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天然产物的生物转化研究进展
冯 冰,马百平X
(军事医学科学院放射医学研究所,北京 100850)
摘 要:以植物细胞培养、微生物和游离酶为生物催化剂的生物转化技术,广泛用于天然产物的合成和对先导化合物的结构改造,其反应包括水解、羟化、糖基化、酯化等多种类型,在生物转化体系的筛选、转化条件的优化、转化率的提高及酶的分离纯化方面取得了一些进展。这对于增加天然产物结构多样性、寻找药物先导化合物、促进珍稀物种资源可持续利用、提高生产效率、降低成本等多个环节均有广泛的应用价值。
关键词:天然产物;生物转化;微生物;游离酶;细胞培养
中图分类号:R282.1 文献标识码:A 文章编号:02532670(2005)06094105
Advances in studies on biot ransformat ion of natural pr oducts
FENG Bing,MA Bai-ping
(I nstitute of R adiation M edicine,Aca demy of Military Medical Sciences,Beijing100850,China)
Key wor ds:natural products;biotr ansfor mation;microorganism;free enzyme;cell cultur e
生物转化(biotr ansfor mation)是利用植物离体细胞或器官、动物细胞、微生物及其细胞器,以及游离酶对外源性化合物(exogenous substrat e)进行结构修饰的生化反应。近年来,随着基因工程、细胞工程、酶工程技术的不断发展和完善,使该项技术广泛用于天然化合物的结构修饰和合成、有机化合物的不对称合成、药物前体化合物的转化、光学活性化合物的拆分和药物代谢研究等诸多领域。
酶及酶体系能将许多天然化合物转化为具有较高生物活性的物质。近年来开展的采用植物细胞、微生物和游离酶对天然化合物如人参皂苷、三七皂苷、大豆皂苷、甘草皂苷、甾体化合物等进行结构修饰的研究已取得可喜的进展。
1 水解作用
研究显示,糖链的结构对皂苷生物活性起着非常重要的作用。如含有从黄山药中提取的8种甾体皂苷的中药制剂——地奥心血康胶囊对冠心病、心绞痛、心肌缺血等症有显著疗效,其中皂苷结构上的差异只是糖链的不同;它们的苷元与薯蓣皂苷元类似,而薯蓣皂苷元却不具有上述疗效,反而有明显的细胞毒性作用。甾体皂苷是植物中一类重要的生物活性物质,具有多种生理活性。目前对其生物活性的研究已从溶血、抗生育等方面转向更有应用前景的抗癌、抗真菌、治疗心血管疾病、调节免疫以及治疗糖尿病等方面。由于甾体皂苷结构的复杂性,合成难度较大。通过生物转化的方法得到高活性、低毒性的甾体皂苷已成为该领域的发展趋势。
人参皂苷是人参中的主要活性成分。近年来,人参皂苷以其独特的生理和药理活性,特别是在抗癌、抗氧化及抗衰老方面的疗效使其成为最有开发潜力的化合物之一。由于含有不同糖链的人参皂苷生物活性和毒性不同,因此,希望通过酶的水解作用来对其进行结构改造,以获得高活性的人参皂苷。金东史等[1]利用人参皂苷-B-葡萄糖苷酶将人参中含量较高的皂苷——R b、Rc和Rd等原人参二醇类皂苷转化,得到具有高抗癌活性的人参皂苷R h2;董阿玲等报道了利用49种微生物菌株对人参皂苷Rg1进行生物转化研究,发现
X收稿日期:2004-09-20
*通讯作者 马百平(1966—),男,山东德州市人,博士学位,现于军事医学科学院放射医学研究所从事中药有效成分研究及新药研究开发。 T el:(010)66930265 E-mail:ma bp@s https://www.doczj.com/doc/b316990154.html,
小型丝状真菌黑曲霉As p er gillus niger 3.1858和蓝色犁头霉Absid ia coer ulea 3.3583能在6d 后将Rg 1C20位的糖基水解,完全转化为弱极性代谢产物R h 1——具有强抗癌活性物质;这种转化方式与以往报道的Rg 1在小鼠胃、小肠以及人小肠内代谢的方式不同。并由此推测,真菌酶体系中的水解酶对Rg 1C20位的葡萄糖有特异的立体选择性,而对C6的葡萄糖则选择较低。与此同时,他们还利用49种微生物对三七中主要皂苷成分——人参皂苷Rb 1、Rg 1、Rd 、Rb 2、Re 、Rg 2及三七皂苷R 1进行了系统的生物转化研究,通过反复探讨,建立了4种能够大量培养,对人参皂苷Rb 1、Rg 1、Rd
和三七皂苷R 1(图1)进行生物转化的真菌转化体系,并已从4种真菌体系中得到8个转化产物,其中Rd 和Rh 1的转化率达85%以上,转化产物人参皂苷Rg 3、R h 2、R h 1在人参属
植物中都是微量成分,具有强抗肿瘤活性,这对稀有人参皂苷的生物转化制备、新药开发及进行工业化生产具有重要的应用价值。同时系统地比较了8种真菌转化体系对三七中7
种主要皂苷类成分生物转化的底物特异性,显示新月弯孢霉Curvula r ia lunata (Wald.)Boed.3.1109和3.4381、顶头孢Cep ha lo spor ium acr emonium Cor da 3.2058、Cephalospor ium ap hidico la Saccar do 3.2059只能转化原人参二醇型皂苷,不能转化原人参三醇型皂苷;少根根霉Rhizo p us a r rhizus F is-cher 3.2896和3.3538主要转化原人参二醇型皂苷;黑曲霉Asperg illus niger V.T iegh 3.1858和蓝色犁头霉Absidia coer ulea Bain 3.3538只能转化原人参三醇型皂苷,而不能转化原人参二醇型皂苷。这些研究为进一步探讨酶的作用机制及转化规律奠定了坚实的基础[2]
。
图1 人参皂苷Rb 1转化为人参皂苷Rh 2(A )和三七皂苷R 1转化为人参皂苷Rh 1(B )F ig .1 Ginsenoside Rb 1tr ansf or med to ginsenoside Rh 2(A )and P anax notoginseng
saponin R 1tr ansfor med to ginsenoside Rh 1(B )by f ungi 大豆皂苷具有多种生理活性。许多研究表明大豆皂苷所带的糖分子数目越少,其豆腥味越弱,而生理活性越高。利用某些微生物体内的酶体系去除大豆皂苷的部分糖基,不仅去除了豆制品的豆腥味,而且还产生抗氧化、调血脂等特殊功效。田晶等利用8种霉菌菌株对7种大豆皂苷糖苷键的水解能力进行探讨,筛选得到米曲霉Asperg illus oryza e (Ahlb.)Cohn 39s 、黑曲霉848s 和米曲霉慢s 3种菌株所产的B -葡萄糖苷酶活性较高,均对大豆皂苷的糖基有水解作用,使其转化成低糖基皂苷及苷元[3];并且对酱油制曲过程中大豆皂苷的变化与A .oryza e 39s 、A .oryza e 42s 和A .nig er 848s 菌株对大豆皂苷酶解的变化进行了比较,通过研究发现,两种过程所产生的新皂苷很相似;同时还发现,酱油发酵过程中大豆皂苷组成和含量都发生变化。一方面,由于酱油曲子中含有水解大豆皂苷糖基的酶,可以水解部分糖基,产生低糖链、高活性的大豆皂苷;另一方面,大豆皂苷在酱油发酵过程中含量随时间增加,由10.40mg/mL 增加到30d 时的19.00mg /mL 。采用sp .848s 和sp .42s 菌株制曲(与实际酱油发酵工艺中所用菌株相同),对这一变化规律研究发现,两种菌株所产的糖苷类酶中,除有水解大豆皂苷的水解酶外,还有能连接上糖基的酶——糖基转移酶[4]。说明大豆皂苷在
制曲过程中的变化机制与酶解作用相同,都是在水解酶的作用下将大豆皂苷的糖基水解或在糖基转移酶的作用下得到糖基增加的皂苷。这一规律对酱油生产过程中有效控制发酵时间以便有效控制实际大豆发酵制品的生理功能非常有意义。
甘草皂苷是甘草中主要的活性成分,具有多种生理活性。近年来研究发现甘草皂苷对艾滋病病毒(HI V)的增殖有显著的抑制效果,甘草皂苷在0.5mg /mL 可抑制98%以上的HIV 病毒的增殖。但因其有潴钠排钾的副作用,过多服用导致人体电解质平衡失调而使临床应用受到限制。很多研究结果表明,甘草皂苷的生物活性与其B -葡萄糖醛酸基有密切的关系,去除部分糖基往往能改变或提高其生理活性。如去除甘草皂苷C3位最末端一分子的B -葡萄糖醛酸基,可得到单葡萄糖醛酸基甘草皂苷(mono -B -glucuronide -glycyr r hizin ,GAM G)。鱼红闪筛选出一种黑曲霉s p .48菌株,具有将甘草皂苷水解为GAM G 的酶活力,转化率达10%左右[5]。吴少杰等利用米曲霉39和黑曲霉U V -48两种菌株将甘草皂苷转化为单葡萄糖醛酸基皂苷元,但转化率还较低,有待进一步改善[6]。未转化的甘草皂苷利用树脂柱回收循环利用,有效地提高了实际转化率。利用长春花植物细胞悬浮培养也能将
