Alkaloidi so organske spojine, ki imajo običajno bazične lastnosti. Te spojine se pojavljajo predvsem v rastlinah, redkeje pa tudi v glivah in živalih. Na človeški organizem imajo načeloma značilen učinek, pri čemer je večina izmed njih zelo strupenih.
Vendar alkaloid, ki nastane pri gnitju beljakovin, ni značilen rastlinski alkaloid, temveč kadaverin. Kadaverin je strupena organska spojina, ki nastane pri bakterijski razgradnji beljakovin in je povezana z značilnim neprijetnim vonjem razkrajajočih se organskih snovi.
Kaj je kadaverin?
Kadaverin je organska dušikova spojina, ki nastane pri gnitju beljakovin. Pri razgradnji beljakovin bakterije razgrajujejo aminokisline, pri čemer se lahko tvorijo različne aminske spojine. Kadaverin je ena izmed njih.
Njegovo nastajanje je povezano predvsem z razgradnjo aminokisline lizina. Pri bakterijski razgradnji se iz lizina odstrani karboksilna skupina, zato nastane bazični amin kadaverin.
Kadaverin spada med biogene amine. To so organske spojine, ki nastajajo v živih organizmih ali pri razgradnji njihovih tkiv in vsebujejo dušik. Čeprav se v šolskih in poljudnih virih kadaverin pogosto omenja kot alkaloid, je natančneje govoriti o biogenem aminu, ki ima nekatere lastnosti, značilne za alkaloidne snovi.
Kako nastane pri gnitju beljakovin?
Beljakovine so velike organske molekule, sestavljene iz aminokislin. Ko organizem odmre ali ko se živilska beljakovinska snov začne kvariti, jo začnejo razgrajevati mikroorganizmi.
Pri tem potekajo številne kemične reakcije:
- beljakovine se najprej razgradijo na manjše peptide;
- peptidi se nato razgradijo na posamezne aminokisline;
- bakterije aminokisline nadalje presnavljajo;
- iz nekaterih aminokislin nastanejo biogeni amini;
- pri razgradnji lizina nastane kadaverin.
Gnitje beljakovin zato ni posledica ene same kemične reakcije, temveč zapletenega delovanja številnih mikroorganizmov in njihovih encimov. Poleg kadaverina pri tem nastajajo tudi druge dušikove spojine, žveplove spojine, organske kisline in plini.
Zakaj ima gnijoča organska snov neprijeten vonj?
Kadaverin je povezan z značilnim vonjem razkrajajočega se mesa in drugih beljakovinskih tkiv. Sam neprijeten vonj gnilobe pa običajno povzroča mešanica različnih spojin, ne samo kadaverin.
Pri gnitju lahko nastajajo tudi putrescin, amonijak, vodikov sulfid in druge hlapne snovi. Putrescin je biogeni amin, ki nastane pri razgradnji aminokisline ornitina. Kadaverin in putrescin se pogosto omenjata skupaj, ker sta pomembni spojini pri razkroju beljakovinskih tkiv.
Vodikov sulfid je povezan z vonjem po gnilih jajcih, amonijak ima oster vonj, kadaverin in putrescin pa sta povezana z vonjem po razpadajočem mesu oziroma organskem tkivu.
Kadaverin in alkaloidi
Alkaloidi so organske spojine, ki imajo običajno bazične lastnosti. Njihovo ime izhaja iz latinske korenine besede "alkalijske", kar pomeni "pepel rastlin", in odraža njihov bazični značaj, čeprav nekateri alkaloidi ne kažejo bazičnih lastnosti.
V molekulah alkaloidov je prisoten aminski dušik, ki je pogosto vezan v petčlenskem ali šestčlenskem heterocikličnem obroču. Ti obroči so ključni del njihove zgradbe.
Kadaverin je prav tako dušikova organska spojina in je bazičen amin, vendar nima značilne kompleksne heterociklične zgradbe številnih rastlinskih alkaloidov. Zato ga kemijsko pravilneje uvrščamo med biogene amine.
V nekaterih starejših ali širše zastavljenih razvrstitvah se lahko kadaverin pojavi v povezavi z alkaloidnimi snovmi, vendar vprašanje o alkaloidu, ki nastane pri gnitju beljakovin, praviloma meri na kadaverin.
