药物所研究生课件海洋生物

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1、 海洋天然产物化学 中国医学科学院药物研究所 n前言 n第一节 烃类 n第二节 甾醇 n第三节 单萜 n第四节 倍半萜 n第五节 二萜 n第六节 二倍半萜 C21呋喃萜及多异戊二烯衍生物 n第七节 三萜 n第八节 胡萝卜素类化合物 n第九节 皂苷 n第十节 大环内酯 n第十一节 聚醚化合物 n第十二节 含氮化合物 n第十三节 C15乙酸原化合物 前言 一 海洋中药概况 二 海洋生物活性物质研究概况 三 海洋生物活性物质资源 四 海洋天然产物的种系的分布 五 国外主要海洋生物活性物质 研究机构 六 使用中的部分海洋药物 七 海洋药物研究主要趋势 八 海洋药物研究九大重点领域 前言 n海洋天然产物

2、是 海洋化学的一个分支 研究从 海洋生物中提取的有机物质 包括脂肪族 芳 香族 萜类 甾醇和含氮 含硫等各种类型的 有机化合物 及其分离 提纯 性质以及利用 现代方法光谱技术 化学转变确定化学结构的 一门科学 海洋天然产物具有独特的化学结构 和各种各样的生理活性 对这些物质的研究中 国早在古代就积累了丰富的经验 前言 n目前 海洋天然产物化学仍是最活跃的研究 领域之一 对于海洋天然有机活性物质的提 取 半合成 全合成以及结构改造 从海洋 天然产物中寻找新的药物以有效地防治世界 上的一些疑难病症 如癌症 心血管疾病等 这些方面的研究丰富了海洋天然产物化学 的内容 前言 n海洋生物化学是研究海洋生

3、物的化学组成 代 谢以及生物体与海水环境间发生的生物化学过 程 它是海洋生物学的一部分 也是海洋化学 的一个重要领域 n海洋生物化学的研究有助于阐明生命起源和进 化 海洋生物生产力的化学基础和生物的活动 规律 并与海洋生物资源的开发利用等有密切 的联系 海洋生物的代谢 n海洋生物的代谢原理与途径 如光合作用呼吸 作用 能量代谢 以及一级代谢物 蛋白质 核酸 脂肪等 基本上与陆地生物相似 n但各种代谢细节 特别是次级代谢 则有着明 显的差异 生成了陆地上所没有的多样化的次 级代谢物 激 素 n海洋动物中含有某些糖蛋白 多肽 甾醇 酮基化合物等激素 以协调个体内的各细胞 保持全个体的统一 控制生物

4、体的各种机 能 如棘皮动物海星类的卵成熟激素 虾蟹 的变色和蜕皮激素等 n 由化学物质控制的生物之间的相互作用称 为化学感受 这些化学物质称为化学传讯物 质 信息素 n在生物种内起着控制诱导 告警 集群 辨 别家族等作用的传讯物质 称为信息素 n依对双方的利害 分别称为利己信息素和利 他信息素 化学感受现象在海洋生物中很明 显 以弥补它们在混浊 黑暗的环境中视觉 等功能的不足 海洋药物 n海洋生物的代谢物具有奇异的化学结构 不少 可用作药物 如由海产蕨藻中分离出的蕨藻 素 软体动物海兔中分离出的海兔毒素和骏河 毒素 海绵动物中分离出的海绵毒素 腔肠动 物中分离出的海葵毒素 以及沙蚕毒素 河豚

5、毒素西加毒素等 它们都是含芳香族 含卤和 含氮的化合物 具有抗菌 抗肿瘤 抗癌等药 效 其他代谢物 n海洋植物的光合作用与陆地植物一样 除主要依靠叶 绿素 a外 还有叶绿素 b和 c 色素蛋白 藻胆素 类胡萝卜素 叶黄素类等辅助色素 n海洋动物则含有类胡萝卜素和醌类 吲哚 吡咯类色 素 不少海洋动物和细菌能发光 这是一种酶的反 应 由发光蛋白质被氧化而发生的 在两极低温海区 生存的鱼体内的某种糖蛋白 是有效的抗冻组分 n物种系统发育的差别能反映到生物体内的各种代谢物 上 如色素 多糖和各种次级代谢物结构的差异上 这 些差异为海洋生物的分类 如科 属 种的划分 提 供了化学依据 这种分类被称为

