香豆素合成途径和酶基因
植物香豆素生物合成途径及关键酶基因的研究现状
2022年第12期现代园艺香豆素类化合物是具有芳香气味的天然产物，通过植物酪氨酸衍生出苯丙烷内酯，从细菌次生代谢产物中鉴定出多种香豆素。
目前，在豆科等74科植物中发现香豆素类化合物，自然界发现香豆素具有抗病毒保护心脏等药理作用，影响多种植物的生长发育，具有调节根系微生物群落结构等作用。
根据化合物母核结构分为简单香豆素、异香豆素类等，在自然界中主要分布于菊科、瑞香科等植物中，香豆素类化合物具有光学活性用作荧光增白剂等，合成新型香豆素化合物应用前景广阔，香豆素生物合成主要细节处于探索阶段，本文综述香豆素植物体内相关功能，介绍关键酶基因研究进展，为后续研究提供理论参考。
1香豆素类化合物简介1.1香豆素类型香豆素是重要的有机杂环化合物，其衍生物具有多种生理学性质，如抗凝血作用等，某些香豆素衍生物具有抗HIV活性，有些在临床上作为口服抗凝血药广泛应用。
香豆素分子存在C=C双键及内酯结构，具有优异的光学性能，使其呈现荧光量子收率高等特点，是荧光传感器分子设计中的优秀候选荧光团，在医化生等领域广泛应用。
香豆素具有芬芳气味，可在饮料食品中作为芳香剂[1]。
天然香豆素类化合物主要存在于瑞香科、芸香科等高等植物中。
目前发现天然香豆素类化合物有近千种，可分为简单香豆素，吡喃香豆素等类型。
简单香豆素是在苯环上具有取代基香豆素，苯环上的C-6位电负荷性较高，含氧取代基多出现在C-6位上。
呋喃香豆素类结构中呋喃环是6位异戊烯基于7位羟基环合成，根据呋喃环与母体骈合位置分为线性与角型，常见线型有补骨脂素等[2]。
吡喃香豆素是6位异戊烯形成2，2-二甲基-a-吡喃环结构化合物，常见线型吡喃香豆素有独活中的花椒内酯，角型吡喃香豆素有白花前胡中的邪蒿内酯。
1.2香豆素化合物的功能香豆素是最简单的植物次生代谢物，细胞受损后释放，香豆素化合物具有抗病毒、抗HIV等多种药理作用[3]。
香豆素主要功能包括参与植物生长过程，香豆素可通过抑制水稻脱落酸分解代谢延迟种子萌发，可抑制超氧化合物歧化酶活性，破坏小麦糊粉层氧化还原稳态，可能在基因转录中起诱导因子作用，香豆素对许多杂草种子萌发具有较强抑制作用。
天然药物化学简答题简述苯丙素类化合物的生物合成途径
天然药物化学简答题简述苯丙素类化合物的生物合成途径
1.苯丙素类化合物的生物合成途径主要包括甲基丙素途径和香豆素途径。
2.甲基丙素途径：甲基丙素途径是苯丙素类化合物的主要生物合成途径。
首先，苯丙氨酸被苯丙氨酸羟化酶催化，形成对羟基苯丙氨酸。
然后，对羟基苯丙氨酸经过甲化反应，催化剂是对羟基苯乙酮酸羟化酶，形成对羟基苯乙酮酸。
最后，对羟基苯乙酮酸经过脱羧反应，催化剂是对羟基苯乙酮酸脱羧酶，形成香豆素。
香豆素可以进一步转化为其他苯丙素类化合物，如肾上腺素和去甲肾上腺素。
3.香豆素途径：香豆素途径是苯丙素类化合物的次要生物合成途径。
首先，酪胺酸经过酚氧化酶催化，形成酪酸。
然后，酪酸经过羟化反应，催化剂是酪酸羟化酶，形成对羟基酪酸。
最后，对羟基酪酸经过甲化反应，催化剂是对羟基酪酸甲基转移酶，形成香豆素。
4.总体上，苯丙素类化合物的生物合成途径通常经过羟化、甲化和脱羧等反应，催化剂包括羟化酶、甲基转移酶和脱羧酶等酶类。
不同的催化剂和反应条件可以导致不同的苯丙素类化合物合成。
香豆素
概况
香豆素，又称双呋喃环和氧杂萘邻酮，英文名称为coumarin。
