Bài giảng Hợp chất thứ cấp thiên nhiên - Chương 2: Phân loại các hợp chất tự nhiên

Chia sẻ: Caphesuadathemmatong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:43

Thêm vào BST

Báo xấu

36
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Hợp chất thứ cấp thiên nhiên - Chương 2: Phân loại các hợp chất tự nhiên, cung cấp cho người học những kiến thức như: Các hợp chất terpenoids; Một số terpenoid điển hình; Tác dụng sinh học của terpenoid; Các hợp chất alkaloids; Chức năng sinh học của alkaloids;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hợp chất thứ cấp thiên nhiên - Chương 2: Phân loại các hợp chất tự nhiên

CHƯƠNG 2 PHÂN LOẠI CÁC HỢP CHẤT TỰ NHIÊN  Không thể phân loại các sản phẩm thiên nhiên một cách cứng nhắc do sự đa dạng lớn về cơ cấu, chức năng, và con đường sinh tổng hợp.  Các hợp chất trao đổi thứ cấp thành năm lớp chính: 1. Terpenoids và steroid, 2. Các chất axit béo và polyketides, 3. Các alkaloids, 4. Các polypeptide không tham gia cấu tạo ribosome, 5. Các cofactor của các enzyme. 3 nhóm quan trọng : (1) terpenoids và steroid, (2) các polyketides và (3) các alkaloids (các hợp chất chứa nitơ)
PHÂN LOẠI CÁC HỢP CHẤT TỰ NHIÊN
PHÂN LOẠI CÁC HỢP CHẤT TỰ NHIÊN Terpenoid và steroid  Terpenoid bao gồm một phổ rất lớn cấu trúc dường như không có mối liên quan (hơn 35.000 hợp chất được sinh tổng hợp từ đơn vị isopentenyl diphosphate).  Các terpenoid chiếm tỉ lệ lớn nhất trong số các chất chuyển hóa thứ cấp.  Hầu hết các chất thuộc lớp này là không hòa tan trong nước, được tổng hợp từ acetyl-CoA hoặc các sản phẩm trung gian của acetyl-CoA. Alkaloid  Một lớp lớn và đa dạng các hợp chất tự nhiên (> 12.000 hợp chất đã biết) Các hợp chất đều chứa một nhóm amin cơ bản trong cấu trúc của chúng và được sinh tổng hợp từ các con đường sinh tổng hợp amino acid.  Morphine là một ví dụ điển hình Polyketide  Polyketides và axit béo là một lớp các chất chuyển hóa thứ cấp liên quan đến sự cạnh tranh và sinh tồn.  Polyketides thường sinh tổng hợp thông qua việc ngưng tụ các decarboxyl của malonyl-CoA.
Các hợp chất terpenoids
Các cấu trúc terpenoid
TERPENOID VÀ STEROID • Tên gọi terpenoid xuất phát từ tên thành viên đầu tiên được tách chiết từ nhựa thông ("terpentin" trong tiếng Đức). • Tất cả các terpenoid được bắt nguồn bởi phản ứng tổng hợp lặp đi lặp lại của các đơn vị năm cacbon phân nhánh dựa trên khung isopentan. Các đơn phân là các các đơn vị 5C như isoprene. Đơn vị cấu tạo của terpen  Tất cả các terpen có nguồn gốc từ sự kết hợp của các yếu tố 5-carbon (còn gọi là C5) hoặc đơn vị isoprene vì terpen có thể bị phân hủy ở nhiệt độ cao để tạo isoprene  Các terpene đôi khi cũng được gọi là isoprenoid.  Terpen được phân loại theo số lượng đơn vị C5  Ví dụ, các terpene có 10C, tức là có chứa hai đơn vị 5C được gọi là monoterpene, terpen có 15C (ba đơn vị C5) được gọi là sesquiterpene;  Terpen có 20C (bốn đơn vị C5) được gọi là diterpenes.  Terpen lớn hơn bao gồm triterpenes (30 nguyên tử cacbon), tetraterpenes (40 nguyên tử cacbon) và polyterpenoids ([C5]n nguyên tử cacbon, trong đó n> 8).
