مقاله الكالوئيد (گیاه شناسي)

دسته بندي : فنی و مهندسی » کشاورزی و زراعت
مقاله الكالوئيد (گياه شناسي) در 18 صفحه ورد قابل ويرايش

فهرست مطالب
عنوان صفحه

مقدمه..................................................................................................................... 1

تعريف امروزي الكالوئيد....................................................................................... 1

نقش هاي الكالوئيد در گياه.................................................................................... 2

محل بيوسنتز الكالوئيدها....................................................................................... 3

عوامل موثر بر ميزان الكالوئيد.............................................................................. 3

طبقه بندي الكالوئيدها............................................................................................ 4

فاكتورهاي موثر بر مقدار الكالوئيد....................................................................... 7

انتقال الكالوئيدها.................................................................................................... 8

ويژگي هاي برخي از الكالوئيدها........................................................................... 9

بيوسنتز الكالوئيدهاي تروپاني............................................................................... 10

بيوسنتز الكالوئيدهاي پيروليزيدين......................................................................... 11

الكالوئيدهاي ايزوكوئينولين................................................................................... 13

الكالوئيدهاي پوريني.............................................................................................. 18


مقدمه:

الكالوئيد‌ها متابوليت‌هاي پيچيده‌اي هستند كه توسط گياهان توليد مي‌شوند و به حفاظت آنها در برابر آسيب‌ها كمك مي‌كنند. الكالوئيدها مي‌توانند خواص دارويي و مخدر داشته باشند و با سمي باشند. مرگ سقراط به علت استفاده از شوكران بود كه حاوي الكالوئيد كونين مي‌باشد. كلوپاترا عصاره گياه هيوسياموس را براي زيبايي چهره‌اش استفاده مي‌كرد. مورفين اولين الكالوئيدي بود كه شناسايي شد و همينطور اولين بار بود كه تركيب نيتروژن داري از گياه استخراج شده بود كه قليايي بود.

تعريفي كه نخستين بار در خصوص الكالوئيد ارائه شده عبارت بود از: تركيبي داراي ساختمان ملكولي پيچيده كه واجد يك اتم نيتروژن به عنوان بخشي از سيستم هتروسايكليك باشند كه منشاء گياهي دارد و واجد خواص دارويي نيز باشد اما بعدها مشاهده شد كه برخي الكالوئيد‌ها مثل كلشي سين يا مزكالين داراي نيتروژن به عنوان بخشي از سيستم هتروسايكليك نيستند و بدين ترتيب تعريف جديدي از الكالوئيد ارائه شده كه عبارتست از: تركيبات آسيكليكي كه داراي نيتروژن در جايگاه اكسيداسيون منفي هستند و در تعدادي از ارگانيسم‌هاي زنده وجود دارند.

تعريف امروزي الكالوئيد:

فرآوردهاي ثانويه متابوليسم گياهي هستند كه موادي قليايي، داراي يك يا چند اتم، نيتروژن در حلقه هتروسيكل مي‌باشند و برخي به دلايل اثرات فيزيولوژيكي خود مصرف پزشكي دارند.


تكامل (ديدگاه فيلوژني)

الكالوئيد‌ها در گياهان پست وجود ندارد. (تالوفيت ها) در قارچ‌ها الكالوئيدهاي واجد سولفور و انواع الكالوئيدهاي آنتي بيوتيكي شناخته شده است. در نهانزادان آوندي خصوصاً دم اسبيان و پنجه گرگيان الكالوئيدها وجود دارند. در بازدارندگان الكالوئيد افدرين در گياه ريش‌بزي و الكالوئيد تاكسول در گياه سرخدار وجود دارد. در نهاندانگان دو لپه تيره‌هاي خشخاش، آلاله، سيب زميني و زرشك غني از آلكالوئيد هستند و در تك لپه ها تيره هاي آلاله و نرگس.

نقش الكالوئيدها در گياه:

1) بدليل مزه تلخ و خاصيت سمي سبب محافظت گياهان در برابر علفخوارها و پاتوژنها مي‌شوند.

2) داراي اثرات شبه هورموني هستند و مي‌توانند تنظيم كننده رشد گياهان باشند. مثلاً‌ نوروهيوسيامين اثر شبه پروژستروني دارد.

3) با جانشيني بجاي قلياهاي معدني موجب توازن يوني شده و يا با جانشيني كاتيونهاي خاك باعث جذب آنيونها مي‌شوند.

