Hormony roślin (fitohormony, związki organiczne) są wskaźnikami koordynującymi procesy rozwojowe wewnątrz organizmu wielokomórkowego. Z reguły są one syntetyzowane tylko w określonych organach lub tkankach organizmu, a następnie w różny sposób wysyłane do innych tkanek i organów. Kierują one metabolizmem wszędzie gdzie występują.
Alkaloidy - to naturalne zasadowe związki organiczne pochodzenia roślinnego, występujące głównie w roślinach w postaci soli kwasów organicznych, zawierają układy cykliczne z co najmniej jednym zasadowym atomem azotu w pierścieniu, lub poza pierścieniem. Alkaloidy są związkami pierścieniowymi, często o dość skomplikowanej budowie, zawierającymi w cząsteczkach, oprócz grupy aminowej, inne grupy funkcyjne - hydroksylową, karboksylową itd. Nazwę wprowadził w 1819 r. niemiecki aptekarz Meissner, dla określenia występujących w roślinach związków zasadowych, czyli alkalicznych. Rola fizjologiczna alkaloidów w roślinach jest niejasna, mimo iż poznano drogi ich biosyntezy. Najczęściej uważa się, że pełnią one rolę naturalnych insektycydów - związków owadobójczych. Inne mogą hamować wzrost konkurujących w środowisku roślin. Ich prekursorami do biosyntezy w roślinach są aminokwasy oraz puryny i pirymidyny. Alkaloidy wykazują zwykle silne, nieraz trujące działanie fizjologiczne na organizm człowieka i zwierząt. Alkaloidy są zwykle substancjami krystalicznymi, rzadziej cieczami (np. nikotyna, koniina, sparteina). Większość jest albo bardzo słabo, albo wcale nierozpuszczalna w wodzie (łatwo rozpuszczalne są ich sole, choć zdarzają się wyjątki od tej reguły, np. kolchicyna, berberyna), natomiast bardzo łatwo rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych. Są zwykle bezbarwne. Mają gorzki smak. Sole wielu alkaloidów są barwy żółtej do pomarańczowej. Ponieważ alkaloidy mają charakter zasadowy, a sok komórkowy roślin jest słabo kwaśny, alkaloidy w tkankach roślinnych występują często w postaci soli kwasów organicznych, charakterystycznych dla danego gatunku. Nazewnictwo alkaloidów, ze względu na ich skomplikowaną budowę, jest zwykle związane z nazwą rośliny, z której są otrzymywane lub z nazwiskiem badacza, który dany związek po raz pierwszy wyizolował. Systematyka alkaloidów jest oparta na budowie szkieletu cząsteczki, w którym można wyróżnić określony układ heterocykliczny, np. pirolu, imidazolu, indolu itp.
Większość alkaloidów to związki aktywne optycznie (najczęściej izomery lewoskrętne). Dlatego w ich wzorach strukturalnych stosowane są symbole wiązań skierowanych przed lub za płaszczyznę rysunku. Ze względu na różnorodność budowy chemicznej i tworzonych przez alkaloidy naturalnych połączeń, ich ekstrakcja z materiału roślinnego i oznaczanie jest zwykle bardzo złożone i wymagające stosowania kombinacji wielu metod analitycznych. Do roślin zawierających szczególnie dużo alkaloidów należą wszystkie gatunki z rodziny amarylkowatych.
Alkaloidy właściwe są to związki, których grupa aminowa pochodzi od cząsteczki aminokwasu, po jego dekarboksylacji. Pseudoalkaloidy to roślinne zasady azotowe, których grupa aminowa ma inne pochodzenie. Natomiast szkielet węglowy cząsteczek tych związków jest związany z biosyntezą terpenów, steroidów i in. Tak zwane protoalkaloidy to związki powstałe z aminokwasów, o prostszej budowie - tzw. aminy biogenne.
