1、第六章 生物碱ALKALOIDS,1,生物碱介绍,有机含氮碱，含有一个或多个氮原子通常以伯胺、仲胺或叔胺形式存在。分布于植物中，微生物和动物中少量分布呈碱性，碱性差别与分子结构以及其他官能团的种类和连接位置有关含有季铵氮的生物碱为强碱一些生物碱的生物学活性与生理pH条件下的质子化作用形成季铵结构有关,2,生物碱分类,除氨基酸常会在脱羧过程中失去羧基碳外，一般情况下，来源于氨基酸的氮原子和特殊氨基酸前体的碳骨架在生物碱结构中基本上保持完好，因此以氨基酸前体为依据对生物碱进行分类合理易懂。,3,一、母核为氨基酸来源 按照提供氮原子和生物碱基本骨架的氨基酸分类：鸟氨酸（吡咯类和托品烷类）赖氨酸（哌啶
2、类、喹诺里西啶类和吲哚里西啶类）烟酸（吡啶类）酪氨酸（苯乙胺类，简单四氢异喹啉类，酚氧化偶联起重要作用的其他生物碱【苄基四氢异喹啉类、苯乙基异喹啉类、萜类四氢异喹啉类和石蒜科生物碱】）,4,色氨酸（简单吲哚类、简单-卡波琳类、萜类吲哚、喹啉类、吡咯吲哚类和麦角生物碱）组氨酸（咪唑类）邻氨基苯甲酸（喹唑啉、喹啉和吖啶）二、母核为非氨基酸来源的生物碱（伪生物碱）氨基化作用：母核由其他类型的底物经氨基化作用生成，这些底物可以经乙酸途径、苯丙氨酸途径合成，也可以是萜类或甾体。嘌呤类生物碱：合成途径与核苷酸中嘌呤的合成途径相类似。,5,第六章 生物碱ALKALOIDS,6.1来源于鸟氨酸的生物碱ALKA
3、LOIDS DERIVED FROMORNITHINE,6,L-鸟氨酸（L-ornithine）,动物体内尿素循环部分的非蛋白质氨基酸在精氨酸酶的催化下由L-精氨酸生成、植物体内，由L-谷氨酸生成,7,8,PLP：磷酸吡哆醛（辅酶）SAM：S-腺苷甲硫氨酸（转移甲基）Putrescine:腐胺,2.3.7,9,PLP,10,PLP,大多数氨基酸生物碱前体通常有单独的-氨基提供氮原子。L-Orn含有-氨基和-氨基，除羧基外-氨基及碳链一起并入生物碱结构中。L-Orn为生物碱提供了一个C4N结构单元的吡咯烷环体系，该C4N结构单元也是托品烷生物碱的组成部分L-Lys与L-Orn相似，含有一个-氨基
4、形成C5N结构单元。,11,Outline,6.1.1吡咯烷类生物碱和托品烷类生物碱颠茄、曼陀罗、莨菪、澳洲毒茄、同源植物药、莨菪碱、东莨菪碱和阿托品、古柯6.1.2 吡咯里西啶类生物碱,12,6.1.1吡咯烷类生物碱和托品烷类生物碱,含有吡咯烷结构的简单生物碱：古豆碱和红古豆碱（分布于茄科植物）茄科植物可以累积具有药用价值的托品烷生物碱，如莨菪碱和可卡因,13,14,PLP：磷酸吡哆醛（辅酶）SAM：S-腺苷甲硫氨酸（转移甲基）Putrescine:腐胺,2.3.7,生成N-甲基-吡咯啉阳离子,15,Hygrine:古豆碱Methylecgonine:甲基爱康宁Tropinone:托品酮Tr
5、ipine:托品烷Cocaine:可卡因Hyoscyamine:莨菪碱Cuscohygrine:红古豆碱Phenyl-lactic acid:苯乳酸,16,Tropic acid: 托品酸Phenylpyruvic acid: 苯基丙酮酸Dehydrogenase:脱氢酶2-oxoglutarate:2-酮戊二酸Hydroxyhyoscyamine:羟基莨菪碱Hyoscine (scopolamine):东莨菪碱Mutase:变位酶Littorine:利托林,2.3.8.4,在托品烷生物碱结构中其他成酯的酸有：曼陀罗碱（来源于曼陀罗）中的顺芷酸利托林中的苯乳酸甲基巴豆酸来源于L-异亮氨酸,17
