Se llamaalcaloides (deálcali y-oide, "parecido a", "en forma de") a aquellosmetabolitos secundarios de las plantas sintetizados, generalmente, a partir deaminoácidos, que tienen en común su hidrosolubilidad apHácido y su solubilidad en solventes orgánicos a pH alcalino. Los alcaloides verdaderos derivan de un aminoácido; por lo tanto son nitrogenados. Todos los que presentan el grupo funcionalamina oimina sonbásicos. La mayoría de los alcaloides poseen acción fisiológica intensa en los animales incluso a bajas dosis con efectospsicoactivos, por lo que se suelen emplear para tratar problemas de lamente y/o calmar el dolor. Ejemplos conocidos son lacocaína, lamorfina, laatropina, lacolchicina, laquinina, lacafeína o lanicotina.
Sus estructuras químicas son variadas.[1] Se considera que un alcaloide es, por definición, un compuesto químico que posee un nitrógeno heterocíclico procedente del metabolismo de aminoácidos; de proceder de otra vía, se define comopseudoalcaloide.[2]
El nombrealcaloide fue acuñado por el químico alemánCarl Meissner en 1819 para referirse a productos naturales de origen vegetal que mostraban propiedades básicas similares a losálcalis. Dada la información estructural limitada en aquellos tiempos, la definición de Meissner resultaba vaga. Königs reservaba el nombre “alcaloide” a compuestos básicos relacionados con lapiridina, y Guereschi consideraba el término como sinónimo de “base vegetal”. Winterstein y Trier (1910) consideraban alcaloides en sentido amplio a todos los compuestos provenientes de cualquier ser vivo que contienen nitrógeno básico. Estos autores distinguían entre un alcaloide verdadero y una base relacionada con los alcaloides. Un compuesto, de acuerdo con esta definición, debía cumplir los siguientes requisitos:
Presentar un nitrógeno básico
El nitrógeno debe estar incluido en un sistema heterocíclico
Tener una estructura compleja
Presentar actividad farmacológica potente
Tener una distribución restringida a las plantas
A medida que avanzaron los estudios en productos naturales, se han ido descubriendo compuestos que son considerados alcaloides, pero no cumplen con alguno de estos requisitos: muchos alcaloides no presentan sistemas heterocíclicos, su nitrógeno no es básico (como los gruposnitro), pueden presentar estructuras simples (como el caso de laefedrina, muchas amidas —como lacapsaicina—), pueden ser inertes farmacológicamente y muchos alcaloides han sido aislados de animales.
Hegnauer (1960) clasificó los alcaloides en tres tipos:alcaloides verdaderos,pseudoalcaloides yprotoalcaloides. El términosecoalcaloide se infiere de la nomenclatura de productos naturales y se considera aquí como una cuarta categoría:
a)Alcaloides verdaderos: Metabolitos secundarios que poseen un nitrógeno heterocíclico, y su esqueleto de carbono proviene, parcial o totalmente, de un aminoácido proteínico.
b)Pseudoalcaloides: Metabolitos secundarios que poseen un nitrógeno, pero que no han sido biosintetizados a partir de aminoácidos, sino que se forman por transferencia de nitrógeno en forma de amoniaco a un compuesto de origen terpénico, esteroide, policétido, monosacárido o a un ácido graso.
c)Protoalcaloides: Metabolitos secundarios que no forman un sistema heterocíclico y se forman a partir de un aminoácido proteínico. Muchos de estos compuestos contienen un grupoamino,amida, etc.[3]
d)Secoalcaloides: Alcaloides que provienen de un alcaloide verdadero, pero en los que por escisión del anillo heterocíclico se forma un grupo nitrogenado de cadena abierta.
e)Genalcaloides: —u óxidos aminados de alcaloide— son derivados por oxidación de los alcaloides que contienen el grupo R=(NO)-R, donde el nitrógeno tiene número de oxidación +5, en contraposición a los alcaloides normales, donde es trivalente (R=N-R). Su acción es la misma que la del alcaloide del cual provienen, pero es más pausada. Se nombran añadiendo el prefijo gen- al nombre del alcaloide. Algunos genoalcaloides se encuentran en la naturaleza, como la geneserina (derivado del alcaloide eserina (fisostigmina)) presente en el haba de Calabar.[4]
Existen productos naturales cuya consideración como alcaloides se encuentra en debate:
Losaminoácidos no proteínicos debido a que su actividad biológica no es por unión a un sitio receptor celular, sino porque reemplazan a los aminoácidos proteínicos y en consecuencia forman proteínas defectuosas.
Losesfingolípidos, debido a que son componentes de membranas celulares.
Lasvitaminas (sobre todo las del complejo B) por ser consideradas metabolitos primarios con actividad catalítica.
Losglucósidos cianogénicos debido a que su actividad biológica no es por unión a un sitio receptor celular, sino porque al hidrolizarse producenácido cianhídrico, el cual es el que tiene la actividad biológica.
Losglucosinolatos debido a que su actividad biológica no es por unión a un sitio receptor celular, sino porque al hidrolizarse producenisotiocianatos, los cuales son los que presentan la actividad biológica.
Losaminoazúcares, tales como laglucosamina, por ser considerados más bien comoglúcidos.
Lostetrapirroles, tales como laporfirina y lacorrina siguen en debate, ya que algunos de ellos son metabolitos secundarios (Como laturacina) y otros se consideran como primarios debido a que los metales como el hierro (Hemo) magnesio (Clorofilas) o cobre (Citocrominas) y funcionan como transportadores de oxígeno o electrones.
Lospéptidos no ribosomales, losanhidropéptidos y los antibióticosbetalactámicos, siguen en debate, ya que se pueden referir como alcaloides o no. Se les considerará en este artículo solo como prototipos estructurales.
El aislamiento de los primeros alcaloides en el siglo XIX coincidió más o menos con la introducción del proceso depercolación para la extracción de las drogas. El farmacéutico francésCharles Derosne probablemente aisló en 1803 el alcaloide denominado despuésnarcotina, y el farmacéuticoFriedrich Sertürner investigó sobre elopio y aisló lamorfina. A ello siguió rápidamente el aislamiento de otros alcaloides como laestricnina,cafeína, entre otros.