甘草皂苷C3位的二分子葡萄糖醛基水解,生成甘草次酸(甘草皂苷元)[7]。研究表明,陈甘草(其中甘草皂苷较多地分解为甘草皂苷元)对于治疗消化道溃疡更为有利,甚至认为甘草皂苷元是甘草皂苷中的活性成分。
一枝黄花皂苷I为C3位连有一分子葡萄糖和C28位连有4分子不同单糖的五环三萜类皂苷,可抑制酶母菌如白色念珠菌的生长,并有一定的细胞毒性作用。Ger d等利用柚苷酶将其C28末端的鼠李糖水解;而利用商品B-葡萄糖苷酶、纤维素酶和桔皮苷酶,在相同条件下,均不能水解一枝黄花皂苷é的糖基。认为主要是由于这些酶具有很强特异性所致。研究还发现,利用B-葡萄糖苷酶的粗酶能水解其C3位的葡萄糖基;再用柚苷酶,将其C28位末端的鼠李糖水解;然而,相反的转化顺序,即先用柚苷酶,再用B-葡萄糖苷酶却得不到相同的转化产物。认为,酶的水解特异性和水解得到的终极产物不仅依赖于酶的类型,而且还依赖于酶联合使用时的顺序[8]。
通常,某些酶和微生物很容易使呋甾C26脱去一个糖基而环合为相应的螺甾。而JIN等从小花盾叶薯蓣Dioscor ea pa rvif lo r a C.T.Ting的新鲜根茎中分离到一种C3位含有4个糖基和C26位含有一个糖基的呋喃甾烷型皂苷——小花盾叶薯蓣苷(par vifloside),通过不同酶降解研究发现,B-葡萄糖苷酶能使其C26、C3位同时脱糖,F环重新环合得到相应的一系列脱糖基螺甾皂苷;而纤维素酶粗酶不但使其糖链逐个脱掉转化为相应的螺甾皂苷,而且能使其转化为一系列脱糖基呋甾皂苷。通过对酶解现象研究分析,认为B-葡萄糖苷酶可能对呋甾皂苷C26位的B-葡萄糖基有很强的区域选择性,而对C3位同样是B-葡萄糖基且水溶性较差的三糖基螺甾皂苷选择性较低;而纤维素酶粗酶中的B-葡萄糖苷酶活性可能较低,区域选择性较差,不仅能使小花盾叶薯蓣苷转化为相应的去糖基螺甾皂苷,而且能转化为一系列去糖基呋甾皂苷。这种纤维素酶粗酶的生物转化可能是建立甾体皂苷分子库的最佳方法,也可能是植物中甾体皂苷分子变化的重要途径[9]。
植物细胞悬浮培养具有水解醋酸基的能力已有报道。烟草N icotiana taba cum L.细胞悬浮培养对A-萜品醋酸盐的水解具有对映选择性,这种选择性对外消旋化合物的光学拆分具有非常重要的意义。如烟草细胞悬浮培养对龙脑醋酸盐、异龙脑醋酸盐和异松莰烯醋酸盐进行转化,碳原子上具有醋酸基的R-构型异构体优先被水解;少根紫萍Spir odela olig-orr hiz a(Kurz)Hegelm.细胞悬浮培养将(RS)-1-苯乙基醋酸酯及其衍生物水解,仅得到R-构型醇[7]。烟草植物细胞悬浮培养能将香芹肟(car voxime)和双氢香芹肟(dihydr ocar-voxime)转化为相应酮。罂粟P ap aver somnif erum L.植物细胞悬浮培养也能将蒂巴因(Thebaine)转化为相应的醇[7]。桔梗悬浮细胞培养将天麻素脱去葡萄糖残基,转化生成对羟基苯甲醇[10]。
2 羟化作用
碳氢化合物中非活泼C—H键的羟化是一种非常重要的生物转化反应,传统有机化学合成几乎不能进行这样的直接羟化反应。自1952年微生物法合成糖皮质激素进入商品化生产以来,羟基化的生物转化技术成为甾体药物或其中间体合成路线中不可缺少的关键技术。
微生物及其酶体系能够在甾体化合物的C1至C21和C26位进行羟基化,以提高其生物活性和制备中间体。对甾体化合物11A-、11B-、15A-和16A-位羟基化技术,已应用于甾体药物的工业化生产,主要生产肾上腺皮质激素及其衍生物。对于甾体化合物的生物转化进展,Fer na ndes等已做了详细的综述[11,12]。
青蒿素是我国从中药中自主开发的抗疟药物,有文献报道,青蒿素类成分的水溶性与其活性有关,陈有根等分别利用灰色链霉菌Str eptomyces gr iseus(Kr ainsky)Waksman et Henr ici 在青蒿素及其衍生物蒿甲醚结构中引入了羟基,得到9A-羟基青蒿素,而其抗疟作用活性中心过氧桥并未发生任何改变,体外抗疟实验表明该化合物具有抗恶性疟原虫FCC-1的作用[13],这在有机合成中是较难做到的,对新药的开发具有重要的现实意义。占纪勋等利用中华根霉Rhizo p us chinensis Saito和雅致小克银汉霉Cunningha mella elega ns Lendn对青蒿素转化得到去氧青蒿素(deoxyar temisininê)、3A-羟基去氧青蒿素(3A-hydroxydeoxyar temisinin?)和9B-羟基青蒿素(9B-hydrox-yar temisininì),前两种化合物同时过氧桥断裂而丧失抗疟活性,空白试验显示,底物在不加微生物的相同培养条件下依然能转化为去氧青蒿素。提示青蒿素对氧桥断裂失去一个氧原子成为去氧青蒿素可能是土豆培养基中铁元素的作用所致[14]。利用植物细胞培养也能实现青蒿素的生物转化。对青蒿素在掌叶大黄毛状根培养体系中转化为去氧青蒿素[15];利用长春花和银杏植物悬浮培养均能将青蒿素C3位羟化,同时中心过氧桥断裂失去一个氧原子形成3A-羟基去氧青蒿素[16]。尽管这些研究结果并未达到预期的目的,但对进一步生物转化研究有非常重要的参考价值。
植物细胞悬浮培养对外源性目标化合物进行羟化反应的区域选择性和立体选择性非常重要[17,18]。烟草植物细胞悬浮培养能将里哪醇(linalool)、双氢里哪醇(dihydr olinalool)及其醋酸酯结构中isopropyr idene部分的反式甲基羟基化,得到相应的8-羟基衍生物;同样,能在萜类化合物丙烯基的双键上羟基化,形成相应的烯丙醇。表明特定的植物细胞悬浮培养具有较强的区域选择性[7]。植物细胞悬浮培养的羟化反应几乎都有一定的立体选择性。萜类化合物的羟化通常发生在:(1)B-萜品醇及其醋酸酯的C-4位,形成反式异构体结构的羟基化合物;(2)A-萜品基醋酸酯内环联接的羟化形成反式二醇构型:(3)C-萜品基醋酸酯羟化后得到与1-醋酸基成反式构型的二醇[7]。对映选择性的研究表明(4R)A-萜品醇及其醋酸酯C6位羟化形成其(4S)—对映体构型;另一方面, (4S)A-萜品醇及其醋酸酯乙烯基羟化形成其(4R)-对映体结构。因此,利用植物细胞悬浮培养可以辨别底物和转化产物的对映体构型。这种发生在双键丙烯位及双键上的羟化对映选择性可能是由培养细胞不同的酶体系催化所致[7]。
3 糖基化作用
糖基化可促使水不溶或溶解性不好的化合物转化为水溶性化合物。由于化学合成和微生物体系较难完成糖基化反应,因此,植物细胞体系在这一反应中起着重要的作用。同时外源化合物被植物悬浮细胞培养糖基化后,理化性质与生物活性也发生较大改变,如丁酸通过灰叶烟草N icotiana plumb a ginif olia Viv.悬浮细胞培养糖基化得到其糖苷,增加了在体内的半衰期。洋地黄毒苷元(digiloxigenin)糖基化后其药理活性更强,副作用更小。水杨酸转化为水杨酸氧苷后,小鼠口服给药作用更快更强且长期给药不会诱导胃癌。
氢醌(hydr oquione)是酪氨酸酶活性抑制剂,但刺激性强、副作用大,仅在临床中限量使用。赵明强等利用人参毛状根在培养22d后,加入氢醌培养24h,使其转化为熊果苷,转化率达89%。研究表明,人参毛状根生长迅速、遗传稳定、皂苷含量高、培养方便,是一种新型的培养体系。转化机制研究认为,氢醌可能在毛状根中尿苷二磷酸葡萄糖(ur idine diphosphate glucose,U DPG)糖基转移酶作用下,其富含的葡萄糖高能活化形式—UDPG与氢醌生物合成为熊果苷,苷元既可以是植物次生代谢产物,也可以是从环境中吸收。氢醌转化为熊果苷后,其水溶性增强,毒性降低,扩大了使用范围[19]。由于糖基化条件可控,产量高且稳定,为工业化开发人参属植物所不能合成的天然化合物奠定了基础。
Xu等发现在库页红景天R hodiola sacha linensis细胞中含有的珞醇(t yr osol)葡萄糖基转移酶(T Gase)具有很高的酶活性,通过将3mmol/L的珞醇在库页红景天细胞中培养,几乎95%的珞醇被转化为柳得珞苷(salidr oside);研究还发现,过高的底物浓度由于对植物细胞的毒性作用而阻碍生物转化反应。该转化产物具有抗氧化、抗微波辐射和抗疲劳等药理活性[20]。
