第六章植物的次級代謝產(chǎn)物

第六章植物的次級代謝產(chǎn)物當(dāng)前1頁，總共77頁。第一節(jié)初級代謝和次級代謝當(dāng)前2頁，總共77頁。次級代謝產(chǎn)物的特征：貯存在液泡或細胞壁中，大部分不再參加代謝活動。生命活動必需，如植物激素（生長素、赤霉素）、光合色素（類胡蘿卜素）、花色素（揮發(fā)萜類吸引昆蟲傳粉）、對植物無害對動物或微生物有毒的物質(zhì)（多酚單寧）、抵抗入侵的產(chǎn)物（質(zhì)保素）等。長期演化過程中形成。往往是重要的藥物或工業(yè)原料。當(dāng)前3頁，總共77頁。當(dāng)前4頁，總共77頁。一、萜類的種類萜類或類萜在自然界中廣泛存在、不溶于水；異戊二烯組成，有鏈狀的也有環(huán)狀的。相對分子質(zhì)量低的萜是揮發(fā)油，相對分子質(zhì)量高的萜成為樹脂、胡蘿卜素等，相對分子質(zhì)量更大的則形成橡膠等高分子化合物。第二節(jié)萜類當(dāng)前5頁，總共77頁。當(dāng)前6頁，總共77頁。第二節(jié)萜類當(dāng)前7頁，總共77頁。第二節(jié)萜類當(dāng)前8頁，總共77頁。樟腦單萜除蟲菊酯側(cè)柏烯苧（zhù）烯/檸檬烯牻（máng）牛兒醇當(dāng)前9頁，總共77頁。姜烯倍半萜丁香烯桉葉醇檀香烯當(dāng)前10頁，總共77頁。樹脂酸雙萜冷杉酸當(dāng)前11頁，總共77頁。魚鯊烯/角鯊烯三萜固醇（豆固醇、谷固醇、麥角固醇等）當(dāng)前12頁，總共77頁。橡膠多萜杜仲膠當(dāng)前13頁，總共77頁。二、萜類的生物合成二者都形成IPP，然后進一步合成萜類，所以IPP亦稱為“活躍異戊二烯”。當(dāng)前14頁，總共77頁。當(dāng)前15頁，總共77頁。三、萜類的功能1.影響植物生長發(fā)育水稻惡苗病赤霉素（雙萜）：促進生長、打破休眠類胡蘿卜素（四萜）：胡蘿卜素、葉黃素、番茄紅素可以調(diào)節(jié)花、葉和果實顏色；胡蘿卜素還能轉(zhuǎn)變成脫落酸。當(dāng)前16頁，總共77頁。2.對哺乳動物和昆蟲有毒害作用松和冷杉含有松脂的單萜成分，如苧烯和桂葉烯等對棘脛小蠹等昆蟲有毒害作用揮發(fā)油多是單萜和倍半萜，存在于腺細胞和表皮中。如薄荷、檸檬等分泌特殊揮發(fā)油，防止害蟲侵襲。當(dāng)前17頁，總共77頁。棉酚，一種倍半萜，存在于一些棉花品種的棉籽和下表皮毛中，可以抗蟲。松樹的樹脂含有相當(dāng)數(shù)量的雙萜（如冷杉酸），當(dāng)害蟲取食穿刺到樹脂道時，樹脂流出，阻止害蟲取食，最后封閉傷口。2.對哺乳動物和昆蟲有毒害作用當(dāng)前18頁，總共77頁。大戟科植物產(chǎn)生的乳汁含有雙萜（如佛波醇），嚴(yán)重刺激皮膚，對哺乳動物有毒。當(dāng)前19頁，總共77頁。3.藥用或工業(yè)原料短葉紅豆杉分泌紅豆杉醇（也叫紫杉醇）是強烈的抗癌藥物。多萜化合物中橡膠是最有名的高分子化合物，一般由1500-15000個異戊二烯單位組成。當(dāng)前20頁，總共77頁。一、酚類的種類定義：芳香族環(huán)上的氫原子被羥基或功能衍生物取代后生成的化合物，種類繁多，是重要的次級代謝產(chǎn)物之一。