Gli alcaloidi sono prodotti da una grande varietà di organismi tra cui batteri, funghi, piante e animali. Possono essere purificati da estratti grezzi di questi organismi mediante estrazione acido-base, o estrazioni con solventi seguite da cromatografia su colonna silica-gel. Gli alcaloidi hanno una vasta gamma di attività farmacologiche tra cui antimalariche (ad es. chinina), antiasmatiche (ad es. efedrina), antitumorali (ad es. omoarringtonina), colinomimetiche (ad es. galantamina), vasodilatatorie (ad es. vincamina), antiaritmiche (ad es.Molte hanno trovato impiego nella medicina tradizionale o moderna, o come punto di partenza per la scoperta di farmaci. Altri alcaloidi possiedono attività psicotrope (es. psilocina) e stimolanti (es. cocaina, coffeina, nicotina, teobromina), e sono stati usati in rituali entheogenici o come droghe ricreative. Anche gli alcaloidi possono essere tossici (per esempio l'atropina, la tubocuraina)

Ha un ruolo importante nell'ecologia degli organismi che li sintetizzano. Gli alcaloidi svolgono un ruolo importante nei sistemi di difesa contro gli agenti patogeni e gli animali. Le applicazioni degli alcaloidi non si limitano al controllo biologico degli erbivori, ma hanno anche importanza farmacologica, veterinaria e medica.

Gli alcaloidi sono metaboliti secondari che portano uno o più atomi di azoto, per lo più nelle loro strutture ad anello. Più di 30000 diverse strutture di alcaloidi sono state trovate in natura. La maggior parte di essi deriva da precursori di aminoacidi, come la fenilalanina, la tirosina, il triptofano, la lisina, l'arginina e l'ornitina.

Gli alcaloidi si sono evoluti in natura come sostanze di difesa contro gli erbivori, e in misura minore contro i microbi o le piante concorrenti. Di conseguenza, la maggior parte degli alcaloidi mostrano una pronunciata tossicità. Molti alcaloidi interagiscono con elementi della trasduzione del segnale neuronale, come canali ionici, pompe ioniche, recettori dei neurotrasmettitori, enzimi che degradano i neurotrasmettitori e trasportatori. Gli alcaloidi citotossici spesso interferiscono con il DNA (tramite alchilazione o intercalazione) e i microtubuli e inducono l'apoptosi.

Di conseguenza, le piante con alcaloidi sono note come piante tossiche o come piante medicinali, perché possono interferire con obiettivi molecolari che sono rilevanti nelle condizioni di salute. Per esempio, la morfina è ancora usata come farmaco analgesico, la vinblastina, il paclitaxel e la camptothecin come farmaci antitumorali, e la galantamina e la fisostigmina come inibitori dell'acetilcolina esterasi.

L'uso degli alcaloidi in medicina (nel trattamento del cancro, delle malattie parassitarie, dei batteri patogeni e dei disturbi neuronali) e anche in agricoltura è un campo eccitante, perché molti alcaloidi non sono ancora stati scoperti, e nella maggior parte dei casi la loro esatta modalità di azione non è stata chiarita. Nuovi strumenti, come il Next Generation Sequencing, RNASeq, e la microscopia ad alta risoluzione, offrono la possibilità di comprendere l'attività degli alcaloidi a livello del DNA.

Questo numero speciale offre una piattaforma per tutti gli scienziati che lavorano sugli alcaloidi e si spera diventi un'importante fonte di nuove informazioni.