生药学教案.doc

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1、教 案课 程 名 称 生药学 授 课 教 师 陈国忠 职 称 讲师 院（系、部） 生命科学学院 教 研 室 工程教研室 授 课 对 象 09级生物工程本1-5班 学 年 学 期 2011-2012学年第2学期 2012年 2月12日 鲁 东 大 学 教 务 处编 写 说 明1、每项内容都要填写，“教学过程”部分要详细填写，空格不够用时可自行扩充；2、A4纸双面打印（或手写）；3、一次课为一个教案，每门课按学期统一用一个封面左侧装订，封面和本说明双面打印；4、授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、习题课等；5、所授课程教案每轮次必须更新。授课题目生药的分类与记载授课类型理论首次授课时间 20

2、12 年 2 月29 日学时2教学目标1掌握各类有效成分的概念、主要性质和鉴定方法。2熟悉各类化合物分布、结构类型和功效。3了解次生代谢物质及生物合成。重点与难点重点：各类有效成分的概念、主要性质。难点：次生代谢物质及生物合成。教学手段与方法教学模式：启发讲解与学生讨论相结合。教学手段：板书。教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）授课过程：第二章 生药化学成分及其生物合成第一节 概述生药之所以能够作为药物应用，是因为其含有临床治疗的有效成分。自从1806年德国科学家从阿片（即鸦片，源于罂粟植物蒴果）中分离出具有强烈镇痛作用的吗啡，研究者相继从金鸡纳皮、可可豆

3、、颠茄根和麻黄中分别分离出喹宁、咖啡因、阿托品和麻黄碱。近几年，随着分离技术、物理和化学分析方法的不断进步，越来越多的化学成分从生药中分离并鉴定。生药的化学成分不仅与临床应用和药物生产有密切关系，而且对于生药的品质鉴定也有重要意义。因此，在研究生药和开发利用生药的工作中，必须了解生药的化学成分的种类、性质和鉴定方法以及提取分离和结构确定等知识。那么，这些化学成分是如何产生的呢？这就要从生物的物质代谢说起。一、生物的物质代谢新陈代谢是生命的基本特征之一，它包括能量代谢和物质代谢。物质代谢是指生物体与外界环境之间物质的交换和生物体内物质的转变过程。生物合成必要的生命物质的过程为初生代谢，所生成的物

4、质如蛋白质、核酸、脂类、糖类等，称为初生代谢产物。与之对应的是次生代谢产物(Secondary metabolites)，是通过次生代谢(Secondary metabolism)产生的一类对细胞生命活动或生物生长发育正常运行并非必需的小分子有机化合物，其产生和分布通常有种属、器官、组织以及生长发育时期的特异性。根据化学结构次生代谢产物可分为苯丙素类、醌类、黄酮类、单宁类、萜类、甾体及其甙、生物碱七大类。还有人根据次生代谢产物的生源途径分为酚类化合物、类萜类化合物、含氮化合物(如生物碱)等三大类。生药中的有效成分绝大多数属于次生代谢产物。那么什么叫做有效成分？什么叫无效成分？二、有效成分、辅成

5、分和无效成分初生代谢产物含量较高，生理活性一般较小，临床应用不多。而次生代谢产物是存在于生物体内的特殊成分，含量虽低，但生理活性较强，具有临床应用的价值。通常把生药的化学成分分为3类：1. 有效成分active substances 指具有显著生理活性和药理作用，在临床上有一定应用价值的成分，包括生物碱类、苷类、挥发油类等。如：利血平是萝芙木降压的有效成分，苦杏仁苷是苦杏仁止咳平喘的有效成分。2. 辅成分adjuvant substances 指具有次要生理活性和药理作用的成分，有时候它们在临床上也有一定的应用价值。有些辅成分能促进有效成分的吸收，增强疗效，如：洋地黄皂苷能促进洋地黄强心苷的吸

