2017-11-09 10:31:27

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天然产物是指动物、植物提取物(简称植提)或昆虫、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,其中主要包括蛋白质、多肽氨基酸、核酸、各种酶类、单糖、寡糖、多糖、糖蛋白、树脂、胶体物、木质素、维生素、脂肪、油脂、蜡、生物碱、挥发油、黄酮、糖苷类、萜类苯丙素类有机酸酚类、醌类、内酯甾体化合物鞣酸类、抗生素类等天然存在的化学成分。

基本信息

  • 属性

    天然

  • 黄酮类化合物

    flavonoids

折叠 编辑本段 植物源有效成分

来源于植物界的有效成分主要有黄酮类生物碱类、多糖类挥发油类、醌类、萜类木脂素类、香豆素类、皂苷类、强心苷类、酚酸类及氨基酸与酶等。现将主要成分简介如下:

折叠 黄酮类化合物

黄酮类化合物(flavonoids),又称生物类黄酮(bioflavonoids),广泛分布于植物界中,是一大类重要的天然化合物。黄酮类化合物大多具有颜色,其不同的颜色为天然色素家族添加了更多的色彩。黄酮类化合物在植物体内大部分与糖结合成苷,一部分以游离形式存在。在高等植物体中常以游离态或与糖成苷的形式存在,在花、叶、果实等组织中多为苷类,而在木质部组织中则多为游离的苷元。黄酮类化合物具有色酮环与苯环为基本结构的一类化合物的总称,是多酚类化合物中最大的一个亚类。其基本骨架具有C6-C3-C6的特点,即由两个芳香环A和B,通过中央三碳链相互连结而成的一系列化合物。黄酮类化合物可以分为10多个类别,黄酮类、黄酮醇类、二氢黄酮类、二氢黄酮醇类、异黄酮类、二氢异黄酮类、查耳酮、二氢查耳酮类、橙酮类及花色素类等。截止到2000年,黄酮类化合物总数已达到8000个,并以黄酮醇类最为常见,约占总数的三分之一,其次为黄酮类,占总数的四分之一以上。黄酮类化合物的溶解度因结构及存在状态不同而有很大差异。黄酮苷一般易溶于热水、甲醇、乙醇、吡啶乙酸乙酯与稀碱液,难溶于冷水及苯、乙醚、氯仿中。一般游离苷元难溶或不溶于水,较易溶于有机溶剂(在乙酸乙酯中溶解度较大)与稀碱液。

折叠 编辑本段 产物相册类目

折叠 生物碱

生物碱类(Alkaloids)大多存在于植物中,故又称为植物碱,是一类含氮的有机碱性化合物,有复杂的环状结构,氮素多包含在环内,分子中大多含有含氮杂环,如吡啶吲哚喹啉嘌呤等,也有少数是胺类化合物。它们在植物中常与有机酸结合成盐而存在,还有少数以糖苷、有机酸酯和酰胺的形式存在。以未成盐碱(游离生物碱)形式存在的亲脂,以生物碱盐形式存在的亲水。能较好的溶解在氯仿、苯、乙醚、乙醇中,其显著的碱性,决定了它可以与各种酸(无机酸、有机酸)成盐。按照生物碱的基本结构,已可分为60类左右。主要类型:有机胺类(麻黄碱益母草碱秋水仙碱)、吡咯烷类(古豆碱、千里光碱、野百合碱)、吡啶类(烟碱、槟榔碱、半边莲碱)、异喹啉类(小檗碱吗啡粉防己碱)、吲哚类(利血平长春新碱、麦角新碱)、莨菪烷类(阿托品东莨菪碱)、咪唑类(毛果芸香碱)、喹唑酮类(常山碱)、嘌呤类(咖啡碱、茶碱)、甾体类(茄碱浙贝母碱澳洲茄碱)、二萜类(乌头碱飞燕草碱)、其它类(加兰他敏、雷公藤碱)。含生物碱的中草药很多,如三尖杉、麻黄、黄连、乌头、延胡索、粉防已、颠茄洋金花萝芙木贝母、槟榔、百部等,分布于100多科中,以双子叶植物最多,其次为单子叶植物,生物碱含量一般都较低,大多少于1%。目前已发现生物碱约6000种,并且仍以每年约100种的速度递增着。

折叠 多糖类

多糖(polysaccharide)又称多聚糖(polysaccharides),由单糖通过苷键连接而成,是聚合度大于10的极性复杂大分子,基本结构单元是葡聚糖,其分子量一般为数万甚至达数百万。广泛分布于动物、植物及微生物中,作为来自高等动植物细胞膜和微生物细胞壁天然高分子化合物,是构成生命活动的4大基本物质之一。目前已发现的活性多糖有几百种,按其来源不同,可分为真菌多糖、高等植物多糖、藻类地衣多糖、动物多糖、细菌多糖5大类。

