ALCALOÏDES: STRUCTURE, BIOSYNTHÈSE, CLASSIFICATION ET UTILISATIONS - LA BIOLOGIE - 2025

Les alcaloïdes sont des molécules contenant des atomes de carbone et d'azote dans sa structure moléculaire, qui forment généralement des cycles complexes. Le terme alcaloïde, proposé pour la première fois par le pharmacien W. Meissner en 1819, signifie «semblable à un alcali».

Le mot alcali fait référence à la capacité d'une molécule à absorber les ions hydrogène (protons) d'un acide. Les alcaloïdes se trouvent sous forme de molécules individuelles, ils sont donc petits et peuvent absorber les ions hydrogène, les transformant en une base.

Biosynthèse des alcaloïdes

Certaines bases courantes comprennent le lait, le carbonate de calcium dans les antiacides ou l'ammoniac dans les produits de nettoyage. Les alcaloïdes sont produits par certains êtres vivants, en particulier les plantes. Cependant, le rôle de ces molécules dans les plantes n'est pas clair.

Quel que soit leur rôle dans les plantes, de nombreux alcaloïdes ont des utilisations en médecine pour l'homme. Les analgésiques dérivés du pavot, comme la morphine, existent depuis 1805. Un autre exemple est la quinine antipaludique, qui est utilisée par les tribus de l'Amazonie depuis plus de 400 ans.

Papaver somniferum, ou plante de pavot

Structure

Les structures chimiques des alcaloïdes sont extrêmement variables. En général, un alcaloïde contient au moins un atome d'azote dans une structure de type amine; c'est-à-dire un dérivé de l'ammoniac en remplaçant les atomes d'hydrogène par des groupes hydrogène-carbone appelés hydrocarbures.

Cet atome d'azote ou un autre peut être actif comme base dans les réactions acide-base. Le nom d'alcaloïde a été appliqué à l'origine à ces substances car, comme les alcalis inorganiques, elles réagissent avec les acides pour former des sels.

La plupart des alcaloïdes ont un ou plusieurs de leurs atomes d'azote dans le cadre d'un cycle d'atomes, souvent appelé système cyclique. Les noms d'alcaloïdes se terminent généralement par le suffixe "-ina", une référence à leur classification chimique en tant qu'amines.

Biosynthèse

La biosynthèse des alcaloïdes dans les plantes implique de nombreuses étapes métaboliques, catalysées par des enzymes appartenant à un large éventail de familles de protéines; pour cette raison, les voies de biosynthèse des alcaloïdes sont considérablement complexes.

Cependant, il est possible de commenter certaines généralités. Il existe quelques branches principales dans la synthèse des alcaloïdes, notamment:

Biosynthèse des alcaloïdes tropaniques et nicotiniques

Dans ce groupe d'alcaloïdes, la biosynthèse est réalisée à partir des composés L-Arginine et Ornithine. Ceux-ci subissent un processus de décarboxylation médié par leurs enzymes respectives: l'arginine décarboxylase et l'ornithine décarboxylase.

Le produit de ces réactions sont des molécules de putrécine. Après d'autres étapes, y compris le transfert de groupes méthyle, les dérivés nicotiniques (tels que la nicotine) et les dérivés tropaniques (tels que l'atropine et la scopolamine) sont produits.

Biosynthèse des alcaloïdes de la benzylisoquinoline

La synthèse des alcaloïdes de la benzylisoquinoline commence à partir des molécules de L-tyrosine, qui sont décarboxylées par l'enzyme tyrosine décarboxylase pour donner naissance à des molécules de tyramine.

L'enzyme norcoclaurine synthase utilise la tyramine produite à l'étape précédente et la L-DOPA pour former des molécules de norcoclaurine; ils subissent une autre série de réactions complexes pour donner naissance aux alcaloïdes berbérine, morphine et codéine.

Biosynthèse des alcaloïdes indoliques terpéniques

Ce groupe d'alcaloïdes est synthétisé à partir de deux voies: l'une qui part du L-tryptophane et l'autre du géraniol. Les produits de ces voies sont la tryptamine et la sécolaganine, ces molécules sont le substrat de l'enzyme strectosidine synthase, qui catalyse la synthèse de la strictosidine.

Les différents alcaloïdes indoles terpéniques sont produits à partir de la strectosidine, comme l'ajmalicine, la catarantine, la serpentine et la vinblastine; ce dernier a été utilisé dans le traitement de la maladie de Hodgkin.

Dans les domaines de la biochimie structurale, de la biologie moléculaire et cellulaire et des applications biotechnologiques, la caractérisation de nouvelles enzymes biosynthétiques alcaloïdes a fait l'objet de recherches ces dernières années.

Classification

En raison de leur diversité et de leur complexité structurelle, les alcaloïdes peuvent être classés de différentes manières:

Selon son origine biosynthétique

Selon leur origine biosynthétique, les alcaloïdes sont classés en trois grands groupes:

Vrais alcaloïdes

Ce sont ceux qui sont dérivés d'acides aminés et dont l'atome d'azote fait partie du cycle hétérocyclique. Par exemple: hygrine, cocaïne et physostigmine.

