیون منفی که توزیع محدودی در بین موجودات زنده دارد».
پس آلکالوئید، گروهی از مواد شیمیایی است که از گیاهان ساخته می‌شود. در این ترکیبات، نیتروژن وجود دارد. بسیاری از آلکالوئیدها نیز اثرات دارویی قدرتمندی دارند. برخی از نمونه‌های آلکالوئیدها عبارت‌اند از کوکائین، نیکوتین، استریکنین، کافئین، مرفین، پیلوکارپین، آتروپین، مت‌آمفتامین، مسکالین، افدرین و تریپتامین. بعد از اینکه آلکالوئید را شناختیم، وقت آن رسیده است تا با ویژگی‌ها و کاربردهای این ماده بیشتر آشنا شویم. با مجله‌ی بیوزوم همراه باشید.
ویژگی‌های آلکالوئیدها
تقریباً اکثر آلکالوئیدها در ساختار مولکولی خود دارای اکسیژن هستند. این ترکیبات به‌طورکلی در شرایط محیطی بلورهایی بی‌رنگ هستند. آلکالوئیدهای بدون اکسیژن، مانند کونیین یا نیکوتین، معمولاً مایعاتی بی‌رنگ، فرّار و روغنی هستند. برخی از انواع آلکالوئید، مانند سانگوینارین (نارنجی) و بربرین (زرد) نیز رنگی هستند.
بیشتر آن‌ها هنگام بلعیدن طعم ترشی دارند. این‌طور به نظر می‌رسد که تولید آلکالوئیدها توسط گیاهان در پاسخ به تغذیه حیوانات گیاه‌خوار تکامل‌یافته است. این ترکیبات سمی هستند بااین‌حال، تعداد کمی از حیوانات توانایی سم‌زدایی از آن‌ها را دارند. برخی از انواع آلکالوئید می‌تواند منجر به نقایصی در فرایند رشد فرزندان در حیوانات شود. یا به عبارت دقیق‌تر؛ حیوانات می‌توانند آلکالوئید را مصرف کنند اما نمی‌توانند آن‌ها را سم‌زدایی کنند.
یک مثال به‌عنوان آلکالوئید، سیکلوپامین است که در برگ‌های زنبق ذرت تولید می‌شود. در سال 1950 میلادی، حدود 25 درصد از بره‌های گوسفندان توسط نیلوفرهای ذرت تغذیه شده بودند. از عوارض این تغذیه می‌توان به چندین تغییر شکل جدی در صورت اشاره کرد. این تغییرات طیف وسیعی – از آرواره‌های تغییر شکل یافته تا سیکلوپیا – را شامل می‌شد. ترکیباتی که مسئول این ناهنجاری‌ها بودند، بعدها به نام آلکالوئید 11-دئوکسی جروین شناخته شدند. اما پس از دهه‌ها مطالعه، در دهه 1980 سیکلوپامین نام گرفتند.
آلکالوئیدهای طبیعی
همان‌طور که گفتیم، برخی از آلکالوئیدها سمی هستند. فعالیت‌های سمی بسیاری از آلکالوئیدها، سال‌هاست که شناخته شده است. یکی از انواع سمی آلکالوئید، استریکنین است. این آلکالوئید از گونه Strychnos گرفته شده است. استریکنین یکی از داروهای سمی شناخته شده است که از گونه‌های Chondrodenndron tomentosum به دست می‌آید. در آفریقای جنوبی به‌عنوان یک سم استفاده می‌شود و حاوی آلکالوئید توبوکورارین است.
Coniine همچنین یک آلکالوئید است که از Conium maculatum جدا شده است. کونیین یک ماده فعال در سم شوکران است.
مسکالین جدا شده از گونه‌های آن‌هالونیوم دارای فعالیت توهم‌زایی است. سیلوسایبین نیز یک داروی طبیعی است که از گونه‌های قارچ Psilocybe Mexicana جدا شده و دارای اثرات روان‌گردان است. در دهه‌های گذشته، مشتقات نیمه مصنوعی بسیاری از آلکالوئیدهای طبیعی با فعالیت‌های مختلف سنتز شده‌اند. هروئین یکی از مشتقات مصنوعی مرفین است. این ماده به طور طبیعی از اسید لیسرژیک موجود در C تهیه می‌شود.