Kawaguchi等用夹竹桃科的旋花羊角拗S trophanthus gr atus(Wall.et Hook.ex Bent h.)Baill.和S.amboensis DC.混合悬浮细胞培养,将洋地黄毒苷元同时羟化和糖基化,生成洋地黄毒苷的异构体17B H-杠柳苷元-B-D-葡萄糖洋地黄毒苷(17B H-per iplogenin-B-D-glucoside)[21]。
Hir ata等利用烟草植物细胞悬浮培养将羟基香豆素转化为相应的B-D-葡萄糖苷。转化机制研究显示,在培养过程中,羟基香豆素能使植物细胞DNA断裂,细胞内的植物抗毒素、东莨菪素被分泌,继而羟基香豆素被转化为相应的糖苷,而转化产物——B-D-葡萄糖苷则不引起植物细胞DNA的断裂。由此推论,这种糖基化作用可能是植物细胞抵御羟基香豆素毒性的一种反应[22]。
Shimoda等利用长春花Ca thar a nthus r oseus(L.)G. Don植物细胞悬浮培养对2-、3-、4-羟基苯甲醇和2-、3-、4-羟基苯甲酸作为反应底物研究发现:1长春花植物细胞悬浮培养能将羟基苯甲醇转化为相应的糖苷,樱草糖苷(pr imevero-side)和巢菜糖苷(vicianoside);这种糖基化反应具有区域选择性,主要进攻苯甲基的羟基基团,转化特异性顺序为3-羟基衍生物>2-、4-羟基衍生物。o长春花植物细胞悬浮培养能使3-、4-羟基苯甲酸的羟基和羰基糖基化;另一方面,也能使2-羟基苯甲酸的C5位羟化,转化为2,5-二羟基苯甲酸;由此推测,在长春花植物生物体内可能存在着由水杨酸转化为2,5-二羟基苯甲酸的合成方式[23]。
华蟾毒精是蟾蜍中的主要蟾蜍甾烯类成分。体外实验表明,它们对多种肿瘤细胞株均具有较强的抑制作用。叶敏等利用长春花植物细胞悬浮培养对华蟾蜍精进行生物转化研究表明,长春花细胞体系对华蟾蜍精具有很强的转化能力,可以选择性的对华蟾蜍精C-16位进行糖基化修饰,经过6d与长春花细胞培养的底物几乎全部发生转化。研究发现,蟾蜍甾烯天然的结合方式均为与有机酸形成酯键,而未见有与糖基形成苷键的化合物[24]。因此,利用外源性植物酶体系的糖基化能力,催化天然产物生成糖苷,体现了生物转化的优势。
4 结语
生物转化是一门以有机化学为主与生物科学密切交叉的前沿学科,它涉及到微生物学、生物化学、遗传学、生物化工、化学及化工等诸多领域。人们对天然产物生物转化的研究目前还多集中于生物催化的生物、植物细胞及其酶的筛选上,对生物转化的机制、酶的分离及酶的性质研究还不多,生物转化的底物选择性、立体选择性的深入的规律性研究就更少,还很难达到有目的地进行定向转化的应用境地。天然药物大多为分子结构复杂的有机化合物,将生物转化和生物催化技术引入天然药物的研究,包括药物设计、资源开发以及新天然活性先导化合物的发现与筛选等各环节,从而研发出具有自主知识产权、有中国特色的创新药物,或开发新型药物原料资源有重要的理论意义和实用价值。
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单克隆抗体在中草药研究中的应用前景
朱学泰1,马瑞君1*,谢 溱2X
(1.西北师范大学生命科学学院,甘肃兰州 730070; 2.兰州生物制品研究所,甘肃兰州 730046)
摘 要:单克隆抗体技术作为一项成熟的生物学技术,在医学和生物学领域应用普遍,但在中草药研究领域中的应用国内鲜有报道。对单克隆抗体应用于中草药研究的可行性进行分析认为,中草药中的许多有效成分都可以通过杂交瘤技术得到其单克隆抗体。利用免疫学技术,单克隆抗体以其灵敏、精确、迅速和简便等特点,可用于药物原材料的分析、中草药有效成分的纯化以及药物分析方法的建立等诸多方面,可望在中药研究和加速中药现代化的进程中起重要的作用。
关键词:单克隆抗体;中草药;免疫技术
中图分类号:R282.1 文献标识码:A 文章编号:02532670(2005)06094503
Application prospect of monoclonal antibody in Chinese herbal medicine st udy
ZHU Xue-tai1,MA Rui-jun1,XIE Zhen2
(1.College of Life Science,Nort hwest Nor mal University,Lanzhou730070,China;
https://www.doczj.com/doc/b316990154.html,nzhou Instit ut e of Biological Pr oduct s,Lanzhou730046,China)
Key wor ds:monoclonal antibody;Chinese her bal medicine;immunotechnology
1 单克隆抗体的特点及其研究进展
单克隆抗体是指由一个B淋巴细胞克隆产生的抗体。每一个B细胞表面的抗原受体只特异性的识别一种抗原决定簇,因此,一个B细胞克隆产生的抗体是同一克隆的。但由于B淋巴细胞在体外很难培养,单克隆抗体便无法大量获得。1975年,Kohler和Milstein发现将小鼠骨髓瘤细胞和经绵羊红细胞免疫的小鼠的脾细胞进行融合,形成杂交细胞,然后对杂交细胞进行细致的筛选,得到既可产生相应抗体又可无限增殖的杂交瘤细胞克隆,从而创立了杂交瘤技术。应用杂交瘤技术,单克隆抗体的大量获得成为可能,这一技术此后在生物学和医学研究及临床上得到了普遍的应用,并发挥了重要的作用。单克隆抗体因为是由同一个B细胞克隆产生的,因此具有纯度高、特异性强、利于试验标准化及可大量生产供应等优点。建立在单克隆抗体基础之上的免疫定性、分离、分析检测技术,如免疫沉淀技术、免疫荧光技术及胶体金技术等,在实验、临床及生物制品生产过程中都发挥着重要
X收稿日期:2004-10-28
作者简介:朱学泰(1979—),男,甘肃金昌人,助教,硕士,主要从事免疫学研究。 E-mail:zhu xutai@https://www.doczj.com/doc/b316990154.html, *通讯作者 马瑞君 Tel:(0931)7971530
天然产物研究进展 姓名：张真真学号：20115051247 化学化工学院化学专业 指导老师：曹新华职称：讲师 摘要：随着社会的不断发展，科技的不断进步，人们的各种观念也在随之改变。特别是对身心的健康越来越重视，对环境、食物、医药、日常用品等要求也是越来越高。所以没有危害成份的纯天然产物就越来越受广大人群的喜爱，于是关于天然产物的研究也随之兴起。 关键词：原生生物;再生生物;淀粉;油脂;生态环境 引言 天然产物是指动物、植物、昆虫、海洋生物和微生物体内的组成成分或其代谢产物以及人和动物体内许许多多内源性的化学成分统称作天然产物。随着生态系统的日益破坏，物种多样性的减少将直接影响到天然物的多样性。越来越多的国家和科研机构开始重视，并投入了大量的人力和财力开展对天然产物的研究。天然产物的研究，近代发展到了一个新的高峰。由于分离手段的进步和现代波谱仪器的普及，使天然产物的分离与结构鉴定相对变得较为容易。发现新化合物的速度大大加快。 1原生生物资源的研究 直接以原生生物力为研究对象。对原生生物中有开发价值的生物成分进行研究，然后再研究这些成分的应用，最后进行工业性试验。如黄栌化学成分的研究[1]是在研究化学成分的基础上，直接利用其叶提取工业桔酸。类似的研究如甜味素[2]、天然色素[3]、精油[4]等的开发。 1.1 天然甜味剂、色案及香精 已发现二十多种植物含有天然甜味素成分[5]。目前已开发的有甜叶菊甘、甘草甜素等。天然甜味素以其安全性而引人注意。 天然色素主要着重于红、黄、兰三种天然色素主要着重于红、黄、兰三种色素的开发，如从辣椒、仙人果、火刺、苋菜等植物中提取红色素，从姜黄中提取
[键入文字] 污水生物除磷技术的现状与研究进展 阐述了生物除磷原理和各种生物除磷技术的研究与应用现状,对传统工艺如A/O 工艺、A2/O 工艺、Bardenpho 工艺、UCT 工艺、Orbal 氧化沟、改良型UCT 工艺、序批式活性污泥法(SBR)工艺、VIP 除磷工艺等进行了简单的原理介绍和细致的应用描述,并作出了分析与评价。最后,提出单级活性污泥法除磷系统的优化与加强对生物除磷机制 的研究是生物除磷技术的主要发展方向。 近年来随着工农业生产快速增长、人口剧增、含磷洗涤剂和农药化肥大量使用致使 磷在环境中的过量导致水环境污染和水体的富营养化日益严重，而磷是引起水体富营 养化的主要因素。随着环境意识的提高和国内外对磷排放的限制标准越来越严格，研 究开发经济、高效的去除磷的污水处理技术已成为水污染控制工程领域的研究重点和 热点。 本文系统概述了当前污水生物除磷技术的现状。在分析、评价的基础上探讨了污水 生物除磷技术的发展趋势。 1 生物除磷的原理 所有生物除磷工艺皆为活性污泥法的修改，即在原有活性污泥工艺的基础上，通过 设置一个厌气阶段，选择能过量吸收并贮藏磷的微生物（称为聚磷微生物），以降低出水的磷含量。活性污泥中的细菌，如不动杆菌属（Acinetobacter）、气单胞菌（Aeromonas）、棒杆菌属（Corynebacterium）、微丝菌（Microthrixsp.）等，当生活在营养丰富的环境中，在即将进入对数生长期时，为大量分裂作准备，细胞能从外界大 量吸收可溶性磷酸盐，在体内合成多聚磷酸盐而积累起来，供下阶段对数生长时期合 成核酸耗用磷素之需。 另外，细菌经过对数生长期而进入静止期时，这时大部分细胞已停止繁殖，核酸的 合成虽已停止，对磷的需要量也已很低，但若环境中的磷源仍有剩余，细胞又有一定 1