Protoalcaloïdes

Ils sont également dérivés d'acides aminés, mais l'azote ne fait pas partie du cycle hétérocyclique. Par exemple: l'éphédrine et la colchicine.

Pseudoalcaloïdes

Ce sont les alcaloïdes qui ne dérivent pas d'acides aminés et l'azote fait partie de la structure hétérocyclique. Par exemple: aconitine (alcaloïde terpénique) et solanidine (alcaloïde stéroïdien).

Selon son précurseur biogénétique

Dans cette classification, les alcaloïdes sont regroupés en fonction de la molécule à partir de laquelle leur synthèse commence. Ainsi, il existe les alcaloïdes dérivés de:

- L-Phénylalanine.

- L-Tyrosine.

- L-Tryptophane.

- L-Ornithine.

- L-Lysine.

- L-histidine.

- L'acide nicotinique.

- Acide anthranilique.

- Bases violettes.

- Métabolisme terpénique.

Selon sa structure chimique ou son noyau basique

- Pyrrolidine.

- Pyridine-Pyrrolidine.

- Isoquinoline.

- Imidazole.

- Pipéridine.

- Pyridine-pipéridine.

- Quinoline.

- Purina.

- Tropane.

- Indole .

Applications

Les alcaloïdes ont de multiples utilisations et applications, à la fois dans la nature et dans la société. En médecine, l'utilisation d'alcaloïdes est basée sur les effets physiologiques qu'ils provoquent dans l'organisme, qui est une mesure de la toxicité du composé.

Étant des molécules organiques produites par des êtres vivants, les alcaloïdes ont la capacité structurelle d'interagir avec les systèmes biologiques et d'affecter directement la physiologie d'un organisme. Cette propriété peut sembler dangereuse, mais l'utilisation d'alcaloïdes de manière contrôlée est très utile.

Malgré leur toxicité, certains alcaloïdes sont utiles lorsqu'ils sont utilisés aux doses correctes. Une dose excessive pourrait causer des dommages et être considérée comme toxique pour le corps.

Les alcaloïdes sont obtenus principalement à partir d'arbustes et d'herbes. Ils peuvent être trouvés dans différentes parties de la plante, telles que les feuilles, la tige, les racines, etc.

Les alcaloïdes peuvent être utilisés comme médicaments

Certains alcaloïdes ont une activité pharmacologique significative. Ces effets physiologiques les rendent précieux comme médicaments pour soigner certains troubles graves.

Par exemple: la vincristine de Vinca roseus est utilisée comme médicament anticancéreux et l'éphédrine d'Ephedra distachya est utilisée pour réguler la pression artérielle.

D'autres exemples incluent la curarina, qui se trouve dans le curare et est un relaxant musculaire puissant; l'atropine, qui est utilisée pour dilater les pupilles; la codéine, qui est utilisée comme antitussif; et les alcaloïdes de l'ergot, qui sont utilisés pour soulager les migraines, entre autres.

Les alcaloïdes peuvent être utilisés comme stupéfiants

De nombreuses substances psychotropes, qui agissent sur le système nerveux central, sont des alcaloïdes. Par exemple, la morphine de l'opium (Papaver somniferum) est considérée comme un médicament et un analgésique. Le diéthylamide de l'acide lysergique, mieux connu sous le nom de LSD, est un alcaloïde et un médicament psychédélique.

Ces stupéfiants ont été utilisés depuis l'Antiquité comme instruments d'excitation mentale et d'euphorie, bien qu'ils soient considérés comme nocifs selon la médecine moderne.

Les alcaloïdes peuvent être utilisés comme pesticides et répulsifs

La plupart des pesticides et répulsifs naturels sont dérivés de plantes, où ils exercent leur fonction dans le cadre du système de défense de la plante contre les insectes, les champignons ou les bactéries qui les affectent. Ces composés sont généralement des alcaloïdes.

Comme mentionné ci-dessus, ces alcaloïdes sont de nature toxique, bien que cette propriété dépende fortement de la concentration.

Par exemple, la pyréthrine est utilisée comme insectifuge, à une concentration mortelle pour les moustiques mais pas pour les humains.

Les alcaloïdes peuvent être utilisés dans la recherche scientifique

En raison de leurs effets spécifiques sur l'organisme, les alcaloïdes sont largement utilisés dans les études scientifiques. Par exemple, l'atropine alcaloïde peut provoquer une dilatation de la pupille.

Ainsi, pour évaluer si une nouvelle substance a des effets similaires ou opposés, elle est comparée à l'effet de l'atropine.

Certains alcaloïdes sont étudiés avec un grand intérêt en raison de leurs propriétés antitumorales, comme la vinblastine et la vincristine.

D'autres alcaloïdes importants dans la recherche scientifique comprennent la quinine, la codéine, la nicotine, la morphine, la scopolamine et la réserpine, entre autres.

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