دسترسی به آلکالوئیدها
آلکالوئیدها عمدتاً در گیاهان یافت می‌شوند و به طور ویژه در خانواده‌های خاصی از گیاهان گل‌دار وجود دارند. به این‌ها، آلکالوئیدهای گیاهی می‌گویند. در واقع، به طور تخمینی یک‌چهارم گیاهان دارای آلکالوئید هستند و این میان هزاران نوع مختلف آلکالوئید شناسایی شده‌اند. به‌طورکلی، یک‌گونه معین فقط چند نوع آلکالوئید دارد، اگرچه هم قارچ ارگوت (Claviceps) و هم خشخاش (Papaver somniferum) هر کدام به‌تنهایی تا 30 نوع مختلف آلکالوئید دارند.
برخی از خانواده‌های گیاهی به طور خاص غنی از آلکالوئیدها هستند، به‌عنوان‌مثال، تصور می‌شود همه گیاهان خانواده خشخاش (که Papaveraceae است) حاوی آلکالوئید هستند. برخی از آلکالوئیدها در گونه‌های جانوری، مانند قورباغه‌های سمی دارت (با نام دیگر Phyllobates) و Beaver (یا Castor canadensis) یافت شده‌اند. ارگوت و برخی قارچ‌های دیگر نیز آلکالوئیدها را تولید می‌کنند.
اهمیت آلکالوئیدها در طبیعت و زندگی انسان
عملکرد آلکالوئیدها در گیاهان هنوز مشخص نشده است. اعتقاد بر این است که آن‌ها صرفاً محصولات زائد فرایندهای متابولیک در گیاهان هستند، اما شواهد نشان می‌دهد که آلکالوئیدها عملکردهای بیولوژیکی خاصی را نیز انجام می‌دهند. در تعدادی از گیاهان، غلظت آلکالوئید درست قبل از تشکیل بذر افزایش می‌یابد و پس از آن، زمانی که بذر به طور کامل می‌رسد، کاهش می‌یابد. این موضوع نشانگر نقش آلکالوئید در رشد بذر است. علاوه بر این، آلکالوئیدها در برخی از گیاهان، نقش‌های محافظتی در برابر برخی گونه‌های خاص حشرات نیز دارند.
طبقه‌بندی آلکالوئیدها
طبقه‌بندی آلکالوئیدها بر اساس منشأ گیاهی آن‌ها صورت می‌گیرد، به‌عنوان‌مثال:
- آلکالوئیدهای پاپاور (تریاک)
- سینکونا
- راوولفیا
- کاتارانتوس
- استریکنوس
- ارگوت
- کاکتوس
- سولانوم
اغلب دانشمندان، آلکالوئیدها را بر اساس ساختار شیمیایی‌شان طبقه‌بندی می‌کنند. به‌عنوان‌مثال، آن‌هایی که حاوی یک حلقهی ایندول هستند، آلکالوئیدهای ایندول نامیده می‌شوند. بر اساس کلاس‌های اصلی، آلکالوئیدها شامل تروپآن‌ها، پیرولیدین‌ها، ایندول‌ها، ایزوکینولین‌ها و استروئیدها و ترپنوئیدها هستند.
از روش‌های دیگر طبقه‌بندی آلکالوئیدها، طبقه‌بندی بر اساس سیستم بیولوژیکی است که در آن قرار دارند. به‌عنوان‌مثال، آلکالوئیدهای تریاک در خشخاش (Papaver somniferum) وجود دارند. در واقع، این سیستم طبقه‌بندی دوگانه کمی سردرگمی ایجاد می‌کند، زیرا یک همبستگی تقریبی بین توزیع بیولوژیکی آلکالوئیدها و انواع شیمیایی آن‌ها وجود دارد.