4) بعنوان منبع ذخيره نيتروژن هستند، اما هنوز اينكه در شرايط فقر نيتروژن خاك بتوانند وارد متابوليسم گياه شوند ثابت نشده است.

5) الكالوئيدها باعث از بين رفتن مواد زايد و ازت داري كه محصولات جانبي متابوليسم گياهان هستند و ممكنست مضر باشند مي گردند.

6) موجب غير فعال شده راديكال آزاد اكسيژن مي‌گردند. (بروسين و استريكنين)

در نواحي با تابش بالاي فرابنفش گياهان تجمع بالايي از الكالوئيدها دارند.

7) برخي از الكالوئيدها جزء رنگيزه‌ها هستند و در جذب حشرات به گرده افشاني كمك مي‌كنند. (پتريدين و بتالين)

مكان بيوسنتر و ذخيره الكالوئيدها در گياهان:

معمولاً الكالوئيدها در ريشه سنتز شده سپس به اندامهاي هوايي منتقل مي‌شوند و گاهي در جريان انتقال دچار تغييرات شيميايي در ساختارشان مي گردند. الكالوئيدها در واكوئل‌هاي بافت‌هاي جوان متمركز مي‌شوند و معمولاً‌ در سلولهاي بسيار جواني كه هنوز واكوئلي نشده‌اند وجود ندارد. الكالوئيدها مي‌توانند از غشاهاي زيستي نفوذ كنند و انتقال آنها بدرون واكوئل از طريق انتشار است. الكالوئيدها ممكنست در اندامهاي مختلف گياه موجود باشند:

دانه (سورنجان)، ميوه (فلفل سياه)، برگ (تاتوره)، ريشه (اقونيطون)، پوست (انار)، ريزوم (بهارك)، ساقه (ويتاريا)، جوانه (بنگ دانه)، پوشينه (خشخاش).

اثر عوامل مختلف بر ميزان الكالوئيد:

توليد الكالوئيدها تحت تاثير 2 عامل اصلي قرار مي گيرد: 1. وراثت 2. عوامل محيطي (زيستي و غير زيستي) اثرات عوامل ژنتيكي هم بصورت كيفي مي‌تواند باشد و هم كمي. يعني هم مقدار سنتز الكالوئيد و هم نوع الكالوئيدي كه سنتز مي‌شود تحت تاثير وراثت است. اما اثر عوامل محيطي بيشتر كمي است مقدار توليد الكالوئيد در گياهان نواحي مرطوب بيشتر از نواحي خشك است، چون در خاك نواحي مرطوب درصد ازت بيشتر است.

طبقه بندي الكالوئيدها:

طبقه بندي مختلفي در مورد الكالوئيدها ارائه شده كه رايجترين آن الكالوئيدها را به 2 گروه غيرهترو سيكليك (پروتوالكالوئيدها يا آمين‌هاي زيستي) هتروسيكليك تقسيم مي‌دهند. دسته اخير بر اساس هسته شيميايي موجود در ساختمان خود به 14 گروه تقسيم بندي مي‌شوند.

الف) الكالوئيدهاي غير هتروسيكليك: مثال: مزكالين، افدرين، كلشي سين.

ب) الكالوئيدهاي هتروسيكليك: شامل 14 گروه زير مي شود:

1) پيرول و پيروليدين مثال: هيگرين، استارچيدين 2) پيروليزيدين مثال: سيمفينين، سنسيونين 3) پيريدين و پيپريدين مثال: نيكوتين، پيپرين 4) تروپال مثال: هيوسيامين، آتروپين، هيوسين 5) كوئينولين مثال: كوئينين، كوئينيدين، كاسپارين 6) ايزوكوئينولين مثال: پاپاورين، كودئين، مورفين 7) آتروفين مثال: بولدين 8) نورلوپينان مثال: آسپارتئين 9) ايندول (بنزوپيرول) مثال: وين بلاستين، وين كيريستين 10) ايندوليزيدين مثال: كاستانوسپرمين 11) ايميدازول (گلوكسالين) مثال فيلوكارپين 12) پورين مثال: كافئين 13) استروئيدال مثال سولانيدين 14) ترپنوئيد مثال: اكونيتين، ليكتونين

در طبقه بندي ديگر الكالوئيدها را به 3 گروه تقسيم مي‌كنند:

1) تروالكالوئيدها: واجد حلقه هتروسيكليك داراي نيتروژن هستند و از آمينو اسيدها مشتق مي‌شوند. (الكالوئيدهاي حقيقي)

2) پروتو الكالوئيدها: داراي حلقه هتروسيكليك و نيتروژن نيستند.

