Přírodní látky/Chemie přírodních látek/Přehled přírodních látek/Alkaloidy

Alkaloidy tvoří známou a významnou skupinu přírodních látek. Název alkaloid má svůj původ v alkalickém charakteru těchto látek – mají schopnost vytvářet s kyselinami ve vodě rozpustné soli. V původním významu jsou to heterocyklické dusíkaté báze, což znamená, že by měly mít alespoň jeden kruh se začleněným dusíkem. V širším slova smyslu však alkaloidy chápeme jako dusíkaté báze, produkované zpravidla rostlinami. Vidíme, že struktura alkaloidů je tedy velice rozmanitá, mohou být alifatické, cyklické i aromatické, často mají též steroidní povahu. Pro rostlinu mají význam především jako odpadní látky.

Pro svou častou toxicitu byly alkaloidy dobře prozkoumány. V devatenáctém století byly často izolovány. V roce 1806 byl izolován morfin, v roce 1818 strychnin, v roce 1820 chinin, v témže roce byl izolován též kofein, v roce 1827 nikotin, v roce 1831 atropin, o rok později kodein, v roce 1848 byl izolován papaverin. Dnes známe více než deset tisíc alkaloidů, přičemž tento počet se neustále zvyšuje. Dosud byly alkaloidy nalezeny asi v 4000 rostlinných druzích, přičemž se odhaduje, že asi 10 až 20 % rostlinných druhů obsahuje alkaloidy. Nutno ovšem dodat, že ačkoli byly některé alkaloidy izolovány, nebyla známa jejich struktura. Tu bylo většinou možno vyřešit až s rozvojem fyzikálně chemických metod v padesátých letech dvacátého století. Např. od izolace kofeinu po úplné odhalení jeho struktury a absolutní konfigurace uplynulo 162 let.

Alkaloidy se vyskytují nejčastěji ve vyšších dvouděložných rostlinách, v menší míře i v jednoděložných – např. čeleď liliovité (Liliaceae). I některé nahosemenné rostliny obsahují alkaloidy – např. tis (Taxus), chvojník (Ephedra), plavuň (Lycopodium) či přeslička (Equisetum), alkaloidy jsou však obsaženy v některých houbách – paličkovice nachová (Claviceps purpurea) či lysohlávka (Psilocybe). Některé alkaloidy s jednoduchou strukturou jsou velice rozšířené – např. nikotin se vyskytuje v mnoha rostlinných čeledích. Naopak, alkaloidy se složitou strukturou se vyskytují vzácněji a jsou více specifické. Např. morfin se vyskytuje pouze v některých druzích rodu mák (Papaver), strychnin se vyskytuje pouze v rodu kulčiba (Strychnos). Také vnější prostředí a klima může mít vliv na množství a druh obsažených alkaloidů. Obsah alkaloidů kolísá v průběhu vegetačního období, ale též během dne.

Alkaloidy mají lipofilní charakter, většinou jsou to tuhé, bezbarvé, ve vodě málo rozpustné látky. Existují však výjimky – např. nikotin, spartein a koniin jsou tekutiny; berberin a chelidonin jsou barevné. Alkaloidy se rozpouštějí ve zředěných roztocích minerálních kyselin, přičemž vzniká kvartérní sůl, dobře rozpustná ve vodě, ale zato nerozpustná v polárních rozpouštědlech. Tato skutečnost umožňuje snadné oddělení alkaloidů od ostatních obsahových látek extrakcí různě polárními rozpouštědly při různém pH.