اغلب، آلکالوئیدها به گروه‌های اولیه زیر تقسیم می‌شوند:
«آلکالوئیدهای واقعی» که حاوی محتوای نیتروژن در هتروسیکل هستند و از اسیدهای آمینه منشأ می‌گیرند. نمونه‌های بارز این آلکالوئیدها، نیکوتین، مورفین و آتروپین هستند. همچنین، این گروه شامل چند آلکالوئید است که علاوه بر هتروسیکل نیتروژن، حاوی قطعات پپتیدی (مثلاً ارگوتامین) یا ترپن (مثلاً اوونین) هستند. آلکالوئیدهای پیپریدین coniceine و coniine را می‌توان به‌عنوان آلکالوئیدهای واقعی در نظر گرفت، هرچند از اسیدهای آمینه منشأ نمی‌گیرند.
- آلکالوئیدهای پلی آمین – مشتقات اسپرمیدین، اسپرمین و پوترسین
- سیکلوپپتید و آلکالوئیدهای پپتیدی
- شبه آلکالوئیدها – ترکیبات آلکالوئیدمانند که از اسیدهای آمینه منشأ نمی‌گیرند. این گروه‌ها آلکالوئیدهای شبه استروئیدی و ترپن‌مانند و آلکالوئیدهای پورین‌مانند، مثل تئوبرومین، تئوفیلین و کافئین هستند. تعدادی از دانشمندان ترکیبات شبه آلکالوئیدها مانند کاتینون و افدرین را طبقه‌بندی کرده‌اند. این آلکالوئیدهای خاص از اسیدآمینه فنیل‌آلانین منشأ می‌گیرند؛ اما اتم نیتروژن خود را نه از اسیدآمینه، بلکه از طریق ترانس آمیناسیون به دست می‌آورند.
تعداد کمی از آلکالوئیدها، حاوی اسکلت کربنی مشخصه گروه خود نیستند؛ بنابراین، هوموآپورفین‌ها و گالانتامین‌ها حاوی قطعات ایزوکینولین نیستند، اما به‌طورکلی به آلکالوئیدهای ایزوکینولین نسبت داده می‌شوند.
استخراج آلکالوئیدها
ازآنجایی‌که آلکالوئیدها دارای تنوع ساختاری گسترده‌ای هستند، هیچ راهی برای حذف آن‌ها از مواد طبیعی خام وجود ندارد و اکثر روش‌های موجود از خواص آلکالوئید برای حل‌شدن در حلال‌های آلی استفاده می‌کنند.
بیشتر گیاهان دارای آلکالوئید زیادی هستند. ابتدا می‌توان مخلوط آن‌ها را از گیاه استخراج کرد و سپس آلکالوئیدهای خالص را جدا کرد. قبل از فرایند استخراج، گیاهان به طور کامل آسیاب می‌شوند. بیشتر آلکالوئیدها در گیاهان خام به شکل نمک اسیدهای آلی وجود دارند. آلکالوئیدهای استخراج شده نیز می‌توانند به شکل نمک باشند یا به باز تبدیل شوند.
استفاده درمانی و خواص دارویی آلکالوئیدها
انواع آلکالوئیدها خواص دارویی بسیار متنوعی از خود نشان داده‌اند. بیشتر این خواص، شامل اثرات بی‌حسی موضعی هستند. لازم به ذکر است که استفاده شیمیایی آن‌ها فقط به اهداف بالینی محدود می‌شود. یکی از شناخته‌شده‌ترین آلکالوئیدها مورفین است که برای اهداف پزشکی استفاده می‌شود. مورفین آلکالوئید مهمی است که برای تسکین درد استفاده می‌شود. مورفین یک داروی اعتیادآور است و مصرف آن مضراتی نیز دارد.
مطلب مرتبط: اعتیاد، بلای پیکر سوز
متیل اتر مشتق طبیعی مورفین کدئین است و همراه مرفین در خشخاش یافت می‌شود. دارای فعالیت ضددرد عالی است و به‌عنوان یک مادهی غیراعتیادآور شناخته می‌شود. این آلکالوئیدها به‌عنوان محرک‌های تنفسی و قلبی نیز عمل می‌کنند. همچنین آلکالوئید دیگری که برای مصارف پزشکی و آزمایش‌های بالینی کاربرد دارد، آتروپین است. آتروپین باهدف درمان برادی‌کاردی تزریق می‌شود.
