海洋天然药物化学课件.pptx
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- 海洋 天然 药物 化学课件
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1、第十章第十章 海洋天然药物海洋天然药物MARINE NATURAL MEDICINE掌握:已知海洋天然药物主要类型及结构特点;掌握:已知海洋天然药物主要类型及结构特点;了解:海洋天然药物的发展态势。了解:海洋天然药物的发展态势。重点内容重点内容第一节第一节 概概 述述一、海洋知多少?一、海洋知多少?v 海洋占地球表面积的海洋占地球表面积的70.8%.v海洋生物量占地球总生物量的海洋生物量占地球总生物量的87%; v海洋生物种类达海洋生物种类达40多万种,占地球生物种类的近多万种,占地球生物种类的近80%. v生命起源于海洋。生命起源于海洋。二、海洋生物的特点二、海洋生物的特点 v 生活环境与陆
2、生生物迥然不同:生活环境与陆生生物迥然不同:有一定的水有一定的水压、高盐度、小温差、有限的溶解氧、有限的压、高盐度、小温差、有限的溶解氧、有限的光照及化学缓冲海水体系;光照及化学缓冲海水体系; v 次生代谢产物较陆生生物独特新颖:次生代谢产物较陆生生物独特新颖:新陈代新陈代谢、生存繁殖方式、适应机制具有显著特性;谢、生存繁殖方式、适应机制具有显著特性; v 化合物结构独特、生物活性多样。化合物结构独特、生物活性多样。 海洋天然产物的特点海洋天然产物的特点1、存在大量含卤有机物、存在大量含卤有机物 海水中的卤素不仅能进入各种结构的化合物中,海水中的卤素不仅能进入各种结构的化合物中,而且在各类化合
3、物的生物合成过程中起着非常重而且在各类化合物的生物合成过程中起着非常重要的作用,特别是溴离子诱导作用产生的分子环要的作用,特别是溴离子诱导作用产生的分子环化或重排。化或重排。2、结构独特复杂多变且生物活性超强、结构独特复杂多变且生物活性超强 海洋毒素:河豚毒素(生物碱)海洋毒素:河豚毒素(生物碱) 刺尾鱼毒素(聚醚梯类)刺尾鱼毒素(聚醚梯类) 二倍半萜:在陆生生物中比较罕见,但在海洋二倍半萜:在陆生生物中比较罕见,但在海洋 微生物和海绵中却较多,微生物和海绵中却较多,19962006 年间仅从海绵中分离出的呋喃二倍年间仅从海绵中分离出的呋喃二倍 半萜就达半萜就达260多个。多个。3、结构中含有
4、罕见或特殊基团、结构中含有罕见或特殊基团 氯代碳酰亚胺基、异氰基、胍基、环多硫醚、氯代碳酰亚胺基、异氰基、胍基、环多硫醚、过氧基以及自然界罕见的丙二烯或乙炔键等过氧基以及自然界罕见的丙二烯或乙炔键等.ClNClClOHClOHOHBrOCOBrOOCOOH 海洋生物的利用率不足海洋生物的利用率不足1%,海洋特殊生态环境中的生物资源已,海洋特殊生态环境中的生物资源已成为拓展天然药用资源的新空间,也是目前资源最丰富、保存最完成为拓展天然药用资源的新空间,也是目前资源最丰富、保存最完整、最具有新药开发潜力的新领域,海洋将成为整、最具有新药开发潜力的新领域,海洋将成为21世纪的大药库。世纪的大药库。三
5、、海洋药物的研究概况三、海洋药物的研究概况1 1、发展历程、发展历程 始于始于19601960年代年代1964 年:河豚毒素年:河豚毒素 (tetrodotoxin, TTX)结构解析结构解析生物碱生物碱 钠通道阻滞剂,毒性是氰化物的钠通道阻滞剂,毒性是氰化物的1000倍;局麻作倍;局麻作用是普鲁卡因的用是普鲁卡因的4000倍,价格:倍,价格:1.8亿美元亿美元/Kg。 1969年:从加勒比海柳珊瑚年:从加勒比海柳珊瑚Plexaura homomalla中中分离得到含量高达分离得到含量高达1.4%的前列腺素类似物的前列腺素类似物 。 COOR1OR2OR1=R2=HR1=CH3,R2=Ac极大
