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1、天然产物化学 Natural Product Chemistry 生物一次代谢和二次代谢 经过千百万年的进化，自然界的生物已具有复杂的多样性。同样，作为每 一种生物体内的化学成分，也变得多种多样。 这些成分中，有些是存在于几乎所有的生物中、对维持其生命活动必不可少。 比如糖、蛋白质、脂质、核酸等。 一次代谢产物（初生代谢产物） P. 1 有些一次代谢产物在特定条件下，会进一步通过代谢生成如萜类、生物碱等类 型的化合物。这些化合物通常对生物自身的生命活动不起重要作用。 二次代谢产物（次生代谢产物） 【注意初生代谢和次生代谢之间的分界线有时是模糊的（有的氨基 酸、多糖属于次生代谢产物，而很多甾醇又
2、属于初生代谢产物】 这些成分的结构会与其生物种类有关联 生物一次代谢和二次代谢 N CH3 O H O OOH HO O HO HO OH OOH HO O O O RO OH R = H, 谷甾醇 R = Glu, 胡萝卜甙 HO 生 物 种 类 基 因 代 谢 途 径 中 涉 及 的 酶 等 蛋 白 质 P. 1 P. 2 概念 天然产物化学是研究动物、植物及微生物的次 生代谢化学成分的学科，是在分子水平上揭示自然 奥秘的重要学科。 研究内容 各类天然产物的化学成分的 结构特点、物理化学性质； 提取分离方法； 化学成分的结构鉴定 。 P. 1 历史的足迹 诞生 K.W.Scheele 17
3、69 从天然物中得到酒石酸，苯甲酸等 16世纪初，中国人从中药中得到没食子酸，樟脑等 历史的足迹 发展 19世纪20世纪中叶 提取、分离、鉴定、合成一部分天然有机化合物， 但效率低下 HO O HO N CH3 H 18061952 历史的足迹 当代 20世纪70、80年代开始，随着色谱技术、电子和物 理技术的进一步发展，人类对天然有机化合物的 提取、分离、鉴定开始以极高速度发展。 分离：由常规的重结晶法，正、反相硅胶层析、氧化铝 层析、活性碳层析低压快速层析、逆流液滴分溶 层析、高效液相层析、气相层析，以及用于分离大小分子 的各种凝胶层析，用于分离水溶性成分的各种离子交换树 脂层析、大孔树脂
4、层析等方法。 结构研究：NMR, MS, IR, UV等光谱分析技术 （如果有纯 净的单晶，可运用X-射线衍射法直接在较短时间内得到化合物 的具体结构） 历史的足迹 当代 生物活性研究：利用离体实验 (in vitro) 和在体实验 (in vivo)，考察化合物的抗氧化、抗肿瘤等药理作用。 开发 （将发现到的生物活性成分开发为功能食品） 生物活性成分食品 天然产物化学食品工业发展 发现 （从传统的民间特色食品、滋补品中发现潜在的药用 成分或者保健成分） 基础研究 应用研究 一、食品活性成分 例：乌饭树叶山矾 乌饭树叶山矾 (Symplocos vacciniifolia) 保健甜茶 目的：揭
5、示乌饭树叶山矾叶被作为保健甜茶的化学基础 研究方法 将植物鲜叶用70稀酒精提取 提取物用水混悬后用 大孔吸附树脂柱层析 分离 甜味部分经过硅胶柱层析、凝胶柱层析等方法分离 单体化合物 光谱鉴定结构 甜味跟踪 甜味跟踪 经实验，发现A, B部分均有甜味 T-1 T-2 T-3 A部分B部分 分离 将得到的T-1, T-2 和 T-3 核磁共振氢谱（1H NMR） 核磁共振碳谱（13C NMR） T-1的 1H NMR T-1的 13C NMR OH Glc-O OH O Confusoside T-1 T-3的 1H NMR T-3的 13C NMR T-3 OH Glc-O OH OH OH
