قلويدات: التركيب ، التركيب الحيوي ، التصنيف والاستخدامات - مادة الاحياء - 2025

و قلويدات هي عبارة عن جزيئات تحتوي على الكربون والنيتروجين الذرات في التركيب الجزيئي، والتي تشكل عادة المجمعات حلقات. مصطلح قلويد ، الذي اقترحه لأول مرة الصيدلي دبليو ميسنر في عام 1819 ، يعني "مشابه للقلوي".

تشير كلمة قلوي إلى قدرة الجزيء على امتصاص أيونات الهيدروجين (البروتونات) من الحمض. تم العثور على القلويدات كجزيئات فردية ، لذلك فهي صغيرة ويمكن أن تمتص أيونات الهيدروجين وتحولها إلى قاعدة.

التخليق الحيوي للقلويدات

بعض القواعد الشائعة تشمل الحليب ، وكربونات الكالسيوم في مضادات الحموضة ، أو الأمونيا في منتجات التنظيف. القلويات تنتجها بعض الكائنات الحية ، وخاصة النباتات. ومع ذلك ، فإن دور هذه الجزيئات في النباتات غير واضح.

بغض النظر عن دورها في النباتات ، فإن العديد من القلويدات لها استخدامات في الطب للإنسان. مسكنات الألم المشتقة من نبات الخشخاش ، مثل المورفين ، موجودة منذ عام 1805. مثال آخر هو الكينين المضاد للملاريا ، الذي تستخدمه القبائل في منطقة الأمازون لأكثر من 400 عام.

Papaver somniferum أو نبات الخشخاش

بناء

التركيبات الكيميائية للقلويدات متغيرة للغاية. بشكل عام ، يحتوي القلويد على ذرة نيتروجين واحدة على الأقل في هيكل يشبه الأمين ؛ أي مشتق من الأمونيا عن طريق استبدال ذرات الهيدروجين بمجموعات الهيدروجين والكربون تسمى الهيدروكربونات.

يمكن أن تكون ذرة النيتروجين هذه أو غيرها نشطة كقاعدة في التفاعلات الحمضية القاعدية. تم تطبيق الاسم قلويد في الأصل على هذه المواد لأنها ، مثل القلويات غير العضوية ، تتفاعل مع الأحماض لتشكيل الأملاح.

تحتوي معظم القلويدات على واحدة أو أكثر من ذرات النيتروجين كجزء من حلقة من الذرات ، وغالبًا ما تسمى نظام الحلقة. تنتهي أسماء Alkaloid عمومًا باللاحقة "-ina" ، في إشارة إلى تصنيفها الكيميائي كأمينات.

التخليق الحيوي

يتضمن التخليق الحيوي للقلويدات في النباتات العديد من الخطوات الأيضية التي يتم تحفيزها بواسطة إنزيمات تنتمي إلى مجموعة واسعة من عائلات البروتين ؛ لهذا السبب ، فإن مسارات التخليق الحيوي للقلويد معقدة إلى حد كبير.

ومع ذلك ، من الممكن التعليق على بعض العموميات. هناك عدد قليل من الفروع الرئيسية في التركيب القلوي بما في ذلك:

التخليق الحيوي للقلويدات التروبان والنيكوتين

في هذه المجموعة من القلويات ، يتم إجراء التخليق الحيوي من مركبي L-Arginine و Ornithine. هذه تخضع لعملية نزع الكربوكسيل بوساطة إنزيمات كل منها: أرجينين ديكاربوكسيلاز وأورنيثين ديكاربوكسيلاز.

ناتج هذه التفاعلات هو جزيئات بوتريسين. باتباع خطوات أخرى ، بما في ذلك نقل مجموعات الميثيل ، يتم إنتاج مشتقات النيكوتين (مثل النيكوتين) ومشتقات التروبان (مثل الأتروبين والسكوبولامين).

التخليق الحيوي لقلويدات بنزيل إيسوكينولين

يبدأ تخليق قلويدات البنزيل أيزوكينولين من جزيئات L-tyrosine ، التي يتم نزع الكربوكسيل منها بواسطة إنزيم التيروزين ديكاربوكسيلاز لإحداث جزيئات التيرامين.

يستخدم إنزيم norcoclaurin synthase التيرامين المنتج في الخطوة السابقة و L-DOPA لتشكيل جزيئات النوركوكلورين ؛ يخضعون لسلسلة أخرى من ردود الفعل المعقدة لإحداث قلويدات بربارين ، مورفين وكوديين.