6、,曼陀罗碱,最重要的两种药用天然托品烷生物碱莨菪碱东莨菪碱分布于多种茄科植物：颠茄属：颠茄（龙葵）曼陀罗属：曼陀罗（曼陀罗花） 尼日尔莨菪（天仙子）澳洲毒茄属植物这类生物碱的存在是这些植物具有毒性的原因,18,颠茄（Atropa belladonna）,高毒性植物颠茄草供药用生物碱含量：颠茄草：0.3%-0.6%，主要是(-)-莨菪碱颠茄根：0.4%-0.8%，主要是(-)-莨菪碱，还有东莨菪碱和红古豆碱颠茄叶：含量不多。草中提出的生物碱混合物常与抗酸药合用，作为胃肠道镇静剂。根部制剂可外用，减缓疼痛，如颠茄膏药。,19,曼陀罗（Datura stramonium）,毒性较大生物碱含量0.2-
7、0.45%，主要成分为(-)-莨菪碱和 (-)-东莨菪碱，比例为2：1。红花曼陀罗，叶中生物碱含量高达0.8%，主要成分为(-)-东莨菪碱。,20,莨菪（Hyoscyamus）,尼日尔莨菪，天仙子（Hyoscyamus niger）生物碱含量低（0.045%-0.14%）， (-)-莨菪碱， (-)-东莨菪碱含量基本相同。埃及莨菪（Hyosycamun muticus）叶子中含量0.35-1.4%，90%是(-)-莨菪碱。,21,澳洲毒茄,Duboisia myoporoides和D.leichhardtii叶中生物碱含量很高，达3%(-)-莨菪碱， (-)-东莨菪碱和结构类似物。(-)-东莨
8、菪碱治疗晕动症，二战时期大量需求。D. hopwoodi生物碱含量少，主要含有尼古丁和相关的生物碱，如去甲烟碱。咀嚼叶子起到兴奋提神之作用。,22,同源植物药,东莨菪和盾叶鬼臼中含有托品烷生物碱，主要是莨菪碱和东莨菪碱东莨菪（Scopolia carnoolica）外观类似于颠茄欧洲盾叶鬼臼（Mandragora of ficinarum）安眠药、万能药和壮阳药,23,莨菪碱，东莨菪碱和阿托品,在双环托品烷结构中，哌啶环为椅式构象，氮原子上存在构型翻转，因此N-甲基可以在平伏键和直立键位置两种构象间保持平衡。优势构象：莨菪碱：甲基处于平伏键东莨菪碱：甲基处于直立键,24,莨菪碱和东莨菪碱分别是
9、由莨菪醇和东莨菪醇与S-托品酸形成的酯，手性由S-托品酸产生。托品酸手性中心与羰基和芳环相连，易外消旋化，在碱分离提取过程中导致大量消旋产物生成。天然（-）对映体活性为（+）对映体的20倍。,25,莨菪碱的外消旋形式：阿托品东莨菪碱的外消旋形式：消旋东莨菪碱,(-)-东莨菪碱的3-OH和活性环氧化物官能团相邻较近，利用化学水解东莨菪碱来获得羟基东莨菪醇的方法不可行，只可以生成莨菪灵（oscine）。,26,Muscarine：毒蕈碱,药用：(-)-莨菪碱盐和消旋体()-莨菪碱（阿托品）东莨菪碱只局限于使用天然左旋体。机制：与乙酰胆碱结构类似，氮原子和酯链之间空间关系存在相似性，与乙酰胆碱竞争副
