课件：肠道微生物的天然产物.ppt

,肠道微生物是一类生长在动物肠道中的微生物，它们构成了一个独特、多变的生态系统。 该系统中积聚着大量的微生物，约有2公斤重的细菌，细菌与宿主细胞之间紧密地接触在一起。,肠道微生物的分布 1.胃肠道 胃肠道内的细菌可构成一个巨大而复杂的生态系统，一个人结肠内就有400个以上的菌种。 2.口腔进入胃 主要革兰氏阳性需氧菌 3.小肠 大肠杆菌和厌氧菌（类杆菌属、双歧杆菌属、梭状芽胞杆菌属) 4.回盲瓣 粪杆菌属、双岐杆菌属和真杆菌属,人体中常见的肠道微生物,肠道微生物的类别 肠道微生物 正常菌群 正常菌群数量是巨大的，约为10的14次方左右，在长期的进化过程中，通过个体的适应和自然选择，正常菌群中不同种类之间，正常菌群与宿主之间，正常菌群、宿主与环境之间，始终处于动态平衡状态中，形成一个互相依存，相互制约的系统，因此，人体在正常情况下，正常菌群对宿主表现不致病。 过路菌群 是由非致病性或潜在致病性细菌所组成，来自周围环境或宿主其它生境，在宿主身体存留数小时，数天或数周，如果正常菌群发生紊乱，过路菌群可在短时间内大量繁殖，引起疾病，最常见的是腹泻、血样便、胃肠穿孔等,正常菌群,过路菌群,正常肠道微生物与人体形成平衡的生态关系，不会轻易被打破，但是生态失调可因慢性病，癌症，手术，辐射感染，抗生素不合理应用等引起,破坏正常肠道微生物的原因,肠道微生物的生理作用,菌群之间生物的拮抗作用,免疫作用,排毒作用,抗肿瘤作用,抗衰老作用,菌群之间生物的拮抗作用,正常菌群在人体某一特定位粘附，定植和繁殖，形成一层菌膜屏障。通过拮抗作用，抑制并排斥过路菌群的入侵和群集，调整人体与微生物之间的平衡状态。,免疫作用,正常菌群能刺激宿主产生免疫及清除功能。,如双岐杆菌能使肠道过多的革兰氏阴性杆菌下降到正常水平，减少内毒素的吸收。,排毒作用,能降解、清除体内的致癌因子，激活体内的抗肿瘤细胞因子等。,抗肿瘤作用,人体肠道的正常微生物，如双岐杆菌，乳酸杆菌等能合成多种人体生长发育必须的维生素，如B族维生素，维生素K，烟酸、泛酸等，还能利用蛋白质残渣合成非必需氨基酸，如天冬门氨酸、丙氨酸、缬氨酸和苏氨酸等，并参与糖类和蛋白质的代谢，同时还能促进铁、镁、锌等矿物元素的吸收。这些营养物质对人类的健康有着重要作用，一旦缺少会引起多种疾病。生态平衡时，正常肠道微生物可以保持宿主的正常生理功能，如营养、免疫、消化等。,抗衰老作用,麦当娜的食谱包括全谷物(各种粗粮)、各式新鲜蔬菜、蘸着日本大酱的海藻、发酵豆制品和印尼豆豉。 澳大利亚联邦科学与工业研究院首席食品营养研究员大卫托宾非常赞同麦当娜的饮食方案，他在接受温哥华太阳报采访时说：“麦当娜所遵循的饮食方案很切合实际，人体肠道内的菌群执行着非常重要的生理功能，培育出了她健康的肠道菌群，帮她更好地消化吸取各种维生素，远离疾病，有效清除体内有害细菌和毒素，让益生菌繁荣兴旺，增强免疫系统功能，显示出抗病和延缓衰老的神奇力量。一些营养学研究甚至发现，肠道内的有益细菌还能治疗自闭症。,麦当娜的“不老秘方” 保持肠道菌群平衡,21世纪肥胖日益成为严重的公共卫生问题最近研究表明,肠道微生物可能是肥胖的一大诱因,其对于肥胖的贡献通过与人体的共生和共进化来体现。肠道微生物能降解代谢许多人体不能消化的多糖,提供给宿主额外的能量,而宿主为微生物提供食物来源以及厌氧环境,二者形成合作互利的共生关系。微生物的种类和相互比例与肥胖密切相关,优势菌群硬壁菌门和拟杆菌门在其中起主要作用,并且在肥胖和非肥胖者中存在数量差异,这一差异能够复制并转移的。同时,肠道微生物在和人类长期的共生关系中形成较为稳定的群落组成方式,并且以亚种的多样性和基因的弹性表达来应对宿主和群落水平上的选择压力。肠道微生物通过影响宿主能量的平衡来诱发肥胖 一些营养学研究甚至发现，肠道内的有益细菌还能治疗自闭症。