Béni Szabolcs

Benzil-izokinolin vázas alkaloidok bioszintézise, fitokémiai jellemzése

és jelentősebb drogjaik

2015.11.02.

A fenilalanin eredetű benzil-izokinolin vázas alkaloidok

2

NNH

aporfin morfinán tetrahidroberberin benzofenantridin ftalidizokinolin

benzil-izokinolin

• morfin alkaloidok

• tetrahidroberberin alkaloidok

• benzofenantridin alkaloidok

• ftalidizokinolin alkaloidok

A kémiai szerkezet alapján az alábbi alcsoportokba soroljuk őket:

• aporfin alkaloidok és arisztolochiasav-származékok

A benzil-izokinolin alkaloidok bioszintézise I.

• Mindkét aromás gyűrű L-tirozinból származik

• A 4-hidroxi-fenilacetaldehid és a dopamin sztereospecifikus reakciójában (S)-(–)-norkoklaurin keletkezik (Mannich-kondenzáció)

3

L-tirozin

NH2

COOHOH

OHNH2

OH

OH

-CO2

L-DOPA dopamin

NH2

COOH

OH

NH

OH

OH

OH

H

(S)-norkoklaurin

NH

H3CO

OH

OH

(S)-koklaurin

N

H3CO

OH

OH

OH

CH3

(S)-3'-hidroxi-N-metil-koklaurin

NADPH

N

H3CO

OH

OH

CH3

(S)-N-metil-koklaurin

O COOH

OH

CHO

OH

-CO2

4-hidroxi-fenil-piroszőlősav 4-hidroxi-fenilacetaldehid

A benzil-izokinolin alkaloidok bioszintézise II.

4

NH

H3CO

OH

OH

N

H3CO

OH

OH

CH3

(S)-koklaurin(S)-N-metil-koklaurin

N

H3CO

OH

OH

OH

CH3

(S)-3'-hidroxi-N-metil-koklaurin

NADPH

aporfinok, protoberberinek, benzofenantridinek

N

H3CO

OH

H3CO

OH

CH3H

(S)-retikulin

N+

H3CO

OH

H3CO

OH

CH3

1,2-dehidro-retikulin

NADP+

N

H3CO

OH

H3CO

OH

CH3H

(R)-retikulin

NADPH

morfinánok

Benzil-izokinolin alkaloidok

Építőelemek • amin komponens: dopamin / DOPA vagy tiramin / L-tirozin • C6C2-egység: p-hidroxi-fenilacetaldehid, • hidroxilezés: C-3 • további C1-egységek (formaldehid-ekvivalensek) a berberin, benzofenantridin és

ftalidizokinolin alkaloidok esetén

• Egyes képviselőik benzil-izokinolin vázzal rendelkeznek (pl. papaverin). • A legtöbb alkaloid benzil-tetrahidroizokinolin vázas (pl. norkoklaurin).

5

izokinolin alkaloidok

tirozin R=H DOPA R=OH

dopamin-egység

C6C2-egység

S-retikulin

S-norkoklaurin papaverin

O

ONCH3

CH3

OCH3

OCH3

NH

OH

OH

H

OH

Benzil-izokinolin alkaloidok előfordulása A legősibb zárvatermők tipikus alkaloidja: a legnagyobb alkaloid-csoport több mint 2500 (!) vegyülettel. A „a legöregebb alkaloidok”, kémiailag heterogének – közös bioszintetikus útvonallal.

JM Hagel , PJ Facchini: Biochemistry and occurrence of O-demethylation in plant metabolism. Front. Physiol.

6

Előfordulás Alkaloid alapváz Építőelemek

Androcymbium, Colchicum, Gloriosa

fenil-etil-izokinolin, kolhicin

tiramin/dopamin + C6-C3

Hydrastis ftalidizokinolin dopamin + C6-C2 (DOPA-ból) + C1 (metioninból)

Menispermum, Chondrodendron, Stephania

benzil-izokinolin és biszbenzil-izokinolin

dopamin vagy tiramin + C6-C2 (DOPA-ból)

Berberis, Mahonia protoberberin dopamin vagy tiramin + C6-C2 + C1 (metioninból)

Papaver benzil-izokinolin, aporfin, morfinán, protopin

dopamin vagy tiramin + C6-C2 + C1 (metioninból)

Chelidonium benzofenantridin ~ protopin + átrendeződés

S-norkoklaurin

S-koklaurin S-3’-hidroxi-N-metilkoklaurin

S-izoboldin aporfin

S-retikulin

S-korituberin aporfin

S-szkulerin protoberberin

szalutaridin promorfinán

N

H3CO

OH CH3

H3CO

OH

Aporfin és morfinán alkaloidok képződése

Az aporfin és morfinán alkaloidok retikulin ill. orientalin típusú benzil-izokinolin alkaloidokból képződnek, különböző típusú C-C-kapcsolás révén (a, b, c útvonal).

7

oxaporfinok

morfinánok (éter-híd nélkül)

proaporfinok

aporfinok

morfinánok (éter-híddal)

aporfinok

(R)-(–)- vagy (S)-(+)-retikulin

N

H3CO

OH

H3CO

OH

CH3H

N+

H3CO

OH

H3CO

OH

CH3

N

H3CO

OH

H3CO

OH

CH3H

(S)-retikulin 1,2-dehidro-retikulin (R)-retikulin

aporfinok

protoberberinek

benzofenantridinek

morfinánok

NADPHNADP+

a b

c

a:

b:

c:

N

H3CO

OH

H3CO

OH

CH3H

(S)-retikulin

O

H3CO

N

H3CO

O

CH3H

OH

H3CO

N

H3CO

OH

CH3H

(S)-korituberin

N

H3CO

O

H3CO

CH3H

O

N

H3CO

OH

H3CO

CH3H

OH

(S)-izoboldin

Aporfin alkaloidok bioszintézise I.