Ｎｏ．２．２００８图１绿原酸的结构 绿原酸（ｃｈｌｏｒｏｇｅｎｉｃａｃｉｄ）是植物体在有氧呼吸过程中合成的一种苯丙素类物质，分子式为Ｃ１６Ｈ１８Ｏ９，分子量为３４５．３０，结构式如图１所示。它是许多中草药如金银花、杜仲、茵陈等的主要有效成分之一，也是众多水果蔬菜中的重要活性成分。绿原酸具有清除自由基、抗菌消炎、抗病毒、降糖、降脂、保肝利胆等多种功效。近年来发现绿原酸类物质有抗癌、抗艾滋病的作用，可作为先导设计开发抗癌、抗艾滋病药物。同时，作为良好的抗氧化剂，绿原酸不仅应用于医药行业上，在日用化工、食品等领域都有 广泛的应用。当前国内外在绿原酸分布、合成、提取分析及生物活性等方面的研究成果层出不穷，本文将从这些方面概述绿原酸的研究进展，以期作为合 天然产物绿原酸的研究进展 陈绍华，王亚琴＊，罗立新 （华南理工大学生物科学与工程学院，广州５１０６４０） 摘要：绿原酸作为植物的一种次生代谢物，具有清除自由基、抗菌消炎、抗病毒、降糖、降血脂、保肝利胆等多种功效。提高绿原酸生产效率，加深对其药理活性机制的认识，是当前研究的热点。从绿原酸的性质、分布、合成、提取方法、测定方法、药理活性及应用等方面概述了其研究进展，展望了通过植物生物反应器大规模生产绿原酸的工艺，为绿原酸和绿原酸类物质的研究开发提供了参考。关键词：绿原酸；合成；提取；测定；药理活性中图分类号：Ｑ９４ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００５－９９８９（２００８）０２－０１９５－０４ Ａｄｖａｎｃｅｓｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｃｈｌｏｒｏｇｅｎｉｃａｃｉｄ ＣＨＥＮＳｈａｏ－ｈｕａ，ＷＡＮＧＹａ－ｑｉｎ＊，ＬＵＯＬｉ－ｘｉｎ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＢｉｏｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＢｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４０） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｈｌｏｒｏｇｅｎｉｃａｃｉｄ，ａｓｅｃｏｎｄａｒｙｍｅｔａｂｏｌｉｔｅ，ｗａｓｌｉｎｋｅｄｗｉｔｈｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｓｃａｖｅｎｇｉｎｇｆｒｅｅｒａｄｉｃｌｅ， ａｎｔｉｂｉｏｓｉｓ，ａｎｔｉｉｎｆｌａｍｍａｔｉｏｎ，ａｎｔｉｖｉｒｕｓ，ａｎｔｉｔｕｍｏｒ，ｅｔｃ，ｗｈｉｌｅａｓａｍｅｄｉｃｉｎｅｉｎｃｕｒｉｎｇｄｉａｂｅｔｉｃ，ｈｙｐｅｒｌｉｐｅｍｉａａｎｄｈｅｐａｔｉｔｉｓ．Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｓｔｕｄｉｅｓｏｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｃｈｌｏｒｏｇｅｎｉｃａｃｉｄａｎｄｅｘｐｌｏｒｉｎｇｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｉｔｓｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｗｅｒｅｖｅｒｙｐｏｐｕｌａｒ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｒｅｖｉｅｗｅｄｔｈｅａｄｖａｎｃｅｓｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｃｈｌｏｒｏｇｅｎｉｃａｃｉｄｆｒｏｍｉｔｓｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎａｎｄｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｐｈａｒｍａｃｏｌｏｇｉｃａｃｔｉｖｉｔｙａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｍａｓｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｃｈｌｏｒｏｇｅｎｉｃｉａｃｉｄｔｈｒｏｕｇｈｐｌａｎｔｃｅｌｌｃｕｌｔｕｒｅｉｎｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ．Ａｌｌｏｆｔｈｅｓｅｗｅｒｅｔｒｉｅｄｔｏｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃｈｌｏｒｏｇｅｎｉｃａｃｉｄａｎｄｉｔｓａｎａｌｏｇｕｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｈｌｏｒｏｇｅｎｉｃａｃｉｄ；ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ；ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ；ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ；ｐｈａｒｍａｃｏｌｏｇｉｃａｃｔｉｖｉｔｙ 收稿日期：２００７－０８－０７ ＊通讯作者 基金项目：广州市科技计划项目（２００４ＪＥ－Ｃ０２３１）。 作者简介：陈绍华（１９８０—），男，广东汕头人，硕士研究生，研究方向为植物细胞工程。 食品添加剂 提取物与应用１９５
污水生物除磷的影响因素 排放富含氮磷的污水会导致受纳水体的富营养化，特别是湖泊和流速较小的河流(Sundblad et al., 1994; Danalewich et al., 1998)。目前，具有除磷功能的污水厂多数采用化学沉淀法，常用的混凝剂为硫酸铝或石灰(Stratful et al., 1999)。生物除磷就是利用微生物超过其正常代谢需要地聚集磷酸盐(作为细胞内的聚磷)(Brdjanovic et al., 1998; Mino et al., 1998)。BPR工艺的主要特征就是使活性污泥循环处于厌氧和好氧环境，并使进水进入厌氧区(Wagner and Loy, 2002)。在厌氧区，必须有充足的易生物降解碳源，如VFAs，诱导除磷菌吸收酸并释放磷酸盐(Morse et al., 1998)。在好氧区，发生超量吸磷，导致总磷去除率高达80-90% (Morse et al., 1998)。通过排放富含磷的剩余污泥实现磷的高效去除(Mino et al., 1998)。Mino et al.(1998)总结了BPR工艺的微生物学和生物化学过程。此外，反硝化聚磷菌(DPAO=denitrifying P-accumulating organisms)也被广泛报道与讨论((Kerm-Jespersen and Henze, 1993; Rensink et al., 1997, Meinhold et al., 1999; Hu et al., 2002)。Ekama and Wentzel(1999a)认为，在适宜的条件下，不同种类的PAO可以完成缺氧磷吸收，但除磷效果明显较低，而且与好氧吸磷PAO相比，其利用进水中易生物降解COD的效率也低。 1.1 污水水质 要使BPR成功运行，污水进水越稳定越好，应避免进水量的剧烈波动。可采取在较长时间内逐渐增加的办法来提高负荷率(Shehab et al., 1996)。BPR系统对干扰很敏感，例如暴雨时的污水稀释(Brdjanovic et al., 1998)，较长时间的干扰导致长达4周的恢复时间(Okada et al., 1992)。有机碳负荷较低的时期过后的1-2d，出水磷酸盐明显升高(Carucci et al., 1999a)。