29. Особенности биосинтеза алкалоидов. Исходные метаболиты.
Биогенетическими предшественниками большинства алкалоидов (истинных и протоалкалоидов) являются аминокислоты: орнитин, лизин, фенилаланин, тирозин, триптофан, гистидин, аспарагиновая кислота и антраниловая кислота (синтез по шикиматному пути). Все эти аминокислоты, кроме антраниловой кислоты, являются протеиногенными. Никотиновая кислота может быть синтезирована из триптофана или аспарагиновой кислоты.
*Псевдоалкалоиды носят в основном изопреноидный характер, и их биосинтез идет по пути образования терпеноидов. Азот вводится в неаминокислотный остаток.
Основными реакциями при биосинтезе являются декарбоксилированиеи окислительное дезаминирование или переаминирование аминокислот и диаминов, первичное метилирование(направляет циклизацию, стабилизирует молекулу алкалоида и делает ее менее токсичной; ферменты - метилтрансферазы), трансметилирование, а также циклизация алифатических соединений-предшественников до гетеро- и карбоциклических структур + конденсация.
Реакции циклизации, имеющие при образовании алкалоидов универсальное значение, очень разнообразны и могут совершаться через азометин с образованием основания Шиффа, по типу конденсации Манниха, путем альдольной конденсации, через форму лактамной связи и т. д.
Образование оснований Шиффа
Основания Шиффа могут быть получены в результате реакции аминов с кетонами или альдегидами. Данная реакция является распространённым способом формирования C=N связи.
При биосинтезе алкалоидов реакция образования основания может проходить также внутримолекулярно. Примером может являться реакция образования 1-пиперидеина, происходящая при синтезе пиперидинового цикла:
Реакция Манниха
В реакции Манниха, помимо амина и карбонильного соединения, участвует также карбанион, играющий роль нуклеофила в процессе присоединения к иону, образованному взаимодействием амина и карбонильного соединения.
Реакция Манниха также может осуществляться как межмолекулярно, так и внутримолекулярно. Примером внутримолекулярной реакции Манниха может служить синтез пирролизидинового ядра:
Разновидностью внутримолекулярной реакции Манниха является реакция Пикте — Шпенглера — циклизация шиффовых оснований, образованных из -фенилэтиламинов с образованием системы тетрагидроизохинолина.
Конденсация: реакции, в ходе которых отдельные кольца, соединяясь друг с другом, образуют более сложные фигуры.При биосинтезе алкалоидов постоянно происходит образование активных центров, которые способны присоединять к себе как отдельные фрагменты алифатических молекул, так и замкнутые гетероциклы. Возникновение этих центров может быть связано не только с декарбоксилированием, но также с отщеплением других функциональных групп. В ряде случаев образование алкалоидов сопряжено с расщеплением (размыканием) циклических структур, наступающим в результате разрыва C—C, C—N или C—O связей (например, реакция окислительного расщепления ароматических колец по соседству с фенольной группировкой – при биосинтезе индольных алкалоидов).
Помимо циклизации и конденсации, усложнение углеродного скелета алкалоидов достигается также в ходе внутримолекулярных перегруппировок, при которых происходит не только разрыв, но и образование новых C—C и C—N-связей.
Алкалоиды накапливаются в вакуолях, обычно в виде солей. Синтез проходит в пластидах либо в цитозоле или ЭПР.