6、化学分类 一 海洋中药概况 世界最早的医药文献之一 神农本草经 中就 有 文蛤主恶疮 蚀五痔 牡蛎强骨节 杀邪气 的记载 明代李时珍的巨著 本草纲 目 记载了近百种海洋生物的性 味功能和医 药价值 许多记载和论述与现代资料完全一致 有些仍是今天值得深入研究的课题 1 历代史书记载 诗经记载18种 山海经67种 尔雅74种 神农本草65种 本草纲目90余种 中药大辞典134种 中国药用海洋生物275种 中国海洋药物词典1600种 其中动物药1431种 藻类125种 矿物6种 2 海洋中药的效用 n扶正补虚 鲳鱼 带鱼 海鳗 鱼翅 n补肾壮阳 海参 海马 海龙 海狗肾 n滋阴补血 牡蛎肉 干贝 乌

7、贼肉 n平肝解毒 玳瑁 珍珠 石决明 n明目 珍珠 石决明 龟板 珊瑚 n清热 海藻 昆布 石花菜 紫菜 n利湿 毛蛤 文蛤 海带 裙带菜 n祛风燥湿 长吻海蛇 海鳗 虫纹东方豚 n清热止痛 乌贼骨 瓦楞子 海燕 海星 n驱虫 海人草 鹧鸪菜 二 海洋生物活性物质研究概况 n系统研究起源于上世纪60年 向海洋要药 5次国际会议 10册专著 n代低谷在上世纪70年代 1978年国际会议副 标题 神话还是现实 n高潮在上世纪80年代末 1988年国际会议 题目 海洋生物对生物医学的重要性 高潮兴起的原因 1 新药需求增大 2 研究技术重大进步 3 生物工程技术发展 4 认识趋向成熟 5 资金投入加

8、大 1 新药需求增大 n抗菌药物和抗生素的出现是辉煌成就 n新药研究难度加大 n内源性生物活性物质的发展 n海洋生物活性物质的大量发现 n药物工业类似石油工业面临由陆地转向海洋 2 研究技术重大进步 n海洋生物活性物质的样品采集 储存 n深水采集 冷冻 冷冻干燥 n筛选技术的进步 活性离体测定 n色谱分离技术的进步 n海上生物实验室的建立 3 生物工程技术发展 n生物工程技术的迅速发展渗透许多领域 n生物工程与海洋微生物学的结合 n利用微生物方法人工培养海泥中的海洋细菌 真菌 藻类 n目前已已成功的培养了300余种海藻 4 认识趋向成熟 n逐渐摈弃了简单 急躁 急功近利观念 n短期筛选转向深入

9、研究 n美国和日本成功地研究范例 n岩沙海葵毒素 Palytoxin PTX n西加毒素 Ciguatoxin CTX 5 资金投入加大 n美国 国家研究委员会每年5000万美元 国立癌症研究所每年5000万美元 n日本 海洋生物技术研究院约1亿美元 海洋科学和技术中心约1亿美元 n欧共体 海洋科学和技术约1亿美元 三 海洋生物活性物质资源 n海洋面积占地球表面积的70 n体积占生物圈的95 n动物界中28个主要动物门有26个生活在水中 8门为完全水生 n低等海洋生物物种为15万 20万 n从海洋资源中已经鉴定出了14000个新的化合 物结构 进行活性筛选的不过10 n在海洋天然产物方面至少已

10、经申请了300个专 利 较低等海洋生物物种种类 一 n 海洋细菌 1 500 n 海 藻 30 000 n 海 绵 10 000 n 腔肠动物 10 000 n 珊 瑚 5 000 n 水 螅 2 000 n 海 葵 1 000 较低等海洋生物物种种类 二 n 纽 形 动 物 900 n 苔 藓 虫 5 000 n 海 鞘 2 000 n 软 体 动 物 75 000 n 棘 皮 动 物 6 000 n 蛇 尾 纲 2 000 n 海胆与海参 1 100 四 海洋天然产物的种系的分布 腔肠动物化合物类型 腔肠动物 n腔肠动物有三个纲 水螅纲 钵水母纲 珊瑚纲 n水螅纲动物绝大多数海产 少数生活

11、在淡水中 腔肠 动物的淡水种类均属于本纲 单体或群体生活 大部 分种类生活史中有水螅型和水母型 少数种类只存在 水螅型或水母型 常见种类有水螅 筒螅 薮枝虫 桃花水母 钩手水母 僧帽水母等 n钵水母纲动物全部海产 水母型构造比水螅水母复 杂 水螅型不发达或完全消失 且常常以幼虫的形式 出现 代表种类有各种大型水母 如 海月水母 海 蜇 n珊瑚纲是腔肠动物门最大的一个纲 全部海产 常见 种类如红珊瑚 细指海葵 海仙人掌 腔肠动物门 Coelenterata 棘皮动物 n生物学家将海星 海胆 沙钱和海参都归为棘 皮动物 n棘皮动物是生活在海底 身体呈辐射对称的无 脊椎动物 棘皮动物的意思就是它们的