当进水有机组分从VFAs变为糖类，如葡萄糖，会诱导聚糖原微生物(GAOs=glycogen accumulating organisms)的增殖(Satoh et al., 1994)。 COD负荷过高将使BPR系统除磷效果恶化。Morgenroth and Wilderer(1998)在生物膜系统中发现，当进水乙酸盐浓度增加到400mg/L时，导致高效厌氧释磷(超过100mgP/L)，提高了除磷效果。但是，当进水乙酸盐浓度进一步增加到600mg/L时，厌氧释磷却停止，除磷效果恶化。较高的进水乙酸盐浓度也会给BPR带来不利影响(Randall and Chapin, 1997)。据报道，污泥的COD-SS负荷较低时，具有较高的吸磷动力(Chuang et al., 1998)。当污泥的COD-SS负荷较高时，污泥将进水中的有机物转化为贮存物3-hydroxyvalerate(3HV)，导致BPR恶化(Liu et al., 1996)。3HV是可被GAO细菌利用的主要贮存物。较高的进水COD/P 比也会降低BPR效果。在厌氧区内，如果COD未被消耗完毕，剩余的基质会导致好氧区内丝状菌的生长(Chang et al., 1996)。Furumai et al.(1999)发现，当污泥具备较高的生物除磷能力后，降低有机负荷导致BPR恶化，同时出水硝酸盐浓度升高。污泥负荷升高后，除磷效果恢复。 一般认为，要使得出水P水平<1.0mg/L，要求厌氧区进水的BOD5:TP>20:1，或COD:P>40:1(Randall et al., 1992)。当COD:P低于50时，单独的BPR就不满足出水磷要求(Pitman, 1991)。进水中每增加7.5mg乙酸盐/L，将使出水中减少1.0mgP/L(Manoharan, 1988)。 1.2. VFAs Barnard(1993)发现，去除1mg磷需要7-9mgVFA。而Oldham等(1994)利用VFAs使出水磷降低至0.2-0.3mg/L。VFAs可在现场生产，且运行费用低，不存在贮存和操作问题，这使其成为具有吸引力的营养物去除碳源(Manaraj and Elefsiniotis, 2001)。除VFAs外，更多的有机化合物，包括：羧酸类(carboxylic acids)，糖类，和氨基酸，也可被富含PAO的污泥在厌氧条件下利用(Satoh et al., 1996)。Carucci等(1999b)发现，用其它基质，如葡萄糖和蛋白胨，代替VFA也可实现BPR。上述作者表明，葡萄糖的厌氧吸收可能实现BPR，也可能不会出现BPR。有关PAOs和GAOs的活动的研究结果还没有取得一致。这表明，有机化合物
污水处理中的化学除磷 磷的去除有化学除磷生物除磷两种工艺，生物除磷是一种相对经济的除磷方法，但由于该除磷工艺目前还不能保证稳定达到l出水标准的要求，所以要达到稳定的出水标准，常需要采取化学除磷措施来满足要求。 化学除磷是通过化学沉析过程完成的，化学沉析是指通过向污水中投加无机金属盐药剂，其与污水中溶解性的盐类，如磷酸盐混合后，形成颗粒状、非溶解性的物质，这一过程涉及的是所谓的相转移过程，反应方程举例如式1。实际上投加化学药剂后，污水中进行的不仅仅是沉析反应，同时还进行着化学絮凝反应，所以必须区分化学沉析和化学絮凝的差异。 FeCl3+K3PO4→FePO4↓+3KCl式1 污水沉析反应可以简单的理解为：水中溶解状的物质，大部分是离子状物质转换为非溶解、颗粒状形式的过程，絮凝则是细小的非溶解状的固体物互相粘结成较大形状的过程，所以絮凝不是相转移过程。 在污水净化工艺中，絮凝和沉析都是极为重要的，但絮凝是用于改善沉淀池的沉淀效果，而沉析则用于污水中溶解性磷的去除。如果利用沉析工艺实现相的转换，则当向污水中投加了溶解性的金属盐药剂后，一方面溶解性的磷转换成为非溶解性的磷酸金属盐，也会同时产生非溶解性的氢氧化物(取决于PH值)。另一方面，随着沉析物的增加及较小的非溶解性固体物聚积成较大的非溶解性固体物，使稳定的胶体脱稳，通过速度梯度或扩散过程使脱稳的胶体互相接触生成絮凝体。最后通过固—液分离步骤，得到净化的污水和固一液浓缩物(化学污泥)，达到化学除磷的目的。 根据化学沉析反应的基础，为了生成磷酸盐化合物，用于化学除磷的化学药剂主要是金属盐药剂和氢氧化钙(熟石灰)。许多高价金属离子药剂投加到污水中后，都会与污水中的溶解性磷离子结合生成难溶解性的化合物。出于经济原因，用于磷沉析的金属盐药剂主要是Fe3+、Al3+和Fe2+盐和石灰。这些药剂是以溶液和悬浮液状态使用的。二价铁盐仅当污水中含有氧，能被氧化成三价铁盐时才能使用。Fe2+在实际中为了能被氧化常投加到曝气沉砂池或采用同步沉析工艺投加到曝气池中，其效果同使用Fe3+一样，反应式如式2、3。 Al3++PO43-→AlPO4↓pH=6～7 式2 Fe3++PO43-→FePO4↓pH=5～式3 与沉析反应相竞争的反应是金属离子与OH的反应，所以对于各种不同的金属盐产品应注意的是金属的离子量，反应式如式4、5。 Al3++3OH-→Al(OH)3↓式4 Fe3++3OH-→Fe(OH)3式5 金属氢氧化物会形成大块的絮凝体，这对于沉析产物的絮凝是有利的，同时还会吸附胶体状的物质、细微悬浮颗粒。需要注意的是有机物在以化学除磷为目的化学沉析反应中的沉析去除是次要的，
化学与生物工程 2010,Vol.27No.2 Chemistry &Bioengineering 7 基金项目:国家自然科学基金资助项目(C02060103)收稿日期:2009-10-28 作者简介:王煜丹(1986-),女,山东聊城人,硕士研究生,主要研究方向:植物化工;通讯作者:王亚明,博士,教授。E 2mail :cheng 2 guiguang @https://www.doczj.com/doc/b316990154.html, 。 生物转化在天然产物化学中的研究进展 王煜丹,程桂广,余旭亚,王亚明 (昆明理工大学化学工程学院,云南昆明650224) 摘 要:随着生物科学的不断发展,生物转化逐渐应用于天然产物化学的研究中。简介了生物转化中的几种主要的化学反应,对生物转化在天然产物化学中的应用进行了综述,并对其发展前景进行了展望。 关键词:生物转化;天然产物化学;化学反应;发展前景 中图分类号:TQ 041 文献标识码:A 文章编号:1672-5425(2010)02-0007-04 生物转化是利用生物体系或其产生的酶制剂对外源性化合物进行结构修饰的生物化学过程。就其本质而言,生物转化是生物体系对外源性底物的酶催化反应[1～3]。生物转化反应具有高效、高选择性、反应清洁、产物单纯、易分离纯化、能耗低等优点,符合绿色化学的要求。著名化学家Wong Chi Huey 教授指出,生物转化在天然产物化学中的应用具有巨大的潜力,设计与发展适于生物转化(酶促)反应的新的底物和利用遗传工程改变酶的催化性质等都将大大利于其在制药工业中的应用[4]。因此,生物转化方法已经受到研究者的广泛重视,并正迅速发展。 1 生物转化中的主要反应类型 生物转化的反应类型多种多样,常见的反应主要有羟基化、糖苷化、氧化还原、异构化、甲基化、酯化、水解、环氧化以及重排等。111 羟基化反应 羟基化反应是生物转化中最常见也是最重要的一种反应,羟基化反应可以发生在多个位置,生成多种有意义的衍生物。自1952年微生物法合成糖皮质激素进入商品化生产以来,羟基化的生物转化技术成为甾体药物或其中间体合成路线中不可缺少的关键技术。目前肾上腺皮质激素及其衍生物的工业化生产技术就 是利用微生物及其酶系统对甾体化合物11α2、11β2、 15α2和16α2位进行羟基化。对于甾体化合物的生物转化进展,Fernandes 等已进行了详细的综述[5]。 (-)2象牙洪达木酮宁,一种吲哚型生物碱,在临 床上可用于改善大脑循环和新陈代谢,经过生物转化后可得到3种羟基化代谢产物,对这3种产物进行生物学活性检测,发现其在氰化物中毒时均表现出大脑保护作用[6]。 脱氢枞酸也可以通过生物转化的途径制得一些有活性的物质。1997年Tapia 等[7]将脱氢枞酸在Fu 2sari um s pecies 作用下,于26～28℃下培养7d 得到1β2羟基脱氢枞酸,将1β2羟基脱氢枞酸作用于S erra 2ti a sp.和B acill us s ubtilis 时,显示良好的活性。112 糖苷化反应 糖苷化反应常见于植物悬浮培养体系介导的生物转化反应,而在微生物体系中应用较少。糖苷化反应主要有两种:一种是羧酸和糖片段之间发生酯化反应,另一种是羟基和糖片段之间发生糖基化反应。糖苷化反应可使许多外源化合物的理化性质和生物活性发生较大的变化,例如,糖苷化反应可将不溶性化合物转变为水溶性化合物,这一点是微生物培养和化学合成很难做到的。 香豆素是一类很重要的植物次级代谢产物,但大部分香豆素缺乏天然糖苷,水溶性差。在人参根培养液中,72羟基香豆素在糖基转移酶的作用下可转化成糖苷[8]。 丁酸具有体外抑制肿瘤生长和诱导肿瘤细胞分化的作用,但是其在哺乳动物体系中半衰期很短,人们通过悬浮培养的灰叶烟草(N icoti ana pl umbagi ni f oli a Viv 1)细胞糖苷化得到其糖苷,半衰期大大延长,有望开发为抗癌新药[9,10]。
