.藥用植物次生代謝植物的次生代謝

.藥用植物次生代謝植物的次生代謝藥用植物栽培學(xué)考核論文題目：藥用植物次生蛋白質(zhì)班級(jí)：植物科學(xué)與技術(shù)二班學(xué)號(hào)：0907103037作者：時(shí)間：2011年5月30號(hào)藥用植物次生代謝摘要：植物次生代謝是植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中與環(huán)境相互作用的結(jié)果,由初生代謝派生。萜類、生物堿類、苯丙烷類為植物次生代謝物大多的主要類型,其代謝性質(zhì)途徑多以代謝頻道形式存在,具有種屬、生長(zhǎng)發(fā)育期等特異性。本文介紹本版了藥用植物的起源和建筑史，從“伏羲嘗百藥”、“神農(nóng)嘗百草”到現(xiàn)代藥典的滄桑巨變，以及講述的初生代謝與次生代謝的性質(zhì)和篦齒特點(diǎn)。著重講述了藥用植物次生代謝物與新藥開發(fā)，分別從國(guó)外開發(fā)利用、國(guó)內(nèi)開發(fā)利用、藥用植物次生代謝物研究在藥物多樣性中的重要地位、次生代謝物研究與毒理學(xué)研究相結(jié)合是新藥開發(fā)的基礎(chǔ)以及天然產(chǎn)物與合成、半合成化合物等方面進(jìn)行了論述。本文所涉及的理論知識(shí)都相關(guān)書籍借鑒而來的，不知之處尚請(qǐng)哎。關(guān)鍵詞：藥用植物；次生代謝；新藥開發(fā)中國(guó)是藥材資源最豐富的國(guó)家之一，對(duì)藥用植物的尋獲、使用和栽培，有著悠久的歷史。我國(guó)古代有關(guān)史料中曾有“伏羲嘗百藥”、“神農(nóng)嘗百草”，一日而遇七十毒”等記載。雖都屬于傳說，解釋但說明藥用植物的發(fā)現(xiàn)和利用，是古代人類通過的生活和生產(chǎn)實(shí)踐逐漸積累經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的臨床經(jīng)驗(yàn)結(jié)果。到春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)，中草藥已有關(guān)于藥用植物的字體記載?！对娊?jīng)》和《山海經(jīng)》中記錄了50余種藥用植物。1973年長(zhǎng)沙馬王堆3遺址號(hào)漢墓出土的帛書中整理出來的《五十二病方》，漢魏是中國(guó)現(xiàn)存兩漢時(shí)代最古的醫(yī)方,其中記載的植物類藥有115種。漢代張騫出使西域后，外國(guó)的草藥如紅花、安石榴、胡桃、大蒜等也相繼傳到中國(guó)。歷代學(xué)者專門記載藥物的書籍稱為“本草”。約成書于秦漢之際的中國(guó)現(xiàn)存最早的藥學(xué)專著《神農(nóng)本草經(jīng)》,記載藥物365種，其中植物類藥就有252種。此后,著名的本草書籍有梁代兒童讀物陶弘景的《本草經(jīng)集注》、唐代蘇敬等的《新修本草》、宋代唐慎微的《經(jīng)史證類備急李時(shí)珍》以及明代李時(shí)珍的《本草綱目》等。其中《經(jīng)史證類備心急本草》，收集宋代以前的各家本草加以整理總結(jié)，收載植物類藥達(dá)1100余種，有不少現(xiàn)已佚失的本草資料本草賴此得以保存。到明代，《本草綱目》收載的植物類藥經(jīng)已達(dá)1200多種。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展，藥用植物逐漸成為栽培植物。北魏賈思勰著《齊民要術(shù)》中，已記述了地黃、紅花、吳茱萸等20余種藥用植物的栽培原理。隋代太醫(yī)署下設(shè)“主藥”、“藥園師”等職務(wù)，專職掌管藥用植物的栽種。據(jù)《隋書經(jīng)籍志》記載，當(dāng)時(shí)已有《種植藥法》、《種神芝》等藥用植物栽培專書。到明代，《本草綱目》中載有栽培方法的藥用植物已發(fā)展到180余種。