Ví dụ các terpenoid • Sesquiterpene vòng là eudesmol trong dầu bạch đàn. • Diterpenes bao gồm bốn đơn vị isoprene có nguồn gốc từ các geranylgeranyl pyrophosphate (GPP). Ví dụ kahweol, cembrene, cafestol và taxadiene. Nhiều chất có hoạt tính sinh học như phytol và retinol. • Triterpenes có sáu đơn vị isoprene từ các squalene và lanosterol được tìm thấy trong dầu ô liu và mầm lúa mì.
Một số terpenoid điển hình
Tác dụng sinh học của terpenoid 1. Kích thích tăng trưởng và phát triển  Một số terpen liên quan đến tăng trưởng hay phát triển của cây và do đó có thể được coi là các chất chuyển hóa sơ cấp chứ không phải là chất chuyển hóa thứ cấp. Ví dụ, giberelin là các diterpenes, một nhóm quan trọng của hormone sinh trưởng thực vật. Brassinosteroid gồm một các hormone thực vật có chức năng điều tiết tăng trưởng có nguồn gốc từ triterpenes.  Sterol là dẫn xuất triterpene đó là những thành phần thiết yếu của màng tế bào, được ổn định bằng cách tương tác với các phospholipid.  Các chất màu đỏ, cam và vàng là các carotenoid tetraterpene có chức năng như các sắc tố phụ trong quang hợp và bảo vệ các mô quang hợp khỏi bị oxy hóa bởi ánh sáng. Các hormone là acid abscisic cũng là terpene C15 được tạo ra từ kết quả phân giải một tiền chất carotenoid.  Tuy nhiên phần lớn các terpen là các chất chuyển hóa thứ cấp tham gia vào các quá trình tự bảo vệ của cây.
Cấu trúc của limonene (A) và tinh dầu bạc hà (B). 2 monoterpene liên quan đến phòng vệ chống lại côn trùng và các động vật ăn lá (A, cây cam; B, cây bạc hà)
Tác dụng sinh học của terpenoid 1. Bảo vệ nhiều loài thực vật chống lại động vật ăn cỏ • Một số terpen là độc tố có chức năng răn đe đối với nhiều loài côn trùng ăn cỏ và động vật có vú; do đó chúng đóng vai trò phòng thủ quan trọng cho thực vật. • Ví dụ, dạng este monoterpene gọi là pyrethroid, có trong lá và hoa của các loài thuộc chi Chrysanthemum, có khả năng chống côn trùng. Cả hai pyrethroid tự nhiên và tổng hợp là thành phần phổ biến trong thuốc trừ sâu thương mại hiện nay vì chúng không ảnh hưởng đến môi trường và độc tính không đáng kể của chúng với động vật có vú. • Cây lá kim như thông và linh sam, monoterpene tích tụ trong ống nhựa được tìm thấy trong lá, cành cây, và thân cây. Các hợp chất này độc hại cho nhiều loài côn trùng, bao gồm cả bọ cánh cứng vỏ, đây là những loài gây hại nghiêm trọng của các loài cây lá kim trên toàn thế giới. • Nhiều loài cây lá kim đáp ứng với sự phá hoại của bọ cánh cứng bằng cách tăng cường tổng hợp monoterpene. Nhiều loài chứa hỗn hợp các monoterpene dễ bay hơi và sesquiterpene, gọi là tinh dầu, tạo ra mùi đặc trưng từ tán lá
Tác dụng sinh học của terpenoid • Tinh dầu có đặc tính chống côn trùng. Chúng thường được tiết ra lớp biểu bì để thể hiện độc tính của thực vật nhằm đẩy lùi các loài ăn cỏ. • Terpen được lưu trữ trong không bào hoặc các túi. Tinh dầu có thể được chiết xuất từ thực vật bằng cách chưng cất hơi nước và được thương mại hóa làm hương liệu cho thực phẩm và nước hoa. • Trong số các hợp chất terpene không bay hơi có khả năng chống động vật ăn cỏ là các dạng limonoid, một nhóm các triterpenes (C30) cũng được gọi là các chất đắng trong trái cây họ cam quýt. • Chất có khả năng răn đe mạnh nhất