污水处理生物除磷工艺 （一）缺氧好氧活性污泥法(A/O工艺） 当以除磷为主时，可采用无内循环的厌氧/好氧工艺，基本工艺流程如下图所示。 厌氧/好氧工艺流程 1. 设计参数 A/O工艺生物除磷设计参数见下表 A/O工艺生物除磷设计参数 2. 工艺计算 缺氧好氧活性污泥法生物除磷的工艺计算包括厌氧池（区）容积、好氧池（区）容积。具体计算公式见下表。
A/O工艺生物除磷容积基计算公式 （二）弗斯特利普( Phostrip) 除磷工艺 Phostrip工艺是由Levin在1965年首先提出的，该工艺是在回流污泥的分流 管线上增设一个脱磷池和化学沉淀池而构成的，其工艺流程见下图。
该工艺将在常规的好氧活性污泥法工艺中增设厌氧释磷池和化学沉淀池。工艺流程为：部分回流污泥（约为进水量的10%~20% )通过旁流进入厌氧池，在厌氧池中的停留时间为8~ 12h, 使磷由固相中释放，并转移到水中；脱磷后的污泥问流到好氧池中继续吸磷，厌氧池上清液含有高浓度磷（可高达100mg/L 以上），将此上清液排入石灰混凝沉淀池进行化学处理生成磷酸钙沉淀，该含磷污泥可作为农业肥料，而混凝沉淀池出水应流入初沉池再进行处理。Phostrip工艺不仅通过高磷剩余污泥除磷，而且还通过化学沉淀除磷。该工艺具有生物除磷和化学除磷双重作用，所以Phostrip工艺具有高效脱氮除磷功能。 Phostrip工艺比较适合于对现有工艺的改造，只需在污泥回流管线上增设少量小规模的处理单元即可，且在改造过程中不必中断处理系统的正常运行。总之，Phostrip工艺受外界条件影响小，工艺操作灵活，脱氮除磷效果好且稳定。但该工艺存在流程复杂、运行管理麻烦、处理成本较高等缺点。 四、厌氧／缺氧／好氧活性污泥法脱氮除磷工艺 需要同时脱氮除磷时，可采用厌氧／缺氧／好氧(A2/O)工艺，基本工艺流程如下图。 A2/O工艺脱氮除磷流程 （一）一般规定 进入系统的污水应符合下列要求： (1) 脱氮时，污水中的五日生化需氧量(BOD5 )与总凯氏氮(TKN)之比宜大于4 ; (2) 除磷时，污水中的BOD5与总磷( TP)之比宜大于17 ; (3) 同时脱氮、除磷时，宜同时满足前两款的要求； (4) 好氧池（区）剩余碱度宜大于70mg/L( 以碳酸钙CaC03计）；
开题报告 生物技术 海洋天然产物hymenialdisine及其类似物与CDK5作用模式的研 究 一、选题的背景与意义： 海洋天然产物与陆生天然产物相比具有更加复杂多样、新颖奇特的结构以及多元化的生物活性和机制。在浩瀚的海洋中存在着大量超乎人们想象的化学结构新颖、生物活性多样、作用机制独特的次生代谢产物,将成为发现重要先导药物的主要源泉和研制开发新药的基础。近年来统计资料表明:从海绵中发现的天然产物约占已发现的海洋天然产物总数的38%左右,从海绵中已发现大量的抗细菌、抗真菌、抗肿瘤、抗病毒和免疫调节等活性物质。海绵生物活性物质按照化学结构类型可分为多糖类、聚醚类、大环内脂类、萜类、生物碱类、多肽类、甾醇和不饱和脂肪酸等。如hymenialdisine和debromohymenialdisin是首次从小轴海绵(Axinella sp)中分离得到的含吡咯七元环内酰胺的生物碱类化合物，是天然的CDK5的选择性抑制剂。海绵中存在结构和数量如此丰富的有潜力开发成药物的生物活性物质,使得对海绵的化学成分的研究成为海洋天然产物研究的一个热点和重点领域。 在500多个蛋白激酶中，细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent kinases,CDKs)是研究最多的一个Ser/Thr蛋白激酶家族。CDKs的单体呈非活性构象，首先与其相应的细胞周期蛋白（cyclins）结合成Cyclins/CDKs。组成全酶后仍无活性,CDKs作为催化亚单位，其活性状态由CDKs分子中的Thr、Tyr残基的磷酸化和去磷酸化修饰决定,首先CDKs分子上游的CDK激活激 酶(CAK)催化其分子上ATP结合点附近的一个保守的苏氨酸被磷酸化,后再由CAK激活激酶(CAKAK)催化使Thr残基磷酸化和Tyr残基去磷酸化,CDK即被激活,而活化的Thr残基去磷酸化则使CDK失活。目前已发现十多种CDKs，包括控制细胞周期进程的CDK1,2,3,4,6，控制细胞转 录的CDK7,8,9和调控神经元损伤的CDK5。CDKs的活性异常会导致疾病。 CDK5具有一个特殊的功能即调控神经元损伤，当CDK5过度激活而且分布部位发生改变时，CDK5激酶的大量激活参与τau的磷酸化，促进τau蛋白堆积从而参与了阿尔茨海默氏病(Alzheimer’s disease，AD)、帕金森氏病(Parkinson’s disease, PD)、亨廷顿氏病(Huntington’s disease, HD)以及脊髓侧索硬化症(amyotrophic lateralsclerosis, ALS)等众多神经退行性疾病的发生发展。故以CDK5为靶标，以海样天然产物hymenialdisine作为先导化合物，拟综合采用分子对接、QSAR等计算机辅助药物分子设计的方法，了解CDK5 ATP结构口袋的特性，指导CDK5抑制剂
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910152033.0 (22)申请日 2019.02.28 (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山 武汉大学 (72)发明人 瞿旭东 周强辉 张亚楠 王军林 (74)专利代理机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通合伙) 42222 代理人 彭劲松 (51)Int.Cl. C12P 33/12(2006.01) C12R 1/645(2006.01) (54)发明名称一种用于系列甾类化合物19位羟化的生物转化方法(57)摘要本发明公开了一种用于系列甾类化合物19位羟化的生物转化方法，属于化学及生物学领域。本发明方法步骤为：将甾类化合物和铁盐加入到含生物转化菌株的液体培养基中进行培养，所述的生物转化菌株包含具有甾类化合物C -19位羟化功能的菌株以及含有甾类化合物C -19羟化基因的异源表达菌株；所述的甾类化合物包含可托多松，17位和/或21位羟基保护的可托多松，以及在前述限定化合物基础上对甾醇骨架的其他修饰。本发明可用于甾醇19位高效羟化，获得系列甾醇羟化产物。本发明解决了甾体类化合物在19位羟化产物产率低、选择性差等问题，所用原料廉价易得，反应条件温和，底物普适性好，产率高，制备过程简单， 具有很高的工业应用价值。权利要求书1页 说明书6页CN 109852659 A 2019.06.07 C N 109852659 A
1.一种用于系列甾类化合物19位羟化的生物转化方法，其特征在于：包括如下步骤：将甾类化合物和铁盐加入到含生物转化菌株的液体培养基中进行培养；所述的生物转化菌株包含具有甾类化合物C -19位羟化功能的菌株以及含有甾类化合物C -19羟化基因的异源表达菌株。 2.根据权利要求1所述的用于系列甾类化合物19位羟化的生物转化方法，其特征在于：所述的生物转化菌株为Thanatephorus cucumeris NBRC 6298或Aspergillus oryzae NSAR1。 3.根据权利要求1所述的用于系列甾类化合物19位羟化的生物转化方法，其特征在于： 所述的甾类化合物的结构式如通式I所示： 通式I中，R 1和/或R 2为烷基、取代烷基、硅基、酰基。 4.根据权利要求3所述的用于系列甾类化合物19位羟化的生物转化方法，其特征在于：所述的甾类化合物为对通式I所示化合物的甾醇骨架做了修饰的化合物。 5.根据权利要求1所述的用于系列甾类化合物19位羟化的生物转化方法，其特征在于：所述的甾类化合物为17-乙酰基-可托多松。 6.根据权利要求1-5任一项所述的用于系列甾类化合物19位羟化的生物转化方法，其特征在于：包括如下步骤：将生物转化菌株接种到固体培养基上活化，活化后的菌株接种于液体培养基中培养2-3天，按照5-10％的接种量再转接到新鲜的液体培养基中培养2-3天后加入甾类化合物和铁盐，继续培养直至转化率达到最高。 7.根据权利要求6所述的用于系列甾类化合物19位羟化的生物转化方法，其特征在于：所述的培养的条件为30℃、200rpm。 8.根据权利要求6所述的用于系列甾类化合物19位羟化的生物转化方法，其特征在于：所述的铁盐包括硫酸亚铁铵、硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁、硫酸铁铵、硫酸铁、氯化铁、硝酸铁等。 9.根据权利要求6所述的用于系列甾类化合物19位羟化的生物转化方法，其特征在于：加入铁盐后铁离子的终浓度为1-1.5mmol/L。 权 利 要 求 书1/1页2CN 109852659 A