Dla chemii organicznej alkaloidy przez ponad 100 lat były przedmiotem badań strukturalnych i syntetycznych. Przykładem jest morfina, wydzielona z opium w stanie czystym już w 1813, której budowa została wyjaśniona ostatecznie dopiero w roku 1952. Z fizjologicznego punktu widzenia alkaloidy są "odpadami produkcyjnymi" niebiorącymi czynnego udziału w metabolizmie komórki. Większość alkaloidów powstaje w pobliżu miejsc o największej intensywności przemiany materii, czyli wszystkich merystemów, nie znaczy to jednak, że tam jest ich najwięcej, bo np. u bielunia (Datura) najwięcej jest ich w ogonkach liściowych, a u chinowca (Cinchona) w korze. Ma to znaczenie z punktu widzenia zielarstwa, gdzie ważne jest, żeby wiedzieć jakie części roślin i kiedy zbierać. Należy zaznaczyć, że niektóre alkaloidy w czasie transportu wewnątrz roślin ulegają przemianom biochemicznym. Niektóre z alkaloidów otrzymywane są syntetycznie, a wszystkie są mniej lub bardziej trujące.
Traktowanie alkaloidów jako fizjologicznych związków wtórnych, swoistych "odpadów", powstających w cyklach biochemicznych, jest ostatnio mocno krytykowane. Coraz częściej alkaloidy są traktowane jako celowo syntetyzowane związki oddziałujące toksycznie na roślinożerców, a powstałe w wyniku koewolucji układu roślina - roślinożerca. Za tą hipotezą przemawia fakt, iż produkcja alkaloidów wymaga sporego wkładu energii, przez co jest dla roślin kosztowna. Trudno sobie wyobrazić zmiany ewolucyjne prowadzące do bezcelowego trwonienia asymilowanej energii przez tworzenie związków bezużytecznych. Dodatkowym argumentem, jest konieczność wykorzystania trudnych do pozyskania ze środowiska, atomów azotu. W wielu środowiskach, w których występują rośliny syntetyzujące alkaloidy azot jest pierwiastkiem deficytowym w glebie, a jednocześnie jest konieczny do tworzenia aminokwasów i tym samym syntezy alkaloidów. Przy takim podejściu nie dziwi fakt koncentracji tych związków w miejscach o niekoniecznie najwyższej przemianie materii, ale najbardziej narażonych na atak roślinożerców. Charakterystyczne dla alkaloidów pod względem działania na organizm zwierzęcy jest to, że przeważnie w małych ilościach wykazują one działanie lecznicze, natomiast w większych stężeniach są silnymi truciznami.
Wykorzystanie alkaloidów
Do tej pory poznano budowę ok. 6500 alkaloidów, z których ponad 100 znalazło zastosowanie w medycynie. Wszystkie alkaloidy amarylkowatych są silnie trujące, jednak stwierdzono, że mogą być surowcem do syntezy potencjalnych leków, m.in. antynowotworowych. Toksyczne alkaloidy podawane w odpowiednio małych dawkach stanowi skuteczne leki na liczne choroby i dolegliwości (np. morfina, kodeina, chinina).
W 1947 r. Proskurnina i Arieszyna wyizolowały ze śnieżyczki, Galanthus woronowii, substancję nazwaną galantaminą. Występuje ona również w innych śnieżyczkach, pozyskuje się ją też z ungerni Wiktora, Ungernia victoris. Stwierdzono, że galantamina obniża aktywność enzymu cholinesterazy, wpływając na stężenie acetylocholiny biorącej udział w przewodzeniu impulsów z komórek nerwowych do mięśni. Badano zastosowanie galantaminy w leczeniu różnych chorób neurologicznych, ostatnio choroby Alzheimera. Inny alkaloid, likoryna, wyizolowana z Crinum longifolium, jest badana pod kątem zastosowania w leczeniu nowotworów, choć w medycynie ludowej Chin, Japonii i Ameryki Centralnej stosowano preparaty z Crinum przy gorączce, bólach głowy, hemoroidach i różnych chorobach skóry. Alkaloidy wyizolowane z bulw narcyza, Narcissus tazetta, badane są jako potencjalne leki w niektórych formach białaczki. Z Pancratium littorale otrzymano pankratystatynę, również wykazującą właściwości przeciwnowotworowe.
