Alkaloïde

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Alkaloïden (uit het Arabische al qualja: "plantenas" en het Griekse -oides: "gelijkend") zijn een natuurlijke groep stikstof bevattende, meestal basisch reagerende stoffen.

Alkaloïden zijn vaak werkzame stoffen die met name in het plantenrijk voorkomen, en wel in planten die dikwijls als "giftig" aangeduid worden. In zeldzame gevallen komen alkaloïden ook in andere organismen zoals bacteriën, schimmels en dieren (padden) voor.

Alkaloïden worden tot de secundaire plantenstoffen gerekend. Voor de plant hebben alkaloïden vermoedelijk een vraatwerende functie.

Alkaloïden hebben vaak een sterke fysiologische of farmacologische werking op het dierlijke en menselijke lichaam, vooral omdat ze primair op het centraal zenuwstelsel inwerken. Veel alkaloïden hebben neuroactieve en psychoactieve eigenschappen en sommigen worden als genotmiddel of entheogeen gebruikt.

Een aantal alkaloïden hebben als medicijn een belangrijke rol in de geneeskunde verworven. Het gaat dan om krachtige farmacologische stoffen als atropine, cafeïne, morfine, codeïne, cocaïne, neostigmine, kinine, pilocarpine, pseudo-efedrine en vincristine.

In het algemeen hebben alkaloïden een ingewikkelde chemische (heterocyclische) structuurformule. De één of meerdere stikstofatomen in het molecuul bepaalt het basische karakter van het molecuul. De biosynthese vindt plaats uit (eveneens stikstofhoudende) aminozuren. Als dat niet het geval is, worden ze pseudoalkaloïden genoemd. Vaak zijn alkaloïden gebonden aan organische zuren zoals appel-, melk- en azijnzuur.

Definitie[bewerken]

Het begrip alkaloïde was oorspronkelijk een algemene benaming voor uit planten geïsoleerde basische stoffen. Later werden ook alkaloïden in andere organismen, zoals schimmels en dieren gevonden, zodat de definitie verbreed werd. Het verbreden van de definitie sloeg ook op andere niet-basische natuurstoffen, zoals colchicine uit herfsttijloos, capsaïcine uit paprikasoorten, theofylline en theobromine.

Er geldt voor de alkaloïden geen algemene kenmerkende basisstructuur. De meeste alkaloïden zijn basen, gecompliceerde verbindingen met een grote structurele variatie. Een scherpe begrenzing van alkaloïden ten opzichte van andere klassen stikstofhoudende natuurstoffen is daarom niet mogelijk zonder enige willekeur. Er is dan ook geen breed geaccepteerde definitie van het begrip alkaloïde.

Een aantal farmacochemici hanteert daarom een nauwere definitie voor alkaloïden.[1] Naast de hierboven genoemde criteria, stellen zij ook de eis dat de stoffen in zuivere vorm vast moeten zijn, en dat het stikstofatoom deel van de heterocyclische ring moet uitmaken. Veel van deze alkaloïden zijn indool-, pyridine-, pyrimidine- of purinederivaten.

Op deze wijze gedefinieerd behoren een aantal farmaca van plantaardige oorsprong die ook een sterke farmacologische werking hebben, dan niet tot de alkaloïden. Enkele voorbeelden van stoffen die volgens deze definitie geen alkaloïden meer zijn, zijn:

Alkaloïden zijn bijna onoplosbaar in water, maar goed oplosbaar in organische oplosmiddelen (bijvoorbeeld dierlijke en plantaardige vetten en oliën), evenals in water-alcoholmengsels mits het alcoholpercentage hoog genoeg is.

De naam van alkaloïden eindigt op "-ine", meestal gevoegd achter de plantennaam. Atropine bijvoorbeeld, wordt geïsoleerd uit de plant Atropa belladonna. Wanneer meerdere alkaloïden afkomstig zijn van één plant, worden achtervoegsels gebruikt als "-idine", "-anine", "-aline", "-inine" etc.

In het algemeen zijn alkaloïden wit, maar sommigen zijn sterk gekleurd. Berberine bijvoorbeeld is geel en sanguinarine is rood.

Geschiedenis[bewerken]

Bereidingen uit alkaloïden-bevattende planten worden al gedurende 4000 jaar lang gebruikt als medicijn, als pijlgif bij de jacht en in sjamanistische rituelen.