Lacocaína es el alcaloide más antiguo en cuanto al establecimiento de su estructura y de su síntesis, pero otros, como lacolchicina, necesitaron más de un siglo para que se definieran sus estructuras.
En el área mesoamericana, desde tiempos muy antiguos se ha utilizado gran variedad de alcaloides en la medicina tradicional maya. Las substancias psicotrópicas tanto alcaloides como alcoholes, se han utilizado por más de dos mil años con fines medicinales y en rituales ceremoniales. Su uso lo regulan las mujeres mayores de 39 años (3 x 13 ciclos de evolución biológica según su propia aproximación científica), y normalmente se administran de una forma ceremonial en que la persona que los ingiere está rodeada de otros miembros especializados de la comunidad.
Sus actividades biológicas son importantes por su mimetismo hormonal y su intervención en las reacciones principales del metabolismo celular. A pesar de ser sustancias poco similares entre ellas desde el punto de vista estructural, poseen propiedades fisiológicas análogas. Muchos alcaloides son la causa de intoxicaciones en humanos y animales. La forma más común es la intoxicación por infusiones con hierbas con fines medicinales, siendo esta una causa importante de muerte sobre todo en niños. Su presencia en vegetales hace posible su incorporación accidental en alimentos, creando una vía fácil de intoxicación.
La actividad biológica de los alcaloides es muy diversa; la más estudiada es la acción euforizante que presentan algunos como lacocaína, si bien también existen alcaloides con efectos depresores delsistema nervioso central como lamorfina.
Los alcaloidespirrolidínicos están asociados con estructuras depirrolizidinas; son metabolitos secundarios de una gran variedad de plantas, que incluye especies que se encuentran en todo el mundo. Estas plantas son la causa de numerosos casos deenvenenamiento de ganado, y ha causado grandes pérdidas económicas. También son causa de muerte en humanos, especialmente en países poco desarrollados, como consecuencia de la contaminación de cereales y semillas por lo que son de gran importancia en el campo de los alimentos. Se cree que la ingestión de hierbas y vegetales que contienen estos alcaloides, son causa de dolencias. La estructura de estos alcaloides consiste en dos anillos de 5 átomos unidos que comparten un átomo de nitrógeno. En la naturaleza por lo general los anillos tienen como sustituyentes grupos hidroximetileno en la posición c-1 y grupos hidroxilos en c-7; esta estructura se conoce como necina. Ejemplos típicos de esta base son la heliotridina y la retronecina.
Los métodos de extracción son muy variados, pero últimamente está adquiriendo fuerza la purificación por medio defluidos supercríticos, concretamente condióxido de carbono.Para obtener los alcaloides de los vegetales, se extraen de las partes de la planta que los contienen, con agua si están en forma de sales (solubles) o conácido clorhídrico diluido si están en forma insoluble.
Dado que los pseudoalcaloides no heterocíclicos, los protoalcaloides y secoalcaloides no tienen una estructura heterocíclica, se puede considerar que presentan una estructura hidrocarbonada muy diversa. En esta sección se clasificarán estos compuestos por su grupo funcional:
Alcaloides de núcleopirídico: a este grupo pertenecen lanicotina, lapilocarpina y laesparteína. Lanicotina se encuentra en el jugo deltabaco acompañada de otros alcaloides. Es un líquido incoloro, de olor semejante altabaco y sabor ardiente y picante. Es muy tóxica en dosis altas.
Alcaloides de núcleoisoquinoleico: se encuentran en lasplantas papaveráceas y ranunculáceas. El más importante es lapapaverina, que tiene propiedades hipnóticas (aunque no tan acentuadas como las de lamorfina).
Alcaloides de núcleoindólico: los más importantes son laestricnina y labrucina. La estricnina es uno de los alcaloides más enérgicos y tóxicos, se extrae de diversas plantas del géneroStrychnos, entre ellas el haba de San Ignacio y de lanuez vómica o Nux Vomica. Es de sabor amargo muy intenso y es una sustancia extremadamente tóxica. su ingestión produce convulsiones tetánicas.
Alcaloides de núcleo no definido: son todos aquellos alcaloides cuya constitución aún no se ha establecido con claridad. Entre ellos se encuentra la aconitina (veneno muy violento, utilizado en terapéutica para combatir ciertas dolencias) y la ergotinina (uno de los principios activos del cornezuelo de centeno, que ejerce una acción específica sobre el útero).
Los alcaloides se encuentran formando sales con los ácidos acético, oxálico, láctico, málico, tartárico y cítrico. A continuación se mostrará un resumen de la diversidad biosintética de los alcaloides.
Muchos compuestos considerados pseudoalcaloides podrían incluirse en la categoría de protoalcaloides si se consideran todos aquellos que no forman sistemas heterocíclicos. Los más importantes que considerar son lasaminas y lasamidas.
Cuando un aminoácido se descarboxila, se forman lasaminas biógenas. La histidina y el triptófano, por poseer de por sí un anillo heterocíclico, serán contemplados en secciones aparte.
Muchas aminas pueden aceptar un segundo o hasta tercer grupo alquilo para formar aminas secundarias o terciarias. Cuando un aminoácido forma una sal de trimetilamonio se denominabetaína. Ejemplos de betaínas son labetaína glicínica, la trimetilserina (precursor de lacolina) y lahipaforina. Lamuscarina es una sal de amonio deAmanita muscaria.
Poseen siempre un nitrógeno que forma parte de un heterociclo, tienen naturaleza básica, se encuentran normalmente en estado de sal y biogenéticamente proceden de aminoácidos.
Alcaloides derivados de la serina, la cisteína y la glicina
Laserina forma lacicloserina, una isoxazolidin-5-ona por oxidación intramolecular del nitrógeno.
La serina puede formar elácido 2,3-diaminopropiónico (DAP), que a su vez puede formar elácido quisquálico, un aminoácido no proteínico con un anillo de 1,2,4-oxadiazolidina, aislado de lapiscuala. El DAP también forma β-lactamas, las cuales son constituyentes de los antibióticosSP 26.
En varios péptidos no ribosomales, la serina puede formar oxazoles y estos pueden ser referidos como péptidos alcaloidales. Los oxazoles son el resultado de la ciclación y oxidación depéptidos no ribosómicos deserina otreonina
En donde X = H, Met para serina o treonina respectivamente, B = base. (1) Ciclización enzimática. (2) Eliminación. (3) [O] = Oxidación enzimática.
