Dołącz do czytelników
Brak wyników

Laboratorium

26 czerwca 2018

NR 26 (Marzec 2018)

Roślinne trucizny Alkaloidy i ich wykrywanie

0 313

Myślę, że nie będzie przesady w stwierdzeniu, że rośliny stanowią podstawę istnienia życia na Ziemii – bez nich bowiem nie mogłaby istnieć większość innych organizmów. 

Właściwie prawie cała dostępna nam energia pochodzi bezpośrednio lub pośrednio ze Słońca. Fotosynteza jest więc podstawowym źródłem energii i materii organicznej w zdecydowanej większości ekosystemów. Dla dużej części organizmów zwierzęcych rośliny stanowią ważne lub nawet jedyne źródło pokarmu. Poza tlenem i pożywieniem organizmy roślinne dostarczają nam przydatnych surowców, m.in. drewna, włókien i innych materiałów. Rośliny produkują wiele różnych substancji chemicznych. Jednym z ich rodzajów są alkaloidy.

Nazwą tą określa się grupę naturalnie występujących (głównie w roślinach) zasadowych, najczęściej heterocyklicznych związków organicznych zawierających w swojej strukturze azot. Trzeba jednak pamiętać, że aminokwasy, peptydy, białka, nukleotydy, kwasy nukleinowe, antybiotyki i aminocukry zwykle nie są zaliczane do tej grupy. Niektóre związki obojętne związane w jakiś sposób z ­­alkaloidami zasadowymi są także włączane do alkaloidów 1.

Biorąc pod uwagę zawartość azotu w alkaloidach nie zaskakuje fakt, że punktem wyjściowym ich biosyntezy są aminokwasy. Prawie wszystkie alkaloidy są w normalnych warunkach ciałami stałymi – występowanie w postaci cieczy należy tu do wyjątków. Są słabo rozpuszczalne w wodzie, za to doskonale w wielu rozpuszczalnikach organicznych.

Cechą charakterystyczną omawianych związków jest wykazywanie silnego,  często toksycznego działania fizjologicznego na organizmy zwierzęce. Jest to wykorzystywane przez człowieka, ponieważ wiele alkaloidów podawanych w odpowiednich dawkach stanowi skuteczne leki na liczne choroby i dolegliwości – przykładem może być tu chinina czy kodeina. Trzeba też wspomnieć, że alkaloidy stanowią składniki wielu dozwolonych używek (kofeina, teobromina, nikotyna), ale też narkotyków takich jak kokaina. Niektóre ze szczególnie silnie toksycznych alkaloidów znajdują zastosowanie jako trutki w zwalczaniu szkodników (strychnina).

Opracowano wiele sposobów wykrywania alkaloidów. Z powodu braku przyzwolenia na produkcję lub posiadanie niektórych substancji psychoaktywnych z tej grupy  wspomniane metody znajdują często zastosowanie w procedurach śledczych. W niniejszym artykule chciałbym przedstawić stosunkowo proste i mało uciążliwe metody wykrywania alkaloidów. Aby bez kłopotu móc powtórzyć te doświadczenia w warunkach laboratorium szkolnego lub uczelnianego wybrałem takie sposoby, które obok zakazanych substancji pozwalają także na stwierdzenie obecności ogólnodostępnych alkaloidów.

Doświadczenie

Spośród wielu zróżnicowanych metod wykrywania alkaloidów wybrałem tą wykorzystującą tzw. odczynnik Dragendorffa. Został on wynaleziony w XIX wieku przez niemieckiego chemika Johanna Georga Noëla Dragendorffa, profesora farmacji na Uniwersytecie w Dorpacie. Odczynnik ten nie jest silnie toksyczny ani żrący.

Do przygotowania odczynnika potrzebujemy następujących substancji 2:

  • azotan(V) bizmutu(III) Bi(NO3)3,
  • jodek potasu KI,
  • kwas chlorowodorowy HCl 36%.

Zwykle do otrzymywania odczynnika wykorzystuje się kwas winowy C4H6O6, lecz w tym przypadku obejdziemy się bez niego.

Azotan(V) bizmutu(III) to nieorganiczny związek chemiczny, sól kwasu azotowego(V) i bizmutu na trzecim stopniu utlenienia. Z wodnego roztworu krystalizuje w postaci pentahydratu (fot. 1). W wyniku ogrzewania przekształca się w azotan bizmutylu BiONO3. Azotan(V) bizmutu(III) może mieć działanie drażniące, wykazuje silne właściwości utleniające – należy więc zachować ostrożność.

Jodek potasu jest m.in. składnikiem płynu Lugola (czyli wodnego roztworu jodu w jodku potasu), bywa także dodawany do soli kuchennej w celu suplementacji jodu na obszarach, w których występuje niedobór tego pierwiastka w pożywieniu.

Stężony kwas chlorowodorowy jest silnie żrący, a dodatkowo uwalnia się z niego gazowy chlorowodór o duszącym zapachu. Gaz ten w większych ilościach jest toksyczny. Należy zachować odpowiednie środki bezpieczeństwa.

Chcąc otrzymać odczynnik Dragendorffa należy uprzednio przygotować dwa roztwory:

  • A – 0,4 g azotanu(V) bizmutu(III) w 40 cm3 wody z dodatkiem 1,5 cm3 stężonego kwasu chlorowodorowego,
  • B – 3 g jodku potasu w 50 cm3 wody.