天然药物化学的研究进展 摘要：结合当今世界医药研究的新方向，我们不难看出在今后相当长的时间里，世界医药研究的新方向应该是生物制药。这并不是空穴来风。有专家认为本世纪药物化学的发展趋势为生物化学的发展，是因为：生命科学，如结构生物学、分子生物学、分子遗传学、基因学和生物技术的超速进展，为发现新药提供理论依据和技术支撑。随着科学技术的日益发展，人们对天然药物化学的研究也发生了重大的变化，层分离技术和各种光谱分析法，对天然药物成分复杂，含量少。不容易分离的得到很大的解决。则本文对天然药物化学的研究进展作一综述。 关键词：天然药物；研究；方法。
The research progress of natural medicine chemistry Abstract：With the development of science and technology, the study of natural medicinal chemistry has undergone a major https://www.doczj.com/doc/b316990154.html,yer separation technology and various spectral analysis method, the natural medicine composition is complicated, less content.Not easy to separate greatly solve.Progress in the study of natural medicinal chemistry, this paper made a review.
废水生物除磷原理 一、磷在废水中的存在形式 通常磷是以磷酸盐（-42PO H 、-24HPO 、-34PO ）、聚磷酸盐和有机磷等的形式存在于废水 中；细菌一般是从外部环境摄取一定量的磷来满足其生理需要；有一类特殊的细菌——磷细菌，可以过量地、超出其生理需要地从外部摄取磷，并以聚合磷酸盐的形式贮存在细胞体内，如果从系统中排出这种高磷污泥，则能达到除磷的效果。 二、生物除磷的基本过程 1、除磷菌的过量摄取磷 好氧条件下，除磷菌利用废水中的BOD 5或体内贮存的聚β-羟基丁酸的氧化分解所释放的能量来摄取废水中的磷，一部分磷被用来合成ATP ，另外绝大部分的磷则被合成为聚磷酸盐而贮存在细胞体内。 2、除磷菌的磷释放 在厌氧条件下，除磷菌能分解体内的聚磷酸盐而产生ATP ，并利用ATP 将废水中的有机物摄入细胞内，以聚β-羟基丁酸等有机颗粒的形式贮存于细胞内，同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排出体外。 3、富磷污泥的排放 在好氧条件下所摄取的磷比在厌氧条件下所释放的磷多，废水生物除磷工艺是利用除磷菌的这一过程，将多余剩余污泥排出系统而达到除磷的目的。 三、生物除磷过程的影响因素 1、溶解氧： 在除磷菌释放磷的厌氧反应器内，应保持绝对的厌氧条件，即使是NO 3-等一类的化合态氧也不允许存在；在除磷菌吸收磷的好氧反应器内，则应保持充足的溶解氧。 2、污泥龄： 生物除磷主要是通过排除剩余污泥而去除磷的，因此剩余污泥的多少对脱磷效果有很大影响，一般污泥短的系统产生的剩余污泥多，可以取得较好的除磷效果；有报道称：污泥龄为30d ，除磷率为40%；污泥龄为17d ，除磷率为50%；而污泥龄为5d 时，除磷率高达87%。
第11卷第2期2013年3月生物加工过程 Chinese Journal of Bioprocess Engineering Vol．11No．2Mar．2013 doi ：10．3969/j．issn．1672－3678．2013．02．005 收稿日期：2013－01－04 基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）重大项目（2011AA02A211）；国家自然科学基金（21206055）；江苏省自然科学基金 （BK2012127） 作者简介：许正宏（1971—），男，江苏泰州人，教授，博士生导师，研究方向：生物催化及传统发酵， E-mail ：zhenghxu@jiangnan．edu．cn 甾体生物转化技术研究的现状与进展 许正宏，吴 燕，李 会，李 恒，史劲松 （江南大学医药学院，无锡214122） 摘要：从半合成原料、菌种选育及改良和生物转化新技术与新工艺（包括底物的物理/化学助溶法，新型转化体系 和细胞通透性改良法）等方面对近几年来甾体生物转化进展进行综述。可以预测，在甾体药物的工业化生产过程中，生物转化技术所占比例将大幅度提高。关键词：甾体；生物转化；药物中间体中图分类号：TQ46 文献标志码：A 文章编号：1672－3678（2013）02－0030－07 Current state and progress of biotransformation technology of steroid compounds XU Zhenghong ，WU Yan ，LI Hui ，LI Heng ，SHI Jingsong （School of Pharmaceutical Science ，Jiangnan University ，Wuxi 214122，China ） Abstract ：Progress of biotransformation technology of steroid compounds was reviewed．The selection of steroid raw materials ，selection and improvement of microbial strain and new technologies of biotransformation were discussed ，including physical /chemical solubilizing of substrates ，new transformation system and improvement of cell permeability．It is forecasted that the proportion of biotransformation technologies increased in the industrial production process of steroid hormone drugs．Key words ：steroids ；biotransformation ；pharmaceutical intermediates 甾体药物是仅次于抗生素的第二大类药物，具 有很强的抗过敏、抗感染、抗病毒等药理活性，已被广泛应用于治疗内分泌失调、心血管、胶原性病症、淋巴白血病、人体器官移植、抗肿瘤、细菌性脑炎、皮肤病、风湿病、老年性疾病等 ［1－2］ 。甾体生物转化 即利用微生物酶对甾体底物的某一部位进行特定 的化学反应来获得一定的产物。与传统的化学合成法相比，甾体生物转化具有反应条件温和、环境友好、高效性和高选择性等优势，还能合成化学合成法所不能合成的一些甾体中间体。近些年来，微生物转化工艺在甾体药物合成路线中的比例迅速 增加，形成了一条生物化学法耦联的甾体药物合成 新工艺。最为成功的案例是利用黑根霉Rhizopus nigricans 在孕甾酮的C11α引入羟基，解决了皮质激素合成中的关键问题，产品收率大幅度提高，专一性增强，效果远超化学合成法的合成效果，开创了 微生物转化甾体化合物的先例［3］。 目前，甾体药物的合成主要集中在以具有甾体 母核结构的天然产物为原料、采用化学法和微生物 转化法相结合的方式来合成甾体类药物。综合国内外研究， 生物转化技术在甾体药物生产中的应用主要分为两大类：①将天然原料转化为生产甾体化
中药资源功能成分利用技术课程论文 姓名：王林 学号：SX20180417 年级：2018级 专业：药用植物资源工程 任课老师：陆英老师 指导老师：程辟老师
