KARLOVA UNIVERZITA V PRAZE PEDAGOGICKÁ FAKULTA KATEDRA BIOLOGIE A ENVIRONMENTÁLNÍCH STUDIÍ BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Transkript

1 KARLVA UIVERZITA V PRAZE PEDAGGICKÁ FAKULTA KATEDRA BILGIE A EVIRMETÁLÍC STUDIÍ BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Rostlinné alkaloidy a jejich účinky na lidský organismus Plant alkaloids and their effects on the human body Vypracovala: Vedoucí bakalářské práce: Eva Větrovská doc. RDr. Vasilis Teodoridis, Ph.D. Praha 2013

2 Tato bakalářská práce byla vypracována na Katedře biologie a environmentálních studií Pedagogické fakulty Univerzity Karlovy v Praze v období Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci vypracovala samostatně s vyznačením všech použitých pramenů a spoluautorství. Souhlasím se zveřejněním bakalářské práce podle zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách, ve znění pozdějších předpisů. Byla jsem seznámena s tím, že se na moji práci vztahují práva a povinnosti vyplývající ze zákona č. 121/2000 Sb., autorský zákon, ve znění pozdějších předpisů. V Praze dne podpis

3 Abstrakt: Předkládaná bakalářská práce je obsahově zaměřena na problematiku rostlinných alkaloidů a podává obecný klasifikační přehled této skupiny látek na základě jejich chemické struktury a způsobu vzniku v rostlinném organismu. becně bakalářská práce vymezuje tři základní skupiny rostlinných alkaloidů, tj. pravé alkaloidy, protoalkaloidy a pseudoalkaloidy, které jsou dále detailně členěny a charakterizovány s důrazem na specifickou biosyntézu vybraných zástupců alkaloidů (včetně prezentace konkrétních biochemických schémat), na jejich výskyt, mechanismus účinku na lidský organismus, možnosti intoxikace a otravy, a jejich způsob využití v lékařství a lidovém léčitelství. Vybraní zástupci skupin alkaloidů jsou doplněny i o informace detailně popisující sociálně-kulturní aspekty spojené s těmito látkami, což je logicky propojené a navázané na oblast problematiky drogové závislosti. Součástí práce jsou obrazové přílohy, které dokládají příklady významných zástupců rostlin obsahujících popisované rostlinné alkaloidy. Klíčová slova: rostlinné alkaloidy, protoalkaloidy, pseudoalkaloidy, biosyntéza, intoxikace, drogová závislost, rostliny, houby

4 Abstract: Plant alkaloids and their effects on the human body Presented bachelor thesis is focused on a problematic of plant alkaloids and gives general overview about a classification of this interesting group based on the chemical structure andgenesis in plants. The thesis distinguishes three basic groups of alkaloids, i.e., true alkaloids, protoalkaloids and pseudoalkaloids. These groups are detailed classified and characterized following specific biosynthesis patterns of the studied alkaloids (including specific biochemical schemes). ccurrences in plants, mechanism of their effect on human organism, ways of intoxication and contamination and use in a traditional medicine are next criteria for further classification of the studied alkaloids. Specific socio-cultural aspects associated with phenomena of drug addiction are described by the selected groups of alkaloids Figures of plants containing the described alkaloids are attached in appendixes. Key words: plant alkaloids, protoalkaloids, pseudoalkaloids, biosynthesis, intoxication, drug addiction, plants, fungi

5 Poděkování: Především bych chtěla poděkovat vedoucímu mé bakalářské práce doc. RDr. Vasilisu Teodoridisovi, Ph.D. za odborné vedení, cenné rady a připomínky, které mi poskytl při vypracování bakalářské práce. Dále děkuji své rodině a blízkým, kteří mě podporovali po celou dobu studia.

6 bsah 1. Úvod Funkce v rostlinném těle Přehled rostlinných alkaloidů Pravé alkaloidy Alkaloidy odvozené od ornitinu Tropanové alkaloidy Pyrrolizidinové alkaloidy Alkaloidy odvozené od lysinu Piperidin-pyridinové alkaloidy Chinolizidinové alkaloidy Alkaloidy odvozené od tryptofanu ámelové alkaloidy Monoterpenové indolové alkaloidy Bis-indolové alkaloidy (Vinca alkaloidy) Protoalkaloidy Alkaloidy odvozené od fenylalaninu a tyrozinu Deriváty fenylalkylaminů Isochinolinové alkaloidy Pseudoalkaloidy Steroidní alkaloidy Purinové alkaloidy Závěr Přílohy Seznam zkratek... 79

7 10. Seznam použité literatury Seznam internetových zdrojů Internetové zdroje v textu Internetové zdroje obrázků v textu Internetové zdroje příloh... 92

8 1. Úvod V úvodu předkládané bakalářské práce je nutno konstatovat, že problematika rostlinných alkaloidů je velice obsáhlá a poslední dobou široce diskutovaná nejen odbornou ale i laickou veřejností. Tato práce teoreticky navazuje na bakalářskou práci Bc. Kláry Píšové Rostlinné alkaloidy v historii lidstva (Píšová, 2011). I přes podobnost tématu je předkládaná bakalářská práce zaměřená především na detailní charakteristiky biosyntetických reakcí v rámci jednotlivých skupin alkaloidů v rostlinném organismu, které jsou přehledně prezentovány i ve formě vhodných chemických schémat. Vzhledem ke známému faktu existence široké palety rostlinných alkaloidů v přírodě jsou jednotlivé klasifikační skupiny těchto látek charakterizovány pouze výběrem nejvýznamnějších a pro širokou veřejnost nejznámějších rostlinných alkaloidů. U takto vybraných rostlinných alkaloidů je vždy uvedena jejich chemická struktura, mechanismus účinku na lidský organismus, případně možné typy intoxikace a projevů otravy. Dále je kladen důraz na využití alkaloidů v moderní medicíně a léčitelství. Bakalářská práce je doplněna obrazové přílohy obsahující ukázky rostlin, ve kterých se zmiňované alkaloidy vyskytují. ově jsou v rámci bakalářské práce přehledně a komplexně zpracovány nové skupiny alkaloidů, tj. deriváty fenylalkylaminů a purinové alkaloidy (cf. Píšová, 2011). U vybraných skupin alkaloidů je uveden také historický a sociálně-kulturní význam pro lidskou společnost, a zdůrazněna možnost potenciální drogové závislosti v kontextu s konkrétními rostlinnými alkaloidy. V této práci je oproti tradičnímu způsobu členění rostlinných alkaloidů (taxonomický, resp. botanický klasifikační koncept viz např. Píšová, 2011) použito klasifikační kritérium specifické chemické struktury rostlinných alkaloidů. Cílem předkládané bakalářské práce je přiblížit problematiku rostlinných alkaloidů nejen studentům středních a vysokých škol a jejím pedagogům, ale také široké veřejnosti za účelem poskytnutí detailních a komplexních informací o vzniku a významu těchto rostlinných látek v přírodě, a o potenciálních zdravotních rizicích při jejich použití a zneužití člověkem. 8

9 2. Funkce v rostlinném těle Rostlinné alkaloidy jsou látky obsahující ve své struktuře jeden nebo více dusíkových atomů, které jsou obvykle zabudovány do heterocyklického kruhu. Rostlinné alkaloidy se vzácně vyskytují v nižších rostlinách a houbách (např. deriváty kyseliny lysergové), ale nejčastěji jsou zastoupeny ve vyšších dvouděložných rostlinách (Evans, 2009). dhaduje se, že 15% všech rostlin obsahuje alkaloidy (Klouda, 2005). Každá rostlina zpravidla obsahuje jeden hlavní alkaloid, který je doprovázen řadou dalších strukturně podobných alkaloidů. Procentuální zastoupení alkaloidů v jednotlivých částech rostliny se mění v závislosti na vegetačním období ale i v průběhu dne (Moravcová, 2006; Web 1). icméně přesný význam alkaloidů v rostlinném těle v současné době stále není objasněn a je předmětem zkoumání (Klouda, 2005; Moravcová, 2006). Předpokládá se, že alkaloidy mohou mít ochranný účinek před býložravci, parazity a predátory. Ale ani tato verze není pravidlem. Tak např. králík, který se požije rulík zlomocný s toxickým atropinem pro člověka, má v krvi esterasu, která hydrolyzuje atropin na tropin a kyselinu tropanovou a je tak pro králíka stravitelný (Moravcová, 2006). Pyrrolizidinové alkaloidy, obsažené v rostlinách čeledí hvězdicovitých, bobovitých a brutnákovitých, dokonce chrání mnoho druhů hmyzu, které jsou přizpůsobené na život v blízkosti těchto rostlin, před jejich predátory (artmann, 1999; Klouda, 2005). Dále se uvažuje o alkaloidech jako o odpadních látkách rostlinného organismu (Moravcová, 2006) nebo naopak jako o rezervě dusíku pro rostliny (Klouda, 2005). 9

10 3. Přehled rostlinných alkaloidů Většina alkaloidů jsou dobře definované krystalické bezbarvé látky, které reakcí s kyselinami dávají vznik solím. V rostlinách se vyskytují buď ve volném stavu, nebo jako - oxidy. Kromě uhlíku a dusíku alkaloidy často obsahují ve svých molekulách i kyslík. Méně často jsou pak v základním stavu 1 jako kapaliny (nikotin a koniin) a vzácné jsou i barevné alkaloidy (soli sanguinarinu jsou měděné). Díky znalosti rozpustnosti se jednotlivé alkaloidy izolují z rostlin. Je pravda, že čisté alkaloidy jsou málo rozpustné ve vodě a spíše se rozpouští v organických rozpouštědlech a naopak soli alkaloidů se lépe rozpouští ve vodě a hůře v organických rozpouštědlech. Avšak toto pravidlo také neplatí pro všechny případy. Záleží na konkrétním alkaloidu a jeho struktuře (Evans, 2009). V současné době je na světě známo něco přes alkaloidů a jejich počet se neustále zvyšuje díky novým technologiím separace. Rozdělení alkaloidů do jednotlivých skupin se liší s ohledem na autora, nicméně dle chemické struktury je v podstatě rozdělení už několik desítek let velice podobné. Spíše se nové skupiny vytvářejí nebo se nově objevené alkaloidy ke stávajícím skupinám přidávají. Velíšek a Evans rozdělují alkaloidy na tři hlavní skupiny podle přítomnosti dusíku v molekule (Velíšek, 2002; Evans, 2009). Pravé alkaloidy jedná se o dusíkaté heterocyklické báze, které jsou deriváty aminokyselin (ornitin, lysin, tryptofan, aj.). Alkaloidy odvozené od ornitinu tropanové a pyrolidizinové alkaloidy. Alkaloidy odvozené od lysinu piperidinové a chinolizidinové alkaloidy. Alkaloidy odvozené od tryptofanu námelové, monoterpenové indolové alkaloidy a bis-indolové (vinca) alkaloidy. Protoalkaloidy jsou také odvozené od aminokyselin, ale dusík zde není zabudován do heterocyklického kruhu. Jedná se o alkaloidy odvozené od fenylalaninu a tyrozinu. Pseudoalkaloidy jejich uhlíkový skelet je odvozen od kyseliny mevalonové a dusík v heterocyklu je dodáván aminokyselinou (steroidní, purinové a terpenické alkaloidy). Výše uvedené klasifikační schéma je použito i v této bakalářské práci. 1 základní stav energeticky nejvýhodnější stav (pozn. autorky) 10

11 4. Pravé alkaloidy 4.1. Alkaloidy odvozené od ornitinu Mezi alkaloidy odvozené od aminokyseliny ornitinu (br. 1) patří tropanové a pyrolizidinové alkaloidy. V lidském těle hraje ornitin důležitou roli v močovinovém cyklu, kde enzym ornitinkarbamoyltransferasa přenáší karbamoylovou skupinu z karbamoylfosfátu na ornitin a vzniká tak citrulin. Tento děj se odehrává v matrix mitochondrií (Klouda, 2005). 2 C 3 br. 1: Chemická struktura ornitinu Tropanové alkaloidy Tropanové alkaloidy jsou estery tropinu (br. 2), což je heterocyklický alkohol. ebo se jedná o estery různých jeho derivátů a pseudotropinu s karboxylovými kyselinami (Moravcová, 2006). Jedná se zejména o alkaloidy rostlin čeledi lilkovitých (Solanaceae), nicméně i v rostlinách z čeledí rudodřevovitých (Erythroxylaceae), svlačcovitých (Convolvulaceae), proteovitých (Proteaceae), vstavačovitých (rchidaceae), pryšcovitých (Euphorbiaceae), brukvovitých (Cruciferae) a kořenovníkovitých (Rhizophoraceaea) je nalezneme také (Evans, 2009). Do této skupiny alkaloidů patří zejména např. atropin, hyoscyamin, skopolamin a kokain. 3 C br. 2: Chemická struktura tropinu. eterocyklický skelet s alkoholovou skupinou - je typický pro tropanové alkaloidy. 11

12 Biosyntéza Předchůdce bicyklického alkylaminu tropinu je L-ornitin, který je převeden na putrescin (butan-1,4-diamin) ornitindekarboxylasou (rndc). Putrescin je metylován transferasou PMT (fenol -metyltransferasou) a následně přeměněn na 4-metylaminobutanal diaminoxidasou (DA). Spontánní cyklizace, respektive dehydratace probíhá za vzniku -metyl-pyrrolyniového kationtu. Tento monocyklický předchůdce je dále pomocí dvou acetyl-coa převeden na 4-(-metyl-2-pyrrolidinyl)-3-oxobutanovou kyselinu a zacyklením vzniká 2-carboxy-3-tropinon. áslednou dekarboxylací vzniká tropinon a konečnou redukcí tropin nebo pseudotropin (Schéma 1), (Grynkiewicz a Gadzikowska, 2008). 2 2 rndc 2 2 PMT DA L-ornithin Putrescin C 3 4-methylaminobutanal dehydratace cyklizace + C 3 2x AcCoA -methylpyrroliniový kationt C 3 3 C dekarboxylace 3 C redukce 2-karboxy-3-tropinon tropinon 3 C + 3 C tropin pseudotropin Schéma 1: Vznik tropinu a pseudotropinu z ornitinu, podle Grynkiewicz a Gadzikowska, 2008 viz text. 12

