天然产物资源化学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

天然产物资源化学Resources Chemistry of Natural Products段 金 友邮箱： 电话：[phone] 试验室：C201第1页第1周 概论第2周 糖类化合物和脂类第3周 氨基酸、肽和蛋白质第4周 生物碱和黄酮第5周 萜类和挥发油第6周 甾体类第7周 鞣质和醌类第8周 海洋植物资源化学及总结主要课程内容第2页第一章 概论第一节 天然产物资源化学概念 天然产物（natural resources）是指生物（植物、动物和真菌）新陈代谢过程中产生和积累物质。天然产物资源（natural product resources）是指可供获取天然产物资源。天然产物资源学（science of natural product resources）是研究天然产物资源组成、数量和质量组合、地理分布、时空改变、开发与利用、保护和管理学科。第3页天然产物化学是指研究天然产物化学组成、结构分类、物理化学性质、提取分离方法、检识技术、结构判定及生物合成路径等。天然产物资源化学（resources chemistry of natural products）是天然产物化学与天然产物资源学相互渗透、交叉与整合而形成一门新兴边缘学科。第4页第二节 天然产物资源化学研究对象及任务 （1）研究天然产物化学结构特点、类型、物理化学性质、提取与分离方法及结构判定等，这些是天然产物基本理论和必备技术。1.1.有机化学有机化学 /无机化学无机化学 2.2.分析化学（有机分析分析化学（有机分析 /仪器分析）仪器分析）3.3.生药学生药学 /药用植物学药用植物学 4.4.有机化合物波谱分析有机化合物波谱分析 5.5.其它学科其它学科 *注意：各门学科相关性注意：各门学科相关性相相相相关关关关课课程程程程第5页红花花冠为惯用中药，鲜花中红花素可用作食用无毒色素及化装品原料，其铁盐或铝盐为媒染剂；红花种子含丰富油脂和不饱和酸，可供食用和工业用；红花幼苗含高营养成份，可作为很好菜蔬。天然产物资源化学不局限于药用成份！第6页（2）研究天然产物与物种及系统演化关系。生物性状是遗传基因与环境因子综合作用产物1.蒿属植物在中国有200余种，但到当前为止仅发觉黄花蒿有高含量青蒿素（artemisinin）；2.南非产甜菊属有百余种植物仅甜叶菊富含甜菊苷。甜叶菊甜菊苷甜度为蔗糖180200倍第7页 （3）研究天然产物积累与生物生长发育节律关系。各器官有不一样生理作用及功效，因而含有不一样成份。种子富含脂类、糖类、氨基酸及蛋白质等初生代谢产物；皮部多含末端产物和生理代谢产物如树脂、树胶、草酸钙结晶、挥发油及生物碱类；茎叶多含有功效色素如叶绿素、黄酮类、挥发油等，衰颓时则聚积多酚类等；地下器官则储存大量营养物质如糖类及其衍生物，尤其是在休眠期最富有。第8页 各器官中化学成份存在着节律改变及消长关系，研究其改变规律能够确定资源植物最正确采收期。栀子果实中京尼平苷，在果实早期形成时含量逐步连续升高，而其中藏红花素只在果实后期形成，直到果熟期到达高峰。栀子果第9页 内蒙麻黄，含有麻黄生物总碱，于春季含量低，夏季剧增（1%），9至10月份到达高峰（1.4%），10月份以后又趋下降，故适宜采收期应在9至10月份或夏季。麻黄麻黄碱具平喘作用，伪麻黄碱具消炎作用第10页(4)研究天然产物与环境生态关系。天然产物多为次生代谢产物，其形成与积累受基因调控，对环境也有相当依赖性:如研究各类化学成份随不一样空间（海拔、经纬度等）改变及改变规律，对制订天然药用动植物生产区划和生产基地选择含有十分主要意义。第11页亚洲薄荷在新疆产于低海拔地域不含，而高海拔地域油中含有薄荷醇及薄荷酮9.0%-15.6%。薄荷第12页 蛇床子中化学成份主要为香豆素，产于中国北方主要含角型呋喃香豆素如爱得尔庭、异蛇床素E等，产于中国南方主要含简单香豆素及线性呋喃香豆素类如蛇床子素、花椒毒素、香柑内酯等。