第2章-植物化学物ppt课件

植物化学物 掌握内容植物化学物的分类及生物学作用硫化物 黄酮类化合物的生物学作用熟悉内容大豆皂甙 异硫氰酸盐类化合物的生物学作用 第一节植物化学物概述 初级代谢产物主要是碳水化合物 蛋白质和脂肪 其主要作用 进行植物细胞的能量代谢和结构重建 次级代谢产物除个别是维生素前体物外均是非营养素成分 现统称为植物化学物 phytochemicals 植物化学物概述 植物含有多种低分子量的次级代谢产物 是生物进化过程中植物维持其与周围环境 包括紫外线 相互作用的生物活性分子 大量的流行病学调查结果证明 在蔬菜水果中含有一些生物活性物质 它们具有保护人体和预防慢性疾病的作用 引起了营养学家对植物次级代谢产物的兴趣 植物次级代谢产物对健康具有有益和有害的双重作用 在正常摄食条件下 几乎所有天然成分 除少数例外 如马铃薯中的龙葵素 对机体都是无害的 许多过去认为对健康不利的植物化学物如卷心菜中存在的蛋白酶抑制剂和芥子油甙是有害于健康的 现在却发现它们有明显的抗氧化和抑制肿瘤的作用 一 植物化学物的分类 按化学结构或功能特点进行分类 几组主要的植物化学物列于表2 1 从该表中可见它们的生理作用有很大区别 表2 1植物化学物的分类及其主要作用 分类 一 类胡萝卜素 类胡萝卜素是水果和蔬菜中广泛存在的植物次级代谢产物 通常分成无氧和含氧两种类型 分类 一 类胡萝卜素 在自然界存在的700多种天然类胡萝卜素中 对人体营养有意义的大约在40 50种 人类血清中含有不同比例的类胡萝卜素 主要以无氧型类胡萝卜素的形式存在 如 和 胡萝卜素和番茄红素 分类 二 植物固醇 phytosterols 主要存在于植物的种籽及其油料中 与胆固醇的结构区别是增加了一个侧链 可抑制胆固醇的吸收 降低胆固醇的作用 分类 三 皂甙 saponins 是一类具有苦味的化合物 可与蛋白质和脂类 如胆固醇 形成复合物 豆科植物中皂甙特别丰富 由于皂甙具有溶血的特性 一直被认为对健康有害 人群实验却未能证实其危害 目前一些国家已批准将某些皂甙作为食品添加剂用于饮料 如美国和加拿大将其作为泡沫稳定剂用在啤酒中 英国用在无酒精饮料中 分类 四 芥子油甙 glucosinolates 存在于所有十字花科植物中 降解产物具有典型的芥末 辣根和花椰菜的味道 借助于植物中葡糖硫苷酶的作用 植物组织的机械性损伤可将芥子油甙转变为有实际活性的物质 即异硫氰酸盐 硫氰酸盐和吲哚 白菜加热 芥子油甙含量可减少30 60 芥子油甙的代谢产物可在小肠完全吸收 分类 五 多酚 polyphenols 是所有酚类衍生物的总称 主要为酚酸 包括羟基肉桂酸 和类黄酮 主要存在于水果和蔬菜的外层及整粒的谷物中 多酚 新鲜蔬菜中的多酚可高达0 1 例如莴苣绿叶 绿叶蔬菜中类黄酮的含量随着蔬菜的成熟而增高 户外大地蔬菜中类黄酮的含量明显高于大棚蔬菜中的含量 最常见的类黄酮是槲皮素 分类 六 蛋白酶抑制剂 存在于所有植物中 特别是豆类 谷类等种籽中含量更高 哺乳动物肠道中的蛋白酶抑制剂主要阻碍内源性蛋白酶 如胰蛋白酶 的活性 导致机体加强消化酶的合成反应 蛋白酶是使一些癌症具有侵袭能力的重要因子 蛋白酶抑制剂与蛋白酶形成复合物 阻断酶的催化位点 蛋白酶抑制剂 人体平均每日摄入的胰蛋白酶抑制剂约为295mg 素食者摄入的蛋白酶抑制剂更多 所吸收的蛋白酶抑制剂能以生物活性形式在各组织中被检测出来 主要具有抑制肿瘤和抗氧化的作用 分类 七 单萜类 monoterpenes 调料类植物中所存在的植物化学物主要是典型的食物单萜类物质 如薄荷中的薄荷醇 