Význam alkaloidů pro rostlinu není zatím jednoznačně objasněn. Jejich jedovatost může rostlině působit ochranu proti býložravcům a parazitům. Ne všechny alkaloidy jsou však v dostatečné míře jedovaté. Sama rostlina na jejich syntézu vynakládá mnoho energie a musí vlastnit vysoce specializované enzymy. Proto předpokládáme, že alkaloidy mají pro rostlinu ještě jiný, dosud neobjasněný význam. Alkaloidy mohou mít různý účinek na různé organismy. Chinin je pro člověka velice málo toxický, ale pro prvoky je toxický dosti na to, aby pomohl při léčení jimi způsobených nemocí. Naopak – hyoscyamin je pro člověka velice toxický, ale králíci jsou na něho téměř nevnímaví, protože v krvi obsahují enzym, který přítomný hyoscyamin rychle štěpí. Je zajímavé, že chemicky příbuzné alkaloidy mohou mít naprosto rozdílné účinky – např. atropin a kokain. Naopak – podobné účinky budou mít třeba alkaloidy chemicky velice odlišné – např. pilokarpin a muskarin nebo nikotin a cytisin.

Biogeneticky jsou alkaloidy odvozené většinou od aminokyselin. Jde zejména o aminokyseliny ornithin, lysin, fenylalanin, tyrozin, tryptofan a histidin. Některé alkaloidy vznikají z kyseliny antranilové nebo nikotinové a další vznikají z meziproduktů biosyntézy terpenoidů a steroidů za přítomnosti amoniaku. Na syntéze alkaloidů se mohou řídčeji zúčastňovat i další aminokyseliny, jako je glycin, cystein, methionin, kyselina asparagová a prolin. Poměrně malá skupina alkaloidů je vytvářena příjmem dusíku do polyketidového řetězce (to je např. případ koniinu). Vzácná je též návaznost dusíkatého heterocyklu na flavonoidní skelet (např. lilalin).

Základními reakcemi při biosyntéze alkaloidů je vznik iminů a Mannichova kondenzace. Při vzniku iminů reaguje aldehyd nebo keton s aminem. Při Mannichově kondenzaci reaguje elektrofilní karbonylová skupina aldehydu s nukleofilem, např. se sekundárním aminem. Vzniká hydroxyderivát, přičemž po odštěpení hydroxyskupiny vzniká mezomerní kation, který reaguje s dalším nuklefilním činidlem, přičemž dochází ke vzniku seskupení N-C-C. Z dalších reakcí se uplatňuje zejména dekarboxylace, alkylace a oxidace aminů na aldehydy. Dále probíhají redukce, přesmyky a cyklizace. Více viz konkrétní skupiny alkaloidů.

Z chemického hlediska rozlišujeme dvě základní skupiny alkaloidů – alkaloidy heterocyklické a alkaloidy s exocyklickými atomy dusíku. Významnější jsou pro nás alkaloidy heterocyklické. Heterocyklické alkaloidy jsou přírodní dusíkaté sloučeniny, obsahující dusíkový heteroatom v kruhu. Na základě skeletu a biosyntetických prekurzorů lze heterocyklické alkaloidy rozdělit do několika skupin, a to:

Alkaloidy odvozené od ornitinu – pyrolidinové, tropanové a pyrolizidinové alkaloidy.
Alkaloidy odvozené od lysinu – piperidinové a chinolizidinové alkaloidy.
Alkaloidy odvozené od kyseliny nikotinové – pyridinové alkaloidy.
Alkaloidy odvozené od fenylalaninu – tetrahydroisochinolinové a benzyltetrahydroisochinolinové alkaloidy.
Alkaloidy odvozené od tryptofanu – indolové alkaloidy.
Alkaloidy odvozené od kyseliny anthranilové – chinolinové a akridinové alkaloidy.
Alkaloidy odvozené od histidinu – imidazolové alkaloidy.
Alkaloidy odvozené od kyseliny mevalonové – terpenové a steroidní alkaloidy
Deriváty xantinu – purinové alkaloidy

Alkaloidy odvozené od ornithinu

Ornithin je neproteinogenní aminokyselina, tvoří např. součást močovinového cyklu. Strukturně je příbuzná lysinu, ale její uhlíkatý řetězec je o jeden článek kratší. Mezi alkaloidy odvozené od ornithinu patří alkaloidy pyrolidinové, tropanové a pyrolizidinové.