6、收，从而增强洋地黄的强心作用。有些辅成分能使有效成分更好地发挥作用，如槟榔中的鞣质可保护槟榔碱在胃液中不溶解，而到肠中才被游离出来，发挥疗效。3. 无效成分inactive substances 指无生理活性，在临床上没有医疗作用的成分，包括纤维素、木栓、角质、粘液、色素、树脂等。当然，有效与无效不是绝对的，应根据具体的生药进行具体分析，才能确定某成分是否为有效成分、辅成分或无效成分。如：鞣质在地榆与五倍子中为有效成分，在大黄中为辅成分，而在肉桂中为无效成分。而且随着科学技术的发展，原先认为无效的成分现在不少已发现了它们的医疗价值，而成为有效成分。如：蘑菇多糖有抑制肿瘤的作用，菠萝蛋白酶有驱虫

7、、抗炎、抗水肿的作用。第二节 生药的化学成分一、多糖类糖类广泛分布于生物体内，为植物光合作用的初生产物，不仅是植物体内的贮藏养料，而且是生物合成其他有机化合物的前体。根据组成糖类成分的糖基个数，可将糖类分为单糖、低聚糖和多糖3类。（一）结构类型多糖由10个以上单糖分子聚合而成，通常由几百甚至几千个单糖分子组成。均多糖由一种单糖组成，杂多糖由两种以上不同的单糖组成。多糖按功能可分为2类：一类是不溶于水的动植物的支持组织，如植物中的纤维素，动物中的甲壳素等；另一类为动植物的储藏养料，可溶于热水形成胶状溶液。（二）含量测定多糖含量测定法常采用容量滴定法、紫外-可见分光光度法（蒽酮-硫酸法、苯酚-硫酸

8、法重点掌握）。（三）药理活性随着科技发展，不少多糖的生物活性被发掘并用于临床，如刺五加多糖、灵芝多糖、黄精多糖、黄芪多糖都可促进人体的免疫功能（黄芪多糖的药理作用及在养鸡业上的应用），香菇多糖具有抗癌活性，鹿茸多糖可抗溃疡等。二、黄酮类（一）结构类型黄酮类化合物（flavonoids）是一类存在于自然界的、具有2-苯基色原酮（flavone）（画图）结构的化合物。它们分子中有一个酮式羰基，第一位上的氧原子具碱性，能与强酸成盐，其羟基衍生物多具黄色，故又称黄碱素或黄酮。2-苯基色原酮目前，黄酮类化合物已经远远超出这个范围，即凡具有C6-C3-C6基本骨架（画图-修改：擦掉羰基）的一类化合物均被称

9、为黄酮类化合物。黄酮类化合物结构中常连接有酚羟基、甲氧基、甲基、异戊烯基等官能团。此外，它还常与糖结合成苷叫做黄酮苷flavonoid glycosides。在木质部中，多以苷元形式存在；而在花、叶、果等器官中，多以糖苷形式存在。根据基本结构，可将主要的天然黄酮类化合物分类：黄酮(flavones)、黄酮醇(flavonol)、二氢黄酮(flavonones)、二氢黄酮醇(flavanonol)、花色素(anthocyanidins)、黄烷 (flavan)、查尔酮(chalcones)和双黄酮(biflavonoids)等十几种。（二）分布与活性黄酮类化合物广泛分布于植物界中，主含黄酮类成分

10、的生药有银杏叶、卷柏、葛根、甘草、黄芪、陈皮等。不同结构类型的黄酮类化合物存在于不同的植物类群中。如黄酮醇主要分布于双子叶植物中，以山奈酚、槲皮素、异鼠李素和杨梅素最为常见；异黄酮集中分布于豆科、蔷薇科及鸢尾科中，常见的大豆素、葛根素等；双黄酮主要分布于裸子植物，常见的有银杏黄酮、柏黄酮等。黄酮类化合物是药用植物的主要活性成分之一，具有保护心脑血管、抗氧化、抗肿瘤、抗炎、抗菌、抗病毒等广谱的生理活性。（三）理化性质天然黄酮类化合物多以苷类形式存在 ，并且由于糖的种类、数量、联接位置及联接方式不同可以组成各种各样黄酮苷类。黄酮苷固体为无定形粉末，其余黄酮类化合物多为结晶性固体。黄酮类化合物不同的

