次级代谢产物全.ppt

初级代谢与次级代谢 初级代谢 是许多生物都具有的生物化学反应 例如能量代谢及氨基酸 蛋白质 核酸的合成等 均称为初级代谢 primarymetabolism 称为初级代谢产物是维持生物生命活动和营养的必需物质 次级代谢 次级代谢是在一定的生长时期 一般是稳定生长期 生物以初级代谢产物为前体合成的对生物本身的生命活动没有明确功能的物质的过程 次级代谢产物 次级代谢产物 植物体中还有许多由糖类等有机物代谢衍生出来的物质 分苯丙素类 醌类 黄酮类 单宁类 萜类 甾体及其甙 生物碱七大类 称为次级代谢产物 secondaryproduct 次级代谢产物合成的主要途径 次级代谢产物储存在液泡或细胞壁中 是代谢的最终产物 除了极少数外 大部分不再参加代谢活动 次级代谢产物科分为三类 萜类 酚类和含氮次级代谢产物 第二节萜类 萜类 terpene 是以异戊二烯为单位组成的 有单贴 倍半萜 双贴 三萜 四萜和多萜之分 桂叶烯 单萜 棉酚 倍半萜二聚物 萜类的生物合成 萜类的生物合成有两条途径 甲羟戊酸途径和甲基赤藓醇磷酸途径 两者都形成异戊烯焦磷酸 IPP 然后进一步合成萜类 所以IPP亦称为 活跃异戊二烯 萜类的功能 影响植物的生长发育 防止植物被哺乳动物和昆虫吞食 药用或工业原料 第三节酚类 phenol 酚类是芳香族环上的氢原子被羟基或功能衍生物取代后生成的化合物 种类繁多是重要的次级代谢产物之一 苯酚 酚类化合物的种类 肉桂酸 简单苯丙酸类化合物 酚类的生物合成 植物的酚类化合物是通过多条途径合成的 其中以莽草酸途径 酚类合成的中心 为主 简单酚类 简单苯丙酸类 苯丙酸内酯和苯甲酸衍生物属于简单分类 它们广泛分布于维管植物 其中许多在植物防御食草昆虫和真菌侵袭中起重要功能 木质素 lignin 在植物体中的数量很大 仅次于纤维素 是植物体中的重要组成物质 是简单分类的醇衍生物 香豆醇 松柏醇 芥子醇 五羟基阿魏醇 的聚合物 木质素的成分因植物种类不同而有差异 伞形酮 苯丙酸内酯类化合物 木质素 物体中的木质素数量很大 仅次于纤维素 具有机物的第二位 木质素是植物体重要组成物质 广泛分布于植物界 木质素是简单酚类的醇衍生物 如香豆醇 松柏醇 芥子醇 5 羟基阿魏酸 的聚合物 其成分因植物种类而异 单子叶植物 尤其是和谷类 的木质素则含有极多的香豆醇 木质素的生物合成是以苯丙氨酸和酪氨酸为起点的 首先 苯丙氨酸转变为桂皮酸 桂皮酸和酪氨酸又分别转变为4 香豆酸 然后 4 香豆酸形成了咖啡酸 阿魏酸 5 羟基阿魏酸和芥子酸 它们分别与乙酰COA结合 相应的被催化为高能COA硫脂衍生物 进一步被还原为相应的醛 在被脱氢酶还原为相应的醇 即4 香豆醇 松柏醇 5 羟基阿魏醇和芥子醇 上述4种醇类是组成木质素的基本单位 他们是在细胞质中形成的 经过糖基化作用 进一步形成葡萄香豆醇 松柏苷 5 羟基阿魏苷和丁香苷 再通过质膜运输到细胞壁 在 糖苷酶作用下释放出相应的单体 醇 最后这些单体经过氧化和聚合作用形成木质素 黄酮类 植物酚类化合物另一大类植物是类黄酮 它是两个芳香环被三碳桥联起来的15碳化合物 其结构来自两个不同的生物合成途径 一个芳香环 B 和桥是从苯丙氨酸转变来的 而另一个芳香环 A 则来自丙二酸途径 类黄酮是由苯丙酸 p 香豆酰COA和3个苯二酰COA分子在查儿酮合酶催化下缩合而成的 类黄酮类可分为4种 即花色素苷 黄酮 黄酮醇和异黄酮 功能 1 呈现颜色植物的色素主要有两类 类胡萝卜素和类黄酮 2 防御伤害黄酮类和黄酮醇类不只存在于花器官 也存于绿叶中 由于这两类物质积累在叶和茎的表皮层 吸收紫外线B UV B 280 320nm 因此避免了细胞受到强烈UV B的伤害 异黄酮类属于类黄酮 具有不同的功能 例如鱼藤根中的鱼藤酮有很强的杀虫作用 植物受细菌或真菌侵染后形成的植物防御素能限制病原微生物进一步扩散 鞣质 在植物酚类多聚体中具有防御功能的 除了木质素外 就是鞣质 俗名丹宁 其相对分子质量大多数为600 3000 鞣质可分为两类 缩合鞣质和可水解鞣质 缩合鞣质是由类黄酮单位聚合而成 相对分子质量较大 是木本植物的组成成分 可被强酸水解为花色素 鞣质有毒 食草动物吃后明显抑制生长 鞣质在口腔中与蛋白质结合 有涩味 第四节 次级含氮化合物 植物次生代谢产物中有许多是含氮的 大多数含氮次生产物是从普通的氨基酸合成的 这里 着重介绍植物含氮次生代谢产物中的生物碱和含氰苷等 它们都具有防御功能 生物碱 生物碱是一类含氮杂环化合物 通常有一个含N杂环 其碱性剂来自含N的环 目前已发现含有生物碱的植物将近100多个科 其中豆科 夹竹桃克 罂粟科 毛茛克 防己科 马钱科 茄科 芸香科 茜草科及石蒜科等多含生物碱 一科植物中常含多种结构相似的生物碱 生物碱是植物体代代谢的中间产物 是有不同氨基酸衍生来的 生物碱是合算的组成成分 又是维生素B1 叶酸和生物素的组成成分 所以具有重要的生理意义 含氰苷 含氰苷广泛分布于植物界 其中以豆类 禾谷类和玫瑰一些种类最多 含氰苷本身无毒 但植物破碎后就会释放出有挥发性的毒物氰化氢 HCN 在完整植物中 含氰苷存在叶表皮的液泡中 而分解含氰苷的酶 糖苷酶则存在叶肉中 互不接触 当叶片被咬碎后 含氰苷就与酶混合 含氰苷中的氰醇和糖分开 前者再在羟基腈裂解酶作用下或自发分解为酮和HCN 昆虫和其他草食动物 如蛇 蛞蝓 取食植物后 产生HCN 呼吸就被抑制 木薯块茎含较多含氰苷 一定要经磨碎 浸泡 干燥等过程 除去或分解大部分含氰苷后 才能食用 第五节 次生代谢的生物技术应用 花卉育种 植物花的颜色与类黄酮有关 作物形状改良 利用基因工程改变植物的次生代谢 可使植物合成新的植物抗毒素 以增加抗病能力 或抑制某些性状 以提高产品品质 用植物的细胞工程与基因工程 我国的人参 紫草等植物的细胞大规模培养获得成功 小结 尽管植物体中糖类 脂类