香菜种籽中的香芹酮 柑桔油中的柠檬油精 单萜类物质的每日摄入量大约为150mg 分类 八 植物雌激素 存在于植物中 可结合到哺乳动物体内雌激素受体上并能发挥类似于内源性雌激素作用的成分 异黄酮 isoflavones 和木聚素 化学结构是多酚类物质 属于植物雌激素 异黄酮几乎全部存在于大豆和大豆制品中 植物雌激素的作用只占人体雌激素作用的0 1 尿中植物雌激素的含量可比内源性雌激素高10 1000倍 植物雌激素可发挥雌激素和抗雌激素两种作用 分类 九 硫化物 sulphides 大蒜中的主要活性物质是氧化形式的二丙烯基二硫化物 称蒜素 allicin 蒜素中的基本物质是蒜苷 结构受损时 蒜苷在蒜氨酸酶的作用下形成蒜素 新鲜大蒜中蒜素的含量可高达4g kg 白菜中也含有硫化物 由于缺少蒜氨酸酶不能形成具有生物活性的硫化物代谢产物 分类 十 植酸 存在于豆类和谷类食物中 富含磷的一种有机化合物 逐渐在证实其有抗癌 抗氧化 调节免疫功能 抗血小板等方面的生物功能 二 植物化学物的生物学作用 一 抗癌作用 二 抗氧化作用 三 免疫调节作用 四 抗微生物作用 五 降低胆固醇作用 一 抗癌作用 各种癌症类型中有1 3与营养因素有关 蔬菜和水果中所富含的植物化学物多有防止人类癌症发生的潜在作用 大约有30余种植物化学物质可降低人群癌症发病率 癌症的发生是一个多阶段过程 植物化学物几乎可以在每一个阶段抑制肿瘤的发生 动物试验中发现 某些植物性食物可抑制自发性肿瘤和化学物诱导性肿瘤 研究证明 植物化学物的生物学作用抗癌作用 致癌物 如亚硝胺 通常以未活化的形式被体内摄取 由 相酶 如细胞色素P450 介导的内源性生物活化是致癌的先决条件 而 相酶 谷胱甘肽 S 转移酶 GST 通常是对已活化的致癌物发挥减毒作用 植物化学物的生物学作用抗癌作用 植物化学物 如芥子油甙 多酚 单萜类 硫化物等 通过抑制 相酶和诱导 相酶来抑制致癌作用 如十字花科植物提取的芥子油甙的代谢物萝卜硫素可活化细胞培养系统中具有去毒作用的 相酶 苯醌还原酶某些酚酸可与活化的致癌剂发生共价结合并掩盖DNA与致癌剂的结合位点 可抑制由DNA损伤所造成的致癌作用 植物化学物的生物学作用抗癌作用 植物雌激素对机体激素代谢有影响 动物试验表明 植物雌激素和芥子油甙的代谢物吲哚 3 甲醇可影响雌激素的代谢 雌激素对某些肿瘤生长有轻度促进作用 而植物性雌激素可降低雌激素的促癌作用 植物化学物的生物学作用 二 抗氧化作用 癌症与心血管疾病的发病机制与反应性氧分子及自由基的存在有关 保护系统 1 抗氧化酶系统 SOD GSH Px等 2 内源性抗氧化物 尿酸 谷胱甘肽 a 硫辛酸 辅酶Q10等 3 营养素 VE VC等 4 植物化学物 类胡萝卜素 多酚 植物雌激素 蛋白酶抑制剂 硫化物等 抗氧化作用 在植物源性食物的所有抗氧化物中 多酚抗氧化作用最高 红葡萄酒中的多酚可更有效地保护低密度脂蛋白胆固醇不被氧化 某些种类的蔬菜对DNA氧化性损伤具有保护作用 植物化学物的生物学作用 三 免疫调节作用 类胡萝卜素对免疫功能有调节作用 类黄酮具有免疫抑制作用 皂甙 硫化物和植酸具有增强免疫功能的作用 植物化学物的生物学作用 四 抗微生物作用 蒜素是大蒜中的硫化物 有很强的抗微生物作用 芥子油甙的代谢物异硫氰酸盐和硫氰酸盐具有抗微生物活性 混合食用水芹 金莲花和辣根后 泌尿道中芥子油甙的代谢物能够达到治疗尿路感染的有效浓度 酸莓和黑莓可预防和治疗感染性疾病 植物化学物的生物学作用 五 降胆固醇作用 植物化学物 皂甙 植物固醇 硫化物和生育三烯酚等 有降低血胆固醇水平的作用 