đối với bọn côn trùng ăn lá là azadirachtin, một loại limonoid phức tạp có nguồn gốc từ cây neem (sầu đâu) của châu Phi và châu Á. • Azadirachtin gây ra cảm giác không muốn ăn ở một số loài côn trùng ở liều rất thấp (50 phần tỷ), và nó tác động trực tiếp rất nghiêm trọng đến hệ tiêu hóa. Vì thế, chất này có tiềm năng để sản xuất các chất chống côn trùng vì độc tính thấp đến động vật có vú. Hiện nay một số chế phẩm chứa azadirachtin đang được bán tại Bắc Mỹ và Ấn Độ. Ảnh chụp hiển vi điện tử trên đài hoa của một hiền cây từ tô (Salvia sclarea) và cây thuốc phiện (marijuana). Các lông tiết giọt tinh dầu (tròn, trắng). Azadirachtin
Tác dụng sinh học của terpenoid • Các phytoecdysones, lần đầu tiên được tách từ cây dương xỉ thường (Polypodium vulgare), là một nhóm steroid thực vật có cấu trúc cơ bản tương tự như hormone lột xác côn trùng. Khi côn trùng nuối phải phytoecdysones sẽ bị gián đoạn quá trình phát triển và lột xác khác, thường là hậu quả dẫn đến chết. Ngoài ra, gần đây phytoecdysones được tìm thấy có khả năng phòng thủ chống lại tuyến trùng ký sinh thực vật. • Triterpenes bảo vệ cây chống lại động vật ăn cỏ có xương sống bao gồm cardenolides và saponin. Cardenolides là các glicosid (hợp chất có chứa một phân tử đường hoặc đường đính kèm) có vị đắng và rất độc hại đối với động vật bậc cao. • Các hợp chất này có ảnh hưởng lớn đến cơ tim  họ protein Na+ / K+ - ATPases. Với liều lượng theo quy định, các chất này có tác dụng điều hòa nhịp tim và một số bệnh tim. Steroid và triterpene glycosides saponinsare (đặt tên như vậy vì tính chất giống xà phòng) có khả năng hòa tan trong lipid nên saponin có khả năng làm chất tẩy rửa, chúng tạo thành bọt xà phòng khi lắc với nước. Saponin có độc do chúng có thể can thiệp vào sự hấp thu sterol từ hệ tiêu hóa hoặc phá vỡ màng tế bào sau khi được hấp thụ vào máu.
Cấu trúc của hai triterpenes, azadirachtin (A) và α-ecdysone (B), làm thuốc trừ sâu. Azadirachtin ảnh hưởng đến hơn 200 loài côn trùng và có thể được coi là một loại thuốc trừ sâu tự nhiên. α-Ecdysone là steroidal prohormone là một trong 20- hydroxyecdysone, gây ra lột xác bất thường đối với côn trùng ăn cỏ.
Các hợp chất alkaloids
ALKANOID VÀ CÁC HỢP CHẤT CHỨA NITƠ Papaver somniferum Lịch sử 3000 năm của alkaloid  Alkaloid đều chứa nguyên tử nitơ ở dạng dị vòng. Các alkaloid có tính kiềm.  Alkaloids có mặt tự nhiên trong sinh vật bao gồm cả thực vật, động vật, nấm và vi khuẩn.  Ở phía đông Địa Trung Hải, người ta đã sử dụng mủ của cây thuốc phiện (Papaver somniferum) từ 1400-1200 trước công nguyên. Morphine, đặt tên cho Morpheus, thần của những giấc mơ trong thần thoại Hy Lạp. Việc tách chiết morphine vào năm 1806 đã được dược sĩ người Đức Friedrich Sertürner tiến hành đã mở đầu cho các nghiên cứu alkaloid. Ví dụ nổi tiếng về cuộc chiến tranh nha phiến giữa Trung Quốc và Anh (1839-1859) liên quan đến thuốc phiện.  Các chất trong rễ cây Rauwolfia serpentine đã được sử dụng Rauwolfia serpentine ở Ấn Độ khoảng 1000 trước công nguyên.  Người cổ đại sử dụng chất chiết xuất purgative, antitussive để làm thuốc an thần và điều trị nhiều bệnh khác như sốt, động kinh...  Nữ hoàng Cleopatra đã sử dụng chiết xuất của cây phỉ ốc (Hyoscyamus), có chứa atropine để làm giãn đồng tử của mình và xuất hiện quyến rũ hơn trước các đối thủ chính trị nam của cô. Hyoscyamus niger