Współcześnie (zależnie od kosztów ekonomicznych) alkaloidy pozyskuje się z natury, z hodowli tkankowej lub syntezy chemicznej. Liczne alkaloidy stanowią składniki używek (kofeina, teobromina, nikotyna). Alkaloidy wykorzystuje się też do zwalczania szkodników (strychnina). Do bardzo silnych trucizn należy tubokuraryna, występująca w Chondodendron tomentosum i używana jest do zatruwania grotów strzał przez Indian południowoamerykańskich.
Zielarski podział alkaloidów ze względu na budowę chemiczną, wraz z przykładami surowców roślinnych:
Alkaloidy zawierające atom azotu w układzie heterocyklicznym:
- Alkaloidy tropanowe - estry alkoholi tropanowych z kwasami aromatycznymi lub alifatycznymi.
-- Atropina - jest jedną z najbardziej gwałtownie działających znanych trucizn. Otrzymuje się ją przez ekstrakcję wysuszonych korzeni Aconitus napellus. Stosowana jest w medycynie jako silny środek uspokajający.
-- Hioscyjamina - główny alkaloid występujący w Atropa belladonna i wielu roślinach z rodzaju Hyoscamus. Ma postać bezbarwnych kryształów. Jest bardzo toksyczna. Jej sole (np. siarczan i bromowodorek) stosowane są w medycynie.
-- Skopolamina - (hioscyna). Występuje w wielu roślinach z rodzaju Datura. Jest to bezbarwna, syropowata ciecz lub bezbarwne kryształy. Sole (np. bromowodorek i siarczan) są krystaliczne i, podobnie jak skopolamina, stosowane w medycynie.
-- Kokaina - ma postać krystaliczną. Ekstrahowana jest z liści kilku odmian koki, w szczególności Erythroxylum coca. Otrzymywana jest również syntetycznie. Występująca na rynku surowa kokaina nigdy nie jest czysta; zawiera od 80 do 94% kokainy. W takiej postaci jest klasyfikowana do tej pozycji. Wodne roztwory kokainy mają odczyn zasadowy. Tworzy ona liczne sole. Jest silnym środkiem znieczulającym.
-- Surowce zawierające te alkaloidy: belladonnae fol., hyoscyami fol., stramonii fol.
- Alkaloidy chinolinowe - zawierają w cząsteczce układ chinoliny.
-- powstające na drodze biosyntezy z tryptofanu:
- Chinina - występująca w korze różnych roślin z rodzaju Cinchona, a zwłaszcza Cinchona officinalis, Cinchona calisaya i Cinchona succiruba. Ma postać krystalicznego, białego proszku. Chinina i jej sole porażają protoplazmę pierwotniaków znajdujących się we krwi, dzięki czemu są stosowane jako środki przeciwgorączkowe i przeciwmalaryczne.
- Chinidyna - zawarta jest w korze roślin z rodzaju Cinchona. Ma postać krystaliczną. Może być ekstrahowana z ługów po krystalizacji siarczanu chininy.
-- powstające na drodze biosyntezy z kwasu antranilowego:
- Graweolina
-- pochodne furochinoliny:
- Dyktamina
- Kokusagina
-- Surowce zawierające te alkaloidy: Cinchonae cort.
- Alkaloidy izochinolinowe - zawierają w cząsteczce układ izochinoliny
-- Typu aporfiny
- Glaucyna
- Boldyna
- Magnufloryna
-- Typu benzofenantrydyny
- Chelidonina
- Cheleretryna
- Sangwinaryna
-- Typu protoberberyny
- Protoberberyna
- Berberyna
- Koptyzyna
-- Typu protopiny
- Fumaryna
-- Typu benzyloizochinoliny
- Papaweryna
-- Typu ftalidoizochinoliny
- Narkotyna
-- Typu morfinanu
- Morfina - występuje w opium. Ma postać bezbarwnych kryształów. Jest silnym środkiem odurzającym, bardzo toksycznym.
- Kodeina - (metylomorfina, eter monometylowy morfiny). Występuje w opium obok morfiny, ma postać kryształów. Stosowana jest w zastępstwie morfiny jako środek uśmierzający ból.