植物多糖结构组成非常复杂,不同种的植物多糖的分子构成及分子量各不相同,植物的不同部位,因功能不同,多糖的种类和功能各不相同,生物活性也不同。多糖的结构与蛋白质一样也具有一、二、三、四级结构,植物多糖是由许多相同或不同的单糖以α一或β一糖苷键所组成的化合物,不同种的植物多糖的分子构成及分子量各不相同。淀粉、纤维素等多糖,大多为无定形化合物,无甜味和还原性,难溶于水;除淀粉、纤维素、果胶以外的具有生物活性的多聚糖,是一般,易溶于水,不溶于乙醇。

折叠 挥发油类

挥发油(volatile oils)又称精油(essential oils),是一类在常温下能挥发的、可随水蒸气蒸馏的、与水不相混的油状液体的总称。大多数挥发油具有芳香气味,在水中的溶解度很小,但能使水具有挥发油的特殊气味和生物活性,挥发油常存于植物组织表皮的腺毛、油室、油细胞或油管中,大多数成油滴状态存在。有时挥发油与树脂共存于树脂道内(如松茎),少数以甙的形式存在(如冬绿甙、其水解后的产物水杨酸甲酯为冬绿油的主成分)。

挥发油在植物体内的分布有多种多样。有的全株植物都含有(荆芥、紫苏);有的则在根(当归)、根茎(姜)、花(丁香)、果(柑橘)、种子(豆蔻)等部分器官中含量较多。挥发油为多种类型成分的混合物,一种挥发油往往含有几十种到一、二百种成分,其中以某种或数种成分占较大的分量。其基本组成为脂肪族、芳香族和萜类化合物。挥发油中存在的萜类主要是单萜倍半萜,通常它们含量较高,但无香气,不是挥发油的芳香成分。挥发油易溶于醚、氯仿、石油醚二硫化碳和脂肪油等有机溶剂中,能完全溶于无水乙醇

折叠 醌类

醌类化合物(quinonoids)是植物中一类具有醌式结构的有色物质,在植物界分布较广泛,高等植物中大约有50多个科100余属的植物中含有醌类,集中分布于蓼科茜草科、豆科、鼠李科、百合科、紫葳科等植物中。天然药物如大黄、虎杖、何首乌决明子丹参番泻叶、芦荟、紫草中的有效成分都是醌类化合物。醌类化合物多数存在于植物的根、皮、叶及心材中,也有存在于茎、种子和果实中。

醌类化合物包括醌类或容易转化为具有醌类性质的化合物,以及在生物合成方面与醌类有密切联系的化合物,醌类化合物基本上具有α、β-不饱和酮的结构,当其分子中连有OH、OCH3等助色团时,多显示黄、红、紫等颜色。主要分为苯醌萘醌菲醌蒽醌四种类型,在中药中以蒽醌及其衍生物尤为重要。游离的醌类多具升华性,小分子的苯醌类及苯酮类具有挥发性,能随水蒸汽蒸馏,可因此进行提取、精制。游离醌类极性较小,一般溶于甲醇、乙醇、丙酮、醋酸乙酯、氯仿、乙醚、苯等有机溶剂,不溶或难溶于水;与糖结合成苷后极性显著增大,易溶于甲醇、乙醇中,溶于热水,但在冷水中溶解度较小,几乎不溶于乙醚、苯、氯仿等极性较小的有机溶剂中。

折叠 萜类

萜类化合物(terpenoid)指具有(C5H8)n通式以及其含氧和不同饱和程度的衍生物,可以看成是由异戊二烯或异戊烷以各种方式连结而成的一类天然化合物。在自然界中广泛存在,包括高等植物、真菌、微生物、昆虫以及海洋生物,均有萜类成分存在。萜类化合物多数具有不饱和键,其烯烃类常称为萜烯,开链萜烯的分子组成符合通式(C5H8)n,随着分子中碳环数目的增加,其氢原子数的比例相应减少。萜类化合物除以萜烃的形式存在外,多数是以各种含氧衍生物,如醇、醛、酮、羧酸、酯类以及苷等的形式存在于自然界,也有少数是以含氧、硫的衍生物存在。一般根据其构成分子碳架的异戊二烯数目和碳环数目进行分类,有半萜、单萜倍半萜,再根据各萜类化合物中碳环的有无和数目多少分,有开链萜(或无环萜)、单环萜、双环萜(以此类推)等。萜类化合物在植物界分布很广泛,最为丰富多样的还是种子植物,尤其是被子植物。它们经常与树脂、树胶并生,似乎与生物碱相排斥。