8

Az aporfin alkaloidok kialakulásának egyik módja a tetrahidro-izokinolinok direkt oxidatív fenol-fenol kapcsolási reakciója (a két fenol-csoporthoz képest orto-orto- vagy orto-para-helyzetű C-atomokon).

Az „a”-típusú gyűrűzárás:

Aporfinok származhatnak egy proaporfin (spirodienon, pl. orientalinon) átrendeződéséből is, a megfelelő dienol-formává (orientalinol) történő redukció és egy dienol-benzol-átrendeződés után (→ izotebain).

9

Aporfin alkaloidok bioszintézise II.

A „b”-típusú gyűrűzárás:

N

H3CO

OH

OH

H3CO

CH3H

N

H3CO

O

O

H3CO

CH3H

N

H3CO

OH

O

H3CO

CH3H

N

H3CO

OH

OH

H3CO

CH3H

N

H3CO

OH

H3CO

CH3H

(S)-orientalin

(S)-orientalinon orientalinol (S)-izotebainH+

A morfinán alkaloidok bioszintézise

10

A retikulin intramolekuláris reakció révén, egy belső híd kialakulásával szalutaridinné alakul. A karbonil-csoport sztereospecifikus redukciója dienolt (szalutaridinol) eredményez, amelynek dehidratációja (acetoxi-elimináció) és a C4,5 éter-híd képződése tebainhoz vezet. A morfinán váz kialakulása a c útvonal szerint csak akkor mehet végbe, ha a retikulin/szalutaridin piperidin-gyűrűje a többi gyűrűhöz képest hozzávetőleg merőleges helyzetben áll. A „c”-típusú gyűrűzárás:

N

H3CO

OH

H3CO

OH

CH3H

(R)-retikulin

H3CO

O

H3CO

N

CH3

O

H3CO

OH

H3CO

N

CH3

OH

H3CO

OH

H3CO

N

CH3

O

H3CO

OH

H3CO

N

CH3

OH H

H3CO

OH

H3CO

N

CH3

H3CCOO H

CH3COSCoA NADPH

szalutaridinszalutaridinol

H3CO

O

H3CO

N

CH3

tebain

Arisztolochiasavak farmakognóziai jellemzése

Az Aristolochiaceae családon kívül máshol nem írták le Hatás: nefrotoxikus, karcino-gén vegyületek (balkáni endémikus nefropátia)

11

Vizsgálni kell azon növényi drogok cikkelyeiben amelyek a kemotaxonómiai ismeretek alapján várhatóan nem tartalmaznak arisztolochiasavat, azonban előfordulhat, hogy arisztolochiasavat tartalmazó növényekkel hamisítják vagy helyettesítik őket.

Arisztolochiasav belga hölgyek vesedaganata ”…private ‘slimming’ clinic … powdered extracts of Chinese herbs containing Aristolochia fangchi…”

NH2

COOHOH

OHNH2

COOH

OH

NH2

OH

OH

CHOOH

OH

NH

OH

OH

OH

OH

N

H3CO

OH CH3

OH

OCH3

N

H3CO

OH CH3

O

OCH3

N

H3CO

OH CH3

OH

OCH3

N

H3CO

OH CH3

OCH3

NCH3

OCH3

O

O NO2

COOH

OCH3

O

O

tirozin DOPA

norlaudanozolinorientalinorientalinol

aporfin-származék arisztolochiasav

3,4-dihidroxi-fenil-acetaldehid / B

dopamin / A

A + B

Aporfin vázas alkaloidokat tartalmazó drogok

12

Boldólevél Boldi folium (Ph.Hg.VIII.) Peumus boldus Molina

Monimiaceae

Drog: a szárított levelek Chile területén őshonos, örökzöld fa vagy cserje levelei érdesek, bőrneműek

Tartalmi anyagok • aporfin vázas alkaloidok (0,2–0,5%)

Ph.Hg.VIII.: min. 0,1% összalkaloid-tartalom, boldinban kifejezve (HPLC módszer)

boldin: (S)-2,9-dihidroxi-1,10-dimetoxiaporfin izoboldin, laurotetanin, N-metillaurotetanin, izokoridin

• illóolaj (2,0–2,6%): monoterpén-származékok – aszkaridol! • flavonoidok: ramnetin-, izoramnetin- és kempferol-glikozidok

13

N

OH

H3CO CH3

H3CO

OH

boldin

Analitikai vizsgálatok

Boldin kimutatása vékonyréteg-kromatográfiával (Ph. Hg. VIII.) Réteg: Silicagel 60 F254

Eluensek: dietil-amin–metanol–toluol (10:10:80) Referenciavegyületek: boldin, szkopolamin hidrobromid Előhívás: Dragendorff-reagens és nátrium-nitrit-oldat látható fényben vizsgálva a boldin barna zónaként jelenik meg

HPTLC-vizsgálat (nagyhatékonyságú VRK) Lemez: Silicagel 60 F254

Eluensek: dietil-amin–methanol–toluol (10:10:80) Referenciavegyület: boldin (50–300 ng / folt) Kiértékelés: UV-fényben (254 és 366 nm)

14 boldin boldin kivonat kivonat

Boldólevél-kivonat HPTLC denzitogramja (λ = 307 nm)

N

OH

H3CO CH3

H3CO

OH

A farmakológiai hatásokat a boldinnak és társalkaloidjainak tulajdonítják.