Un ejemplo es elácido 2-metil-1,3-tiazol-4-carboxílico. Este ácido tiazólico es la unidad de iniciación de policétidos como lasepotilonas.
Epotilona C
Otro ejemplo de tiazoles de la cisteína son losmixotiazoles, los cuales fueron aislados por Höfle y sus colaboradores en los años 1970. El mixotiazol A fue descrito primero en 1978 en una patente y posteriormente fue descrito en los 80's. Los mixotiazoles son 2,4'-bi-1,3-tiazoles aislados de hongos que se forman a partir de un policétido con una unidad de iniciación de cisteína y otra molécula de cisteína.[5]
La cisteína puede formar tambiéntiomorfolinas en organismos marinos, como lacondrina.
Lareumitsina y latoxoflavina son compuestos que presentan como esqueleto base la pirimido[5,4-e]-1,2,4-triazina (referidos también comoAzapteridinas). Estos compuestos fueron aislados de bacterias del géneroActinobacter. Estas triazinas pueden provenir biogenéticamente de una purina o pteridina.
En esta sección se consideran los alcaloides de los aminoácidos biosintéticamente relacionados con elácido aspártico: aspartato, asparragina,treonina ymetionina.
El aspartato puede formar otro aminoácido relacionado por reducción del carboxilo terminal y aminación reductiva: elácido 2,4-diaminobutírico (DABA). Al descarboxilarse puede formar1,3-diaminopropano. El aspartato puede aceptar un grupo carbamilo por medio de su nitrógeno amino para formar el ácidoN-carbamoilaspártico. Además, el ácido aspártico puede condensarse con el fosfato dedihidroxiacetona para formar la vitaminaácido nicotínico.
Pirimidinas: El precursor es elácido orótico, el cual se forma por heterociclización del ácidoN-carbamoilaspártico. Las bases pirimídicas (Uracilo,Timina,Citosina) surgen de este precursor. Elácido barbitúrico es producto del catabolismo de las pirimidinas. Ejemplos de alcaloides que provienen del ácido orótico son lavicina, laconvicina, deVicia faba y laclitocina dePectinophora gossypiella. Lalatirina podría ser considerada como un aminoácido no proteínico o un alcaloide debido al anillo de pirimidina. Laectoína es una pirimidina 2-sustituida que no procede de la ruta del ácido orótico, sino que a partir del ácido 2,4-diaminobutírico acetilado en el nitrógeno del carbono 4.
Pirazoles: Los anillos de pirazol no son abundantes en la naturaleza, y tienen valor quimiotaxonómico. Un caso es laβ-pirazol-1-il alanina y lapirazofurina.
Alcaloides pirido[1,2-a]azepínicos: Se forman en la esponjaNiphates digitalis a partir del aldehído subérico y la 1,3-propanoamina (que proviene de la descarboxilación delácido 2,4-diaminobutírico)[6]
El ácido nicotínico se formade novo en las plantas por condensación de una molécula de triosa y una molécula de iminoaspartato (el derivadoimino del ácido aspártico), mientras que en animales y hongos se puede formar por catabolismo deltriptófano. El ácido nicotínico (ácido piridino-3-carboxílico) es la base estructural de muchos alcaloides piridínicos. Elácido fusárico es un alcaloide piridínico que se forma bajo el mismo principio de condensación, pero a partir de aspartato y ácido triacético.
Estructura general de los alcaloides de Celastraceae.
Bispiridinas: Las bis-piridinas se forman por acoplamiento de radicales libres (Crisohermidina[7]) o por condensación (Anatabina). Los anillo de piridina se pueden acoplar con otros anillos como en el caso de lanicotina (Anillo pirrolidínico)oanabasina (Anillo piperidínico de la lisina)
Cuando la glutamina heterocicliza en sus extremos, forma laglutanimina, la cual tiene un esqueletopiperidínico. Cuando dimeriza forma laindigoidina (Estructura: 1,1',2,2',3,3',4,4'-octahidro-4,4'-bipiridina).
La prolina y la ornitina pueden formar alcaloides con núcleopirrolizidínico; de hecho, la prolina por sí misma es una pirrolizidina. A partir de la prolina se pueden formar:
Muchos hongosclavicipitáceos producen alcaloides con esqueleto de 2-oxa-6-azatriciclo[4.2.1.03,7]nonano, tales como lalolina y latemulina, a partir de prolina y homoserina.
Las prodigiosinas son pigmentos tripirrólicos producidos por bacterias del géneroSerratia. El primer anillo de pirrol se biosintetiza por la deshidrogenación de un tioéster de prolina con la enzima:[9][10]
La ornitina y la arginina están relacionadas biosintéticamente, ya que la arginina proviene de la ornitina por adición de un grupo carbamilo al nitrógeno terminal de la ornitina con posterior adición de un nitrógeno de aspartato (primeras 3 reacciones delciclo de la urea)
Derivados de la putrescina: La putrescina puede heterociclizar para formar el catiónN-metil-Δ1-pirrolinio. Este intermediario metabólico puede incorporarse a muchas rutas tales como:
a) Formación de 3-pirrolidin-2-il piridinas, como lanicotina
d)Alcaloides pirrolidinflavonoides: Los anillos deN-metil-Δ1-pirrolinio pueden incorporarse a estructuras de flavonoides. Ejemplos de estos alcaloides son laficina, lavochisina y laeleocarpina
-Derivados de poliaminas: La homoesperidina puede dar una doble ciclización para producir biosintéticamentealcaloides pirrozilidínicos. Las plantas del géneroSenecio, la mariposa monarca (Danaus plexippus y otros lepidópteros relacionados (los cuales consumen la planta) y varias orquídeas son los principales productores de alcaloides pirrolizidínicos:[12]
Alcaloides deElaeocarpus: Las especies del géneroElaeocarpus producen una serie de alcaloides indolizidínicos, pero a diferencia de los que son tipo swansonina, estos alcaloides se presume que provienen de la espermidina. Se clasifican en:
-Alcaloides tipo eleokanidina: Presentan un esqueleto base de pirrolo[2,1-f][1,6]naftiridina o1H-pirano[2,3-g]indolizina. Ejemplos de estos alcaloides son laseleokanidinas A-C y laseleokaninas D y E.