有的是脂溶性；有的是水溶性的羧酸和糖苷；有些是不溶的大分子多聚體。第二節(jié)酚類當(dāng)前21頁，總共77頁。根據(jù)芳香環(huán)上帶有的碳原子數(shù)目不同，分為6種。當(dāng)前22頁，總共77頁。肉桂酸/桂皮酸簡單苯丙酸類阿魏酸（抗血小板凝集，抑制血栓素形成，增強前列腺活性等）當(dāng)前23頁，總共77頁。苯丙酸內(nèi)酯香豆素（香豆酸的內(nèi)酯，有抗凝血作用）當(dāng)前24頁，總共77頁。水楊酸苯甲酸衍生物類沒食子酸當(dāng)前25頁，總共77頁。木質(zhì)素（存在于木質(zhì)組織中，主要作用是通過形成交織網(wǎng)來硬化細胞壁。木質(zhì)素主要位于纖維素纖維之間，起抗壓作用?？勺鳛橄鹉z補強劑）木質(zhì)素當(dāng)前26頁，總共77頁。類黃酮類之花色素苷當(dāng)前27頁，總共77頁。黃酮黃酮醇異黃酮（大豆、葛根等植物中含量較大）當(dāng)前28頁，總共77頁。鞣質(zhì)當(dāng)前29頁，總共77頁。二、酚類的生物合成以莽草酸途徑為主當(dāng)前30頁，總共77頁。1.莽草酸途徑該合成途徑存在于高等植物、真菌和細菌中，動物和人類沒有，因酪氨此動物和人類需要的酸、苯丙氨酸和色氨酸必需從食物中獲取。催化莽草酸和PEP合成烯醇丙酮酸5-磷酸莽草酸（EPSP）的EPSP合酶能被廣譜除草劑草甘膦抑制。因此施用草甘膦后，植物不能合成芳香族氨基酸及其衍生物，最后因缺蛋白質(zhì)而死。當(dāng)前31頁，總共77頁。2.莽草酸途徑是酚類合成的中心苯丙氨酸解氨酶（PAL）是控制初級代謝轉(zhuǎn)變?yōu)榇渭壌x的分至點，是形成酚類化合物中的一個重要調(diào)節(jié)酶。苯丙氨酸在PAL作用下，脫氨形成肉桂酸，進一步羥化形成香豆酸，這是酚類物質(zhì)合成的首先步驟。之后香豆酸加羥基和甲氧基分別形成咖啡酸和阿魏酸。這四種簡單酚類是較復(fù)雜的香豆素、木質(zhì)素、鞣質(zhì)、類黃酮和異黃酮等的前身。當(dāng)前32頁，總共77頁。三、簡單酚類當(dāng)前33頁，總共77頁。三、簡單酚類當(dāng)前34頁，總共77頁。補骨脂素（呋喃香豆素類的一種），被日光中的紫外線A（320-440nm）激發(fā)為高能電子態(tài)，插入DNA雙螺旋中，與堿基C和T結(jié)合，阻斷DNA轉(zhuǎn)錄和修復(fù)，可導(dǎo)致白血病細胞死亡。在逆境或病害時，芹菜中的呋喃香豆素類含量顯著增加。作用：防御食草昆蟲和真菌侵襲當(dāng)前35頁，總共77頁。四、木質(zhì)素植物體的木質(zhì)素數(shù)量很大，僅次于纖維素，居有機物的第二位。木質(zhì)素是植物體重要組成物質(zhì)，廣泛分布于植物界。植物在細胞質(zhì)中形成3種木質(zhì)醇（香豆醇、松柏醇和芥子醇），再運送到細胞壁形成木質(zhì)素，為細胞壁的主要成分之一。當(dāng)前36頁，總共77頁。與CoA結(jié)合，被催化成相應(yīng)的高能CoA硫酯衍生物當(dāng)前37頁，總共77頁。五、類黃酮類類黃酮是兩個芳香環(huán)被三碳橋連起來的15碳化合物，其結(jié)構(gòu)來自兩個不同的生物合成途徑。