• hepatoprotektív, gyulladásgátló és antioxidáns hatás

• szabadgyökfogó tulajdonság (hidroxil-, lipid- és peroxidgyökök)

Alkalmazási területek

többkomponensű, az epeutakra ható és kolagóg (epehajtó) készítmények alkotórészeként

Indikációs területek: • Komissin E: a gyomor-bél traktus enyhe görcsökkel járó megbetegedései, diszpepsziás

panaszok • ESCOP (European Scientific Cooperative on Phytotherapy): a gyomor-bél traktus görcsös állapotai, diszpepszia, enyhe hepatobiliáris zavarok

Mellékhatások

aszkaridol: monociklikus monoterpén-peroxid korábban anthelmintikumként alkalmazták hiperemizáló hatású (gyomor-bél traktus nyálkahártyája) nagyobb dózisban gyulladáskeltő; túladagolás esetén központi idegrendszeri tüneteket okoz (pl. fülzúgást, koordinációs zavarokat, zsibbadást) 15

A boldólevél biológiai hatásai

O

O

CH3

CH3 CH3

aszkaridol

Morfinán vázas alkaloidokat tartalmazó drogok

16

A morfin bioszintézise

• prekurzor: R-(–)-retikulin

• specifikus 6-O-demetiláció: a 6-enol-metiléter-csoport enzimatikus hidrolízisével a megfelelő enol-vegyület jön létre

• tautomerizációval kialakul a keto-forma (neopinon)

• a 8,14-kettős kötés spontán eltolódása a 7,8-pozícióba (kodein)

• demetiláció (morfin) 17

6-O-demetiláció nem enzimatikus

spontán izomerizáció

sztereospecifikus redukció 3-O-demetiláció

O

H3CO

H3CO

NCH3

(-)-tebain

O

H3CO

O

NCH3

neopinon

O

H3CO

O

NCH3

kodeinon

O

H3CO

OH

NCH3

kodein

O

OH

OH

NCH3

(-)-morfin

Kerti mák Papaver somniferum L.

Papaveraceae

egyéves növény, szórt állású, ovális, zöldeskék levelekkel, a virágok 2 csészelevéllel és 4 fehér, vörös vagy lila sziromlevéllel rendelkeznek, a termés 3-4 cm átmérőjű együregű tok

a tejcsövek sűrű hálózata a növény minden részében megtalálható, különösen a termésfalban (pericarpium)

Nyersópium (Opium crudum Ph.Eur.): a Papaver somniferum L. bemetszett, éretlen terméséből kifolyó és levegőn megszáradó tejnedv az éretlen termések bemetszése után kifolyó fehér tejnedv megbarnul és ragadós masszává szárad, másnap összegyűjtik, szárítják és kaláccsá formálják

18

Az ópium • Assur-bán-apli (Asszurbanipál), az Újasszír Birodalom uralkodója - könyvtárának

ékírásos agyagtáblái az ópiumot fájdalomcsillapító szerként említik (Kr.e. 7. sz.)

• Theophrasztosz (Kr.e. 380–286): az ópiumot a fájdalmas halál megkönnyítőjeként írja le

• Paracelsus (1493–1541) is hasonló célra alkalmazta az ópiumtinktúrát

A Ph.Hg.VIII./Ph.Eur.-ban hivatalos ópiumkészítmények

• nyers ópium (Opium crudum)

• standardizált ópiumpor (Opii pulvis normatus)

• standardizált száraz ópiumkivonat (Opii extractum siccum normatum)

• standardizált ópiumtinktúra (Opii tinctura normata)

Nyers ópium: válogatott „kereskedelmi” ópium; azokból az országokból származik, amelyek számára az ENSZ engedélyezte az ópium előállítását

morfintartalom min. 10%; kodeintartalom min. 2% 19

Az ópium összetétele

• kb. 50 alkaloid keveréke

biogenetikailag rokonságban állnak

nyers ópium alkaloidtartalma: 7%-18%

(jelentős eltérések)

• morfinán, benzil-izokinolin, ftalidizokinolin, protoberberin, tetrahidro-berberin, protopin és röadin alkaloidok

• bázikus alkaloidok: a drogban kénsavval, tejsavval és mekonsavval képzett sók formájában találhatók meg

• további tartalmi anyagok: szerves savak, zsírok, viaszok, nyálkaanyagok, enzimek

20

benzil-izokinolin váz (laudanozid, noszkapin, papaverin, retikulin)

morfinán váz (kodein, morfin, tebain, szalutaridin)

4

2

N3

1

CH3

4

N3 CH3

1 2

4

N3 CH3

1 2

O4

N3

2

CH3

4

2

N3

1

CH3

4

N3 CH3

1 2

4

N3 CH3

1 2

O4

N3

2

CH3

Az ópiumban előforduló alkaloidok szerkezete • Morfinán váz: morfin (10-12%), kodein (2,5-7,5%), tebain (<1%), kodeinon, neopin • Benzil-izokinolin váz: papaverin (0,5-1,5%) • Benzil-tetrahidro-izokinolin váz: laudanin, laudanozid, retikulin • Ftalidizokinolin váz: noszkapin (= narkotin, 2-10%) • Szekoftalidizokinolin váz: narcein, nornarcein, narceinimid • Protopin váz: protopin, kriptopin, allokriptopin • Tetrahidro-protoberberin és protoberberin váz: kanadin, berberin, koptizin

Mekonsav és kelidonsav

C7-dikarbonsavak / szubsztituált monociklusos 1,4-pironok (γ-piron)

biogenetikailag közel állnak a C7-cukrokhoz (heptulózokhoz)

• az ópiumban az alkaloidok egy része mekonsavhoz kötődik

• a vérehulló fecskefűben és a sóskaborbolya gyökérkéregben kelidonsavhoz kötődnek

