| 계 | 식물계 Plantae |
|---|---|
| 문 | 속씨식물문 Angiospermae |
| 강 | 쌍떡잎식물강 Eudicots |
| 목 | 가지목 Solanales |
| 과 | 가지과 Solanaceae |
가지과(Solanaceae)는 가지목(Solanales)에 속하는 분류군이며 단년초 내지 다년초, 착생식물, 관목, 교목까지 다양한 식물의 과이며, 많은 농작물, 약용식물, 향신료, 잡초를 포함한다. 대부분 알칼로이드를 함유하고 있으며, 토마토, 감자, 가지, 칠리 고추를 포함한 많은 종들이 식용으로 이용된다. 가지과(Solanaceae)에는 약 98개 속, 약 2,700여 종으로 이루어져 있으며, 서식지, 형태학, 생태학이 매우 다양하다.
잎은 어긋나며 턱잎은 있거나 없다. 꽃은 양성화(자웅동체)이고 방사상으로 대칭을 이루며, 꽃받침은 4∼6갈래로 꽃이 진 다음 커진다. 화관은 꽃잎이 합쳐져 갈라지고 꽃잎 조각은 서로 가장자리가 겹친다. 수술은 꽃대롱에 붙고 화관 조각과 어긋나며 꽃밥은 2실, 세로로 터지거나 구멍으로 열린다. 씨방은 2실, 꽃대는 씨방꼭지에 붙고 밑씨는 가운데 축에 붙는다. 열매는 삭과 또는 장과로 종자에 배젖이 있다.
국가표준식물목록에서 우리나라에 자생하는 가지과 식물들은 가시꽈리(Physaliastrum japonicum), 미치광이풀(Scopolia japonica), 노랑미치광이풀(S. lutescens), 좁은잎배풍등(Solanum japonense), 배풍등(S. lyratum), 왕배풍등(S. megacarpum), 알꽈리(Tubocapsicum anomalum)의 7종이 있으며, 노랑미치광이풀(Scopolia lutescens)은 우리나라의 특산식물이다. 식용을 목적으로 흔히 재배하고 있는 식물은 고추, 구기자(Lycium chinense), 토마토, 가지, 감자 등이 있다.
가지과 식물의 대부분은 트로판(tropane)과 스테로이드 알칼로이드(steroid alkaloid) 같은 유독성 물질들을 갖고 있고, 몇몇 종들은 의약품의 원료 또는 환각작용을 일으킨다. 담배는 니코틴 성분을 포함하고 있는데, 흡연을 위한 기호품이 되기도 하지만, 니코틴은 곤충에 신경독성을 갖는 강력한 살충성분이기도 하다. 고추, 토마토, 가지 등의 열매와 감자의 덩이줄기는 식량자원으로서 중요한 재배작물이다. Capsicum, Datura, Physalis 등의 종들은 관상용으로도 이용된다.
알칼로이드는 식물이 2차 대사물로서 생산한 질소 유기 물질이며 낮은 용량에서도 동물들에게 강한 생리 작용을 한다. 가지과 식물에 다양한 종류의 알칼로이드를 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 인간에게 이 알칼로이드는 바람직하거나 독성이 있거나 둘 다일 수 있다. 트로파네는 가지과에서 발견되는 알칼로이드 중 가장 잘 알려져 있다. 이러한 물질을 함유하고 있는 식물들은 수세기 동안 독으로 사용되어 왔다. 그러나, 독으로 인식됨에도 불구하고, 이러한 물질들 중 많은 것들이 매우 귀중한 약의 성질을 가지고 있다. 많은 종들은 스코폴라민, 아트로핀, 효시아민, 니코틴과 같이 다소 활동적이거나 독성이 있는 다양한 알칼로이드를 포함하고 있으며 사리풀, 벨라도나, 흰독말풀, 만드라케, 담배 등의 식물에서 발견된다. 알칼로이드의 주요 유형은 다음과 같습니다.
[가지과식물의 주요 알칼로이드]
1. 솔라닌(Solanine)
쓴 맛이 나는 독성 글리코알칼로이드는 C45H73NO15라는 화학식이 있다. 탄수화물 곁사슬을 가진 알칼로이드 솔라니딘에 의해 형성된다. 감자와 토마토와 같은 다양한 가지과의 잎, 과일 그리고 통에서 발견됩니다. 그것의 생산은 초식동물에 대한 적응형 방어 전략으로 여겨진다. 솔라닌의 물질 중독은 위장 장애(설사, 구토, 복통)와 신경 질환(환각 및 두통)으로 특징지어진다. 치사량의 중위수는 몸무게의 2~5mg/kg 사이이다. 섭취 후 8-12시간 후에 증상이 나타난다. 예를 들어, 감자에 들어 있는 이 글리코알로이드의 양은 재배 중 환경 조건, 보관 기간 및 다양성에 따라 크게 달라집니다. 평균 글리코알칼로이드 농도는 감자의 0.075mg/g이다. 솔라닌은 때때로 Solanum nigrum, Solanum dulcamara 또는 녹색 감자와 같은 종의 열매를 먹은 사람들의 독극물에 작용을 일으킨다.