Razlika med kadaverinom in rastlinskimi alkaloidi
| Lastnost | Kadaverin | Rastlinski alkaloidi |
|---|---|---|
| Nastanek | Nastane pri bakterijski razgradnji beljakovin. | Alkaloide proizvajajo različni organizmi, predvsem višje razvite rastline. |
| Osnovna zgradba | Je biogeni amin, povezan z razgradnjo lizina. | Vsebujejo dušik, ki je običajno vezan v heterociklično strukturo. |
| Pojavljanje | Pojavlja se pri razkroju beljakovinskih tkiv. | Prisotni so predvsem v rastlinah, redkeje pa tudi v glivah in živalih. |
| Učinek oziroma pomen | Povezan je predvsem z neprijetnim vonjem gnilobe. | Na človeški organizem imajo načeloma značilen učinek, pri čemer je večina izmed njih zelo strupenih. |
Prave značilnosti alkaloidov
Alkaloidi imajo zelo raznoliko kemijsko zgradbo. Na splošno alkaloid vsebuje vsaj en dušikov atom v strukturi aminskega tipa, torej v strukturi, ki izhaja iz amoniaka z zamenjavo vodikovih atomov z ogljikovodikovimi skupinami.
Ta ali drug dušikov atom je lahko aktiven kot baza v kislinsko-baznih reakcijah. Ime alkaloid pomeni »alkaliju podoben«, saj te snovi podobno kot anorganske alkalije reagirajo s kislinami in tvorijo soli.
Večina alkaloidov ima enega ali več dušikovih atomov v obroču atomov, ki ga pogosto imenujemo ciklični sistem. Imena alkaloidov se običajno končajo s pripono -in, kar se nanaša na njihovo kemijsko razvrstitev med amine.
Alkaloidi, ki vsebujejo kisik, so po navadi brezbarvni kristali. Alkaloidi brez kisika pa so hlapne, brezbarvne, oljnate tekočine. Večina alkaloidov ima grenak okus, kar naj bi služilo kot obrambni mehanizem pred živalmi.
Kje se alkaloidi pojavljajo?
Alkaloidi proizvajajo različni organizmi, predvsem višje razvite rastline. Vsebnost alkaloidov v rastlini običajno znaša nekaj odstotkov celotne sestave.
Glede na vrsto rastline je največjo koncentracijo mogoče opaziti v listih, sadju, semenu, korenu ali lubju. Različna tkiva iste rastline lahko vsebujejo različne alkaloide.
Alkaloidi so široko prisotni v dvokaličnicah, redkeje pri enokaličnicah, še redkeje pri iglavcih in kriptogamnih rastlinah. Rastline iz družin Papaveraceae, Solanaceae, Rubiaceae, Ranunculaceae, Berberidaceae, Leguminosae, Oleander in Lycoriaceae so še posebej bogate z biološkimi spojinami.
Rastlina pogosto vsebuje več kot en alkaloid, vsebnost različnih delov iste rastline pa je različna. Med približno četrtino višjih rastlin naj bi bile rastline, ki vsebujejo alkaloide, pri čemer je bilo ugotovljenih več tisoč različnih vrst.
V nekaterih rastlinah se koncentracija alkaloidov poveča tik pred nastankom semen, nato pa se zmanjša, ko seme dozori. To kaže, da bi lahko alkaloidi imeli posebno biološko funkcijo, vendar pomen alkaloidov za rastlinski metabolizem še ni v celoti pojasnjen.
Zakaj rastline tvorijo alkaloide?
Sprva je bilo predlagano, da so alkaloidi preprosto odpadni proizvodi presnovnih procesov rastlin. Dokazi pa kažejo, da imajo lahko določene biološke funkcije.
Grenak okus številnih alkaloidov naj bi rastlino varoval pred rastlinojedci. Vendar so se nekatere živali razvile sposobnost za razstrupljanje teh snovi.
Po drugi strani pa številne rastline ne vsebujejo alkaloidov, kar nakazuje, da ti morda nimajo esencialne vloge pri presnovi rastlin.
Primeri znanih alkaloidov
Morfin
Morfin, imenovan tudi morfij, je glavni alkaloid v opiju in spada med tako imenovane opiate. Pridobivamo ga iz opija, posušenega mlečka nezrelih glavic vrtnega maka (Papaver somniferum).