13 Atropin Atropin (br. 3) je tropanový alkaloid obsažený především v rulíku zlomocném (Atropa belladonna), ale také v menším množství i v ostatních rostlinách čeledi Solanaceae (např. yosciamus niger, Datura stramonium), (Příloha 1). 3 C br. 3: Chemická struktura atropinu. Ester tropinu a kyseliny tropanové. Mechanismus účinku Z chemického hlediska je atropin racemát L- a D-hyoscyaminu a tedy ester tropinu a kyseliny tropanové (Riedl a Vondráček, 1980). Molekula atropinu kompetitivně inhibuje možnost neurotransmiteru acetylcholinu navázat se na muskarinový receptor (M-receptor). Má tedy anticholinergní účinek na centrálním i periferním nervovém systému (Davidová et al., 2005; Patočka, 2004). Biotransformace Biotransformace atropinu probíhá převážně v játrech a jeho produkty spolu s nemetabolizovaným atropinem se vylučují nejčastěji ledvinami. Přibližně 30-50% atropinu se vylučuje v nezměněné formě (Davidová et al., 2005). Alkaloid se velice dobře vstřebává trávicím ústrojím, ale také při kouření listů rostlin inhalací. Ke tkáním a k orgánům se dostává velice rychle a bez větších problémů překonává hematoencefalitické nebo placentární bariéry. Mechanismus účinku, intoxikace Atropin má účinky na exokrinní žlázy, hladké svalstvo, oko, srdce a CS. Tlumí funkci potních žláz, což může vyvolat až hypertermii. Má také velký vliv na snížení sekrece slin a tlumí sekreci žláz v hltanové, hrtanové, nosní a bronchiální sliznici. Sucho v ústech a v dýchacích cestách se projevuje ztíženým dýcháním. Ve vysokých dávkách atropin také snižuje sekreci žaludečních šťáv. V hladkém svalstvu uvolňuje křeče, snižuje tonus trávicí trubice a při vyšších dávkách dochází k relaxacím dělohy, ledvinové pánvičky a močového 13

14 měchýře. Rozšiřuje oční zornice a zvyšuje nitrooční tlak. Přechodnou bradykardii srdce mohou vyvolat už nízké dávky atropinu (0,5 mg), vyšší dávky už dochází k tachykardii a mohou blokovat účinky bloudivého nervu. V CS způsobuje atropin tzv. centrální anticholinergní syndrom, který je doprovázen neklidem, dezorientací a halucinacemi. Průběh akutní intoxikace závisí na množství požité látky. ízké až střední dávky atropinu (0,5-2 mg) způsobují sucho v ústech, nejprve bradykardii, na kterou postupně navazuje naopak zrychlení srdeční činnosti a zhoršení akomodace čočky. Dávky do 5 mg vyvolávají bolesti hlavy, poruchy řeči, neklid, dostaví se retence moči a zácpa. Může vyvolat sklon k mluvení a intoxikovaný často mění svou polohu nadměrným pohybem. Při požití 10 mg a více už dochází k výrazným poruchám vidění, ke zrakovým, sluchovým i čichovým halucinacím, deliriu, zčervenání pokožky a následuje kóma, selhání dechu a smrt (Riedl a Vondráček, 1980; Davidová et al., 2005). Použití v lékařství Ve zdravotnictví se používá v očním lékařství ve formě kapek při léčbě některých očních vad nebo poškození oka jako 1% roztok. Dále zabraňuje vzniku křečím hladkého svalstva a především se používá při otravách inhibitory acetylcholinesterasy jako jsou organofosfátové a karbamátové insekticidy. Díky schopnosti vázat se na M-receptory reaktivuje zablokovaný enzym (Davidová et al., 2005; Patočka, 2004). Skopolamin Skopolamin nebo též zvaný hyoscin (br. 4) je obsažen stejně jako atropin v rostlinách čeledi 3 C Solanaceae a to především v rulíku zlomocném (Atropa belladonna), blínu černém (yoscyasmus niger) a u rostlin rodu durman (Datura) např. v durmanu obecném (Datura stramonium), (Přílohy 1, 2). br. 4: Chemická struktura skopolaminu. Ester skopinu a kyseliny tropanové. 14

15 Mechanismus účinku, intoxikace Jedná se o ester skopinu a kyseliny tropanové. Stejně jako u atropinu je pouze levotočivá forma účinná (Lüllmann et al., 2002). proti atropinu je asi pětkrát jedovatější, díky jeho lipofilní bázi rychleji proniká do mozku. ejvíce působí na dýchací centrum a výrazněji rozšiřuje zornice, méně pak ovlivňuje srdce a hladké svalstvo. trava skopolaminem má podobné příznaky jako atropinová otrava, ovšem excitační fáze bývá mnohem kratší a již při terapeutické dávce dochází k ochrnutí centrálního nervstva. Liší se především tím, že chybí zarudnutí pokožky a zrychlení tepu (Lüllmann et al., 2002). Při intoxikaci dochází k psychické tuposti až spánku, důsledkem je také nadměrná sdílnost a schopnost rychle odpovídat na otázky, čehož za totalitního režimu využívali jako sérum pravdy. icméně se zjistilo, že pomocí skopolaminu nelze dosáhnout pravdivé odpovědi, poněvadž se k trestné činnosti mohl přiznat i člověk, který by na tento skutek kladně pomyslel, ačkoliv by nic nespáchal (Riedl a Vondráček, 1980). Použití v lékařství Skopolamin je ve zdravotnictví užíván především při léčbě kinetóz. Butylskopolaminum bromid je spasmolytikum, tedy lék odstraňující křeče hladkých svalů. Skopolamin se dříve používal jako antiparkinsonikum, ale pro účinnost až ve vysokých dávkách byl nahrazen syntetickými látkami (Czeffer, 2006). Smrtelná dávka se pohybuje od 0,1-0,2 mg (Riedl a Vondráček, 1980) Kokain Kokain (br. 5) je tropanový alkaloid, který se izoluje z jihoamerického kokainovníku pravého (Erythroxylon coca), (Příloha 3). Poprvé byl izolován v roce 1860 německým chemikem Albertem iemanem. C 3 3 C br. 5: Chemická struktura kokainu, nebo-li benzeylmetylekgoninu. 15

16 Mechanismus účinku Kokain stimuluje centrální nervovou soustavu a je lokálním anestetikem, protože paralyzuje nervová zakončení. vlivňuje hladinu dopaminu, noradrenalinu a serotoninu a zabraňuje jejich zpětnému vstřebávání do presynaptického neuronu poté, co byla uvolněna do synapse. Tím se koncentrace katecholaminů v okolí receptorů zvyšuje a zvyšuje se i jejich sympatomimetický efekt (Weiss et al., 2002). Biotransformace Kokain je metabolizován hlavně v játrech karboxylesterasou na inaktivní benzoylekgonin, který je vylučován spolu s močí. Část kokainu je pomocí cytochromu P450 metabolizována na aktivní norkokain v krvi, který zodpovídá za toxicitu kokainu. Při současném požití kokainu a alkoholu v těle vzniká metabolit kokaethylen (Schéma 2), (Balíková, 2004; Linhart, 2012; Web 2). 3 C C 3 P450 C 3 -C 2 kokain norkokain C 3 C 2 C 3 karboxylesterasa 3 C 3 C kokaethylen benzoylekgonin Schéma 2: Biotransformace kokainu, podle Balíkové, 2004; Linharta, 2009 a Webu 3. 16

17 Abúzus kokainu Kokain se užívá v několika formách. Listy koky se běžně žvýkají v Jižní Americe a v oblastech jako je Peru a Bolívie se koka volně prodává pro účely tradiční medicíny. Místní indiáni a rolníci žvýkají gramů listů koky denně. Sežvýkáním 100 gramů listů koky za den odpovídá dennímu potřebnému množství vápníku, železa, fosforu a vitaminů A, B a E (Delpirou a Labrousse, 1993). Sůl hydrochloridu kokainu je bílá krystalická látka, dobře rozpustná v tucích, která je určena pro aplikaci přes nosní sliznici tzv. šňupáním, případně vetřením např. do dásní, konečníku, na genitálie, atd. Po rozpuštění se pak užívá intravenózně. Sociální rituál Především v Americe, ale také ve Francii se šňupání považuje za jakýsi sociální rituál. Kokain se na zrcátku nebo hladkém povrchu rozprostře a ostrou čepelkou se rozetřou krystalky na jemný prášek. Poté se vytvoří několikacentimetrová čára line. Šňupe se všelijakými pomůckami: slánkou od McDonalda, stočenou bankovkou až po zlatou trubičku. Všechny tyto pomůcky zaručují, že se na jejich vnitřním okraji nezachytí ani zrnko. Ještě v roce 1985 v Americe se často konali meetingy a briefingy, kde se na uvolnění místo občerstvení podával kokain. V showbusinessu v zámoří je uživatelů této drogy opravdu mnoho (Delpirou a Labrousse, 1993). Pokud se k vodnímu roztoku kokainu přidá zásada, oddělí se kokainová báze od molekuly Cl, která je z roztoku filtrována nebo extrahována pomocí rozpouštědla. Tato báze se označuje jako free base, crack. Béžové nebo světle hnědé krystaly se smíchají s olejem a pomocí vodních dýmek se inhalují (Depirou a Labrousse, 1993). istorie kokainu v nápojích Po první izolaci kokainu se o tento alkaloid začal také zajímat korsický obchodník Angelo Mariani. Už v roce 1883 přivedl na trh první víno na bázi koky, pojmenovaný po svém autorovi Vin Mariani. Z analýz vyplynulo, že jedna sklenice, tedy 0,2 litrů tohoto vína obsahovala mg čistého kokainu. Toto množství odpovídá dnešní jedné dávce koksu. Po vínu Vin Mariani následoval Marianiho likér a Marianiho čaj, který obsahoval osminásobek alkaloidu oproti vínu Vin Mariani. Ve Spojených státech roku 1885 John Stythem Pemberton původem z Francie uvedl na trh Francouzské koka-víno. Podle znalců šlo ale o slabou 17

18 náhražku původního Vin Mariani. Proto o rok později Pemberton představuje nový nápoj obsahující kokain, kofein a extrakt z kola ořechů, nasycený oxidem uhličitým pod známým názvem Coca-Cola. Kokain byl součástí tohoto nápoje až do roku 1903 (Delpirou a Labrousse, 1993). Mechanismus účinku, intoxikace Při intravenózním nebo inhalačním požití kokainu se účinek dostavuje prakticky hned. aproti tomu přes nosní nebo ústní sliznici přichází účinek do 10 minut. Kokain prochází přes sliznice velice dobře, ale má i vazokonstrikční účinky, takže zároveň brání další absorpci (Krmenčík a Šejvl, 2010). Účinky kokainu se liší především podle dávky a frekvence užívání. Žvýkání koky způsobuje stav apatie a lidé ztrácí pocit hladu a žízně. U krystalického kokainu jsou příznaky odlišné. Při prvním užití se objevuje svalový třes, pocit slabosti a bledost. Až při opakovaném užití se dostavuje euforie, pocit síly a výkonnosti, rychlé rozhodnosti, u žen se zvyšuje sexuální touha, u mužů se prodlužuje doba erekce, dochází ke zvýšení sebedůvěry (Patočka 2004; Balíková 2004). K otravám kokainem dochází při vyšších dávkách, kdy je intoxikovanému špatně, zbledne, cítí úzkost, má závratě, rozšíří se zornice a zrychlí se tep, dochází ke ztrátě paměti, pocitu zmatenosti, halucinacím. bjeví se křeče, hypertermie a hypotenze. ásleduje kolaps, kóma, ochrnutí dýchacího svalstva a smrt. Kokain se velice rychle rozkládá v těle, takže při akutní otravě a včasné pomoci lze intoxikovaného zachránit (Riedl a Vondráček, 1980; Patočka 2004). Při častém šňupání dochází k deformaci nosní přepážky, protože kokain zapříčiňuje špatné prokrvení tkáně. Smrtelná dávka je 1g perorálně, nicméně i při po podání 0,2 g kokainu byla pozorována smrt (Riedl a Vondráček, 1980). Kokain způsobuje především psychickou závislost. Použití v lékařství Jedná se o látku, která byla použita jako první lokální anestetikum už v roce 1884 dr. Kollerem při operaci oka, dnes se používá převážně v zubním lékařství. V tradiční medicíně si lidé potírají spánky pastou z rozdrcených kokových listů proti bolestem hlavy. Tyto extrakty se používají také jako zábaly pro těhotné ženy a požití per os uklidňuje žaludek a celé trávicí ústrojí. Také se začínají objevovat alternativní léčby. Výtažky z koky se léčí některé druhy cukrovky (Šejvl, 2010). 18

19 yoscyamin yoscyamin je alkaloid, obsažený v rostlinách čeledi Solanaceae, jako jsou: rulík zlomocný (Atropa belladonna), blín černý (yoscyamus niger) a především v durmanu obecném (Datura stramonium), kde je hyoscyamin hlavním alkaloidem. icméně spolu s hyoscyaminem se také vyskytuje skopolamin. Vzájemné zastoupení těchto dvou alkaloidů v rostlinách se mění v závislosti na stáří rostliny, lokalizaci v jednotlivých orgánech, intenzitě slunečního záření, klimatických podmínkách, hormonech, aj. Z izolovaných jednotek rulíku zlomocného a blínu černého je dokázáno, že nejvíce syntéza alkaloidu hyoscyaminu probíhá v kořenech (Evans, 2009). Účinná forma alkaloidu je levotočivý izomer atropinu L-hyoscyamin (br. 6). 3 C br. 6: Chemická struktura L-hyoscyaminu. Levotočivý izomer atropinu. Mechanismus účinku, intoxikace yoscyamin stejně jako atropin má anticholinergní účinky. Jedná se o silného antagonistu acetylcholinu na M-receptorech v hladkých svalech, CS a žlázách s vnitřní sekrecí (Lüllmann et al., 2002). Při předávkování dochází k bolestem hlavy, zvracením, halucinacím a sexuálnímu vzrušení. Použití v lékařství yoscyamin a další tropanové alkaloidy se využívají jako antiparkinsonika. Výrazně zlepšuje svalovou rigiditu. Dále se používá ke zmírnění různých gastrointestinálních potíží, jako jsou křeče, žaludeční vředy, kolika a zánět slinivky břišní. bchodní značky pro hyoscyamin jsou např.: Symax, ypomax, Buscopan (obsahuje derivát hyoscin--butylbromid), (Web 3). 19