La lisina puede ser biosintetizada por la ruta del diaminopimelato (DAP) en hongos o por la ruta de α-aminoadipato (AAA). Durante su biosíntesis se pueden formar metabolitos tales como elácido picolínico yácido dipicolínico, los cuales son isómeros delácido nicotínico y elácido quinolínico, respectivamente.
Cuando la lisina heterocicliza, forma la lactama de la lisina (Esqueleto base: perhidroazepina). Esta lactama es la base de lasbengamidas. Laalisina el producto de transaminación del amino terminal de la lisina. Ladesmosina proviene de este intermediario. La alisina puede formar elácido pipecólico, el cual es un componente de laascomicina y larapamicina.La descarboxilación de la lisina produce lacadaverina, la cual por heterociclización produce Δ1-piperideína. Este anillo puede formar varios sistemas de alcaloides.
Los alcaloides de la lisina se pueden clasificar comoderivados de la cadaverina yderivados del pipecolato.
Losderivados de la cadaverina principalmente son los que proceden de la incorporación de una unidad de piperidina a diversos componentes, por ejemplo:
-Alcaloides quinolizidínicos: Se forman por dos unidades de piperideína. Se encuentran en varios miembros de la familia Fabaceae. Ejemplos típicos son lalupinina, lalusitanina y lacastoramina.
-Alcaloides indolizidínicos: La castanospermina proviene biosintéticamente del ácido pipecólico. Este se condensa con dos unidades de acetato por medio decondensaciones de Claisen de la misma manera que en lospolicétidos, generándose así la 1-indolizidinona, la cual es precursora de muchos alcaloides indolizidónicos. Ejemplos de estos alcaloides son lacastanospermina,swainsonina, laspumiliotoxinas, lalentiginosina, laspoligonatinas y lamonomorina. Lasmirmicarinas presentan un esqueleto de indolizidina fusionado con un pirrol (Pirrolo[2,1,5-cd]indolizina). Los alcaloides indolizidínicos pueden presentarse fusionados con anillos aromáticos (Dibenzo[f,h]pirrolo[1,2-b]isoquinolina) como en el caso de lasficuseptinas, lacriptopleurina y latiloforina.
Indolizina
Pirrolo 2,1,5-cd indolizina
Dibenzo[f,h]pirrolo[1,2-b]isoquinolina
Alcaloides delitráceas: Estos alcaloides ciclofánicos se componen de un ciclo quinazolínico o piperidínico proveniente de la lisina, los cuales se esterifican con ácidos aromáticos fenilpropanoides o forman éteres entre anillos aromáticos.[17]
Ácidos acromélicos: Aislados del hongoClitocybe acromelalga. Están relacionados biogenéticamente con elácido kainico y elácido domoico.[20] Lo que se asegura de todos estos alcaloides es la correlación con el ácido glutámico. Elácido fusárico se condensa en una manera similar, solo que formando un alcaloide piridínico.
La fenilalanina y la tirosina se biosintetizan por laruta del ácido shikímico, víacorismato,prefenato y arilpiruvatos. Plantas y bacterias sintetizan ambos aminoácidos por rutas separadas, mientras que los animales y los hongos pueden obtener tirosina por hidroxilación de fenilalanina.
Los alcaloides de los aminoácidos tirosina-fenilalanina son un grupo muy amplio y diverso, por lo que serán clasificados por su biosíntesis en los siguientes tipos:
Las plantas del géneroSecurinega producen alcaloides con el esqueleto base (6S,11bS)-6,11b-metano-3a,6,11a,11b-tetrahidrofuro[2,3-c]pirido[1,2-a]azepina. Este pequeño grupo de 30 alcaloides parece provenir biosintéticamente de la tirosina y la lisina, como el caso de lasecurinina. Otros ejemplos son lassecuriniaminas,sufruticodina y lossecurinoles A-D. Lafilantidina tiene la estructura metanofuro[2,3-d]pirido[1,2-b][1,2]oxazocina. Sankawa y colaboradores dedujeron que la securinina puede provenir de una molécula detirosina y otra decadaverina. Los precursores lisina, cadaverina, y tirosina fueron los que mostraron mayor incorporación. Los experimentos de degradación revelaron que la [1,5-14C]-cadaverina marcó específicamente el anillo de piperidina de securinina y la radioactividad deDL-tirosina-[2-14C] fue incorporado en el carbonilo C-11 de la lactona. Los experimentos conL-tirosina[U-14C] yL-tirosina-[3’,5’-³H;U-14C] prueba que el fragmento C6 – C2 es derivado del anillo aromático y los carbono C-2 y C-3 de la tirosina.[21]
Los anhidropéptidos mixtos (se forman a partir de una arilalanina y otro aminoácido). Por ejemplo, la gliotoxina se forma a partir de la fenilalanina y la serina:
Biosíntesis de gliotoxina
Varios hongos (Arachniotus,Aspergillus,Epicoccum) pueden realizar otras condensaciones y por medio de una electrociclización reversa de un epóxido de areno, se forman alcaloides policíclicos tales como al aranotina. En este caso se lleva a cabo una segunda ciclización, en la que se forma un compuesto policíclico. La aranotina presenta adicionalmente una electrociclización reversa a partir del epóxido de areno correspondiente para forma r un sistema de oxepina.
Biosíntesis de la aranotina
Otros sistemas de ensamblaje heterocíclico de arilalaninas son las luciferinas de celenterados:
Las fenetilaminas pueden incorporarse a anillos de imidazoles (como laPolicarpina) y oxazoles, como laanulolina, elhalfordinol, latexalina y latexamina:
Los fenoles simples producto de la degradación de arilalaninas también pueden ensamblarse sin formación de esqueletos de carbono nuevos por condensación intramolecular, formando sistemas heterociclos con dos heteroátomos. Por ejemplo, la luciferina deLampyris noctiluca se forma por este mecanismo:
Losalcaloides isoquinolínicos ytetrahidroisoquinolínicos (THIQ) comprenden una diversa gama de compuestos ampliamente distribuidos principalmente en el reino vegetal. Cabe destacar que estas isoquinolinas tienen un sustituyente alquilo en la posición 1. Cualquier otro patrón de sustitución hace pensar en otra ruta biosintética. Biogenéticamente se pueden formar por unaReacción de Pictet-Spengler de unacatecolamina con un aldehído o un ácido α-cetocarboxílico:
1,2,3,4-Tetrahidroisoquinolina
Biosíntesis de THIQ.