Alkaloïden waren de eerste farmaca die uit planten geïsoleerd werden. In 1803 isoleert Charles Derosne een semi-puur alkaloïde uit opium en in 1806 is het de apotheker Friedrich Sertürner uit Paderborn die een "slaap inducerend principe" (morfine) isoleert en karakteriseert. Hij noemt het "morphium", naar Morpheus, de Griekse god van de dromen.

Aanvankelijk zocht men naar zure plantaardige stoffen, maar uiteindelijk bleek dat alkaloïden in combinatie met zuur zouten vormden, en dus basen waren. Dit vermogen om zouten te vormen en complexen te vormen met metaalionen hielp bij de isolatie en detectie in de tijd dat chromatografie nog niet was uitgevonden.

De naam alkaloïde werd in 1819 door de apotheker Wilhelm Meissner geïntroduceerd ter beschrijving van "alkali-gelijkende" plantenstoffen als morfine, strychnine en solanine.[2]

Een belangrijke bijdrage aan de chemie van alkaloïden in die jaren werd gedaan door de Franse onderzoekers Pierre Joseph Pelletier en Joseph Bienaimé Caventou die in de periode tussen 1817 en 1820 een groot aantal farmaceutisch belangrijke alkaloïden isoleerden. Zij isoleerden in deze korte periode onder meer strychnine, emetine, brucine, piperine, cafeïne, kinine, cinchonine en colchicine. In die jaren werden nog diverse andere alkaloïden ontdekt, waaronder xanthine (1817), atropine (1819), coniine (1827), nicotine (1828), sparteine (1851) en cocaïne (1860).[3]

Met de industriële productie van alkaloïden begon Emanuel Merck, grondlegger van het Merck-concern. Hij had in Darmstadt een farmaceutisch-chemische fabriek gebouwd en begon in 1827 met de productie en verkoop van een aantal alkaloïden.

Het eerste alkaloïde dat geheel synthetisch werd gemaakt was coniine. In 1885 lukte het de chemicus August Wilhelm von Hofmann de structuur ervan op te helderen[4] en een jaar later was het de Duitse chemicus Albert Ladenburg die als eerste coniiine kon produceren door 2-propenyl pyridine met natrium te laten reageren.[5]

De kennis over alkaloïden kwam in een stroomversnelling door de ontdekking van spectroscopie en chromatografie in de 20e eeuw. In 1930 waren er ongeveer 200 alkaloïden bekend[6] en in 2008 waren meer dan 12.000 alkaloïden geïdentificeerd.[7]

Werking[bewerken]

Alkaloïden hebben (als secundaire plantenstoffen) een rol het chemische defensiesysteem (fytoalexines) en beschermen de plant tegen onder meer vraat. De vaak sterk bittere smaak schrikt insecten en herbivoren af.

Op zoogdieren (waaronder mensen) hebben alkaloïden meestal toxische effecten. Het aangrijpingspunt van veel alkaloïden is het zenuwstelsel en dan met name het neurotransmittersysteem in het centraal zenuwstelsel en het autonoom zenuwstelsel. Daarbij kunnen ze zowel stimulerend (parasympathicomimeticum) als remmend (parasympathicolyticum) werken op het parasympathisch zenuwstelsel of orthosympathisch zenuwstelsel.

De sterke werking hangt samen met de aanwezigheid van stikstof en de daaruit voortvloeiende bijzondere fysisch-chemische eigenschappen, bijvoorbeeld het vermogen om ionen en zouten te vormen, waardoor ze bindingsaffiniteit met polaire en lipofiele structuren (o.a. celmembranen, ionkanalen en receptoren) kunnen ontwikkelen. Veel van de farmocologische eigenschappen van alkaloïden hangen samen met enerzijds het vermogen gemakkelijk de bloed-hersenbarrière te passeren en anderzijds interacties aan te kunnen gaan met verschillende neurotransmitterreceptoren.

In bijgaande tabel is van enkele alkaloïden weergegeven welk receptorsysteem met name betrokken is bij de werking.