,肠道微生物与人体健康关系,是一类对宿主有益的活性微生物，是定植于人体肠道、生殖系统内，能产生确切健康功效从而改善宿主微生态平衡、发挥有益作用的活性有益微生物的总称。,益生菌,人体、动物体内有益的细菌或真菌主要有：酪酸梭菌、乳酸菌、双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、放线菌、酵母菌等,益生菌,益生菌的分类： （1）乳杆菌类 （如嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、詹氏乳杆菌、拉曼乳杆菌等） （2）双歧杆菌类 （如长双歧杆菌、短双歧杆菌、卵形双歧杆菌、嗜热双歧杆菌等） （3）革兰氏阳性球菌 （如粪链球菌、乳球菌、中介链球菌等）。,益生菌的四大功能,1.帮助营养物质的消化吸收 许多益生菌株在胃肠道内可产生消化酶，这些酶可帮助人体更好地消化所摄入的食品及吸收食品中的营养成分。益生菌还可竞争性抑制有害微生物吸收营养物质及进入血液循环系统。嗜酸乳杆菌是这方面的代表菌株，可分泌消化乳糖的乳糖酶，从而缓解乳糖不耐症。 2.产生重要的营养物质 益生菌能产生维生素，包括泛酸、尼克酸、B1,B2,B6及维生素K等，同时能产生短链脂肪酸、抗氧化剂、氨基酸等等，对骨骼成长和心脏健康有重要作用。,3.抵抗细菌病毒的感染，提升免疫通过三大步骤，益生菌可清除有害菌对身体的伤害： 1.）抑制有害菌的生长。益生菌通过产生杀灭有害菌的化学物质，及与有害菌竞争空间和资源而遏制它们的生长。 2.）抑制有害菌产生毒素。 3.）清除有害菌产生的毒素。 4.预防和治疗某些疾病，如肠道综合症、呼吸道感染、生殖系统感染、过敏、口臭、胃溃疡等。 人体许多健康问题都是由体内菌群失衡引起，决定因素是微生态的平衡，可通过使体内菌群重新达到生态平衡来实现缓解与治疗的目的。比如腹泻、便秘、阴道感染等综合症状，国内外已经经过多年的研究和实践，证明使用特定的经临床证实的益生菌可有效地进行治疗。,微生物的代谢，指微生物在存活期间的代谢活动。微生物在代谢过程中，会产生多种多样的代谢产物。而这些代谢产物就是我们所需要的天然产物。维生素B1是人体所不能合成的必需元素之一，也是双歧杆菌在代谢活动中所产生的对人体有益的天然产物,微生物的代谢,B1是最早被人们提纯的维生素，1896年荷兰王国科学家伊克曼首先发现维生素b1，1910年为波兰化学家丰克从米糠中提取和提纯。它广泛存在于种子外皮及胚芽中，还有米糠、黄豆、酵母、瘦肉、洋火腿、牡蛎、牛肉、牛奶、蛋、猪 肝、鸡肉、鳗鱼、绿豆、芦笋、玉米、马铃薯、花椰菜、米、菠菜、 芹菜、橘子、番茄等中,维生素B1,维生素B1的结构,维生素B1又称硫胺素或抗神经炎素。由嘧啶环和噻唑环结合而成的一种B族维生素。维生素B1常以盐酸盐的形式存在，为白色结晶，易溶于水。固态形式较稳定，水溶液呈酸性时较稳定，在碱性溶液中容易分解变质。PH小于5时可耐120高温。遇光和热效价下降。故应置于遮光，凉处保存，不宜久贮。 在酸性溶液中很稳定，在碱性溶液中不稳定，易被氧化和受热破坏。,性 质,维生素B1的结构,维生素B1 - 结构性质,维生素B1在室温下与中性亚硫酸钠溶液中分解嘧啶和噻唑两部分。它与焦磷酸生成硫胺素焦磷酸（Thiamine pyrophosphate,TPP），即羧化辅酶（cocarboxylase），这个反应需要ATP参加，TPP参与糖代谢中酮酸的氧化脱羧作用,维生素B1的结构,命 名,氯化4-甲基-3(2-甲基- 4-氨基- 5-嘧啶基)-甲基-5-(2-羟基乙基)噻唑鎓盐酸盐,嘧啶 亚甲基 噻唑 连成的季铵盐化合物,2.紫外吸收特性,3.与生物碱沉淀试剂反应,4.氯化物的特性,1.硫色素反应,噻唑环在碱性介质中可开环，再与嘧啶环上的氨基环合，经铁氰化钾等氧化剂氧化具有荧光的硫色素，其硫色素溶于正丁醇呈蓝色荧光。