折叠 木脂素类

木脂素(lignan)又称木脂体,由两分子苯丙素衍生物(C6-C3)聚合而成,单体主要是肉桂酸苯甲酸及其羟甲基衍生物。是一类植物小分子量次生代谢物,在体内大多呈游离状态,也有与糖结合成甙存在于植物的树脂状物质中。木脂素常见于夹竹桃科、爵床科马兜铃科植物中,广泛分布于植物的根、根状茎、茎、叶、花、果实、种子以及木质部和树脂等部位。因为从木质部和树脂中发现较早,并且分布较多,故而得名木脂素。木脂素类化合物可分为两大类,即木脂素和新木脂素。木脂素类是指C6-C3单位通过边链的β位碳连接而成的化合物,常见的有芳基萘、二苄基丁内酯、四氢呋喃、二苄基丁烷和联苯环辛烯等类型。C6-C3单位不通过边链β位碳连接形成的聚合体被归为新木脂素

木脂素多数为无色或白色结晶(新木脂素除外),多数无挥发性,少数能升华,如去甲二氢愈创酸。游离木脂素偏亲脂性,难溶于水,能溶于苯、氯仿、乙醚、乙醇等。与糖结合成苷者水溶性增大,并易被酶或酸水解。木脂素分子结构中常含醇羟基、酚羟基、甲氧基、亚甲二氧基及内脂环等官能团,具有这些官能团所具有的化学性质。具有酚羟基的木脂素还可溶于碱性水溶液中。

折叠 香豆素类

香豆素类化合物(Coumarins)是邻羟基桂皮酸的内酯,具有芳香气味,广泛分布于高等植物中,尤其以芸香科和伞形科为多,少数发现于动物和微生物中。在植物体内,它们往往以游离状态或与糖结合成苷的形式存在。香豆素的母核为苯骈α-吡喃酮。该类化合物的母核结构有简单香豆素类、呋喃香豆素类吡喃香豆素类三种类型,是生药中的一类重要的活性成分,主要分布在伞形科、豆科、菊科、芸香科、茄科、瑞香科、兰科等植物中。

游离的香豆素多数有较好的结晶,且大多有香味。香豆素中分子量小的有挥发性,能随水蒸汽蒸馏,并能升华。香豆素苷多数无香味和挥发性,也不能升华。游离的香豆素能溶于沸水,难溶于冷水,易溶于甲醇、乙醇、叙情和乙醚;香豆素苷类能溶于水、甲醇和乙醇,而难溶于乙醇等极性小的有机溶剂

折叠 皂苷类

皂苷(saponins)是广泛存在于植物界的一类特殊的苷类,它的水溶液振摇后可生产持久的肥皂样的泡沫,因而得名。是由甾体皂苷元或三萜皂苷元与糖或糖醛酸缩合而成的苷类化合物。广泛存在于植物界,在单子叶植物双子叶植物中均有分布,尤以薯蓣科、玄参科、百合科、五加科、豆科、远志科、桔梗科、石竹科等植物中分布最普遍,含量也较高,例如薯蓣、人参、柴胡、甘草、知母、桔梗等都含有皂苷。此外在海洋生物如海参、海星和动物中亦有发现。按皂苷配基的结构分为两类:甾族皂苷,多存在于百合科和薯蓣科植物中;三萜皂苷,多存在于五加科和伞形科等植物中。根据水解后生成皂苷元的结构,皂苷可分为三萜皂苷与甾体皂苷两大类。

皂苷大多为白色或乳白色的无定形粉末,味苦而辛辣,具吸湿性,能刺激粘膜而引起喷嚏,无明显的熔点。可溶于水,易溶于热水、热甲醇、热乙醇,不溶于乙醚、苯等极性小的有机溶剂。皂苷易溶于水饱和的丁醇或戊醇,因此常从水溶液中用丁醇或戊醇提取,借以与糖、蛋白质等亲水性成分分开。皂苷经酶或酸水解生成皂苷元为结晶状物质,可溶于丙酮、乙醚、三氯甲烷有机溶剂

折叠 强心苷类

强心苷类(cardiac glycosides)是指天然界存在的一类对心脏有显著生理活性的甾体苷类,可用于治疗充血性心力衰竭节律障碍等心脏疾患,由强心苷元及糖缩合而成,其苷元是甾体衍生物,所连接的糖有多种类型。强心苷的基本结构是由甾醇母核和连在C17位上的不饱和共轭内酯环构成苷元部分,然后通过甾醇母核C3位上的羟基和糖缩而合成。根据苷元部分C17位上连接的不饱和内酯环的类型分为甲型和乙型两类。甲型,是目前临床应用的强心苷及植物体中发现的绝大多数强心苷都是属于这一类型,如洋地黄毛花洋地黄毒毛旋花羊角拗黄花夹竹桃夹竹桃福寿草侧金盏花、北五加皮、铃兰、万年青等所含的强心苷