La(S)-norcoclaurina sintasaEC:4.2.1.78 es el ejemplo típico de las enzimas que catalizan esta reacción, en este caso a partir del 3,4-dihidroxifenilacetaldehído (carbonilo) y dopamina (catecolamina).
El grupo de lasaframicina y larenieramicina presenta la estructura de 6,15-epimino-4H-isoquino[3,2-b][3]benzazocina. Ejemplos de estos alcaloides son lasjorunamicinas.
-Alcaloides bisbencilisoquinolínicos: Se producen por acoplamientos de radicales libres y se conectan por medio de uno, dos o tres enlaces éter o bifenilo. Las unidades monoméricas son principalmente bencilisoquinolinas hidroxiladas o metoxiladas. Las aporfinas pueden contener componentes de aporfina. Este gran grupo de alcaloides se pueden dividir en cinco categorías, de acuerdo a la clasificación de Shamma:
(a)Alcaloides que sólo presentan grupos arilo acoplados. De la corteza dePopowia pisocarpa se han aislado un grupo de 7 alcaloides que presentan enlaces entre C-11 y C-11'. Algunos ejemplos son lapisopowetina y lapisopowiaridina.
Pisopowina
(b)Alcaloides que contienen sólo un enlace éter: Los enlaces éter comúnmente se encuentran en los carbonos C-11 y C-12', como ladauricina, C-11 y C-10', como en lavanuatina, entre C-10 y C-7' como lamalekulatina y laambrinina, C-11 y C-7', como en laneferina.
(c)Alcaloides que contienen un enlace con un aromático y uno o dos enlaces éter. Estos alcaloides están basados en el esqueleto de larodiasina, por ejemplo latiliacorina.
(d)Alcaloides que contienen 2 enlaces éter: El más grande subgrupo simple que contiene dos enlaces éter posee el esqueleto deberbamano, p. ejem. laberbamina. Otro grupo de alcaloides son los del tipooxiacantano, como laoxiacantina, por ejemplo laoxiacantina, el cual se conecta en los carbonos C-8 y C-7' y entre C-12 y C-13'. Este grupo incluye eltalicberano (C-8 a C-6' y C-11 a C-12'),talidasano (C-8 a C-5¢ y C-11 a C-12'), ytalmano (C-7 a C-5' y C-11 to C-12'). Todos estos tipos contienen enlaces entre los anillos de bencilo y entre los anillos aromáticos del componente tetrahidroisoquinolínicos. Eltubocurarano contiene enlaces éter entre el anillo de bencilo de una unidad y el anillo aromático del componente de isoquinolina de la otra unidad.
Berbamano
Oxiacantano
Talicberano
Tubocurarano
(e)Alcaloides con tres enlaces éter: Estos alcaloides incluyen a los grupos del 6',7-epoxioxiacantano (p. ejem.trilobina), 7,8'-epoxioxiacantano, y 8,12'-epoxitubocurarano.
-Alcaloides pseudobencilisoquinolínicos: Este término se utiliza para describir un esqueleto de isobenzoquinolina en la cual un esqueleto de bencilisoquinolina en el cual el anillo aromático se encuentra oxigenado en el carbono C-2', C-3' y C-4'. Estos alcaloides provienen biogenéticamente de sales protoberberínicos por la escisión del enlace C8-C8a. Lapolicarpina,canadalina,Taxilamina yLedecorina son ejemplos de este tipo de alcaloides.
-Alcaloides cularínicos: Los alcaloides derivados de lacularina ((12aS)-2,3,12,12a-Tetrahidro-6,9,10-trimetoxi-1-metil-1H-[1]benzoxepino[2,3,4-ij]isoquinolina) son tetrahidroisoquinolinas que contienen una oxepina o dihidrooxepina fusionada entre los carbonos C-8 y C-2'. Se forman por un acoplamiento oxidativo intramolecular. Ejemplos soncompostelina,sarcocapninas, lagouregina,aristoyagonina,aristocularinas y lacularina.
-Alcaloides secocularínicos: Se pueden clasificar en dos grupos, las B- y C- secocularinas. Un ejemplo de las β-secocularinas (por ejemplo lasecocularina, lasecocularidina y lanorsecocularina las cuales son estructuralmente relacionadas con alcaloides derivados del fenantreno derivados de aporfinas. Las C-secocularinas (p. ejem. lanoyaína).
-Alcaloides tipo cancentrina: Son dímeros de una unidad de cularina y un morfinano a través de una unión espiro. Se encuentran en especies del géneroDicentra.
-Alcaloides tipo pavina: Estos alcaloides se forman por modos alternativos de ciclización oxidativa de precursores benzoquinolínicos. P. ejemploPavina,argemonina.
-Alcaloides proaporfínicos: Este grupo de alcaloides representa una etapa intermedia en la conversión de las bencilisoquinolinas en ciertas aporfinas. Ejemplos de estos alcaloides son laorientalinona,glaziovina,estefarina,mecambrina,pronuciferina.
Biosíntesis de proaporfinas
-Alcaloides aporfínicos:Este gran grupo de alcaloides contiene el sistema de anillo tetracíclicoaporfínico (4H-dibenzo[de,g]quinolina)formado por acoplamiento oxidativo de un fenol precursor bencilisoquinolínico.
Biosíntesis de aporfinas. Las aporfinas pueden biosintetizarse por transposición de proaporfinas(1) y por acoplamineto radicalario de una bencilisoquinolina(2).
(b) apoporfinoides tipoduguenaína ypancoridina. Su esqueleto base es la 9,10-dihidro-5H,7H-benzo[f][1,3]dioxolo[6,7]isoquino[8,1,2-hij][3,1]benzoxazina.
(l) alcaloides tipo 5H-Indeno[1,2-b]piridina, por ejemplo laoniquina
(m) compuestos en los cuales el heterociclo se ha abierto para dar derivados delfenantreno, como por ejemplo lataspina.