香豆素是一个重要的香料，天然存在于黑香豆、香蛇鞭菊、野香荚兰、兰花中。
香豆素的衍生物有些存在于自然界，有些则可通过合成方法制得；有的游离存在，有的与葡萄糖结合在一起，其中不少具有重要经济价值，例如双香豆素，过去由甜苜蓿植物腐败析出，现在可用人工合成，用作抗凝血剂。
香豆素类药物
概况
香豆素类药物是一类口服抗凝药物。
它们的共同结构是4-羟基香豆素。
同时，双香豆素还可以用于对付鼠害。
当初人们在牧场牲畜因抗凝作用导致内出血致死的过程中发现的双香豆素，意识到了这一类物质的抗凝作用，引起了之后对香豆素类药物的研究和合成，从而为医学界提供了多一种重要的凝血药物。
常见的香豆素类药物有双香豆素（dicoumarol）、华法林（warfarin，苄丙酮香豆素）和醋硝香豆素（acenocoumarol，新抗凝）。
中药化学
胡桐(Calophyllum lanigerum)中香豆素（+）calanolide A 是强大的HIV-1逆转录酶抑制剂，作为艾滋病药物研制，美国FDA已经批准进入三期临床。
药理作用
香豆素类药物的作用是抑制凝血因子在肝脏的合成。
香豆素类药物与维他命K的结构相似。
香豆素类药物在肝脏与维他命K环氧化物还原酶结合，抑制维生素K由环氧化物向氢醌型转化，维生素K的循环被抑制。
可以说香豆素类药物是维生素K拮抗剂，或者是竞争性抑制剂（参见酶）。
含有谷氨酸残基的凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ的羧化作用被抑制，而其前体是没有凝血活性的，因此凝血过程受到抑制。
但它对已形成的凝血因子无效。
香豆素的分类与结构
• 香豆素类在结构上应与异香豆素类 相区分，异香豆素分子中虽也有苯 并吡喃酮结构，但它可看做是邻羧 基苯乙烯醇所成的酯。
香豆素成分的结构分类
• 指只在苯环上有取代基的香豆素
O O
HO RO
• 七叶内酯 R=H 七叶苷R=glc
伞形内酯
当异戊烯基处于7-羟基香豆素的6-位时，易与邻位酚 羟基环合形成呋喃环，称为呋喃香豆素类。 按成环后与母体稠合的位置不同分为线型和角型两种。 1】线型（6,7-呋喃骈香豆素型),补骨脂内酯型
• 是香豆素的异构体，在植物体内往往是二氢香豆 素的衍生物。
O O
异香豆素
• 是香豆素的二聚体和三聚体
双香豆素（二聚体）
双香豆素(二聚体类)
• 连接方式 • 可以直接相连，也可以通过氧、亚甲 基成某一结构单位相连。连接位置也 不近相同，但较多的是一个香豆素的 C-8与另一个香豆素C-3、C-5、C-8直 接相连。
1线型67呋喃骈香豆素型补骨脂内酯型1线型67呋喃骈香豆素型补骨脂内酯型ooo补骨脂内酯2角型78呋喃骈香豆素型白芷内酯型ooooo白芷内酯香豆素母核上碳6位或碳8位的异戊烯基与邻酚羟基环合成22二甲基a吡喃环结构1线型67吡喃骈香豆素oooooo花椒内酯2角型78吡喃骈香豆素ooo邪蒿内酯指a吡喃酮环上有取代基的香豆素
O
O
O
补骨脂内酯
2】角型（7,8-呋喃骈香豆素型）白芷内酯型
OOຫໍສະໝຸດ O白芷内酯香豆素母核上碳6位或碳8位的异戊烯基与邻 酚羟基环合成2,2-二甲基-a-吡喃环结构 1】线型（6,7吡喃骈香豆素 O O O
花椒内酯
2】角型（7,8吡喃骈香豆素）
O
O
O
邪蒿内酯
指a-吡喃酮环上有取代基的香豆素。碳3、碳 4位常有苯环、羟基异戊烯基等取代。