天然产物分离提取技术研究进展 随着我国加入WTO，仿制药品必将逐渐受到限制，这将给我国医药行业带来巨大冲击和严峻挑战。我国拥有13亿人口，药品市场潜力股与供给量与日俱增。因此，探索与开发出具有自主知识产权的新药物责任重大。我国自古以来依靠中草药繁衍生息。因此，从天然产物方面着手，研究与开发新药物，将拥有广泛的市场前景与经济效益。天然药物大多来自植物、动物、矿物和微生物，并以植物来源为主。天然药物之所以能够防病治病。其物质基础是其中所含的有效成分。我国地域辽阔，天然产物资源丰富，种类繁多，为新药的开发提供了广阔的资源和得天独厚的条件[1]。 天然产物活性成分包括有黄酮、多酚、萜类等几百种，其分子主要特点有：相对分子质量较低，从几百到几千，具有一定的极性，可溶于许多有机溶剂中。天然活性成分的提取是中药现代化的重要组成部分，但目前中国中药主要是传统的中药丸、散等药剂，经济效益低。而以天然产物为主的保健食品和药物目前具有相当的市场。但由于对中药中真正有效的成分并不了解，或由于分离纯化困难，很难达到和国际接轨的要求。在天然产物分离纯化上有所突破，开发高效的天然产物分离方法对彻底改变中国天然产物开发层次低，生产方式粗放，技术落后有重要作用，对中国中药现代化及改造和提升传统中药行业有重要意义，而且纯化后的天然产物本身可形成新的经济增长点。 天然产物是药物研发中极具潜力的原料资源，分离纯化天然产物
中具有独特生物活性的物质是中药研究的重要基础工作。天然产物有效成分复杂、含量低、难于富集。用传统的分离方法不仅步骤繁琐，能源及材料消耗大，而且产率及纯度不高，尤其难以分离结构和性质相似的组分。随着中药现代化的发展，高新技术不断在天然药物中推广应用。现将近年天然产物提取分离纯化新技术的进展作一概述。 膜分离技术以选择性透过膜为分离递质。当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差等)时，原料侧组分选择性的透过膜，以达至分离、提纯目的。膜分离技术具有过程简单、无相变、分离系数大、节能、高效、无二次污染、可常温连续操作、直接放大等优点。是一项高新技术。膜分离技术在中药领域中的应用将推动中药现代化发展进程。同时还能提高我国中药的附加值，有利于中药出口。可以展望，膜分技术必将在21世纪推动中药制药工业的迅速发展，为社会带来巨大的经济效益和社会效益。 高效毛细管电泳法是近年来迅速发展的一种新型分离分析技术，以高质电场为驱动力以毛细管为分离通道依据样品中各组分之问的迁移速度和分配行为上的差异而实现的类液相分离技术。该技术用于分析中草药，具有以下优势：分离模式多，适合于中草药中存在的各类物质的分析；简化对样品前处理的要求；分析时间一般比HPLC短；由于柱效高，有可能使同一个分离条件适合多种样品中多组分的分析；HPCE所采用的毛细管柱易于全面清洗，不必担心柱污染而报废：所用的化学试剂少、价廉、分析成本低，特别适合于我国国情。 超声提取技术的基本原理主要是利用超声波的空化作用加速植
污水处理生物脱氮除磷基本原理 国外从六十年代开始系统地进行了脱氮除磷的物理处理方法研究，结果认为物理法的缺点是耗药量大、污泥多、运行费用高等。因此，城市污水处理厂一般不推荐采用。从七十年代以来，国外开始研究并逐步采用活性污泥法生物脱氮除磷。我国从八十年代开始研究生物脱氮除磷技术，在八十年代后期逐步 实现工业化流程。目前，常用的生物脱氮除磷工艺有A2/O法、SBR法、氧化沟法等。 ?生物脱氮原理 生物脱氮是利用自然界氮的循环原理，采用人工方法予以控制，首先，污水中的含氮有机物转化成氨氮，而后在好氧条件下，由硝化菌左右变成硝酸盐氮，这阶段称为好氧硝化。随后在缺氧条件下，由反硝化菌作用，并有外加碳源提供能量，使硝酸盐氮变成氮气逸出，这阶段称为缺氧反硝化。整个生物脱氮过程就是氮的分解还原反应，反应能量从有机物中获取。在硝化和反硝化过程中，影响其脱氮效率的因素是温度、溶解氧、PH值以及碳源，生物脱氮系统中，硝化菌增长速度较缓慢，所以，要有足够的污泥泥龄。反硝化菌的生长主要是在缺氧条件下进行，并且要用充裕的碳源提供能量，才可促使反硝化作用顺利进行。 由此可见，生物脱氮系统中硝化与反硝化反应需要具备如下条件： 硝化阶段：足够的的溶解氧，DO值在2mg/L以上，合适的温度，最好在20℃，不能低于10℃，，足够长的污泥泥龄，合适的PH条件。 反硝化阶段：硝酸盐的存在，缺氧条件DO值在0.2mg/L左右，充足碳源（能源），合适的PH条件。 生物脱氮过程如图5—1所示。 反硝化细菌 +有机物（氨化作用）（硝化作用）（反硝化作用）
?生物除磷原理 磷常以磷酸盐（H 2PO 4 -、HPO 4 2-和H 2 PO 4 3-)、聚磷酸盐和有机磷的形式存在于废水中，生物除 磷就是利用聚磷菌，在厌氧状态释放磷，在好氧状态从外部摄取磷，并将其以聚合形态储藏在体内，形成高磷污泥，排出系统，达到从废水中除磷的效果。 生物除磷主要是通过排出剩余污泥而去除磷的，因此，剩余污泥多少将对除磷效果产生影响，一般污泥龄短的系统产生的剩余污泥量较多，可以取得较高的除磷效果。有报道称，当泥龄为30d时，除磷率为40%，泥龄为17d时，除磷率为50%，而当泥龄降至5d时，除磷率达到87%。 大量的试验观测资料已经完全证实，再说横无除磷工艺中，经过厌氧释放磷酸盐的活性污泥，在好氧状态下有很强的吸磷能力，也就是说，磷的厌氧释放是好氧吸磷和除磷的前提，但并非所有磷的厌氧释放都能增强污泥的好氧吸磷，磷的厌氧释放可以分为两部分：有效释放和无效释放，有效释放是指磷被释放的同时，有机物被吸收到细胞内，并在细胞内储存，即磷的释放是有机物吸收转化这一耗能过程的偶联过程。无效释放则不伴随有机物的吸收和储存，内源损耗，PH变化，毒物作用引起的磷的释放均属无效释放。 在除磷系统的厌氧区中，含聚磷菌的会留污泥与污水混合后，在初始阶段出现磷的有效释放，随着时间的延长，污水中的易降解有机物被耗完以后，虽然吸收和储存有机物的过程基本上已经停止，但微生物为了维持基础生命活动，仍将不断分解聚磷，并把分解产物（磷）释放出来，虽然此时释磷总量不断提高，但单位释磷量所产生吸磷能力随无效释放量的加大而降低。一般来说，污水污泥混合液经过2小时厌氧后，磷的释放已经甚微，在有效释放过程中，磷的释放量与有机物的转化量之间存在着良好的相关性，磷的厌氧释放可使污泥的好氧吸磷能力大大提高，每厌氧释放1mgP，在好氧条件下可吸收2.0~2.24mgP，厌氧时间加长，无效释放逐渐增加，平均厌氧释放1mgP，所产生的好氧吸磷能力降至1mgP以下，甚至达到0.5mgP。因此，生物除磷并非厌氧时间越长越好，同时在运行管理中要尽量避免PH的冲击，否则除磷能
目录 目录 摘要................................................................................................................. I ABSTRACT ....................................................................................................... I I 第1章绪论 .. (1) 1.1 前言 (1) 1.2 海洋天然产物ent-chromazonarol研究进展 (2) 1.3 海洋天然产物puupehenone及其衍生物研究进展 (6) 1.4 海洋天然产物pelorol及其衍生物研究进展 (9) 1.5 本课题的立题依据及意义 (11) 1.6 本文主要研究内容 (12) 第2章实验材料与化合物表征方法 (13) 2.1 所用实验仪器与药品 (13) 2.1.1 所用实验仪器 (13) 2.1.2 所用实验药品 (13) 2.2 化合物表征方法 (14) 2.3 其他实验材料的处理 (15) 第3章海洋天然产物ent-chromazonarol的合成 (16) 3.1 引言 (16) 3.2 逆合成分析 (16) 3.3 结果与讨论 (17) 3.3.1 中间产物碘代对苯二甲醚3-5的合成 (17) 3.3.2 中间产物香紫苏腙3-4的合成 (18) 3.3.3 海洋天然产物ent-chromazonarol的合成 (19) 3.4 实验部分及表征 (24) 3.4.1 中间产物碘代对苯二甲醚3-5的合成及表征 (24) 3.4.2 中间产物香紫苏腙3-4的合成及表征 (25) 3.4.3 中间产物烯醇化合物3-3的合成及表征 (27) 3.4.4 中间产物二烯化合物3-9的合成及表征 (27) 3.4.5 中间产物烯萜化合物3-2的合成方案一及表征 (28) 3.4.6 中间产物烯萜化合物3-2的合成方案二 (28) 3.4.7 中间产物烯酚化合物3-1的合成方案一及表征 (29) 3.4.8 中间产物对苯醌类化合物3-10的合成及表征 (29) 3.4.9 中间产物烯酚化合物3-1的合成方案二及表征 (30)