1949年后，對(duì)藥用植物資源進(jìn)行了有方案的調(diào)查研究、開發(fā)利用和引種栽培。在成分的測(cè)定、分離和提取以及藥理實(shí)驗(yàn)方面也進(jìn)行了大量工作。在此基礎(chǔ)上整理編寫出版了《中國(guó)藥用植物志》、《中藥志》、《藥材學(xué)》、《中藥大辭典》、《全國(guó)中草藥匯編》、《中華人民共和國(guó)藥典》等多種藥物專著，收載的草藥達(dá)5000多種，已栽培的有200多種。植物代謝產(chǎn)物可分為耳稃初生代謝和次生代謝兩類。(一)初生代謝新陳代謝是指生物體內(nèi)新舊物質(zhì)的交換，是生物所共計(jì)的生命活動(dòng)。生物的生長(zhǎng)和發(fā)育都是通過排泄來實(shí)現(xiàn)的，因此，代謝是生命的源泉，沒有代謝就不可能將有生命。從碳代謝流來看，植物、動(dòng)物和微生物的代謝過程是一樣的。植物的代謝可以分為初生代謝和次生代謝。初生代謝與植物的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖直接相關(guān)，是藥用植物獲得能量的代謝，是為生物體生存、生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖提供能源提供更多和中間產(chǎn)物的代謝?？茲商\代謝包括分解代謝(降解作用)和合成代謝(合成作用)。綠色植物脂質(zhì)及藻類可通過光合作用將二氧化碳和水合成糖類，并放出氧氣，生成的糖則進(jìn)統(tǒng)一論通過不同的途徑(糖酵解——三透酸厭氧途徑和磷酸戊糖呼吸作用途徑)代謝，產(chǎn)生三磷酸腺苷(ATP)及輔酶I(NAD)等維持植物肌體生命活動(dòng)的能量物質(zhì)，以及丙酮酸、磷酸膦式丙酮酸、4-磷酸-赤蘚糖、核糖等。核苷是合成核酸核糖的重要原料；磷酸膦式丙酮酸與4硝酸喬薄糖可進(jìn)一步合成莽草酸：丙酮酸經(jīng)過氧化、脫浚后生成乙酰輔酶A，再進(jìn)入三透酸循環(huán)中，生成一系列的有機(jī)酸及丙二酸單酰輔酶久(為合成酯質(zhì)的重要原料)等，并通過固氟反應(yīng)得到一系列的氨基酸(為肋及蛋白質(zhì)的重要原料入這些過程因?yàn)閷?duì)維持植物生命活動(dòng)來說是不可缺少的過程，且?guī)缀醮嬖谟谒械木G色植物中，所以稱之為初生代謝過程：糖、蛋白質(zhì)、酯質(zhì)、核酸等這些對(duì)植物體生命活動(dòng)來說不可缺少的物質(zhì)，則稱為初生代謝物。(二)次生代謝在特定的條件下，一些重要的初生代謝產(chǎn)物，如乙酰輔酶A丙二酸單酰輔酶A，莽草酸及一些氨基酸等，作為原料或前體，又進(jìn)一步經(jīng)歷不同的代謝過程。這一過程產(chǎn)生一些通常對(duì)生物生長(zhǎng)發(fā)育無明顯用途的化合物，即“天然產(chǎn)物”，如黃酮、生物堿花類等化合物。合成這些天然產(chǎn)物的過程就是次生代謝，絡(luò)合物因而這些天然產(chǎn)物也被稱為次生代謝物。植物的次生代謝是相對(duì)于初生代謝而言的，是釋放能量的代謝，是以初生代謝的中間產(chǎn)物作為起始物(底物)的代謝。通常認(rèn)為，植物的次生代謝與其生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖無直接關(guān)系，所產(chǎn)生的次生代謝物被認(rèn)為是釋放能量過程產(chǎn)生的物質(zhì)。長(zhǎng)期以來，次生代謝物被認(rèn)為是代謝中不再起作用的末端產(chǎn)物，作為廢物儲(chǔ)藏在貯植物的各種組織中，雖對(duì)其生存有重要的生態(tài)作用，但在生物體內(nèi)所執(zhí)行的功能并不重要。近年來研究發(fā)現(xiàn)，其實(shí)在所有旺盛繁殖的肝細(xì)胞細(xì)胞中都發(fā)生著次生代謝物的不斷合成和轉(zhuǎn)化，其中很多次生代謝物蘊(yùn)含著很強(qiáng)的生物活性，具有特殊的醫(yī)療價(jià)值，如生物堿、范類化合物、芳香族化合物等，通常稱為脂類。