香豆素衍生物的合成及其对α-葡萄糖苷酶抑制活性的研究
文 章 编 号 ： ００— ４ ３ ２ １ ） １ ０ ３ ０ １０ ５ ６ （０ １ Ｓ — ０ ５— ４
香 豆 素 衍 生 物 的 合 成 及 其 对 葡 萄 糖 苷 酶 抑 制活 性 的研 究
一
饶 艳 旋 ，郭 虹 燕 ，梁 玉婵 ， 柳 杰 ，王 辉
（ 南 师 范 大学 化 学 与 环 境 学 院 ， 东 广 州 ５０ ３ ） 华 广 １６ １
效果 的 Ｏ一葡萄糖 苷酶 抑制 剂作 为治 疗 糖 尿病 的药 ｔ 物具 有重 大意 义．
公 司） 紫外 可见 分光 光度计 （ Ａ， Ｖ一 ０ ０型 ） 、 ＷＦ Ｕ ２ ０ 、 美 国 Ｖ Ｒ Ａ Ｎ Ｎ ０ ＭＨ Ａ Ｉ Ｎ Ｉ Ｏ Ａ ４ ０ ｚ核 磁 共 振 仪 、日本
Ｓ ＭＡ Ｚ Ｖ一 ５ ０紫外 光谱 仪 、 ＨＩ Ｄ Ｕ Ｕ ２ ５ 日本 Ｊ Ｓ Ｏ Ｕ Ａ Ｃ Ｖ
羟基苯 甲醛 、 乙酰 乙酸 乙酯 、 氢吡 啶 、 ， 六 ２ ４一二羟 基
香豆 素广 泛 分 布 于 高 等 植 物 中 ． 今 ， 迄 已从
甲氧基胺 盐 酸 盐 、 乙氧基 胺 盐 酸 盐 、 苯 三 间 自 然界生物 中分离鉴定的香豆素化合物超过 １ ， 苯 甲醛 、 ０ ３０ 以上试 剂均 为分 析纯 ） 种． 目前研 究 表 明 ， 香豆 素类 化合 物 的药 理作 用 有 ： 酚等 （ 抗 Ｈ Ｖ作用 、 Ｉ 抗肿 瘤作 用 、 氧化 作 用 、 微生 物 作 １ ２ 方 法 抗 抗 ． 用、 降血 压作 用 、 喘作 用 、 辐射 作用 等 ． 平 抗 １ ２ １ 化 合 物 １— ．． ３的合 成 将 ５ ｏ 的邻 羟基 ０ｍｍ ｌ 将香 豆素 骨架 的衍 生物用 作 一葡 萄 糖苷 酶 和 苯 甲醛 （ ２ ４一 羟基 苯 甲醛 ） ５ ｍ ｌ 乙酰 或 ， 二 与 ５ｍ ｏ 的 淀粉 酶 抑 制 剂 研 究 才 刚 刚 起 步 。 ， 。 以香 豆 素 为 乙酸 乙酯 溶 于 １ ５ｍＬ无 水 乙醇 中 ， 浴 冷 却下 加 入 冰 骨架 的衍 生物 作为 一葡萄 糖苷 酶抑 制 剂是 一个 新 １ｍＬ六 氢 吡啶 ， 拌 ０ ５～１０ｈ Ｔ Ｌ监 测反 应 ， 搅 ． ． ，Ｃ 当 的方 向 ， 因此 ， 作者设 计合 成 了一系列 香 豆素骨 架 的 醛 消失 后 ， 出现 大量 沉 淀 时停 止 反 应 ， 滤 ， 水 洗 过 冰 衍生 物并测 试其 对 一葡 萄糖 苷 酶 的抑 制 效 果 ， 为 涤沉淀 ， 经体积 分数 为 ９ ％ 的 乙醇 重结 晶 ， 再 ５ 干燥 ， 从此类 化合 物 寻找合 适 的 一葡 萄糖 苷 酶抑 制剂 提 得 化合 物 １ 或 ２ （ １ ． （ ）图 ） 供理论 基础 ． 将 ２ ｍｏ化 合 物 ２溶 于 ５ Ｌ无 水丙 酮 中 ， ０ｍ ｌ ０ｍ
中药化学香豆素
茵陈内酯
岩白菜素
（五）双香豆素 香豆素的二聚体和三聚体
HO HO OH O OH O O O O O O OH OH
O
双七叶内酯
紫苜蓿酚
（六）其他香豆素 主要指α-吡喃酮环上有取代的香豆 素和香豆素的二聚体、三聚体等。
HONH2 HCl Fe3+ O Fe3+ O O H N H OH
O O H N H
（2）三氯化铁——酚羟基 （3）Gibb’s 反应——酚羟基及其对位氢 2,6-二氯（溴）苯醌氯亚胺
HO H