6、地激发了科学家对来自海洋生物活性物质的兴趣。极大地激发了科学家对来自海洋生物活性物质的兴趣。Drugs from the sea卤代的萜类化合物以及卤代的卤代的萜类化合物以及卤代的C15乙酸原类乙酸原类化合物化合物1970年代年代随着各种二维核磁技术以及软离子质谱技术随着各种二维核磁技术以及软离子质谱技术 (如(如FAB-MS/MS和和FD-MS/MS)、单晶)、单晶X衍射衍射的逐渐应用和成熟,大大加快了对海洋天然产的逐渐应用和成熟,大大加快了对海洋天然产物研究的进程,使得一些结构比较复杂的海洋物研究的进程,使得一些结构比较复杂的海洋天然产物的鉴定成为可能。天然产物的鉴定成为可能。1980年代
7、年代海洋天然产物的研究在发达国家开始进入黄金海洋天然产物的研究在发达国家开始进入黄金时代时代一些结构复杂的海洋天然产物(如一些结构复杂的海洋天然产物(如大环内酯类、大环内酯类、聚醚类、肽类、聚醚类、肽类、C15乙酸原类、前列腺素乙酸原类、前列腺素类似物类似物、甾体类甾体类等)完成了结构鉴定和生物活性研究等)完成了结构鉴定和生物活性研究其中不乏分子量超过其中不乏分子量超过2000甚至甚至3000的超级碳链的超级碳链(Super-carbon chain)化合物。)化合物。1990年代年代 对海洋药物的研究与开发获得不少具有突破性对海洋药物的研究与开发获得不少具有突破性的成果,已从海葵、海绵、腔肠
8、动物、被囊动的成果,已从海葵、海绵、腔肠动物、被囊动物、棘皮动物和微生物体内分离得到具有物、棘皮动物和微生物体内分离得到具有抗菌、抗菌、抗病毒、止血、镇痛、抗炎、抗肿瘤和心血管抗病毒、止血、镇痛、抗炎、抗肿瘤和心血管等生物活性的多种新型化合物。等生物活性的多种新型化合物。 NCI每年投入到海洋药物研究的科研经费占全部每年投入到海洋药物研究的科研经费占全部天然药物研究经费的一半以上,每年研究、检天然药物研究经费的一半以上,每年研究、检测的上万个天然产物中,测的上万个天然产物中,1/4 来自海洋生物。来自海洋生物。2000年之后年之后2、目前海洋药物研究的主要领域和成果、目前海洋药物研究的主要领域
9、和成果新结构的发现新结构的发现活性化合物的研究与开发活性化合物的研究与开发 海洋生物工程海洋生物工程在在2007年由新西兰科学家年由新西兰科学家John W. Blunt和和Murray H. G. Munro编著的编著的海洋天然产物词海洋天然产物词典典(Dictionary of Marine Natural Products)一书中记载了截止到一书中记载了截止到2006年中期共发现的年中期共发现的30000余种海洋天然产物。余种海洋天然产物。 仅仅2006年和年和2007年就分别发现新的海洋天然产年就分别发现新的海洋天然产物物779个和个和961个。个。研究成果研究成果 头孢菌素钠头孢菌素
10、钠 (cephalosporin natrium) 为海洋微生为海洋微生物中发现并开发成功的第一个物中发现并开发成功的第一个“海洋新抗海洋新抗”,开,开创了开发海洋新抗生素的先例。创了开发海洋新抗生素的先例。 海绵中获得海绵尿嘧啶核苷海绵中获得海绵尿嘧啶核苷 (spongouridine),后,后研究成功合成方法,获得有效抗癌药物研究成功合成方法,获得有效抗癌药物阿糖胞苷阿糖胞苷 (arabinoside cytosine, Ara-C),目前在市场上获,目前在市场上获得广泛应用。得广泛应用。几个成功开发实例几个成功开发实例 从海蛤提取的从海蛤提取的蛤素蛤素 (mercenene) 有很好的抗
11、有很好的抗癌作用;癌作用; 存在于海鞘中的存在于海鞘中的膜海鞘素膜海鞘素 (didemnin) 为强的为强的抗肿瘤、免疫抑制剂;抗肿瘤、免疫抑制剂; 鲸鲨软骨中提取的鲸鲨软骨中提取的 6-硫酸软骨素硫酸软骨素(chondroitin sulfate A)具有降血脂、抗动脉硬化的作用。具有降血脂、抗动脉硬化的作用。 从黄海葵提取的新型强心药物从黄海葵提取的新型强心药物海葵毒素海葵毒素 (anthoplearin) A 和和 B等。等。 具有抗癌活性的海洋生物具有抗癌活性的海洋生物 NCI正在进行临床试验的部分海洋药物正在进行临床试验的部分海洋药物 药物名称药物名称生物来源生物来源Ectrinas
