ALKALOID: STRUKTUR, BIOSINTESIS, KLASIFIKASI DAN PENGGUNAAN - BIOLOGI - 2026

The alkaloid adalah molekul yang mengandungi atom karbon dan nitrogen dalam struktur molekul, yang biasanya membentuk kompleks cincin. Istilah alkaloid, yang pertama kali dicadangkan oleh ahli farmasi W. Meissner pada tahun 1819, bermaksud "serupa dengan alkali."

Kata alkali merujuk kepada kemampuan molekul untuk menyerap ion hidrogen (proton) dari asid. Alkaloid dijumpai sebagai molekul individu, sehingga kecil dan dapat menyerap ion hidrogen, mengubahnya menjadi basa.

Biosintesis alkaloid

Beberapa asas yang biasa termasuk susu, kalsium karbonat dalam antasid, atau amonia dalam produk pembersih. Alkaloid dihasilkan oleh beberapa makhluk hidup, terutamanya tumbuh-tumbuhan. Walau bagaimanapun, peranan molekul ini dalam tumbuhan tidak jelas.

Terlepas dari peranannya dalam tumbuh-tumbuhan, banyak alkaloid mempunyai kegunaan dalam perubatan untuk manusia. Penghilang rasa sakit yang berasal dari tanaman poppy, seperti morfin, telah ada sejak tahun 1805. Contoh lain adalah antinimalari quinine, yang telah digunakan oleh suku di Amazon selama lebih dari 400 tahun.

Papaver somniferum, atau tanaman poppy

Struktur

Struktur kimia alkaloid sangat berubah-ubah. Secara amnya, alkaloid mengandungi sekurang-kurangnya satu atom nitrogen dalam struktur seperti amina; iaitu turunan ammonia dengan menggantikan atom hidrogen dengan kumpulan hidrogen-karbon yang disebut hidrokarbon.

Ini atau atom nitrogen lain boleh aktif sebagai asas dalam tindak balas asid-basa. Nama alkaloid pada awalnya digunakan untuk bahan ini kerana, seperti alkali bukan organik, mereka bertindak balas dengan asid untuk membentuk garam.

Sebilangan besar alkaloid mempunyai satu atau lebih atom nitrogennya sebagai sebahagian daripada cincin atom, yang sering disebut sistem cincin. Nama alkaloid umumnya berakhir pada akhiran "-ina", rujukan untuk klasifikasi kimianya sebagai amina.

Biosintesis

Biosintesis alkaloid pada tumbuhan melibatkan banyak langkah metabolik, yang dikatalisis oleh enzim yang dimiliki oleh pelbagai keluarga protein; atas sebab ini, laluan biosintesis alkaloid sangat kompleks.

Walau bagaimanapun, adalah mungkin untuk mengulas beberapa perkara umum. Terdapat beberapa cabang utama dalam sintesis alkaloid termasuk:

Biosintesis alkaloid tropan dan nikotinik

Dalam kumpulan alkaloid ini, biosintesis dilakukan dari sebatian L-Arginine dan Ornithine. Ini menjalani proses dekarboksilasi yang dimediasi oleh enzim masing-masing: arginine decarboxylase dan ornithine decarboxylase.

Hasil tindak balas ini adalah molekul putrecine. Mengikuti langkah lain, termasuk pemindahan kumpulan metil, derivatif nikotinik (seperti nikotin) dan turunan tropan (seperti atropin dan scopolamine) dihasilkan.

Biosintesis alkaloid benzylisoquinoline

Sintesis alkaloid benzil isokinolin bermula dari molekul L-tirosin, yang di-dekarboksilasi oleh enzim tirosin dekarboksilase untuk menghasilkan molekul tiramina.

Enzim norcoclaurin synthase menggunakan tiramina yang dihasilkan pada langkah sebelumnya dan L-DOPA untuk membentuk molekul norcoclaurin; mereka menjalani satu lagi siri reaksi kompleks untuk menimbulkan alkaloid berberine, morfin dan codeine.