(n) alcaloides que contienen anillos de lactamas de 5-miembros, como las aristolactamas (como lacefaranona A) y lapiperolactama. Las cefaronas tienen como esqueleto el benzo[f]-1,3-benzodioxolo[6,5,4-cd]indol. Elácido aristolóquico es un derivado deN oxidación a grupo nitro.
-Alcaloides morfinánicos: Estos alcaloides tienen como esqueleto base almorfinano. Se forman a partir del acoplamiento oxidativo de un precursor isoquinolínico hidroxilado. Algunos ejemplos de este grupo son lacodeína,salutarina,morfina yoripavina.
Alcaloides tipo aaptamina: Laaaptamina y sus congéneres naturales son alcaloides marinos que contienen anillos de4H-benzo[de][1,6]-naftiridina. Todas las aaptaminas han sido aisladas deDemospongiae (Porifera). Se podrían clasificar estos alcaloides en los siguientes grupos:
-Alcaloides tipo lamelarina: Laslamelarinas son una familia de alcaloides pirrolo[2,1-a]isoquinolínicos relacionados con lasningalinas,estorniamidas ylukianoles. Biosintéticamente son alcaloides bencilisoquinolínicos condensados con unfenilpropanoide. Se han aislado más de 30 compuestos relacionados y derivados de las diversas lamelarinas. Las lamelarinas A-D fueron aisladas por Andersen en 1985,[26]
-Alcaloides secobisbencilisoquinolínicos: Son aquellos en los cuales una de las unidades de bencilisoquinolina se rompe entre el carbono C-1 y el átomo de carbono α. Se pueden formar así lactamas de aldehídos (como la Punjabina), ésters lactámicos (gilgitina,talcamina) o aminoaldehídos (Jhelumina,chenabina). Lakarakoramina carece del fragmento de la lactama, pero posee una función hidroximetilo en el carbono C'-aromático.
Alcaloides tipo emetina: Estos alcaloides forman una unidad de tetrahidroisoquinolina a partir de un aldehído iridoide.El precursor de estos alcaloides es elipecósido[27] Laemetina es el alcaloide típico de este grupo.
Los Alcaloides mesembrenoides son derivados de dos unidades de fenilalanina con pérdida de una de las cadenas laterales de etanamina, los cuuales proceden de un intermediario tipo lobeladínico. Este grupo de aproximadamente 20 alcaloides tiene tres tipos estructurales:
b) Tipo joubertiamina: Se forman por la ruptura del anillo de indol, formando así una amina lineal.
c) Tipo tortuosamina: La amina formada en los alcaloides tipo joubertamina vuelve a ciclar para formar una estructura tipo 6-fenil-5,6,7,8-tetrahidroquinolina.
Alcaloides dibenzoquinolizínicos y dibenzoindolizínicos
Constituye una pequeña familia de alcaloides que constan de un residuo aromático proveniente de un derivado de un arilpropano y un ciclo condensado, formado probablemente como las cilindrinas. Han sido aisladas de las plantas menispermáceasCocculus hirsutus[29][30][31]
Lascitocalasinas son alcaloides policétidos que consisten en una amida del extremo carboxílico del policétido con el grupo amino de la fenilalanina. Posteriormente este sistema condensa para formar una pirrolona y posteriormente se presenta una reacción de Diels Alder intramolecular.
Laspseurotinas son alcaloides policétidos espirofuropirrólicos producidos por un policétido precursor que forma una amida con la fenilalanina. Posteriormente se forma la heterociclización del pirrol y al final la espirolactama con oxidaciones posteriores. Lascefalimisinas son alcaloides con biosíntesis relacionada con las pseurotinas.
La dihidroxifenialanina (DOPA) puede formar el 2,3-dihidroindol denominadocicloDOPA. Este compuesto puede formar índoles intermedios. Cuando este compuesto polimeriza, se cicla o se condensa con cisteína forma laseumelaninas y lasfeomelaninas.
Betalaínas. La base de estos pigmentos alcaloides es elácido betalámico, el cual se forma por la escisión oxidativa de laDOPA. Cuando el ácido betalámico forma iminas con el nitrógeno de los aminoácidos, se forman lasbetalaínas. Se clasifican en dos tipos: lasbetacianinas, que son sales de iminio de la cicloDOPA, y lasbetaxantinas, que son iminas con aminoácidos o aminas biógenas. Estosmetabolitos secundarios de las plantas nitrogenados actúan como pigmentos rojos y amarillos. Están presentes solamente en eltaxónCaryophyllales excepto Caryophyllaceae y Molluginaceae (Clementet al. 1994[32]). En contraste, la mayoría de las demás plantas poseen pigmentos que sonantocianinas (que pertenecen al grupo de los flavonoides). Las betalaínas y las antocianinas son mutuamente excluyentes, por lo que cuando se encuentran betalaínas en una planta, estarán ausentes las antocianinas, y viceversa. Algunos hongos también presentan estos compuestos, llamadosmuscaaurinas. Cuando en lugar de formar un heterociclo de seis miembros (como el caso delácido betalámico) se forma uno de siete, se denominamuscaflavina, y las iminas se denominanhigroaurinas.[33]
Elácido antranílico se forma por eliminación concertada con una adición de un nitrógeno de la glutamina delácido corísmico. Este compuesto es el precursor de múltiples metabolitos secundarios, los cuales pueden ser clasificados en las siguientes categorías:
Lapiocianina es un alcaloidefenazínico que constituye una de las muchas toxinas producidas y secretadas por la bacteria Gram negativaPseudomonas aeruginosa. La piocianina es un metabolito secundario de coloración azul con la capacidad de oxidar y reducir otras moléculas y, por lo tanto, puede matar a los microbios que compiten contraP. aeruginosaasí como a las células de los pulmones de los mamíferos a los cualesP. aeruginosaha infectado durante la fibrosis quística. Elácido corísmico es el precursor de la piocianina, en la que se forma un intermediario aminado que al ensamblarse con dos unidadestautoméricas distintas, genera el ácido fenazino-1-carboxílico. Este compuesto es precursor de otras fenazinas.[34]
Alcaloides pirroloindólicos: Se forman por heterociclización de la triptamina para formar 1,8-dihidropirrolo[2,3-b]índoles tales como laQuimonantina,fisostigmina,flustraminas.
