天然產(chǎn)物化學第七章海洋天然產(chǎn)物

天然產(chǎn)物化學第七章海洋天然產(chǎn)物1第一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五海洋生物的特點生活環(huán)境與陸生生物迥然不同；次生代謝產(chǎn)物較陸生生物獨特新穎；化合物結(jié)構(gòu)獨特、生物活性多樣；開展海洋藥物研究具有重要的理論意義與實際應(yīng)用價值。2第二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)概述

海洋天然產(chǎn)物資源及研究概況

海洋天然產(chǎn)物是指從海洋生物中分離出來的初級或次級代謝物質(zhì)。海洋天然產(chǎn)物的來源比較廣泛，如藻類(紅藻、褐藻、綠藻、藍藻)、海綿、腔腸動物(如珊瑚)、軟體動物(如海兔)、棘皮動物(如海參)、被囊動物(如海鞘)、魚貝類、苔蘚蟲類、微生物與浮游生物等。研究最多的海洋生物是海藻、海綿，其次是珊瑚。按照化學結(jié)構(gòu)分類，海洋天然產(chǎn)物主要有甾體、萜類、生物堿、核苷、聚醚、大環(huán)內(nèi)酯、鹵化物、氮雜環(huán)、含硫雜環(huán)、多肽、多糖、蛋白質(zhì)等類型。新化合物以甾醇為最多，其次是萜類，生物堿也占有一定比例。3第三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

根據(jù)活性和功用的不同，可將有關(guān)海洋天然產(chǎn)物的研究分為生物信息物質(zhì)、藥用活性物質(zhì)、海生毒素和生物功能材料等幾個方向。隨著人類以住所依賴的陸地生物資源的日益貧乏以及人們對化學藥品毒副作用的逐漸認識，從海洋生物中尋找高效低毒的天然藥物已變成海洋天然產(chǎn)物研究的一個特別重要的方向。有科學家甚至預(yù)言，最具前途的抗癌藥物將來自海洋。4第四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

在海洋天然產(chǎn)物的活性研究方面：20世紀50年代以抗菌活性為主，60年代美國國立癌癥研究所開始篩選抗腫瘤活性物質(zhì)，80年代后開始了大規(guī)模的篩選，主要側(cè)重在抗腫瘤、抗病毒、抗炎和強心等作用方面。至20世紀90年代，已有多個海洋天然產(chǎn)物進入臨床試驗階段。目前，國際上對所發(fā)現(xiàn)的海洋天然產(chǎn)物仍以抗腫瘤活性方面的研究為主，其次是抗菌、抗病毒活性(特別是抗HIV)。另外，抗心血管病(降壓、降血脂等)、抗氧化、植物生長調(diào)節(jié)活性等方面的研究報道也較多。5第五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

海洋天然產(chǎn)物的研究雖然已有40多年的歷史，但與來源于陸生植物的15萬多種天然產(chǎn)物相比，海洋天然產(chǎn)物至今才一萬多種；從資源范圍角度看，已被研究過的海洋生物才幾千種，只占整個海洋生物的極小部分，因此．相對陸地生物而言，海洋生物資源遠未得到有效的開發(fā)和利用。另外，由于受樣品采集條件的限制，研究工作目前大多局限于沿海、近海和淺海。從普通易得的海洋生物中獲得有價值的活性產(chǎn)物已變得越來越困難，遠海、深海等地較難獲得的海洋生物樣品因此備受青睞，成為目前海洋天然產(chǎn)物研究的一大特色。6第六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五海洋天然產(chǎn)物開發(fā)利用概況

經(jīng)過數(shù)十年的研究開發(fā)積累，國際上已出現(xiàn)大量涉及藥學、食品、功能食品、化妝品、酶制劑等方而的海洋天然產(chǎn)物專利產(chǎn)品。海藻多糖、魚肝油、甲殼素、藻膽蛋白、鯊魚軟骨素和深海魚油等一大批海洋生物制品已越來越為人們所熟悉、由于它們大多含量高、用途廣泛，已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化和商品化。7第七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