- Tebaina - drugorzędowy alkaloid opium. Ma postać kryształów. Bezwonna. Toksyczna.
-- Typu emetyny
- Emetyna - występująca w korzeniach Uragoga ipecacuanha. Bezpostaciowy, biały proszek, żółknący pod wpływem światła. Stosowana jest jako środek wykrztuśny i wymiotny. Jej sole są stosowane w przypadkach czerwonki pełzakowatej.
- Cefalina
- Psychotryna
-- Surowce zawierające te alkaloidy: opium, boldo fol., chelidonii hb., fumariae hb., ipecacuanhae rad., galanthi bulbus
- Alkaloidy chinolizydynowe - zawierają w cząsteczce układ chinolizydyny
-- Cytyzyna
-- Sparteina - alkaloid występujący w krzewach janowca. Bezbarwna ciecz. Siarczan sparteiny jest stosowany jako stymulator pracy serca.
-- Surowce zawierające te alkaloidy: citisi sem.
- Alkaloidy indolowe - zawierające w cząsteczce azot w układzie heterocyklicznym, pięcioczłonowym
-- pochodne indolu
- Typu strychnos
- Strychnina - ekstrahowana z różnych roślin z rodzaju Strychnos (orzeszki wymiotne, fasola św. Ignacego). Ma postać jedwabistych kryształów. Jest silną trucizną. Tworzy krystaliczne sole, stosowane w medycynie.
- Braucyna
- Nowacyna
- Womicyna
- Typ Johimbanu
- Johimbina
- Rezerpina
- Dezerpidyna
- Typ heterojohimbanu
- Ajmalicyna
- Rezerpilina
- Typu cynchonanu
- Cynchonamina
- Chinicyna
- Typu eburnanu
- Winakamina
- Epiwinkamina
- Wincyna
- Eburnamonina
- Typu aspidospermanu
- Winakdiformina
- Minowincyna
- Winkadyna
- Typu harmanu
- Harman
- Harmina
- Harmol
-- pochodne dihydroindolu
- Ajmalina
- Raupina
-- Surowce zawierające te alkaloidy: strychni sem., yohimbe cort., rauwolfiae rad., vincae rosae fol., vincae minoris hb., passiflorae hb.
- Alkaloidy pochodne ergoliny - alkaloidy sporyszu.
-- pochodne kwasu D-lizergowego
- Ergometryna - (INN) (9,10-didehydro-N-[(S)-2-hydroksy-1-metyloetylo]-6-metyloergo-lino-8?-karboksyamid) (ergonowina). Ma postać czworościennych kryształów lub drobnych igieł. Jest stosowana jako środek przyspieszający poród, a także jako prekursor w produkcji lizergidu (INN). Ważną jej pochodną jest maleinian ergometryny; jest on również znany jako maleinian ergonowiny.
- Ergotamina - (INN) (12'-hydroksy-2'-metylo-5'?-(fenylometylo)ergotamano-3',6',18-trion). Stosowana jest jako środek zwężający naczynia oraz jako prekursor w produkcji lizergidu (INN). Główne jej pochodne to bursztynian ergotaminy i winian ergotaminy.
- Ergozyna
- Ergokrystyna
- Ergokryptyna
-- pochodne kwasu D-izolizergowego (są nieczynne farmakologicznie)
- Ergometrynina
- Ergotaminina
- Alkaloidy pirolizydynowe - estry aminoalkoholi zawierających układ pirolizydyny z kwasami alifatycznymi
-- estry nasycone
- Tussilagina
- Izotussilagina
- Neotussilagina
-- estry nienasycone
- Intermedyna
- Symfetyna
-- Surowce zawierające te alkaloidy: farfarae fol., symphyti rad.
- Alkaloidy purynowe - pochodne puryny
-- Kofeina - jest ekstrahowana z ziaren kawy, herbaty i orzeszków kola lub otrzymywana na drodze syntezy. Ma postać jedwabistych kryształów. Stosowana jest w medycynie.
-- Teobromina - ekstrahowana jest z kakao, również otrzymywana syntetycznie. Ma postać krystalicznego, białego proszku. Stosowana w medycynie jako środek moczopędny i stymulator pracy serca.