21

O

H3CO

H3CO

NCH3

tebain

O

OH

OH

NCH3

morfin

O

ON

O

CH3 O

OCH3

OCH3

O

CH3

noszkapin

O

ONCH3

CH3

OCH3

OCH3

papaverin

OHOOC COOH

O

kelidonsav

OHOOC

OH

COOH

O

mekonsav

Analitikai vizsgálatok

Azonossági vizsgálatok • Vékonyréteg-kromatográfiás elválasztás, előhívás Dragendorff-reagenssel a kromatogramon látható zónák Rf-sorrendje és színe: morfin (vörös) < kodein (vörös) < papaverin (narancsvörös) < noszkapin (narancsvörös)

• Mandelin-reagens – (NH4VO3 + cc. H2SO4)

azonosítás a reakciótermék színe alapján: morfin (sötétbíbor), kodein (sötétkék), papaverin (sárgásbarna), noszkapin (vörös)

• Mekonsav kimutatása FeCl3-dal piros színű Fe(III)-komplexek, savas közegben is tartós szín

Opioidok mennyiségi meghatározása

Ópium - PhEur: HPLC-módszer; morfin és kodein

Papaveris maturi fructus – a gyakorlaton: VRK-t követő denzitometria; morfin 22

Az étkezési mák közegészségügyi kockázata!?

A mákot péksüteményekben, azok töltelékében, desszertekben és étkezési olaj

előállítására alkalmazzák.

Az Európai Élelmiszer-biztonsági Hivatal European Food Safety Authority (EFSA) megállapításai az étkezési mák alkaloidtartalmát illetően

A mákszemek nem tartalmaznak alkaloidot (tejcsövek hiánya)!

helytelen betakarítás

rovar-okozta tok sérülések

(mák-barkó)

éretlen mák aratása

mosás!

hőkezelés

A morfin előállítása

A morfin előállítása az ópium-lépés elhagyásával, mákszalmából és a száraz toktermésből (Papaveris maturi fructus) történik. Kabay János (1896-1936) Száraz mákszalmából és üres máktokból morfint, kodeint és narkotint állított elő a nevét viselő 1931-ben benyújtott, a tiszavasvári Alkaloida gyárban alkalmazott világszabadalom alapján.

24

Vegyész feleségével alapította az Alkaloida Vegyészeti Gyárat. Vállalkozásuk azonban

csak a száraz eljárás kifejlesztése után indult virágzásnak.

A korábban értéktelennek hitt, kicsépelt mákszalmából az új módszer segítségével

egyre több morfiumot termelt a gyár. Míg 1930-ban csupán néhány kilogramm

morfiumot állítottak elő, 1936-ban már 724 kilogrammot. Az eljárás hatékonyságának

híre külföldre is eljutott, a pár a módszert tíz országban szabadalmaztatta.

Közönséges pipacs (mezei pipacs/vadmák) Papaver rhoeas L. Papaveraceae

szántók szélén, tarlókon, egyéves gyomnövény, levelei szárnyasan, mélyen szeldeltek, serteszőrösek, a végálló virágoknak két „hullatag csészéje” és négy lángvörös sziromlevele van, az utóbbiak tövén fekete foltokkal. Együregű, lyukakkal nyíló toktermését álválaszfalak tagolják (népiesen „borstartó”)

A kinyílt virágok sziromlevelei képezik a drogot (Papaveris rhoeados flos), köhögéscsillapítóként és enyhe szedatívumként alkalmazzák.

Tartalmi anyagok • Alkaloidok a növény minden részében, különösen a fehér tejnedvben (toxicitás!)

Főalkaloid: röadin (görcskeltő hatás)

emellett allokriptopin, berberin, koptizin, papaverin, römerin

• nyálkaanyagok, cserzőanyagok, mekonsav

antocianinok a sziromlevelekben: cianidin- és pelargonidin-glikozidok 25

O

O

N

O

OO

HO

CH3

HH

CH3

Biszbenzil-izokinolin alkaloidok

Bioszintézis: két benzil-izokinolin alkaloid közti intermolekuláris kapcsolódási reakció

Szerkezeti variációs lehetőségek:

• a monomer benzil-izokinolinok szubsztitúciós mintázata alapján

• a monomer benzil-izokinolinok különböző kapcsolódása alapján:

a) éter-híddal

b) direkt C-C-kötéssel

• a monomerek szerkezeti különbözősége alapján: az egyik monomer lehet apomorfin vázas is

tubokurarin: két benzil-izokinolin-egység éter kötéssel kapcsolódik egymáshoz

26

N+

O

H3CO

OH CH3

CH3

OH

N+

OCH3

H

CH3

O

(+)-tubokurarin

Kuráre Curare

• a dél-amerikai őslakos indiánok nyílméregként alkalmazták vadászathoz • gyors izomrelaxáns hatása miatt a zsákmányállat megbénul; a kuráre per os nem

szívódik fel, csak parenterális úton mérgező, ezért a hús közvetlenül fogyasztható • Claude Bernard (1813–1878), kuráréval végzett kísérletek

hatás: a motoros véglemez nikotinerg acetilkolin-receptorain hat; két hatásmechanizmus: • kompetitív antagonizmus (nem-depolarizáló izomrelaxánsok) • a motoros véglemez membránjának depolarizációja, repolarizáció gátlása

(depolarizáló izomrelaxánsok)

• Tube-curare (cső-kuráre, Brazília, Peru): Menispermeaceae; Chondrodendron-fajok, C. tomentosum, Curare toxifera; biszbenzil- izokinolin alkaloidok, pl. (+)-tubokurarin • Calabash-curare (bögre-kuráre, Orinoco és Amazonas felső folyása): Loganiaceae; Strychnos-fajok, S. toxifera, S. letalis, S.castelnaeana; biszindol alkaloidok • Pot-curare (tök-kuráre, Kolumbia, Venezuela, Guyana): Menispermeaceae- és