12、表皮犹 如荆棘一般 起名字的由来可能是因为大多数 这类动物的外表皮都由棘状的内骨骼支撑 内 骨骼由含钙的盘状物组成 n棘皮动物身体辐射对称 且大多为五辐对称 内骨骼多为一球形 梨形 瓶形 薄饼形 或 星形的钙质壳 壳由许多骨板组成 棘皮动物 海绵化合物类型 海绵 海绵是最原始的多细胞动物 2亿年前就已经生活在海洋里 至今已发展到1万多种 占海洋动物种类的1 15 从热带海洋 到南极冰海都有分布 被囊动物化合物类型 被囊动物 n被囊动物有2 000种以上 分为3个纲 海鞘纲 海 樽纲和尾海鞘纲 n海鞘纲 或海鞘 营固着生活 海樽类则营浮游生活 常成群 尾海鞘类是可自由游泳的 海鞘类附着 于船底

13、桩基侧面 海藻 珊瑚礁 甲壳类动物上 及海底 大小从几厘米到30公分都有 海樽类常形 成漂浮群 长达4公尺 尾海鞘类一般很小 肉眼很 难看得到 n被囊动物是食物链中重要的一环 如长在船体上会 令人厌恶 但有些种可用于制药 由于被囊动物是 软体的 因此没有早期被囊动物的化石纪录 异体住囊虫 躯体小而胖 背部 近平直 口位于前端 斜向背面 口腺小 尾部肌肉很窄 具两个纺 锤形的亚脊索细胞 尾部与躯体的 长度比为4 1 雌雄异体 在我国 沿岸水域 特别是南海 广泛分布 长尾住囊虫 躯体短而胖 具 发达的角质头巾 口斜向背部 没 有口腺和亚脊索细胞 尾部较硬 肌肉较宽而硬 伸至尾部近末端 鳍的末端为圆

14、形 尾 躯长度比为5 I 雌雄同体 我国沿岸水域较常 见 透明褶海鞘 躯体近长方形 体腔宽大 鳃腔发达 前端稍宽于 后端 内柱弯曲 尾部末端有 V 深 凹 尾部宽 后半部常有2对大的 对称的腺细胞 我国东海和南海有 分布 海藻化合物类型 海藻 n海藻是生长在海中的藻类 是植物界的隐花植 物 藻类包括数种不同类以光合作用产生能量 的生物 n它们一般被认为是简单的植物 主要特征为 无维管束组织 没有真正根 茎 叶的分化现 象 不开花 无果实和种子 生殖器官无特化 的保护组织 常直接由单一细胞产生孢子或配 子 以及无胚胎的形成 由于藻类的结构简 单 所以有的植物学家将它跟菌类同归于低 等植物的 叶状

15、体植物群 海藻 五 国外主要海洋活性物质研究机构 nUniversity of Hawaii nArizona State University nUniversity of Illinois nCenter of Marine Biotechnology University of Maryland nUniversity of the Ryukyus nUniversit t Mainz 六 使用中的部分海洋药物 n海洋生物单方药物22种 n海洋生物配伍其他药物制成的复方中成药152 种 n鱼油微丸 海星胶代血浆等新剂型 中国药典收载品种 中华人民共和国药典 收载了 海藻 瓦楞子 石决明

16、牡蛎 昆布 海马 海龙 海螵蛸等10余个品种 其他主要还有玳瑁 海狗肾 海浮石 鱼脑石 紫贝齿及蛤壳等 部分海洋药物 药物 来源 用途 阿糖腺苷 海绵 抗病毒 抗癌 海人草酸 红藻 驱虫 头孢菌素 真菌 抗生素 活性钙 贝壳 营养剂 鲎试剂 鲎 内毒素测定 琼胶 海藻 培养基 角叉胶 海藻 悬浮剂 褐藻酸盐 海藻 乳化剂 巴丹 衍自沙蚕毒素 农用杀虫剂 七 海洋药物研究主要趋势 一 海洋生物活性成分的研究 海洋天然活性成分的发现 海洋天然活性成分的结构优化 解决药源问题 二 发掘新的海洋生物资源 海洋微生物资源 海洋罕见的生物资源 海洋生物基因资源 海洋天然产物资源 海洋中药资源 以酶 受体作为靶点的高通量筛选 2 以蛋白质组学为基础 借助核磁共 振 质谱 基因数据库 高柱端识别等 技术 全面揭示化合物的生物学作用机 制 三 构建新的生物筛选技术 四 开展海洋化学生态学研究 n海洋化学生态学是结合海洋天然产物化学和 生态学方法 探讨海洋生物化学防御机制 追踪活性天然产物的生物源头及其生态学作 用 揭示海洋生态系统的化学本质 n研究海洋生态环境中活性化学物质在生物间 的信息传递方式 化学