Alcaloide

Fòrmula de la cafeïna, un alcaloide estimulant.

Es diu alcaloide (de álcali i -oide, "semblat a", "en forma de") a aquells metabòlits secundaris de les plantes sintetisats, generalment, a partir d'aminoàcits, que tenen en comuna la seua hidrosolubilidad a pH àcit i la seua solubilidad en solvents orgànics a pH alcalino. Els alcaloide verdaders deriven d'un aminoàcit; per lo tant són nitrogenats. Tots els que presenten el grup funcional amina o imina són bàsics. La majoria dels alcaloide posseïxen acció fisiològica intensa en els animals inclús a baixes dosis en efectes psicoactius, per lo que se solen amprar per a tractar problemes de la ment i/o calmar el dolor. Eixemples coneguts són la cocaïna, la morfina, l'atropina, la colchicina, la quinina, la cafeïna o la nicotina. Les seues estructures químiques són variades. Es considera que un alcaloide és, per definició, un compost químic que posseïx un nitrogen heterocíclic procedent del metabolisme d'aminoàcits; de procedir d'una atra via, es definix com pseudoalcaloide.

Història i evolució del terme

El nom alcaloide va ser falcat pel químic alemà Carl Meissner en 1819 per a referir-se a productes naturals d'orige vegetal que mostraven propietats bàsiques similars als álcalis. Donada l'informació estructurallimitada en aquells temps, la definició de Meissner resultava vaga. Königs reservava el nom “alcaloide” a composts bàsics relacionats en la piridina, i Guereschi considerava el terme com a sinònim de “base vegetal”. Winterstein i Trier (1910) consideraven alcaloide en sentit ampli a tots els composts provinents de qualsevol ser viu que contenen nitrogen bàsic. Estos autors distinguien entre un alcaloide verdader i una base relacionada en els alcaloide. Un compost, d'acort en esta definició, devia complir els següents requisits:

• Presentar un nitrogen bàsic
• El nitrogen deu estar inclós en un sistema heterocíclic
• Tindre una estructura complexa
• Presentar activitat farmacològica potent
• Tindre una distribució restringida a les plantes

A mida que varen alvançar els estudis en productes naturals, s'han anat descobrint composts que són considerats alcaloide, pero no complixen en algun d'estos requisits: molts alcaloide no presenten sistemes heterocíclics, el seu nitrogen no és bàsic (com els grups nitro), poden presentar estructures simples (com el cas de l'efedrina, moltes amidas —com la capsaicina—), poden ser inertes farmacològicament i molts alcaloide han segut aïllats d'animals. Hegnauer (1960) va classificar els alcaloide en tres tipos: alcaloide verdaders, pseudoalcaloides i protoalcaloides. El terme secoalcaloide es infiere de la nomenclatura de productes naturals i es considera ací com una quarta categoria:

• a) Alcaloide verdaders: Metabòlits secundaris que posseïxen un nitrogen heterocíclic, i el seu esquelet de carbono prové, parcial o totalment, d'un aminoàcit proteínico.

• b) Pseudoalcaloides: Metabòlits secundaris que posseïxen un nitrogen, pero que no han segut biosintetizados a partir d'aminoàcits, sino que es formen per transferència de nitrogen en forma d'amoniaco a un compost d'orige terpénico, esteroide, policétido, monosacàrit o a un àcit gras.

l'aconitina, un pseudoalcaloide produït per espècies de Aconitum i Delphinium.

• c) Protoalcaloides: Metabòlits secundaris que no formen un sistema heterocíclic i es formen a partir d'un aminoàcit proteínico. Molts d'estos composts contenen un grup amino, amida, etc.
• d) Secoalcaloides: Alcaloide que provenen d'un alcaloide verdader, pero en els que per escissió de l'anell heterocíclic es forma un grup nitrogenat de cadena oberta.

• i) Genalcaloides: —o òxits aminados d'alcaloide— són derivats per oxidació dels alcaloide que contenen el grup R=(NO)-R, a on el nitrogen té número +5, en contraposició als alcaloide normals, a on és trivalente (R=N-R). La seua acció és la mateixa que la de l'alcaloide del com provenen, pero és més pausada. Es nomenen afegint el prefix gen- al nom de l'alcaloide. Alguns genoalcaloides es troben en la naturalea, com la geneserina (derivat de l'alcaloide eserina (fisostigmina)) present en el fava de Calabar.

Existixen productes naturals la consideració dels quals com a alcaloide es troba en debat:

• Les bases nitrogenades (Adenina, timina, guanina, uracilo i citosina pel seu paper primari com a components de nucleòtits i àcits nucleicos.

• Els aminoàcits no proteínicos degut a que la seua activitat biològica no és per unió a un lloc receptor celar, sino perque reemplacen als aminoàcits proteínicos i en conseqüència formen proteïnes defectuoses.
• Els esfingolípidos, degut a que són components de membranes celars.
• Les vitaminas (sobretot les del complex B) per ser considerades metabòlits primaris en activitat catalítica.
• Els glucósidos cianogénicos degut a que la seua activitat biològica no és per unió a un lloc receptor celar, sino perque al hidrolizarse produïxen àcit cianhídrico, el qual és el que té l'activitat biològica.
• Els glucosinolatos degut a que la seua activitat biològica no és per unió a un lloc receptor celar, sino perque al hidrolizarse produïxen isotiocianatos, els quals són els que presenten l'activitat biològica.
• Els aminoazúcares, tals com la glucosamina, per ser considerats més be com glúcits.