Loganiaceae-kivonatok keveréke 27

Menispermeaceae-curare

Menispermeaceae-fajok: Chondrodendron tomentosum, Curare toxicofera, C. candicans kérgéből vagy leveléből készült kivonat Hatóanyagok: monokvaterner biszbenzil-izokinolin alkaloidok (+)-tubokurarin, kurin, kondokurarin, kondokurin, cikleanin, norcikleanin (+)- tubokurarin perifériás hatású, nem-depolarizáló izomrelaxáns gátolja a lingandszabályozott Na+-csatornákat, bénítja a harántcsíkolt izmokat anesztéziában alkalmazták izomrelaxánsként – biztosítja a harántcsíkolt izomzat megfelelő ellazulását, így elegendő a narkotikumot kisebb dózisban alkalmazni hasüreget érintő és ortopédiai műtéteknél; laryngoscopia, bronchoscopia megkönnyítésére MÉREGINJEKCIÓ! 28

Loganiaceae-curare

Strychnos-fajok (Loganiaceae): S. toxifera Benth, S. crevauxii G. Planch, S.

castalnei Wedd. kérgéből vagy szárából készült kivonat

Calabash: kivájt lopótökből készült edény, mely a nyílméreg tárolására szolgál

Hatóanyagok: biszkvaterner biszindol alkaloidok: C-toxiferin, C-kurarin, C-kalebasszin

triptamin amin-komponens, C9-szekoiridoid nem-amin-komponens

Dimerizáció: az egyik molekula indol-N-je és a másik molekula aldehid-csoportja közötti kötődéssel

mindkét fennmaradó N-atom kvaterner (metilált)

Alkalmazás Nem-depolarizáló izomrelaxáns; műtéti beavatkozásoknál

29

Tetrahidroberberin vázas és biogenetikailag rokon alkaloidok

30

Tetrahidroberberin alkaloidok bioszintézise • Benzil-tetrahidroizokinolinból C1-egység beépülésével (= berberin-híd, N-metil-csoportból)

• triciklusos S-(+)-retikulin átalakulása tetraciklusos S-(–)-szkoulerinné: Mannich-reakció

• 9-O-metiláció és metiléndioxi gyűrű kialakulása → kanadin

• oxidáció → megfelelő protoberberin (kolumbamin), H-atom-kilépés → berberin

Szkoulerin prekurzor:

a) protoberberinek: kolumbamin, berberin

b) sztilopin és benzofenantridinek: kelidonin, szangvinarin

c) ftalidizokinolinok: hidrasztin, narkotolin, noszkapin

N+

H3CO

OH CH2H

OH

OCH3

¨

N

H3CO

OH CH3H

OH

OCH3

N

H3CO

OHH

OH

OCH3

N

H3CO

OHH

O

OCH3

N+

OCH3

OCH3

O

O

N

O

O

H

O

O

N+

O

O

H

O

O

CH3

(S)-retikulin

(S)-szkoulerin

berberin

(S)-sztilopin(S)-cisz-N-metil-sztilopin

keto-enol

tautoméria

FAD

O2 H2O2

H3CO

OH

O+

O

CH2

H

O

O

-H+-H-

Benzofenantridinek és ftalidizokinolinok bioszintézise

Prekurzor: szkoulerin

a) protoberberinek: kolumbamin, berberin

b) sztilopin és benzofenantridinek: kelidonin, szangvinarin

c) ftalidizokinolinok: hidrasztin, narkotolin (7-hidroxi-hidrasztin),

noszkapin (7-metoxi-hidrasztin) c)

N

H

H3CO

OH

OH

OCH3

ONH

O

O

OCH3

OCH3

O

H

H

(S)-(-)-szkoulerin

(-)-norhidrasztin

(-)-hidrasztin

N-metiláció

b)

N+

O

O

H

O

O

CH3

(S)-cisz-N-metil-sztilopin

N

O

O

O

O

O

CH3

N

O

O

O

O

O

CH3

OH

N

O

O

O

O

CH3

N+

O

O

O

O

CH3

protopin

6-hidroxi-protopindihidro-szangvinarinszangvinarin

N+

O

O

OH

O

O

CH3

¨

Protoberberin alkaloidokat tartalmazó drogok

• tetraciklusos dibenzo[a,g]kinolizidin-gyűrűrendszer

• A drogok a protoberberinek mellett számos egyéb társalkaloidot tartalmaznak.

• Pl. a Chelidonium majus föld feletti részeiben a protoberberinek vannak túlsúlyban, a föld alatti részeiben a benzofenantridinek is megjelennek.

33

R1 R2

Kolumbamin CH3 H

Palmatin CH3 CH3

Berberin –CH2–

Sárközi Ágnes (2007) Új adatok a vérehulló fecskefű (Chelidonium majus L.) ismeretanyagához, doktori értekezés

N+

OCH3

OCH3

R1O

R2O

Sóskaborbolya gyökérkéreg és termés Berberidis radicis cortex és Berberidis fructus

Berberis vulgaris L., Berberidaceae

Tartalmi anyagok

Kéreg: gyanta, cserzőanyagok, alkaloidok < 13%

• Protoberberinek (berberin, palmatin)