來自海藻的一類大分子物質(zhì)藻膽蛋白，不僅是自然界中很有開發(fā)價值的食用、餌料蛋白資源，而且在光合作用原初理論的研究方面也頗具優(yōu)越性。近年來最得到重視的是藻膽蛋白作為新一代熒光探針的開發(fā)。放射性同位素標記法因半衰期短、需防護、廢物處理困難和靈敏廢低等缺點，正被熒光標記法所取代。藻膽蛋白不僅熒光強度比常用的熒光素強30倍，而且具有不受天然熒光干擾、容易選擇激發(fā)光源、可用液態(tài)或固態(tài)保存、熒光不易被天然生物大分子粹滅、易用化學方法同其他分子結(jié)合而不影響其熒光性質(zhì)等諸多優(yōu)點。因此，藻膽蛋白己發(fā)展成為新一代的熒光探針。8第八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五近幾十年來，由于不斷地從海洋生物中發(fā)現(xiàn)一些結(jié)構(gòu)新、活性強、毒性低的天然產(chǎn)物，加上現(xiàn)有合成藥物的較大毒副作用，從海洋中尋求高效低毒的天然藥物己引起世界各大國越來越濃厚的興趣。從豐富的海洋生物資源中尋求特效新藥已經(jīng)成為新藥開發(fā)的方向之一。已經(jīng)從海洋生物中分離出一大批具有顯著抗腫瘤、抗菌、抗病毒和抗氧化等活性的天然產(chǎn)物單體，其中大多數(shù)是在陸地生物中從未發(fā)現(xiàn)過的。9第九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五目前，已從?？?、海綿、腔腸動物、被囊動物、棘皮動物和微生物體內(nèi)分離得到具有抗菌、抗病毒、止血、鎮(zhèn)痛、抗炎、抗腫瘤和心血管等生物活性的多種新型化合物。如從海蛤提取的蛤素(mercenene)

海鞘中的膜海鞘素(didemnin)

鯨鯊軟骨中的6-硫酸軟骨素(chondroitinsulfateA)

從黃?？崛〉男滦蛷娦乃幬锖？?anthoplearin)A和B等。10第十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五我國海洋天然產(chǎn)物的研究開發(fā)水平與世界發(fā)達國家相比仍有很大差距，具體表現(xiàn)在：①國家對海洋天然產(chǎn)物研究的經(jīng)費投入不足；②我國海洋生物資源的分布與品種調(diào)查很不完今；③從事海洋生物的化學、生物學、生態(tài)學等基礎(chǔ)研究的學術(shù)機構(gòu)不多，學術(shù)水平不高；④海洋天然產(chǎn)物的研發(fā)力量分散、低水平重復、缺乏深度，涉及海洋初級代謝產(chǎn)物的研究工作偏多、不利于藥物品質(zhì)控制和知識產(chǎn)權(quán)保護。11第十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)海洋生物多糖類化合物海藻多糖海藻多糖主要指紅藻和褐藻中含量較高的多糖類代謝物質(zhì)。從性質(zhì)與結(jié)構(gòu)上可大致分為瓊膠、卡拉膠、褐藻膠、褐藻糖膠、紅藻淀粉和海帶淀粉等幾大類型。在生物體內(nèi)，這些多糖化合物有的是海藻細胞壁的內(nèi)填充物，如瓊膠、卡拉膠和褐藻膠；有些則是海藻細胞質(zhì)的組成部分，如紅藻淀粉、海帶淀粉。早在一千多年前，我國就有用石花菜類紅藻水煮放冷成凍膠食用的記載，在南洋的居民自古就有麒麟菜(一種紅藻)煮成凍膠來食用的習慣。直至近現(xiàn)代，人們經(jīng)過不斷的研究，才發(fā)現(xiàn)這些凍膠都屬于多聚糖類物質(zhì)。12第十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

瓊膠也稱瓊脂，是一種重要的海藻多糖，特別是發(fā)現(xiàn)瓊膠作為細菌培養(yǎng)基后，瓊膠的應(yīng)用價值才大大提高，成為現(xiàn)今許多科學研究工作中不可缺少的珍貴材料。瓊膠糖的化學結(jié)構(gòu)，是由1，3連接的-D-吡喃半乳糖與1、4連接的3，6-內(nèi)醚--L-吡喃半乳糖反復交替連接的鏈形分子中性糖。此處假設(shè)其還原末端糖為D-半乳糖，非還原末端糖為3，6-內(nèi)醚-L-半乳糖。瓊二糖瓊二糖13第十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五瓊膠在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、日用化工、生物工程等許多方面有著廣泛的應(yīng)用，瓊膠用于食品中能明顯改變食品的品質(zhì)，提高食品的檔次。其特點：具有凝固性、穩(wěn)定性，能與一些物質(zhì)形成絡(luò)合物等物理化學性質(zhì)，可用作增稠劑、凝固劑、懸浮劑、乳化劑、保鮮劑和穩(wěn)定劑，廣泛用于制造各種飲料、果凍、冰淇淋、糕點、軟糖、罐頭、肉制品、涼拌食品等。瓊膠在化學工業(yè)、醫(yī)學科研中，可作培養(yǎng)基，藥膏基及其他用途。14第十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五瓊膠的最有用特性是它的凝點和熔點之間的溫度相差很大。水中需95℃時才開始熔化