12、cidin 743 红树海蛸红树海蛸(ecteinascidia turbinate)Dolastatin-10 截尾海兔截尾海兔(dolabella auricularia)Bryostatin-1Bryostatin-4 多室草苔虫多室草苔虫(bugula neritina)Halichondria-B黑色软海绵黑色软海绵(Halichondria okadai)Manoealide 海绵海绵3、发展趋势、发展趋势v 半合成技术和合成技术半合成技术和合成技术在海洋药物研究开发中十在海洋药物研究开发中十分重要。分重要。 v 海洋生物技术海洋生物技术是海洋药物产业化的主导技术和关是海洋药物产业
13、化的主导技术和关键手段键手段 。 v 现有技术集成组装现有技术集成组装是现实可行的新途径。是现实可行的新途径。 v 以研究以研究海洋生物活性物质海洋生物活性物质为中心任务的海洋天然为中心任务的海洋天然药物化学已经成为药物化学已经成为天然药物研究天然药物研究中最为活跃的分中最为活跃的分支之一。支之一。第二节第二节 大环内酯类大环内酯类 总体特点总体特点 v 是海洋生物中是海洋生物中最常见最常见的一类化合物;的一类化合物; v 结构中均含有结构中均含有内酯环内酯环; v 环的大小差别较大,从环的大小差别较大,从十到六十元十到六十元都有。都有。v 可分为可分为简单大环内酯类化合物、含有氧环简单大环内
14、酯类化合物、含有氧环的大环内酯类、多聚内酯类、其它类的大环内酯类、多聚内酯类、其它类等结等结构类型。构类型。 一、简单大环内酯类化合物一、简单大环内酯类化合物 v 特点:仅有一个内酯环、环上仅有特点:仅有一个内酯环、环上仅有OH或烷基取代、或烷基取代、为长链脂肪酸形成的内酯为长链脂肪酸形成的内酯。 v 如海洋软体动物如海洋软体动物Aplysia depilans中得到的中得到的aplyolide A、B、C 为海洋动物的化学防御物质,有强的为海洋动物的化学防御物质,有强的毒鱼活性毒鱼活性。OOOHOOOOOHP390:1,2,3v 又如从海洋微生物中得到的又如从海洋微生物中得到的(-)-mac
15、rolactin A、(+)-macrolactin E.具有抗病毒活性。具有抗病毒活性。OOHOHOOHOOHOOOHP390:4,5OOHOOOOMeOMeOMeONCHOMeOMeOOMeOMeOMeMeO二、内酯环含有氧环的大环内酯类二、内酯环含有氧环的大环内酯类 v 特点:大环内酯环上含有特点:大环内酯环上含有氧环氧环,氧环可为三元、,氧环可为三元、五元、六元不等。五元、六元不等。 v 氧环的生物合成可能为大环内酯环上双键、羟氧环的生物合成可能为大环内酯环上双键、羟基在代谢过程中氧化、脱水所致。基在代谢过程中氧化、脱水所致。 v 如从海绵中得到的如从海绵中得到的sphinxolide
16、 E. 具有细胞毒活性。具有细胞毒活性。P390:6v 又如从红海海绵又如从红海海绵Latrunculia magnifolia中分中分离得到的离得到的latrunculin A.具有很强的毒鱼活性。具有很强的毒鱼活性。OOONHSOOHHP391:12三、多聚内酯类三、多聚内酯类 v特点:大环内酯环上具有特点:大环内酯环上具有一个以上一个以上的酯键。的酯键。 v如来源于红藻如来源于红藻Varicosporina ramulosa的的colletodiol.OOOOOHOHP391:14OOOOOOOHOHOOOMeOOHOH又如从海洋微生物又如从海洋微生物Hypoxylon oceanicu
17、m中中分离得到的分离得到的15G256具有抗真菌活性。具有抗真菌活性。P392:18四、其他大环内酯类四、其他大环内酯类 v 大环内酯环含有大环内酯环含有氢化吡喃螺环氢化吡喃螺环的化合物。的化合物。 v 如从海绵如从海绵Hyrtios altum中分离得到的中分离得到的altohyrtin A等。等。 抗瘤谱特殊、活性高,是目前细胞毒活性最高的一类。抗瘤谱特殊、活性高,是目前细胞毒活性最高的一类。OOOOOHOOMeMeMeOOMeOHOHMeOHOHOHOHClOOP392:19v又如从海鞘中得到的又如从海鞘中得到的ecteinascidin 743(ET743). 为一特殊烷化剂,作用于为
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