Morfin je učinkovito in močno zdravilo proti bolečinam, vendar njegove lastnosti povzročanja odvisnosti omejujejo njegovo uporabnost.
Kodein
Kodein se prav tako nahaja v opiju. Kemijsko je monometil ester morfina.
Kodein je učinkovit analgetik, ki povzroča odvisnost manj pogosto kot morfin.
Nikotin
Nikotin vsebujejo tobak in nekateri razhudniki. Je zelo strupen. Sprva deluje poživljajoče na živčevje, nato pa ga ohromi.
Nikotin, pridobljen iz tobačne rastline (Nicotiana tabacum), je glavni alkaloid in glavna snov, ki povzroča zasvojenost s tobakom, ki se kadi v cigaretah, cigarah in pipah.
Kinin
Kinin dobijo iz skorje kininovca, izdelujejo pa ga tudi sintetično. V preteklosti je bil ključnega pomena pri zdravljenju malarije.
Kinin je močno sredstvo proti malariji, vendar so ga večinoma nadomestila manj strupena in učinkovitejša sintetična zdravila.
Atropin
Atropin je alkaloid volčje češnje (Atropa belladonna). Uporablja se v okulistiki za širitev zenice.
Zavira delovanje parasimpatika, kar pospeši srčno aktivnost ter zmanjša izločanje sline, znoja in sluzi.
Strihnin
Strihnin je zelo strupen in povzroča krče. Pridobiva se iz semen dreves iz rodu Strychnos, predvsem strihninovca, ki raste v Indiji in Jugovzhodni Aziji.
Toksični in zdravilni učinki izvlečka semen teh dreves so bili v Jugovzhodni Aziji znani že tisočletja.
Skopolamin
Skopolamin, znan tudi kot hioscin, je zelo strupen. V medicinske namene se uporablja v minimalnih odmerkih.
Znana je njegova zloraba v kriminalne namene, kjer ga uporabljajo za omamitev in oropanje žrtev. Žrtve pogosto kažejo povišano telesno temperaturo in odsotnost znojenja, kar lahko povzroči zamenjavo s psihotično epizodo.
Skopolamin se zlorablja tudi kot mamilo pri posilstvih, ko ga storilci najpogosteje stresejo v pijačo.
Drugi alkaloidi
Quinidin, ki ga pridobivajo iz rastlin rodu Cinchona, se uporablja za zdravljenje aritmij oziroma nepravilnega srčnega ritma.
Nekateri alkaloidi delujejo kot srčni ali dihalni stimulansi. Številni alkaloidi vplivajo na dihanje, vendar na zapleten način, tako da lahko po stimulaciji nastopi huda depresija dihanja.
Zdravilo lobelin iz rastline Lobelia inflata je v tem pogledu varnejše in je zato klinično uporabno.
Ergonovin iz glive Claviceps purpurea in efedrin iz vrst rodu Ephedra delujeta kot sredstva za krčenje krvnih žil.
Kokain iz rastline Erythroxylum coca je zelo močan lokalni anestetik.
Alkaloid tubokurarin je aktivna sestavina južnoameriškega puščičnega strupa kurare, pridobljenega iz rastline Chondrodendron tomentosum, in se uporablja kot mišični relaksant pri operacijah.
Dva alkaloida, vinkristin in vinblastin iz rastline Catharanthus roseus, nekdaj imenovane Vinca rosea, se pogosto uporabljata kot kemoterapevtski učinkovini pri zdravljenju številnih vrst raka.
Med alkaloide uvrščamo tudi metilksantine, ki jih predstavljajo kofein, teofilin in teobromin. Te tri oblike metilksantinov imajo različne biokemične učinke in so zastopane v različnih proporcionalnih vsebnostih v različnih rastlinah.
Alkaloidi kot strupi in droge
Nekateri alkaloidi so prepovedane droge in strupi. Mednje sodijo halucinogene droge meskalin iz vrst rodu Lophophora in psilocibin iz vrste Psilocybe mexicana.
Sintetični derivati alkaloidov morfina in lizergične kisline iz glive Claviceps purpurea proizvajajo heroin oziroma LSD.
Alkaloid koniin je aktivna sestavina strupene velike trobelike (Conium maculatum). Strihnin iz vrst rodu Strychnos je še en močan strup.