3) پسودوالكالوئيدها: داراي حلقه هتروسيكليك با نيتروژن هستند ولي از آمينو اسيدها مشتق نمي شوند.

تقسيم بندي ديگري از الكالوئيدها به شرح زير است:

1) الكالوئيدهايي كه فقط از يك آمينو اسيد مشتق مي شوند.

الف) سنتز هوردنين: پيش ساز آن تيروزين است.

ب) سنتز افدرين پيش ساز آن فنيل آلانين است. يكي از گروه هاي متيل آن بوسيلة متيونين و ديگري بوسيله فرميداز از اسيد ترا هيدروفوبيك تامين ميشود.

ج) سنتز مزكالين پيش ‌ساز آن تيروزين است كه با حلقوي شدن تشكيل انهالين با هسته تتراهيدرو ايزو كينولئيك را ميدهد.

2) آلكالوئيدهاي حاصل از بهم پيوستن چندين زنجيره آمينواسيد

1) آلكالوئيدهاي گروه تروپان مانند هيوسيامين در گياه سيب‌زميني.

2) آلكالوئيدهاي گروه پيريدين مانند نيكوتين و نورنيكوتين در گياه تنباكو.

3) آلكالوئيدهاي گروه ايزوكوئينولين مانند مورفين در گياه خشخاش.

الف) سنتز هيو سيامين: اورنيتين پيش‌ساز هسته هيگرين است كه بوسيلة اسيد تروپيك حاصل از فيل آلانين استري مي‌شود.

انتقال الكالوئيدها:

برخي از الكالوئيدها در تمام قسمت‌هاي گياه سنتز و ذخيره مي‌شوند ودر حاليكه تعداد ديگر محدود به اندام ويژه اي هستند. انتقال الكالوئيد از محل سنتز به محل تجمع معمولاً‌ انتقال طولاني ساخت است. اين انتقال در مسير سمپلاستي و يا آپوپلاستي صورت مي‌گيرد و عوامل انتقالي از جمله گزيلم ويا فلوئم در اين امر موثرند. انتقال كوتاه مسافت نيز ممكن است صورت بگيرد. در اين زمينه اطلاعات محدودي قابل دسترسي است.

به طور كلي الكالوئيدها يا در سيتوزول سنتز مي‌شوند يا در وزيكولهاي غشايي اما محل تجمع آنها در واكوئل‌هاست و ذخيره غلظت ‌هاي بالاي الكالوئيد زمينه ساز نقش‌هاي آللوشيميايي آنها بعنوان تركيبات دفاعي است. واكوئل سلولهاي محل تجمع الكالوئيد اصطلاحاً ديفنس ناميده مي‌شوند. الكالوئيد براي ذخيره در واكوئل بايد برخلاف شيب غلظت از تونوپلاست عبور كند. براي اين امر 3 مكانيسم وجود دارد:

1) انتشار ساده: براي الكالوئيدهاي ليپوفيل مثل نيكوتين، كلشيسين و… .

2) انتقال بواسطه ناقلين: براي الكالوئيدهاي قطبي و باردار مثل هيوسيامين، رتيكولين و… (در شرايط فيزيولوژيكي اغلب واكوئل‌ها از اين طريق عبور مي‌كنند.)

3) الحاق غشايي براي الكالوئيدهايي كه در كده وزيكولي توليد مي‌شوند مثل بربرين در برخي موارد وزيكول‌ها يا واكوئل ها داراي تركيبات كمپلكس كننده با الكالوئيدها هستند. مثلاً وزيكولهاي شيرابه گياه كليدونيوم ماژور داراي كليدونيك اسيد هستند.كه با الكالوئيد بنزوايزو كوئينولين و بربرين كمپكلس ميدهند و در واقع نقش به دام اندازنده الكالوئيد را دارند همچنين انتقال الكالوئيد بواسطه ناقلين توسط مكانيسم آنتي پورت، آلكالوئيد،پروتون نيز مي‌تواند صورت بگيرد.