6、O sieboldin T-2的1H NMR 显示其可能为两种二氢查 儿酮同分异构体的混合物，但是这两者 用多种常规方法都分离不开 分离 T-2a 和T-2b用聚酰胺柱层析分离得到。 聚酰胺薄层层析 展开剂:甲醇：水：乙酸 = 1：1：0.01 T-2a T-2b O 1 -OGlc T-2a 的结构片段 ESI-MS: 436 3 -OH OOH O OH OHOH HO O OH HO T-2a的氢-碳远程相关谱 化合物 T-2a 的1H-NMR glc 62, 5, 5, 3, 6 O OH OH 1 2 3 4 5 6 2 OH Glc-O 4 3 5 6 1 a 化合物 T-2a 的
7、13C-NMR C=O4, 23, 4 1, 6 6, 5,2,1,5,3glc OOH Glc-O OH OH 1 2 3 4 5 6 2 4 3 5 6 1 a T-2b的1H NMR 3, 5 2, 65, 3 Glc O Glc-O OH OH 1 2 3 4 5 6 2 OH 2-OH 4 3 5 6 1 a T-2b的13C NMR C=O2,6,4, 41, 2, 63, 5,1, 1” 3,5 glc trilobatin OOH Glc-O OH 1 2 3 4 5 6 2 4 3 5 6 OH 1 a OOH Glc-O OH R1 R2 confusoside (T-1)
8、: vacciniifolin (T-2a): trilobatin (T-2b): sieboldin (T-3): R1 = H R1 = H R1 = OH R1 = OH R2 = H R2 = OH R2 = H R2 = OH 经过研究证明 其甜味成分是 trilobatin； 将新化合物T- 2a命名为 vacciniifolin。 功能食品(Functionnal Food) 指调节人体生理功能、适宜特定人群食用、不以治疗 疾病为目的的一类食品。 二、功能食品的开发 1 功能食品对功效成分的要求 功效成分(Functional composition)又称为功能因子、活性成分，
9、这种 具有生理活性的功效成分以定量关系存在于食品中即成为功能食品，使 其具有普通食品所没有的或不强调的调节人体生理节律、预防疾病、促 进健康的第三功能。 根据现代功能食品发展趋势的要求，即第三代功能食品对功 效成分的要求主要有以下几个方面： 有明确的生理调节功能，并通过动物及人体验证其所具有的特 定功能界定范围； 结构、含量、作用机制、在食品中的配伍性和稳定性有定性定 量的研究和明确的标示，并有质量标准和相关检测方法； 安全，无毒，无副作用； 工业化的与环境友好的生产工艺与良好的经济性，较药品为低 的产品价格。 2. 功能食品功效成分的种类 A. 活性多糖 真菌多糖、膳食纤维、果胶等； B.
10、功能性低聚糖； C. 活性蛋白质大豆蛋白、天花粉蛋白等； D. 氨基酸类牛磺酸、精氨酸、褪黑素(色氨酸衍生物)等； E. 维生素及维生素类似物； F. 无机盐及微量元素； G. 功能性酯类 亚油酸、亚麻酸等； H. 功能性醇类 植物甾醇等； I. 活性菌乳酸菌、双歧杆菌、酪酸菌、益生素(双歧因子)等； J. 藻类螺旋藻、腺孢藻等； K. 自由基清除剂超氧化歧化酶(SOD) 等； L. 黄酮和酚类银杏黄酮、大豆异黄酮、茶多酚、葛根素等； M. 皂苷人参皂苷、三七皂苷、大豆皂苷、绞股蓝皂苷等； N. 功能性色素栀子黄素、番茄红素等； O. 其它大蒜素、有机酸等。 按保健功能分类，我国卫生部批准的计