20 Pyrrolizidinové alkaloidy Jinak se nazývají také neciny, protože jejich molekuly obsahují necinovou složku (viz biosyntéza). Pyrrolizidinové alkaloidy byly popsány v rostlinách čeledí hvězdicovitých (Astreraceae), bobovitých (Fabaceae) a brutnákovitých (Boragineceae). Pyrrolizidinové alkaloidy byly nalezeny ve všech vývojových stádiích rostliny v kořenech, stoncích i květenstvích (Jahodář a Klečáková, 1999). Mezi tyto alkaloidy se řadí echimidin, echiumin, europin, fulvin, heliotridin, heliotrin, intermedin, izatidin, jakobin, klivorin, lasiokarpin, lykopsamin, monokrotalin, retronecin, retrorsin, ridelin, rinderin, senecionin, seneciciofylin, senkirkin, supinin, symfytin, tussilagin, usaramin aj. (rdina et al., 2004). Většina těchto alkaloidů jsou pro člověka prudce jedovatá a v lékařství nemají prakticky žádný význam (Evans, 2009). Biosyntéza Základní skelet pyrolizidinových alkaloidů je také odvozen od L-ornitinu a je tvořen pyrolizidinovým jádrem, nebo-li necinovým jádrem. Biosyntéza (Schéma 3) probíhá přes putrescin, kde dvě molekuly putrescinu dávají vznik homospermidinu. Tato reakce je katalyzována enzymem homospermidinsyntézou a AD + zde funguje jako akceptor a donor vodíkového kationtu. omospermidin se cyklizuje na odpovídající kation 1-(4-aminobutyl)-3,4-dihydro-2-pyrrolium. Deaminací a hydroxylací vzniká kation 1-(4-hydroxybutyl)-3,4-dihydro-2-pyrrolinium, který se dále redukuje na 1-hydroxymetylpyrrolizidin. áslednou hydroxylací a dehydratací vzniká retronecin, který je základní složkou pyrolizidinových alkaloidů, jehož necinová báze je dále esterifikována karboxylovou kyselinou, nejčastěji angelovou nebo octovou (Röder, 1995). Pyrolizidinové alkaloidy se v rostlině vyskytují jako volné báze i jako -oxidy. 20

21 2 2 putrescin 2 AD + 2 S - 3 cyklizace deaminace 2 + hydroxylace AD 2 homospermidin 1-(4-aminobutyl)-3,4-dihydro-2-pyrrolium cyklizace hydroxylace dehydratace + 1-(4-hydroxybutyl)-3,4-dihydro-2-pyrrolium 1-hydroxymethylpyrrolizidin retronecin Schéma 3: Biosyntéza pyrrolizidinových alkaloidů, podle Rödera, 1995 viz text. Senecionin Senecionin (br. 7) je alkaloid některých rostlin čeledi hvězdicovitých (Asteraceae), především rodu starček (Senecio), (Příloha 4). 3 C C 3 C 3 br. 7: Chemická struktura senecioninu. 21

22 Mechanismus účinku, intoxikace Všechny pyrrolizidinové alkaloidy včetně senecioninu jsou výrazně hepatotoxické. Po požití se v těle netoxický senecionin--oxid redukuje na toxický terciární alkaloid, což vede k vážnému poškození jater (Jahodář a Klečáková, 1999; Ševčíková, 2010). Terciární alkaloidy díky své lipofilitě pasivně pronikají membránami. V jaterních buňkách jsou pak díky enzymům oxidovány na odpovídající pyrrolový derivát, který následně přechází na derivát s alkylující exocyklickou metylenovou skupinou. Rychlá koncentrace vzniklých toxických látek v plicích a játrech se kovalentně váže na proteiny, DA a RA, čímž působí jako mutageny, karcinogeny a mají hepatotoxický účinek. ásledkem je onemocnění cirhóza a ascites. lavním příznakem intoxikace je veno-okluzivní onemocnění jater, tzv. senecióza. Jedná se o onemocnění především domácích zvířat spásajících louky kontaminované stračkem, ale byla popsána i u člověka při požití produktů z nakažených zvířat. Kromě poškození jater a plic poškozuje i CS (Jahodář a Klečáková, 1999). Použití v lékařství V lidovém léčitelství se připravuje odvar ze starčku, který se používá na odřeniny a na revmatismus. Ve zdravotnictví se senecionin díky své toxicitě nepoužívá (Korbelář a Endris, 1990) Alkaloidy odvozené od lysinu ěkteré z těchto alkaloidů mohou být odvozeny od lysinu (br. 8) stejně jako od ornitinu, proto jsou tyto alkaloidy v literatuře většinou řazeny společně viz Moravcová, Mezi alkaloidy odvozené od lysinu patří piperidin-pyridinové a chinolizidinové alkaloidy. 2 2 br. 8: Chemická struktura aminokyseliny lysinu. Lysin je o jeden uhlík bohatší (pozn. autorky). 22

23 Piperidin-pyridinové alkaloidy Jak již bylo uvedeno, některé z těchto alkaloidů vznikají z aminokyselin ornitinu i lysinu. Mezi ně patří i nikotin, kde ještě důležitou roli hraje kyselina nikotinová. ikotin je odvozen od ornitinu, zatímco koniin, lobelin, arekolin a piperin mají základ v lysinu. Všechny tyto struktury ale obsahují piperidinový nebo pyridinový kruh (Moravcová, 2006). Biosyntéza nikotinu Začátek biosyntézy nikotinu je analogický jako začátek biosyntézy tropanových alkaloidů. Z ornitinu díky vznikající putrescin dává vznik 4-metylaminobutanalu a spontánní cyklizací vzniká -metylpyrroliniový kationt. Reakce katalyzují enzymy ornitindekaroxylasa (rndc), fenol--metyltransferasa (PMT) a diaminooxidasa (DA). V další fázi přichází na řadu nikotinová kyselina, se kterou kation kondenzuje a vzniká alkaloid nikotin (Schéma 4), (Shoji et al., 2000). 2 2 rndc 2 2 PMT DA L-ornithin Putrescin C C 3 dehydratace cyklizace + C 3 k. nikotinová C 3 4-methylaminobutanal -methylpyrroliniový kationt nikotin Schéma 4: Biosyntéza nikotinu z AMK ornitinu, podle Shoji et al., 2000 viz text. Biosyntéza lobelinu Pro alkaloid lobelin jsou prekurzory aminokyseliny lysin a fenylalanin. Biosyntéza se skládá z několika kroků. Základní pyridinový skelet je vytvořen z lysinu a boční řetězce mají základ ve fenylalaninu. Tvorba 2,3,4,5-tetrahydropyridinu z lysinu není stále plně objasněna. ypoteticky existují dvě cesty, jedna vede přes 5-aminopentanal a druhá možná cesta vede 23

24 přes pentan-1,5-diamin (Schéma 5 A). Fenylalanin je pomocí enzymu fenylalaninamoniaklyasou (PAL) převeden na kyselinu skořicovou, následnou hydroxylací vodou vzniká 3-hydroxy-3-fenylpropanová kyselina a konečnou oxidací je tvořena 3-oxo-3-fenylpropanová kyselina (Schéma 5 B). ásledně kondenzují tetrahydropyridin a 3-oxo-3-fenylpropanová kyselina na aminoketon a následnou oxidací a reakcí s druhou molekulou 3-oxo-3-fenylpropanové kyseliny vzniká norlobelanin (první alkaloid vzniklý při biosyntéze). V konečné fázi biosyntézy dochází k metylaci na lobelanin a redukcí karbonylové skupiny na lobelin. Enzymy, které jsou odpovědné za konečnou redukci, nebyly zatím charakterizovány (Schéma 5 C), (Felpin a Lebreton, 2004) aminopentanal 2 lysin C 2 2,3,4,5-tetrahydropyridin 2 pental-1,5-diamin Schéma 5 A: Tvorba základného skeletu tetrahydropyridinu z AMK lysinu Ph PAL Ph 2 hydroxylace Ph 2 fenylalanin k. skořicová 3-hydroxyfenylpropanová k. oxidace Ph 3-oxo-3-fenylpropanová k. Schéma 5 B: Vytvoření k. 3-oxo-3-fenylpropanové jako základního skeletu bočního řetězce pro biosyntézu lobelinu 24

25 C + oxidace, + C 3-oxo-3-fenylpropanová k. 2,3,4,5-tetrahydropyrydin 1-fenyl-2-(piperidin-2-yl)etanon norlobelanin -metylace C 3 lobelanin redukce C 3 lobelin Schéma 5 C: Biosyntéza lobelinu z tetrahydropyridinu a kyseliny 3-oxo-3- fenylpropanové, podle Felpin a Lebreton, 2004 viz text. ikotin Jedná se o tekutý alkaloid (br. 9) a silný jed, který je obsažen v rostlinách rodu icotiana, především v tabáku virginském (icotiana tabacum), (Příloha 5). Poprvé se do Evropy dostal při návratu Kolumba z Ameriky díky Jeanu icotovi, ministrovi francouzského krále Františka II., který přivezl v roce 1559 šňupací tabák na francouzský dvůr (Linhart, 2012). Tabákové listy se používají především pro přípravu kuřáckých výrobků. Žvýkání a šňupání tabáku je v naší společnosti málo rozšířené. C 3 br. 9: Chemická struktura nikotinu, zde je znázorněn levotočivý izomer nikotinu: (S)-3-(1-metyl-2-pyrrolidinyl) pyridin. 25

26 Biotransformace ikotin se vstřebává do krve především v trávicím traktu, zejména v dutině ústní a v dýchacím ústrojí. Kolem 10 % nikotinu se ledvinami vylučuje v nezměněné formě a 80% se biotransformuje v játrech. lavním metabolitem je kotinin (Schéma ), který lze stanovit v moči i krvi (Lüllmann et al., 2002). Cyt. P450 + C 3 aldehydroxidáza C 3 C 3 nikotin 1-methyl-2-(pyridin-3-yl)-3,4-dihydro-2-pyrrolium kotinin Schéma 6: Biotransformace nikotinu ikotin se pomocí nespecifického enzymu cytochromu P-450 a následně pomocí enzymu ze skupiny oxidoreduktáz aldehydroxidázy přemění v játrech na kotinin, hlavní produkt biotransformace (Lüllmann et al., 2002). Mechanismus účinku, intoxikace ikotin v těle působí jako agonista acetylcholinu a způsobuje tak aktivaci nikotinových receptorů, které se nacházejí v mozku a příčně pruhovaných svalech. Malé dávky nikotinu působí spíše stimulačně v oblasti vegetativních ganglií. Vzhledem k tomu, že dřeň nadledvin se chová jako gangliová struktura, tak i zde nikotin uvolňuje katecholaminy, zodpovědné za subjektivně příjemné pocity, což je příčina vzniku závislosti (Lüllman et al., 2002). Aktivace nikotinových receptorů v mozku má sice krátkodobý účinek, ale zvyšuje bdělost a snižuje dráždivost a agresivitu. V kosterních svalech vyvolává jemný svalový třes. Zesiluje peristaltiku střev a stah děložního svalu, zvyšuje sekreci slin a trávicích šťáv (Riedl a Vondráček, 1980). Při opakovaném přívodu nikotinu do těla dochází k návyku. Počet nikotinových receptorů v mozku i svalech se při opakovaném užívání zvyšuje a s tím souvisí i nutnost zvyšování dávky (Linhart, 2012). Akutní otrava nikotinem způsobuje nevolnost, zvracení, svalový třes a křeče. ásleduje ochrnutí dýchacího svalstva a smrt. Smrtelná dávka je od 50 mg a smrt nastává do 10 minut (Lüllmann et al., 2002). K akutní otravě dochází buď 26

27 předávkováním vykouřením velkého množství tabákových výrobků nebo i při jejich přípravě. Velice dobře se totiž vstřebává kůží do krevního oběhu. Děti se mohou intoxikovat kouřením nedopalků, kojenci přes mateřské mléko od matky kuřačky (Riedl a Vondráček, 1980). ásledky chronického užívání nikotinu jsou atheorosklerosa, respirační choroby, nádorová onemocnění plic, pankreatu i močového měchýře a snižuje hladinu DL-cholesterolu. ikotin zvyšuje riziko vzniku ischemické choroby srdeční, cévní mozkové příhody nebo gastroduodenálních vředů (Linhart, 2012; Lüllmann et al., 2002). Je však nutno zmínit, že na vzniku nemocí z chronického užívání se podílí i ostatní složky, obsažené v tabákových výrobcích. Použití v lékařství V současné době se hodně diskutuje o možnosti použít nikotin pro léčbu nebo alespoň zmírnění Alzheimerovy choroby. Jedná se o nemoc spojenou s poruchami paměti a orientace a neschopností provádět běžné úkony. Za příčinu těchto poruch se udává nedostatek mozkového acetylcholinu a tvorba patogenního proteinu β-amyloidu. Aplikací nikotinu se zabrání odbourávání acetylcholinu a prodlouží se aktivace nikotinových receptorů. Podáním nikotinu u nemocných lidí sice zlepšilo kognitivní schopnosti, ale nemělo to vliv na jejich dlouhodobou paměť (Strunecká a Patočka, 2011). Dále se jím napouští lékařské náplasti nebo je součástí žvýkaček, čehož se využívá při odvykání kouření. Koniin Koniin (br. 10) je jednoduchý tekutý piperidinový alkaloid, který se vyskytuje zejména v bolehlavu plamatém (Conium maculatum), v rostlině, která páchne myšinou a zapříčinila smrt Sokrata (Příloha 6). Je jedním z prvních izolovaných alkaloidů a již v roce 1886 byl poprvé syntetizován německým chemikem Albertem Ladenburgem (Moravcová, 2006). C 3 br. 10: Chemická struktura koniinu: (2S)-2-propylpiridin. Koniin se vyskytuje jako směs dvou enantiomerů, ale S-enantiomer převládá (Lee et al., 2008). 27