植物次生代謝是由代謝派生的一類特殊代謝過程,是植物在長(zhǎng)期進(jìn)化中與生態(tài)環(huán)境相互作用的結(jié)果。近來的研究發(fā)現(xiàn),植物次生代謝物在植物生命活動(dòng)的許多均起著重要作用,且部分是植物生命活動(dòng)班萊班縣所若要的。例如,吲哚乙酸、赤霉素直接參與生命活動(dòng)的調(diào)節(jié);木質(zhì)素為細(xì)胞韋祖茲次生壁的重要組成成分;葉綠素、類胡蘿卜素等萜類作為光合色素參與光合作用過程等。隨著次生代謝產(chǎn)物在生物制藥、食品、輕化工等專業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,其物質(zhì)的種類、代謝途徑,以及代謝機(jī)理等相關(guān)若干問題亦倍受研究者關(guān)注,是植物生理學(xué)、植物化學(xué)等眾多學(xué)科的主要研究?jī)?nèi)容之一。我們著重談?wù)勊幱弥参锎紊x物與新藥開發(fā)。一、國(guó)外開發(fā)利用西藥為人類醫(yī)療保健給與的巨大貢獻(xiàn)護(hù)理學(xué)是毋庸置疑的，但生產(chǎn)時(shí)往往造成以后嚴(yán)重的環(huán)境污染，而且成本較高，副作用也較大，尤其對(duì)冠心病、關(guān)節(jié)炎等慢性病的非常明顯治療副作用更為明顯。隨著葉黃楊意識(shí)的提高，人類要求回歸大的自然的呼聲日益高漲，以天然植物為原料的次生代謝物藥物，在世界各國(guó)日益受到人們的青睞，據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)市場(chǎng)上有25％的醫(yī)藥品來自植物的次生代謝物(提取物或活性混合物)，已形成200多億美元的市場(chǎng)。來自90多種植物的119種次生代謝物(化合物)業(yè)已成為一些國(guó)家常用的重要藥物。在這119中藥物中，約74％是從傳統(tǒng)藥用植物中經(jīng)次生代謝物(活性成分)分離和化學(xué)研究成果發(fā)現(xiàn)的。例如，眾所周知的抗瘧疾藥奎寧分離自金雞納的樹皮：止咳和止痛藥可待因和嗎啡利水滲濕分離自罌粟：具止痛和降壓作用的利血平分離自印度尼西亞的蛇根木：具強(qiáng)心作用的洋地黃毒分離自紫花洋地黃等。現(xiàn)在，西方一些大的制藥公司，如葛蘭素—威康，德國(guó)的赫司特，美國(guó)的默克、孟山都和杜邦等公司都已系統(tǒng)地開展了植物次生代謝物(活性成分)的篩選。美國(guó)的夏瑪制藥公司等更把他們新藥的部分項(xiàng)目建立在傳統(tǒng)民族藥植物藥信息上。世界衛(wèi)生組織(WHO)為了實(shí)現(xiàn)人人享有健康保有的目標(biāo)，提出了大力發(fā)展傳統(tǒng)藥物的戰(zhàn)略，并于1978年制定了傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)規(guī)則，正式確定了傳統(tǒng)醫(yī)藥的地位。自20世紀(jì)90年代初期，美國(guó)國(guó)會(huì)通過了“另類醫(yī)藥”法案，接受了來自亞洲草藥和歐洲的天然中草藥。在植物藥的開發(fā)中，國(guó)際市場(chǎng)上首推德國(guó)，德國(guó)以草藥為治療手段的醫(yī)師高達(dá)70％，部分草藥治療費(fèi)已被列入政府或保險(xiǎn)公司的醫(yī)療費(fèi)用。在“德國(guó)藥品目錄”中收載的藥品中，近40％是以植物純凈為原料的天然次生代謝物提供者的。法國(guó)也于1987年初成立了中醫(yī)研究院，中藥消費(fèi)量不斷增加。二、國(guó)內(nèi)開發(fā)利用中國(guó)是世界植物資源最為豐富的國(guó)家之—，有30000種高等植物，其中50％以上為特有種，其中約有11000種藥用植物遍布世界各地各地。