11、颜色为天然色素家族添加了更多色彩。这是由于其母核内形成交叉共轭体系，并通过电子转移、重排，使共轭链延长，因而显现出颜色。黄酮苷一般易溶于水、乙醇、甲醇等极性强的溶剂中；但难溶于或不溶于苯、氯仿等有机溶剂中。糖链越长则水溶度越大。这对于黄酮类化合物的提取很有意义。黄酮类化合物因分子中多具有酚羟基，故显酸性。酸性强弱因酚羟基数目、位置而异。（四）鉴别定量1. 盐酸-镁粉还原反应取药材粉末少许与试管中，用乙醇或甲醇数毫升温浸提取，取提取液加镁粉少许振摇，滴加几滴浓盐酸，1-2min内即出现颜色。多少黄酮醇、二氢黄酮及二氢黄酮醇类显红-紫红色，黄酮类显橙色，异黄酮及查尔酮类无变化。2. 金属盐类试剂络

12、合反应黄酮类成分和铝盐、镁盐、铅盐、锆盐等试剂反应，生成有色的络合物，可供某些类型黄酮的鉴别。产生络合作用的条件是黄酮类成分必须具备下列条件之一，如5-羟基、3-羟基或邻二羟基。根据有色络合物的最大吸收波长，可采用可见-紫外分光光度法进行定量测定。常用的试剂有三氯化铝、醋酸铅、醋酸镁与二氯氧化锆等试剂。三、蒽醌类（一）结构凡具有如下基本结构的成分称为蒽醌类Anthraquinone。由蒽的衍生物与糖结合的苷叫做蒽苷anthra glycosides。生药中存在的蒽醌衍生物都是羟基蒽醌及其苷。Anthraquinone（二）分布与活性蒽醌类化合物较集中分布于蓼科、鼠李科、豆科、茜草科等。主含蒽醌

13、类成分的生药有大黄、何首乌、虎杖、茜草、番泻叶、决明子、芦荟等。蒽醌类化合物具有广泛的药理活性，包括抗菌、抗炎、抗病毒以及致泻作用等。如大黄的广谱抗菌作用，芦荟的抗病毒作用等。（三）理化性质蒽醌类成分具升华性，常压下加热即可升华。蒽醌可溶于多种有机溶剂，游离蒽醌难溶于水，结合蒽醌可溶于冷水。蒽醌类因都含酚羟基，具一定酸性，所以在碱性溶液中溶解度较大。（四）鉴别定量鉴别反应：（1）Borntragers 反应(碱液试验)羟基蒽醌类遇碱显红-紫红色，加酸后颜色消失，再加碱又显红色。这是蒽醌类一个很重要的鉴别反应。（2）乙酸镁反应蒽醌和乙酸镁甲醇液生成稳定的橙红色或紫色络合物。生成的颜色随分子中羟基

14、的位置而有所不同。因此此反应不仅作为蒽醌的一般定性检查，而且可以提供羟基取代位置的线索，有利于结构的推测。基于这一性质，可用紫外-可见分光光度法定量分析生药中的总蒽醌。四、皂苷类“皂苷”一词由英文名 Saponin 意译而来，意为肥皂。皂苷是苷类中结构比较复杂的化合物，它们广泛存在于植物体内，种类繁多，组成复杂。（一）结构类型根据水解后生成皂苷元的结构，皂苷可分为三萜皂苷和甾体皂苷2大类。三萜皂苷的皂苷元为30个碳原子组成的三萜类衍生物，大多数苷元有羧基，故又称酸性皂苷，少数呈中性，如人参皂苷、柴胡皂苷等。甾体皂苷的皂苷元由27个碳原子组成，不含羧基，呈中性，故又称中性皂苷。（二）分布与活性三