• Biszbenzil-izokinolinok (oxiakantin)

berberin: antibakteriális és antimikotikus

berberin-szulfát: conjunctivitis simplex kezelésére alkalmazott készítményekben

Termés: alkaloidmentes! glükóz, fruktóz, pektin, almasav, aszkorbinsav

Hatásai: antibakteriális, antimikotikus, kolagóg, koleretikus

Népgyógyászati alkalmazás: máj- és epebántalmak, emésztési zavarok esetén, köszvény és reuma kezelésére 34

lombhullató cserje; hajtásrendszere hosszú és rövid szártagú hajtásokból áll, a hosszúhajtások levelei háromágú vagy szárnyasan elágazó levéltövisekké módosulnak, az oldalrügyekből a tövisek tövében 4-6 lombleveles rövidhajtások fejlődnek, lomblevelei a rövidhajtásokon, látszólag halmozottan állnak, visszás tojásdadok, tompa csúcsúak; virágai sárgák, csüngő fürtökben nyílnak; termése ovális élénkpiros bogyó

N+

OCH3

H3CO

O

O

berberin

N+

OCH3

H3CO

OCH3

OCH3

palmatin

Kalumbagyökér Colombo radix

Jateorhiza palmata Miers Menispermaceae

Kelet- és Dél-Afrika trópusi területein őshonos kúszónövény, évelő félcserje Drog: gyöktörzsből kiágazó orsó alakú, húsos gyökérgumók Tartalmi anyagok: Alkaloidtartalom: kb. 1%; Protoberberin alkaloidok: palmatin, kolumbamin, kolumbin Diterpén-laktonok

35

Alkalmazás: tinktúráját ópium-cseppek helyett hasmenéssel járó emésztési zavarok esetén

N+

OCH3

OCH3

H3CO

OH

kolumbamin

Odvas keltike Corydalis cava (L.) Schweigg et. Koerte

Fumariaceae

lombos erdeinkben élő, tejnedv nélküli, 10–30 cm magas, gömb alakú gumójú évelő növény, gumója idővel odvasodik – az ujjas keltikétől (Corydalis solida L.) eltérően; levelei kétszeresen szárnyasan szeldeltek, fellevelei épek, végálló fürtjeiben a virágok ibolya ill. fehér színűek

4–6% alkaloid Protoberberinek: szkoulerin Aporfinok: bulbokapnin Ftalidizokinolinok: (1S, 1’R)-(+)-bikukullin

népgyógyászatban: nyugtató hatása miatt használták

Bulbokapnin kísérletes farmakológiai hatása: katalepsziát okoz Katalepszia: a beteg spontán kényelmetlen testtartásokat vesz fel, végtagjai viaszszerűen hajlíthatók, beállíthatóak és ezeket a pozíciókat akár órákig is megtartja.

Bikukullin: görcskeltő, kompetitív GABA-antagonista a GABAA-receptorokon

előfordulás: Dicentra cucullaria, Fumariaceae; Corydalis-fajok, Fumariaceae 36

NO

O

OCH3

OH

CH3

bulbokapnin bikukullin

O

ON

O

O

O

O

CH3

HH

Benzofenantridineket tartalmazó drogok

37

Vérehulló fecskefű virágos hajtás Chelidonii herba (Ph.Hg.VIII.)

Chelidonium majus L. Papaveraceae

Drog: a virágzás közben gyűjtött, szárított föld feletti részek min. 0,6% alkaloidtartalom (Ph.Hg.VIII.), kelidoninban kifejezve, főalkaloid: koptizin

Hatások: koleretikus, kolagóg, spazmolítikus, antifungális, antivirális Protoberberinek (berberin, palmatin) és benzofenantridinek (szangvinarin) – toxicitás! gátolják a DNS- és proteinszintézist, módosítják a membránpermeabilitást

Alkalmazás készítményekben: a gasztrointesztinális traktus és az epeutak görcsös fájdalma esetén szangvinarin gátolja a lepedékképződést (fogkrémek, szájvizek) a tejnedvet szemölcs ellen alkalmazzák – antivirális hatás: reverz transzkriptáz gátlása 38

évelő növény, megsértve, narancssárga színű tejnedvet ereszt, gyökértörzse több szárat fejleszt; levelei mélyen szeldeltek, színükön világoszöldek, fonákukon kékeszöld színűek, szőrösek; két csészelevele szőrös, virágfakadáskor lehulló; a kinyílott virágnak 4 aranysárga színű sziromlevele van, termése kopasz, becőszerű tok

A vérehulló fecskefű tartalmi anyagai Alkaloidok

• Protopinok: protopin

• Protoberberinek: berberin, koptizin, sztilopin, palmatin

• Benzofenantridinek: kelidonin, keleritrin, szangvinarin

Hidroxibenzoesavak (kávésav, ferulasav)

Flavonoidok

Aminok: kolin, metil-amin, tiramin

Kelidonium-alkaloidok HPLC-elválasztása

Oszlop: C18; Eluensek: acetonitril–metanol–30 mM ammónium-formiát [14,7:18: 67,3 (v/v)], pH 2,80 Detektálás: 280 nm

39

N+

O

O

O

O

koptizin

N

O

O

O

O

O

CH3

protopin

N+

O

O

O

O

CH3

szangvinarin

N

O

O

O

O

CH3

OH

H H

kelidonin

Orvosi füstike virágos hajtás Fumariae herba

Fumaria officinalis L. Fumariaceae

lágy szárú, egynyári növényfaj, Európától Közép-Ázsiáig honos

szétterülő szárú, kékesszürke (név!), hamvas bevonatú növény, szórt állású levelei kétszeresen szárnyasan szeldeltek

hajtásvégi fürtvirágzatában 20-40 rózsaszínű, a csúcson sötétpiros, sarkantyús virág található, melyek szirmainak vége csaknem feketésen elszíneződik.

Minden része mérgező!

