杜仲次生代謝產(chǎn)物及其生物合成途徑

1、杜仲中的次生代謝物及其生物合成途徑摘要：本文介紹了杜仲的生物學(xué)特征及產(chǎn)地，對(duì)杜仲中所含的次生代謝產(chǎn)物及其生物合成途徑進(jìn)行了綜述。關(guān)鍵詞：杜仲；次生代謝產(chǎn)物；生物合成途徑1杜仲概述杜仲(EucommiaulmoidesOliver)為杜仲科杜仲屬植物，是我國特有名貴藥用樹種，落葉喬木，其高達(dá)20m、樹皮灰褐色，粗糙，連同枝、葉、根均含膠，折斷有銀白色細(xì)絲。葉橢圓或橢圓伏卵型，長618cm，邊緣有鋸齒，下邊脈上有毛，葉柄長12cm，果為翅果扁平而薄，內(nèi)含一種子2-3。杜仲為地質(zhì)史上第三紀(jì)冰川運(yùn)動(dòng)殘留下來的古生物樹種，為國家二級(jí)保護(hù)植物4，原產(chǎn)于我國西南諸省山區(qū)，喜溫暖而涼爽的氣候，屬喜光樹種，在強(qiáng)

2、光、全光條件下才能良好生長。杜仲適生范圍較廣，我國有豐富的資源，主要分布于甘、陜、晉、豫、湘、鄂、川、滇、黔、桂、蘇、皖、浙、贛等省、自治區(qū)，垂直分布一般在2001500m之間，個(gè)別地區(qū)海拔高度可達(dá)2500m，其野生的分布中心是在中國中部地區(qū)5。在日本、俄羅斯、朝鮮、北歐、北美等國家和地區(qū)也有引種6。其皮和葉是我國傳統(tǒng)的中藥材，具有補(bǔ)肝腎、強(qiáng)筋骨和安胎的作用，用于治療腎虛腰痛、筋骨無力、胎動(dòng)不安、高血壓、頭暈?zāi)垦５劝Y。杜仲皮中主要藥用成分為松脂醇二葡萄糖苷，杜仲葉中主要藥用成分為綠原酸7。2杜仲的化學(xué)成分近年來，各國學(xué)者對(duì)杜仲的化學(xué)成分進(jìn)行了大量研究，目前經(jīng)過分離和鑒定的有機(jī)化合物約有70種以

3、上，無機(jī)礦物元素不少于15種。研究還發(fā)現(xiàn)，杜仲皮、花、葉和枝條等各部分中含有相似的化學(xué)成分，主要包括:苯丙素類、木脂素類、環(huán)烯醚萜類、黃酮類、多糖、氨基酸和杜仲膠等有機(jī)化合物，及鈣、鐵等無機(jī)元素。2.1苯丙素類苯丙素是一類含有一個(gè)或幾個(gè)C6-C3單位的化合物，在苯環(huán)上有酚羥基或烷氧基取代，是形成木脂素的前體，在杜仲中廣泛存在。目前已從杜仲中發(fā)現(xiàn)10多種苯丙素類化合物8-13見表1。表1杜仲中的苯丙素類化合物序號(hào)No.化合物名稱Name1綠原酸chlorogenicacid2綠原酸甲酯methylchlorogenate3咖啡酸caffeicacid4二氫咖啡酸dihydrocaffeicaci

4、d5愈創(chuàng)木丙三醇guaiacyl-glycerol6松柏苷Coniferin7間羥基苯丙酸3-(3-hydroxyphenyl)propionicacid8丁香苷Syringin9寇布拉苷kaobraside10松柏醇Coniferol11香草酸vanillicacid2.2木質(zhì)素類木脂素是由苯丙素雙分子聚合而成的天然產(chǎn)物，具有抗腫瘤、抗病毒等生理活性。迄今為止，從杜仲中共分離鑒定出20多種木脂素及其苷類14-16。按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為單環(huán)氧木脂素、雙環(huán)氧木脂素、環(huán)木脂素、倍半木脂素和新木脂素等類型，見表2。表2杜仲中的部分木脂素類化合物序化合物名稱No.Name1松脂素(+)-pinoresi