Pyrolidinové alkaloidy

Pyrolidinové alkaloidy jsou alkaloidy, obsahující nasycený pětičlenný uhlíkatý cyklus s jedním dusíkatým heteroatomem – tzv. pyrolidin. Pyrolidinové alkaloidy vznikají z ornithinu pomocí několika jednoduchých reakcí. Methylací ornitninu vzniká N-methylornithin, z něhož dekarboxylací vzniká N-methylputrescin, jehož oxidací vzniká za odchodu amoniaku 4-methylaminobutanal, který snadno cyklizuje a po redukci dává N-methyl-pyrolidin.

Pyrolidinové alkaloidy se vyskytují zejména v rostlinách čeledi vstavačovitých (Orchidaceae), rudodřevovitých (Erythroxylaceae) a lilkovitých (Solanaceae). Mezi zástupce pyrolidinových alkaloidů patří např. hygrin, kuskohygrin, ruspolinon nebo tyloforin.

Tropanové alkaloidy

Tropanové alkaloidy jsou význačné přítomností bicyklického tropanového skeletu, který je tvořen nasyceným sedmičlenným uhlíkatým kruhem, přemostěným v poloze 1,4 dusíkem, který na sobě ještě nese methylovou skupinu. Tropanové alkaloidy vznikají reakcí N-methylpyroliniového kationtu s kyselinou acetooctovou. Dochází ke dvojité kondenzaci, jejímž výsledkem je keton ekgoninu, který po dekarboxylaci dává tropinon. Ten se dále redukuje na tropin (3α-tropanol), který je základním dusíkatým skeletem tropanových alkaloidů rostlin čeledi lilkovitých (Solanaceae). Tropinon se však může také redukovat na pseudotropin (3β-tropanol), což je základní dusíkatý skelet alkaloidů typu kokainu, tedy alkaloidů rostlin čeledi rudodřevovitých (Erythroxylaceae). Různí zástupci skupiny tropanových alkaloidů se mezi sebou liší jednak přítomností dalších substituentů, zejména hydroxyskupin, karboxylových skupin nebo epoxyskupin, jednak esterifikací těchto skupin. Mezi alkaloidy, odvozené od tropinu patří zejména (-)-hyoscyamin, atropin, který vzniká z hyoscyaminu po smrti rostliny a je směsí (+)-hyoscyaminu a (-)-hyoscyaminu. Dalšími látkami z této skupiny alkaloidů jsou skopolamin, což je 6,7-epoxyhyoscyamin. Není bez zajímavosti, že zatímco biosyntéza tropanového skeletu probíhá v kořenech lilkovitých rostlin, tak jeho epoxidace probíhá v nadzemní části rostlin. Mezi alkaloidy, odvozené od pseudotropinu, patří zejména kokain.

Pyrolizidinové alkaloidy

Základní heterocyklický skelet pyrolizidinových alkaloidů je taktéž odvozen od ornithinu. Dvě molekuly 4-aminobutanalu, což je nám známý meziprodukt biosyntézy pyrolidinových alkaloidů, kondenzují Mannichovou kondenzací na symetrický aminoaldehyd. Z něj další cyklizací a redukcí vzniká dihydrosupinidin, z něhož dále vznikají dvě látky, lišící se jen konfigurací hydroxyskupiny na C-7. Jde o heliotridin (α-hydroxyskupina) a retronecin (β-hydroxyskupina). Pyrolizidinové alkaloidy bývají většinou estery dikarboxylových kyselin, příkladem budiž senecionin, nacházející se v některých rostlinách čeledi hvězdnicovitých (Asteraceae), zejména v rodě starček (Senecio). Většina těchto, tzv. necinových alkaloidů, má hepatotoxické účinky.

Alkaloidy odvozené od lysinu

Mezi alkaloidy odvozené od lysinu, patří zejména alkaloidy piperidinové a chinolizidinové.

