Алкалоиды - производные индола
Лазурьевский делит их на 7 групп, в зависимости от структуры
терпеноидной части (3).
Группа стрихнина:
[pic]
Группа аспидоспермина:
[pic]
Группа сарпагина.
Группа коринантеина:
[pic]
Группа аймалицина:
[pic]
Группа ибогаина:
[pic]
Группа иохимбана:
[pic]
Как уже отмечалось, на сегодняшний день таких групп выделено более 20.
Кроме того, отдельно упоминаются дигидроиндольные алкалоиды – беталаины,
биогенетически отличающиеся от индольных (1).
1.2. Распространение в природе.
Будучи самой многочисленной группой алкалоидов, индольные алкалоиды
широко распространены в растительном мире. Известно около 40 семейств, в
которые входят виды, продуцирующие эти алкалоиды, однако в отдельных
семействах, как правило, встречается всего 1-2 вида, в которых
обнаруживаются эти алкалоиды. Исключением являются тропические растения
порядка горечавковые – Gentianales: кутровые – Apocynaceae, насчитывающие
73 продуцирующих вида, логаниевые – Loganiaceae – 40 видов, мареновые –
Rubiaceae – 72 вида, мальпигиевые – Malpighiaceae. У видов этих семейств
обнаружены в основном монотерпеноидные алкалоиды, у которых к индольному
кольцу присоединены различные 4-, 5-, 6-членные углеродные циклы (3).
Довольно богато индольными алкалоидами и семейство бобовых, в котором
свыше 60 видов содержат алкалоиды этой группы, но в данном случае они, в
основном, простые по строению (4).
Есть малочисленные семейства, в которых, тем не менее, велика доля
алкалоидоносных видов. Таково, например, семейство страстоцветные –
Passifloraceae.
Встречаются индольные алкалоиды и в грибах, например в спорынье –
Claviceps purpurea (Fries) Tulasne. из класса сумчатых грибов – Ascomycetes
(5).
Есть данные о наличии индольных алкалоидов животного происхождения, в
частности, в слизи, выделяемой тропическими лягушками, обнаружены вещества
курареподобного действия (6).
1.3. Накопление в растениях.
В начале вегетации до появления листьев алкалоиды из корней, семян и
коры переходят в ростки. В подземных органах число и сумма алкалоидов
уменьшаются, в коре их число остается прежним, но сумма также уменьшается.
Качественные и количественные изменения алкалоидного состава продолжаются в
течение всего периода вегетации. К концу вегетации в растениях
накапливается максимальное количество смеси оснований. Далее их количество
начинает уменьшаться, алкалоиды накапливаются в зимующей части растения
для перехода в следующее поколение – в семена, в подземную часть, у
древесных пород – в кору. В естественно отмерших частях растения алкалоидов
практически не остается. Вместе с тем не исключено, что алкалоиды в этих
органах могут разрушаться самостоятельно, на фоне накопления их в зимующих
органах (7).
Подвижность алкалоидов в растениях вызывается не только
онтогенетическими факторами, но также географическим положением и влиянием
факторов окружающей среды (5).
Большинство растений–источников индольных алкалоидов – тропические
растения, деревья или кустарники, ареал которых расположен главным образом
в юго-восточной части Азии, Северной Австралии и Океании. Эти растения
содержат достаточно сложные по своей структуре полициклические алкалоиды.
При продвижении на север общее количество алкалоидов снижается, а их
структура несколько упрощается и представлена в основном (-карболиновыми
алкалоидами. Это связано со снижением скорости обмена и интенсивности
включения терпеноидных структур в молекулу алкалоида (3),(8).
1.4. Общие пути биосинтеза.
Все индольные алкалоиды в биогенетически являются производными
аминокислоты триптофана (8). Сама аминокислота не является незаменимой для
растений и синтезируется из хоризмовой кислоты – метаболита шикиматного
пути биосинтеза ароматических аминокислот (5).