15、萜皂苷大多分布于双子叶植物，主含三萜皂苷的有人参、三七、西洋参、甘草、黄芪、柴胡、党参、桔梗、远志等。甾体皂苷大多分布于单子叶植物，主含甾体皂苷的生药有麦冬、天门冬、重楼、知母、黄精、穿山龙等。皂苷能与红细胞膜上胆甾醇相互作用，渗透性增加，导致红细胞膜破裂，使血红蛋白流失而具有溶血作用，因此含有皂苷的药物不能静脉注射。此外还有杀灭钉螺、抗炎、抗菌、抗肿瘤等活性。（三）理化性质皂苷多为白色或乳白色无定形粉末，少数为晶体，味苦而辛辣，对黏膜有刺激性。皂苷一般可溶于水、甲醇和稀乙醇，易溶于热水、热甲醇及热乙醇，不溶于乙醚、氯仿及苯。皂苷是很强的表面活性剂，即使高度稀释也能形成皂液。皂苷的水溶液可以和

16、一些金属盐类产生沉淀。（四）鉴别定量（1）泡沫试验：泡沫试验是检查皂甙的经典方法。取中药粉末1g，加水10ml，煮沸10min后过滤，将滤液于试管中强列振摇，如产生持久性泡沫(15min以上)即为阳性反应。所产生的泡沫多少与pH有关，取二支试管，一管加入0.1N盐酸液5ml，另一管加入0.1N氢氧化钠液5ml，再各加入中药水溶液，使酸管的pH为1，碱管pH为13，强烈振摇，如两管所形成的泡沫高度相同，则中药中含三萜皂甙，如碱管泡沫较酸管泡沫高数倍，则中药中含甾体皂甙（中性皂甙的水溶液在碱性溶液中可形成较稳定的泡沫，借此可与酸性皂甙区别）。（2）溶血试验：生药水浸液1ml，加1.8%氯化钠溶液1

17、ml及2%红细胞悬浮液1ml，摇匀后放置，数分钟后可见溶液变透明红色。此反应也可在显微镜下观察，可见细胞溶解情况。（3）显色反应：生药粉末1g，加10ml70%乙醇于水浴回流提取，过滤，滤液进行以下试验：A. 醋酐-硫酸反应(Libermann-Burchard反应)：取滤液1ml，水浴蒸干，加醋酐1ml溶解残渣，移入小试管，沿管壁加浓硫酸1ml，两液的交界处出现紫红色环。B. 浓硫酸反应：取滤液2ml，水浴蒸干，加浓硫酸12滴，出现由黄红紫色或绿褐色的颜色变化。皂甙与浓硫酸显色的机制是由于分子内发生脱水、脱羧、氧化、缩合、双键移位及形成多烯阳碳离子而呈色。C. 芳香醛-硫酸或高氯酸反应：也是

18、较常用的皂甙显色反应。在使用芳香醛为显色剂的反应中，以香草醛为最普遍，因其显色灵敏，试剂的空白溶液色浅，常用作人参皂甙、甘草皂甙、柴胡皂甙等三萜皂甙的显色剂，也常用作用甾体皂甙的显色剂，另外还可用对-二甲氨基苯甲醛。基于这一性质，可用紫外-可见分光光度法测定生药中的总皂苷。D. Frobde反应：取滤液2ml，水浴蒸干，加Frobde试剂(5mg钼酸钠或钼酸溶于1mlH2SO4)，呈结红至紫黑色。E. 三氯醋酸反应(Rosen-heimer反应)：将皂甙溶液滴在滤纸上，喷三氯醋酸试剂，加热，生成红色渐变紫色。甾体皂甙加热到60即发生颜色变化，而三萜皂甙不得不加热至100才能显色。由于三氯醋酸较