强心苷类成分多为无色结晶或无定形粉末,味苦,对黏膜有刺激性。可溶于水、丙酮醇类极性溶剂,略溶于醋酸乙酯、含醇三氯甲烷(2∶1或3∶1),几乎不溶于醚、苯、石油醚非极性溶剂。它们在极性溶剂中的溶解性,随分子中糖数目增加而增加。苷元难溶于极性溶剂而易溶于三氯甲烷、醋酸乙酯中。强心苷的苷键可被酸、酶水解,分子中具有酯键结构的还能被碱水解

折叠 编辑本段 微生物及其发酵液有效成分

微生物是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大类生物群体,它个体微小,却与人类生活密切相关。能够提供有效成分的主要是真核生物中的真菌与藻类,以及其他微生物的代谢(发酵)产物。来源于微生物及发酵液的有效成分主要有多糖类、酶类、抗生素类、色素类、氨基酸类、有机酸类、醇酮类、维生素类、核酸类等等。现将主要成分简介如下:

折叠 多糖类

微生物多糖是一类次生代谢产物。其中的有些同琼脂果胶阿拉伯胶等一样,是一类水溶性胶体物质,具有高粘度、高水溶性、高稳定性以及安全性等性质,因而在工业上具有多方面的特殊利用价值。某些来自高等真菌的多糖具有抗肿瘤作用,医用价值很大。根据存在位置的不同,多糖可分为细胞内多糖、细胞壁多糖和细胞外多糖。微生物大量产生的多糖主要是胞外多糖。胞外多糖的种类很多,根据所含糖苷基的情况可分为同型多糖和异型多糖。同型多糖中糖苷单体只有一种,如葡萄糖苷组成的葡聚糖、果糖苷组成的果聚糖甘露糖基聚合的甘露聚糖。植物体内的淀粉和纤维素是葡聚糖型的同型多糖。异型多糖也称杂多糖,是由两种以上(一般为2-4种)不同的糖苷基组成的聚合体。构成异型多糖的单体糖有葡萄糖、甘露糖、葡糖酸鼠李糖葡萄糖醛酸、甘露糖醛酸和半乳糖等。有的异型多糖含有少量丙酮酸琥珀酸等有机酸成分,也称为酸性多糖。日常生活中常用的微生物多糖有:

黄单胞菌多糖(黄原胶):一种典型的水溶性胶体多糖,是工业生产中产率最大的微生物多糖。由甘露糖、葡萄糖和葡糖酸(2:2:1)构成的杂多糖,具有增粘、稳定和互溶等物理性质。在食品工业中作为饮料、调味品、面包和罐头制品中的添加剂。

短梗酶多糖:水溶性胶类物质,由出芽短梗霉菌深层发酵产生。由葡萄糖构成的麦芽三糖糖苷基单位,是一种同型多糖。具有良好的水溶性、粘结性、成膜性和安全性,主要用作食品、医药、化妆品等制造中的增稠剂、成型剂和粘结剂。

右旋糖酐:是一种发现较早的微生物多糖。发酵生产用菌种是肠膜明串珠菌。右旋糖酐为类似淀粉和糊精葡聚糖物质,主要用途是在医疗中作为代血浆、动脉硬化抑制剂等,在食品加工上作为稳定剂和保湿剂等。

海藻酸:最初在海藻中提取。主要由甘露糖醛酸和古洛糖醛酸单体聚合而成。海藻酸可作为乳化剂、稳定剂和增粘剂用于食品、医药和造纸工业。其钠盐是一种通透性良好、无毒多聚胶体物质。

其他的大型真菌主要是多孔菌伞菌中的种类,其多糖类代谢物具有增强机体免疫力、抑制肿瘤细胞增生的抗癌作用,著名的如香菇多糖、茯苓多糖、猴头多糖、虫草多糖及银耳多糖等。

折叠 氨基酸类

氨基酸是在食品、医药、饲料、化工和农业等部门中具有广泛用途的化学原料。是一类具有特殊重要意义的化合物,是与生命活动密切相关的蛋白质的基本组成单位,是人体必不可少的物质。氨基酸广泛存在于动物、植物和微生物中。

氨基酸分子中既有碱性-NH2和酸性COOH,与强酸强碱都能作用生成盐,因此氨基酸为两性化合物。氨基酸根据分子中所含的氨基和羧基的数目分为中性氨基酸、碱性氨基酸酸性氨基酸。中性氨基酸是指分子中氨基和羧基数目相等的一类氨基酸。分子中氨基的数目多余羧基时称为碱性氨基酸,氨基的数目少于羧基时称为酸性氨基酸。

氨基酸为无色晶体,熔点一般都较高(常在230-300℃)之间),熔融时即可分解放出二氧化碳。氨基酸都能溶于酸性或碱性溶液中,但难溶乙醚等有机溶剂。在纯水中各种氨基酸的溶解度差异较大,加乙醇能使许多氨基酸从水溶液中沉淀析出。