Piperidinové alkaloidy

Od lysinu se podobně jako od ornithinu odvozují heterocyklické alkaloidy, jejichž kruh je zde však šestičlenný, nasycený s jedním dusíkem, tj. piperidin. Dekarboxylací lysinu vzniká primární amin kadaverin, který je methylován a oxidován na N-methylaminopentanal, který cyklizuje za vzniku N-methyl-2,3,4,5-tetrahydropyridinu, náchylnému k reakci s nukleofilním činidlem, jímž může být např. acetoacetát, za vzniku peletierinu, přičemž následnou dehydrogenací a kondenzací vzniká pseudopeletierin. Ten je zástupcem jednoduchých piperidinových alkaloidů. Jednoduché piperidinové alkaloidy mohou být však také odvozeny od polyketidů, tímto případem je např. koniin, 2-propylpiperidin. Jednoduché piperidinové alkaloidy se vyskytují zejména v bolehlavu (Conium) nebo v marhaníku (Punica).

Složené piperidinové alkaloidy obsahují kromě heterocyklické dusíkaté části, vzniklé z lysinu, ještě druhou část, vytvořenou z kyseliny šikimové. Nejvýznamnějšími druhy, obsahujícími tento druh alkaloidů, jsou rozchodník (Sedum), lobelka (Lobelia) či pepřovník (Piper). Jde zejména o piperin, lobelin, isolobelin a chavicin.

Chinolizidinové alkaloidy

Chinolizidinové alkaloidy jsou tvořené bicyklickým heterocyklem chinolizidinem, který je tvořen dvěma šestičlennými cykly se společnou stranou, přičemž jeden ze společných uhlíkatých atomů je nahrazen dusíkem. Tyto alkaloidy jsou taktéž odvozeny od lysinu. Vznikají Mannichovou kondenzací dvou molekul 5-aminopentanalu, přičemž opět dochází k oxidační deaminaci a vzniká chinolizidinový skelet. Mezi chinolizidinové alkaloidy patří zejména lupinin, dále strukturně složitější spartein, jehož odbouráváním vzniká cytisin. Chinolizidinové alkaloidy se vyskytují zejména v rostlinách čeledi bobovitých (Fabaceae), např. rody vlčí bob (Lupinus) nebo janovec (Sarothamnus scoparius).

Alkaloidy odvozené od fenylalaninu a tyrozinu

Aminokyselina fenylalanin a její hydroxyderivát tyrozin tvoří základ biosyntézy mnohých alkaloidů. Tato skupina alkaloidů je opravdu pestrá a rozmanitá. Patří sem deriváty fenethylaminu, tetrahydroisochinolinové a benzyltetrahydroisochinolinové alkaloidy. Dále sem řadíme také bisbenzyltetrahydroisochinolinové alkaloidy a některé terpenické alkaloidy. Patří sem i další alkaloidy, např. galantamin, kolchicin a kapsaicin.

Deriváty fenylalkylaminů

Nejdůležitějšími alkaloidy této skupiny jsou deriváty fenethylaminu. Je to zejména efedrin, který se vyskytuje v chvojnících (Ephedra sp.). Fenethylamin vzniká dekarboxylací fenylalaninu. Dále se oxiduje na ω-aminoacetofenon, ze kterého dalším prodlužováním uhlíkatého řetězce vzniká efedrin. Do této skupiny látek patří též meskalin. Kromě derivátů fenethylaminu jsou hojně zastoupeny i deriváty ostatních fenylalkylaminů. K takovým látkám patří např. alkaloid kapsaicin, podstata pálivé chuti papriky, taxin, hlavní toxin tisu, či antibiotikum chloramfenikol.

Tetrahydroisochinolinové alkaloidy

Tyto alkaloidy obsahují tetrahydroisochinolinový kruh. Jde zejména o alkaloidy kaktusů, a to anhalamin, anhalidin, pelotin a anhalonidin, které vznikají z derivátů fenethylaminu. Dalším zástupcem je též hydrastinin, který spolu s kyselinou opianovou vzniká oxidačním štěpením alkaloidu hydrastinu, což je alkaloid rostliny vodní mor kanadský (Hydrastis canadiensis).