2. 트로페인(Tropane)
트로파인(트로판) 이라는 용어는 그들이 발견되는 아트로파 속으로부터 유래되었습니다. 아트로파는 생명의 실을 자른 그리스 운명 아트로포스의 이름을 따서 명명되었으며 독성과 치사성을 반영한다. C8H15N의 화학식을 가진 고리식 유기 질소 화합물 (IUPA 명명법: 8-메틸-8-azabiccylo[3.2.1] 옥탄)이다. 이 알칼로이드는 무엇보다도 아트로핀, 코카인, 스코폴라민, 효시아민을 포함한다. 그들은 맨드레이크 (mandrake (Mandragora officinarum and M. autumnalis )), 사리풀, 독말풀, 벨라도나 (아트로파 벨라도나), 천사의 나팔 같은 다양한 종에서 발견된다. 약리학적으로 현존하는 항콜린제 중 가장 강력한 것으로 알려진 것으로서, 내생성 신경전달물질인 아세틸콜린에 의해 전달되는 신경학적 신호를 억제한다는 것을 의미한다. 일반적으로 많은 종류의 알레르기 반응을 멈출 수 있습니다. 과다복용의 증상으로는 입안이 건조하고 동공이 팽창되어 있는 상태, 택시, 요로 고정 상태, 환각 상태, 경련, 혼수 상태 및 사망이 포함될 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 안과제인 아트로핀은 동공을 확장시켜 안구 내부를 검사하는 데 도움을 줍니다. 사실, 아벨라도나의 열매에서 나온 주스는 르네상스 기간 동안 이탈리아 궁정들이 동공의 팽창을 야기시켜 눈의 크기를 과장하기 위해 사용하였다. 트로페인의 극심한 독성에도 불구하고, 그것들은 극소량 투여 시 유용한 약품이다. 유기인산성 살충제와 사린과 VX와 같은 화학전제에 과도하게 노출되어 야기될 수 있는 콜레스테롤 중독을 역전시킬 수 있다. 스코폴라민(Hyoscyamus muticus and Scopolia carniolica에서 발견됨)은 멀미에 대한 항응고제 또는 화학요법의 결과로 메스꺼움을 겪는 사람들에게 사용된다. 스코폴라민과 효시아민은 부교감 신경계에 미치는 영향 때문에 약리학 및 의학에서 가장 널리 사용되는 트로판 알칼로이드이다. 아트로핀은 중추신경계와 심장에 자극을 주는 반면, 스코폴라민은 진정작용을 한다. 이 알칼로이드는 다른 종류의 화합물로 대체될 수 없기 때문에 여전히 수요가 있다. 이것은 알칼로이드, 관련된 효소, 그리고 그것들을 생산하는 유전자의 신진대사에 대한 활발한 연구의 발전의 이유들 중 하나이다. 예를 들어, 효시아민 6-β-하이드록실라제는 트로페인의 생합성 경로 끝에 스코폴라민의 생산을 유도하는 효시아민의 하이드록시화를 촉매한다.
3. 니코틴Nicotine)
니코틴(IUPAC 명명법(S)-3-(1-메틸피롤리딘-2-yl) 피리딘)은 담배 식물에 대량 함유된 피롤리딘 알칼로이드이다. 가지, 토마토, 감자, 고추와 같은 식용 가지과 식물에 니코틴을 함유하고 있지만, 농도는 담배보다 10만 배에서 1,000,000배 정도 적다. 식물에서 니코틴의 기능은 초식동물, 특히 곤충에 대한 매우 효과적인 신경독이기 때문에 초식동물에 대한 방어 역할을 하는 것이다. 사실, 니코틴은 현재 그것의 구조에서 파생된 합성 분자로 대체되고 있지만, 살충제로 오랫동안 사용되어 왔다. 낮은 농도에서, 니코틴은 포유류에서 자극제 역할을 하며, 이것은 흡연자들에게 의존성을 유발한다. 트로페인처럼 콜리너릭 뉴런에 작용하지만, 반대의 효과로 작용한다.
4. 캡사이신(Capsaicin)
캡사이신 (IUPAC 명명법 8-메틸-N-바닐릴-트랜스-6-노네나미드)은 니코틴과 트로페인은 구조적으로 다르다. 이것은 고추와 하바네로를 포함하는 캡시쿰 속 종에서 발견되며, 향신료의 스코빌 등급을 결정하는 활성 성분으로 치명적 독성이 있지는 않다. 그러나, 대부분의 포유류, 특히 구강 점막과 다른 상피 조직의 열 인식과 관련된 특정 통증 수용체를 자극한다. 캡사이신이 이 점액과 접촉할 때, 그것은 불에 의한 화상과 같은 느낌을 유발한다. 캡사이신은 새가 아닌 포유류에게만 영향을 미친다. 후추 씨앗은 새의 소화관에서 살아남을 수 있다. 캡사이신 추출물은 후추 스프레이를 만드는데도 사용된다.
[하위 분류]| 그룹(비공식) | 식물 문(Phylum/Division) | |
|---|---|---|
| 녹조류 (Green algae) |
녹조식물문 (Chlorophyta) | 3,800 |
| 윤조식물문 (Charophyta) | 4,000 - 6,000 | |
| 선태식물 (Bryophytes) |
우산이끼문 (Marchantiophyta) | 6,000 - 8,000 |
| 각태식물문 (Anthocerotophyta) | 100 - 200 | |
| 선태식물문 (Bryophyta) | 12,000 | |
| 양치식물 (Pteridophytes) |
석송문 (Lycopodiophyta) | 1,200 |
| 양치식물문 (Pteridophyta) | 11,000 | |
| 종자식물 (Spermatophyta) |
소철문 (Cycadophyta) | 160 |
| 은행나무문 (Ginkgophyta) | 1 | |
| 구과식물문 (Pinophyta) | 630 | |
| 마황문 (Gnetophyta) | 70 | |
| 속씨식물문 (Angiospermae, Magnoliophyta) | 258,650 |