28 Mechanismus účinku, intoxikace Alkaloid blokuje nikotinové receptory na post-synaptické membráně nervosvalového spojení a způsobuje ochrnutí svalů. Vzhledem k tomu, že není zasažen centrální nervový systém, takže postižená osoba je při plném vědomí. Intoxikace se projevuje nejprve škrábáním v krku a silným sliněním. Zornice se zešiřují a intoxikovaní má pocity závratě a slabosti, mohou nastat i střevní potíže. ásleduje ochrnutí svalstva trupu, končetin a nakonec dýchacích cest za plného vědomí. Smrt může nastat už za 30 minut po požití nebo také až za dva dny. Za smrtelnou dávku se považuje 0,15-0,30 g. Rychlým výplachem žaludku nebo podáním aktivního uhlí či projímadla lze intoxikovaného zachránit (Riedl a Vondráček, 1980). Koniin se vstřebává především v trávicím traktu, ale může dojít i k otravě přes dýchací centrum (čicháním). Vylučuje se rychle díky ledvinám močí, méně pak plícemi. Použití v lékařství Dříve se v medicíně používal jako myorelaxant pro uvolňování křečí. yní je nahrazován méně toxickými látkami (Riedl a Vondráček, 1980). Lobelin ejvíce tohoto alkaloidu nalezneme v lobelce nadmuté (Lobelia inflata) spolu s dalšími alkaloidy jako jsou lobelamin a lobelanidin. Lobelka nadmutá je rostlina Severní Ameriky a místní indiáni žvýkají její listy pro podobné účinky, jako má nikotin (Web 4). Mechanismus účinku, intoxikace Lobelin (br. 11) působí obdobně jako nikotin, aktivuje nikotinové receptory v mozku a kosterních svalech. icméně jeho účinnost je nižší než u nikotinu. Může také dojít k předávkování čistým lobelinem. To se projevuje nevolností, zvracením, průjmem, kolikami a křečemi. Smrt může nastat selháním dýchacích cest. Za smrtelnou dávku se považuje 4 g listů z lobelky (El-Sakka, 2010). Lobelin se v těle velice rychle rozkládá. Vzhledem k tomu, že se používají nálevy a extrakty z lobelky, tak velká část látek se vstřebává v trávicím traktu. Biotransformace pak probíhá v játrech. 28

29 C 3 br. 11: Chemická struktura lobelinu. Použití v lékařství Je součástí antiastmatik. Jako chlorid lobelinia se tedy používá při astmatických záchvatech pro usnadnění vykašlávání a ke zlepšení dýchání. Často v homeopatii nahrazuje léky na kašel nebo na zklidnění. Důležitá je jeho úloha při odvykání kouření, jedná se o náhražku nikotinu. Jak již bylo zmíněno, má však slabší účinek (Kobzová, 2011). Arekolin Alkaloid arekolin je nejvíce zastoupen v rostlině čeledi arekovité (Arecaceae), konkrétně v palmě arekové (Areca catechu), nebo-li v betelové palmě. Tato rostlina pochází z Malajsie, ale nyní se pěstuje v tropech Asie, hlavně v Indii, Barmě, Thajsku a Vietnamu, ale také ve východní Africe (Web 5). Mechanismus účinku, intoxikace Arekolin působí jako přímé parasympatomimetikum, konkrétně má muskarinové i nikotinové účinky. Díky chemické struktuře arekolinu a její špatné dostupnosti esterové skupiny můžeme usoudit, že ve srovnání s acetylcholinem jej bude enzym cholinesterasa hydrolyzovat velmi pomalu. Arekolin bude tedy působit déle než acetylcholin. Dále obsahuje terciární dusík. Terciární sloučeniny totiž po uvolnění + iontu mohou lépe proniknout do centrálního nervstva (Lüllmann et al., 2002). Srovnání chemických struktur arekolinu a acetylcholinu ukazuje br. 12. K intoxikaci může dojít nadměrným žvýkáním betelových listů, tzv. betelového sousta připraveného z listu pepřovníku betelového, vápna a semene arekové palmy. Po intenzivním žvýkání dochází ke zvýšené tvorbě slin. Přítomný arekolin způsobuje vznik dobré nálady, veselosti, podněcuje myšlení a tiší pocit hladu a žízně. ávyk na tuto drogu je velice intenzivní a při srovnání s návykem na nikotin (cigarety) o mnoho 29

30 silnější. Po častém užívání dochází k poškození ústní dutiny a především k trvalému poškození chrupu díky vzniku zubního kamene (Valíček et al., 2000). C 3 C 3 C C C3 3 C chemická struktura acetylcholinu chemická struktura arekolinu br. 12: Srovnání acetylcholinu a arekolinu podle jejich chemických struktur. U arekolinu došlo k zacyklení okolo atomu dusíku, ale acetátový zbytek zůstal beze změny. Použití v lékařství V medicíně má arekolin poměrně malý význam. Bromid arekolinia se používá hlavně ve veterinárním lékařství jako prostředek proti parazitárním hlístům v organismu zvířat a při kolikách, kdy urychluje vyprazdňování. Svoje místo má pouze v tradiční medicíně. V Asii se semena arekové palmy doporučují ke zlepšení chuti k jídlu, proti cizopasníkům, jako projímadlo nebo jako prostředek pro zlepšení činnosti mozku, srdce či jater (Bezděková, 2007). Piperin Je alkaloid černého pepře (Piper nigrum) a pepře dlouhého (Piper longum), který zodpovídá za ostrou příchuť spolu s jeho isomerem chavicinem (Příloha 7). Plody pepře jsou používány v tradiční indické medicíně a jako koření na celém světě (Singh a Duggal, 2009; Ševčíková, 2010). br. 13: Chemická struktura piperinu. 30

31 Mechanismus účinku, intoxikace Piperin (br. 13) patří mezi selektivní inhibitory monoaminooxidasy (MA), enzymu, který je zodpovědný za deaminaci katecholaminů. Monoaminooxidasa je v těle přítomna ve dvou izoformách a to jako MA-A a MA-B, které se liší substrátovou specifitou a buněčnou lokalizací. Piperin ovlivňuje izomer MA typu B (Kong et al., 2004). Stimuluje CS a při vyšších koncentracích poškozuje tkáň jazyka, snižuje krevní tlak a rychlost dýchání (Ševčíková, 2010). Použití v lékařství V lékařství nalezne piperin využití při léčení zánětů (vykazuje antipyretické účinky), zmírnění bolestí a astmatu a zlepšuje trávení. Zlepšuje biologickou dostupnost jiných výživných látek, jako jsou beta-karoten, kurkumin, aminokyseliny a glukóza (Singh a Duggal, 2009). Je součástí léčiv snižující plynatost a žaludeční nevolnost, tzv. karminativa a stomachika (Moravcová, 2006). Také se objevuje v některých přípravcích pro sportovní výživu (např. Bioperine) jako látka zvyšující absorpci vitaminů a minerálních látek Chinolizidinové alkaloidy Tyto alkaloidy jsou sekundárními metabolity rostlin rodu Lupinus z čeledi bobovitých (Fabaceae), jejichž semena obsahují jedovaté alkaloidy, z nich nejvýznamnější jsou spartein a cytisin, ale také sem řadíme anagyrin, lupanin, lupinin, -metylcytisin (rdina et al., 2004). Biosyntéza Základní aminokyselinou pro tvorbu lupinových alkaloidů je L-lysin, ze kterého pomocí enzymu lysindekarboxylasy vzniká kadaverin a různými metabolickými cestami (hydroxylací, esterifikací a glykosylací) vznikají následující produkty, jako jsou bicyklický lupinin nebo tetracyklické alkaloidy spartein, lupanin nebo mutliflorin (Bunsupa et al., 2011). Podrobnou biosyntézu chinolizidinových alkaloidů uvádí Bunsupa et al., 2012, (Schéma 7). 31

32 C 2 lysindekarboxylasa 2 aminoxidasa C L-lysin Kadaverin (-)-lupinin aminoxidasa + + Diiminium kation (-)-multiflorin (-)-spartein (+)-lupanin Schéma 7: Biosyntéza chinolizidinových alkaloidů z L-lysinu, podle Bunsupa et al., Spartein Spartein (br. 14), nebo-li také lupinidin je hlavní alkaloid polokeře janovce metlatého (Sarothamnus scoparius) z čeledi bobovitých (Fabaceae), kde nejvyšší obsah alkaloidů nalezneme v semenech (Příloha 8). icméně dále i v rostlinách rodu Lupinus najdeme široké zastoupení tohoto alkaloidu, stejně jako u janovce, opět v semenech. Z rostlin, které se u nás vyskytují, se nachází ve vlčím bobu mnoholistém (Lupinus pollyphylus) nebo v lupině žluté (Lupinus luteus), (Moravcová, 2006; Aniszewski, 2007). 32

33 br. 14: Chemická struktura sparteinu. Mechanismus účinku, intoxikace Jeho účinek je podobný srdečním glykosidům rodu Digitalis. S vysokou afinitou se naváže na membráně srdeční buňky na a + /K + -ATPasu a vytvořením komplexu se přeruší činnost iontové pumpy, což má za následek zvýšení a + iontů v cytosolu, sníží se membránový potenciál a v buňce se nahromadí nadbytek vápníku a tím se zvýší síla kontrakce. Zvýšení Ca 2+ iontů v cytosolu v období systoly není doposud plně objasněno. Předpokládá se, že zvýšením a + iontů v cytosolu se rychlost výměnného systému sníží tak, že koncentrace Ca 2+ iontů vzroste a umožní tak lepší využití vápenatých iontů pro interakci s kontraktilními elementy svalu (Lüllmann et al. 2002). V malých dávkách působí spíše dráždivě na dýchací centrum, ve velkých dávkách jej tlumí. Čistý alkaloid je ve větších dávkách kardiotoxický, při neopatrném požití poškozuje srdce, způsobí zrychlení srdeční aktivity, srdeční arytmii a může dojít až k jeho selhání (Patočka, 2010). Požití semen z rostlin vlčího bobu vyvolává sluchové i pohybové halucinace, slabost a nevolnost. Použití v lékařství Spartein se používá jako kardiotonikum před operacemi na posílení srdeční činnosti. Pozitivně působí na správnou funkci jater, ledvin a hladké svalstvo střev (Moravcová, 2006). Cytisin Je velice toxický alkaloid ze štědřence odvislého zlatého deště (Laburnum anagyroides), kde je jeho hlavním alkaloidem. ejvětší zastoupení v této rostlině nalezneme v semenech, kde jeho obsah činí 1,5% (Riedl a Vondráček, 1980). br. 15: Chemická struktura cytisinu. 33

34 Mechanismus účinku, intoxikace Cytisin má podobné účinky jako nikotin a acetylcholin (br. 15), a proto je jejich agonistou. Má velikou afinitu k nikotinovým receptorům a svým působením připomíná nikotin (Etter, 2006). K otravě může dojít nerozvážností a požitím semen ze štědřence. Alkaloid dráždí dýchací centrum a vasomotorické centrum v prodloužené míše, které následně ochrnují. Intoxikace se projevuje silným pocitem zvracení, které po delší době je krvavé a poté se dostavuje průjem. Postižený je velice malátný a má svalové křeče. ěkdy přichází delirium a halucinace. Smrt může nastat již hodinu po požití. Uvádí se, že smrtelná dávka pro dítě jsou 2 semena ze štědřence (Riedl a Vondráček, 1980). Použití v lékařství Jak již bylo zmíněno cytisin má účinky podobné nikotinu. Proto se používá při léčbách odvykání kouření. Bulharská firma tohoto poznatku využila a pod názvem Tabex látku prodává jako lék pomáhající zbavit se návyku na nikotinu (Etter, 2006; Web 6) Alkaloidy odvozené od tryptofanu Celkově tuto skupinu můžeme nazývat indolové alkaloidy. Jde o látky s velmi širokým záběrem chemických struktur (Moravcová, 2006). Prekurzorem těchto alkaloidů je aminokyselina tryptofan a její dekarboxylační derivát tryptamin (br. 16). V případě námelových alkaloidů hraje roli také kyselina mevalonová. a biosyntéze monoterpenových a bis-indolových alkaloidů se podílí terpenické jednotky (Evans, 2009). C 2 br. 16: Chemická struktura AMK tryptofanu. obr. 1 34