10、交感神经系统中的毒蕈碱受体，作为抗胆碱药。含有托品烷生物碱的植物都是具有很强的毒性。,27,后马托品(homatropine):托品+外消旋扁桃酸成酯【扩瞳药】托吡卡胺(tropicamide):托品酸酰胺 【扩瞳药】环喷托酯(cyclopentolate):类托品酸酯，叔胺醇类似于胆碱【扩瞳药】格隆铵(glycopyrronium):季铵氮原子【毒蕈碱受体阻断剂】苯扎托品(benzatropine):托品醚【治疗帕金森病，阻断多巴胺的重吸收】,28,29,丁溴东莨菪碱【解痉药】,去甲阿托品,异丙托溴铵,氧托溴铵,慢性支气管炎,水溶性多羟基去甲莨菪烷衍生物（茄科植物）糖苷酶抑制作用抗HIV作用
11、合成途径类似于托品,30,打碗花精,古柯生物碱,分布在古柯植物中的一类稀有生物碱，属于违禁药品。,31,桂皮酰可卡因,托派古柯碱,甲基爱康宁,古豆醇碱,-异托品基可卡因,-异托品基可卡因,32,-古柯间二酸,-古柯邻二酸,可卡因作为局麻药外用其药效团为芳香羧酸酯和碱性氨基，中间通过亲脂性烃链连接。,33,34,类毒素-a（anatoxin-a）,由蓝藻（水华鱼腥藻和水华束丝藻产生的毒性托品烷生物碱）烟碱型胆碱受体强激动剂该环结构为高托品烷，合成前体为鸟氨酸,35,地棘蛙素镇痛效果是吗啡的200-500倍烟碱型胆碱受体特异激动剂,6.1.2 吡咯里西啶类生物碱,2分子鸟氨酸经腐胺中间体过程生成二
12、环吡咯里西啶基本骨架。由于合成吡咯里西啶类生物碱的植物缺少鸟氨酸转化成腐胺的脱羧酶，实际上鸟氨酸是经过精氨酸途径参与该类生物碱的合成。,36,37,PLP：磷酸吡哆醛（辅酶）SAM：S-腺苷甲硫氨酸（转移甲基）Putrescine:腐胺,2.3.7,38,高精脒,倒千里光裂碱,千里光宁碱,千里光酸,倒千里光裂碱,吡咯里西啶N-氧化物,吡咯里西啶,吡咯里西啶骨架是由鸟氨酸分别提供的一个C4N单元和另外四个碳原子并合而成。吡咯里西啶类生物碱分布广泛：紫草科、菊科、豆科植物吡咯里西啶类生物碱很少以游离形式存在，常与酸结合成单酯或双酯，如稀有的千里光酸（来源于2分子的异亮氨酸）。,39,植物中的吡咯里
13、西啶生物碱常以极性更强的N-氧化物形式存在，有利于转运，并可使之处于无毒形式。N-氧化物易通过温和的还原反应变回叔胺，食草动物肠道中因微生物存在的原因也有类似转化。,40,一些吡咯里西啶类生物碱具有明显的肝毒性，潜在的毒性结构是吡咯双环中1，2-不饱和基团和侧链上的酯基。这些生物碱本身并无毒性，但在哺乳动物肝氧化酶作用下转化为高活性的吡咯结构，后者是强效烷化剂，能与细胞中的亲和物质反应。N-氧化物不被这些氧化酶转化，只有游离碱才发生上述反应。,41,42,乙酰基因特迈丁,乙酰基毛果天芥菜碱,N-氧-去甲天芥菜碱,乙酰基因特迈丁和乙酰基毛果天芥菜碱治疗炎症、风湿性疾病和胃肠道疾病时，应特别注意潜在毒性。红蛾幼虫以千里光属植物为食，其体内的吡咯里西啶生物碱（以无毒的N-氧化物形式）含量较高，避免了红蛾幼虫遭受攻击。捕食者讨厌因此产生的味道生物碱可以转化成游离碱使捕食者中毒，N-氧-去甲天芥菜碱显著的抗白血病活性，但毒性大，阻止其进一步开发。,43,乙酰基因特迈丁,乙酰基毛果天芥菜碱,N-氧-去甲天芥菜碱,