Jellemző tartalmi anyagok Benzil-izokinolin alkaloidok:

fumarin = protopin, szinaktin, kriptopin Fumársavval észterezett szerves savak, flavonoidok

Tradicionális alkalmazás: a gyomor-bélrendszer, elsősorban az epeutak görcsös panaszai esetén (protopin – spazmolítikus hatás) Fumársav szintetikusan előállított észterei a psoriasis kezelésére (dimetil-fumarát; monoetil-fumarát kalcium-, magnézium- és cinksói) 40

O N

O

O

CH3

O

CH3

OCH3

kriptopin

Ftalidizokinolinokat tartalmazó drogok

41

Kanadai aranygyökér gyökértörzs Hydrastidis rhizoma (Ph.Hg.VIII.)

Hydrastis canadensis L. Ranunculaceae

az USA és Kanada keleti államainak erdeiben honos évelő növény

a Cherokee-indiánok a drogot daganatok kezelésére és szemöblítő folyadékok alkotórészeként alkalmazták Festékanyagként ruhák színezésére és harci festésekhez használták

az USA-ban: Echinacea-val és cink-kloriddal kombinálva meghűléses megbetegedések kezelésére

További alkalmazási területek: gastritis, colitis ulcerosa, IBS (irritábilis bél szindróma)

készítményeit nem gyógyszerként, hanem étrend-kiegészítőként forgalmazzák

42

Kanadai aranygyökér jellemző komponensei

hidrasztin és noszkapin:

két szomszédos kiralitáscentrum (1 és 1‘)

eritro- és treo-forma is lehetséges

a kanadai aranygyökérben megtalálható hidrasztin az eritro-sorba

tartozik, optikailag aktív (1S, 1‘R)

Hidrasztin vazokonstriktor hatás; szimpatomimetikumokkal kombinálva a kötőhártya krónikus gyulladása esetén alkalmazzák

Noszkapin (Narkotin) ópiumban is megtalálható (kb. 6%) köhögéscsillapító hatású – gyengébb hatással rendelkezik, mint a kodein, de nem okoz függőséget és nem befolyásolja a bélműködést

Ftalidizokinolinok: noszkapin, hidrasztin

• Dopamin (aminkomponens),

• C6-C2- + „extra-C-Atom“ (oxidáció karboxil-csoporttá és

ciklizáció γ-laktongyűrűvé) (nem-aminkomponens)

43

R = H: β-hidrasztin (1S,1’R [eritro]) R = OCH3: noszkapin (narkotin)

5

8

N

4

1

1'R

O

O CH37'

5'O

OCH3

OCH3

O

H H

α-hidrasztin (1S,1’S [treo])

5

8

N

4

1

1'H

O

O CH37'

5'O

OCH3

OCH3

O

H H

Kanadai aranygyökér kvalitatív és kvantitatív analitikai vizsgálata

Tartalmi meghatározás

min. 2,5% hidrasztin és min. 3,0% berberin (Ph.Hg.VIII.)

VRK-azonossági vizsgálat

American Herbal Pharmacopoeia

http://www.botanicalauthentication.org/index.php/Hydrastis_canadensis_%28root%29

Réteg: Silica gel 60 F254

Eluensek: etil-acetát–metanol–HCOOH–víz (10:2:1,2:0,6) Minták: 1 Hidrasztin referencia-vegyület (0,1% metanolos oldat) 2-7 Kanadai aranygyökér metanolos kivonatai 8 Berberin referencia-vegyület (0,1% metanolos oldat)

Detektálás: ninhidrin-reagenssel való lefújás után → UV-fényben (365 nm)

Intenzív fluoreszcencia: Hidrasztin – mélykék, Berberin - világossárga 44

Benzo-kinolizidin-alkaloidok

Ipecacuanha-alkaloidok

45

Ipekakuánagyökér (Ph.Hg.VIII.) Ipecacuanhae radix

Cephaelis ipecacuanha (Brot.) A. Rich. Cephaelis acuminata Karsten

Rubiaceae

valódi hánytatógyökér Dél-Amerika árnyékos, nedves erdeiben honos, örökzöld félcserjék C. ipecacuanha: riói vagy brazil (Matto Grosso) ipekakuána C. acuminata: nicaraguai vagy panamai (Costa Rica) ipekakuána

Ipekakuána-alkaloidok szubsztituált benzo-kinolizidinek főalkaloidok: emetin és cefelin (1’,2’-dehidro-származékok: pszichotrin/O-metil-pszichotrin) min. 2,0% össz-alkaloidtartalom, emetinben kifejezve főleg a gyökér kéregállományában, a farész alkaloidban szegény 46

R = H Cefelin R = CH3 Emetin

N

H3CO

H3COH

CH2

HC2H5

H

NH OCH3

OR

H

Ipekakuánagyökér A Ph.Hg.VIII. hivatalos készítményei

• Ipekakuánagyökér (Ipecacuanhae radix)

Drog: a növény szárított és aprított föld alatti részei

• Standardizált gyökérpor (Ipecacuanhae pulvis normatus)

• Gyökérből készített standardizált folyékony kivonat (Ipecacuanhae extractum fluidum normatum)

• Gyökérből készített standardizált tinktúra (Ipecacuanhae tinctura normata)

47

Az ipekakuánagyökér tartalmi anyagai

Szubsztituált benzo-kinolizidinek

főalkaloidok: emetin, cefelin

kisebb mennyiségben a megfelelő 1’,2’-dehidro-származékok: pszichotrin és O-metil-pszichotrin

Emetán váz: benzo[g]kinolizidin-gyűrű metilén-híddal kapcsolódik egy tetrahidro-izokinolin-gyűrűhöz

További tartalmi anyagok: ásványi anyagok, keményítő, szaponinok, monoterpén izokinolin-glikozid (ipekozid), glikoprotein (allergén hatás)