35 ámelové alkaloidy Ačkoliv se jedná o sekundární metabolity parazitujících hub paličkovice nachové (Claviceps purpurea), jistě je žádoucí se touto skupinou alkaloidů zabývat vzhledem k jejich lékařskému využití, ale také z pohledu zneužívání. Paličkovice nachová parazituje na divoce rostoucích i kulturních travinách a obilovinách (br. 17). ámel (ergot, sklerocium) je přezimující stádium této houby a obsahuje řadu alkaloidů, kterých je v současnosti známo něco přes 30, a všechny jsou odvozené od kyseliny lysergové, která je derivátem indolu (Patočka, 2004). ámelové alkaloidy je také možno řadit k indolovým alkaloidům ergolinového typu a patří sem ergin, ergosin, chanoklavin, lysergol (rdina et al., 2004; Moravcová, 2006). br. 17: Paličkovice nachová (Claviceps purpurea) na obilovině. Převzato z: Web 11. Biosyntéza kyseliny lysergové lavními prekurzory syntézy kyseliny lysergové je aminokyselina tryptofan a kyselina mevalonová, která v prvních krocích dává vznik dimetylallypyrofosfátu, který následně reaguje s tryptofanem. Poté proběhne isoprenylace tryptofanu na 4-dimetylallyltryptofan. Tato reakce probíhá za katalýzy enzymem L-tryptofan dimetylallylsynthasou (DMATS). ásledná metylace pomocí enzymu 4-dimetylallyltryptofan -metyltransferasou dává vznik -metyldimetylallyltryptofanu. Dalším krokem je vytvoření třetího a čtvrtého cyklu přes meziprodukty, chanoklavin I a chanoklavin I-aldehyd, dekarboxylací a oxidací a tím vzniká argoklavin. Reakce je katalyzována enzymem chanoklavin-i-syntetasou. Syntéza dále pokračuje vytvořením elymoklavinu díky enzymu argoklavin 17-monooxygenasa. Elymoklavin je přeměněn elymoklavin 17-monooxygenasou na kyselinu paspalovou. Tyto 35

36 dva poslední enzymy jsou zástupci cytochrom P450 monooxygenas. Kyselina paspalová se následně izomeruje na D-lysergovou kyselinu (Schéma 8), (Vrabka, 2010). C 3 C 3 3 C 3 C PP + 2 DMATS 2 Methyltransf. C dimethyallylpyrofosfát L-Tryptofan 4-dimethyallyltryptofan C 3 C 2 C C 3 C 3 dekarboxylace oxidace C 3 2 oxidace C 3 2 ch.-i-syntetasa C -methyldimethylallyltryptofan chanoklavin I chanoklavin I - aldehyd C 3 C 2 C C 3 mono oxyg. C 3 mono oxyg. C 3 agroklavin elymoklavin kyselina paspalová C izomerace kyselina D-lysergová Schéma 8: Biosyntéza kyseliny D-lysergové, podle Tudzynski et al., Tato kyselina je prekurzorem pro námelové alkaloidy. 36

37 ámelové alkaloidy jsou deriváty kyseliny D-lysergové, nejčastěji se jedná o jednoduché amidy (ergometrin) nebo alkaloidy peptidového typu (ergotamin). Řadíme sem i syntetický derivát diethylamid kyseliny lysergové (LSD), (Web 1). Ergotismus Jedná se o onemocnění způsobené právě námelem, kdy do potravy člověka se dostane díky infikovaným výrobkům z žita. Ergotismus je jedna z prvních u člověka popsaná nemoc způsobená houbami. K těm nejznámějším a největším epidemiím patří tzv. Aténský mor z r. 430 př. n. l., nebo např. ve Francii roku 944 zabila epidemie obyvatel. V dávné minulosti byla tato nemoc často spojována s čarodějnictvím. Ve státě Massachusetts, ve vesnici Salem r bylo odsouzeno a popraveno 29 žen. Poslední popsaná epidemie je z Francie z roku V současnosti se nemoc vyskytuje v zemích s nízkou kontrolou hygieny výroby potravin, v Etiopii a Indii. Vzhledem k tomu, že námel obsahuje různé druhy toxinů, tak i projevy ergotismu jsou odlišné. Můžeme rozeznat 3 hlavní typy: Konzultivní ergotismus projevuje se závratěmi, únavou, depresemi, nauzei, zvracením, bolestí končetin a beder. Časté jsou svalové křeče a zástava močení. Intoxikovaný následně upadá do bezvědomí. Ke smrti dochází obvykle třetí den od projevu prvních příznaků. Psychotropní ergotismus zde se vykytují sluchové a pohybové halucinace, které mají povahu očarování. Právě tyto příznaky jsou spojovány s čarodějnickými procesy. Gangrenózní ergotismus projevuje se stažením drobných cév, což má za následek špatné prokrvení koncových částí těla jako jsou ušní boltce, nos, brada, rty, prsty a nakonec celé končetiny. bjevuje se nekróza, gangréna, až ztráta částí těla (Patočka, 2004). istorie LSD Jak již bylo řečeno, kyselina lysergová je součástí všech alkaloidů obsažených v námelu. icméně sama o sobě je neaktivní a farmakologicky neúčinná. alucinogen diethylamid kyseliny lysergové (LSD) se připravuje synteticky a poprvé r byl objeven náhodou v laboratoři dr. Alberta ofmanna, zaměstnance švýcarské farmaceutické firmy Sandoz. ofmann prováděl sérii studií a příprav derivátů kyseliny lysergové, a protože se jednalo o dvacátou pátou sloučeninu v řadě, tak dostala název LSD-25. Účinky LSD objevil ofmann náhodou při manipulaci se sloučeninou v laboratoři, kdy po potřísnění a následném úmyslném 37

38 požití této látky prožil vskutku bohaté halucinace. Tento objev rozpoutal novou éru výzkumů podstaty vědomí a historické role halucinogenů ve vývoji lidstva (Furst, 1996). Mechanismus a intoxikace LSD Droga je inhibitorem periferního serotoninového neurálního systému regulujícího emoce. LSD má afinitu k různým podtypům serotoninových receptorů. Jeho účinek se spojuje s aktivací 5-T 2A -receptorů (5-hydroxytryptamin), kde působí jako agonista (Balíková, 2004; Lüllmann et al., 2002). Dávky, které se prodávají na ulici ve formě úhledných savých papírků, se pohybují mezi µm. Po vycucání papírku s drogou se dostavují živé, příjemné halucinace, které mohou vystřídat nepříjemné pocity paniky, úzkosti a hysterie. Chroničtí uživatelé trpí psychickými poruchami (Balíková, 2004). Ergometrin, Egrotamin ba tyto alkaloidy jsou součástí námelu paličkovice nachové (Claviceps purpurea), (Evans, 2009). Mechanismus účinku ámelové alkaloidy působí spíše nespecificky. Mají receptory v CS i v periferních orgánech a ovlivňují agonisticky i antagonisticky adrenergní α-receptory, dopaminergní receptory a hlavně serotoninové receptory. Ergometrin a ergotamin (br. 31) stimulují hladké svaly cév, střev, průdušek, ale nejvíce se podílí na stimulaci dělohy. Ergotamin blokuje adrenergní α-receptory, přesto převažuje vazokonstrikční účinek a stimuluje tak cévní svalovinu. Ergometrin je v tomto směru mnohem slabší. Farmakokinetika námelových alkaloidů je málo známá a prozkoumaná. Alkaloidy se v těle z části metabolizují a jen malé procento se vylučuje v nezměněné formě. ěkteré metabolity mají vlastní farmakologický účinek. Eliminace metabolitů v těle je velice pomalá, tak dochází k nahromadění toxických látek v organismu. Při vyšším podání ergotaminu nebo při jeho chronickém užívání může dojít ke gangrenóznímu ergotismu (Lüllmann et al., 2002). Použití v lékařství Ergometrin, resp. jeho polysyntetický derivát metylergometrin se používá pro jeho vasodilatační účinky v období porodu ke zvýšení kontrakce dělohy. Ergotaminové 38

39 vazokonstrikční účinky se využívají v terapii migrény (ampl et al., 2007; Lüllmann et al., 2002). C 3 C3 ergometrin C 3 ergotamin br. 17: Chemické struktury ergometrinu a ergotaminu Monoterpenové indolové alkaloidy Monoterpenové indolové alkaloidy obsahují ve své chemické struktuře indol a monoterpenovou jednotku. Tyto alkaloidy jsou toxikologicky významné a kromě níže uvedeného strychninu sem řadíme affinin, affinisin, agroklavin, ajmalicin, ajmalin, alstonin, echitamin, gelsemicin, ibogain, katarantin, mitragynin, olivacin, reserpin, serpentin, schizozygin, strychnin, tombozin, vobasin (rdina et al., 2004). Biosyntéza strychninu Biosyntézu strychninu ukazuje Schéma 9. Z tryptofanu vzniklý tryptamin kondenzuje s monoterpenovou jednotkou secologaninem. Reakci katalyzuje enzym striktosidin synthasa za vzniku striktosidinu (Treimer a Zenk, 1979). Striktosidin je následně odštěpením glukosy převeden na geissoschizin, společný meziprodukt všech monoterpenových indolových alkaloidů. ásledná oxidační cyklizace poskytuje dehydropreakuammicin, který obsahuje charakteristický cyklický kruh s atomem dusíku, typický pro tyto alkaloidy. Biosyntéza pokračuje dekarbometoxylací, allylovou oxidací a redukcí na Wieland-Gumlich aldehyd, ze 39

40 kterého pomocí acetyl-coa a mechanismem aldolové kondenzace vzniká prestrychnin. ásleduje konečná cyklizace prestrychninu na strychnin (Boonsombat, 2008). C 2 2 C dekarboxylace 2 + Me 2 C Glu secologanin striktosidin synthasa tryptofan tryptamin Me 2 C C 2 Glu glukosa geissoschizin Me 2 C C 3 oxidační cyklizace striktosidin dekarbometoxylace allylová oxidace acetyl-coa aldolová kondenzace redukce Me 2 C C C 3 C dehyrdopreakuammicin Wieland-Gumlich aldehyd cyklizace C strychnin prestrychnin Schéma 9: Biosyntéza strychninu z tryptofanu, podle Boosombata, 2008 viz text. 40

41 Strychnin Strychnin je velice jedovatý alkaloid s kondenzovaným indolovým jádrem v molekule (br. 18), který je obsažen v rostlinách rodu kulčiba (Strychnos), především v semenech kulčiby dávivé (Strychnos nux-vomica) z čeledi kulčibovité (Loganiaceae), (Příloha 9), (Volfová a Patočka, 2003). br. 18: Chemická struktura strychninu s indolovým jádrem (červeně). Mechanismus účinku, intoxikace Alkaloid ovlivňuje účinek glycinu na úrovni MDA receptorů (-metyl-d-asparát). Strychnin stejně jako glycin je koagonista exitačních glutamátových receptorů a tím blokuje vazebná místa právě pro tento neuromediátor. Blokace receptorů glycinu v míše vyvolá hyperstimulaci inhibičních neuronů, křeče a smrt (Kalina, 2007; Volfová a Patočka, 2003). Strychnin je dobře vstřebáván gastrointestinálním traktem, ale stejně tak dobře i respiračním ústrojím a pokožkou (Riedl a Vondráček, 1980). Intoxikace se projevuje neklidem, bolestí hlavy, citlivostí na světlo a hluk a následují nekontrolovatelné křeče celého těla. Vysoké dávky zapříčiňují ochrnutí CS při plném vědomí intoxikovaného. Smrtelná dávka pro člověka je odhadována na 5-10 mg strychninu. Strychnin je součástí kurare jedů (Volfová a Patočka, 2003). Použití v lékařství Dříve se v lékařství používaly sloučeniny, které obsahovaly strychnin (kulčibová tinktura, dusičnan strychninu) pro povzbuzení dýchání, jako součást léků proti nechutenství a při otravách barbituráty. Dnes je jeho terapeutický význam v lékařství zanedbatelný (Volfová a Patočka, 2003; Riedl a Vondráček, 1980). 41

42 Bis-indolové alkaloidy (Vinca alkaloidy) Bis-indolové nebo také vinca alkaloidy se vyskytují v rostlinách čeledi toješťovitých (Apocynaceae), především v rodu barvínek (Vinca), (Cibíková et al., 2010). Barvínek růžový, nebo-li katarantus (Catharanthus roseus, syn.: Vinca rosea), (Příloha 10), pocházejícího z Madagaskaru je jedním z nejvíce studovaných léčivých rostlin. V této rostlině bylo nalezeno více než 100 alkaloidů, které mají mnoho společných biosyntetických kroků (El-Sayed a Verpoorte, 2007). Do této skupiny alkaloidů se řádí kalebasin, katarantin, leurosidin, leurosin, ochrolifuanin A, tabersonin, toxiferin I, usambarensin, vinblastin, vindolin, vinkristin (rdina et al., 2004). Biosyntéza Zjednodušenou biosyntézu nejzajímavějších alkaloidů této skupiny je znázorněno na Schématu 10. El-Sayed a Verpoorte, 2007 ukazují podrobný průběh několika biosyntetických drah alkaloidů rostliny barvínku růžového (Catharanthus roseus). Počátek biosyntézy probíhá obdobně jako u biosyntézy strychninu, tedy dekarboxylace tryptofanu na tryptamin a jeho reakce se secologaninem dává vznik striktosidinu. V této fázi se od striktosidinu odděluje několik metabolických drah za vzniku různých druhů bis-indolových alkaloidů. Při biosyntéze vinkristinu vzniká ze striktosidinu společný meziprodukt katarantinu a vindolinu stemmadenin. Ze stemmadeninu poté vedou právě dvě větve biosyntézy. Z jedné vzniká katarantin a z druhé nejprve tabersonin a z něho několika dalšími kroky vindolin. Tyto dvě látky nakonec spolu kondenzují za vzniku vinblastinu a následná oxidace dává vznik vinkristinu (El-Sayed a Verpoorte, 2007). Meziprodukty jednotlivých reakcí, stemmadenin, karatantin, tabersonin a vindolin, jsou alkaloidy této skupiny. Všechny metabolické kroky mají své konkrétní kroky a příslušné enzymy, viz El-Sayed a Verpoorte, 2007; Shukla et al.,

43 Tryptamin + Secologanin Striktosidin Stemmadenin katarantin tabersonin vindolin vinblastin Schéma 10: Biosyntéza bis-indolových alkaloidů, podle El-Sayed a Verpoorte, 2007; Shukla et al., vinkristin Vinkristin, vinblastin Pro léčebné účely se vinkristin a jeho chemický analog vinblastin (br. 19) izolují především z rostliny kataranthus růžový (Catharanthus roseus), (Moravcová, 2006). C 3 R = C 3 vinblastin CC 3 C 3 R = C vinkristin 3 C R CC 3 CC 3 br. 19: Chemická struktura vinblastinu a vinkristinu. 43

44 Mechanismus účinku Alkaloidy vinblastin a vinkristin patří k mitotickým inhibitorům. Jsou schopny navázat se na tubulinové dimery a zabránit formování mikrotubulinové struktury, což má za následek zastavení mitózy v metafázi (Cibíková et al., 2010). Použití v lékařství Bis-indolové alkaloidy jsou významnými cytostatiky (ampl et al., 2007). Jako cytostatika se používají při léčbě rakoviny plic a prsu. V kombinaci s dalšími chemoterapeutiky jsou podávány při léčbě leukémie, odgfinova lymfomu a Kaposiho sarkomu (Cibíková et al., 2010; Moravcová, 2006). 44

45 5. Protoalkaloidy 5.1. Alkaloidy odvozené od fenylalaninu a tyrozinu Aminokyseliny fenylalanin a tyrozin (br. 20) a jejich dekarboxylační produkty jsou prekurzory pro mnoho alkaloidů, resp. protoalkaloidů. Řadíme sem deriváty fenylalakylaminů a isochinolinové alkaloidy, které dále dělíme podle základního skeletu na morfinové alkaloidy (morfin, kodein), benzylisochinolinové alkaloidy (papaverin), ale také alkaloidy bisbenzylisochinolinové skupiny (tubokurarin) a fenylethylisochinolinové alkaloidy (kolchicin), které můžeme považovat za analogy benzylisochinolinových alkaloidů (Evans, 2009; Moravcová, 2006). C C fenylalanin 2 tyrozin 2 br. 20: Chemické struktury AMK fenylalaninu a tyrozinu Deriváty fenylalkylaminů Tuto skupinu alkaloidů nejvíce zastupuje derivát fenethylaminu efedrin, který se izoluje z rostlin rodu chvojník (Efedra) a mezkalin z mexických kaktusů, ale také ostatní fenylalkylaminy jako je alkaloid pálivých paprik kapsaicin nebo taxin z tisu (Web 1). Biosyntéza Prekurzorem pro biosyntézu efedrinu je aminokyselina fenylalanin, který se biotransformuje prostřednictvím kyseliny skořicové a enzymu fenylalaninamoniak lyasou (PAL) na benzaldehyd. Reakcí benzaldehydu s pyruvátem vznikají (R)- a (S)-fenylacetylkarbinoly a (R)- a (S)-2-hydroxypropiofenony, které následnými metabolickými přeměnami dávají vznik důležitému meziproduktu (S)-cathinonu. (S)-cathinon se pomocí cathinon reduktas redukuje buď na norpseudoeferdin nebo norefedrin. ásledně enzym -metyltransferasa metyluje norpseudoeferdin a norefedrin na konečné produkty pseudoefedrin a efedrin. Zjednodušené schéma biosyntetické dráhy ukazuje Schéma 11 (Krizevski et al., 2012). 45

46 C 2 PAL L-fenylalanin C 3 C kys. skořicová (R)-fenylacetyl carbinol C 3 3 C pyruvát (S)-fenylacetyl carbinol C 3 benzyaldehyd C 2 (R)-2-hydroxypropionfenon C 3 (S)-2-hydroxypropiofenon 2 C 3 reduktasa (S)-cathinon reduktasa C 3 C (1S,2S)-norpseudoefedrin -methyltransferasa (1R,2S)-norefedrin -methyltransferasa C 3 C 3 C 3 C 3 (1S,2S)-pseudoefedrin (1R,2S)-efedrin Schéma 11: Biosyntéza efedrinu a pseudoefedrinu z AMK fenylalaninu, podle Krizevskiho et al., 2012 viz text. Dvojité šipky znázorňují dosud neobjasněné kroky. 46

47 Efedrin Efedrin byl poprvé syntetizován v roce 1887 čínským proslulým vědcem K. K. Chenem, když hledal náhradu za adrenalin (Web 7). Poprvé byl izolován z čínské rostliny Ma-uang, později z rostlin rodu chvojník (Efedra), (Zeman, 1995). Rostliny chvojník čínský (Efedra sinica), (Příloha 11) a chvojník obecný (Efedra vulgaris), obsahují efedrin a pseudoefedrin jako jeho hlavní aktivní složky. Mechanismus účinku, intoxikace Efedrin má chemickou strukturu podobnou katecholaminům (br. 21) a je to nepřímo působící sympatomimetický amin. Uvolňuje noradrenalin ze sympatických nervových zakončení a brání jeho zpětnému vstřebávání, to má za následek pocit euforie. Předávkování efedrinem se projevuje hypertenzí, zrychlení srdeční činnosti, psychózou, svalovým třesem. Může následovat infarkt myokardu nebo cévní mozková příhoda. Po chronickém užívání se objevuje nespavost, ztráta paměti a poškození nervů (Radakovic et al., 2011). C3 C 3 efedrin C 3 adrenalin br. 21: Chemická struktura efedrinu a adrenalinu (katecholaminu) jako srovnání podobnosti molekul. Použití v lékařství V tradiční čínské medicíně byl používán při léčbách astmatu a bronchitidy. I v naší medicíně se efedrin používá k léčbě astmatických stavů společně s antihistaminiky a při poruchách oběhového systému jako je např. vazomotorický kolaps nebo brachykardie. Dříve byl obsažen např. v léku nazývaném Yastyl, který byl doporučován pro léčbu průdušek. icméně bylo dokázáno, že po jeho požití vzniká euforie a to vedlo k návyku. Proto byl tento přípravek zakázán (Zeman, 1995). Efedrin je také součástí léčiv na podporu hubnutí. Společně 47

48 s kofeinem a aspirinem se používá ve formě pilulek jako doplněk stravy v kulturistice pro lepší spalování tuků (Radakovic et al., 2011). V soutěžním sportu je efedrin, který je součástí hydrochloridu efedrinu, Českým antidopingovým výborem a Státním ústavem pro kontrolu léčiv zakázaný (Web 8). Metanfetamin Efedrin je prekuzorem pro výrobu drogy metanfetaminu (br. 22). Synteticky se z efedrinu získává právě aktivní pravotočivý izomer metanfetaminu. Metanfetamin je také často označován jako pervitin, perník, v zahraničí známý jako Czecho. Poslední označení napovídá, že tato droga byla poprvé vyrobena a pochází z Čech (Zeman, 1995). Aplikace metanfetaminu do organismu je buď šňupáním přes nosní sliznici, injekčně nebo per os ve formě hydrochloridu. Metanfetamin je řazen do skupiny budivých aminů a stejně tak i jeho metabolit amfetamin (br. 23) působí agonosticky na CS jako endogenní ligandy dopamin, noradrenalin a serotonin. Uvolňuje neurotransmitery na nervových zakončeních nebo jejich úlohu nahrazují. To se projevuje stimulací CS, zvýšením krevního tlaku, výkonnosti a sebevědomí. Při chronickém užívání se projevuje podrážděnost, psychická labilita, agresivita, úbytek hmotnosti a vyvíjí se psychická závislost a tolerance vůči množství drogy. Dávky je nutno zvyšovat, aby docházelo k očekávané euforii (Balíková, 2004). Methanfetamin byl ve 2. Světové válce používán k cílenému zvýšení bojeschopnosti u výsadkových a leteckých jednotek v balíčcích pro přežití (Patočka, 2004). C3 2 C 3 C 3 metanfetamin amfetamin obr. 2 br. 22: Chemické struktury metanfetaminu a jeho metabolitu amfetaminu. 48

49 Meskalin Meskalin (br. 23) je hlavním alkaloidem izolovaný ze šťávy mexických kaktusů peyotl (rodu Anhalonium), který původní obyvatelé používali k náboženským obřadům. Bílá krystalická látka se připravuje rozkrájením a usušením z nadzemní části kaktusu (Patočka, 2004). C 3 C 3 C3 2 br. 23: Chemická struktura meskalinu. Mechanismus účinku, intoxikace Alkaloid aktivuje 5-T 2 (5-hydroxytryptamin) serotoninový receptor, které jsou spojené s G-proteiny a mechanismem vedoucím k aktivaci fosfolipas a produkci druhých poslů v buňce (Fišar a Raboch, 2011; Pendell, 2009). Působí podobně jako LSD (viz níže), má však slabší účinky. Meskalin se užívá per os a jako účinná látka se udává 0,3-0,6 g. Po požití se hromadí v ledvinách a z 60-70% se vylučuje močí v nezměněný, zbytek je vyloučen v acetylované a metylované formě. Intoxikace se projevuje nauzei, bolestmi hlavy, závratěmi, tachykardií, třesem, zvýšením krevního tlaku i tělesné teploty. ásledují zrakové halucinace, což je projevem hlavního a požadovaného účinku, který trvá 2-4 hodiny po požití. V dalších hodinách intoxikovaný prochází stádiem excitace projevující se osobní nekritičností a v poslední fázi odeznívání, přibližně hodin po požití, přichází na řadu vyčerpanost a spánek (Patočka, 2004). Použití v lékařství Tento halucinogen je v psychiatrickém lékařství používán k vyvolání modelových psychos (Moravcová, 2006). 49

50 Kapsaicin lavní alkaloid paprik rodu Capsicum z čeledi Solanaceae a je zodpovědný za jejich pálivou chuť. Kapsaicin a jeho deriváty, jako např. dihydrokapsaicin, se hromadně nazývají kapsacinoidy a představují přibližně 90% kapsacionoidů v chilli papričkách. Poprvé jej v krystalické formě izoloval L. T. Tresh v roce který mu dal název kapsaicin. V roce 1919 vědci elson a Dawson vyřešili jeho molekulární strukturu. Zjistili, že se alkaloid vyskytuje ve dvou izomerech cis a trans, avšak izomer trans je mnohem stabilnější, protože ve stabilitě cis izomeru brání stérické pnutí dvou dlouhých řetězců vedle sebe (Reyes-Escogido et al., 2001), (br. 24). C 3 C 3 trans-kapsaicin C 3 C 3 3 C C 3 cis-kapsaicin br. 24: Chemické struktury kapsaicinu. Porovnání trans/cis izomerů. 50

51 Mechanismus účinku, intoxikace Kapsaicin je chemickým aktivátorem vanilloidních (kapsaicidních) receptorů podtypu 1 (V1), které jsou součástí TRP kanálů přechodných potenciálních iontových kanálů. Dohromady se tyto receptory značí TRPV1 receptory a jsou vytlačovány na periferních i centrálních zakončeních primárních nociceptivních neuronů (Uchytilová a Paleček, 2009). TRPV1 je široce distribuován do mozku, ledvin, jater, střev a pokožky Reyes-Escogido et al., 2001). K aktivaci nociceptoru vede lokální aplikace malého množství kapsaicinu a způsobí tak bolestivý vjem. aopak větší množství kapsaicinu působí analgeticky (Uchytilová a Paleček, 2009). Použití v lékařství Alkaloid je součástí léků používaných na ochranu proti vředům v trávicím traktu. Vzhledem k jeho schopnosti snižovat tukové tkáně je obsažen v přípravcích na hubnutí a používá se i k léčbě obezity. ejvíce se však využívá lokálně jako analgetikum při pooperačních bolestech. Kapsaicin je také součástí různých krémů a náplastí napuštěných tímto alkaloidem k léčbě chronických bolestivých syndromů (bolest svalů a kloubů, při revmatické artritidě a osteoartróze). ežádoucí účinky jsou většinou štípání a pálení kůže (Reyes-Escogido et al., 2001) Isochinolinové alkaloidy Velká část těchto alkaloidů je získávána z opia, který je obsažen v rostlinách máku setého (Papaver somniferum) a získávají se naříznutím a následným pomalým vyschnutím nezralých makovic (Příloha 12). Proto jsou často také nazývány opiové alkaloidy, a patří mezi ně asi 30 různých alkaloidů, z nichž ty nejdůležitější (papaverin, morfin, kodein) jsou zde zmíněny. Mezi isochinolinové alkaloidy patří také berberin z dřišťálu obecného (Berberis vulgaris) a vlaštovičníku většího (Chelidonum majus), (Moravcová, 2006). Jako další skupinu alkaloidů sem řadíme kurare alkaloidy, které jsou obsaženy v rostlinách rodu Strychos a Chondodendron a patří sem např. tubokurarin. Za analog benzylisochinolinových alkaloidů můžeme uvést i kolchicin z ocúnu jesenního (Colchicum autumnale), (Evans, 2009; Web 1). 51

52 Biosyntéza Jako příklad biosyntézy je zde shrnuta syntéza tebainu, kodeinu a morfinu (Schéma 12). Plné znění této biosyntézy uvádí Balažová a Pšenák, Uhlíkový skelet alkaloidů vzniká ze dvou molekul tyrozinu, kdy se tzv. pre-retikulinovou dráhou vytvoří (S)-retikulin, který je centrálním meziproduktem všech benzylisochilolinových alkaloidů. ydroxylací tyrozinu vzniká jednou cestou dihydroxyfenylalanin (DPA) a následně dopamin a druhou cestou tyramin, ze kterého vzniká 4-hydroxyfenylacetaldehyd (Tyral). Tyto dvě molekuly dávají vznik prvnímu meziproduktu (S)-norkoklaurinu. Dalšími metabolickými kroky několika enzymům transferas a oxidas se tvoří další důležitý meziprodukt (S)-retikulin, který se konverzí změní na (R)-retikulin. (R)-retikulin je přeměněn několika metabolickými kroky na tebain, první z benzylisochinolinových alkaloidů. Tebain je dalším prekurzorem pro kodein a morfin (Balažová a Pšenák, 1998). 52