Benzyltetraisochinolinové alkaloidy

Do této skupiny patří alkaloidy, strukturně odvozené od 1-benzyltetrahydroisochinolinu.. Tvorbu těchto alkaloidů podmiňuje oxidační fenolové zdvojení, probíhající radikálovým mechanismem. Vznik benzylisochinolinového skeletu je podmíněn reakcí dopaminu a 3,4-dihydroxyfenylacetaldehydu, obou odvozených od tyrosinu. Dochází k Mannichově kondenzaci a vzniku norlaudanosolinu, který je methylován na norlaudanosin a dále dehydrogenován na papaverin. Další alkaloidy mají složitější strukturu. Můžeme je rozdělit na několik typů, a to morfinový, aporfinový, protopinový, ftalidotetrahydroisochinolinový, benzofenantridinový, berberinový a bisbenzylisochinolinový. První čtyři skupiny tvoří strukturní základ opiových alkaloidů. Berberinový typ se vyskytuje zejména u dřišťálu (Berberis sp.) a vodního moru (Hydrastis sp.). Benzofenantridinové alkaloidy se nachází ve vlaštovičníku (Chelidonium majus).

Norlaudanosolin je prekurzorem alkaloidů typu morfinového, ale také aporfinových alkaloidů bulbokarpinového a glaucinového typu. Důležitou reakcí je oxidační spojení aromatických jader. Skelet berberinových alkaloidů je odvozen od laudanosinu, kdy se cyklizace účastní N-methylová skupina laudanosinu. Protopinové a benzofenantridinové alkaloidy vznikají z laudanosinu přes retikulin, důležitým mezistupněm při syntéze benzofenantridinových alkaloidů je oxidační otevření jednoho z kruhů, který je poté znovu uzavřen. Při tvorbě alkaloidů ftalidtetrahydroisochinolinové skupiny je důležitým meziproduktem skulerin, přičemž dochází k oxidačnímu otevření jednoho z kruhů. Dalšími reakcemi vznikají alkaloidy hydrastin a noskapin (narkotin).

Častým strukturním prvkem těchto alkaloidů, ale též jiných přírodních látek, např. flavonoidů, je methylendioxyskupina. Podmínkou jejího vzniku je ortodisubstituce aromatického jádra hydroxylem a methylem. Nejprve dochází k hydroxylaci, pak následuje cyklizace.

Intermolekulárním spojováním molekul dochází ke vzniku bisbenzylisochinolinových alkaloidů. Ty jsou většinou odvozeny od N-methylkoklaurinu, přičemž dochází k různým typům spojení „hlava-hlava“, „hlava-pata“ nebo „pata-pata“, podobně jako v případě isoprenoidů. Takto vzniká např. alkaloid magnolin nebo též tubokurarin – složka amerického šípového jedu kurare.

Na syntéze alkaloidů, odvozených od fenylalaninu se může účastnit též monoterpenová jednotka. Takovýmto představitelem je např. alkaloid emetin, k jehož syntéze musí dojít k přijmutí iridoidního prekurzoru. Od fenylalaninu se též odvozují alkaloidy, přítomné u rostlin čeledi amarylkovitých (Amaryllidaceae) a liliovitých (Liliaceae) – zejména galantin a kolchicin.

Alkaloidy odvozené od tryptofanu

Od tryptofanu odvozujeme tzv. indolové alkaloidy. Patří sem látky s rozličnou chemickou strukturou. Na jejich biogenezi se kromě aminokyseliny účastní také terpenické jednotky. Podle toho rozlišujeme jednoduché, složené a dimerní indolové alkaloidy. Složené indolové alkaloidy můžeme ještě podle počtu obsažených isoprenových jednotek rozdělit na hemiterpenické a monoterpenické.

Jednoduché indolové alkaloidy

Jednoduché indolové alkaloidy jsou deriváty tryptaminu, který vzniká dekarboxylací tryptofanu. Methylací tryptaminu vzniká N-dimethyltriptamin, který oxidací na čtvrtém uhlíku přechází na psilocin, jehož esterifikací kyselinou fosforečnou vzniká psilocybin. Psilocin a psilocybin jsou hlavními alkaloidy lysohlávek (Psilocybe sp.), mohou se však vyskytovat i v jiných příbuzných, halucinogenně působících houbách.