這30000種高等植物，僅次于巴西和哥倫比亞，居世界第3位。有從熱帶、亞熱帶、溫帶到北溫帶的多種植物資源。我國(guó)1300余家制藥廠，供貨現(xiàn)時(shí)生產(chǎn)的植物次生代謝物(天然有效成分)及其衍生物制品已達(dá)400余種，以加工有力部位生產(chǎn)的植物藥品800種，另外有200余種臨床試用，并經(jīng)全面鑒定后已制成了500余種各種制劑藥物，特別是對(duì)中草藥次生代謝物的研究，創(chuàng)制了——批我國(guó)特有的40余種新藥，如青蒿素（抗癌，從桂花蒿中提取的)、黃連素(抗腸胃炎癥）、延胡索乙堿；即四氫巴馬汀，（止痛鎮(zhèn)靜藥物）、東莨菪堿（麻醉用藥)、丫止藤堿（治療青光眼）、石杉?jí)A甲（增強(qiáng)記憶，治療神經(jīng)外科肌無力和老年癡呆）、莨菪堿和樟柳堿(新型膽堿神經(jīng)阻滯劑)、芫花酯甲（引產(chǎn)，安全指數(shù)高）、靛玉紅(從當(dāng)歸蘆薈丸中分離的活性成分，抗白血?。⑻炻樗睾投垢?鎮(zhèn)靜、安眠）、草烏甲素(鎮(zhèn)靜、安眠，治療偏頭疼)、丹參酮IIA磺酸鹽等。然而，由于種種原因，這些植物新藥至今沒走向世界，大都以低價(jià)的植物原料出口。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1990年世界中草藥貿(mào)易額為48億元，我國(guó)只占1／10左右。在國(guó)際市場(chǎng)上，植物藥及以植物為原料制成的藥品成交額為300多億美元，而我國(guó)中藥的出口僅占世界量貿(mào)易額中的3％—4％，沒有競(jìng)爭(zhēng)力。截止1999年7月，只有天津天士力制藥有限公司生產(chǎn)的“天工力復(fù)方丹參滴丸”(外科手術(shù)心血管疾病藥物)于1997年12月通過了美國(guó)FDA的瘧疾疫苗臨床研究預(yù)審，進(jìn)出口成為我國(guó)以藥物形式出口澳大利亞的第一個(gè)中藥。目前，我國(guó)出口我市美國(guó)銷量大的藥用植物有以下幾種。1．大蒜降壓、復(fù)起膽固醇和甘油三酯，提升高密度脂蛋白以及鎮(zhèn)痛抗菌、抗血栓等作用；2．白毛茛、人參可促進(jìn)身體正?；?，增強(qiáng)身體承受緊張的能力，并能提高體內(nèi)低密度脂蛋白；3．銀杏主要含有黃酮類中間體化合物和白果內(nèi)酯，對(duì)外周循環(huán)系統(tǒng)藥效失調(diào)和腦缺血后遺癥有顯著療效，能促進(jìn)血液循環(huán)、增強(qiáng)記憶、減緩老年性癡呆的惡化程度；4.貫葉全絲桃抗抑郁和抗病毒；5．蘆薈可用作消炎藥，抗病毒，抗腫瘤；6．烏頭治療哮喘和感冒，亦可用作減肥；7．紫錐菊對(duì)健康成長(zhǎng)有益，治療兒童支氣管炎，效果比抗生素好，能促進(jìn)免疫功能。三、次生代謝物研究在藥物多樣性中的重要地位次生代謝物研究是臨床試驗(yàn)尋找新藥資源的前提。目前興起的“植物化學(xué)”的主要任務(wù)之一，就是分析和認(rèn)識(shí)被研究植物的次生代謝物質(zhì)，即所含的化學(xué)成分，為植物資源的開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。通過次生代謝物研究，以期從其近緣植物或植物學(xué)的關(guān)系上得到可供開發(fā)利用的新資源。開發(fā)新藥的物質(zhì)可以來自天然植物資源，也可以從一大批植物中發(fā)現(xiàn)具有進(jìn)一步研究和開發(fā)價(jià)值的物質(zhì)即先導(dǎo)化合物，從植物次生代謝物中發(fā)現(xiàn)出新的先導(dǎo)化合物后，通過對(duì)這種結(jié)構(gòu)中新穎的先導(dǎo)化合物的研究，可以對(duì)其分子進(jìn)行形式化、改造、修飾或優(yōu)化，即可創(chuàng)制具有新型在結(jié)構(gòu)上及特殊藥理作用的新藥。