一個芳香環(huán)（B）和橋是從苯丙氨酸轉(zhuǎn)變而來，而另一個芳香環(huán)（A），則來自于丙二酸途徑。當(dāng)前38頁，總共77頁。基本類黃酮骨架會由許多取代基，羥基常位于4、5、7位，它也常帶糖，所以大多數(shù)類黃酮是葡萄糖苷。羥基和糖增加類黃酮的水溶性，而其他替代物則使類黃酮呈脂溶性。當(dāng)前39頁，總共77頁。2.功能（1）呈現(xiàn)顏色可吸引昆蟲傳粉，鮮艷果實可吸引動物食用傳播種子。植物色素當(dāng)前40頁，總共77頁。鮮艷的果實當(dāng)前41頁，總共77頁。在C環(huán)部位3有糖基的是花色素苷，沒有糖基的是花色素。均是黃酮類化合物，溶解于細胞質(zhì)中。當(dāng)前42頁，總共77頁。花色素苷的顏色受許多因子的影響。當(dāng)前43頁，總共77頁。當(dāng)前44頁，總共77頁。（2）防御傷害黃酮和黃酮醇也存在于綠葉中。這兩類物質(zhì)積累在葉和莖的表皮層，吸收紫外線B（280-320nm），因此可以保護細胞受紫外線傷害。這兩類物質(zhì)允許可見光通過，不影響光合作用進行。異黃酮屬于類黃酮，具有不同的功能。如魚藤根中的魚藤酮有殺蟲效果；植株受真菌或細菌感染后形成植物防御素能限制病原微生物進一步擴散。當(dāng)前45頁，總共77頁。六、鞣質(zhì)（單寧）當(dāng)前46頁，總共77頁。鞣質(zhì)有毒，草食動物吃后，明顯抑制生長。鞣質(zhì)在口腔中與蛋白質(zhì)結(jié)合，有澀味。一些牲畜不愿意吃鞣質(zhì)含量高的植物，因為鞣質(zhì)與腸中的蛋白質(zhì)結(jié)合會形成不易消化的蛋白質(zhì)——鞣質(zhì)復(fù)合體。樹干心材的鞣質(zhì)豐富，能防止真菌和細菌引起的心材腐爛。當(dāng)前47頁，總共77頁。定義：從普通的氨基酸合成的含氮化合物。第四節(jié)次級含氮化合物當(dāng)前48頁，總共77頁。一、生物堿定義：一類含氮雜環(huán)化合物，通常含有一個含N環(huán)，其堿性來自含N的環(huán)。目前已發(fā)現(xiàn)含生物堿的植物將近一百多個科。羽扇豆（豆科）長春花（夾竹桃科）當(dāng)前49頁，總共77頁。防己（防己科）鉤吻（馬錢科）罌粟（罌粟科）川烏（毛茛科）當(dāng)前50頁，總共77頁。茜草科朱頂紅、君子蘭（石蒜科）馬鈴薯（茄科）枳（蕓香科）當(dāng)前51頁，總共77頁。一科植物常含有多種結(jié)構(gòu)相似的生物堿，如麻黃中已發(fā)現(xiàn)7種有機胺類生物堿。生物堿在植物體內(nèi)的分布并不一致，如古柯堿（可卡因）集中在葉內(nèi)，奎尼堿集中在樹皮，香木鱉堿集中在種子，石蒜堿集中在鱗莖。古柯馬錢子水仙烏檀當(dāng)前52頁，總共77頁。生物堿含量很低，通常在萬分之幾到百分之一（金雞納樹皮含奎寧堿12%極少的例子）。不同生長時期所含生物堿成分及含量常有不同。（多年生植物，隨年齡增長，某部分含量逐漸增加，金雞納樹皮的奎寧堿隨樹齡增長而增加，小檗根中的小檗堿/黃連素含量雖植物年齡增長而增加）植物生物堿含量也受外界條件的影響而變化，如氮肥多時，煙堿含量高。金雞納樹皮小檗煙草當(dāng)前53頁，總共77頁。