,在246nm的波长测定吸光度，结果在70.29g/mL101.53g/mL范围内线性关系良好。,与某些生物碱（如碘化汞钾、硅钨酸等）反应生成组成恒定的沉淀。,维生素B1为盐酸盐，水解有氯离子，可以进行氯化物的鉴别反应。,三、鉴别反应,（一）硫色素荧光反应,(O),硫色素,（二）沉淀反应,VB1结构具有嘧啶环和氨基，显生物碱特性。可与多种生物碱沉淀或显色 剂反应。,VB1,碘化汞钾,碘,硅钨酸,苦酮酸,产生淡黄色沉淀,产生红色沉淀,白色沉淀,扇形白色结晶,（三）氯化物反应,1）滴加硝酸银，即产生白色凝乳状沉淀；分离，沉淀加氨试液即溶解，再加硝酸银，沉淀复生成。,2）加二氧化锰，混匀后，加硫酸湿润，缓慢加热，产生氯气，用湿润的淀粉碘化钾试纸检验显蓝色。,（四）硫元素反应,VB1,共热,NaOH,Na2S,Pb（NO3）2,PbS,（五）红外分光光度法,样品加水溶解，水浴蒸干，在105干燥2个小时测定。,四、含量测定,维生素B1及其制剂常用的含量测定方法有非水滴定法、紫外分光光度法和硫色素荧光反应法。,硫色素荧光法是维生素B1的专属性反应，用于维生素B1及其制剂的含量测定。,ChP2010用非水溶液滴定法测定其原料药，片剂和注射液均采用紫外分光光度法,维生素B1 - 生理功能,1.构成辅酶。 2.抑制胆碱酯酶的活性，促进胃肠蠕动 维生素B1可抑制胆碱酯酶对乙酰胆碱的水 解。乙酰胆碱(副交感神经化学递质)有促进胃肠蠕动作用。维生素B1缺乏时胆碱酯酶活 性增强，乙酰胆碱水解加速，因而胃肠蠕动缓慢，腺体分泌减少，食欲减退。 3.对神经组织的作用维生素B1对神经组织的确切作用还不清楚。只是发现在神经组织含量最多，大部分位于线粒体，10在细胞膜。目前认为硫胺素三磷酸酯可能与膜钠离子通道有关，当缺乏时渗透梯度无法维持，引起电解质与水转移。,维生素B1的代谢,食物中的维生素B1有3 种形式：即游离形式、硫胺素焦磷酸酯和蛋白磷酸复合物。结合形式的维生素B1 在消化道裂解后被吸收。吸收的主要部位是空肠和回肠。浓度高时为被动扩散，浓度低时为主动吸收。主动吸收时需要钠离子及ATP，缺乏钠离子及ATP酶可抑制其吸收。大量饮茶会降低肠道对维生素B1 的吸收。酒中含有抗硫胺素物质，摄人过量，也会降低维生素B1的吸收和利用。此外叶酸缺乏可导致吸收障碍。在小肠的维生素B1被磷酸化后，经门静脉被运送到肝脏，然后经血转运到各组织,纸色谱法（又称纸色层分析法，英文：Paper chromatography）是分析化学中一种用来分离混合物的色谱技术。纸色谱法主要是用来分析染料，它已经在很大的程度上被薄层色谱法取代，但仍然是一种很好的教学工具。,分离方法,纸色谱法是为了分离植物的色素制成颜料，用此方法可以分离出不同颜色的色素，所以这个技术有一个英文名称chroma就是拉丁文“颜色”的意思。 在分离维生素B1的时候采用的是胶束纸,分离方法,VB 的迁移可能是静电作用 胶束与溶质之间的疏水作用 胶束空穴的动力学平衡等作用结果,2.样品提取,3.净化,a.脱脂棉铺于盐基交换管的交换柱底部，再加约1g活性人造浮石使之达到交换柱的1/3高度。 b.用移液管加入提取液2060ml。 c.加入约10ml热蒸馏水冲洗交换柱，弃去洗液，重复三次。 d.加入20ml50g/L酸性Kcl,收集此液于25ml刻度试管内。凉至室温，用250g/L酸性Kcl定容至25ml，即为净化液。,试剂作用,1、蛋白分解酶：用于试样的蛋白分解。 2、盐酸：水解样品。 3、氯化钾：该热溶液可从盐基交换管中的浮石里解析出维生素B1。 4、铁氰化钾碱性溶液：氧化游离的维生素B1，生成硫色素。 5、正丁醇：溶解紫外荧光物质硫色素试剂。,功能,1， 促进成长,2， 帮助消化,3， 改善精神状况,4， 减轻晕机、晕船,5， 可缓解术后的痛苦,6，有助于对带状疱疹的治疗,维生素B1有很强的水溶性。