蛇床子1.工业用于调配工业和日用烟草香精，是优良定香剂，亦用于电镀等2.医用 香豆素类内酯能有效帮助人体抗血小板凝集、抗血栓、护肝和调整睡眠第13页 环境生物（包含生物体内微环境，如内生菌等）对植物生长、发育及天然产物形成与积累也有主要影响。红豆杉第14页 有天然产物是在生物正常生长、发育条件下产生和积累，有是植物病态产物（如一些树胶和树脂），有是在胁迫（逆境）条件下产生和积累，如银杏 最适宜生长发育环境并非黄酮类化合物积累最适环境，而在次适宜环境下银杏，其黄酮积累较多。银杏增加脑血管流量，改进脑血管循环功效，保护脑细胞，扩张冠状动脉，预防心绞痛及心肌梗塞，预防血栓形成，提升机体免疫能力.第15页（5）研究扩大与寻找新资源化学路径。扩大与寻找新资源是资源学基本任务之一，资源化学可利用各种化学伎俩为此服务：以某一类成份为目标，在近缘植物中寻找高含量生物资源；以天然产物为先导进行结构修饰改造；从植物中寻找一些合成药品原料和中间体；研究药材加工中副产品级废料；研究同一植物不一样器官化学成份。第16页家庭作业2月26日1 1、名字解释：、名字解释：初生代谢产物；次生代谢产物初生代谢产物；次生代谢产物2 2、叙述题：、叙述题：天然产物积累与生长发育节律关系；天然产物积累与生长发育节律关系；天然产物与环境生态关系天然产物与环境生态关系;天然产物紫杉醇、青蒿素和石穿碱甲起源、含天然产物紫杉醇、青蒿素和石穿碱甲起源、含量和功效机制量和功效机制.第17页第三节 天然产物分类和生物合成路径天然产物分类 采取四级分类法：第一级是依据自然属性分为植物源产物和动物源产物；第二级是依据生成路径分为初生代谢产物（primary metabolite）和次生代谢产物（secondary metabolite），以及异常次生代谢产物（abnormal secondary metabolite）；第18页第三级是与依据经济属性或用途分类，如营养物质（糖类、脂类、蛋白质类等）、药用物质类、天然色类、鞣质类、香精香料类等；第四级是在三级分类下，蜂聚天然产物化学组成或分子结构再细分，如要用物质类下有生物碱类、萜类等。第19页植物代谢产物分类（一）初生代谢产物植物在获取能量过程中所产生、最基本、生活必需或共有一些成份，支撑和营养植物有机体，如糖、蛋白质、脂类、核酸和激素等。（二）次生代谢产物植物在释放能量过程中所产生物质，如生物碱、萜类、黄铜、醌、木脂素等以及一些新陈代谢末端产物如树胶等。初生代谢产物受基因控制，类型有限；次生代谢产物不但受基因控制，而且受次生代谢产物代谢调整，从而造成后者复杂性和多样性。第20页植物一次代植物一次代植物一次代植物一次代谢谢与生物合成与生物合成与生物合成与生物合成过过程程程程三三羧酸循酸循环 （TCA）丁丁酮二酸二酸 -酮戊二酸戊二酸 丁二酸丁二酸CO2 H2Oh/叶叶绿素素磷酸磷酸烯醇式丙醇式丙酮酸酸甲戊二甲戊二羟酸酸丙丙酮酸酸乙乙酰辅酶A丙二酸丙二酸单酰辅酶A赤藻糖赤藻糖4-磷酸磷酸葡萄糖代葡萄糖代谢莽草酸莽草酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸嘌呤、呤、嘧啶脂肪酸脂肪酸类-氨基乙氨基乙酰丙酸丙酸第21页植物二次代植物二次代植物二次代植物二次代谢谢与生物合成程与生物合成程与生物合成程与生物合成程三三羧酸循酸循环 （TCA）丁丁酮二酸二酸 -酮戊二酸戊二酸 丁二酸丁二酸鞣酸鞣酸类h/叶叶绿素素 磷酸磷酸烯醇式丙醇式丙酮酸酸甲戊二甲戊二羟酸酸丙丙酮酸酸乙乙酰辅酶A丙二酸丙二酸单酰辅酶A赤藻糖赤藻糖4-磷酸磷酸葡萄糖代葡萄糖代谢莽草酸莽草酸苯丙素苯丙素类芳香族氨基酸芳香族氨基酸脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸嘌呤、呤、嘧啶脂肪酸脂肪酸类萜 类甾甾 醇醇胡胡萝卜素卜素类生物碱生物碱类肽 类含氮化合物含氮化合物香豆素、木香豆素、木 脂（脂（质）素）素黄黄酮类-氨基乙氨基乙酰丙酸丙酸核苷核苷核苷酸核苷酸类醌 类胆胆 碱碱卟啉啉类前列腺素前列腺素类脂肪族及芳脂肪族及芳香族聚香族聚酮类第22页（三）异常次生代谢产物是一个应激产物，体内极少或没有，经刺激后快速大量产生，且有保护作用，又称植保素（phytoalexin）植物遭受一些刺激，不论是物理、化学，还是生物（如病、虫害）而产生物质。