11、23类 分别是：免疫调节、延缓衰老、调节血酯、调节血 糖、调节血压、改善记忆、改善视力、改善胃肠功 能、促进生长发育、辅助抑制肿瘤、改善骨质疏松、 抗疲劳、促进泌乳、改善营养性贫血、耐缺氧、抗 幅射、抗突变、改善睡眠、美容、减肥、清咽利喉、 解毒和对化学性肝损伤有辅助保护作用等类。 现代功能食品(第三代功能食品)被称为“21世纪的食品”。自20世 纪未开始，功能食品市场得到迅速发展，至今全球功能食品功效 成分产品的销售额已超过100亿美元。据预测，未来10年内，全 球功能食品的市场份额将以每年10的速度增长，显示蓬勃的生 机和广阔的前景。 三、天然产物化学与药物研发的开发 中草药天然药物 天然
12、药物的物质基础是什么？ 许多药剂的发现就是源于天然产物。 由于天然产物提供的活性物质结构新颖，具有高效低毒的 优点，所以是新药的主要来源。 P. 3 活性更好的 天然产物 P. 3-5 三、天然产物化学与药物研发的开发 先导化合物（lead compound） 结构修饰 有活性的 天然产物 Lead compound 绪论（1） 植物成分提取分离法（3） 结构鉴定的光谱方法（ IR, UV, MS, NMR）（2） 生物碱类化合物（2） 黄酮类（4） 单萜、倍半萜类（2） 皂甙、三萜类（2） 植物激素、昆虫信息素、农用天然产物（2） 海洋天然产物（2） 教学安排计划 综合成绩： 考试成绩：70
13、 平时成绩：30 第一章 小结 掌握天然产物化学的概念和研究内容； “先导化合物”的概念及其在药物研发中的作 用； 了解该学科的总的发展历程； Homework：思考该课程与食品行业之间的 联系（广查资料）。 P. 9 推荐参考书： 天然产物化学，徐任生，科学出版社 天然药物化学，姚新生，人卫出版社 中草药有效成分提取分离，上海科技出版社 关于有机化合物光谱鉴定技术的书籍（有兴趣的可以看看） 。 活性多糖： 活性多糖专指具有某种特殊生物活性的多糖化合物。 目前从天然产物中分离的活性多糖已达300多种， 其中以从植物(尤其是中药)和真菌中提取的水溶性 多糖最为重要。增强机体免疫功能是活性多糖的共
14、 同特性，也是活性多糖发挥其生理或药理作用的基 础。 活性多糖： 目前已开发应用的活性多糖有：灵芝多糖、银耳多 糖、银耳孢子多糖、香菇多糖、云芝多糖、羧甲基 茯苓多糖、猪苓多糖、密环菌多糖、裂褶菌(胞内和 胞外)多糖、人参多糖、黄芪多糖、枸杞多糖、刺五 加多糖、牛膝多糖等。 另外也有广泛开发应用的膳食纤维和各种果胶。 类黄酮： 银杏叶内含有多种化学成分，包括类黄酮、萜类和多烯醇类 等，其中主要活性物质是类黄酮。 银杏叶提取物的生物学功能主要有：降血脂，并有抗心肌缺 血、抗氧化及改善血液流变性等作用；对心脑血管具有改善 和保护作用；抗凝血，防止动脉硬化；清除自由基，抗衰 老；保护肝脏，抑制乙醇所
15、致的胃损伤；抑制亚硝胺等物质 的致癌作用及抗炎、镇痛等。 目前，国际上银杏叶提取物制品已达30多 种，年销售额约20亿美元，是植物提取物中 得到成功开发的产品之一。韩国每年销售与 银杏叶相关的保健食品的销售额高达1.3亿 美元，银杏叶被列为继高丽参之后的第二大 保健食品绿色宝藏资源。 类黄酮： 茶多酚是从茶叶中提取的以多酚 类为主的物质，包括儿茶素(黄烷 醇)类、黄酮醇类、花青素、酚酸 等，其中儿茶素占多酚总质量数 的60 80。 茶多酚抗氧化能力比维生素E强18 倍，对细胞膜与细胞器具有保护作用， 从而可延缓衰老；在一定程度上有辅助 抑制肿瘤形成的作用，可提高癌细胞机 体的免疫功能；有较强的降低血清 LDLC水平；还具有抗疲劳、抑菌及 抗病毒作用，对尼古丁和吗啡有一定的 解毒作用。国内外科学家已将茶多酚列 为最有前途的功能食品的功效成分之 一，进入规模开发阶段。 第二章 天然产物的提取分离法 第一节 经典的提取方法 第二节 层析分离方法 要充分开发利用植物资源，首先必须从复 杂的植物组成成分中提取分离出具有价值 的单纯成分。 天然