Дальнейшие превращения триптофана могут идти по нескольким путям. В
большинстве случаев первой реакцией является его декарбоксилирование с
образованием биогенного амина – триптамина (1):
[pic]
Далее возможно несколько вариантов превращений: триптамин может
алкилироваться по аминогруппе и гидроксилироваться в бензольное кольцо, в
результате чего образуется группа простейших индольных алкалоидов –
индолалкиламины (8):
[pic]
Группировки R1 и R2 почти всегда представлены метильными или этильными
радикалами, R3, R4 и R5 – гидрокси- или метоксигруппами.
Триптамин может циклизоваться с образованием структуры физостигмина (8):
[pic]
Образование иной циклической структуры из триптамина возможно после его
предварительного ацилирования с помощью активированного ацетила – ацетил
KoA.
[pic]
После циклизации образуется гармалин – родоначальник обширной группы (-
карболиновых алкалоидов.
[pic]
Далее он может окисляться в гарман (I) или восстанавливаться в
тетрагидрогарман (II), а также образовывать более сложные структуры при
соединении с другими соединениями, например бревиколлин (III), образующийся
в осоке парвской – Carex brevicollis D.C., структура которого включает
кроме гармана еще и пирролидиновое ядро (6),(9).
[pic] [pic] [pic]
Наиболее интересен биосинтез терпеноидных алкалоидов. Он заключается в
конденсации триптамина с циклическим иридоидным альдегидом – секологанином:
[pic]
На первой стадии образуется шиффово основание, которое по механизму
реакции Манниха – Шпенглера циклизуется с образованием стриктозидина
(винкозида) - родоначальника всех монотерпеноидных индольных алкалоидов
(10):
[pic]
Особое место в биосинтезе индольных алкалоидов занимает биосинтез
эрголиновых алкалоидов. В первую очередь он отличается от всех остальных
путей тем, что в метаболизм включается непосредственно аминокислота
триптофан, а не триптамин. Вначале, в результате взаимодействия триптофана
и структурной единицы терпенов - диметилаллилпирофософата образуется 4-
диметилаллилтриптофан, который в дальнейшем претерпевает последовательное
замыкание двух связей и декарбоксилирование. После окисления боковой
метильной группы образуется лизергиновая кислота, которая, соединяясь с
рядом аминокислот, образует уникальную группу пептидных алкалоидов,
встречающихся только в склероциях спорыньи – Claviceps purpurea (Fries)
Tulasne (11):
[pic]
Относительно роли индольных алкалоидов в растении есть предположение,
что их образование оберегает растения от избыточного накопления
гетероауксина – фитогормона, стимулятора роста растений, т.е. алкалоиды
выполняют регуляторную функцию (3).
Регуляция биосинтеза и метаболизма алкалоидов происходит либо по
аминокислотному пути, либо через белковый (энзиматический) путь.
О взаимосвязи между биосинтезом алкалоидов и пулом свободных аминокислот
свидетельствуют данные об увеличении содержания алкалоидов в 2 раза при
добавлении в среду ткани катарантуса розового – Catharanthus roseus (L.)
G.Don больших количеств триптофана. В опытах с некоторыми штаммами введение
экзогенного триптофана позволило достичь трехкратного увеличения содержания
серпентина и аймалицина.
Увеличение пула свободных аминокислот наблюдается при ингибировании
синтеза белка различными веществами.
Что касается активации биосинтеза, то получен целый ряд данных,
свидетельствующих о том, что участие аминокислот в образовании алкалоидов
не ограничивается только ролью предшественников, субстрата для биосинтеза.
Напротив имеются указания на то, что аминокислоты являются индукторами
ферментов биосинтеза алкалоидов и, следовательно, выполняют определенную
регуляторную функцию в их биосинтезе. Однако при высоких концентрациях
триптофана наблюдается снижение образования алкалоидов, без нарушения роста
и развития растений, что исключает токсическое влияние триптофана на
растение и позволяет сделать вывод о репрессии ферментов, ответственных за
синтез этих алкалоидов.
Регуляция образования алкалоидов осуществляется также путем
аллостерического ингибирования ключевых ферментов их биосинтеза конечными
продуктами реакций. Так, в опытах с культурой ткани барвинка розового было