如盐肤木上虫瘿大量积累鞣质；切割松树、桃树流出树脂、树胶等。第23页异常次生代谢产物：萜类、酚类、黄酮类、香豆素类和炔类1960年 染病豌豆分离出第一个植保素异黄酮豌豆素仿用异常次生代谢产物方法，选育抗逆品种和获取含有应用价值异常次生代谢产物：培养高脯氨酸含量植物变异株作为培养抗旱、抗寒和抗盐泽新品种；利用化学物质刺激松树，提升其产脂量；刺激漆树，提升产漆量。第24页天然产物生物合成路径了解其起源、生物合成途经及他们之间联络，对于天然产物分类、结构研究、资源利用以及仿生合成等学科发展有着主要理论指导意义：(一一)利用植物亲缘相关性利用植物亲缘相关性 1.推测天然化合物结构 2.定向寻找天然活性成份 3.植物化学分类(二二)组织培养组织培养 1.工业生产有效成份 2.生物调控，提升活性成份含量第25页ISBN：9787811355901;作者：于荣敏黄璐琦出版社：暨南大学;出版时间：-01-01概述了生物合整天然产物基本结构及其反应机制，以及生物合成路径推导，叙述了各种不一样生物合成路径，包含乙酸路径、莽草酸路径、甲羟戊酸路径甲基赤藓糖磷酸路径、生物碱路径、多肽蛋白路径以及糖类化合物生物合成路径等。利用基本化学原理，叙述了天然药品中不一样化学成份之间关系，为天然产物提供了一个推理论证描述方法；侧重于将复杂结构转化为简单片段，即将其分而解之。第26页1.乙乙酸酸丙二酸路径丙二酸路径(acetate-malonate pathway)合成成份合成成份类别：脂肪酸：脂肪酸类主要生物合成路径主要生物合成路径脂脂肪肪酸酸类生生物物合合成成路路径径1.直链奇数碳脂肪酸起始物为丙酰辅酶A；2.支链脂肪酸前体为异丁酰/-甲基丁酰/甲基丙二酰辅酶A;3.不饱和脂肪酸先经生物氧化为羟基衍生物，再脱水而成。第27页苯酚、苯苯酚、苯醌、蒽、蒽酮和蒽和蒽醌类生物合成路径生物合成路径1.乙乙酸酸丙二酸路径丙二酸路径(acetate-malonate pathway)合成成份合成成份类别：酚：酚类、蒽、蒽酮、蒽、蒽醌类化合物。化合物。-OH、-OCH3多互为间位第28页萜、甾甾族族类生生物物合合成成路路径径2.甲戊二甲戊二羟酸路径酸路径 (mevalonic acid pathway)合成成份合成成份类别：萜 类、甾体、甾体类化合物化合物第29页3.桂皮酸桂皮酸 莽草酸路径莽草酸路径 (cinnamic acid shikimic acid pathway）含有C6-C3骨架苯丙素类、香豆素类、木脂素和木质素类、以及含有C6-C3-C6骨架黄酮类生物合成路径。香香豆豆素素类、木木脂脂素素和和木木质素素类、黄黄酮类生生物物合合成成路路径径第30页4.氨基酸路径氨基酸路径 (amino acid pathway）合成成份合成成份类别：生物碱：生物碱类生生物物碱碱类生生物物合合成成路路径径生物碱普通起源于前体氨基酸、甲戊二羟酸和醋酸酯。第31页5、复合路径复合路径：有些化合物（查耳酮、二氢黄酮）合成经历两种以上不一样生物合成路径。常见主要复合路径有：（1）乙酰-丙二酸-莽草酸路径（2）乙酰-丙二酸-甲戊二羟酸路径（3）氨基酸-乙酰-甲戊二羟酸路径（4）氨基酸-乙酰-丙二酸路径（5）氨基酸-莽草酸路径植物资源化学 32 第32页 另外，应该指出：许多天然化合物均由以上特定路径所形成，不过也有少数例外。比如植物界中广泛存在没食子酸（Gallic acid）在不一样植物中或由莽草酸直接生成（如老鹳草）、或由桂皮酸生成（如漆树）或由苔藓酸（如Epicoceum nigrum）生成。33植物资源化学自然界中没食子酸生物合成第33页作业题:1.物体内生物合成主要路径。2.生物合成在植物资源化学中地位和作用。第34页