40℃時才開始凝固。用瓊膠配制的固體培養(yǎng)基，可用以進行高溫培養(yǎng)而不熔化，在凝固之前接種時，也不致將培養(yǎng)物燙死。因此，瓊膠是制備各種生物培養(yǎng)基中應(yīng)用最廣泛的一種凝固劑。瓊膠的濃度，通常是液體培養(yǎng)基的1～1.5%。15第十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

瓊膠的工業(yè)生產(chǎn)原理基于瓊膠不溶于冷水而溶于熱水。隨所用原料種類、質(zhì)量、采集地區(qū)等的不同，所用方法也有所差異，但總體都大致經(jīng)過原料曬干→漂白→剪切→水洗→壓力鍋蒸煮→過濾→凝固→凍結(jié)→融化→干燥等步驟。生產(chǎn)瓊膠的原藻主要有石花菜、江籬、壇紫菜等，其中以石花菜屬種類為最好，因其所含瓊膠的硫酸基含量最低。16第十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

卡拉膠是另一種紅藻多糖，主要來由于卡帕藻、麒麟菜、角叉菜、杉藻和銀杏藻等紅藻類型，其分子基本骨架是以(1→3)--D-半乳糖基—(1→4)-3，6-內(nèi)醚(或不內(nèi)醚化)--D-半乳糖為重復二糖的多糖結(jié)構(gòu)。根據(jù)半乳糖上取代的硫酸基、甲氧基和丙酮酸的位置及數(shù)量的不同，可將卡拉膠分為族卡拉膠，族卡拉膠，族卡拉膠和-卡拉膠等。卡拉膠的工業(yè)生產(chǎn)原理和生產(chǎn)工藝與瓊膠基本一致。17第十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五18第十八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五卡拉膠目前主要用于食品工業(yè)，一方面因為卡拉膠在價格上比瓊膠便宜，可以代替瓊膠使用；另一方而源于卡拉膠的持殊性質(zhì)：有凝固力很強的-卡拉膠，有凝固力適宜且富有彈性的-卡拉膠，還有黏度很高但無凝固力的-卡拉膠。這樣就可根據(jù)卡拉膠產(chǎn)品的不同性質(zhì)廣泛地用于不同特點的食品中?？ɡz還用于牙膏、水溶涂料、農(nóng)藥乳劑和固定化酶等的生產(chǎn)和制備中。19第十九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五卡拉膠穩(wěn)定性強，干粉長期放置不易降解。它在中性和堿性溶液中也很穩(wěn)定，即使加熱也不會水解，但在酸性溶液中（尤其是pH值≤4.0）卡拉膠易發(fā)生酸水解，凝膠強度和黏度下降。值得注意的是，在中性條件下，若卡拉膠在高溫長時間加熱，也會水解，導致凝膠強度降低。所有類型的卡拉膠都能溶解于熱水與熱牛奶中。溶于熱水中能形成黏性透明或輕微乳白色的易流動溶液?？ɡz在冷水中只能吸水膨脹而不能溶解。20第二十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五基于卡拉膠具有的性質(zhì)，在食品工業(yè)中通常將其用作增稠劑、膠凝劑、懸浮劑、乳化劑和穩(wěn)定劑等。而這些卡拉膠的生產(chǎn)應(yīng)用與其流變學特性有著較大的關(guān)系，因而準確掌握卡拉膠的流變學性能及其在各種條件下的變化規(guī)律對生產(chǎn)具有重要的意義。21第二十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