19、浓硫酸湿和，故可用于纸色谱显色。五、生物碱类生物碱是一类存在于天然生物界中含氮原子的碱性有机化合物。生药中生物碱的含量大多低于1%，有些含量特别高，如黄连中小檗碱含量可达8%，金鸡纳皮中奎宁含量高达15%。在植物体内，生物碱一般与有机酸结合成盐类，呈溶解状态存在于液泡中，有些与糖结合成苷，少数呈游离状态存在，如咖啡碱、秋水仙碱等。（一）结构类型按照生物碱母核的基本结构，已可分为60类左右，下面介绍一些主要类型：l 有机胺类(麻黄碱、益母草碱、秋水仙碱)l 吡咯烷类(古豆碱、千里光碱、野百合碱)l 吡啶类(菸碱、槟榔碱、半边莲碱)l 异喹啉类(小檗碱、吗啡、粉防己碱)l 吲哚类(利血平、长春新碱

20、、麦角新碱)l 莨菪烷类(阿托品、东莨菪碱)l 咪唑类(毛果芸香碱)l 喹唑酮类(常山碱)l 嘌呤类(咖啡碱、茶碱)l 甾体类(茄碱、浙贝母碱、澳洲茄碱)l 萜类(乌头碱、飞燕草碱)（二）分布与活性生物碱类化合物在植物界分布广泛，绝大多数存在于双子叶植物中。主含生物碱的生药有黄连、麻黄、黄柏、附子、吴茱萸、延胡索等。同科同属植物可能含相同结构类型的生物碱。 一种植物体内多有数种或数十种生物碱共存，且它们的化学结构有相似之处。生物碱是生药中一类重要的有效成分，目前已分离到10000余种，其中80多种已用于临床，如黄连中的小檗碱用于抗菌消炎，麻黄中的麻黄碱用于平喘，萝芙木中的利血平用于降压，喜树中

21、的喜树碱用于抗肿瘤等。（三）理化性质大多数的生物碱为结晶固体，少数为粉末，有固定的熔点。游离生物碱通常易溶于非极性有机溶剂，生物碱盐类易溶于水和乙醇，此性质可用于生物碱的提取、分离和纯化。（四）鉴别定量沉淀反应：大多数生物碱在酸性水溶液中，能与一些特殊的试剂（生物碱沉淀剂）作用，生成沉淀，利用这些沉淀反应，可以判断生物碱的存在与否，也可用于生物碱的精制。常用的沉淀剂如：碘化铋钾试剂、碘碘化钾试剂等。常用的生物碱沉淀试剂见下表：常用的生物碱沉淀试剂试剂名称组成反应特征碘化铋钾试剂（dra-gendoff reagent）KBiI4黄色至橘红色无定形沉淀碘化汞钾试剂（mayer reagent）K

22、2HgI4 类白色沉淀碘一碘化钾试剂（wagner reagent）KII2 红棕色无定形沉淀硅钨酸试剂（bertrand reagent）SiO212WO3nH2O淡黄色或灰白色无定形沉淀饱和苦味酸试剂（picricacid reagent）2，4，6三硝基苯酚黄色沉淀或结晶雷氏铵盐试剂（ammonium Reineckate）NH4cr（NH3）2（SCN）4红色沉淀或结晶显色反应：生物碱能与某些显色剂生成特殊的颜色，可供生物碱的识别。常用的显色剂如：钒酸铵-浓硫酸溶液、钼酸铵-浓硫酸溶液、甲醛-浓硫酸试剂等。（1）矾酸铵一浓硫酸溶液（Mandelin试剂）为1矾酸铵的浓硫酸溶液。如遇阿托