Alcaloides pirrolo[4,3,2-de]quinolínicos: Indoloquinonas con ciclización intramolecular de un enlace imino que forman estructuras de pirrolo[4,3,2-de]quinolina. Ejemplos:Makaluvaminas ymicearrubinas.[36] Las sanguinonas tienen otros 2 anillos fusionados, al igual que las hetatopodinas
Alcaloides tipo cincona: Este grupo de alcaloides incluye elantimalárico quinina, y contienen un anillo dequinuclidina. Este grupo se clasifica en dos grupos:
Quinina,cinconamina(a) el grupo de lacinconamina, derivado de un precursor tipo corinantina por fisión de N-4 al enlace C-5, y por unión de N-4 a C-17,(b) el grupo de laquinina, el cual contiene un anillo de quinolina generado por la fusión de los enlaces 2,7 seguido de una fusión de N-1 a C-5 del cinconaminal.
Alcaloides tipo estricnina: Se forman a partir de la akuammicina y sufren una posterior condensación aldólica con una unidad de acetil coenzima A. Algunos ejemplos son laEstricnidina,prekuamicina,brucina,estemadenina,estricnina.
Alcaloides ibogamínicos: Consiste en una serie de alcaloides que provienen de la fisión de la prekuamicina, en donde se forma laestemadenina y porreacción de Dielsa-Alder se forma un nuevo anillo de ibogamina.
Alcaloides aspidospermidínicos:[37] El esqueleto de los alcaloides aspidospermidínicos se forma por ciclización de la deshidrosecodina, obtenida de un precursor de deshidrosecodina.P. ejemplo laeburenina.
Los alcaloides de este grupo incluyen las siguientes variantes estructurales:
(a) alcaloides anilinoacrílicos, tales como latabersonina, el cual contiene el grupo metoxicarbonilo en el carbono 16. Los dos sustituyentes de carbono en la posición 20 pueden ser un simple grupo etilo, o pueden estar funcionalizados.
(b) alcaloides que carecen del grupo metoxicarbonilo del carbono 16, como en laaspidospermina. C-18 y C-19 pueden ser un grupo etilo o C-18, el cual puede estar funcionalizado.
(c) alcaloides que contienen un puente éter o lactona entre C-18 y C-21;(d) alcaloides que contienen un puente éter o lactona entre C-18 y C-15;(e) alcaloides que contienen un puente lactona entre C-18 y C-17, y un anillo de dihidro-1,4-oxazina entre N-1 y C-12, como en laobscurinervidina:
(h) el grupo de laquebrachamina, la cual es derivada de la fisión del enlace 7,21. Estos alcaloides pueden haber perdido el grupo metoxicarbonilo del C-16 como en laquebrachamina o puede conservarse, como en lavincadina. Ejemplos de estos alcaloides sonkopsiyunaninas.
Alcaloides piridocarbazólicos: Estos alcaloides se forman por la escisión de laestemadenina y por ciclización sobre el anillo de indol. Ejemplos de estos compuestos son laOlivacina,Elipticina,guatambuina,janetina
El esqueleto de estos alcaloides se generan por transposición del sistema de aspidospermidina, por migración del carbono 21 desde el carbono 7 al carbono 2, fisión del enlace 2,16 y por unión de C-16 a N-1.Estos alcaloides se pueden clasificar en:(a)Vincamina y sus derivados, los cuales retienen el grupo metoxicarbonilo;(b) los alcaloides como laeburnamina y laeburnamenina, el cual tiene una pérdida del grupo éster en C-22;(c) algunos derivados en donde C-18 o C-19 son oxidados como lacuanzina;(d) El grupo de laesquizozigina, el cual contiene un enlace adicional entre C-2 y C-18;(e) Alcaloides relacionadosandrangina yvallesamidina, en donde C-21 ha migrado a C-2.
Quetoglobosanos y esqueletos relacionados: Alcaloides policétidos con una unidad de triptófano esterificada y modificada por una cicloadición deDiels-Alder. Incluye a lasquetoglobosinas,proquetoglobosinas,isoquetoglobosinas,penocalasinas ycitoglobosinas.
Los genalcaloides —uóxidos aminados de alcaloide— son derivados por oxidación de los alcaloides que contienen el grupo R=(NO)-R, donde elnitrógeno tienevalencia V, en contraposición a los alcaloides normales, donde es trivalente (R=N-R). Su acción es la misma que la del alcaloide del cual provienen, pero es más pausada. Se nombran añadiendo el prefijo gen- al nombre del alcaloide.
Los pseudoalcaloides son metabolitos secundarios que poseen un átomo de nitrógeno incorporado como amoniaco a una biomolécula tal como un terpeno, un policétido, un ácido graso o un derivado del ácido shikímico.
Los alcaloides están ampliamente distribuidos en el reino vegetal (25 % de las plantas contienen alcaloides) y en algunas especies su concentración puede alcanzar el 10 % (flores). En las familiasAmaryllidaceae,Fabaceae,Liliaceae,Papaveraceae yRutaceae los alcaloides tienen gran valor quimiotaxonómico. La familiaSolanaceae es rica en alcaloides, pero con diferencias a nivel de género. Así, en el tabaco (Nicotiana) hay derivados de la piridina (nicotina), enSolanum (patata,berenjena,tomate) se encuentran pseudoalcaloides espirosolánicos (tomatina) yDatura,Hyoscyamus,Atropa yScopolia contienen derivados deltropano:hiosciamina,atropina, etc.
Las pirrolizidinas se encuentran principalmente en las familiasCompositae,Boraginaceae,Leguminosae yApocynaceae. Los géneros productores de estos alcaloides están distribuidos en diferentes regiones y climas y podrían representar hasta el 3 % de las plantas con flores. Algunas contienen una sola clase de pirrolizidina, pero la mayoría contienen entre cinco y ocho clases. El contenido varía con cada especie, pero puede llegar a ser un porcentaje importante del peso seco. La mayor concentración se encuentra en las raíces y es mayor en hojas jóvenes, inflorescencias y capullos que en hojas más viejas. En algunas especies se encontraron altas concentraciones en semillas, lo que implica un riesgo en los casos en que estas semillas se utilicen para la alimentación humana. ExistenN-óxidos de estos alcaloides, que son más solubles en agua y se transportan más fácilmente dentro de la planta.