53 C 2 2 dekarboxyláza aminooxidáza - C 2-2 tyrozin tyramin Tyral fenoloxidáza 2 fenoloxidáza 2 norkoklaurinsyntáza C 2 dekarboxyláza - C 2 2 norkoklaurinsyntáza DPA dopamin (S)-norkoklarin 3 C 3 C C 3 ADP C 3 3 C 3 C (R)-retikulin (S)-retikulin 3 C 3 C - C 3 C 3 C 3 C 3 3 C tebain kodein morfin Schéma 12: Biosyntéza benzylisochinolinových alkaloidů, podle Balažové a Pšenáka, 1998 viz text. 53

54 pium Je bílý latex (br. 25), který na vzduchu rychle koaguluje a hnědne. Latex se získává řezem z nezralých makovic máku setého (Papaver somniferum), následně nechá vyschnout a pak je zpracován do nepravidelné hmoty, která se nazývá indické opium. V Indii ve velkovýrobně ( P. somniferum var. album ) je indické opium zpracováváno a exportováno do ostatních zemí. icméně i v Turecku, Íránu, Egyptě, Číně a bývalé Jugoslávii bylo vyráběno opium, v malých pokusných měřítkách také ve Skotsku, orsku a USA. ejvětším dodavatelem ovšem stále zůstává Indie (Evans, 2009). pium obsahuje kolem 30 různých alkaloidů, z nichž morfin je zastoupen přibližně z 10%, narkotin 6%, papaverin 0,8%, kodein 0,5% a tebain 0,2%. Z historie je jasné, že opium bylo používáno už ve středověku. V 16. století jej ve formě opiové tinktury, známé jako laudanum, s úspěchem používal Paracelsus jako účinné analgetikum. Dnes opiová tinktura obsahuje 1% morfinu (Linhart, 2012; Lüllmann et al., 2002). br. 25: Získávání surového opia naříznutím nezralých makovic máku setého. Převzato z: Web 12. Papaverin V opiu je obsah papaverinu (br. 26) asi 0,8% (Lüllmann et al., 2002). Poprvé byl syntetizován v roce 1910 Pictetem a Gamsem (Tluka, 2011). 54

55 3 C 3 C 3 C 3 C br. 26: Chemická struktura papaverinu. Mechanismus účinku, intoxikace Papaverin je nespecifickým inhibitorem enzymu fosfodiesterasa a zvyšuje hladinu intracelulárního camp (Valentová et al., 2004). Má spasmolytické a vazodilatační účinky a na srdeční sval působí jako chinidin, a to může vést ke vzniku arytmií a snížení krevního tlaku. eproniká hematoencefalickou membránou a postrádá účinek na CS. Intoxikace se projevuje bolestmi hlavy, nadměrným pocením, závratěmi, zácpou a poruchami srdečního rytmu (Mištová, 2009). Dobře se vstřebává trávicí soustavou, jeho metabolizmus probíhá v játrech a převážně se vylučuje močí. Injekční podání je účinnější než per os (Web 9). Použití v lékařství Papaverin hydrochlorid se používá pod obchodním názvem Papaverin spofa jako spasmolytikum a pomáhá i při léčbách střevních, žlučových a ledvinových kolik. Jedná se o bezbarvou až žlutou tekutinu, která se podává injekčně (Web 9). Spolu s fentolaminem a prostaglandinem E 1 je injekčně aplikován při problémech s erekcí u mužů (Valentová et al., 2004). Morfin Poprvé byl čistý morfin izolován roku 1805 německým lékárníkem Friedrichem Sertürnerem a obsahuje přibližně 10 hmotnostních procent surového opia (Mištová, 2009). V surovém opiu je obsaženo od 2,7 % až po 20 % dominantního morfinu (Valíček, 2000). 55

56 Jeho obsah závisí na několika biologických faktorech, jako jsou např. odrůda máku setého, vodní režim rostliny, dostatek či nedostatek minerálních látek a živin, atd. (Tluka, 2011). C 3 br. 27: Chemická struktura morfinu. Mechanismus účinku, intoxikace Morfin (br. 27) je silné analgetikum, inhibuje afektivní reakci na bolest. Stimuluje opinoidní receptory, které se vyskytují v rozdílných tkáních, ale hlavně v mezimozku, míše a limbickém systému. Účast limbického systému na působení morfinu je nejspíše v souvislosti s vlivem morfinu na náladu a rozpoložení. Po obsazení µ-opinoidního receptoru morfinem se prostřednictvím G-proteinu a kaskádu druhých poslů aktivuje třída K + iontových kanálů a inhibují se napěťově aktivované Ca 2+ kanály. Tento děj zabrání výlevu Ca 2+ iontů do cytoplazmy a ztíží tak přenos vzruchu v membráně (Gebauer, 2010; Lüllman et al., 2002). Aktivace těchto receptorů tlumí bolest a vyvolává euforii (Linhart, 2012). Morfin má tlumivý účinek na dýchací centrum, dráždí CS, stimuluje chemoreceptory v area postrema, které leží ve spodině IV. mozkové komory a je zodpovědné za nervové řízení zvracení. Již při terapeutických dávkách dochází k depresi dýchání, nauzei a zvracení. všem při opakovaném podání vzniká návyk a poté dokonce potlačuje zvracení. Morfin zvyšuje střevní tonus, výrazně ovlivňuje tonus a kontrakci uteru v době porodu, zpomaluje srdeční frekvenci a zužuje zornice. Při předávkování morfinem dochází k depresi dechového centra, až nakonec nastane smrt centrální obrnou dýchacích cest (Lüllmann et al., 2002). 56

57 Biotransformace Po perorálním podání vstupuje do krve asi jen 15-25% morfinu v nezměněné formě. Morfin v játrech reaguje s kyselinou glukuronovou na morfin-3-glukuronid (M3G), který není účinný a na morfin-6-glukuronid (M6G), který má lepší analgetický účinek než výchozí látka. Všechny tři látky (morfin, M3G a M6G) se pak z těla vylučují močí (Gebauer, 2010; Lüllmann, 2002). Použití v lékařství Morfin je v lékařské praxi používán jako narkotické analgetikum. Vzhledem k možnosti návyku smí být u pacientů, kteří se pravděpodobně uzdraví (např. po úrazech nebo chirurgických operacích), podáván maximálně 14dní. V posledních fázích onkologických onemocnění nebo jiných případech, kdy se pacientovi už jen odlehčuje od bolesti smí být podáván bez omezení. V případě akutních poruch výměny plynů při nežádoucí plicní hyperventilaci morfin snižuje tyto problémy a snižuje pocit dušnosti (Lüllmann et al., 2002; Mištová, 2009). eroin V 90. letech 19. století byl v německé farmaceutické firmě Bayer poprvé syntetizován. Dreserem a F. offmanem morfinový derivát diacetylmorfin, který dostal název heroin (br. 28). eroin měl být novou a lepší náhražkou samotného morfinu, měl lépe pronikat hematoencefalitickou membránou a jeho analgetický účinek měl nastupovat rychleji než u morfinu. Přitom vědci věřili, že acetylová skupina (stejně jako u acylpyrinu) bude šetrnější k žaludeční sliznici a nebude vyvolávat zvracení, které je nežádoucím účinkem morfinu (Linhart, 2012). d roku 1898 byl heroin používán legálně jako léčivo. Používal se k léčbě dýchacích cest, kardiální dušnosti, pohlavních onemocnění, psychiatrických onemocnění, jako léčebný přípravek pro odvykání závislosti na morfinu a jako narkotikum (Mištová, 2009). Vzhledem k tomu, že závislost na heroin vzniká mnohem rychleji a je mnohem silnější než na morfinu, tak heroin byl posléze u nás a v mnoha dalších zemích zakázán a nyní podléhá Zákonu č. 167/1998 Sb. návykových látkách, příloha 3. V některých státech je stále povolen a používá se na léčbu nesnesitelných bolestí (Linhart, 2012; Mištová, 2009). 57

58 3 C C 3 C 3 br. 28: Chemická struktura heroinu (diacetylmorfinu). eroin vzniká esterifikací obou hydroxylových skupin morfinu (pozn. autorky). Kodein Metylderivátem morfinu je kodein (br. 29). Poprvé jeho syntézu provedl Francouz Jean-Pierre Robiquet v roce 1832 (Tluka, 2011). Spolu s morfinem se jedná o nejčastější alkaloid opia máku setého. Jeho procentuální zastoupení se pohybuje v rozsahu 0,3 4 % (Valíček, 2000). 3 C C 3 br. 29: Chemická struktura kodeinu. Jedná se o stylovaný derivát morfinu, který právě metylovou skupinou na fenolovém jádře ztrácí silně analgetické účinky (Lüllmann et al., 2002). Mechanismus účinku, intoxikace Kodein se stejně jako morfin váže na opinoidní receptory v CS a zároveň tlumí a ovlivňuje centrum pro kašel. V játrech je částečně (asi 5-10 %) metabolizován na cytochromu CYP2D6 (druh cytochromu P450) demetylací na morfin, ale hlavní část 58

59 eliminace probíhá na enzymatickém systému UGT2B7 (druh glukoronosyltransferas) za vzniku kodein-6-glukoronidu, který je následně vylučován ledvinami (Krmenčík, 2010). Při užití kodeinu se mohou vyskytnout i nežádoucí účinky jako jsou nauzea, zácpy a deprese dýchání (Lüllmann, 2002). Použití v lékařství Ve srovnání s morfinem je jeho analgetický účinek nepatrný a postrádá typický účinek opiátů vedoucí k závislosti. icméně v lékařství je používán hlavně jako antitusikum (lék tlumící suchý kašel) a je součástí mnoha sirupů, kapek tablet (např. Codein Slovakofarma) proti kašli (Lüllmann, 2002). Vhledem k jeho možné toxicitě a vzniku lékové závislosti je tento lék k dostání na předpis lékaře (Web 10). Berberin Berberin (br. 30) je alkaloid dřišťálu obecného (Berberis vulgaris), který je nejvíce obsažen v kořenové kůře této rostliny. V nadzemních částech je ho menší množství a plody alkaloid neobsahují vůbec (Moravcová, 2006). Alkaloid je obsažen i v dalších rostlinách, např. byl izolován z vlaštovičníku většího (Chelidonum majus) a máku setého (Papaver somniferum), (Mištová, 2009). + C 3 C 3 br. 30: Chemická struktura berberinu. Mechanismus účinku Berberin inhibuje protein I, klíčový transkripční faktor zánětů a karcinogeneze v lidských nádorových buňkách a v případě rakoviny tlustého střeva u lidí inhibuje transkripční aktivitu 59

60 cyklooxygenasy-2 v buňkách. Dále inhibuje DA topoizomerasu II a rychlé množení buněk rakoviny prostaty, což souvisí s blokací G1-fáze buněčného cyklu. Alkaloid výrazně zvyšuje apoptózu rakovinných buněk prostaty narušením membránového potenciálu mitochondrií (Cibíková et al., 2010). Použití v lékařství Berberin se vyznačuje protizánětlivou aktivitou a má protinádorový účinek in vitro. Používá se k potlačení množení nádorových buněk především v případě plicního karcinomu, rakoviny tlustého střeva a rakoviny prostaty (Cibíková et al., 2010). Dále je součástí látek stimulujících tvorbu a vylučování moče (ampl et al., 2007). V lidovém léčitelství a homeopatii je používán na revmatismus a hemeroidy (Moravcová, 2006). Tubokurarin Alkaloid tubokurarin (br. 31) je součástí tzv. kurare alkaloidů obsažených v rostlinách rodu kulčiba (Strychnos), zejména v kulčibě jedodárné (Strychnos toxifera) a v rodu chondodendron, především v druhu chondodendronu plstnatém (Chondodendron tomentosum). Kurare je využíváno jihoamerickými indiány jako šípový jed k usmrcení kořisti (Lüllmann et al., 2002). 3 C + C 3 3 C + 3 C C 3 br. 31: Chemická struktura tubokurarinu. Molekula tubokurarinu je tvořena dvěma propojenými tetrahydroisochinoliny (červeně), (ampl et al., 2007). 60

61 Mechanismus účinku, intoxikace Kurariny spolu s nejúčinnější složkou tubokurarinem patří mezi nedepolarizující myorelaxancia, která kompetitivně inhibují cholinergní receptory, nicméně na rozdíl od acetylcholinu neotevírají sodíkové iontové kanály. Tím ovlivní vazebné místo pro acetylcholin a znemožní tak jeho působení. Dochází tak k ochrnutí kosterního svalstva, protože podráždění motorického nervu je tímto blokováno a vzruch se nepřenáší na sval (ampl et al., 2007; Linhart, 2012; Lüllmann et al, 2002). Tubokurarin i v terapeutických dávkách může vyvolat nežádoucí účinky, ke kterým patří vyplavení histaminu, což vyvolá snížení krevního tlaku a zhoršení plicní ventilace (Lüllmann et al., 2002). Použití v lékařství Tubokurarin se dříve používal jako myorelaxancium. Pro jeho obtížnou izolaci z přírodního materiálu a jeho nežádoucí účinky se dnes již nepoužívá (ampl et al., 2007). Kolchicin Kolchicin (br. 32) je žlutě-bílý alkaloid ocúnu jesenního (Colchicum autumnale), (Příloha 13), který na vzduchu tmavne. Snadno se rozpouští ve vodě a alkoholu. V rostlině je nejvíce zastoupen v hlízách a semenech (Evans, 2009). C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 br. 32: Chemická struktura kolchicinu. Mechanismus účinku, intoxikace Alkaloid kolchicin patří mezi látky používané při akutním záchvatu dny. Jeho mechanismus účinku spočívá v inhibici fagocytární aktivity leukocytů. Leukocyty tedy dále 61

