 |
| المنتجات الطبيعية النباتية والكيميائية |
لتنزيل الكتاب أضغط هنا هنا
كيمياء المنتجات الطبيعية Natural product chemistry
كيمياء المنتجات الطبيعية تغطى كيمياء المركبات العضوية ذات الأصل الطبيعي من حيث تخليقها داخل الكائن الحي ووظيفتها في مكان تواجدها وعمليات الهدم والبناء لها ، كما تغطى بعض الفروع التقليدية الأخرى مثل العزل والتنقية والتعرف على التركيب الكيماوى وتحضير هذه المركبات معملياً.
يتضح من هذا التعريف أن المركبات ذات الأصل الطبيعي Natural Natural products تسمى المنتجات الطبيعية occurring compounds
ومنه يتضح أن المنتجات الطبيعية تشمل:
- الكائن الحي الكامل سواء كان نبات أو حيوان أو كائن حي دقيق والذي لم يتعرض إلى أى عمليات أو معالجات عدا بعض العمليات البسيطة مثل الحفظ أو التجفيف.
- جزء من الكائن الحي مثل الأوراق أو الأزهار بالنسبة للنبات وأى عضو معزول من الحيوان.
- مستخلص الكائن الحي أو أى عضو أو جزء من الكائن الحي أو إفرازات الكائنات الحية في البيئة المحيطة.
المركبات النقية المعزولة من الكائنات الحية مثل القلويدات Alkaloids و الكيومارينات Coumarins والجليكوسيدات Glycosides والفلافونيدات Flavonoids والتربينات Terpenes والسكريات Sugars و الإستيرويدات Steroids و اللجنينات Lignans المعزولة من النباتات أو الحيوانات أوا لكائنات الحية الدقيقة.
وبالرغم مما ذكر سابقاً فإنه في معظم الأحيان نجد أن مصطلحا لمنتجات الطبيعية Natural products تشير إلى نواتج الهضم الثانوية
Secondary metabolites ذات الوزن الجزيئ أقل من 2000 وحدة وزنج زیئ ((atomic mass unit (amu) والتي تنتج من الكائن الحي والتيي ليست ضرورية لبقاءه على قيد الحياة.
ب . المركبات الداخلية (الذاتية) Endogenous substances
هي مركبات تتكون كنتيجة لقيام الكائن الحي بوظائفة الطبيعية ومن هذه المركبات الأحماض الأمينية والأحماض الدهنية والكربوهيدرات والهرمونات والموصلات العصبية.
ج – المركبات الخارجية (الغريبة) Exogenous substances
هي عبارة عن مركبات تدخل جسم الكائن الحى من الخارج أي من البيئة المحيطة به مثل العقاقير والملوثات البيئية المختلفة ويطلق عليها أيضا Xenobiotics
التخليق الحيوى للمنتجات الطبيعية النباتية Biosynthesis of Plant Natural products
النباتات تنتج عدد ضخم من المركبات الطبيعية والمتنوعة في التركيب الكيماوى. تشير الإحصاءات أن عدد هذه المركبات يزيد عن 200000 مركب . هذه المركبات عادة ما يطلق عليها نواتج الهضم الثانوية secondary metabolites تمييزاً لها عن نواتج الهضم الأولية primary metabolites والتي تكون ضرورية لنمو النبات وتكاثره وتطوره أى أنه وبمعنى آخر فإنه يمكن تقسيم المركبات الطبيعية التي يتنجها النبات إلى ثلاث أقسام رئيسية وهي: القسم الأول وهي المركبات الموجودة بالخلايا والتي تلعب دوراً أساسياً في عمليات البناء وتكاثر الخلايا وتشمل الأحماض النووية والأحماض الأمينية الأساسية والسكريات وتعرف بنواتج الهضم أو الأيض الأولية. القسم الثاني وهي المركبات كبيرة الوزن الجزيئ والتي تسمى البوليمرات مثل السليلوز واللجنين والبروتينات والتي تكون الأغشية والجدر الخلوية. القسم الثالث هي المركبات التي تكون مميزة لعدد محدود من الأنواع والتي تعرف بنواتج الهضم الثانوية. كما يمكن القول هنا أن نواتج الهضم الأولية أو المركبات الأولية تحدث تأثيرها البيولوجي داخل الخلية التي تكونت فيها في حين أن المركبات الثانوية فإنها تحدث تأثيرها على كائنات أخرى لذلك فهي حظيت بالكثير من الاهتمام.
Terpenoids التربينات
المركبات الطبيعية النباتية أو كما يطلق عليها المركبات الثانوية تنقسم إلى العديد من المجموعات والأقسام الكيميائية الرئيسية والتي تم التنويه عنها سابقاً وهي القلويدات alkaloids و التربينات terpenoids والبوليكيتيدات polyketides والفينايل بروبانيدات phenylpropanoids والأحماض الأمينية والببتيدات الخاصة specialized amino acids and peptides والكربوهيدرات الخاصة specialized carbohydrates . لكن من الواضح أن لكل من هذه المجموعات أقسام عديدة وحتى لهذه الأقسام تحت أقسام فهناك تنوع كبير جدا داخل أفراد المجموعة الواحدة. كما أنه في بعض الأحيان هناك مركبات يكون تركبيها خليط من مجموعتين. فعلى سبيل المثال إذا أخذنا التربينات terpenoids نجد أن لهذه المجموعة عدد من الأقسام مثل المونوتربينات والدايتربينات والترايتربينات وغيرها، ثم أن المنوتربينات لها عدد من تحت الأقسام مثل المنوتربينات الهيدروكربونية والمنوتربينات المؤكسدة التي تحتوى على الأكسجين وأن المنوتربينات الهيدروكربونية يمكن أن تكون حلقية وغير حلقية والحلقية يمكن أن تكون أحادية أو ثنائية، والمنوتربينات المؤكسدة يمكن أن تكون حلقية أو غير حلقية والحلقية يمكن أن تكون أحادية أو ثنائية والمنوتربينات المؤكسدة يمكن أن تكون في صورة كحولات أو أحماض كربوكسيلية أو الدهيدات أو كيتونات أو إسترات أو إيثرات وهكذا. وهذا هو سر التنوع للمركبات الطبيعية النباتية. لذا سوف نعرض في هذا الباب تفاصيل هذه الأقسام المختلفة لمركبات التربينات كما سنعرض فكرة عن أهيمة وخصائص كل قسم وأهم المركبات التي تتبع هذه المجموعة والتي لها استخدامات طبية أو زراعية.