5、nol2表松脂素(+)-epi-pinoresinol31-羥基松脂素(+)1-hydroxypinoresinol4松脂素單糖苷(+)-pinoresinolO-p-D-glucopyranoside序號(hào)No.化合物名稱Name5松脂素雙糖苷(+)-pinoresinoldi-O-p-D-glucopyranoside61-羥基松脂素-4,-單糖苷(+)l-hydroxypinoresinol-4-O-p-D-glucopyranoside71-羥基松脂素-4-單糖苷(+)1-hydroxypinoresinol-4-O-p-D-glucopyranoside81-羥基松脂素雙糖苷(+)1-

6、hydroxypinoresinol4,4-di-O-p-D-glucopyranoside9丁香脂素(+)syringaresinol2.3環(huán)烯醚萜類化合物環(huán)烯醚萜類及其苷類化合物在植物界中分布較廣，是由臭蟻二醛轉(zhuǎn)變而來的單萜類化合物，分子中含有環(huán)烯醚鍵，杜仲醇類無環(huán)烯醚鍵，可看成環(huán)烯醚萜開環(huán)后的產(chǎn)物。另外，環(huán)烯醚萜還可形成多聚體。現(xiàn)己從杜仲葉、皮中分離出10多種環(huán)烯醚萜類成分17。如表3表3杜仲中的環(huán)烯醚萜類序號(hào)化合物名稱No.Name1桃葉珊瑚苷aucubin2京尼平genipin3京尼平甘geniposide（又稱梔子甘）4京尼平苷酸geniposidicacid5車葉草苷asperu

7、loside6車葉草苷酸asperulosidicacid7雞屎藤苷10-O-乙酸酯scandoside10-O-acetate10筋骨草苷ajugoside11雷樸妥苷reptoside12杜仲苷DulmoidosideD13杜仲苷ulmoside14杜仲苷AulmoidosideA15杜仲苷BulmoidosideB16杜仲苷CulmoidosideC2.4杜仲中的黃酮類化合物黃酮類化合物在植物界中分布最廣，常以游離態(tài)或與糖結(jié)合成苷的形式存在目前已發(fā)現(xiàn)有6000多種不同的黃酮類化合物。黃酮類化合物也是杜仲的主要有效成分之一。杜仲不同部位中總黃酮的含量也有很大的差別，以杜仲葉中的總黃酮含量最

8、高，尤其以老葉中的含量最高；主根和主根皮中黃酮含量最低，而除葉外的各部位的含量相差不大，且含量都較低18。其含量的高低是判斷杜仲生藥及其產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)。杜仲皮和葉中分離鑒定的黃酮類化合物見表419-21。表4杜仲中的黃酮類化合物化合物名稱Name續(xù)號(hào)No.成成KiTa成KiTaTaKi成Ta孫孫山柰酚kaempferol山柰酚3-O-蕓香糖甙kaempferol-3-O-rutinoside山柰酚3-O-(6?-乙酰基)-葡萄糖苷kaempferol-3-O-acetylglucoside紫云英苷kaempferol-3-O-glucoside,astragalin槲皮素quercetin

9、槲皮素3-O-葡萄糖甙quercetin3-O-卩-D-glucopyranoside,isoquercitrin槲皮素-3-O-桑布雙糖苷quercetin3-O-sambubioside槲皮素3-O-木糖基-(1-2)-葡萄糖甙quercetin-3-O-xylopyranoside槲皮素3-O-a-L-阿拉伯酸-(1?2)-卩-D-葡糖苷quercetin3-O-a-L-arabinopyranosyl-卩-D-glucopyranoside陸地錦苷hirsutin蘆丁rutin兒茶素catechin表兒茶素epcatechin2.5其他成分杜仲多糖是近年來研究發(fā)現(xiàn)的又一活性成分。組成明

10、確的有:Gonda等22從杜仲皮中分離出的酸性聚糖杜仲糖A(EucommanA)和Tomoda等23分離出的杜仲糖B(EucommanB)。杜仲糖A是由L阿拉伯糖、D半乳糖、D葡萄糖、L鼠李糖、D半乳糖醛酸按摩爾比8：6：4：5：8組成；杜仲糖B的結(jié)構(gòu)主要為01,2L鼠李糖，1,4D半乳糖。這兩種多糖對(duì)網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)均有活化作用，可增強(qiáng)機(jī)體非特異性免疫功能。杜仲膠因其在工業(yè)上的良好用途已成為現(xiàn)在研究的又一熱點(diǎn),它是普通天然橡膠的同分異構(gòu)體,屬反式聚戊二烯,杜仲膠具有金屬光澤,耐酸堿、不易腐蝕,其硫化制品質(zhì)量比天然橡膠品質(zhì)優(yōu)良，是現(xiàn)代工業(yè)開發(fā)高性能綠色橡膠的極好材料24。杜仲中除上述成分外，還包含