+
Cl
N
O
pH 9 ~10
-O
N
O
O
N
O-
蓝色
（4）Emerson 反应——酚羟基及其对位氢 4-氨基安替比林+铁氰化钾
OCH3 CH3O CH3O
HO
CH3O
丁香酚
CH3O CH2OH
茴香醚
CHO HO
OCH3
β-细辛醚
COOH
HO
HO
松柏醇
桂皮醛
咖啡酸
香豆素（coumarins）
定义
香豆素是具有苯骈a -吡喃酮母核的天 然产物的总称。从结构上可以看成是顺式 邻羟基桂皮酸脱水而形成的内酯类化合物。 环上有羟基、烷氧基、苯基、异戊烯基等 取代。
OH O
O
O
4. 抗HIV及抗病毒活性 （+）-Calanolide 胡桐内酯类香豆素 非核苷类逆转录酶抑制剂 临床研究
5. 抗癌活性
体内代谢 7-羟基香豆素
HO
O
植物酚类物质合成途径
植物酚类物质合成途径植物酚类物质是一类重要的生物活性化合物，包括单酚、二酚、花青素、黄酮等多种化合物，具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤等多种功效。
这些化合物的生物合成途径复杂，受到环境、遗传和激素等多种因素的影响。
本篇文章将介绍植物酚类物质的合成途径，以期对相关研究提供参考。
一、苯丙氨酸途径苯丙氨酸途径是植物合成酚类物质的重要途径之一，在此途径中，苯丙氨酸是最初的基础物质。
苯丙氨酸通过苯基脱氧酶（phenylalanine ammonia-lyase, PAL）的作用被转化成香豆素，接着由香豆素合成酶（cinnamate 4-hydroxylase, C4H）催化合成成为香豆酸。
随着环境的变化，香豆酸可以进入酚类物质合成途径或香味物质合成途径。
在酚类物质合成途径中，香豆酸在苯丙酮合酶（phenylalanine ammonia-lyase, CYP98）和羟基香豆酸-O-甲基转移酶（methyltransferase, COMT）的作用下转化成为各种酚类物质，如单酚、二酚、花青素、类黄酮等。
二、香农途径香农途径是植物生物合成酚类物质的另一条重要途径，该途径在一些特定的植物中起着重要的作用。
在此途径中，芳香化合物的合成起始于环己烯酸，由环己烯酸合成酶（shikimate pathway, DAHPS）催化转化成芳香酮酸，接着经由芳香酮酸合成酶（ACP）和3-羟肉桂酸羧化酶转化成水杨酸。
随后，水杨酸经过酚羧酸合成酶催化被转化成为酚，进而转化为其他酚类物质。
香农途径主要参与了一些香料和药用植物的酚类物质合成。
三、MEP途径MEP途径是另一条合成酚类物质的重要途径。
在此途径中，异戊二烯基二磷酸（IPP）和二异戊烯基二磷酸（DMAPP）是基础物质，它们是由甲基丙烯酰酶（MEP）合成的。
IPP和DMAPP是合成萜类化合物的前体物质，但在某些植物中，它们也可以被转化成为酚类物质。
IPP和DMAPP经过人民币合成酶（geranyl pyrophosphate synthase, GPPS）、邻烯醇基磷酸化酶（cis-prenyltransferase, CPT）和3-羟基-3-甲基戊二烯酸合成酶（isoprenyl pyrophosphate synthase, IPPS）的作用被转化成为羟基苯丙烷二磷酸（HPPD）和羟基苯丙烷磷酸（HPPP），再经过酸性β-葡萄糖苷酸酯酶（β-glucosidase）的作用被转化成为各种酚类物质。
4-羟基香豆素的合成新工艺