Se han aislado aminas del tipo de lasefedrinas (Ephedra); poliaminas mixtas con espermidina y tirosina (Efedrarinas;Ephedra).
Efedrina.
Plantas angiospermas:
Monocotyledonae (Liliopsida;Cronquist): Muchos alcaloides provenientes de monocotiledóneas tienen origen en la fenilalanina y son exclusivos de este grupo taxonómico, tales como los alcaloides fenetilisoquinolínicos y los derivados de la norbeladina.
↑K. Gerth, H. Irschik, H. Reichenbach, W. Trowitzsch,J. Antibiot. (1980) 33:1474
↑Polar alkaloids from the Caribbean marine sponge Niphates digitalis. Regalado EL, Mendiola J, Laguna A, Nogueiras C, Thomas OP.Nat Prod Commun. (2010) v.5(8):pp.1187-1190.
↑Biosynthesis of the chromogen hermidin from Mercurialis annua L. Elena Ostrozhenkova, Eva Eylert, Nicholas Schramek, Avi Golan-Goldhirsh, Adelbert Bacher a,c, Wolfgang Eisenreic.Phytochemistry v.68 (2007):pp. 2816–2824
↑Hachijodines A-G: Seven New Cytotoxic 3-Alkylpyridine Alkaloids from Two Marine Sponges of the Genera Xestospongia and Amphimedon. Sachiko Tsukamoto, Motohiko Takahashi, Shigeki Matsunaga, Nobuhiro Fusetani, Rob W. M. van SoestJ. Nat. Prod. (2000) v.63:pp. 682-684
↑Walsh, C. T., Garneau-Tsodikova, S. & Howard-Jones, A. R. Biological formation of pyrroles: Nature’s logic and enzymatic machinery. Nat. Prod. Rep. 23, 517–531 (2006).
↑Structure, Chemical Synthesis, and Biosynthesis of Prodiginine Natural Products Dennis X. Hu, David M. Withall, Gregory L. Challis, and Regan J. Thomson Chemical Reviews Article ASAPdoi10.1021/acs.chemrev.6b00024
↑Yang et al."Two new alkaloids from the Dendrobium chrysanthum".Heterocycles 65(3):633-636
↑The Biosynthesis Of Lunarine In Seeds Of Lunaria Annua Silvia Sagner, Zheng-Wu Shen, Brigitte Deus-Neumann And Meinhart H. Zenk.Phytochemistry (1998) V. 47(3): pp. 375-387,
↑Motuporamines, Anti-Invasion and Anti-Angiogenic Alkaloids from the Marine Sponge Xestospongia exigua (Kirkpatrick): Isolation, Structure Elucidation, Analogue Synthesis, and Conformational Analysis. David E. Williams, Kyle S. Craig, Brian Patrick, Lianne M. McHardy, Rob van Soest, Michel Roberge, and Raymond J. Andersen.J. Org. Chem. (2002) v.67:p.245-258
↑Characterisation of the paralytic shellfish toxin biosynthesis gene clusters in Anabaena circinalis AWQC131C and Aphanizomenon sp. NH-5 Troco K Mihali1, Ralf Kellmann and Brett A Neilan.BMC Biochemistry (2009) v.10:p.8
↑Barbier. Journal of Chemical Ecology, Vol. 16, n.º 3, 1990
↑M. J. Wanner and G.-J. KoomenStudies in Natural Products Chemistry: Stereoselectivity in Synthesis and Biosynthesis of Lupine and Nitraria Alkaloids ed. Atta-ur-Rahman; Elsevier: Amsterdam,1994, vol. 14, pp. 731–768.
↑Gravel E. Poupon E.Biosynthesis and biomimetic synthesis of alkaloids isolated from plants of the Nitraria and Myrioneuron genera: an unusual lysine-based metabolism.Nat. Prod. Rep. (2010) 27:32–56
↑Katsuhiro. Konno, Kimiko. Hashimoto, Yasufumi. Ohfune, Haruhisa. Shirahama, and Takeshi. Matsumoto. Acromelic acids A and B. Potent neuroexcitatory amino acids isolated from Clitocybe acromelalga. J. Am. Chem. Soc. 110, 14, 4807-4815.
↑Sankawa, U. et al.Phytochemistry (1977) v.16: pp.561-563
↑Guinaudeau, H. and Shamma, M.J. Nat. Prod. (1982) v.45:237
↑Montgomery, C.T. et al.J. Nat. Prod. (1983) v.46:441.
↑Clement JS, TJ Mabry, H Wyler y AS Dreiding. 1994. "Chemical review and evolutionary significance of the betalains". En:Caryophyllales, H-D Behnke y TJ Mabry (eds.) 247-261. Springler, Berlin.
↑Strack D., Vogt T., Schliemann W. "Recent advances in betalain research."Phytochemistry (2003) V.62:247–269.
↑«Phenazine-1-carboxylic acid, a secondary metabolite of Pseudomonas aeruginosa, alters expression of immunomodulatory proteins by human airway epithelial cells».American Journal of Physiology285: 584-L592. 2003.doi:10.1152/ajplung.00086.2003.
↑Levy, L. M.; Cabrera, G. M.; Wright, J. E.; Seldes A. M.Phytochemistry (2000) 54, 941
↑Pigments of Higher Fungi: A Review. Jan Velísek and Karel CejpekCzech J. Food Sci. (2011) 29(2): 87–102
↑Overman, L.E. and Sworin, M. (1985) in Alkaloids: Chemical and Biological Perspectives, (ed. S.W. Pelletier), Vol. 3, Wiley-Interscience, New York.
.svg)
quinolina.png)
-ciclopenta_ij_isoquinolina.png)
-Sparteine.svg)
-6%2c11b-Metano-3a%2c6%2c11a%2c11b-tetrahidrofuro_2%2c3-c_pirido_1%2c2-a_azepina.png)
-(-)-2-Azetidinecarboxylic_acid.png)
-Cytisine.svg)
.png)
-Arenine.svg)
.png)
.png)
-Quebrachamine.png)
-Ephedrin.svg)
-anaferine.svg)
quinoline.png)