氨基酸的发酵生产是通过微生物的代谢作用使含碳和氮的有机物转化成氨基酸,再将发酵液浓缩干燥或通过离子交换树脂将其提取出来。通过发酵法制得的是具有生化活性的L型氨基酸。大部分氨基酸几乎都可以用微生物来生产。这比人工合成或用天然蛋白质降解的制造方法来得容易,且效益也大大提高。谷氨酸(味精)是最早用微生物工业化生产的氨基酸。用发酵法生产的氨基酸有赖氨酸、丙氨酸精氨酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸苯丙氨酸色氨酸苏氨酸脯氨酸瓜氨酸鸟氨酸等。目前工业发酵生产的氨基酸主要如下:

L-谷氨酸:生产谷氨酸的主要有谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌以及微杆菌中的种类。工业发酵采用大型通气搅拌发酵罐碳源采用淀粉质原料(玉米、甘薯、小麦和马铃薯等)糖化后的葡萄糖液。尿素、氨水是良好的氮源。发酵最适温度为30-35℃,最适pH值为7.5-8。

L-赖氨酸:是谷类蛋白质中不足的氨基酸,作为食品和饲料中添加的必须氨基酸。赖氨酸发酵菌种是通过诱变处理获得的谷氨酸棒杆菌或黄色短杆菌的营养缺陷型突变株,人为地解除氨基酸生物合成的代谢控制机制,能大量积累赖氨酸,产量可以达到30g/L以上。

折叠 抗生素类

抗生素是微生物在新陈代谢过程中产生的、以低微浓度能抑制它种微生物的生长和活动,甚至杀灭它种微生物性能的化学物质。抗生素根据作用机制可以分为以下几类:

作用于DNA合成系统的抗生素:核苷酸生物合成的抑制剂抑制dATPdGTPdTTP、dCTP的合成,5FU、FdUMP、叶酸拮抗剂抑制从dUMP到dTMP的生成。ara C及ara CTP抑制从dCTP生成DNA。抗癌霉素抑制DNA多聚酶丝裂霉素烷化剂博来霉素、奈里酸、腐草霉素、抗原虫剂、嗜癌素、喹啉类、早妥链丝菌素以及新制癌素C(纺锤菌素、远霉素A、多色霉素等)作用于模板DNA或RNA。此外还有抑制核苷酸生物合成的化合物:叶酸和5FU。

抑制转录反应的抗生素:利福霉素、曲张链丝霉素、链霉菌素、α-鹅膏菌素、放线菌素、柔红霉素、丰加霉素、冬虫夏草菌素等。

作用于核苷酸生物合成系统的有冬虫夏草菌素、重氮霉素A、丙氨菌素等。

抑制蛋白质合成系统的有吲哚霉素、链霉素庆大霉素卡那霉素四环素等。

抑制细菌细胞壁粘肽生物合成系统的有磷霉素D-环丝氨酸万古霉素杆菌肽以及β-内酰胺类抗生素等。

作用于细胞质膜的有持久霉素、青霉素多粘菌素B、大四环抗生素、缬氨霉素、大四环抗生素以及英恩霉素等。

作用于能量代谢系统或作为抗代谢物的有:抗霉素A寡霉素短杆菌肽S等。

就作用和产值而言,抗生素及相关的生物活性物质是微生物最重要的产品。迄今已经能够生产的有一百多种,临床应用的有几十种。放线菌产生的抗生素种类最多,约占四分之三。目前开发的新微生物生物活性物质目标集中在以下几个方面:抗肿瘤物质;抗耐药性金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和结核杆菌物质、抗绿脓杆菌变形杆菌物质、抗病毒物质、抗心血管疾病物质。

折叠 色素类

色素根据溶解性能的不同可以分为水溶性的色素和油溶性的色素。水溶性的色素有柠檬黄日落黄苋菜红靛蓝亮蓝甜菜红花青素玫瑰茄红越橘红等,脂溶性的色素有胡萝卜素、辣椒红素、姜黄、玉米黄红曲酶色素等。微生物色素除红、橙、黄、绿、青、蓝、紫,褐和黑色之外,还有介于它们之间的各种各样颜色。这些色素有在细胞内的,有在细胞外的;有自身合成的,有转化培养基中的某些成份而形成的。总的来说,可以分为两类;①菌苔本身呈色而不渗入培养基,称为非水溶性色素。④菌苔本身呈色或不呈色,但使培养基呈色,称水溶性色素。

微生物有些色素,如细胞色素C,具有十分重要的生理功能,但许多色素的功能尚未被人们认识。在微生物,最普遍和常见的色素是黄色和橙色--类胡萝卜素。所有光合微生物都有类胡萝卜索,如光合细菌。许多非光合微生物也含有类胡萝卜素,如红酵母菌、链孢霉菌藤黄八叠球菌等。许多假单胞菌靶一些放线菌可以产生各种颜色的 吩嗪类色素,如紫色的碘菌素、蓝绿色的绿脓杆菌素、金黄色的金色菌素等。真菌的色素种类也很多,一种真菌往往可以产生不只一种色素,色素的主要成份是甲苯醌萘醌和咄吨酮等类型的衍生物。