23、品显红色，可待因显蓝色，士的宁显紫色到红色。 （2）钼酸铵一浓硫酸溶液（Frohde试剂）为1钼酸钠或钼酸铵的浓硫酸溶液，如遇乌头碱显黄棕色，小檗碱显棕绿色，阿托品不显色。 （3）甲醛一浓硫酸试剂（Marquis试剂）为30甲醛溶液0.2ml与10ml浓硫酸的混合溶液。如遇吗啡显橙色至紫色，可待因显红色至黄棕色。 （4）浓硫酸 如遇乌头碱显紫色、小檗碱显绿色，阿托品不显色。 （5）浓硝酸 如遇小檗碱显棕红色，秋水仙碱显蓝色，咖啡碱不显色。 含量测定：根据生物碱的显色反应，采用紫外-可见分光光度法测定生药中总生物碱的含量。生药中单体生物碱的含量测定可采用高效液相色谱法。六、挥发油类挥发油又称精油

24、essential oil，是一类在常温下能挥发的、可随水蒸汽蒸馏的、与水不相混的油状液体的总称，大多具有芳香气味。（一）化学组成挥发油为多种类型成分的混合物，其基本组成为脂肪族、芳香族和萜类化合物。（二）分布与活性挥发油主要分布于菊科、伞形科、唇形科、芸香科、樟科、姜科等芳香植物中。挥发油常存在于表皮的腺毛、油室、油细胞或油管中，大多数呈油滴状态存在。主含挥发油的生药有丁香、薄荷、藿香、当归、陈皮、生姜等。挥发油具有发散解表、芳香开窍、清热解毒、杀虫抗菌等作用，广泛用于香料、食品与化妆品等。（三）理化性质大多数挥发油为无色或淡黄色油状透明液体，具特殊的香气或其它气味，在常温下可挥发，大多比水

25、轻；易溶于有机溶剂，能完全溶于无水乙醇，在水中的溶解度很小。挥发油在常温下大多为液体，少数为固体，如八角茴香油。有些挥发油在低温条件下可析出固体成分，称为“脑”，如薄荷油中的薄荷脑，樟油中的樟脑等。（补充资料：樟脑丸有天然樟脑丸与合成樟脑丸之分。合成樟脑丸是一种有机化合物，含有萘的樟脑丸大多呈白色，气味刺鼻，且沉于水中；而天然樟脑丸则是光滑的呈无色或白色的晶体，气味清香，会浮于水中。用于防虫、防蛀、防霉的天然樟脑丸又被称为臭珠，原本是从樟树枝叶中提炼出的有芳香味的有机化合物，也用来制药、香料等，医药上用作强心药。而含有萘或者对二氯苯的合成樟脑丸则有刺鼻的味道，二氯苯有毒性，它能引起人体中毒症状

26、，如倦怠、头晕、头痛、腹泻等。目前市面上出售的樟脑丸80%以上均不同程度地含有萘或者对二氯苯，印有“绝不含萘和对二氯苯，安全、高效、对人体无毒无害”的产品不到1/6。因此选购防蛀剂时一定要注意包装袋上标注的成分，切莫忽视。）挥发油在空气中久置或光线照射，会逐渐氧化变质，颜色变深，失去香气，因此应装满于棕色瓶中，密封低温贮藏。（四）提取蒸馏法是最常用的方法，详见药典附录。此外还有溶剂提取法和超临界萃取法。（五）含量测定中国药典2010年版附录详细介绍了挥发油的测定装置和测定方法。七、鞣质类鞣质（Tannins）又称单宁，是存在于植物体内的一类结构复杂的多元酚类化合物。（一）结构类型根据鞣质的结构