W obu przypadkach należy użyć wody destylowanej. Gotowe roztwory są bezbarwne i przejrzyste (fot. 2).

Oba roztwory należy następnie zmieszać, uzupełnić wodą destylowaną do objętości równej 50 cm3 i w razie wytrącenia się osadu odsączyć go po upływie około 24 godzin. Powstały w ten sposób odczynnik Dragendorffa jest dosyć trwały, można go przechowywać w ciemności w szczelnie zamkniętym naczyniu przez dłuższy czas. Ma on postać pomarańczowej cieczy (fot. 3).

Chcąc wypróbować otrzymany odczynnik potrzebujemy jakiegoś alkaloidu. Wiele występujących w naszym otoczeniu roślin produkuje tego rodzaju substancje. Jedną z nich jest cis pospolity Taxus baccata czyli gatunek wiecznie zielonego drzewa iglastego z rodziny cisowatych Taxaceae. Zasięg jego naturalnego występowania obejmuje Euro­pę, zachodnią Azję oraz północną Afrykę. Cis jest drzewem długowiecznym i wolno rosnącym – osobniki liczące sobie ponad tysiąc lat nie należą do rzadkości. Tak zwany Cis Henrykowski rosnący w Henrykowie Lubańskim jest najstarszym drzewem w Polsce i według szacunków żyje od ponad 1200 lat 3. Cis nie jest wybredny co do warunków środowiska i rośnie na różnych glebach i przy różnych warunkach nasłonecznienia. Drzewo ma duże znaczenie gospodarcze – jest wykorzystywane m.in. jako roślina ozdobna i lecznicza. Drewno cisa jest bardzo cenione jako twarde i trwałe, wąskosłoiste, z ciemnobrunatną twardzielą. Wśród wszystkich europejskich gatunków drewna jest najbardziej zbite, najbardziej sprężyste i najtrudniej łupiące się 4.

Cis jest rośliną silnie trującą z racji występowania w jego tkankach m.in. alkaloidów. Szkodliwe substancje są odkładane we wszystkich częściach rośliny poza osnówką nasion. Podczas manipulacji z tą rośliną trzeba zachować środki ostrożności.

Surowcem do dalszych doświadczeń będą liście cisa. Są to równowąskie igły o długości 2–3 cm i szerokości 0,3 cm, delikatnie zaostrzone na wierzchołku. Na pędzie są umiejscowione skrętolegle (fot. 4). Górna strona igieł jest ciemnozielona i błyszcząca, natomiast spodnia jest dużo jaśniejsza i matowa.

Zebrane igły należy pociąć na niewielkie fragmenty (fot. 5). 

Pocięte igły trzeba następnie przenieść do ceramicznego moździerza i zalać wodą z dodatkiem odrobiny alkoholu etylowego (niekoniecznie, można pominąć). Przed ucieraniem warto dodać do mieszaniny także nieco czystego piasku np. kwarcowego (fot. 6). Ułatwia to rozdrobnienie twardych igieł.

Po dokładnym roztarciu materiału roślinnego należy przesączyć powstały płyn. Do celów porównawczych dob­rze jest przygotować w taki sam sposób także wyciąg z liści innej rośliny, nie zawierającej alkaloidów. Może to być np. szpinak warzywny Spinacia oleracea. Zarówno uzyskany w opisany sposób wyciąg z igieł cisa (fot. 7A), jak i z liści szpinaku (fot. 7B) jest jasnozielony.

Aby przeprowadzić test na obecność alkaloidów w wyciągach roślinnych musimy niewielkie ich ilości przenieść do probówek. Jako ślepą próbę zastosujemy wodę destylowaną (fot. 8).

Następnie do każdej próbki dodajemy po kilka kropli odczynnika Dragendorffa i mieszamy. Wynik przedstawia fot. 9.

Jak widać, zarówno zawierająca wodę próbka A, jak i próbka wyciągu ze szpinaku C, mimo przyjęcia żółtawego zabarwienia pochodzącego od odczynnika Dragendorffa pozostały klarowne. Inaczej ma się sprawa z próbką B, zawierającą wyciąg z igieł cisa – po dodaniu odczynnika wyraźnie zmętniała. Powstały osad ma barwę pomarańczową. 

Powstanie zmętnienia z powodu wytrącenia osadu uważa się za wynik pozytywny próby z wykorzystaniem odczynnika Dragendorffa. Świadczy to o występowaniu w próbce alkaloidów 5.

W tkankach cisa pospolitego jest obecnych wiele trujących substancji – najważniejszą z nich jest taksyna C35H47NO10, której wzór strukturalny przedstawia rys. 1.

Związek ten ma negatywny wpływ na pracę serca, żołądka i jelit. W odpowiednich ilościach poraża ośrodek oddechowy, co pociąga za sobą gwałtowną śmierć 6. Zaburza także podziały komórkowe dezorganizując proces powstawania wrzeciona kariokinetycznego.

Inną powszechnie dostępną substancją zawierającą alkaloidy jest tonik. Ten bezalkoholowy na...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań czasopisma "Biologia w Szkole"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy