天然藥物化學(xué)課件1、2－緒論及生物合成

天然藥物化學(xué)

MedicinalChemistryofNaturalProducts主講：馬磊副教授華東理工大學(xué)藥學(xué)院2013年分子生物學(xué)細胞生物學(xué)基因組學(xué)蛋白組學(xué)生物信息學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)計算機輔助藥物計藥物化學(xué)高通量篩選技術(shù)天然產(chǎn)物化學(xué)合成組合化學(xué)化合物庫篩選模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化藥物候選化合物篩選第一節(jié)緒論

天然藥物化學(xué)的內(nèi)涵定義主要內(nèi)容相關(guān)概念相關(guān)的術(shù)語相關(guān)課程天然藥物化學(xué)在藥學(xué)專業(yè)中的作用與地位天然藥化的研究對象及其任務(wù)主要研究對象主要研究任務(wù)第一節(jié)緒論天然藥化發(fā)展簡史國際發(fā)展史國內(nèi)發(fā)展史

天然藥化研究發(fā)展趨勢化學(xué)結(jié)構(gòu)研究的發(fā)展研究領(lǐng)域的重大轉(zhuǎn)變組織培養(yǎng)注重結(jié)構(gòu)改造和仿生合成

《天然藥物化學(xué)》的學(xué)習(xí)方法一、天然藥物化學(xué)的內(nèi)涵

定義

天然藥物化學(xué)是運用現(xiàn)代科學(xué)理論與方法研究天然藥物中化學(xué)成分的一門學(xué)科。化學(xué)理論和方法——化學(xué)理論是基礎(chǔ)

物理學(xué)方法——有機化合物波譜學(xué)（二）主要內(nèi)容---研究二次代謝產(chǎn)物

結(jié)構(gòu)特征生物合成理化性質(zhì)結(jié)構(gòu)測定提取分離主要化學(xué)成分類型（三）相關(guān)概念

中草藥成分化學(xué)（ChemistryofConstituentsofTraditionalChineseHerbalDrugs）中草藥中藥草藥（地方、民間習(xí)用）植物藥動物藥礦物藥海洋生物微生物天然藥物(三)相關(guān)聯(lián)的概念

植物化學(xué)（Phytochemistry）一次代謝產(chǎn)物與農(nóng)、工、林、牧有關(guān)（國計民生）植物生物化學(xué)

二次代謝產(chǎn)物

與醫(yī)藥有關(guān)（生物活性成分）中草藥成分化學(xué)、天然藥物化學(xué)、植物藥品化學(xué)天然產(chǎn)物化學(xué)（ChemistryofNaturalProducts)(IUPAC)天然有機化學(xué)(ChemistryofNaturalOrganicCompounds)(四)相關(guān)的術(shù)語

有效成分（ActiveConstituents）

---單體化合物能用分子式和結(jié)構(gòu)式表示

具有一定的理化常數(shù)

具有生物活性

有效部位（ActiveExtractsorFractions）指具有生物活性的有效部位，如：總生物堿、總皂苷或總黃酮等。

無效成分（InactiveConstituents）與有效成分共存的其它成分雜質(zhì)

（五）相關(guān)課程

天然藥物化學(xué)是藥學(xué)專業(yè)必修的一門專業(yè)課，需要多學(xué)科的系統(tǒng)知識。它設(shè)置在有機化學(xué)、分析化學(xué)、光譜解析等課程之后。與下列課程有關(guān):有機化學(xué)/無機化學(xué)

分析化學(xué)（有機分析/儀器分析）

生藥學(xué)/藥用植物學(xué)

有機化合物波譜分析

其他學(xué)科（六）天然藥物化學(xué)在

藥學(xué)專業(yè)中的作用與地位

尋找新藥或活性先導(dǎo)化合物

據(jù)1981年統(tǒng)計，建國以來研制新藥104種，其中來自植物、動物有效成分及改構(gòu)共61種，占58.6%。整理、發(fā)掘祖國醫(yī)藥學(xué)寶庫

生物活性成分或指標(biāo)性成分防病治病原理的探索新資源的開發(fā)和利用、合理采集、妥善貯藏、合理炮炙、劑型改進、真?zhèn)舞b別、質(zhì)量控制

植物化學(xué)分類學(xué)的研究

利用植物的親緣相關(guān)性——改變傳統(tǒng)的形態(tài)分類方法

發(fā)展和豐富天然有機化學(xué)理論

二、天然藥化的研究對象及其任務(wù)

主要研究對象

植物藥

高等植物13~15萬種，其中藥用植物約14500種以上?；钚院Y選僅占5%，化學(xué)成分研究則更少。

我國自然資源豐富，植物品種繁多，其中種子植物就有25700余種，藥用植物11800多種，常用5000余種。

民族藥

我國有56個兄弟民族，其中少數(shù)民族55個，民族藥是中國傳統(tǒng)醫(yī)藥學(xué)的重要組成部分。如：藏、蒙、維藥…….等約有1500余種。

曾毓麟主編：《中國民族藥志》

民族藥是一塊未開墾的處女地

海洋生物

海洋占整個地球的表面的71%，蘊藏著極其豐富的生物資源，是展現(xiàn)在人們面前的巨大天然庫，現(xiàn)在已成為研究的熱點。

微生物（二）主要研究任務(wù)

創(chuàng)新藥物的研究（包括先導(dǎo)化合物的改構(gòu)與全合成）

功能性食品用及相關(guān)產(chǎn)品

功能食品天然色素香料美容化妝品

中藥現(xiàn)代化的研究

中藥資源的開發(fā)利用及其品質(zhì)評價的研究（包括仿生）復(fù)方中藥活性物質(zhì)及其作用機理的研究中藥材規(guī)范化種植（GAP）研究中藥標(biāo)準(zhǔn)提取物及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的研究三、天然藥化研究發(fā)展趨勢

化學(xué)結(jié)構(gòu)研究

快速

提取分離:1803-1806

提出結(jié)構(gòu):1925

合成證實:1952

發(fā)現(xiàn)確定結(jié)構(gòu)人工合成證實1952-1956三、天然藥化研究發(fā)展趨勢微量

現(xiàn)代波譜方法(經(jīng)典化學(xué)方法)：50年代IR；60年代1H-NMR；70年代13C-NMR；80年代2D-NMR、MS、X-ray準(zhǔn)確

三、天然藥化研究發(fā)展趨勢研究的重大轉(zhuǎn)變活性成分研究轉(zhuǎn)向微量、水溶性、大分子成分

由單純化學(xué)轉(zhuǎn)向生物活性成分研究

由單味中藥轉(zhuǎn)向復(fù)方中藥

生物活性檢測轉(zhuǎn)向分子水平

組織培養(yǎng)

解決植物活性成分含量偏少

合理保護藥用資源：粗總皂苷:天然4.1%組織培養(yǎng)21%

薯蕷皂苷元:天然1.5%組織培養(yǎng)2.5%注重結(jié)構(gòu)改造和仿生合成

四、學(xué)習(xí)《天然藥物化學(xué)》方法

基本骨架類型及其結(jié)構(gòu)特征基本骨架

主要活性化合物

各類成分的理化性質(zhì)共性

鑒別反應(yīng)：沉淀反應(yīng)、顯色反應(yīng)溶解性酸堿性

特性各類成分的提取分離方法利用不同溶解度利用不同酸堿性利用層析分離法

各類成分的結(jié)構(gòu)測定方法

各類成分的主要化學(xué)反應(yīng)主要成分的波譜特征第二節(jié)生物合成(Biosynthesis)

生物合成假說

植物代謝及其代謝產(chǎn)物“植物親緣相關(guān)性學(xué)說”與“植物化學(xué)分類學(xué)”生物合成途徑了解生物合成的意義一、生物合成假說

生物合成假說的提出植物化學(xué)家的強烈的科學(xué)愿望由各類同化合物的積累而產(chǎn)生聯(lián)想某些成分已能初步解釋生物合成假說二、植物代謝及其代謝產(chǎn)物

一次代謝及其代謝產(chǎn)物一次代謝維持植物機體生命活動的代謝過程叫一次代謝。一次代謝產(chǎn)物(primarymetabolites)

糖類蛋白質(zhì)脂質(zhì)核酸

一次代謝產(chǎn)物的作用植物的營養(yǎng)物質(zhì)人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)植物一次代謝與生物合成過程三羧酸循環(huán)（TCA）丁酮二酸α-酮戊二酸丁二酸CO2+H2Ohυ/葉綠素磷酸烯醇式丙酮酸甲戊二羥酸丙酮酸乙酰輔酶A丙二酸單酰輔酶A赤藻糖4-磷酸葡萄糖代謝莽草酸苯丙素類芳香族氨基酸脂肪族氨基酸嘌呤、嘧啶脂肪酸類δ-氨基乙酰丙酸二、植物代謝及其代謝產(chǎn)物二次代謝及其代謝產(chǎn)物

二次代謝以一次代謝產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物為原料（或前體），經(jīng)不同途徑進一步合成的過程叫二次代謝。二次代謝產(chǎn)物(secondarymetabolites)

產(chǎn)生結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化、千奇百怪、珣麗多姿的化學(xué)物質(zhì)。二次代謝產(chǎn)物的作用維持植物的特性與特征重要的藥物資源植物二次代謝與生物合成程三羧酸循環(huán)（TCA）丁酮二酸α-酮戊二酸丁二酸鞣酸類CO2H2Ohυ

/葉綠素

磷酸烯醇式丙酮酸甲戊二羥酸丙酮酸乙酰輔酶A丙二酸單酰輔酶A赤藻糖4-磷酸葡萄糖代謝莽草酸苯丙素類芳香族氨基酸脂肪族氨基酸嘌呤、嘧啶脂肪酸類萜

類甾

醇胡蘿卜素類生物堿類肽

類含氮化合物香豆素、木脂（質(zhì)）素黃酮類δ-氨基乙酰丙酸核苷核苷酸類醌

類膽

堿卟啉類前列腺素類脂肪族及芳香族聚酮類五大生物合成途徑醋酸-丙二酸途徑（AA-MA）

脂肪酸類、酚類、蒽醌類甲戊二羥酸（MVA）

萜類、甾體類桂皮酸途徑和莽草酸途徑

具有C6－C3骨架的化合物，如香豆素、木脂（質(zhì)）素、黃酮

氨基酸途徑（AA）

生物堿類復(fù)合途徑甾體生物堿、黃酮木脂素、香豆素木脂素類二次代謝產(chǎn)物歸納香豆素類木脂素類木質(zhì)素類油脂苯丙素類黃酮類醌類鞣質(zhì)植物甾醇強心苷皂苷單帖倍半萜二萜二倍半萜三萜多萜脂肪族芳香族生物堿N族甾族萜類酸性物質(zhì)堿性物質(zhì)中性物質(zhì)脂肪族萜類芳香酚類苷類非苷類

+糖揮發(fā)油H+/OH-二次代謝產(chǎn)物的意義二次代謝過程并非所有植物均發(fā)生；二次代謝產(chǎn)物對維持植物生命活動不起重要作用；二次代謝產(chǎn)物對維持植物性狀特征十分重要；二次代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)富于變化，瑰麗多彩；二次代謝產(chǎn)物不少具有明顯的生理活性；二次代謝產(chǎn)物是天然藥物化學(xué)主要研究對象。三、“植物親緣相關(guān)性學(xué)說”

與