توبوکورارین یک آلکالوئید است که از اجزای سم کورار به شمار می‌رود. علاوه بر این، در جراحی به‌عنوان شل‌کنندهی عضلانی نیز کاربرد دارد. عوامل شیمی‌درمانی آلکالوئیدهای وین کریستین و وین بلاستین در درمان بسیاری از انواع سرطان استفاده می‌شوند. آلکالوئید موجود در Erythroxylum coca که یک بی‌حس‌کنندهی موضعی قوی است، کوکائین نام دارد.
Ergonovine آلکالوئیدی است که از قارچ Claviceps Purpurea ساخته شده است. افدرین مشتق شده از افدرا به‌عنوان تنگ‌کننده‌ی عروق و همراه با ارگونووین استفاده می‌شود. افدرین در آسم برونش نیز استفاده می‌شود. همچنین در تسکین ناراحتی ناشی از تب یونجه و سینوزیت نیز کاربرد دارد.
کینین یک عامل ضد مالاریای قدرتمند است. بااین‌حال، می‌توان آن را با داروهای مصنوعی جایگزین کرد که بسیار مؤثر و درعین‌حال ایمن‌تر است. کینیدین یکی دیگر از آلکالوئیدهای گونه Cinchona است. کاربردهای پزشکی متعددی در درمان ریتم‌های نامنظم ضربان قلب (آریتمی) دارد.
مطلب مرتبط: سیستم گردش خون | تکامل، آناتومی، اجزا و عملکرد
کلشیسین نیز یک آلکالوئید از خانوادهی Liliaceae است. این دارو در درمان حملات حاد نقرس کاربرد دارد. لوبلین آلکالوئید دیگری است که از Lobelia inflata جدا می‌شود و که مکانیسم‌های عملکردی متعددی دارد.
موارد مصرف آلکالوئیدها در غذاها و نوشیدنی‌ها
بسیاری از آلکالوئیدها عناصری از رژیم غذایی و نوشیدنی‌های انسان هستند. از مواد خوراکی که حاوی آلکالوئید هستند می‌توان به دانه قهوه، دانه کاکائو و برگ چای اشاره کرد. همچنین گوجه‌فرنگی و سیب زمینی (سولانین) نیز حاوی آلکالوئید هستند. جالب است بدانید، کافئین رایج‌ترین آلکالوئید در مواد غذایی است. آلکالوئید به‌عنوان یک ماده برای بهبود طعم در نوشابه‌هایی مانند کوکاکولا نیز کاربرد دارد.
نکته: از آلکالوئید در نوشیدنی‌های ورزشی نیز باهدف حفظ انرژی ورزشکاران، استفاده می‌شود.
استفاده‌های علمی از آلکالوئیدها – سایر استفاده‌ها از آلکالوئیدها
به‌غیراز خواصی که پیش‌ازاین ذکر شد، آلکالوئیدهای بسیاری از گونه‌های مختلف گیاهی، کاربردهای مفید دیگری نیز دارند. از سایر استفاده‌های آلکالوئید، می‌توان موارد زیر را نام برد:
- مصارف ضد انگلی
- اثرات ضد مالاریا
- اثرات ضدخورندگی
- اثرات آنتی‌اکسیدان
- اثرات آنتی‌باکتریال
- اثرات ضد اچ‌آی‌وی (HIV)
- فعالیت‌های حشره‌کشی
جمع‌بندی
در این مطلب از مجله‌ی بیوزوم خواندیم که آلکالوئیدها ترکیبات مهمی در طبیعت هستند. و تقریباً در همه‌جا می‌توان ردپایی از آن‌ها پیدا کرد. سؤال اینجاست که ماده‌ای که اینقدر در طبیعت و اطراف ما فراوان است چه اثراتی بر روی زندگی و سلامت ما دارد؟ در این مطلب تا حدودی به این سؤال پاسخ دادیم. دانستیم که آلکالوئید چیست و چه کاربردی در طبیعت و در زندگی انسان دارد. روزها و هفته‌هایی که گذرانده‌اید را به خاطر بیاورید؛ اخیراً از چه آلکالوئیدی استفاده کرده‌اید و چه تاثیری بر روی زندگی شما داشته است؟