Receptorsysteem Alkaloïde
Cholinerge systeem Tubocurarine, hyoscyamine, lobeline, fysostigmine, berberine, sempervirine, galantamine
Adrenerge systeem Cocaïne, harmala alkaloïden, nicotine, efedrine
Opiaatreceptoren Morfine.
Serotoninerge receptoren Mescaline, psilocine, harmine, derivaten van lyserginezuur,
Purinereceptoren Cafeïne, theofylline
Aminoreceptoren Strychnine (glycinereceptor), Bicuculline (GABAA receptor)

Veel van deze alkaloïden hebben als model gediend bij de ontwikkeling van medicijnen:[6]

Alkaloïden als model voor de ontwikkeling van medicijnen[6]
Alkaloïde Bron Model voor ontwikkeling van:
Hyoscyamine en scopolamine Wolfskers en Datura Parasympathicolytica
Fysostigmine Physostigma venenosum Parasympathicomimetica
Tubocurarine Chondrodendron tomentosum. Spierverslappers.
Cocaïne Erythroxylum coca, Lokale anesthetica,
Morfine Papaver somniferum Pijnstillers
Codeïne Papaver somniferum Anti-hoestmiddelen (Antitussiva)

Veel van deze op alkaloïden geïnspireerde medicijnen verschillen structureel slechts weinig van de alkaloïden. Bijvoorbeeld naloxon, een opioïd receptorantagonist, is een derivaat van thebaïne dat aanwezig is in opium.[8]

Toepassingen[bewerken]

In de geneeskunde[bewerken]

Het medische gebruik van alkaloïden heeft een lange geschiedenis en toen alkaloïden voor het eerst werden gesynthetiseerd in de 19e eeuw, werden ze vrijwel meteen toegepast in de klinische praktijk. Veel alkaloïden worden nog steeds toegepast in de geneeskunde, meestal in de vorm van zouten, waaronder de volgende:[9][9]:

Alkaloïde Werking
Ajmaline, sparteïne, kinidine Anti-aritmisch middel
Atropine, scopolamine, hyoscyamine Anticholinergicum
Indolen, vincristine, vinblastine Antitumor
Vincamine vaatverwijder, Antihypertensivum
Codeïne tegen hoest
Cocaïne Anestheticum
Colchicine tegen jicht
Morfine Pijnstiller
Reserpine Antihypertensivum
Tubocurarine Spierverslapper
Fysostigmine acetylcholinesteraseremmer
Kinine Antipyreticum, antimalariamiddel
Emetine Antiprotozoicum
Moederkoornalkaloïden Sympathomimeticum, vaatverwijder, antihypertensivum

In de landbouw[bewerken]

Voorafgaand aan de ontwikkeling van synthetische pesticiden, werden sommige alkaloïden, zoals zouten van nicotine en anabasine, gebruikt als insecticiden. Het gebruik ervan werd beperkt door de relatief hoge toxiciteit voor de mens.[10]

Gebruik als psychoactief middel[bewerken]

Bereidingen van alkaloïden-bevattende planten, en later ook de pure alkaloïden, zijn al lang in gebruik als psychoactieve middelen. Door sjamanen worden ze als entheogeen gebruikt (bv ayahuasca). Cocaïne en cathinon zijn stimulantias van het centraal zenuwstelsel. Mescaline en veel indol alkaloïden (zoals psilocybine, dimethyltryptamine en ibogaïne) hebben hallucinogene effecten. Morfine en codeïne zijn sterke pijnstillers.

Sommige alkaloïden hebben zelf geen sterke psychoactieve effecten, maar zijn precursors voor semi-synthetische psychoactieve drugs. Bijvoorbeeld, efedrine en pseudo-efedrine worden gebruikt bij de productie van methcathinon en methamfetamine.

Voorkomen[bewerken]

Meer dan 12.000 substanties worden tot de groep alkaloïden gerekend. De grootste groep daarvan is afkomstig van bloemvormende planten (Angiospermae), waar circa 20% deze inhoudsstoffen bevat.

Vaak hebben planten behorend tot dezelfde familie of hetzelfde geslacht een aantal chemisch verwante alkaloïden. De belangrijkste plantenfamilies die alkaloïden bevatten zijn de berberisfamilie (Berberidaceae), Menispermaceae, papaverfamilie (Papaveraceae), Erythroxylaceae, vlinderbloemenfamilie (Fabaceae), wijnruitfamilie (Rutaceae), Loganiaceae, maagdenpalmfamilie (Apocynaceae), sterbladigenfamilie (Rubiaceae), Composietenfamilie (Compositae) en Herfsttijloosfamilie (Colchicaceae).

De nachtschadefamilie, waar ook de aardappel toe behoort, kent veel soorten die alkaloïden bevatten, zoals de doornappel, het bitterzoet, de zwarte nachtschade en de wolfskers, maar ook cultuurgewassen als de aardappel (vooral de groene delen), de aubergine, de paprika en de tomaat.

Vrij zelden komen alkaloïden voor bij bacteriën, algen, schimmels, mossen, insecten en dieren. De laatste jaren worden echter in toenemende mate in deze groepen alkaloïden ontdekt. Enkele bekende voorbeelden zijn in de tabel hieronder weergegeven.
Het tetrodotoxine in kogelvissen is geen alkaloïde, maar wel een met alkaloïden structureel verwante verbinding.