色素是一种次生代谢产物,一般是在菌体生长后期开始合成,其合成过程可能是在培养基中缺乏某种营养物质,菌体的生长过程受到限制时被启动的。一般是菌体生长繁殖过程中不需要的物质、菌体失去合成这种物质的能力后照常生长。

折叠 酶类

目前用微生物生产的酶有数百种,其中大部分是水解酶(碳水化合物水解酶、蛋白酶脂肪酶等)、氧化酶转化酶异构酶等,均已大规模生产和应用。分子生物学上广泛使用的工具酶(限制性内切酶、聚合酶连接酶等)大都来源于微生物。目前我国已经能用发酵法大规模生产工业上所需要的酶及部分工具酶。

微生物由于催化自身代谢的需要,能合成种类繁多的酶。酶具有催化各种生化反应的功能。酶在化工、食品、酿造、医药、纺织和制革等工业上用途很广。利用微生物的工业发酵可以生产各种酶产品。

酶是生物细胞产生的一类具有高度催化活性的蛋白质,其催化能力比无机催化剂要高出几万倍甚至几亿倍。在生产上应用酶来催化各种反应,同使用无机催化剂相比具有许多优点,如作用快,生产周期短,转移性强,副产物少,产物易提纯;代替强酸强碱催化作用,不污染环境等。目前酶制剂已经称为工业上的一项新兴产品,在食品、化工、医药、纺织、造纸、农林以及生物科学研究等领域有着广泛的用途。

氧化还原酶类脱氢酶过氧化物酶;转换酶类如转氨酶和转磷酸酶等;水解酶类如淀粉酶纤维素酶、脂酶和蛋白酶等;裂解酶类如脱羧酶、脱氨酶和DNA内切酶等;异构酶类如葡萄糖异构酶和磷酸丙糖异构酶等;连接酶DNA连接酶等。

折叠 维生素类

维生素是维持细胞生长和正常代谢所必须的微量有机化合物。在化学结构上不属于同一类化合物,脂肪族、芳香族、脂环族、糖苷杂环类等化合物都有。虽然结构不同,生理功能各异,但也有以下几点共同点:以本体形式或可被利用的前体形式存在于天然食品中;多数不能在体内合成,也不能大量储存在组织中;不是构成各种组织的原料,也不提供能量;常以辅酶辅基的形式参与酶功能;有的维生素结构和生物活性相近,如吡哆醇吡哆醛吡哆胺等。

维生素根据溶解性能可分为两大类:脂溶性和水溶性维生素。脂溶性的维生素包括维生素A、D、E、K,它们不溶于水而溶于脂肪及有机溶剂中,在食物中常与脂类共存;水溶性维生素包括B族维生素和维生素C.一般无毒性,容易在体内被代谢出。用微生物生产的维生素有核黄素、β-胡萝卜素、维生素B2、维生素B6维生素B12、维生素C等。

折叠 其他类

有机酸:目前用微生物工业化生产的有机酸有柠檬酸、醋酸、葡糖酸葡萄糖酸丁烯二酸、曲酸乌头酸苹果酸α-酮戊二酸衣康酸、乳酸、酒石酸、延胡索酸等。他们中的大多数是重要的化工原料。

有机酸具有超过抗生素的多种作用,其中包括降低pH值和增强胰腺分泌。作为一类化学物质,它们都有共同的结构R-COOH。

酮类:乙醇、丁醇、丙酮等化工原料都可利用微生物来生产。

折叠 编辑本段 海洋天然产物有效成分

海洋占地球表面积的71%,生物量约占地球生物总量的87%,生物种类20多万种,是地球上最大的资源能源宝库,目前人们对海洋生物的认识仍相当有限,利用率仅1%左右。到目前为止海洋天然产物有效成分主要有甾醇、萜类皂甙、不饱和脂肪酸、多糖和糖苷、大环内酯、聚醚类化合物和多肽等。现将主要成分简介如下:

折叠 甾醇

甾醇是脂肪不能被皂化部分分离得到的饱和或不饱和的仲醇,无色结晶,几乎不溶于水,但是易溶于有机溶剂。甾醇在C3上-OH都是β型,在天然界中以游离醇或高级脂肪酸酯形式存在。

自1970年从扇贝中提取出24-失碳-22-脱氧胆甾醇以及发现珊瑚甾醇后,海洋甾醇的研究进展十分迅速。现已发现大量结构独特的甾醇它们主要分布在硅藻、海绵、腔肠动物、被囊类、环节动物、软体动物、棘皮动物等海洋生物体内,尤以海绵类为多。从海绵(Petrosia weinbergi)中分离出两种新的甾醇硫酸盐Weinbersterol Disulfides和B,都具有体外抗猫白血病毒作用,其半数效应浓度(EC50)分别为4.0g/mL和5.2g/mL后者还显示出体外抗HIV作用。