التخليق الحيوي لقلويدات الإندول التربنيك

يتم تصنيع هذه المجموعة من القلويات من طريقين: أحدهما يبدأ من L-tryptophan والآخر من geraniol. منتجات هذه المسارات هي التربتامين وسيكولاغانين ، وهذه الجزيئات هي الركيزة لإنزيم سينثيز ستريكتوسيدين ، الذي يحفز تخليق ستريكتوسيدين.

يتم إنتاج قلويدات الإندول التربنيك المختلفة من الستريكتوسيدين ، مثل أجماليسين ، كاتارانتين ، سربنتين ، فينبلاستين ؛ هذا الأخير قد استخدم في علاج مرض هودجكين.

في مجالات الكيمياء الحيوية الهيكلية ، والبيولوجيا الجزيئية والخلوية ، وتطبيقات التكنولوجيا الحيوية ، كان توصيف إنزيمات التخليق الحيوي القلوية الجديدة محور البحث في السنوات الأخيرة.

تصنيف

نظرًا لتنوعها وتعقيدها الهيكلي ، يمكن تصنيف القلويات بطرق مختلفة:

حسب أصله التخليقي

وفقًا لأصلها التخليقي الحيوي ، يتم تصنيف القلويدات إلى ثلاث مجموعات كبيرة:

قلويدات حقيقية

وهي تلك المشتقة من الأحماض الأمينية ولها ذرة النيتروجين كجزء من الحلقة الحلقية غير المتجانسة. على سبيل المثال: hygrine والكوكايين والفيزوستيغمين.

البروتوالكالويدس

وهي مشتقة أيضًا من الأحماض الأمينية ، لكن النيتروجين ليس جزءًا من الحلقة الحلقية غير المتجانسة. على سبيل المثال: الايفيدرين والكولشيسين.

القلويدات الكاذبة

وهي عبارة عن قلويدات لا تشتق من الأحماض الأمينية والنيتروجين جزء من التركيب الحلقية غير المتجانسة. على سبيل المثال: أكونيتين (قلويد تربينيك) وسولانيدين (قلويد ستيرويدي).

حسب سلفه الوراثي الحيوي

في هذا التصنيف ، يتم تجميع القلويدات اعتمادًا على الجزيء الذي يبدأ منه تركيبها. وبالتالي ، هناك قلويدات مشتقة من:

- لام فينيلالانين.

- L- تيروزين.

- إل تريبتوفان.

- L- الأورنيثين.

- L- ليسين.

- إل-هيستيدين.

- حمض النيكيتون.

- حمض انثرانيليك.

- قواعد أرجوانية.

- استقلاب تيربينيك.

حسب تركيبته الكيميائية أو النواة الأساسية

- بيروليدين.

- بيريدين - بيروليدين.

- ايزوكينولين.

- إيميدازول.

- بيبيريديني.

- بيريدين - بيبيريدين.

- كينولين.

- بورينا.

- تروبان.

- إندول .

التطبيقات

القلويات لها استخدامات وتطبيقات متعددة ، سواء في الطبيعة أو في المجتمع. في الطب ، يعتمد استخدام القلويدات على التأثيرات الفسيولوجية التي تسببها في الجسم ، وهي مقياس لسمية المركب.

كونها جزيئات عضوية تنتجها كائنات حية ، تمتلك القلويات القدرة الهيكلية على التفاعل مع الأنظمة البيولوجية والتأثير بشكل مباشر على فسيولوجيا الكائن الحي. قد تبدو هذه الخاصية خطيرة ، ولكن استخدام قلويدات بطريقة خاضعة للرقابة مفيد للغاية.

على الرغم من سميتها ، فإن بعض القلويات مفيدة عند استخدامها بالجرعات الصحيحة. يمكن أن تسبب الجرعة الزائدة ضررًا وتعتبر سامة للجسم.

يتم الحصول على القلويدات بشكل رئيسي من الشجيرات والأعشاب. يمكن العثور عليها في أجزاء مختلفة من النبات ، مثل الأوراق ، والساق ، والجذور ، إلخ.

يمكن استخدام قلويدات كأدوية

بعض القلويدات لها نشاط دوائي كبير. هذه التأثيرات الفسيولوجية تجعلها ذات قيمة كأدوية لعلاج بعض الاضطرابات الخطيرة.