Biosintesis alkaloid terpen indole

Kumpulan alkaloid ini disintesis dari dua laluan: satu yang bermula dari L-triptofan dan satu lagi dari geraniol. Produk dari laluan ini adalah tryptamine dan secolaganine, molekul-molekul ini adalah substrat untuk enzim strectosidine synthase, yang menjadi pemangkin sintesis سختosidin.

Alkaloid terpena inden yang berbeza dihasilkan dari strectosidine, seperti ajmalicine, catarantine, serpentine dan vinblastine; yang terakhir telah digunakan dalam rawatan penyakit Hodgkin.

Dalam bidang biokimia struktur, biologi molekul dan selular, dan aplikasi bioteknologi, pencirian enzim biosintetik alkaloid baru menjadi tumpuan penyelidikan dalam beberapa tahun terakhir.

Pengelasan

Oleh kerana kepelbagaian dan kerumitan strukturnya, alkaloid dapat dikelaskan dalam pelbagai cara:

Mengikut asal-usul biosintetiknya

Mengikut asal-usul biosintesisnya, alkaloid dikelaskan kepada tiga kumpulan besar:

Alkaloid benar

Mereka adalah yang berasal dari asid amino dan mempunyai atom nitrogen sebagai sebahagian daripada cincin heterosiklik. Contohnya: hygrine, kokain dan physostigmine.

Protoalkaloid

Mereka juga berasal dari asid amino, tetapi nitrogen bukan sebahagian daripada cincin heterosiklik. Contohnya: ephedrine dan colchicine.

Pseudoalkaloid

Mereka adalah alkaloid yang tidak berasal dari asid amino dan nitrogen adalah sebahagian daripada struktur heterosiklik. Contohnya: aconitine (terpenic alkaloid) dan solanidine (steroidal alkaloid).

Menurut prekursor biogenetiknya

Dalam klasifikasi ini alkaloid dikelompokkan bergantung pada molekul dari mana sintesisnya bermula. Oleh itu, terdapat alkaloid yang berasal dari:

- L-Phenylalanine.

- L-Tirosin.

- L-Tryptophan.

- L-Ornithine.

- L-Lisin.

- L-Histidine.

- Asid nikotinik.

- Asid antranilik.

- Pangkalan ungu.

- Metabolisme terpenik.

Mengikut struktur kimianya atau inti asas

- Pirolidin.

- Pyridine-Pyrrolidine.

- Isoquinoline.

- Imidazole.

- Piperidine.

- Pyridine-Piperidine.

- Quinoline.

- Purina.

- Tropane.

- Indole .

Permohonan

Alkaloid mempunyai banyak kegunaan dan aplikasi, baik di alam dan di masyarakat. Dalam perubatan, penggunaan alkaloid didasarkan pada kesan fisiologi yang ditimbulkannya dalam badan, yang merupakan ukuran ketoksikan sebatian.

Sebagai molekul organik yang dihasilkan oleh makhluk hidup, alkaloid mempunyai keupayaan struktur untuk berinteraksi dengan sistem biologi dan secara langsung mempengaruhi fisiologi organisma. Bahan ini mungkin kelihatan berbahaya, tetapi penggunaan alkaloid dengan cara terkawal sangat berguna.

Walaupun ketoksikannya, sebilangan alkaloid sangat berguna apabila digunakan dalam dos yang betul. Dos yang berlebihan boleh menyebabkan kerosakan dan dianggap beracun bagi tubuh.

Alkaloid diperoleh terutamanya dari pokok renek dan tumbuhan. Mereka boleh dijumpai di pelbagai bahagian tanaman, seperti daun, batang, akar, dll.

Alkaloid boleh digunakan sebagai ubat

Sebilangan alkaloid mempunyai aktiviti farmakologi yang ketara. Kesan fisiologi ini menjadikannya berharga sebagai ubat untuk menyembuhkan beberapa gangguan serius.