27、可将鞣质分为两类。1. 可水解鞣质hydrolysable tannins 具有酯式或甙式结构，大多数由没食子酸（Gallicacid）或其衍生物与葡萄糖或多元醇结合而成，糖上的每一个醇羟基都与没食子酸上的一个羟基结合成酯，可被酸、碱、酶水解。含这类鞣质的中草药有五倍子、没食子、石榴果皮等。水解鞣质在医药上已提纯应用为消炎收敛药，名鞣酸。（此处应注意区分没食子和没食子酸、鞣质=鞣酸=单宁=单宁酸）2. 缩合鞣质condensed tannins 一般由儿茶素（Catechin）或其衍生物聚合组成，结构复杂，不能水解，加酸加热或水溶液在空气中久置能产生一种缩合物质-鞣红Phlobaphene，中

28、草药中的鞣质多数属于缩合鞣质。（二）分布与活性鞣质广泛分布于植物界，尤其是植物体被昆虫伤害所形成的虫瘿中常含有大量的鞣质，如五倍子中鞣质含量可高达70%以上。主含可水解鞣质的生药有五倍子、没食子、石榴皮、大黄等；主含缩合鞣质的生药有儿茶、茶叶、虎杖、槟榔等。（三）理化性质1味涩。大多数为无定形物质，较难提纯。 2能与蛋白质结合生成沉淀，此性质在工业上用以鞣革。 3大多数能溶于水与乙醇形成胶体溶液，不溶于氯仿、苯、无水乙醚与石油醚。可溶于乙酸乙酯。 4鞣质分子中有邻位酚羟基，可与多种金属离子络合。鞣质的水溶液遇三氯化铁试剂产生蓝黑色颜色或沉淀，故制备中草药制剂时，应避免与铁器接触。 5鞣质的木溶

29、液遇明胶、石灰、重金属盐类（如醋酸铅、醋酸铜、重铬酸钾）、生物碱等会产生沉淀，此性质可用于除去中草药中的鞣质（视为杂质时）以及用于定性试验与含量测定。 6鞣质为强还原剂，在空气中能被氧化而颜色变深，特别在碱性溶液中变得更快。（四）定量分析生药中总鞣质含量用可见-紫外分光光度法测定，单体鞣质类化合物常用高效液相色谱法，详见中国药典2010年版。生药化学成分还包括木脂素、萜类、氨基酸多肽类、有机酸类、树脂类、色素类以及无机成分等。第三节 生药化学成分的生物合成一、概述早期，植物化学家们仅仅满足于阐明天然产物的结构，并将其归类，但随着研究深入，人们逐渐认识到有必要阐明这些次生代谢产物在生物体内的生源

30、与生物合成途径，以便了解它们的发生与发展规律，并为其生物调控奠定基础。生源是探讨次生代谢产物的合成前体，即由哪些基本的结构单元所产生。生物合成是研究次生代谢产物的体内合成途径，阐明从前体经一系列中间体直至形成最终产物的过程。二者密不可分。在生源与生物合成的研究中，形成了多种假说，有些已被证明是正确的。Wallach和Ruzicka很早就发现萜类化合物是由一个共同的建筑单元“异戊烯单元”所组成的。Winterstein和Trier提出了生物碱是由-氨基酸形成的假说，后被证实。从此，逐渐打开了活细胞合成工厂的秘密，各类化合物的生物合成途径基本阐明，一些前体和中间体也被鉴定。次生代谢产物的主要代谢途

31、径如下图所示：（见下一页）从图中可以看出，大多数的次生代谢物起源于数量有限的几个前体，这些前体是连接次生代谢与初生代谢的纽带，并在初生代谢中起着重要作用。乙酸以其磷脂-乙酰辅酶A的形式，在次生代谢产物的合成过程中具有其中心位置。在细胞中乙酰辅酶A是由丙酮酸或脂肪酸合成，也可直接由乙酸乙酯与辅酶A在ATP的作用下形成。由乙酸可以合成甲瓦龙酸，再经3,3-二甲基烯丙基焦磷酸酯和异戊烯焦磷酸酯等中间体最终形成萜类化合物。莽草酸由糖衍生而来，进而合成一系列芳香族化合物。而大量的含氮有机化合物如生物碱则以氨基酸作为重要的前体化合物合成。有些次生代谢产物具有混合生源合成途径，如黄酮类是由多酮和肉桂酸衍生而