• Els tetrapirroles, tals com la porfirina i la corrina seguixen en debat, ya que alguns d'ells són metabòlits secundaris (Com la turacina) i uns atres es consideren com a primaris degut a que els metals com el ferro (Hemo) magnesi (Clorofilas) o coure (Citocrominas) i funcionen com a transportadors d'oxigen o electrons.
• Els péptidos no ribosomals, els anhidropéptidos i els antibiòtics betalactámicos, seguixen en debat, ya que es poden referir com a alcaloide o no. Se'ls considerarà en este artícul sol com a prototips estructurals. L'aïllament dels primers alcaloide en el XIX va coincidir més o menys en l'introducció del procés de percolación per a l'extracció de les drogues. El farmacèutic francés Charles Derosne provablement va aïllar en 1803 l'alcaloide denominat despuix narcotina, i el farmacèutic Friedrich Sertürner va investigar sobre l'opi i va aïllar la morfina. A això va seguir ràpidament l'aïllament d'atres alcaloide com l'estricnina, cafeïna, entre uns atres. la cocaïna és l'alcaloide més antic sobre l'establiment de la seua estructura i de la seua síntesis, pero uns atres, com la colchicina, varen necessitar més d'un sigle per a que es definiren les seues estructures. En l'àrea mesoamericana, des de temps molt antics s'ha utilisat gran varietat d'alcaloide en la medicina tradicional maya. Les substàncies psicotrópicas tant alcaloide com a alcohols, s'han utilisat per més de dos mil anys en fins medicinals i en rituals ceremonials. El seu us ho regulen les dònes majors de 39 anys (3 x 13 cicles d'evolució biològica segons la seua pròpia aproximació científica), i normalment s'administren d'una forma ceremonial en que la persona que els ingerix està rodejada d'atres membres especialisats de la comunitat.

Activitat biològica

Les seues activitats biològiques són importants pel seu mimetisme hormonal i la seua intervenció en les reaccions principals del metabolisme celar. A pesar de ser substàncies poc similars entre elles des del punt de vista estructural, posseïxen propietats fisiològiques anàlogues. Molts alcaloide són la causa d'intoxicacions en humans i animals. La forma més comuna és l'intoxicació per infusions en herbes en fins medicinals, sent esta una causa important de mort sobretot en chiquets. La seua presència en vegetals fa possible la seua incorporació accidental en aliments, creant una via fàcil d'intoxicació. Generalment actuen sobre el sistema nerviós central, si ben alguns afecten al sistema nerviós parasimpático i unes atres al sistema nerviós simpàtic, per eixemple, la cocaïna actua impedint la recaptación de dopamina de la terminal sináptica, lo que produïx un major efecte dels receptors dopaminérgics. L'activitat biològica dels alcaloide és molt diversa; la més estudiada és l'acció euforisant que presenten alguns com la cocaïna, si ben també existixen alcaloide en efectes depresores del sistema nerviós central com la morfina. Els alcaloide pirrolidínicos estan associats en estructures de pirrolizidinas; són metabòlits secundaris d'una gran varietat de plantes, que inclou espècies que es troben en tot lo món. Estes plantes són la causa de numerosos casos d'enverinament de ganado, i ha causat grans pèrdues econòmiques. També són causa de mort en humans, especialment en països poc desenrollats, com a conseqüència de la contaminació de cereals i llavors per lo que són de gran importància en el camp dels aliments. Es creu que l'ingestió d'herbes i vegetals que contenen estos alcaloide, són causa de dolències. L'estructura d'estos alcaloide consistix en dos anells de 5 àtoms units que compartixen un àtom de nitrogen. En la naturalea per lo general els anells tenen com sustituyentes grups hidroximetileno en la posició c-1 i grups hidroxilos en c-7; esta estructura es coneix com necina. Eixemples típics d'esta base són la heliotridina i la retronecina.

Fitoquímica

Els métodos d'extracció són molt variats, pero últimament està adquirint força la purificació per mig de decorreguts supercríticos, concretament en diòxit de carbono. Per a obtindre els alcaloide dels vegetals, s'extrauen de les parts de la planta que els contenen, en aigua si estan en forma de sals (solubles) o en àcit clorhídric diluït si estan en forma insoluble. Sobre la seua detecció, existixen multitut de métodos: procediments cromatogràfics, reaccions coloreades (reacció de Mayer, de Dragendorff, de Bouchardat... si ben no són específiques dels alcaloide: pot obtindre's un resultat positiu en presència, per eixemple, de péptidos). Actualment s'utilisen métodos espectroscópicos tals com espectrometria de masses, resonància magnètica nuclear i espectroscòpia infrarroja.