-- Teofilina - występuje w herbacie, lecz jest również otrzymywana syntetycznie. Ma postać krystaliczną, podobnie jak aminofilina (teofilino-etylenodiamina).
-- Surowce zawierające te alkaloidy: coffeae sem., theae fol., cacao sem., colae sem., mate, guarana
- Alkaloidy Imidazolowe - zawierające układ imidazolu.
-- Pilokarpina - główny alkaloid otrzymywany z Pilocarpus jaborandi. Ma postać bezbarwnej masy, brązowiejącej pod wpływem powietrza. Pilokarpina i jej sole stosowane są w medycynie (jako środek wywołujący pocenie) i w okulistyce. Jest również stosowana w emulsjach na porost włosów.
-- Surowce zawierające te alkaloidy: jaborandi fol.
- Alkaloidy pirydynowe - zawierające układ pirydyny.
-- pochodne pirydyny
- Walerianina
- Gencjalutyna
-- pochodne N-metylopirydyny
- Nikotyna - jest alkaloidem występującym w liściach tytoniu, lecz również może być otrzymywana na drodze syntezy. Jest to bezbarwna ciecz, pod wpływem powietrza zmieniająca barwę na brązową. Ma charakterystyczny, przenikliwy zapach. Jest silną zasadą i jets toksyczna; tworzy krystaliczne sole. Stosowana jest jako fungicyd i insektycyd.
- Anabazyna
-- Surowce zawierające te alkaloidy: valerianae rad., nikotinae fol.
- Alkaloidy piperydynowe - Zawierają układ piperydyny.
-- Koniina - występuje w szczwole plamistym (Conium matulatum), również otrzymywana jest syntetycznie. Jest to bezbarwna oleista, ciecz o przenikliwym zapachu. Silna trucizna. Stosowana w medycynie.
-- Lobelina
-- Kniceina
-- Surowce zawierające te alkaloidy: conii maculati fr., lobeliae hb.
- Alkaloidy terpenowe - zasady terpenowe, zawierające azot w pierścieniu.
-- Właściwe alkaloidy diterpenowe
- napelina
-- Alkaloidy norditerpenowe (mają o jeden atom węgla mniej).
- akonityna
-- Surowce zawierające te alkaloidy: aconiti tuber
- Alkaloidy steroidowe - zawierające układ steroidowy z dodatkowym pierścieniem zawierającym azot
-- Typu Veratrum - występują w roślinach z rodziny melantkowatych (melanthiaceae) np. w kłączach ciemiężycy białej (Veratrum album).
- Weratramina
- Weratrydyna
-- Typu Solanum - występują w roślinach z rodzaju solanum.
- alkaloidy typu spirosolanu - zbliżone budową do saponin steroidowych.
- Solasodyna
- Tomatydyna
- alkaloidy typu solanidanu - azot wbudowany w pierścień indolizydyny.
- Solanidyna
- Demissydyna
Alkaloidy zawierające atom azotu poza układem cyklicznym:
- pochodne tropolonu
-- Kolchicyna - występuje w roślinie Colchicum autumnale. Gumowata masa bądź też żółty proszek, kryształy lub płatki. Stosowana jest w medycynie. Bardzo toksyczna.
-- Surowce zawierające te alkaloidy: colchici sem.
- aminy aromatyczne
-- Efedryna - jest zawarta w Ephedra vulgaris, ale otrzymuje się ją również syntetycznie. Ma postać bezbarwnych kryształów. Stosowana jest w medycynie.
-- Katyna
-- Kapsaicyna
-- Surowce zawierające te alkaloidy: ephedrae hb., capsici fr.
- aminy alifatyczne
-- Cholina
-- Surowce zawierające te alkaloidy: foenugraeci sem.
- pochodne guanidyny
-- Galegina
-- Surowce zawierające te alkaloidy: galegae hb.
- alkaloidy terpenowe zawierające azot poza układem cyklicznym.
-- Taksol
-- Surowce zawierające te alkaloidy: taxi cort.