Mezi jednoduché indolové alkaloidy řadíme též alkaminy, nacházející se v semenech puchýřnatce jedovatého (Physostigma esera) z čeledi bobovitých. Jde zejména o alkaloid fysostigmin, který se tvoří z 5-hydroxytryptaminu cyklizací, přičemž se utvoří další pyrolidinový kruh. Dále dochází k methylaci dusíků a methylkarbamaci fenolové skupiny, přičemž vzniká fysostigmin.

Kondenzací tryptaminu s aldehydem nebo ketokyselinou můžeme odvodit další dvě skupiny alkaloidů, a to alkaloidy typu tetrahydroharmanu a alkaloidy typu indoleinu.

Složené monoterpenické indolové alkaloidy

Na tvorbě těchto alkaloidů se kromě tryptofanu účastní také monoterpenický prekurzor, odvozený od sekologaninu. Skelet tohoto prekurzoru je identický se skeletem iridoidních sloučenin.

Podle monoterpenické složky se tyto indolové alkaloidy dělí na johimbanoidy (nazývané také alkaloidy loganinového typu), iboganoidy a aspidospermanoidy. Názvy jsou odvozeny od názvů rostlinných druhů, ve kterých se alkaloidy těchto struktur vyskytují. Isoprenoidní prekurzory těchto typů alkaloidů lze vzájemně převést jeden v druhý izomerací propanové jednotky.

Mezi johimbanoidy patří alkaloidy ajmalicin, tetrahydroalstonin, reserpin a johimbin. Alkaloidy strychnin a brucin patří taktéž mezi johimbanoidy, tj. alkaloidy loganinového typu, ale na jejich biosyntéze se účastní také kyselina octová, takže jejich netryptaminová část obsahuje 11 uhlíkových atomů. K loganinovému typu patří také chininové alkaloidy, které můžeme nalézt v chinovníku (Cinchona sp.). Jde zejména o chinin a jemu příbuzné alkaloidy. Syntéza chininu zahrnuje rozštěpení indolového kruhu, přičemž chinin ve výsledku neobsahuje indolovou strukturu, ale chinolinovou strukturu.

Alkaloidy voakangin, katarantin a ibogain patří k typu ibogainovému. Mezi alkaloidy aspidosperminového typu patří vinkamin, což je alkaloid brčálu menšího (Vinca minor). Působí na mozkové cévy.

Dimerní indolové alkaloidy

Stavebními jednotkami dimerních indolových alkaloidů jsou katarantin ibogainového typu a vindolin aspidosperminového typu. Příkladem takového dimeru je např. vinkaleukoblastin či leurokrystin. Oba dva alkaloidy se používají při léčbě některých neoplastických nemocí.

Další skupina dimerních indolových alkaloidů se nachází v kurare, získávaného z druhů rodu Strychnos. Typickým představitelem je alkaloid C-toxiferin.

Námelové alkaloidy

Námelové alkaloidy patří mezi hemiterpenické indolové alkaloidy. Vyskytují se zejména v říši hub, např. v paličkovici nachové (Claviceps purpurea). V rostlinné říši jsou vzácné, byly nalezeny pouze u některých rodů čeledi svlačcovité.