62 nefagocytují krystaly urátu (sůl kyseliny močové) a tím znemožní další uvolňování agresivních lyzozomálních enzymů, čím ukončí lokální chorobný proces. vlivňuje proces buněčného dělení, konkrétně zastavuje mitózy ve stádiu metafáze (Lüllmann et al., 2002). Kolchicin je podáván perorálně a dobře se vstřebává gastrointestinálním traktem. Vylučuje se žlučí nezměněn a eliminuje se stolicí a močí. I při terapeutických dávkách se může objevit nevolnost, bolest břicha a průjem. Smrtelná dávka byla zjištěna 7-10 mg (arvey et al., 2011). Použití v lékařství Jak již bylo zmíněno, kolchicin se podává při akutním záchvatu dny. bvykle zmírňuje bolesti do 12 hodin (arvey et al., 2011). Dále se používá při léčbě genetického onemocnění familiární středomořské horečky (FMF) jeho celoživotním užíváním. Kolchicin FMF ve skutečnosti neléčí, ale chrání nemocného před akutními záchvaty (Šedivá, 2009). Pro jeho schopnost zastavení mitózy ve stadiu metafáze se uvažovalo o jeho použití jako cytostatikum. Pro jeho vysokou toxicitu však nemůže být takto využit (Lüllmann et al., 2002). 62

63 6. Pseudoalkaloidy 6.1. Steroidní alkaloidy Steroidní alkaloidy jsou odvozeny od molekuly cholesterolu, který má v postranním řetězci dusíkový atom. Většina z nich se vyskytují jako glykosidy nebo estery s hydroxylovou skupinou. Jsou součástí rostlin čeledí lilkovitých (Solanaceae), liliovitých (Liliaceae) a toješťovitých (Apocynaceae), (Moravcová, 2006). Biosyntéza Prekurzorem pro biosyntézu α-solaninu a α-chakoninu je steroidní látka cholesterol (Schéma 13). Z cholesterolu několika metabolickými drahami vzniká solanidin, na který se následně připojují příslušné cukerné složky. Dráha vedoucí k α-chakoninu začíná připojením UDP-D-glukosy za účasti enzymu glukosyltransferasy, pokračuje napojením tentokrát UDP-D-rhamonosy a konečné připojení molekuly UDP-L-rhamonosy díky enzymu rhamonosyltransferasy biosyntézu ukončuje. Dráha vzniku α-solaninu je obdobná, ale sled a cukerné složky se mění. a solanidin se nejprve připojí UDP-D-galaktosa díky enzymu galaktosyltranferasa, poté se na nově vzniklou molekulu γ-solaninu napojí UDP-D-glukosa a následně biosyntézu α-solaninu ukončuje stejně jako u konečné fáze biosyntézy α-chakoninu doplnění UDP-L-rhamonosy enzymem rhamonosyltrasferasou (McCue et al., 2007; Pujar, 2007). 63

64 cholesterol 3 C C 3 solanidin 3 C C 3 C 3 C 3 UDP-D-glukosa C 3 C 3 C 3 UDP-D-galaktosa UDP, + glukosyltransferasa galaktosyltransferasa chakonin UDP-L-rhamnosa UDP, + UDP, + chakonin UDP-L-rhamnosa solanin UDP-D-glukosa rhamnosyltransferasa UDP, 2 + UDP, + solanin chakonin UDP-L-rhamosa rhamonosyltransferasa UDP, + solanin Schéma 13: Biosyntéza steroidních glykoalkaloidů z cholesterolu, podle McCue et al., 2007 a Pujara, 2007 viz text. Solanin V běžně dostupných potravinách se vyskytují toxické glykosidické alkaloidy. α-solanin (br. 33) je glykoalkaloid odvozený od základního skeletu solanidinu (Evans, 2009). Spolu s glykoalkaloidem α-chakoninem je součástí rostlin lilek brambor (Solanum tuberosum), (Příloha 14) a lilek rajče (Solanum lycopersicum) z čeledi Solanaceae (Linhart, 2012). 64

65 3 C C 3 C 3 C 3 solanidin C 3 solatriosa br. 33: Chemická struktura α-solaninu. Molekula α-solaninu je složena ze steroidního alkaloidu solanidinu a trisacharidu salatriosy (pozn. autorky). Mechanismus účinku, intoxikace Solanin je reversibilní inhibitor butyrylcholinesterasy a acetylcholinesterasy (Linhart, 2012; Prokeš et al., 2005). Butyrylcholinesterasa je sekreční enzym jaterního parenchymu a enzym acetylcholinesterasa je nezbytný pro přenos nervového vzruchu (Kovář, 2007). Intoxikace se projevuje žaludečními křečemi, průjmy, zvýšením srdečního tepu a následuje útlum CS a bezvědomí. I když alkaloid je součástí celé rostliny, i hlíz brambor, tak otrava by nastala pouze v případě opravdu nadměrné konzumace brambor. Pro 70 kg člověka představuje nebezpeční požití 1,5g čistého alkaloidu za den, což odpovídá 15-75kg brambor (Linhart, 2012). Použití V lékařství nemá solanin žádné využití. Alkaloid se používal jako přírodní insekticid v zemědělství (Linhart, 2012). 65

66 6.2. Purinové alkaloidy Purinové alkaloidy jsou malou skupinou alkaloidů odvozených od metylderivátu xantinu (Moravcová, 2006). Jejich základními stavebními jednotkami jsou nukleové kyseliny adenin a guanin (Web 1). Biosyntéza Skelet purinových alkaloidů je odvozen od purinových nukleotidů adeninu a guaninu. Jejich degradací vzniká xanthosin. Kompletní biosyntézu z nukleotidů znázorňuje Ashihara et al., Biosyntéza kofeinu z xanthosinu (Schéma 14) se skládá ze čtyř kroků. Prvním krokem je metylace xanthosinu na 7-metylxanthosin díky enzymu xanthosin -metyltransferasy. Druhý krok zahrnuje -metylnukleosidasu, která katalyzuje hydrolýzu na 7-metylxanthin. Poslední dva kroky jsou metylace katalyzováné pomocí odpovídajících enzymů -metyltransferas. Reakce probíhají přes meziprodukt teobromin, který je také jedním z purinových alkaloidů. V prvním, třetím a čtvrtém kroku probíhají reakce přes SAM cyklus, kdy z S-adenosyl-L-methioninu (SAM) vzniká S-adenosyl-L-homocystein (SA), (Ashihara et al., 2008). 66

67 3 C + methylace, (1) hydrolýza, (2) SAM SA 2 D-ribosa xanthosin 7-methylxanthosin 3 C 3 C methylace, (3) methylace, (4) 3 C C 3 7-methylxanthin SAM SA theobromin C 3 SAM SA kofein C 3 Schéma 14: Biosyntéza kofeinu z xanthosinu, podle Ashihara et al., 2008 viz text. Reakce jsou katalyzovány enzymy: (1) xanthosin -metyltransferasa, (2) -nukleosidasa, (3) monometylxanthin -metyltransferasa, (4) dimetylxanthin -metyltransferasa. Kofein Kofein (br. 34) je bílý, krystalický metylderivát xantinu, který je obsažen v řadě rostlin používaných jako poživatiny: jako např. v kávovníku arabském (Coffea arabica), v čajovníku čínském (Thea sinensis), v kole pravé (Cola vera) nebo v cesmíně paraguayské (Ilex paraguayensis), ze které se připravuje čaj maté (Přílohy 15, 16), (Lüllmann et al., 2002; secká, 2012). 3 C C 3 br. 34: Chemická struktura kofeinu. 67

68 Mechanismus účinku, intoxikace Kofein je antagonista neurotrasmiteru adenosinu a nepřímo tak usnadňuje přenos nervových vzruchů. Z největší části působí na mozkovou kůru, ale také na srdce a ledviny (Linhart, 2012; Lüllmann et al., 2002). Vykazuje centrální i periferní účinky závisející na výši dávky. Při dávkách menších než 3 mg/kg tělesné hmotnosti působí jako stimulant CS, má povzbudivý účinek, působí diureticky a zvyšuje krevní tlak (Linhart, 2012; secká, 2012). Vyšší dávky způsobují dezorientaci a mohou vyvolat agresivitu. U dávek asi 500mg byl pozorován záchvat paniky (Linhart, 2012). K intoxikaci dochází při nadměrném užití kofeinu. Výše dávky je zpravidla zcela individuální, ale pohybuje se mezi mg (Linhart, 2012; Lüllmann et al., 2002). Intoxikace se projevuje nervozitou, nespavostí, bolestmi hlavy, podrážděním a zrychleným a nepravidelným srdečním tepem. Smrtelná dávka se odhaduje nad 5 gramů (secká, 2012). Kofein vyvolává zvýšenou toleranci i závislost (Linhart, 2012). Při požití se velmi rychle vstřebává z trávicího systému a metabolizuje se demetylací a zčásti oxidací v játrech na deriváty kyseliny močové. Deriváty jsou pak ledvinami vyloučeny ven z těla (Lüllmann et al., 2002). Použití v lékařství Pro jeho povzbudivou schopnost na srdce a dýchací centrum se používá v lékařství při horečnatých a infekčních onemocnění ke stimulaci dýchání a krevního oběhu (secká, 2012). Kofein zvyšuje účinnost některých analgetik s antipyretickým účinkem a pro povzbudivé a stimulující účinky na CS je součástí psychostimulancií. Psychostimulancia zvyšují psychickou a fyzickou odolnost a udržují organismus ve stavu bdělosti. S kofeinem jsou také kombinována některá léčiva užívaná jako antimigrenika, např. Ergofein (ampl et al., 2007). 68

69 Theobromin Thebromin (br. 35) je hlavní alkaloid kakaových bobů. Jeho název je odvozen právě od rodového názvu kakaovníku, tedy Theobroma (riňaková, 2010). C 3 C 3 br. 35: Chemická struktura theobrominu. Mechanismus účinku, intoxikace Metylxanthinový alkaloid theobromin je inhibitorem camp-fosfodiesterasy, což zvyšuje intracelulární koncentraci camp (Lüllmann et al., 2002). Proto dochází ke zvýšení glykogenolýzy a bazálního metabolismu. a rozdíl od kofeinu má pouze slabé stimulační účinky (Linhart, 2012). Chronické užívání teobrominu, tedy nadměrná konzumace kakaových výrobků, vede k lehké závislosti, která se objevuje také např. při nadměrném užívání kofeinu. áhlé přerušení přísunu teobrominu vede k abstinenčním příznakům, jako jsou bolesti hlavy a podrážděnost (Zajíčková, 2010). Použití v lékařství Po jeho první izolaci v roce 1878 byl užíván pro léčbu některých poruch oběhového systému (ateroskleróza, hypertenze). V současné medicíně se používá jako vazodilatátor a diuretikum. Je součástí léků povzbuzující srdce (Ševčíková, 2010). 69

70 7. Závěr Cílem této bakalářské práce bylo rešeršně popsat, přiblížit a shrnout problematiku rostlinných alkaloidů nejen pro studenty středních a vysokých škol, a jejich pedagogy, ale také pro širší laickou veřejnost. Práce byla zaměřena na komplexní rozdělení alkaloidů na základě jejich chemické struktury a na jejich vzniku z určitých prekurzorů. U jednotlivých látek byl popsán výskyt, mechanismus účinku na lidský organismus, možnost a projevy intoxikace i použití v současné medicíně a lidovém léčitelství. ěkteré charakteristiky vybraných rostlinných alkaloidů byly rozšířeny o informace týkající se problematiky drogové závislosti na těchto látkách a o jejich sociálně-kulturní význam v lidské společnosti a historii. Z předložené bakalářské práce je zřejmé, že alkaloidy hrají v lidské společnosti významnou roli. a jedné straně je možné pozorovat jejich využívání v prospěch společnosti, a to především v oblasti vývoje léčivých přípravků (např. bis-indolové alkaloidy a jejich použití v léčbě rakoviny). Popřípadě jako součást každodenního života lidské populace (např. pití kávy a kofeinových nápojů a jejich povzbudivý účinek na lidský organismus). a druhé straně jsou rostlinné alkaloidy stále častěji zneužívány lidmi nejen na okraji společnosti s cílem zažít určitý požitek z jejich užívání. Jde zde především i o státem kontrolovanou a na první pohled zdánlivě ekonomicky výhodnou drogovou politiku, do které řadíme i legální nikotin z tabákových výrobků. Užívání ostatní většiny alkaloidů jako drog je v rozporu se zdravým životním stylem a hlavně u většiny z nich vzniká návyk, který má za následek postupné vytlačení osobnosti na okraj společnosti, nemluvě o vzniklých zdravotních a psychických potížích. Předloženou bakalářskou práci je možno použít jako zdroj informací pro pedagogy při výuce biologie rostlin, chemie a výchovy ke zdraví a využít tak jejich mezipředmětových vztahů. 70

71 8. Přílohy Příloha 1: Rulík zlomocný (Atropa belladonna), Köhler's Medicinal Plants 1887, (Web 13). Příloha 2: Durman obecný (Datura stramonium), (Web 14). 71

72 Příloha 3: Kokainovník pravý (Erythroxylon coca), Köhler's Medicinal Plants 1887, (Web 15). Příloha 4: Starček přímětník (Senecio jacobaea), (Web 16). 72

73 Příloha 5: Tabák virginský (icotiana tabacum), (Web 17). Příloha 6: Bolehlav plamatý (Conium maculatum), (Web 18). 73

74 Příloha 7: Pepř černý (Piper nigrum), Köhler's Medicinal Plants 1887, (Web 19). Příloha 8: Janovec metlatý (Sarothamnus scoparius), (Web 20). 74

75 Příloha 9: Kulčiba dávivá (Strychnos nux-vomica), Köhler's Medicinal Plants 1887, (Web 21). Příloha 10: Barvínek růžový (Catharathus roseus), (Web 22). 75

76 Příloha 11: Chvojník čínský (Efedra sinica), (Web 23). Příloha 12: Mák setý (Papaver somniferum), (Web 24). 76

77 Příloha 13: cún jesenní (Colchicum autumnale), (Web 25). Příloha 14: Lilek brambor (Solanum tuberosum), (Web 26). 77

78 Příloha 15: Kávovník arabský (Coffea arabica), (Web 27). Příloha 16: Čajovník čínský (Thea sinensis), Köhler's Medicinal Plants 1887, (Web 28). 78