Contohnya: Vincristine dari Vinca roseus digunakan sebagai ubat antikanker, dan efedrin dari Ephedra distachya digunakan untuk mengatur tekanan darah.

Contoh lain termasuk curarina, yang terdapat di curare dan merupakan penenang otot yang kuat; atropin, yang digunakan untuk melebarkan murid; codeine, yang digunakan sebagai penekan batuk; dan alkaloid ergot, yang digunakan untuk melegakan sakit kepala migrain, antara lain.

Alkaloid boleh digunakan sebagai narkotik

Banyak bahan psikotropik, yang bertindak pada sistem saraf pusat, adalah alkaloid. Contohnya, morfin dari candu (Papaver somniferum) dianggap sebagai ubat dan ubat penahan sakit. Diethylamide asid lisergik, lebih dikenali sebagai LSD, adalah alkaloid dan ubat psychedelic.

Narkotik ini telah digunakan sejak zaman kuno sebagai alat untuk kegembiraan mental dan euforia, walaupun dianggap berbahaya menurut perubatan moden.

Alkaloid boleh digunakan sebagai racun perosak dan penghalau

Sebilangan besar racun perosak dan penghalau semula jadi berasal dari tumbuhan, di mana mereka menjalankan fungsinya sebagai sebahagian daripada sistem pertahanan tanaman itu sendiri terhadap serangga, kulat atau bakteria yang mempengaruhinya. Sebatian ini secara amnya alkaloid.

Seperti disebutkan di atas, alkaloid ini beracun, walaupun sifat ini sangat bergantung kepada kepekatan.

Sebagai contoh, pyrethrin digunakan sebagai penghalau serangga, pada kepekatan yang mematikan nyamuk tetapi tidak pada manusia.

Alkaloid boleh digunakan dalam penyelidikan saintifik

Oleh kerana kesan khusus mereka pada tubuh, alkaloid banyak digunakan dalam kajian saintifik. Contohnya, atropin alkaloid boleh menyebabkan murid melebar.

Oleh itu, untuk menilai sama ada bahan baru mempunyai kesan yang serupa atau sebaliknya, ia dibandingkan dengan kesan atropin.

Beberapa alkaloid dikaji dengan penuh minat kerana sifat antitumornya, seperti vinblastine dan vincristine.

Alkaloid penting lain dalam penyelidikan saintifik termasuk kina, kodin, nikotin, morfin, scopolamine, dan reserpine, antara lain.

Rujukan

1. Cordell, G. (2003). The Alkaloids: Kimia dan Biologi, Jilid 60 (edisi pertama). Elsevier.
2. De Luca, V., & St Pierre, B. (2000). Biologi sel dan biologi perkembangan biosintesis alkaloid. Trend Sains Tanaman, 5 (4), 168–173.
3. Facchini, PJPJ (2001). Biosintesis alkaloid dalam tumbuhan: biokimia, biologi sel, peraturan molekul, dan aplikasi kejuruteraan metabolik. Kajian Tahunan Biologi Tumbuhan, 52 (1), 29–66.
4. Kutchan, TM (1995). Biosintesis Alkaloid Asas Kejuruteraan Metabolik Tumbuhan Ubat. The Cell Cell Dalam Talian, 7 (7), 1059-1070.
5. Pelletier, S. (1983). Alkaloid: Perspektif Kimia dan Biologi, Jilid 11 (1 ^st ). Wiley.
6. Roberts, M. (2013). Alkaloid: Aplikasi Biokimia, Ekologi, dan Perubatan. Springer Science & Business Media.
7. Wenkert, E. (1959). Biosintesis Alkaloid. EXPERIENTIA, XV (5), 165–204.
8. Ziegler, J., & Facchini, PJ (2008). Biosintesis Alkaloid: Metabolisme dan Pemerdagangan Manusia. Kajian Tahunan Biologi Tumbuhan, 59 (1), 735–769.