在諸多的海藻多糖中，工業(yè)產(chǎn)量最大的是褐藻膠(海帶多糖)，因其在藻體中含量相對較高，及用途非常廣泛。褐藻膠主要來自海帶、巨藻、墨角藻、昆布和馬尾藻等褐藻類型，在褐藻的細胞壁中以金屬鹽類形式存在，其有機多糖部分由D-甘露糖醛酸和L-古羅糖醛酸兩種組分構(gòu)成。由于褐藻膠是以金屬鹽類存在，所以其工業(yè)生產(chǎn)原理不同于瓊膠和卡拉膠：先用稀酸處理海藻使不溶性褐藻酸鹽轉(zhuǎn)變成褐藻酸，然后加堿加熱提取，使生成可溶性的鈉鹽溶出。過濾后，加鈣鹽生成褐藻酸鈣沉淀。該沉淀以酸液處理使轉(zhuǎn)變成不溶性褐藻酸。脫水后加堿再轉(zhuǎn)變成鈉鹽，烘干后即為褐藻酸鈉。22第二十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五褐藻膠目前主要應(yīng)用在食品工業(yè)、紡織工業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和科學研究等方面。例如，褐藻膠在食品中廣泛用作穩(wěn)定劑、增稠劑，經(jīng)純化后可用作代血漿、止血劑、止血粉，或織成止血紗布等。在硬水處理、橡膠膏化、水溶性涂料、包裝薄膜、電焊條生產(chǎn)、紙張上漿、發(fā)泡劑、洗滌劑生產(chǎn)等方面，每年也消耗相當數(shù)量的褐藻膠。23第二十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五海洋多糖藥物開發(fā)前景褐藻和紅藻中含有一定量的硫酸多糖，人們已證實它們具有不同程度的抗凝血和抗高血脂活性。例如，瓊脂多糖硫酸酯、角叉藻多糖硫酸酯和海帶多糖硫酸酯等具有抗凝血、降血脂和止血等作用，已在臨床上獲得應(yīng)用。經(jīng)磺酸化處理過的褐藻酸和海帶淀粉因為分子中導人一定量的硫酸基，也表現(xiàn)出不同程度的抗凝血和抗高血脂的活性，其活性的高低決定于導入的硫酸基含量。同時，人們發(fā)現(xiàn)多糖類及其綴合物(糖蛋白、糖脂等)參與了細胞各種生命現(xiàn)象的調(diào)節(jié)、是一種免疫調(diào)節(jié)劑，它能激活免疫細胞，提高機體的免疫功能，對正常細胞則沒有副作用。因此，硫酸多糖作為抗腫瘤藥、治療艾滋病等抗病毒藥和抗衰老藥，在臨床上已顯示出越來越多的應(yīng)用前景。24第二十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)藻膽蛋白藻膽蛋白是某些藻類特有的重要捕光色素蛋白,早在上個世紀初,就曾報道在藍藻和紅藻中存在強烈熒光性的紅色、紫羅藍色和藍色蛋白質(zhì)?？茖W研究表明，藻膽蛋白是一種既可以作為天然色素用于食品、化妝品、染料等工業(yè)上，也可制成熒光試劑，用于臨床醫(yī)學診斷和免疫化學及生物工程等研究領(lǐng)域中。另外，還可以制成食品和藥品用于醫(yī)療保健上，應(yīng)用范圍廣闊，具有很高的開發(fā)、利用價值。25第二十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五藻膽蛋白主要存在于藍藻、紅藻、隱藻和少數(shù)一些甲藻中,其主要功能是作為光合作用的捕光色素復合體,在一些藻類中藻膽蛋白也可以作為儲藏蛋白,以使藻類在氮源缺乏的季節(jié)得以生存。藻膽蛋白的分類已知的藻膽蛋白主要可以分為以下４大類

1、藻紅蛋白(Phycoerythrin,PE)

2、藻藍蛋白(Phycocyanin,PC)

3、藻紅藍蛋白(Phycoerythrocyanin,PEC)

4、別藻藍蛋白(Allophyxoxyanin,APC)26第二十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五藻膽蛋白是一種新型的熒光標記物，在熒光免疫分析方面有著廣闊的應(yīng)用前景。其應(yīng)用領(lǐng)域主要包括熒光激活細胞分類、流式細胞熒光測定、熒光免疫檢測以及單分子檢測等。在可溶性抗原、抗體檢測方面的研究則開展較少。27第二十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

二、藻膽蛋白的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

藻膽蛋白在結(jié)構(gòu)上是內(nèi)載體蛋白和發(fā)色團-開鏈線性延展的四吡咯化合物組成的，載體蛋白和發(fā)色團通過硫醚鍵連接。有多種連接方式。氨基酸序列分析表明，每個發(fā)色團均連接在載體蛋白的半胱氨酸殘基上。這里發(fā)色團也稱膽色素或稱藻膽色素，共有藻紅素、藻藍素、藻黃素和藻尿膽素等幾種。28第二十八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