折叠 萜类

萜类(Terpenes)是一类天然的烃类化合物,其分子中具有异戊二烯(isoprene)的基本单位。通式为(C5H8)n。海洋萜类化合物主要来源于海洋藻类,海绵和珊瑚动物,包括单萜倍半萜二萜二倍半萜呋喃萜等类型。

大多数海洋单萜化合物都含有较多卤素,这是其独特的结构特点。海洋倍半萜常见于红藻褐藻、珊瑚、海绵等。红藻倍半萜的生源主要有两个:一是以顺反-法尼醇磷酸酯为前体,经没药烷(bisabolane)衍生而来一是以反、反-法尼醇焦磷酸酯为前体、经吉马烷(germacrane)等十元环中间体衍生而来。Scheuer等从海绵Luffariella variabilis中提取到的抗微生物活性物质manoalide是一个倍半萜化合物,药理研究表明,该化合物有良好的镇痛、抗炎活性,是磷脂酶A2(PLA2)的强效不可逆抑制剂,能干扰磷脂膜释放类二十烷酸类物质,因而有望成为治疗由PLA2或类十二烷酸引起的皮肤病的新药。

海洋二萜化合物的化学结构变化比倍半萜更多,其生物合成前体被认为是牻牛儿牻牛儿醇磷酸酯二倍半萜是由5个异戊二烯单位聚合而成,主要存在于海绵动物中。从Ircinia属海绵中发现的suvanine是一种三碳环二倍半萜,它在10μg/mL浓度下即有毒鱼作用,因此可能是海绵的防卫物质之一。C21呋喃萜是一类结构特殊的萜类,目前仅在海绵中发现,从生物合成的观点来看,它们可能是由二倍半萜降解而来的。

折叠 皂甙

许多陆地植物含有皂甙,而动物界中只有海洋棘皮动物的海参和海星含有皂甙,皂甙是它们的毒性成分。皂甙(Saponins)又称皂素,它的水溶液振摇后可生产持久的肥皂样的泡沫,因而得名。根据皂甙水解后生成皂甙元的结构,可分为三萜皂甙(triterpenoidal saponins)与甾体皂(steroidal saponins)两大类。

海参皂甙均为羊毛脂甾烷型三萜皂甙,其甙元都具有相同的母核海参烷(holostane)。从无足海参(Holothuria leucospilota)内脏提取的多种海参皂甙称玉足海参素,制成含渗透剂的软膏,临床治疗皮肤癣菌病,效果较好。

海星皂甙元均为甾体,包括孕甾烷型和胆甾烷型,前者如海星甾酮即海星皂甙元I(asterosapogenin I)后者如玛沙海星甾酮和二氢玛沙海星甾酮,它们是最先确定结构的海星皂甙元。而组成糖元部分的单糖主要有鼠李糖岩藻糖、奎诺糖、木糖半乳糖和葡萄糖。海星皂甙大多具有抗癌、抗菌、抗炎等生理活性,其溶血作用比海参皂甙更强。

折叠 不饱和脂肪酸

不饱和脂肪酸(Unsaturated fatty acids)是构成生物体脂肪的一种脂肪酸,是人体必需的脂肪酸。不饱和脂肪酸根据双键个数的不同,分为单不饱和脂肪酸多不饱和脂肪酸二种。单不饱和脂肪酸有油酸,多不饱和脂肪酸(Polyunsaturated fatty acids)指含有两个或两个以上双键且碳链长度为18~22个碳原子的直链脂肪酸,有亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸等。通常分为omega-3和omega-6,在多不饱合脂肪酸分子中,距羧基最远端的双键在倒数第3个碳原子上的称为omega-3;在第六个碳原子上的,则称为omega-6。

多不饱和脂肪酸主要来源于海洋生物,如二十碳五烯酸(eicosapaentenoic acid,EPA)、廿二碳六烯酸(docosahexenoic acid,DHA)、十八碳三烯酸(octadecatrienoic acid)等。DHA具有抗衰老、提高大脑记忆、防止大脑衰退、降血脂、降血压、抗血栓、降血粘度和抗癌等多种作用。EPA则用于治疗动脉硬化和脑血栓,还有增强免疫功能和抗癌作用。此外,从鲨鱼海兔、鲸鱼、海马等体内也获得多种不饱和脂肪酸。实验表明,它们均具有一定的药理活性。

折叠 多糖和糖苷

多醣由多个单糖分子脱水聚合而成,可成直链或者有分支的长链,是一种分子结构复杂且庞大的糖类物质。其通式为(C6H12O6)x。基本结构单元是葡聚糖,其分子量一般为数万甚至达数百万。而糖苷是单糖半缩醛羟基与另一个分子(例如醇、糖、嘌呤嘧啶)的羟基、胺基或巯基缩合形成的含糖衍生物。