Szekoiridoid (terpenoid eredetű nem-aminkomponens) általában két aminkomponens (dopamin) található a molekulában, pl. emetin

néhány mellékalkaloidnál (pl. protoemetin) csak egy amin-rész van

48

emetin 2 dopamin + 1 C9-szekoiridoid

1 dopamin + 1 C9-szekoiridoid

N

1'3'

4'

NH

5'

6'

8'

7'

benzo-kinolizidin rész

izokinolin rész

metilén-híd

N

C2H5

HH3CO

H3CO

OHC

protoemetin

N

NH

H3CO

H3CO

H3CO

OCH3

CH3

dopamin

C9-szekoiridoid

dopamin

emetán váz

Az emetin azonossági vizsgálatai

VRK – emetin és cefelin

Minta: a drogot cc. NH3 / Na2CO3-oldattal kivonjuk, így a só-formában jelenlévő alkaloidokat szabad bázisként szabadítjuk fel, amelyeket ezután egy lipofil szerves oldószerrel (éter, kloroform) extrahálni tudunk.

Detektálás:

• mindkét vegyület fluoreszkál

emetin: sárgán, cefelin: világoskéken (UV-fény: 365 nm)

• jód-oldattal történt lefújás után az emetin sárga, a cefelin világosbarna zónaként látható

Rubremetin-reakció: emetin HCl kimutatása

(Ph.Eur.)

Reakciótermék: intenzív piros színű anyag,

optikailag aktív, nem bázikus

Pirrol-származékként viselkedik → kationos

polimetin-színanyag

49

emetin vagy cefelin

oxidáció

N+

C2H5

H3CO

H3CO

N

RO OCH3

rubremetínium kation: R=CH3

cefelínium kation: R=H

• Kis dózisban expektoráns

bronchialis szekréció stimulációja

hatását reflexesen, a gyomorból felszálló vagus afferensek ingerlésén keresztül fejti ki (pl. szaponinok és guajacol is)

• hánytatószerként mérgezéseknél – a hányásközponton keresztül, lokális inger kiváltásával ható emetikum

• Emetin: amoebiasis elleni kemoterapeutikum,

Entamoeba histolytica nevű protozoon által okozott megbetegedés; szájon át jut be a bélcsatornába, és a vastagbélben telepszik meg

a legtöbb fertőzés nem okoz tüneteket, de előfordulhat akut amőbás vérhas, amőbás májtályog

Emetin: gátolja a protozoon proteinszintézisét

Toxicitás • Alkaloidok: általános citotoxikus hatás – lokális gyulladásos tüneteket okoznak

tünetek: hosszantartó hányás, hasmenés véres széklettel

• Glikoproteinek: allergiás reakciók, asztmatikus tünetekkel

Ipekauánagyökér-készítmények hatásai és alkalmazása

50

Amaryllidaceae-alkaloidok

51

két fenolos gyűrű oxidatív kapcsolása: Likorin-típus (orto-para) Galantamin-típus (para-orto) az Amaryllidaceae családba tartozó fajok toxicitása szempontjából meghatározóak Likorin (pentaciklusos indolizidin alkaloid) gátolja az eukarióta sejtekben a proteinszintáz transzlációját gátolja egyéb növények növekedését (allelopátiás hatású)

Amaryllidaceae-alkaloidok

Kizárólag az Amaryllidaceae családban találhatók meg

(Galanthus-, Lycorus-, Amaryllis-, Clivia-, Narcissus- és Leucojum-fajok)

Tiramin és C6-C1

C6-C1-elem: szubsztituált benzaldehid, a megfelelő C6-C3–fahéjsavból alakul ki (β-oxidáció és egy C2-egység lehasadása után)

Belladin, az egész vegyületcsoportra jellemző szerkezet

52

N

H3CO

H3CO

H3CO

belladin

N

O

O

OH

OH

likorin

O

NCH3

OH

H3CO

galantamin

Galanthi bulbus / Kaukázusi hóvirág hagyma Galanthus woronowii A. Los., Amarillidaceae

Norbelladin 3,4-dihidroxi-benzaldehid (fenilalanin eredetű) és tiramin (tirozin eredetű) oxidatív para-orto kondenzációja révén képződik → 4’-O-metil-norbelladinné alakul

53

Törökországban, Grúziában és Dél-Oroszországban honos hagymás évelő (NEM a Galanthus nivalis!) levelei szélesek, fényesen zöldek; a belső lepelleveleken fordított V alakú zöld folt található G. nivalis / kikeleti hóvirág: Magyarországon honos, VÉDETT!

Galantamin Galanthus-, Leucojum-, Narcissus-fajokban (Amaryllidaceae) Elsőként a kaukázusi hóvirág hagymájából izolálták, belladin-típusú alkaloidokból alakul ki

OH

OH CHO

NH

OH

OH

OH

NH2

OH

tirozin

tiramin

norbelladin

NH

H3CO

OH

OH4'-O-metil-norbelladin

orto-para kapcsolás

H3CO

NH

OO

H3CO

NH

OHOH

H3CO

N

OHO

CH3

galantamin

A kaukázusi hóvirág fitoterápiás alkalmazása

Farmakológiai hatás (galantamin): • reverzibilisen gátolja az acetilkolin-észterázt • stimulálja (posztszinaptikusan) a nikotinerg acetilkolin-receptorokat

Terápiás alkalmazás: • Alzheimer-kór bizonyos formáiban a demenciás állapot javítására Ideiglenesen megemeli az acetilkolin koncentrációját az agyban A hatásosság előfeltétele, hogy a beteg megfelelő számú, még működőképes kolinerg neuronnal rendelkezzen.

• myasthenia gravis terápiájában (autoimmun folyamat következtében csökken az acetilkolin receptorok száma az izomsejteken, így az izomösszehúzódás kiváltása nehezítetté válik, izomgyengeség lép fel)

54