11、酚、醇類化合物、抗真菌蛋白25、生物堿及揮發(fā)油26等。另外杜仲營養(yǎng)成分含量豐富，含有絲氨酸、谷氨酸、甘氨酸、精氨酸等17種游離氨基酸，其中必需氨基酸齊全；還有Zn、Cu、Fe、Mn、Ge、Xe等15種微量元素27。3主要次生代謝物的生物合成途徑苯丙素類的生物合成途徑杜仲葉片中的主要苯丙素類物質(zhì)是綠原酸(Chlorogenicacid)28、29。植物中綠原酸的生物合成包括了一系列的酶促反應(yīng)。在酶的催化下,葡萄糖轉(zhuǎn)化成莽草酸(shikimicacid)，后者再轉(zhuǎn)化成丙氨酸，最后經(jīng)過合成酶作用得到綠原酸30。見圖1。圖1綠原酸生物合成途徑木質(zhì)素類化合物的生物合成途徑木脂素是由苯丙素雙分子聚合而成的

12、天然產(chǎn)物，合成途徑如圖2圖2木質(zhì)素類化合物合成途徑環(huán)烯醚萜類化合物生物合成途徑杜仲中的環(huán)烯醚萜苷類化合物主要包括桃葉珊瑚苷(aucubin)和京尼平苷酸(geniposidicacid)。桃葉珊瑚苷和京尼平苷酸均易溶于水、甲醇，溶于乙醇，不溶于乙醚、氯仿、苯及石油醚。分子結(jié)構(gòu)中存在半縮醛結(jié)構(gòu)，極不穩(wěn)定。桃葉珊瑚苷和京尼平苷酸的生物合成途徑中的酶和基因目前還沒有完全研究清楚。這兩種物質(zhì)屬于環(huán)戊烯型的環(huán)烯醚萜苷類，環(huán)烯醚萜類化合物在植物體中生物合成途徑起源于類異戊二烯途徑產(chǎn)生的焦磷酸牻牛兒酯(IPP),其化合物基本結(jié)構(gòu)骨架的合成途徑如圖3。2.4黃酮類化合物生物合成途徑黃酮類化合物是一類含有c6-

13、c3-c6基本結(jié)構(gòu)骨架的化合物，根據(jù)碳鏈的氧化程度、B環(huán)連接的位置以及三碳鏈?zhǔn)欠衽cB環(huán)構(gòu)成環(huán)狀等特點(diǎn)，可將黃酮類化合物分為黃酮(flavones)、二氫黃酮(flavonone)、異黃酮(isoflavones)、黃酮醇（flavonol）、黃烷醇（flavanol）、橙酮（aurone）、查耳酮（chaicone）及花青素（anthocyanin）等幾大類31。杜仲中的黃酮類化合物主要有槲皮素和山奈酚，其生物合成途徑如圖4。L-苯丙氨酸COOH乙酰-CoA羧化酯OHOH肉桂酸P-香豆酸P-香豆酰輔酶A丙二酸單酰-CoA+3HCCOSCoAH3LCOOH乙酸異黃酮FNSOHHOHOHO黃酮OH

14、OHOHO黃酮醇（山萘酚）hoOr黃酮醇（槲皮素）雙氫槲皮素圖4槲皮素和山奈酚的生物合成途徑CHS：查耳酮合成酶chalconesynthase；CHR：查耳酮還原酶chalconereductase；STS：芪合成酶stilbenesynthase；AS：金魚草素合成酶aureusidinsynthase；CHI；查耳酮異構(gòu)酶chalconeisomerase；F3H：黃烷酮羥化酶flavanonehydroxylase；FNS：黃酮合成酶flavonesynthase；IFS：異黃酮合成酶isoflavonesynthase；FLS：黃酮醇合成酶flavonolsynthase，F(xiàn)3H；黃

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