用提取的植物固醇 如 谷固醇治疗高胆固醇血症 取得一定效果 植物固醇可减少胆固醇的肠外吸收 植物化学物降低胆固醇的作用机制 皂甙 在肠中与初级胆酸结合形成微团 微团不能通过肠壁而减少了胆酸的吸收 使胆酸的排出增加 皂甙可增加初级胆酸在肝脏中的合成 降低血中的胆固醇浓度 生育三烯酚 硫化物 可抑制肝中胆固醇代谢的关键酶 HMG CoA 植物化学物的生物学作用 植物化学物还具有调节血压 血糖和血凝以及抑制炎症等作用 对健康保护作用的流行病学证据 200多项流行病学研究结果证实 大量食用蔬菜和水果可以预防人类多种癌症的发生 发生率大约低50 尤其对胃肠道 肺和口腔 喉的上皮肿瘤 乳腺癌和前列腺癌与食用大量蔬菜有关 流行病学证据还显示摄入大量蔬菜和水果可降低男性脑卒中的危险性 对健康保护作用的流行病学证据 目前已建立了食物和体液中多种植物化学物的检测方法 而且能够对其浓度 生物利用率和生物动力学进行评价 但对某些植物化学物与特殊疾病发病率之间的关系 尚需进一步的流行病学调查及实验研究 还需要识别出一些短期的生物标志物作为健康保护作用的指标 对健康保护作用的流行病学证据 随着生命科学研究的不断深入和发展 营养学家将会准确地告诉人们应吃哪种食物 吃多少 而不是像今天这样笼统地说 多吃蔬菜和水果 某些人工培育或基因工程生产的植物化学物 按正常饮食习惯使用也可能会产生毒性作用 第二节多酚类化合物 酚酸及类黄酮 一 黄酮类化合物的结构与类型 黄酮类化合物 flavonoids 亦称类黄酮 是广泛存在于植物界的一大类多酚化合物 多以甙类形式存在 也有一部分以游离形式存在 黄酮类化合物泛指两个苯环 A与B环 通过中央三碳链相互连接而形成一系列化合物 结构式见图2 1 天然黄酮类化合物系为上述基本母体的衍生物 常见的取代基有 OH OCH3等 其中主要有6类 黄酮及黄酮醇类 该类的槲皮素及其甙类为植物界分布最广 最多的黄酮类化合物 二氢黄酮及二氢黄酮醇类 存在于精炼玉米油中 黄烷醇类 茶叶中的茶多酚主要是由儿茶素组成 异黄酮及二氢异黄酮类 主要存在于豆科等植物中 如葛根素 大豆素 双黄酮类 多见于裸子植物中 如银杏黄酮 其它 如查耳酮 花色甙等 生物活性 抗氧化活性 不同的黄酮类化合物具有不同的抗氧化活性 它们对自由基清除作用的强弱主要与其结构有关 清除自由基能力与羟基的位置和数目有关 酚羟基数目越多 则可与活性自由基结合的氢原子也越多 B环上邻二酚羟基的存在可极大地增强其抗氧化活性 这是高效黄酮类抗氧化剂的结构基础 一般具有强抗氧化活性的黄酮类均有3 4 邻苯二酚结构 高效黄酮类抗氧化剂大多具有5 7位酚羟基 这两处酚羟基易与金属离子络合 且7位羟基具有较强的酸性 利于发挥抗氧化作用 双键 羟基成甙 4位羰基及羟基的甲氧基化等对黄酮类化合物的抗氧化作用均有影响 二 黄酮类化合物的生物学作用 一 抗氧化作用 二 抗肿瘤作用 三 保护心血管作用 四 抗突变作用 五 其他生物学作用 黄酮类化合物的生物学作用 一 抗氧化作用 抗氧化性能和清除自由基的能力1 直接清除自由基黄酮类化合物可阻断自由基传递过程 中断链锁反应 阻止不饱和脂肪酸 花生四烯酸的过氧化 减少对生物膜的破坏 还可经单电子转移方式直接清除单线态氧 羟自由基等 黄酮类化合物的生物学作用 一 抗氧化作用 2 间接清除体内自由基可与蛋白质进行沉淀 作用于与自由基有关的酶 槲皮素可抑制黄嘌呤氧化酶的活性 对细胞色素P450也有抑制作用 抑制体内的脂质过氧化过程 与具有诱导氧化作用的金属离于络合 与其它营养素合用时可具有协同作用 如儿茶素与维生素C 