藻膽蛋白的吸收光譜是藻膽蛋白的分類基礎(chǔ)。各類型藻膽蛋白在可見光區(qū)的最大吸光區(qū)在470~650nm之間、而該區(qū)域正是葉綠素a兩個吸收高峰間的波谷地帶。顯然，藻膽蛋白能夠利用葉綠素a較不常用的光，以維持光合作用的正常進行。藻膽蛋白在葉綠體內(nèi)熒光并不明顯，但當它釋放到液泡或水溶液中后，立即發(fā)出明亮的熒光。經(jīng)適當照射，藻紅蛋白發(fā)出橙色光，藻藍蛋白發(fā)出紅光。29第二十九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五目前藻膽蛋白的開發(fā)研究主要集中以下幾個方面：

(1)取代人工合成的染料用作食品和化妝品的添加劑，以避免人工合成品對人體的傷害。

(2)可以作為藥物藻膽蛋白可以刺激人B-淋巴細胞的增效反應(yīng)，提高機體的免疫力。R-藻紅蛋白可以和胰島素抗體產(chǎn)生特異的免疫反應(yīng)，這表明R-藻紅蛋白的構(gòu)象或結(jié)構(gòu)的某些部位與胰島素有一定的相似性，因而它也許對糖尿病有一定的療效。30第三十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五(3)可以用作熒光探針藻膽蛋白在與其他蛋白如抗體等共價交聯(lián)后熒光量子產(chǎn)額和發(fā)射光譜未發(fā)生變化，因而可認為藻膽蛋白可以用作熒光探針。藻膽蛋白熒光探針的出現(xiàn)為熒光檢測技術(shù)注入了新的活力，它克服了人工合成熒光素價格高、合成中產(chǎn)生有毒物質(zhì)以及長期保存后同蛋白質(zhì)結(jié)合能力減弱甚至消失等缺點。31第三十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五藻膽蛋白的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括熒光激活細胞分類、流式細胞熒光測定、熒光免疫檢測以及單分子檢測等多項技術(shù)領(lǐng)域。但在檢測可溶性抗原、抗體方面，藻膽蛋白熒光探針的試劑化、商品化程度還不很高。32第三十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五藻膽蛋白表面具有較多的活性基團如-SH基，-NH2基等，因此交聯(lián)方便而不影響其熒光性質(zhì)。正是由于藻膽蛋白的這些優(yōu)點，目前己被廣泛地用作熒光探針。將其同生物素、親和素和各種單克隆抗體結(jié)合，通過檢測其發(fā)出的熒光，可用于熒光顯微檢測、熒光免疫測定、雙色或多色熒光分析、癌細胞表面抗原檢測和蛋白質(zhì)及核酸等生物大分子的分析。33第三十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)海洋生物活性物質(zhì)的開發(fā)與展望一、海洋抗氧化活性物質(zhì)的開發(fā)氧化損傷的產(chǎn)生線粒體呼吸鏈中，由于發(fā)生電子漏，導致氧分子經(jīng)單電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，生成了超氧陰離子。某些氧化酶催化氧化底物時，釋放出活性氧，如黃嘌呤/黃嘌呤氧化酶體系放出超氧陰離子、葡萄糖/葡萄糖氧化酶體系放出過氧化氫。巨噬細胞受刺激后呼吸爆發(fā)產(chǎn)生活性氧。34第三十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五體內(nèi)自由基的產(chǎn)生O2O2－.H2O2.OHee+2H+e+H+H2O35第三十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

(1)海藻多糖和甲殼素衍生物等多糖它們具有較好的抗氧化活性。用海藻多糖作餌料飼喂對蝦，結(jié)果顯示實驗組對蝦的SOD(超氧化物歧化酶)活力是對照組的4.49倍。鼠尾藻多糖具有較強的清除超氧陰離子和羥自由基的能力。36第三十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五(2)超氧化物歧化酶(SOD)

是含有銅、鋅、鐵、錳等金屬元素素的一類蛋白質(zhì)，是針對氧毒害反應(yīng)為機體提供保護的酶類之一，它能使超氧陰離子自由基發(fā)生歧化反應(yīng)，生成過氧化氫和氧，是高效的自由這清除劑。海洋生物富含SOD，比已報道的具有較高SOD活性的植物還高數(shù)倍。目前國內(nèi)SOD的生化制品主要是從動物血液的紅細胞中提取的，代價較高，從海藻中