次生代谢产物特点概述

中药研究进展药用植物次生代谢产物生产途径的研究概述　王丹,王振月3,王宗权,陈金铭(黑龙江中医药大学,黑龙江哈尔滨150040)摘　要:对药用植物次生代谢产物的生产途径研究进行了综述,分别阐述了直接从植物中选取次生代谢产物、化学合成模拟、利用微生物发酵、利用植物组织和细胞培养以及利用基因工程生产次生代谢产物等五个方面。通过对各方法优缺点比较,有利于其在实践的应用。关键词:植物次生代谢产物;生产途径;微生物发酵;植物组织和细胞培养;基因工程中图分类号:R28216 文献标识码:A 文章编号:1002-2406(2008)01-0029-04

基金项目:国家自然科学基金资助项目(3027156)作者简介:王丹(1982-),女,现为黑龙江中医药大学硕士研究生,主要从事生化教学研究。通讯作者:3王振月(1956-),男,现为黑龙江中医药大学教授,硕士生导师,主要从事中药资源开发与生物技术研究。收稿日期6修回日期 植物次生代谢的概念是在1891年由Kossei首先明确提出的,是指有些生物体利用某些初生代谢产物为“原料”,在一系列酶的催化下,形成一些特殊的化学物质的过程,这些特殊的化学物质即为次生代谢产物(secondarymetabolites),如生物碱、黄酮类、萜类、有机酸、木质素等,它们是植物中一大类并非生长所必需的小分子有机化合物[1],但对于植物自身在复杂环境中的生存和发展却起着不可替代的作用[2,3]。植物次生代谢产物具有一定的生理活性及药理作用,如生物碱具有抗炎、抗菌、扩张血管、强心、平喘、抗癌等作用[4];黄酮类化合物具有抗氧化、抗癌、抗艾滋病、抗菌、抗过敏、抗炎等多种生理活性及药理作用,且无毒副作用,对人类的肿瘤、衰老、心血管疾病的防治具有重要意义[5]。几个世纪以来,人类一直从植物中获得大量的次生代谢产物用于医药卫生。目前,世界75%的人口依赖从植物中获取药物,除化学合成之外,人类大量依赖植物次生代谢产物作为药物[6]。鉴于人们对次生代谢产物的需求,本文介绍了药用植物次生代谢产物的五种生产途径。1　直接从植物中提取次生代谢产物利用传统的提取分离方法结合现代的先进仪器,B12可以直接从植物中提取次生代谢产物。但是,次生代谢产物在植物中含量一般较低,并且由于长期的盲目采挖,已造成了植物野生资源的严重破坏,可利用的资源数量日趋减少,一些濒危动植物的使用又受到国际自然保护组织的关注,有许多原料性药用植物资源目前已面临资源枯竭的威胁,因此,人工栽培就成为中药材生产的主要方式[7]。近年来,我国又实施了中药材生产质量管理规范(GAP),用来规范中药材生产的整个过程,确保中药材的质量。但是,人工栽培中药材还是存在着一些问题,如大量占用耕地,引种困难,生长周期长,栽培过程中各种影响因素不易控制,有效成分含量低,品种品质不稳定,大量使用人力、物力及财力等[8]。2　化学合成模拟在完全了解次生代谢产物在植物体外的反应步骤后,利用化学工业,完全合成或半化学合成次生代谢产物,如用薯蓣(Dioscotea)中的薯蓣皂苷配基为原料,可以生产出可的松,女性口服避孕药炔雌醇甲醚(mestra2no1)和炔诺酮(norethin-drone)。这些药物的半合成仍占很重要的地位,原因是其结构复杂,合成路线长,成本高,所以用从植物中提取的甾体皂甙元提供其基本骨架。广谱抗菌素氯霉素,药用四环素类,维生素B12,维生素D3,水杨醛葡萄糖苷(helicon)的同源物乙酰水杨酸如阿司匹林,合成的吗啡类止痛合剂美散痛,那罗松(naloxone),用于合成去污剂桂酸硫酸钠等,均由化学工业模拟合成或半合成[9]。但是采用化学合成的方法,会遇到收率低、成本高、毒性大[10]、工艺流程复杂、产生同分异构体及环境污染等问题[11]。3　微生物(细菌或真菌)发酵微生物具有惊人的繁殖速度和非常旺盛的生命力,可以在几十分钟内完成一个繁殖周期,且分布广。922008年第25卷第1期Vol125,No11,2008 中 医 药 信 息InformationonTraditionalChineseMedicine

第11章次生代谢产物11.1 概述11.2 黄酮类化合物11.3 萜类化合物11.4 生物碱11.5 其他次生代谢产物11.6 本章小结与思考题主要内容知识点了解次生代谢产物的分类、命名及其生物合成途径；食品中的次生代谢产物的重要性掌握次生代谢的概念，及其在食品中的作用掌握黄酮类化合物、萜类化合物、生物碱的结构分类及其理化性质了解黄酮类化合物、萜类化合物、生物碱的分离、纯化、结构鉴定和分析方法了解食品中常见的黄酮类化合物、萜类化合物、生物碱及其在食品中的应用黄酮类化合物、萜类化合物、生物碱的结构分类黄酮类化合物、萜类化合物、生物碱的理化性质及其在食品中的功能作用重点、难点11.1.1 次生代谢的概念11.1.2 次生代谢产物的分类与命名11.1.3 次生代谢产物的生物合成途径11.1.4 食品中的次生代谢产物的重要性11.1 概述

