Cтраница 3
Местом образования никотина служат корни табачного растения. На биосинтез алкалоида тратится более 10 % всей энергии, запасаемой в результате фотосинтеза. Такая трата вполне оправдана, так как, транспорти-руясь в листья, алкалоид делает их несъедобными для колорадского жука. Хорошо известно, что ближний родственник табака картофель беззащитен перед этим вредителем. Однако, если привить его на табачную корневую систему, то поступающий из нее никотин надежно защищает картофельные листья от уничтожения насекомыми. [31]
Для синтеза алкалоидов растения используют в качестве сырья природные аминокислоты или такие продукты биохимического распада последних, как биогенные амины и альдегиды, образующиеся в результате окислительного декарбоксилирования. В биосинтезе алкалоидов значительную роль играет реакция Манниха, в которой участвует амин, альдегид и соединение, способное принимать участие в альдольной конденсации в качестве метиленовой компоненты. Знания в этой области в настоящее время достаточно глубоки для того, чтобы в некоторых случаях оказывать помощь при установлении строения алкалоидов. [32]
Фундаментальные - теоретические и экспериментальные исследования в этой области были выполнены главным образом Робинсоном и Шепфом. Трактовка механизма биосинтеза сложных алкалоидов часто сопряжена с большими трудностями; с другой стороны, образование в природе многих алкалоидов простого строения может быть объяснено относительно легко и достоверно. Так, например, алкалоиды гигрин и кускгигрин можно рассматривать как соединения, построенные из одного ацетонового и одного или двух пир-ролидиновых структурных элементов. [33]
Фундаментальные теоретические и экспериментальные исследования в эти области были выполнены главным образом Робинсоном и Шеифом. Трактовка механизма биосинтеза сложных алкалоидов часто сопряжена с большими трудностями; с другой стороны, образование в природе многих алкалоидов простого строения может быть объяснено относительно легко и достоверно. Так, например, алкалоиды гигрнн и кускгнгрпн можно рассматривать как соединения, построенные из одного ацетонового п одного или двух пир-ролидиповых структурных члемепкш. [34]
Уксусная кислота также вовлечена в биохимические циклы синтеза алкалоидов. Например, первоначальной стадией биосинтеза алкалоида тропи-на, встречающегося в природе в виде различных сложных эфиров, служит взаимодействие ос-аминокислоты орнитина и уксусной кислоты. При этом наиболее вероятным является промежуточное образование производного пирролидина, называемого гигрином. [35]
В настоящее время большинство исследователей, изучающих образование алкалоидов в растениях, считают, что исходными продуктами для их биосинтеза являются аминокислоты. Донатором метальных групп при биосинтезе алкалоидов также чаще всего является аминокислота метионин. [36]
Аналогично может протекать и синтез более сложных алкалоидов. Таким образом, хотя пути биосинтеза алкалоидов в растениях до конца не расшифрованы, уже сейчас очевидно, что исходными веществами для их образования являются аминокислоты или продукты их превращений и что синтез и превращения алкалоидов тесно связаны с обменом других азотистых соединений в растениях. [37]
Полагают, что наиболее универсальной реакцией в ходе биосинтеза алкалоидов является конденсация с участием иминов ( 4) или енаминов. Реакция такого типа была предложена, например, для биосинтеза гигрина ( схема 2) и подтверждена успешными лабораторными синтезами ( см. разд. [38]
Поэтому механизм их образования также довольно сложен, и выяснение путей биосинтеза алкалоидов наталкивается на значительные трудности. [39]
Сочетание продуктов превращения аминокислот с продуктами метаболизма уксусной и мевалоновой кислот приводит к еще большему увеличению числа возможных для алкалоидов структур. Интересно, что в биосинтезе растительных алкалоидов, в отличие от биосинтеза микробных алкалоидов, в качестве промежуточных соединений не используются простые циклические пептиды. [40]
Алкалоиды относятся к восстановленным органическим соединениям, поэтому при питании, стимулирующем восстановительные процессы в растительных тканях, будет накапливаться большее количество алкалоидов. Отсюда следует, что формы азотных удобрений также имеют важное значение для биосинтеза алкалоидов. Аммиачные формы азотных удобрений в большей степени стимулируют накопление восстановленных органических соединений, в том числе и алкалоидов, чем нитратные формы. [41]
Поразительно, какое большое число чисто гипотетических путей биосинтеза алкалоидов впоследствии, при экспериментальной проверке оказались правильными. Так же поразительно, что все многообразие продуктов вторичного метаболизма ( частью которого является биосинтез алкалоидов) достигается с помощью простых, почти шаблонных реакций, чего нельзя сказать о реакциях образования продуктов первичного метаболизма. Поэтому реакции вторичного метаболизма легко могут быть интерпретированы с помощью обычных представлений органической химии. Именно это обстоятельство способствовало тому, что большинство гипотез о биосинтезе алкалоидов подтвердилось. Оно же, очевидно, является причиной успешного моделирования путей биогенеза алкалоидов при их химическом синтезе. [42]
Катализируемое кислотой превращение скелета морфина в скелет морфотебаи-на хорошо известно, хотя обратный процесс in vitro не осуществлен. Это указывает на то, что наблюдающееся in vivo взаимопревращение системы морфотебаина в систему типа морфина, по-видимому, является нормальным путем биосинтеза алкалоидов группы морфина. [43]
Много усилий было затрачено на выделение и выяснение биосинтеза нескольких применяемых в медицине алкалоидов, родственных лизергиновой кислоте и продуцируемых грибами, поражающими некоторые виды трав. В нескольких лабораториях исследовали, в частности, микробиологическую окислительную трансформацию клавиновых алкалоидов - замещенных эрголинов, которые являются промежуточными соединениями в ходе биосинтеза алкалоидов лизергиновой кислоты. Однако здесь будет рассмотрено только несколько характерных примеров окисления, так как в литературе, хотя и обширной, редко сообщаются точные выходы выделенных веществ. [44]
Число растительных алкалоидов необычайно велико, разнообразие их структур огромно, и все же, как было установлено уже очень давно, между отдельными алкалоидами можно найти структурные взаимосвязи [1], особенно если они выделены из растений одного вида или семейства. Более того, вероятные взаимосвязи могут быть прослежены вплоть до совсем простых молекул, являющихся промежуточными веществами в первичном метаболизме, что дает возможность высказать предположения о возможных путях биосинтеза алкалоидов. На примере этих алкалоидов может быть рассмотрен также другой важный аспект структурных взаимосвязей - - вероятная последовательность образования алкалоидов Е растении. [45]