和所有B族中的维生素一样，多余的B1不会贮藏于体内，而会完全排出体外。所以，必须每天补充。成人每天需摄入2mg。在体内参与糖类的代谢作用。维生素B1被称为精神性的维生素，这是因为维生素B1对神经组织和精神状态有良好的影响；,药物药理,维生素B1肌肉注射吸收快而完全，口服吸收有限，在体内贮存较少，过量部分以原形由肾排出。维生素B1在体内形成焦磷酸硫胺，参与糖代谢中丙酮酸、 酮戊二酸的氧化脱羧反应，缺乏时糖代谢发生障碍。还与保持神经传导心血管、消化等系统和皮肤的正常功能有关。,药物药理,缺乏维生素B1引起的症状,1、记忆力差 2、色 斑 3、眼睛无光 4、肌肉无力 5、食欲不振 6、肌肉发酸,维生素B1是一种廉价而可以人工合成的维生素，很多食物都任意添加它美其名曰加强营养成分。许多人服用维生素B1片剂或少数几种复合的维生素B，就自以为可补充所有的营养。维生素B群的作用是相辅相成的，单独摄取任何一种或其中之数种，只会增加其他种未补充维生素B的需要量；使摄取不足的部份因为缺乏而造成身体异常，反而弄巧成拙。,肠道微生物的天然产物,人体肠道的正常微生物除了能合成多种人体生长发育必须的维生素外 ，还能利用蛋白质残渣合成如天冬氨酸、丙氨酸、缬氨酸和苏氨酸等氨基酸。,天冬氨酸,天冬氨酸,天冬氨酸又称天门冬氨酸,属于-氨基酸 ，是构成蛋白质的20种氨基酸之一 ，是酸性氨基酸，简写为Asp。 密码子：GAU和GAC 结构式：,天冬氨酸 - 基本性质,天冬氨酸作为一类化学物质，天冬氨酸的通式决定了它们具有一些共有的基本性质。首先，天冬氨酸是小分子物质，分子量没有超过1000。另外，天冬氨酸熔点在230以上，没有确切的熔点，熔融时分解并放出CO2；都能溶于强酸和强碱溶液中；天冬氨酸均溶于水，难溶于乙醇和乙醚。能与酸结合成盐，也能与碱结合成盐。从天冬氨酸的结构可以看出，由于天冬氨酸的分子中有不对称的碳原子，所以具有旋光性。同时由于空间的排列位置不同，组成蛋白质的天冬氨酸，属L型。,功效及用途,在医药方面，可以用于治疗心脏病，肝脏病，高血压症，具有防止和恢复疲劳的作用，和多种氨基酸一起，制成氨基酸输液，用作氨解毒剂，肝功能促进剂，疲劳恢复剂。 在食品工业方面，是一种良好的营养增补剂，添加于各种清凉饮料；也是甜味素（阿斯巴甜）- 天冬酰苯丙氨酸甲酯的主要原料。 在化工方面，可以作为制造合成树脂的原料。亦可作为化妆品的营养性添加剂等。,酶法合成,天冬氨酸的制备,化学合成,将42g 顺丁烯二酸溶解于约80 mL 水中，在冰水浴下缓慢加入氨水，调节溶液的pH 到8.5左右，然后将此反应液移入高压釜中。密闭后先用氮气清扫空气，再充压至0.9 MPa 左右，试漏后升温至135C 左右，保温反应约4 -6h ，停止反应自然冷却至室温，取出生成液，减压除氨。待反应液冷却后，用顺丁烯二酸调节pH3.5 -4.0 ，有结晶析出。静置过夜后用布氏漏斗抽滤得白色粉末状晶体。过滤得到的母液回收，再用氨水调节pH9 11 又得到初始反应液。得到的晶体先用去离子水洗涤后再用100 mL 甲醇浸泡洗涤，然后于80- 90C 下真空烘干2h ，得L-天冬氨酸产品,讨论,化学合成法 在酸化后处理过程中，以顺丁烯二酸代替传统的盐酸，使反应后的母液循环回收利用，降低了生产成本，减少了污染，达到了清洁生产，实现了绿色合成。同时收率也大幅度提升。 酶法 酶转化相对于发酵法，工艺简单，提取效率高，易提纯，但成本较高。,丙氨酸,丙氨酸,丙氨酸是一种脂肪族的非极性氨基酸 ，是构成蛋白质的21种氨基酸之一 。 密码子：GCU GCC GCA和GCG 结构式：,丙氨酸 - 结构,丙氨酸有-丙氨酸和-丙氨酸两种同分异构体。 -丙氨酸亦称2氨基丙酸。200以上升华，随加热速度不同约在264296之间分解。是组成蛋白质的一种成分。在营养学中属人体非必需的氨基酸。目前