生物碱：结构，生物合成，分类和用途 - 生物学 - 2025

所述生物碱是含有在其分子结构的碳和氮原子，其通常形成复合物的环的分子。生物碱一词最早是由药剂师W. Meissner在1819年提出的，意为“类似于碱”。

碱一词是指分子从酸中吸收氢离子（质子）的能力。生物碱被发现是单个分子，因此它们很小并且可以吸收氢离子，将其变成碱。

生物碱的生物合成

一些常见的碱包括牛奶，抗酸剂中的碳酸钙或清洁产品中的氨。生物碱是由某些生物特别是植物产生的。但是，这些分子在植物中的作用尚不清楚。

无论它们在植物中的作用如何，许多生物碱都已在人类医学中使用。源自罂粟植物的止痛药，例如吗啡，自1805年以来就已经存在。另一个例子是抗疟疾奎宁，亚马逊部落已经使用了400多年。

罂粟或罂粟植物

结构体

生物碱的化学结构变化很大。通常，生物碱在胺样结构中含有至少一个氮原子。也就是说，通过用称为碳氢化合物的氢-碳基团取代氢原子来合成氨的衍生物。

该或另一个氮原子可以在酸碱反应中作为碱具有活性。生物碱这个名称最初是用于这些物质，因为它们像无机碱一样会与酸反应形成盐。

大多数生物碱都有一个或多个氮原子作为原子环的一部分，通常称为环系统。生物碱名称通常以后缀“ -ina”结尾，该化学名称指的是胺。

生物合成

植物中生物碱的生物合成涉及许多代谢步骤，这些代谢步骤由属于广泛蛋白质家族的酶催化。因此，生物碱的生物合成途径相当复杂。

但是，可以对某些一般性进行评论。生物碱合成中有几个主要分支，包括：

tropan和烟碱生物碱的生物合成

在这组生物碱中，生物合成是由化合物L-精氨酸和鸟氨酸进行的。它们通过各自的酶：精氨酸脱羧酶和鸟氨酸脱羧酶介导的脱羧过程。

这些反应的产物是腐胺分子。在其他步骤（包括甲基转移）之后，生产了烟碱衍生物（例如尼古丁）和tropan衍生物（例如阿托品和东pol碱）。

苄基异喹啉生物碱的生物合成

苄基异喹啉生物碱的合成从L-酪氨酸分子开始，该分子通过酪氨酸脱羧酶进行脱羧，生成酪胺分子。

降尿酸尿苷合成酶使用上一步产生的酪胺和L-DOPA形成降尿酸尿苷分子。它们会经历一系列复杂的反应，生成生物碱小ber碱，吗啡和可待因。

萜类吲哚生物碱的生物合成

这组生物碱是通过两种途径合成的：一种是从L-色氨酸开始的，另一种是从香叶醇开始的。这些途径的产物是色胺和芥子碱，这些分子是Strectosidine合酶的底物，该酶可催化严格糖苷的合成。

不同的萜烯吲哚生物碱是由链脲嘧啶产生的，例如阿马利辛，卡他汀，蛇纹石和长春碱。后者已用于治疗霍奇金氏病。

在结构生物化学，分子和细胞生物学以及生物技术应用领域中，新型生物碱生物合成酶的表征一直是近年来研究的重点。

分类

由于它们的多样性和结构复杂性，生物碱可以以不同的方式分类：

根据其生物合成来源

根据生物合成来源，生物碱可分为三大类：

真正的生物碱

它们是衍生自氨基酸并且具有氮原子作为杂环的一部分的那些。例如：hygrine，可卡因和毒扁豆碱。

原生物碱

它们也衍生自氨基酸，但是氮不是杂环的一部分。例如：麻黄碱和秋水仙碱。

假生物碱

它们是不衍生自氨基酸的生物碱，而氮是杂环结构的一部分。例如：乌头碱（萜烯生物碱）和茄碱（甾体生物碱）。

根据其生物成因前体

在该分类中，生物碱根据其合成起始的分子进行分组。因此，存在以下生物碱：

-L-苯丙氨酸。

-L-酪氨酸。

-L-色氨酸。

-L-鸟氨酸。

-L-赖氨酸

-L-组氨酸。

-烟酸。

-邻氨基苯甲酸。

-紫色基地。

-萜类代谢。

根据其化学结构或基本核

-吡咯烷。

-吡啶-吡咯烷。

-异喹啉

-咪唑

-哌啶。

-吡啶-哌啶。

-喹啉。

-Purina。

-Tropane。

-吲哚。

应用领域

生物碱在自然界和社会中都有多种用途和应用。在医学上，生物碱的使用是基于它们在体内引起的生理效应，这是该化合物毒性的一种量度。

生物碱是生物产生的有机分子，具有与生物系统相互作用并直接影响生物体生理的结构能力。这种性质似乎很危险，但是以受控方式使用生物碱非常有用。

尽管有毒性，但以正确的剂量使用时，某些生物碱还是有帮助的。过量可能会造成伤害，并被认为对身体有毒。

生物碱主要来自灌木和草药。它们可以在植物的不同部位找到，例如叶子，茎，根等。

生物碱可以用作药物

一些生物碱具有明显的药理活性。这些生理效应使其成为治疗某些严重疾病的有价值的药物。

例如：来自长春花的长春新碱被用作抗癌药，而来自麻黄的麻黄碱被用来调节血压。

其他例子包括Curarina，它存在于curare中，是一种强大的肌肉松弛剂。阿托品，用于扩大瞳孔；可待因，用作止咳药；麦角碱和麦角生物碱等，这些生物碱可用于缓解偏头痛。

生物碱可用作麻醉剂

作用于中枢神经系统的许多精神药物是生物碱。例如，鸦片（罂粟）中的吗啡被认为是一种药物和一种止痛药。麦角酸二乙酰胺，又称LSD，是一种生物碱和一种迷幻药。

这些麻醉药品自古以来就被用作精神兴奋和欣快的手段，尽管根据现代医学认为它们是有害的。

生物碱可用作农药和驱虫剂

大多数天然杀虫剂和驱虫剂均来自植物，它们在植物自身的防御系统中发挥作用，以抵抗影响它们的昆虫，真菌或细菌。这些化合物通常是生物碱。

如上所述，这些生物碱本质上是有毒的，尽管该性质高度依赖于浓度。

例如，除虫菊酯被用作驱虫剂，其浓度对蚊子是致命的，但对人类却没有。

生物碱可用于科学研究

由于生物碱对人体的特殊作用，生物碱被广泛用于科学研究。例如，生物碱阿托品可引起瞳孔扩大。

因此，为了评估一种新物质是否具有相似或相反的作用，可以将其与阿托品的作用进行比较。

由于长春碱和长春新碱等生物碱的抗肿瘤特性，人们对它们的研究引起了极大的兴趣。

科学研究中其他重要的生物碱包括奎宁，可待因，尼古丁，吗啡，东pol碱和利血平等。

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