32、来，吲哚生物碱起源于莽草酸途径和甲瓦龙酸途径。目前对生物合成有了较好的认识，能够把大量的各不相同的天然产物以合理的方式进行系统化并使之相互关联，但并不是所有的生物合成过程都已澄清。生物合成研究仍具有积极的意义，概括为以下几个方面：1、 有助于天然产物的结构鉴定 当以传统的方法确定天然产物的结构有困难时，生物合成的假设是非常有意义的。随着现代波谱技术，特别是核磁共振技术和X-射线单晶衍射技术的巨大进展，已能完全依靠波谱技术确定一个天然产物的结构。过去直到实现一个天然产物的全合成才能确定其结构的时代已成为历史，但生物合成假说在天然产物结构推导方面仍将发挥作用。2、 有助于天然产物的仿生合成 在一个

33、天然产物的体内生物合成途径被阐明后，按照其生源合成途径，模仿生物合成步骤对其进行化学合成的方法称为仿生合成biomimetic synthesis。对天然产物，特别是复杂天然产物，全合成通常是一个非常艰巨的工作，往往包含了众多的合成步骤，而且产率极低，如抗癌药物紫杉醇虽然实现了人工全合成，但步骤繁多产率低，不具有实际应用价值。如果能够仿照生物合成途径选择合适的前体和路线将大大提高全合成的成功率和效率。3、 有利于定向合成所需的天然产物 了解了各类化学成分的前体和生物合成途径，可以人为地在植物或组织培养体系中供给前体或中间产物或必需的催化酶来增加所需成分的积累和含量，达到人为控制天然产物产生的目

34、的，对于药用活性成分的生产和实践起指导作用。4、 与植物化学分类的关系 不同科属的植物通常都存在一定的特征性成分，可以作为植物化学分类的依据。然而特征性化学成分的形成常有趋同现象，即不同科属的植物含有同一类或同一个成分，这样就不能仅以某种成分的存在与否作为分类标准，而应当看这些化学成分在不同科属植物中的生物合成途径是否相同作为一个分类标准。二、生物合成研究的基本方法阐明生药化学成分的体内合成途径是一件艰苦的事情，起初由于生物合成过程步骤多，中间体浓度低，检测手段相对落后，次生代谢物的生物合成研究一直未取得重要进展，直到开始使用遗传缺陷性生物体和同位素标记化合物，生物合成研究才取得了突破性进展。

35、生物合成研究的主要方法通常是首先根据植物化学成分的研究结果和现存的理论提出一个假设，饲喂假设前提到生物体内进行代谢，然后分离代谢产物，分析饲喂的前体是否已经结合到代谢产物中。生物合成研究的主要技术包括：同位素示踪技术、分离器官和组织的方法、突变系和生物合成抑制剂的使用、催化酶及其基因的研究、光谱和色谱分析技术等。三、生物化学成分的生物转化生物转化biotransformation或bioconversion，即利用生物体系包括微生物、动植物或动植物组织培养系，或生物体系的酶制剂，对外源性底物进行结构修饰所发生的化学反应。生物转化的本质是生物体系的酶对外源性底物的酶催化反应。生药化学成分的生物转化研究具有重要意义。由于生物转化反应在温和条件下进行，选择性高，立体专一性强（酶催化反应的几个特点），可以完成化学方法通常不能进行的反应，越来越受到生药学工作者的重视。生物转化通常可分为微生物转化和植物细胞组织培养转化。从广义上讲，药物代谢（药物在生物体内的生物转化反应）也属于生物转化的范畴。思考：口服药可能经过哪些生物转化？思考题、讨论题、作业1、 如何鉴别可水解鞣质和缩合鞣质？2、 如何评价挥发油的品质好坏？教学后记