Alkaloids القلويدات
القلويدات واحدة من أوائل مجموعات المركبات التي تم الحصول عليها من النبات في بدايات القرن التاسع عشر. وكانت تعرف في ذلك الوقت على أنها مركبات تحتوى على النيتروجين ولها درجة من القاعدية. وكانت معروفة على أنها قلويات النبات أو القلويدات. قدرة القلويدات على تكوين أملاح ومعقدات مع أيونات العناصر ساعد في عزلها من النبات في هذه الأوقات قبل فترة من وجود أو إكتشاف طرق الفصل الكروماتوجرافي. وتعتبر القلويدات أيضا واحدة من أكبر مجاميع المنتجات الطبيعية وهي مركبات ذات وزن جزيئ صغير تحتوى على النيتروجين توجد بصفة أساسية في النبات لكن أيضا توجد بدرجة أقل في الكائنات الحية الدقيقة والحيوانات. يتنوع التركيب الكيميائي للقلويدات تنوعا كبيراً حيث عرف منها حتى الآن ما يزيد عن 27000 مركباً منها ما يزيد عن مركباً 21000 من النباتات. لذا تشير بعد الأحصاءات أن من 20 إلى 25% من النباتات تحتوى على قلويدات نجد أن هناك العديد من الجامعات والمراكز البحثية حول العالم مهتمة بدراسة كيمياء والفاعلية البيولوجية للقلويدات وهذا يتضح من الأعداد الضخمة من الأبحاث التي تنشر سنوياً في هذا المجال كما أنه في كل عام نجد أن حوالي 100 مركب جديد يتم أكتشافها من القلويدات. هذا بالطبع يرجع إلى ثقة الباحثين في أنه يمكن تطوير أدوية وعقاقير جديدة من القلويدات لعلاج الأمراض الخطيرة في هذه الأيام مثل السرطان والإيذر، كما أن للقلويدات دور في تحسين حياة الإنسان من خلال تطبيقها في البيوتكنولوجي والزراعة والغذاء والبحث العلمي.
Polyketides البوليكيتيدات
تخلق البوليكيتيدات من وحدة تحتوى على ذرتين من الكربون والتي تشتق من مجموعة الأسيتيت النشطة في صورة أسيتايل كو إنزيم 1 acetyl co A و مالونيل كو إنزيم 1 malonyl co A. حيث يتكون المركب الوسطى النشط إلى حلقة أروماتية cyclization والذى يحدث له تحلق poly-ẞ-keto سداسية أو حلقة 2 – بيرون pyrone- العديد من البوليكيتيدات عبارة عن مركبات فينولية مثل مجموعة الفينيل بروبانويدات phenylpropanoids لكن المجموعتين يمكن تمييزهما عن طريق نظام الإستبدال على الحلقة الأروماتية. حيث تحتوى البوليكيتيدات المجاميع الفعالة المحتوية على الأكسجين على الكربون المتبادل أي في الوضع ميتا meta position ، أما في الفينولات المشتقة من phenylpropanoids فإنه يكون نظام الأكسدة على الوضع أورثو أو ما يعرف البوليكيتيدات تتحد مع وحدات السكر وتكون جليكوسيدات ويمكن أن تحمل العديد من ortho oxygenation pattern مجاميع الأسيتايل على وحدات السكر.
عزل وتنقية المركبات الطبيعية النباتية
Isolation and purification of plant natural product
تناولنا في الباب السابق الطرق المختلفة لإستخلاص العينات النباتية وبغض النظر عن طريقة الإستخلاص المستخدمة والتي تعتمد بالطبع على الخصائص الطبيعية والكيميائية للمواد المراد إستخلاصها، فإن المستخلص الناتج يحتوى على عشرات بل مئات المركبات وللحصول على المركبات المرغوبة المسئولة عن الفاعلية البيولوجية للنبات أو المستخلص فلابد من أجراء عمليات الفصل isolation وعمليات التنقية purification على المستخلص الخام حتى نحصل على المركبات في صورة نقية. وتعتبر عمليات العزل والتنقية معقدة وهامة جداً وهى من أهم الخطوات النجاح الدراسات والأبحاث في هذا المجال ، لذلك يجب الحذر والحيطة أثناء عمليات الفصل والتنقية حتى لا تفقد المركبات المرغوبة منجزئياً أو كلياً أثناء الخطوات العديدة لهذه العملية، وتتضح أهمية هذه الخطوة إذا نظرنا إلى أن تركيز المركبات الثانوية في النبات غالبا ما يكون في حدود %0.01% مع وجود بعض الإستثناءات. هذا التركيز المنخفض لهذه المركبات الثانوية وكذلك عدم الثبات الكيميائي لبعضها ووجودها في صورة مخاليط معقدة يصعب من عمليات التنقية ويجعلها تحتاج إلى بعض الخبرات والمهارات وكثير الصبر والجلد.