الكالوئيدهاي تروپاني:

عنصر ساختماني مشترك آنها آزابي سيكلواكتان است كه مشتقات استري حلقوي

3- هيدروكسي از الكالوئيدهاي اصلي نظير كوكائين و هيوسيامين و … است.

آتروپين از طريق راسميك شدن هيوسيامين طي عصاره‌گيري تشكيل مي شود.

ويژگي‌هاي هيوسيامين:

الكالوئيد سمي با فرمول C17H23NO3 مي‌باشد. نخستين بار از گياه هيوسياموس نيگر استخراج شده است. از نظر نوري چپ‌گردان است و هنگام استخراج از گياه به آتروپين راسميزه مي‌شود. در محيط اسيدي و يا قليايي هيدورليز مي‌شود بصورت كريستالهاي بي‌رنگ سوزني شكل است.

ويژگي‌هاي آتروپين:

الكالوئيدي با فرمول C17H23NO3 مي‌باشد. نخستين بار از گياه داتورا استرامونيوم استخراج شد. هنگام استخراج از گياه به آتروپين كه فرم راسميك هيوسيامين است تبديل مي شود كريستالهاي سوزني و بي‌رنگ يا بصورت پودر سفيد است.

ويژگي‌هاي اسكوپولامين:

الكالوئيدي بسيار سمي با فرمول C17H23NO3 نخستين بار از ريشه گياه اسكوپوليا آتروپويدس استخراج شده است در اثر هيدروليز آنزيمي به تروپيك اسيد و اسكوپولين تجزيه مي شود ولي در اثر هيدروليز شيميايي به ايزومر پايدارتر از نظر هندسي يعني اوسين تبديل مي‌شود. اين الكالوئيد تركيبي چپ گردان است و بصورت بلورهاي بي‌رنگ مي‌باشد.

بيوسنتز الكالوئيدهاي تروپاني:

كاتيون متيل پيرولينيوم پيش‌ساز هسته الكالوئيد مي‌باشد. تشكيل هسته تروپاني از اورنيتين و استواستات صورت مي گيرد. در مسير بيوسنتز هيوسيامين و اسكوپلامين يك واحد ستوني براي تشكيل تروپينول ضروري است ويك مسير هم براي تبديل فنيل آلانين به تروپيك اسيد بايد وجود داشته باشد. بيو ستنز كوكائين مشابه بيوسنتز هيوسيامين است. ميتلاسيون و حلقوي شدن پوترسين مشتق از اورنيتين كاتيون متيل پرولينيوم را ايجاد مي‌كند كه با استواستيل كوآ‎نزيم A همراه ميشود. متيلاسيون گروه كربوكسيلات آزاد، احيا، گروه ستوني و بنزوئيلاسيون در تشكيل كوكائين رخ مي‌دهد. بنزوئيك اسيد مشتق فنيل آلانين مي‌باشد. 2 مرحله آخر از ميسر بيوسنتز اسكوپلامين بوسيله هيوسيامين 6- بتا هيدروكسيلاز وابسته به 2- اگزوگلوتارات (هيوسيامين 6- بتا دي اكسيژناز) كاتاليز مي‌شود. اين آنزيم هيوسيامين را در موقليت 6- بتا حلقه تروپاني هيدوركسيله مي‌كند. استفاده از 6- بتا هيدروكسيلاز خالص شده در كشت‌هاي ريشه اي هيوسيامين نيگر نشان داده شد كه كاتاليز اين 2 مرحله بوسيله آنزيم يكساني صورت مي‌گيرد. اگروباكتريوم بلادونا بجاي اسكوپلامين، هيوسيامين دارد چون فاقد 6- بتا هيدروكسيلاز است. CDNA كد كننده 6- بتا هيدروكسيلاز از هيوسيامين نيگر به اگروباكتريوم انتقال يافته و سپس وارد اگروباكتريوم بلادونا شد و به اين ترتيب گياهان ترانس ژنتيك داراي سطوح بالايي از اسكوپلامين شدند.

تروپينون ردوكتاز در نقطه انشعاب مسير بيوسنتزي انواع الكالوئيدهاي تروپاني قرار گرفته و آنزيم وابسته به NADPH است كه باعث احيا گروه 3- كتوتروپينون مي شود. اين آنزيم همچنين باعث تبديل تروپينون به 3- آلفا هيدوركسي تروپان (تروپينول به تروپين) مي‌شود.