從天然產(chǎn)物無污染中發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)化合物是新藥研究的一個(gè)重要方面，不光是治療疑難重癥的藥物更冀望寄希望子：天然產(chǎn)物。目前從天然產(chǎn)物中尋找防治腫瘤、艾滋病、抗病毒、溶栓等藥物是新藥研究的熱門課題。次生代謝物研究是科學(xué)依據(jù)生物化學(xué)研究的科學(xué)依據(jù)。次生代謝物的應(yīng)用需要需要將植物化學(xué)、生藥學(xué)、合成化學(xué)、分子生物學(xué)、微生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等學(xué)科有機(jī)地結(jié)合結(jié)合出來，才能充分發(fā)揮其巨大的潛力。植物化學(xué)材料科學(xué)作為一門基礎(chǔ)科學(xué)，對(duì)許多學(xué)科，包括生物化學(xué)、天然產(chǎn)物化學(xué)、植物科學(xué)、生物學(xué)等起著重要的積極作用。20世紀(jì)80年代以來，我國(guó)這方面的研究取得了較大的發(fā)展。不少單位購(gòu)置了數(shù)字化的分離分析設(shè)備、新材料、新試劑，引進(jìn)了一批新技術(shù)。這些都為我國(guó)應(yīng)用植物次生代謝物的研究與開發(fā)利用奠定了的物質(zhì)基礎(chǔ)。植物次生代謝物大部分具有生物活性，所以，研究次生代謝物密切相關(guān)與藥物開發(fā)息息相關(guān)。分析和認(rèn)識(shí)被研究植物所含的次生代謝物，為植物網(wǎng)絡(luò)資源的開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。四、次生代謝物研究與研究相結(jié)合是新藥開發(fā)的基礎(chǔ)次生代謝物研究只有與藥理學(xué)研究相結(jié)合，才能知道某一根本無法次生代謝物的作用，了解其治病的作用機(jī)理，才能正確地或進(jìn)行應(yīng)用。研究一種研究成果有治愈率的藥用植物時(shí)，要與藥理學(xué)密切地結(jié)合得，在藥理篩選指導(dǎo)下認(rèn)識(shí)導(dǎo)究對(duì)象的化學(xué)成分，確定其療效。不僅要了解某一植物單一的次生代謝物的特效作用，還要多種了解多種有效成分的綜合積極作用。因?yàn)榇蠖鄶?shù)中草藥不可能像僅西藥那樣只含有—種有效成分，而是含有數(shù)十種成分，它的療效往往是所有所含的綜合通常作用。例如，過去在燈盞細(xì)心的所研究中，認(rèn)為主要成分水溶性成分為黃芩甙，近年來研究發(fā)現(xiàn)．除了黃芩甙之外，其所含的酚性成分和其他小分子也是不可忽視的活性成分。因此，燈盞細(xì)心的藥理作用是多種成分的協(xié)同作用。如果只以黃芩甙為主要活性成分來甙開發(fā)計(jì)劃，就會(huì)造成植物資源的浪費(fèi)，所開發(fā)的藥物也不能完全代表原植物固有的療效。五、天然產(chǎn)物與合成、半合成化合物一段時(shí)間，不少人預(yù)言，天然產(chǎn)物將容易被合成化合物所取代，加拿大生藥學(xué)會(huì)主席GordonM，Cragg博士認(rèn)為，天然次生代謝物將繼續(xù)作為新的生物活性劑的一個(gè)來源，是合成化合物所替代不了的。德國(guó)拜耳公司（Bayer)對(duì)天然產(chǎn)物和合成化合物的結(jié)構(gòu)類似性統(tǒng)計(jì)調(diào)查結(jié)果表明，天然產(chǎn)物和合成中間體的結(jié)構(gòu)性質(zhì)之間有明確的差別：即使在合成方法學(xué)上所取得了預(yù)期的強(qiáng)有力的發(fā)展，自然界和將來都是創(chuàng)新先導(dǎo)化合物最有效和最有可能的來源，組合合成都永遠(yuǎn)取代不了天然產(chǎn)物；改變與腫瘤相關(guān)蛋白