على سبيل المثال: يستخدم فينكريستين من فينكا روزوس كدواء مضاد للسرطان ، والإيفيدرين من الإيفيدرا ديساتشيا يستخدم لتنظيم ضغط الدم.

ومن الأمثلة الأخرى الكوارينا ، الموجود في curare وهو مرخٍ قوي للعضلات ؛ الأتروبين ، الذي يستخدم لتوسيع التلاميذ. الكوديين ، الذي يستخدم كمثبط للسعال ؛ وقلويدات الإرغوت ، والتي تستخدم لتخفيف الصداع النصفي ، من بين أشياء أخرى كثيرة.

يمكن استخدام القلويات كمخدرات

العديد من المؤثرات العقلية ، التي تعمل على الجهاز العصبي المركزي ، هي قلويدات. على سبيل المثال ، يعتبر المورفين من الأفيون (Papaver somniferum) دواءً ومسكنًا للآلام. ثنائي إيثيلاميد حمض الليسرجيك ، المعروف باسم LSD ، هو مادة قلويد ومخدر.

تم استخدام هذه المخدرات منذ القدم كأدوات للإثارة الذهنية والنشوة ، على الرغم من أنها تعتبر ضارة وفقًا للطب الحديث.

يمكن استخدام قلويدات كمبيدات للآفات وطاردات

معظم المبيدات الطبيعية والمواد الطاردة للحشرات مشتقة من النباتات ، حيث تمارس وظيفتها كجزء من نظام الدفاع الخاص بالنبات ضد الحشرات أو الفطريات أو البكتيريا التي تصيبها. هذه المركبات بشكل عام قلويدات.

كما ذكر أعلاه ، فإن هذه القلويدات سامة بطبيعتها ، على الرغم من أن هذه الخاصية تعتمد بشكل كبير على التركيز.

على سبيل المثال ، يستخدم البيريثرين كطارد للحشرات بتركيز قاتل للبعوض ولكن ليس للبشر.

يمكن استخدام القلويات في البحث العلمي

بسبب تأثيرها المحدد على الجسم ، تستخدم القلويدات على نطاق واسع في الدراسات العلمية. على سبيل المثال ، يمكن أن يتسبب الأتروبين القلوي في تمدد حدقة العين.

لذلك ، لتقييم ما إذا كانت مادة جديدة لها تأثيرات متشابهة أو معاكسة ، يتم مقارنتها بتأثير الأتروبين.

تمت دراسة بعض القلويدات باهتمام كبير بسبب خصائصها المضادة للأورام ، مثل فينبلاستين وفينكريستين.

تشمل قلويدات أخرى مهمة في البحث العلمي الكينين والكوديين والنيكوتين والمورفين والسكوبولامين والريزيربين وغيرها.

المراجع

1. كورديل ، ج. (2003). القلويات: الكيمياء والبيولوجيا ، المجلد 60 (الطبعة الأولى). إلسفير.
2. De Luca، V.، & St Pierre، B. (2000). الخلية والبيولوجيا التطورية للتخليق الحيوي للقلويد. الاتجاهات في علم النبات ، 5 (4) ، 168-173.
3. Facchini ، PJPJ (2001). التخليق القلوي الحيوي في النباتات: الكيمياء الحيوية ، وبيولوجيا الخلية ، والتنظيم الجزيئي ، وتطبيقات هندسة التمثيل الغذائي. المراجعة السنوية لبيولوجيا النبات ، 52 (1) ، 29-66.
4. كوتشان ، تي إم (1995). التخليق الحيوي القلوي أساس الهندسة الأيضية للنباتات الطبية. الخلية النباتية على الإنترنت ، 7 (7) ، 1059-1070.
5. بيليتير ، س. (1983). قلويدات: منظورات كيميائية وبيولوجية ، المجلد 11 (1 ^شارع). وايلي.
6. روبرتس ، م. (2013). قلويدات: الكيمياء الحيوية ، علم البيئة ، والتطبيقات الطبية. Springer Science & Business Media.
7. وينكيرت ، إي. (1959). التخليق الحيوي قلويد. الخبرة ، الخامس عشر (5) ، 165-204.
8. زيجلر ، ج. ، وفاشيني ، بي جيه (2008). التخليق الحيوي القلوي: التمثيل الغذائي والاتجار. المراجعة السنوية لبيولوجيا النبات ، 59 (1) ، 735-769.