第六章植物体次级代谢产物

第六章植物的次级代谢产物 一 植物的初级代谢和次级代谢二 萜类三 酚类四 含氮次生化合物五 植物次级代谢的生物工程应用 植物体内有机物的代谢 H2OMineralelementCO2 光合作用 有机物 糖类 呼吸作用 CO2 H2O 转变 果实 种子等延存器官 蛋白质 脂类 核酸等有机物 贮存 生长发育 一 植物的初生代谢与次生代谢 糖类 脂类 核酸和蛋白质等有机物代谢的基础 糖代谢为主线 theCalvincycle EMPpathway TCAcycle andPPP 糖类 脂类 核酸和蛋白质等有机物之间的转化 初生代谢产物 primarymetabolites 一般指糖类 脂类 核酸和蛋白质等 次生代谢产物 secondarymetabolites 指由糖类等有机物次生代谢衍生出来的物质 一般存在于液泡或细胞壁中 大部分不再参与代谢 分萜类 酚类和含氮次生化合物三类 次生代谢产物在植物体内的作用 是植物生命活动的必需物质 如IAA GA等激素 构成细胞壁的木质素等 使植物呈现色香味 有利于授粉 如叶绿素 花色素等 防御天敌 某些次生代谢物对植物无毒而对动物有毒 还可成为重要药物或工业原料 如奎宁碱 橡胶等 二 萜类 2 1萜类 terpene 的种类基本组成单位 异戊二烯 isoprene 萜类种类 根据异戊二烯单位数而定 异戊二烯单位种类例子 单萜樟脑 除虫菊等倍半萜桉叶醇 薄荷醇等双萜赤霉素 红豆杉醇等三萜三萜醇 三萜酸 固醇等四萜胡萝卜素 叶黄素等 8多萜橡胶 杜仲胶等 2 2萜类的生物合成 樟脑 除虫菊素 青蒿素 薄荷醇 红豆杉醇 橡胶 三 酚类 3 1酚类 phenol 的种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 酚类化合物的种类 根据芳香环上的碳原子数目分 种类例子 简单苯丙酸类桂皮酸 香豆酸 咖啡酸苯丙酸内酯香豆素苯甲酸衍生物类水杨酸 没食子酸本质素木质素类黄酮类花色素苷 黄酮 黄酮醇鞣质缩合鞣质 可水解鞣质 3 2酚类的生物合成 E4P PEP 莽草酸 分支酸 色氨酸 预苯酸 酪氨酸 桂皮酸等酚类物质 PAL 酰基CoA 多酮酸 黄酮衍生物 环化作用 莽草酸途径 乙酸 丙二酸途径 间苯三酚衍生物 苯丙氨酸 草甘磷 3 3简单酚类 苯丙氨酸 PAL 苯丙氨酸解氨酶 各种简单酚类 香豆素 防御草食昆虫和真菌侵袭 木质素 简单酚类的醇衍生物的聚合物 是重要的细胞壁成分 苯丙氨酸解氨酶是酚类化合物形成的重要调节酶 是控制初生代谢和次生代谢的分支点 3 4类黄酮类 flavonoid 苯丙氨酸 丙二酰辅酶A 查耳酮合酶 CHS 类黄酮类 种类 花色素苷 黄酮 黄酮醇 异黄酮 功能 呈现花果颜色 防御UV B伤害和病原微生物伤害 苯并吡喃 penotyriliun 的衍生物 广泛存在于绝大部分陆生植物的液泡中 除仙人掌 甜菜外 是水溶性黄酮类色素中最重要的一类 赋予水果 蔬菜 饮料制品等花卉红色 粉红 蓝色 紫色等五彩缤纷的颜色 特定条件下出现黑色 花色素苷 Anthocyanin 玫瑰 牡丹 郁金香 西红柿 葡萄 樱桃 越橘 蓝莓 桑葚 黑豆 番茄 黄酮 维生素P 抗氧剂 可有效清除体内的氧自由基 可以阻止细胞的退化 衰老 也可阻止癌症的发生 改善血液循环 可以降低胆固醇抑制炎性生物酶的渗出 可以增进伤口愈合和止痛 黄芩 葛根 银杏叶 槐花 陈皮 满山红 绿茶 3 5木质素和鞣质 木质素 lignin 木质素主要位于纤维素纤维之间 起抗压作用 在木本植物中 木质素占25 是世界上第二位最丰富的有机物 纤维素是第一位 鞣质 tannin 也叫鞣酸 单宁 流传最广的食物相克致死的流言 维生素C与虾同吃等于砒霜 柿子和螃蟹一起食用会中毒 四 次级含氮化合物 次级含氮化合物由不同氨基酸衍生而来 生物碱含氰苷 4 1生物碱 alkaloid 是一类含氮的杂环化合物 含量低 呈碱性 通常含量很低 且具有器官特异性 几种主要的生物碱 组别前体物质例子医用吡咯环鸟氨酸烟碱兴奋剂 镇静剂托品烷鸟氨酸阿托品可卡因喹嗪赖氨酸羽扇豆碱恢复心律异喹啉酪氨酸吗啡止痛 止咳吲哚色氨酸利血平治高血压 精神病 兴奋剂 麻醉剂 生物碱的功能 核酸 VitB1组分 药物有效成分 麻黄碱 小檗碱 奎宁 吗啡等 抗癌药物 长春新碱 三尖杉碱 喜树碱等 麻黄碱 能松弛支气管平滑肌 收缩血管 可用于治疗习惯性支气管哮喘和预防哮喘发作 也有显著的中枢兴奋作用 小檗碱 也叫黄连素 有抗菌作用 能增强白血球吞噬能力 可用于治疗细菌性痢疾 黄连 奎宁 俗称金鸡纳霜 茜草科植物金鸡纳树及其同属植物的树皮中的主要生物碱 用于抵抗疟原虫 长春花碱主要抑制微管蛋白的聚合 而妨碍纺锤体微管的形成 使核分裂停止于中期 长春花碱 长春花 喜树碱 来自珙桐科植物喜树的果实 叶 4 2含氰苷 cyanogenicglycoside 豆类 禾谷类 玫瑰中居多 抵御害虫作用 含氰苷氰醇酮 氰化氢 糖苷酶 裂解酶 有毒气体 植物形态 山杏 苦杏仁 木薯 块根 芥子油苷糖苷配基腈异氰酸盐 葡糖硫苷酶 刺激性有毒活性物 芥子油苷也称为硫代葡萄糖苷或简称硫苷 细胞破碎接触酶后 可产生有毒物质 4 3芥子油苷 五 次级代谢物的生物技术应用 5 1花卉育种改变花色查耳酮合酶 CHS 基因决定花果颜色 矮牵牛的基因工程 蓝玫瑰基因工程 左 被转植株 粉色花 中 转基因花 副产物 右 转基因花 所需 不同品种转基因 5 2农作物性状改良通过转次生物质合成关键酶基因改变次生物质合成过程或合成量 获得抗病能力或定向表达目的产物 提高稻米中的胡萝卜素含量 提高番茄中的黄酮类含量 降低十字花科植物中硫苷含量 提高烟草抵抗灰葡萄孢菌能力 提高高粱的蚜虫抗性 维生素A化学名为视黄醇 一种是维生素A醇 是最初的维生素A形态 只存在于动物性食物中 另一种是胡萝卜素 在体内转变为维生素A的预成物质 可从植物性及动物