维生素E合用时抗氧化效果更好 黄酮类化合物的生物学作用 二 抗肿瘤作用 茶叶的抗癌作用机制主要包括阻断亚硝胺类致癌物的合成 干扰致癌物在体内活化 清除自由基 抗突变 对肿瘤细胞直接抑制 增强机体的免疫功能等 黄酮类化合物的生物学作用 二 抗肿瘤作用 大豆异黄酮是大豆及其制品中的一类黄酮类化合物 主要有黄豆甙原和染料木苷 具有雌激素活性 对雌激素表现为拮抗作用 因而对激素相关的癌症 如乳腺癌 有保护作用 还可抑制调节细胞分化的酪氨酸激酶活性也可抑制DNA修复的交联异构酶 黄酮类化合物的生物学作用 二 抗肿瘤作用 还可作为抗氧化剂防止DNA氧化性损害 通过诱导肿瘤细胞凋亡 抑制肿瘤细胞的癌基因表达等抑制肿瘤生长 此外 肿瘤组织生长快 需要新生血管提供营养 较高浓度染料木黄酮可以抑制肿瘤细胞生长所需的血管生成 对前列腺癌 结肠癌 胃癌和肺癌均有保护作用 黄酮类化合物的生物学作用 三 保护心血管作用 黄豆甙元可减少体内胆固醇的合成 降低血清胆固醇浓度 染料木黄酮作为酪氨酸激酶活性抑制剂能阻断增长因子 如血小板源性生长因子 碱性成纤维细胞生长因子和其它生长因子的作用 这些生长因子通过酪氨酸激酶参与动脉粥样斑块的生成 而染料木黄酮可抑制凝血酶诱导的血小板激活和凝聚 减少与动脉粥样硬化有关的血栓形成 黄酮类化合物的生物学作用 三 保护心血管作用 茶多酚和茶色素在调节血脂 抗脂质过氧化 消除自由基 抗凝和促纤溶 抑制主动脉脂质斑块形成等多方面发挥作用 葛根素对心脑血管也同样具有保护作用 银杏汁提取物有解痉 降低血清胆固醇及治疗心绞痛等功效 原花青素可通过降低胆固醇水平 减少血管壁上的胆固醇沉积和抑制血管紧张素酶的活性来降低血压 黄酮类化合物的生物学作用 四 抗突变作用 茶提取物可明显抑制烤牛肉中二甲基亚砜提取物的致突变性 对其它诱变剂的致突变性也有明显抑制作用 银杏叶提取物 葡萄籽提取物原花青素及牛蒡提取物对Ames菌株有抗突变作用 褐变度高 多酚类物质丰富的蔬菜和水果具有较强的抗突变作用 牛蒡属其中之一 黄酮类化合物的生物学作用 五 其他生物学作用 葛根素对细胞免疫功能和非特异性免疫功能均有提高作用大豆异黄酮 亦称植物雌激素 可使大鼠骨细胞的形成超过骨细胞的消溶 进而防止了骨质流失 人体试验初步提示多吃大豆及其制品可增加骨密度 黄酮类化合物的生物学作用 五 其他生物学作用 茶提取物可使血糖明显降低 红茶提取物可能具有保护 细胞免受链脲霉素毒性作用原花青素 1 抗氧化活性 2 改善皮肤过敏及哮喘 3 抑制组胺脱羧酶及透明脂酸酶的活性 对各种关节炎 胃 十二指肠溃疡有改善作用 4 改善视疲劳和抗辐射作用 葛根素 1 解酒作用 2 抗胆碱 解痉 增加脑血流量 改善学习记忆等 第三节硫化物 大蒜和洋葱 一 大蒜的化学成分 包括糖类 氨基酸类 脂质类 肽类 含硫化合物和多种维生素 微量元素等 矿物质主要包括镁 钠 铁 磷 锌 铜 硒等 大蒜中几乎含有人体需要的所有必需氨基酸 其中半胱氨酸 组氨酸 赖氨酸的含量较高 维生素主要是VA VB族和VC 大蒜中还含有前列腺素A B和C 含硫成分多达30余种 大蒜的生物学作用 一 抗突变作用 二 抗癌作用 三 对免疫功能的影响 四 抗氧化和延缓衰老的作用 大蒜的生物学作用 一 抗突变作用 大蒜提取物具有阻断由 前诱变剂 向 终诱变剂 转换的作用 在SOS原噬菌体诱导试验中 大蒜水提取物能对抗甲基硝基亚硝基胍 MNNG 丝裂霉素 苯并芘所诱导的SOS反应 对苯并芘诱发的小鼠遗传损伤 大蒜提取物也有保护作用 可使染毒小鼠骨髓细胞微核率及染色体姊妹单体交换率下降 