回目录初生代谢在植物、昆虫或微生物体内的生物细胞通过光合作用、碳水化合物代谢和柠檬酸代谢，生成生物体生存繁殖所必需的化合物，如糖类、氨基酸、脂肪酸、核酸及其聚合衍生物（多糖类、蛋白质、酯类等）、乙酰辅酶A等的代谢过程。所生成的物质称为初生代谢产物。次生代谢次生代谢是以某些初生代谢产物作为起始原料，通过一系列特殊生物化学反应生成表面上看来似乎对生物体本身无用的化合物，如萜类、甾体、生物碱、多酚类等，它们被称为次生代谢产物。11.1.1 次生代谢的概念

回本节

植物次生代谢产物的生物学功能及其药理学价值

植物是地球上最为丰富多样的生物类群之一，拥有许多独特的生物学功能和药理学价值。植物次生代谢产物是指植物在代谢过程中产生的非生理活性物质，如生物碱、次生代谢物、植物色素等。这些次生代谢产物不仅仅是植物生存发展的重要组成部分，还具有广泛的药理学价值，对人类健康具有重要的意义。

一、植物次生代谢产物的生物学功能

1. 防御功能：植物次生代谢产物可以为植物提供防御机制，抵御各种外界的威胁。例如，植物生物碱可以抵御昆虫的侵害，抗霜冻物质可以提高植物的抗寒性，以及多种抗氧化剂可以保护植物细胞免受氧化损伤。

2. 吸引传粉者：为了吸引传粉者，植物会产生特定的花色、气味和味道。这些物质可以吸引昆虫、鸟类等传粉者，帮助植物进行有性繁殖。

3. 营养储存和传递：植物次生代谢产物可以作为营养储备物质，在植物生长发育的不同阶段起到重要的作用。例如，植物色素可以作为植物的营养储存和转运，并参与光合作用等生理过程。

二、植物次生代谢产物的药理学价值

1. 药物研发：植物次生代谢产物被广泛应用于药物研发领域。许多重要的药物如阿司匹林、紫杉醇等都是从植物中提取或合成得到的。这些植物次生代谢产物能够发挥抗菌、抗炎、抗肿瘤等药理学作用，对临床治疗起到积极的作用。

2. 药用价值：植物次生代谢产物作为中草药成分，广泛应用于传统中医药中，对多种疾病有一定的疗效。例如，黄连素具有抗菌、抗病毒、抗炎等作用，常被用于治疗感冒、发热等疾病。另外，植物次生代谢产物还可以用于制备保健品，通过调节身体机能提高人体免疫力。

3. 化妆品和美容品：植物次生代谢产物也被广泛应用于化妆品和美容品中。例如，茶多酚被用于皮肤护理，具有抗氧化和抗皱的作用，可以延缓衰老；葡萄籽提取物可以保护皮肤免受紫外线的伤害，减轻皮肤色斑等。

总结起来，植物次生代谢产物不仅仅是植物生存和发展的重要组成部分，还具有丰富的生物学功能和药理学价值。它们在药物研发、中草药应用、化妆品和美容品等领域发挥着重要的作用。对于人类健康的保护和促进具有重要的意义。因此，深入研究植物次生代谢产物的生物学功能和药理学机制，有助于开发新的药物和保健品，推动医药科学的发展。

植物次生代谢产物的化学成分与生物学功能

植物生长和发展过程中，除了基础代谢所需要的化合物之外，还产生了许多次生代谢产物，并表现出了多种生物学功能。这些次生代谢产物的种类繁多，有些可能对人类和动物是有毒的，而有些则具有药用和保健功能。本文将着眼于植物次生代谢产物的化学成分及其生物学功能。

一、植物次生代谢产物的分类

根据其生物学功能和化学性质，植物次生代谢产物可分为以下几类：

1. 酚类

酚类是植物中最常见的次生代谢产物之一，其结构主要包括苯环和羟基基团。酚类可分为单酚、二酚和多酚三类。单酚指只有一个羟基基团的化合物，如儿茶素和咖啡因。二酚包括两个羟基基团，如茶多酚和芥子油苷。多酚是三个以上羟基基团的化合物，如花青素和类黄酮。

2. 生物碱类

生物碱类是含有烷基、烯丙基或芳香基等异构基团的复杂有机化合物，具有毒性和味道较苦的生物活性物质，如尼古丁和马钱子碱。

3. 甾体类

甾体类物质是生物组成要素之一，部分物质在植物体内经化学修饰后而产生的次生代谢产物，如甾醇、甾酮和皂苷等。

4. 三萜类

三萜类化合物呈轮状或线状分子结构，具有广泛的生物活性，如β-谷甾醇和大黄素等。

5. 挥发性油类 挥发性油是植物体内特殊的次生代谢产物，主要存在于芳香植物中，如欧芹、茴香、丹参等。它们具有芳香且易挥发的特性，因此通常用于烹饪和医药用途。

二、植物次生代谢产物的生物学功能

植物次生代谢产物的生物学功能主要包括以下几个方面：

1. 防御作用

植物次生代谢产物通过抑制昆虫、真菌和病原体的生长和繁殖等方式，起着重要的防御作用。其中，生物碱类、酚类和挥发性油等物质对昆虫的毒性较大，而甲基丙烯酸乙酯则可用于抑制真菌的生长。

2. 色素作用

植物中的颜色多由色素造成。花青素和类黄酮等化合物可决定植物花朵的颜色，而类胡萝卜素则决定了植物叶片和果实的颜色。

3. 营养作用

植物次生代谢产物中有些化合物可以为动物提供营养，如类黄酮和多酚等物质可增强人体免疫力，防止癌症和心血管疾病等疾病的发生。