當(dāng)前54頁，總共77頁。當(dāng)前55頁，總共77頁。當(dāng)前56頁，總共77頁。又叫阿片，俗稱大煙，罌粟花汁液凝固后的黑色固體，主要作用成分是嗎啡。癥狀：欣快感、無法集中精神、有幻覺，致高度心理及生理依賴性；戒斷反應(yīng)發(fā)生渴求藥物、不安、流淚、流汗、流鼻水、易怒、發(fā)抖、寒戰(zhàn)、打冷顫、厭食、便秘、腹瀉、身體卷曲、抽筋等。危害：急性中毒，昏迷、呼吸抑制、低血壓、瞳孔變小，嚴(yán)重的引起呼吸抑止致人死亡。鴉片當(dāng)前57頁，總共77頁。以嗎啡生物堿作為合成起點得到的半合成毒品，是鴉片毒品系列中的精制品，主要作用成分是二乙酰嗎啡。最初曾被用做戒除嗎啡毒癮的藥物，后來發(fā)現(xiàn)它比嗎啡成癮性更強。危害：心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)以及內(nèi)分泌系統(tǒng)等各系統(tǒng)、器官的急慢性中毒損害，吸食者者有焦慮、沮喪、抑郁、煩躁、自卑、情緒障礙等一系列的心理損傷。迄今并無任何有效的戒除方式，且戒斷反應(yīng)非常劇烈，因此復(fù)吸比例極高，一旦沾染，幾無可能戒除。海洛因當(dāng)前58頁，總共77頁。古柯堿，被用作局部麻醉藥或血管收縮劑，也可作強烈的天然中樞興奮劑，也因其對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的興奮作用而導(dǎo)致濫用。毒性極強，一般不用于注射。癥狀：焦慮、倦怠和極度興奮等癥狀，酷似妄想精神分裂癥，產(chǎn)生幻覺，觸覺致幻尤為強烈，仿佛皮膚上總是有昆蟲附著，以致發(fā)生自殘行為，常常還有心理恐怖，總懷疑被人監(jiān)視、跟蹤。危害：易激惹、注意力渙散，心理依賴性反應(yīng)強。嚴(yán)重的神經(jīng)、精神損傷，并出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥，包括缺血性中風(fēng)、蛛網(wǎng)膜下腔出血和腦出血、頭痛、暈厥、癲癇發(fā)作和死亡?？煽ㄒ虍?dāng)前59頁，總共77頁。甲基苯丙胺，又稱甲基安非他明、去氧麻黃堿，純品很像冰糖，形似冰，故俗稱冰毒。其前體偽麻黃堿最早作為感冒藥使用?，F(xiàn)今多采用全化學(xué)合成法，制備工藝較為簡單，有“廚房毒品”之稱。癥狀：大劑量用藥后會出現(xiàn)精神興奮、性欲亢進，對食物和睡眠的要求降低，常導(dǎo)致激動不安和暴力行為。危害：重度中毒時出現(xiàn)心率失常、痙攣、出血、多器官損害和代謝紊亂，甚至可致高熱綜合征，多器官功能衰竭而死亡，有時也可猝死，或由于過度興奮而搖晃頭部，導(dǎo)致頸部脫位而死。長期吸食可產(chǎn)生強烈的依賴性，會有戒斷反應(yīng)，但較之海洛因等傳統(tǒng)毒品略輕微。冰毒當(dāng)前60頁，總共77頁。果實、果殼、苞片均可入藥，葉有麻醉效應(yīng)。主要有效化學(xué)成份為四氫大麻酚（THC），THC在吸食或口服后有精神和生理的活性作用。癥狀：對時間、空間發(fā)生錯覺，肌肉張力松弛，站立不穩(wěn)，雙手震顫。