多糖和糖苷参与体内细胞各种生命现象的调节,能激活免疫细胞,提高机体免疫功能,而对正常细胞无毒副作用。具有开发潜力的海洋多糖化合物,包括螺旋藻多糖微藻硒多糖、紫菜多糖、玉足海参粘多糖海星粘多糖、扇贝糖胺聚糖、刺参粘多糖、硫酸软骨素透明质酸甲壳质及其衍生物等。

折叠 大环内酯

大环内酯,或称巨环内酯,是一组其作用在于结构内的"大环"的药物(一般都是抗生素),这个大环亦即是一连结一个或多个脱氧糖(多是红霉糖及脱氧糖胺)的内酯环。内酯环可以是由14、15或16个单元组成。大环内酯属于天然产物中的多烯酮类。大环内酯化合物大多具有抗肿瘤抗菌活性。在海洋生物中,其主要分布于蓝藻甲藻、海绵、苔藓虫被囊动物和软体动物及某些海洋菌类中。

从红海产的海绵中分离到的latrunculin A和B有很强的杀鱼作用;海兔的污秽毒素(aplysiatoxin)及脱溴秽毒素(debromoaplysia toxin)具有抗癌作用,它们都属于大环内酯类化合物。Moore等从蓝藻伪枝藻属(Scytonema pseudohofmauni)中分离鉴定出5种大环内酯化合物:Scytophycin A,B,C,D和E,它们都具有很强的细胞毒性抗菌活性

另一类大环内酯,除疟霉素(aplasmomycin)是从浅海淤泥中分离出的灰色链球菌(Streptomyces griseum)所产生的一类抗生素,体外试验表明具有抑制革兰氏阳性菌作用,体内试验则有抗疟作用。

折叠 聚醚化合物

许多海洋毒素都属于聚醚化合物,聚醚类毒素是一类化学结构独特、毒性强烈并具有广泛药理作用的天然毒素,目前已发现的聚醚类毒素按其化学特征可归纳为3类:脂链聚醚毒素类、大环内酯聚醚毒素、梯形稠聚醚毒素。

岩沙海葵霉素(palytoxin,PTX) ,为最早开展研究的聚醚毒素,最初发现于剧毒岩海葵,分子量为2678.6,分子式C129H223 N3O54,1982年发现了其全部立体结构,证明此类毒素是一些不饱和脂肪链和若干环醚单元构成的含有64个不对称手性中心的复杂有机分子,故其属于脂链聚醚毒素类。PTX至今仍是已知结构的非肽类天然生物毒素中毒性最强和结构最复杂的化学物质。

刺尾鱼毒素(matiotxin,MTX),是由岗比甲藻类产生,经食物链蓄积于刺尾鱼体内的一类结构独特的海洋生物毒素,是从海洋生物中分离得到的一些含有醚环结构的大环聚醚内酯化合物,是已知最大的天然毒素之一,为一种高极性化合物,可溶于水、甲醇、乙醇、二甲基亚砜,不溶于三氯甲烷丙酮乙腈

西加毒素( ciguatoxin,CTX),其化学结构极为特殊,其分子骨架全部由一系列含氧5~9元醚环邻接稠合构成,整个骨架具有反式/顺式的立体化学特征。在各环的顶部和底部之间有交替变化的氧原子,每个醚氧原子组成,毗邻环之间的原子形成一种陡坡式梯形线状分子。分子式为C60H80O19,分子量为1112,分子中有6个羟基,5个甲基和5个双键。该毒素是一种高毒素性化合物,属于梯形稠聚醚毒素并为此类中结构最复杂,毒性最强的一类化合物。

折叠 多肽类

生物体内的活性肽是介于氨基酸与蛋白质之间的分子聚合物,它小至由2个氨基酸组成,大至有数百个氨基酸通过肽键连接组成,具有十分重要的研究价值和生理学意义。肽类主要分为以下两种形态:

线形肽(Liner peptides)一般按照其分子量或所含氨基酸个数的不同,加以分类。早期海葵中的多肽就按照分子量及药理活性的不同分为4类:(1)MW<3000,主要包含作用于Na+通道的毒素;(2)4000<MW<6200,主要包含作用于Na+通道的毒素;(3)6000<MW<7000,与哺乳动物体内获得的具有同源性毒素;(4)MW>10000包括大部分细胞毒素。

环肽(Cyclo peptides)按照其环的个数与类型可分为单环环肽、双环环肽、假环肽。单环环肽内通常只有氨基酸之间的肽键,其中的氨基酸一般不与其它杂原子成键,故只有1个环;双环环肽内含有1个或几个成桥的氨基酸。但为人所知的这种结构的环肽,目前数量还很少。

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