ALKANOID VÀ CÁC HỢP CHẤT CHỨA NITƠ  Một trong những alkaloids nổi tiếng nhất là chống ho và giảm đau là codeine từ cây thuốc phiện.  Heroin (một hợp chất bán tổng hợp ở dạng acetyl hóa của morphine và cocain) có mặt ở cây coca.  Sau gần 200 năm nghiên cứu người ta thấy alkaloid không phải duy nhất có mặt ở thực vật mà còn có ở nhiều nhóm sinh vật khác, chẳng hạn động vật.  Ngày nay, một lượng lớn các chất chuyển hóa thứ cấp có chứa nitơ được biết đến với khả năng chống lại động vật ăn cỏ như các alkaloid và cyanogenic Cyanogenic glycoside glycoside. Đây cũng là nhóm gồm nhiều chất gây độc cho con người và đồng thời cũng là các thuốc chữa bệnh.  Hầu hết các chất chuyển hóa thứ cấp chứa N được tổng hợp từ các axit amin phổ biến. Các chất chuyển hóa thứ cấp chứa nitơ, trong đó có các alkaloid, cyanogenic glycoside, glucosinolate, và các axit amin không có mặt trong protein (amino acid nonprotein).
ALKANOID VÀ CÁC HỢP CHẤT CHỨA NITƠ Các cấu trúc của các alkaloid codeine và morphine từ cây thuốc phiện Papaver somniferum. Dạng khung C bất đối xứng được đánh dấu với các chấm màu đỏ. (B) Ếch Bufo marinuns tích lũy lượng đáng kể morphine trong da. Cấu trúc của indole monoterpenoid alkaloid là dẫn xuất của quinine ở cây Cinchona officinalis ( Cây Canh ki na) Vỏ Canhkina dùng làm thuốc chữa thiếu máu, mệt mỏi toàn thân, dưỡng sức, chữa sốt, sốt rét vì nhiễm trùng, lao và đái đường. Dùng ngoài chữa mưng mủ hoại tử, vết thương không trương lực. Liều dùng 5-10g dạng bột, viên hoặc rượu thuốc. Bột Canhkina dùng rắc các vết thương, vết loét. Người ta thường dùng vỏ làm nguyên liệu chiết các alcaloid, nhất là quinin. Quinin dùng làm thuốc chữa sốt, sốt rét với liều 1-2g một ngày.
CHỨC NĂNG SINH HỌC CỦA ALKANOID • Vai trò của alkaloid của thực vật được nhắc đến rất nhiều, ban đầu chúng được coi là chất thải chứa nitơ (tương tự như urê và acid uric ở động vật), các hợp chất nitơ, hoặc điều hòa sinh trưởng. • Sau này hầu hết các alkaloid được cho là có chức năng như phòng vệ chống lại động vật ăn cỏ, đặc biệt là động vật có vú, vì độc tính và khả năng răn đe của chúng. Một số lượng lớn các trường hợp Lupinus động vật bị chết trong chăn nuôi là do ăn phải thực vật có chứa alkaloid. Tại Hoa Kỳ, nhiều gia súc chăn thả bị nhiễm độc do ăn phải thực vật chứa alkaloid như lupin (Lupinus), phi yến (yến), và một loại cỏ (senecio). • Đối với con người, gần như tất cả các alkaloids cũng gây độc khi đạt liều đủ lớn. Ví dụ, strychnine, atropine, và coniine từ Conium maculatum (cây Độc Cần nước) là những alkaloid có khả năng gây độc. • Ở liều thấp, nhiều alkaloid có tác dụng dược lý hữu ích, chẳng hạn Senecio morphine, codeine, và scopolamine chỉ là một trong số rất nhiều alkaloid thực vật hiện đang được sử dụng trong y học. • Các alkaloids khác, bao gồm cocaine, nicotine và caffeine được sử dụng phổ biến như chất kích thích hay thuốc an thần. • Các alkaloid thường tác động các thành phần của hệ thống thần kinh, đặc biệt là dẫn truyền thần kinh; những nhóm khác khác ảnh hưởng đến vận chuyển màng, tổng hợp protein, hoặc hoạt động của một số enzyme. Conium maculatum