Námelové alkaloidy se rozdělují do dvou skupin – první skupinu tvoří kyselina lysergová a její deriváty, druhou skupinou jsou tzv. klavinové alkaloidy, které místo karboxylové skupiny na sedmnáctém uhlíku kyseliny lysergové obsahují skupinu methylovou, methylenovou či primárně alkoholickou. Důležitětjšími jsou deriváty kyseliny lysergové. Kyselina lysergová je strukturně odvozena od tryptofanu a dimethylalyldifosfátu (DAPP). Nejprve probíhá elektrofilní substituce dimethylalylového kationtu do polohy C-4 na tryptofanu, přičemž vzniká 4-dimethylalyltriptofan. Ten může izomerovat na 4-isopentenyltryptofan. Z 4-dimethylalyltryptofanu vzniká dekarboxylací, N-methylací, oxidací a cyklizací chanoklavin, na němž dochází k uzavření dalšího kruhu a vzniká elymoklavin. Izomerací dvojné vazby elymoklavinu vzniká lysergol. Dehydratací lysergolu se tvoří lysergen, oxidací lysergolu se tvoří kyselina lysergová. Stereoizomerem kyseliny lysergové je kyselina isolysergová, jejíž deriváty jsou neúčinné. Farmakologicky účinné deriváty kyseliny lysergové jsou jednak jednoduché amidy kyseliny lysergové, např. ergometrin, patří sem však také syntetický diethylamid kyseliny lysergové, LSD. Dalšími účinnými deriváty kyseliny lysergové jsou alkaloidy peptidového typu, kde je kyselina lysergová vázaná s tripeptidem. Sem patří např. ergotamin.

Alkaloidy odvozené od histidinu

Nejdůležitějším alkaloidem, odvozeným od histidinu je pilokarpin, vyskytující se v listech mrštnoplodu malolistého (Pilocarpus microphyllos). Tento alkaloid je nejspíš odvozen od histidinu, případně od jeho prekurzoru imidazolylglycerofosfátu.

Alkaloidy odvozené od kyseliny nikotinové

Kyselina nikotinová je prekurzorem pyridinových alkaloidů. Tyto alkaloidy se vyskytují např. v tabáku (Nicotiana sp.), skočci (Ricinus communis) a v palmách (Arecaceae). Kyselina nikotinová vzniká dekarboxylací kyseliny chinolinové, která je produktem kondenzace glycerolu a kyseliny asparagové.

Hlavním zástupcem této skupiny je alkaloid nikotin. Nikotin obsahuje pyridinovou část, ale také N-methylpyrolinovou část. Ta vzniká z ornitinu přes putrescin, podobně jako u pyrolidinových alkaloidů. Takto vzniká N-methyl-Δ1-pyrolin, který reaguje s kyselinou nikotinovou za vzniku nikotinu. Nikotin se vyskytuje v mnoha rostlinách, nejen v tabáku (Nicotiana tabacum). Podobným způsobem jako nikotin vzniká také anabasin, až na to, že přídatná část je odvozena od lysinu, aby vznikl piperidinový skelet, jehož dusík na rozdíl od nikotinu není methylovaný. Ricinin, alkaloid ze skočce (Ricinus communis), vzniká oxidací nikotinamidu. Alkaloidy arekolin, arekaidin, guvakolin a guvacin se vyskytují v semenech palem (Arecaceae) a jsou odvozeny také od kyseliny nikotinové částečnou hydrogenací, N-methylací, případně esterifikací.

Alkaloidy odvozené od kyseliny antranilové

Tyto alkaloidy obsahují ve své struktuře nejčastěji chinolinový nebo akridinový skelet. Tyto alkaloidy jsou syntetizovány z antranilylkoenzymu A, který kondenzuje s malonylkoenzymem A. Vzniklá ketokyselina cyklizuje a vzniká 2,4-dihydroxychinolin, který reaguje s dimethylalyldifosfátem (isoprenoidní sloučenina) za vzniku 3-dimethylalyl-2,4-dihydroxychinolin. Jeho hydroxylací, methylací a cyklizací vznikají alkaloidy jako diktamin či skimianin.

Terpenové alkaloidy

Do skupiny terpenických alkaloidů patří dusíkaté báze, jejichž struktura je odvozena od kyseliny mevalonové. Tyto alkaloidy rozdělujeme na hemiterpenové, monoterpenové, seskviterpenové a diterpenové. Mezi hemiterpenové alkaloidy patří 3-methylpyrolidin. Jeho derivát jatrofam můžeme nalézt např. v lilii bělavé (Lilia candida). Monoterpenické alkaloidy s iridoidním prekurzorem se nachází v kozlíku lékařském (Valeriana officinalis) a jde např. o aktinidin. Seskviterpenickou strukturu mají alkaloidy leknínu (Nymphaea alba) a stulíku (Nuphar lutea), tedy nufaridin a jeho deriváty.