Alkaloïden uit niet-plantaardige bronnen
Bron Alkaloïde Specificatie
Bacteriën pyocyanine Pseudomonas aeruginosa
Schimmels moederkoornalkaloïden Moederkoorn
Schimmels psilocybine Psilocybe
Dieren bufotenine padden
Dieren castoramine Canadese bever
Dieren muscopyridine muskushert

saxitoxine in bepaalde soorten dinoflagellaten.

Classificatie[bewerken]

Alkaloïden kunnen aan de hand van verschillende criteria onderverdeeld worden. Gebruikelijk zijn indelingen naar chemische structuur, herkomst, manier van biogenese en farmacologische werking.

Classificatie naar herkomst[bewerken]

De eerste pogingen tot classificatie van alkaloïden deelden de alkaloïden in aan de hand van de plantfamilie waaruit ze afkomstig zijn. Deze classificatiemethode was destijds de meest voor de hand liggende, maar wordt weinig meer toegepast:[11]

Classificatie naar chemische structuur[bewerken]

De vaakst gebruikte indeling van alkaloïden is die welke gebaseerd is op overeenkomsten in de chemische structuur. Bepalend voor de naamgeving is het deel van het molecule dat stikstof bevat.

Classificatie naar biosynthese[bewerken]

Een andere indeling is gebaseerd op overeenkomsten en verschillen in de biosynthese. Daarbij worden alkaloïden ingedeeld naar het aminozuur dat als stikstofbron in de biosynthese is gebruikt.

Niet alle alkaloïden zijn van aminozuren afkomstig, waardoor er dan nog drie groepen overblijven:

De laatste twee groepen nemen in omvang toe nu steeds meer alkaloïden in insecten en marine organismen worden ontdekt.

Indeling naar farmacologische werking[bewerken]

Te denken valt bijvoorbeeld aan hallucinogenen.

Een andere grote groep giftige verbindingen van plantaardige oorsprong wordt gevormd door de glycosiden, zoals de digitalispreparaten. Ook kunnen alkaloïden zélf deel van een glycoside uitmaken. We spreken dan van een glycoalkaloïde.

Bronnen, noten en/of referenties

Algemeen

  • Wagner, H., M. Wiesenauer (1995) Phytotherapie. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH Stuttgart. ISBN 3-437-00775-0
  • Steinegger, E., R. Hänsel (1992) Pharmakognosie. 5. Auflage. Springer-Verlag. ISBN 3-540-55649-4
  • Mills, S. & K. Bone (2000) Principles and practice of phytotherapy. Elsevier Churchill Livingston. ISBN 978 0 443 06016 8
  • Verhelst, G. (2008) Groot handboek geneeskrachtige planten. Derde uitgebreide druk. Uitgeverij Mannavita. ISBN 90 807784 2 7.

In de tekst

  1. Habermehl, G.,P.E. Hammann & H,C. Krebs (2002) Naturstoffchemie: Eine Einführung. 2. Auflage. Springer, Berlin, ISBN 978-3-540-43952-3
  2. (de) Friedrich C., C. von Domarus (1998) Carl Friedrich Wilhelm Meissner (1792-1853)- Apotheker und Alkaloid-forscher Pharmazie 53:67-73. PMID 9476262
  3. Hesse, pp. 313–316
  4. (de) Hofmann A.W. (1885) Zur Kenntniss der Coniin-Gruppe. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft 18(1, januar-juni); 5-23.
  5. Hesse, p. 204
  6. a b c Roberts M.F., M. Wink Alkaloids: biochemistry, ecology, and medicinal applications. Springer, 1998
  7. Begley Encyclopedia of Chemical Biology: Natural Products in Plants, Chemical Diversity of
  8. (en) Paul M Dewick (2002). Medicinal Natural Products. A Biosynthetic Approach. Second Edition. Wiley. ISBN 0471496405.
  9. a b (en) Robert A. Meyers Encyclopedia of Physical Science and Technology, Eighteen-Volume Set, Third Edition. - Alkaloids ISBN 0-12-227411-3
  10. (en) György Matolcsy, Miklós Nádasy, Viktor Andriska Pesticide chemistry, Elsevier, 2002, pp. 21-22 ISBN 0-444-98903-X
  11. Chemical Encyclopedia: alkaloids
Zoek dit woord op in WikiWoordenboek