出現(xiàn)幻覺，妄想和類偏執(zhí)狀態(tài)，思維紊亂，自我意識庫礙，出現(xiàn)雙重人格。危害：大麻依賴以心理依賴為主，軀體依賴較輕。戒斷反應(yīng)多見于廣泛流行地區(qū)使用較大劑量者。戒斷反應(yīng)如激動、不安、食欲下降、失眠、體溫下降甚至寒戰(zhàn)、發(fā)熱、震顫。一般持續(xù)4～5天逐漸消失。經(jīng)常吸食大麻的年輕人罹患精神病的機率，是不抽大麻的年輕人的兩倍。大麻當(dāng)前61頁，總共77頁。其他當(dāng)前62頁，總共77頁。生物堿的作用1.生物堿是核酸的組成成分，又是維生素B1、葉酸和生物素的組成成分，具有重要的生理意義。葉酸在核酸代謝中有重要作用；幫助蛋白質(zhì)的代謝，并與維生素B12共同促進紅細胞的生成和成熟，在制造紅血球時不可缺少。生物素又稱維生素H、輔酶R，水溶性，屬于VB族，B7。在合成維生素C，以及脂肪和蛋白質(zhì)正常代謝中不可或缺。維生素B1又稱硫胺素或抗神經(jīng)炎維生素或抗腳氣病維生素。當(dāng)前63頁，總共77頁。2.對動物有毒性，因此能防御敵害。毒蘑菇：菌柄上同時有菌環(huán)和菌托，菌褶剖面為逆兩側(cè)形的蘑菇多數(shù)有毒。顛茄堿/阿托品是副交感神經(jīng)抑制劑，可作眼科擴瞳劑、瀉藥，還可緩減干草熱、傷風(fēng)鼻阻和腸痙攣。毒性較大，劑量過大時可引起視覺模糊、分泌閉止、血管擴張、高熱、興奮。它是嗎啡、毛果蕓香堿、毒扁豆堿等的拮抗劑，因此對付神經(jīng)性毒氣的特效藥。當(dāng)前64頁，總共77頁。3.重要藥物的有效成分（麻黃能平喘，其有效成分是麻黃堿；黃連可抗菌，其主要成分是小檗堿/黃連素；元胡可鎮(zhèn)痛，其有效成分是延胡索乙素等多種生物堿）元胡又名延胡索、玄胡，為罌粟科紫堇屬多年生草本植物，入心、脾、肝、肺，是活血化瘀、行氣止痛之妙品，尤以止痛之功效而著稱于世。當(dāng)前65頁，總共77頁?，F(xiàn)在的西藥常用的重要藥品，最初都是從植物分離出來證實有效后化學(xué)合成的。從蘿芙木分離出來的利血平能降低血壓和減慢心率，作用緩慢、溫和而持久，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有持久的安定作用，是一種很好的鎮(zhèn)靜藥。長春花中分離出來的長春花新堿可用于治療一些癌癥，如淋巴肉瘤、急性白血病、乳腺癌、卵巢癌、睪丸癌、惡性黑色素瘤等。從粗榧中分離出來的三尖杉酯堿能抑制真核細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的合成，使多聚核糖體解聚，是干擾蛋白質(zhì)合成功能的抗癌藥物。當(dāng)前66頁，總共77頁。二、含氰苷廣泛分布于植物界，其中以豆類、禾谷類和玫瑰一些種類最多。主要存在于葉表皮的液泡中，其本身無毒，但其分解酶——糖苷酶存在葉肉中，互不接觸。葉片被咬碎后，含氰苷與酶混合，含氰苷中的氰醇和糖分開，前者在酶催化下自發(fā)分解為酮和氰化氫（HCN）。昆蟲和其他食草動物[如蛇、蛞（kuō）蝓(yú)]取食后，產(chǎn)生HCN，呼吸被抑制。當(dāng)前67頁，總共77頁。當(dāng)前68頁，總共77頁。三、芥子油苷十字花科植物如甘藍、花椰菜、蘿卜和油菜中含有芥子油