Diterpenické alkaloidy se vyskytují v čeledi pryskyřníkovitých a jsou strukturně příbuzné diterpenu kaurenu. Jde např. o alkaloidy akonitin, atisin, veatchin a lykoktonin.

Steroidní alkaloidy

Steroidní alkaloidy jsou steroidní sloučeniny, které obsahují na steroidním skeletu navázanou exocyklickou aminoskupinu nebo vlastní dusíkatý heterocyklus. Biosyntéza těchto alkaloidů vychází ze stejných prekurzorů jako biosyntéza steroidů, tedy dimethylalyldifosfát a isopentenyldifosfát, alkaloidy jsou tedy deriváty cholesterolu. Dusík pochází z amoniaku či aminokyseliny.

Podle skeletu rozlišujeme alkaloidy typu pregnanu, cholestanu a C-nor-D-homocholestanu. Alkaloidy pregnanového typu mají aminoskupinu buď volnou nebo methylovanou. Je navázána na uhlík číslo 3 nebo 20. Můžeme je nalézt např. čeledi toješťovité. Příkladem budiž buxamin C se sedmičlenným kruhem. Alkaloidy cholestanového typu mají v základním skeletu 27 uhlíkových atomů. Obsahují piperidinový kruh, který vzniká cyklizací bočného řetězce cholesterolu za přítomnosti amoniaku nebo aminokyseliny. Tvoří se zejména v lilkovitých rostlinách. Jako příklad lze uvést solanidin nebo tomatidin.

Alkaloidy C-nor-D-homocholestanového typu jsou charakteristické tím, že C kruh je pětičlenný a D kruh je šestičlenný, tedy opačně, než je to u steroidů obvyklé. Dusík je v chinolizidinové části skeletu. Můžeme se s nimi setkat u některých zástupců čeledi liliovitých. Jako příklad nám poslouží alkaloid imperalin.

Alkaloidy odvozené od kyseliny octové

Do této zvláštní skupiny patří alkaloidy bolehlavu blamatého (Conium maculatum). Tyto alkaloidy nejsou odvozeny od aminokyselin, ale lze je zařadit spíše k acetogeninům. Při syntéze se vychází ze čtyř molekul kyseliny octové, ze kterých vzniká tetraketidický řetězec. Ten je redukován, přičemž zaniknou dvě ze čtyř ketoskupin (druhá a čtvrtá) a karboxylová skupina se redukuje na aldehydickou. Takto vzniká 5-oxooktanal. Ten podstupuje transaminaci s L-alaninem, jejíž výsledkem je 5-oxooktylamin, jehož cyklizací vzniká γ-konicein (z dusíku vychází nenasycená vazba), jeho redukcí vzniká koniin, hlavní alkaloid bolehlavu blamatého (Conium maculatum), který má ochrnující účinky a páchne myšinou.

Purinové deriváty

Purinové deriváty jsou základními stavebními jednotkami nukleových kyselin. Patří sem totiž báze nukleových kyselin, adenin a guanin. Nás zajímají především methylované puriny, zejména kofein, teofylin a teobromin. Ty mají sice ve své molekule čtyři dusíkové atomy, ale nemají zásaditý charakter – netvoří s kyselinami soli. Proto se často ani neřadí mezi alkaloidy, případně se označují jako pseudoalkaloidy. V rostlinné říši se tyto látky vyskytují velice často, jejich rozptyl je tedy v tomto smyslu značný.

Biosyntéza purinového jádra probíhá za účasti ribosy, která se sice reakce přímo neúčastní, ale je nositelem meziproduktů reakce. Nakonec vzniká xantosinmonofosfát, u kterého dochází k odštěpení ribosy za vzniku xantinu, přičemž methylací vzniká kofein. Kofein a ostatní purinové deriváty mají výrazné stimulační účinky a jsou principem působení kávy či čaje.