大蒜的生物学作用 二 抗癌作用 鲜蒜泥和蒜油均可抑制黄曲霉毒素B1诱导肿瘤的发生并延长肿瘤生长的潜伏期 大蒜还可抑制二甲基苯并蒽诱发大鼠乳腺癌 大蒜能抑制胃液中的硝酸盐还原为亚硝酸盐 从而阻断亚硝胺的合成 唾液酸 sialicacid SA 是一种有效的肿瘤标志物食用大蒜后肿瘤患者SA的含量明显下降 表明长期食用大蒜有防癌作用 大蒜的生物学作用 三 对免疫功能的影响 大蒜能够提高免疫功能低下小鼠的淋巴细胞转化率 促进血清溶血素的形成 提高碳廓清指数及对抗由环磷酰胺所致的胸腺 脾萎缩 说明大蒜对免疫功能低下的小鼠具有提高细胞免疫 体液免疫 非特异性免疫功能的作用 我国援外医疗队在乌干达用大蒜治疗98例艾滋病患者 有64例症状出现明显好转 艾滋病是一种免疫缺陷病 主要是由于免疫系统中T细胞群大量破坏 而使机体丧失自身免疫调节能力 硒和含硫化合物起重要作用 大蒜的生物学作用 四 抗氧化和延缓衰老的作用 自由基是一种氧化剂 对生物膜具有多种损伤作用 线粒体DNA组成结构特殊 易受自由甚的攻击 目前认为线粒体DNA的氧化损伤是自由基引起衰老的分子基础 大蒜及其水溶性提取物对羟自由基 超氧阴离子自由基等活性氧有较强的清除能力 从而阻止体内的氧化反应和自由基的产生 大蒜提取物可影响正常人皮肤纤维细胞的生长 大约在475天就能使细胞发生55 66次群体倍增 说明大蒜提取物能延长正常细胞的寿命 具有延缓衰老的作用 第四节皂甙类化合物 大豆皂甙 一 大豆皂甙的化学结构 大豆皂甙是从大豆中提取出来的化学物质 其分子由低聚糖与齐墩果烯三萜连接而成 其水溶性组分主要为糖类 如葡萄糖 半乳糖 木糖 鼠李糖 阿拉伯糖和葡萄糖醛酸等 纯的皂甙是一种白色粉末 具有苦而辛辣味 其粉末对人体各部位的粘膜均有刺激性 皂甙可溶于水和烯醇 难溶于乙醚 苯等极性小的有机溶剂 二 大豆皂甙的生物学作用 一 抗突变作用 二 抗癌作用 三 抗氧化作用 四 免疫调节作用 五 对心脑血管作用 六 抗病毒作用 大豆皂甙的生物学作用 一 抗突变作用 大豆皂甙可明显降低电离辐射诱发的小鼠骨髓细胞染色体畸变和微核形成 辐射对DNA有直接损伤 引起DNA断裂 解聚粘度下降等 和间接损伤 使生物体自由基产生加快 从而造成DNA损伤 作用 从化学结构上看大豆皂甙不可能防止辐射对DNA造成的直接损伤 可能是通过减少自由基的产生或加速自由基的消除而使DNA免受损害 大豆皂甙的生物学作用 二 抗癌作用 大豆皂甙可抑制人类多种肿瘤细胞 如胃癌 乳腺癌 前列腺癌等 的生长 在离体试验中对鼠白血病细胞 YAC 1细胞 的DNA合成有明显的抑制作用 当YAC 1细胞不与大豆皂甙接触后 其DNA合成的抑制率随时间延长而下降 说明大豆皂甙对肿瘤细胞的抑制作用是可逆的 大豆皂甙可经简单扩散或主动转运等方式进入肿瘤细胞 因此有人认为大豆皂甙是通过直接破坏肿瘤细胞膜结构而达到抗癌作用的 大豆皂甙的生物学作用 三 抗氧化作用 皂甙因抑制血清中脂类氧化而减少过氧化脂质的生成 从而防止过氧化脂质对细胞的损伤 大豆皂甙能通过自身调节增加SOD含量 清除自由基来减轻自由基的损伤 大豆皂甙的生物学作用 四 免疫调节作用 大豆皂甙对T细胞功能有明显增强作用 具有使IL 2分泌增加 促进T细胞产生淋巴因子 提高B细胞转化增殖 促进体液免疫功能的作用 大豆皂甙的生物学作用 五 对心脑血管作用 皂甙类化学物具有溶血作用 因此早期视大豆皂甙为抗营养因子 但同时也说明它具有抗血栓作用 大豆皂甙可激活纤溶系统 增加纤维蛋白原降解产物 强烈地抑制血小板聚集 大豆皂甙还可抑制纤维蛋白原向纤维蛋白转化 使抗凝