Učinek alkaloidov je lahko zelo močan. Alkaloidi delujejo na vse organske sisteme, vključno z živčevjem, srcem, krvnim obtokom, dihalnimi organi, prebavili in sečili.
Vpliv na človeški organizem
Alkaloidi delujejo na vse organske sisteme; na živčevje, srce, krvni obtok, na dihalne organe, prebavila in sečila.
Poleg tega delujejo proti revmatičnim vnetjem in putiki ter stimulirajo imunski sistem.
Ker imajo različni alkaloidi različne kemijske strukture in učinkujejo na različne receptorje oziroma biološke procese, se njihovi učinki močno razlikujejo. Ista snov je lahko v majhnem, nadzorovanem odmerku zdravilna učinkovina, v večjem odmerku pa nevaren strup.
Izolacija in prepoznavanje alkaloidov
Zaradi strukturne raznolikosti alkaloidov ne obstaja ena sama metoda pridobivanja iz naravnih surovin. Večina rastlin vsebuje več alkaloidov. Najprej se izloči njihova mešanica, nato pa se posamezni alkaloidi ločijo.
Večinoma so alkaloidi prisotni v obliki soli organskih kislin ali pa se pretvorijo v baze. Alkaloidi običajno obstajajo v celičnem soku rastlin tako, da se združijo z različnimi organskimi kislinami in tvorijo soli.
Alkaloidi s šibkimi bazami so slabo topni v vodi, vendar zlahka topni v organskih topilih. Lahko se raztopijo tudi v vodni raztopini razredčene kisline in tvorijo soli. Alkaloidne soli so bolj topne v vodi kot v organskih topilih.
V rastlinskem tkivu se zato lahko razlikujejo medsebojno topnost, kemijska oblika in razporeditev posameznih alkaloidov. Pri laboratorijskem pridobivanju se izkoristijo razlike v topnosti, nato pa se zmesi dodatno ločijo in očistijo.
V večini primerov se rastlinsko tkivo obdela tako, da nastanejo vodne raztopine alkaloidov. Alkaloidi se nato iz raztopine pridobijo s postopkom, imenovanim ekstrakcija, pri katerem se nekatere sestavine zmesi raztopijo z reagenti.
Za učinkovito kvantitativno analizo alkaloidov se lahko uporabljata visokozmogljiva tankoplastna kromatografija in sorodne tehnike.
Zgodovina raziskovanja alkaloidov
Ljudje so že od antičnih časov uporabljali rastline, ki vsebujejo alkaloide, v terapevtske in rekreativne namene. Zdravilne rastline so bile znane v Mezopotamiji že leta 2000 pr. n. št.
V Homerjevi Odiseji je opisano, kako je bila egiptovski kraljici dana zdravilna droga, ki povzroča pozabo.
Študija alkaloidov se je začela v 19. stoletju. Nemški farmacevt Friedrich Sertürner je bil leta 1804 prvi, ki je izoliral morfin iz opija.
Prva popolna sinteza alkaloida je bila dosežena leta 1886. Kemični razvoj alkaloidov v 20. stoletju je pospešil nastanek spektrofotometričnih in kromatografskih metod.
Leta 1819 je nemški kemik Carl F. W. Meissner prvi predstavil izraz »alkaloidi«. Izraz se je začel širše uporabljati šele po objavi članka O. Jacobsena v kemičnem slovarju Alberta Ladenburga leta 1880.
Enkratnega načina poimenovanja alkaloidov ne obstaja.
Tankoplastna kromatografija
Pomembno varnostno opozorilo
Večina alkaloidov ima močno biološko delovanje, nekateri pa so zelo strupeni. Rastlin, semen, korenin, lubja ali izvlečkov, ki vsebujejo neznane alkaloide, ni varno uživati ali uporabljati kot zdravila brez strokovnega nadzora.
Pri sumu na zastrupitev, zaužitju neznane rastline ali stiku z nevarnim rastlinskim izvlečkom je treba takoj poiskati nujno medicinsko pomoč.
Odgovor na vprašanje je: kadaverin. Natančneje je kadaverin biogeni amin, ki nastane pri bakterijski razgradnji beljakovin, zlasti pri razgradnji lizina, in je povezan z značilnim vonjem gnilobe.