4-羟基香豆素的合成新工艺全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：4-羟基香豆素（4-Hydroxycoumarin）是一种重要的有机化合物，具有多种生物活性和药理作用。
它具有抗菌、抗氧化、抗炎和抗肿瘤等多种药理作用，被广泛应用于医药、食品、化妆品和农药等领域。
合成4-羟基香豆素的工艺研究具有重要的科学意义和应用价值。
传统的合成4-羟基香豆素的方法主要依靠化学合成法。
传统的化学合成方法存在一些问题，如反应条件苛刻、产率低、反应时间长、产生大量废弃物等。
寻找一种新的、高效、环保的合成工艺显得尤为重要。
近年来，随着生物技术的发展和生物合成的兴起，将微生物代谢工程应用于有机化合物的合成逐渐成为一种热门趋势。
研究人员通过改造微生物代谢途径，使其产生目标产物，从而实现有机化合物的高效合成。
在合成4-羟基香豆素的研究中，研究人员发现，某些微生物具有合成4-羟基香豆素的潜力。
通过改造这些微生物的代谢途径，可以促使其产生4-羟基香豆素。
一种常见的方法是通过基因工程技术将4-羟基香豆素合成路径中的关键基因导入到微生物中，从而使其具备合成4-羟基香豆素的能力。
除了利用生物技术合成4-羟基香豆素外，还有一些其他方法可以实现4-羟基香豆素的合成。
利用生物催化剂（如酶）催化有机合成反应，可以实现对4-羟基香豆素的高效合成。
与传统的化学方法相比，生物催化法具有选择性好、反应条件温和、产率高等优点。
随着合成生物学和生物化学的不断发展，相信未来会有更多的新工艺用于4-羟基香豆素的合成。
这些新工艺将为4-羟基香豆素的生产提供更为高效、环保的方法，为4-羟基香豆素的广泛应用提供更好的条件。
在未来的研究中，研究人员还需要进一步探索生物合成4-羟基香豆素的机制，寻找更多适合合成4-羟基香豆素的微生物菌株和催化剂，并不断优化合成工艺，以满足市场需求。
相信在不久的将来，4-羟基香豆素的新合成工艺将得到广泛应用，推动4-羟基香豆素产业的发展。
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香豆素合成途径和酶基因
香豆素是一种具有广泛生物活性的天然产物，具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤等多种生物活性。
因此，香豆素及其衍生物已成为当前药物研究领域的热点之一。
本文将介绍香豆素的合成途径和相关酶基因。
一、香豆素的合成途径
香豆素的合成途径主要有三种，分别是从苯酚类化合物、酚类化合物和苯丙烷类化合物出发。
1.从苯酚类化合物出发
苯酚类化合物是香豆素的最主要前体。
其合成途径如下：
（1）使用乙酸酐和苯酚经过酯化反应，得到苯酚酯。
（2）苯酚酯经过芳香性亲电取代反应，得到间羟基苯酚酯。
（3）间羟基苯酚酯经过缩合反应，得到3-苯基丙酮。
（4）3-苯基丙酮经过羰基化反应，得到香豆素。
2.从酚类化合物出发
酚类化合物是香豆素的另一种前体。
其合成途径如下：
（1）酚类化合物经过酰化反应，得到苯酰酚。
（2）苯酰酚经过芳香性亲电取代反应，得到间羟基苯酰酚。
（3）间羟基苯酰酚经过缩合反应，得到3-苯基丙酮。
（4）3-苯基丙酮经过羰基化反应，得到香豆素。
3.从苯丙烷类化合物出发
苯丙烷类化合物也是香豆素的前体之一。
其合成途径如下：
（1）苯丙烷类化合物经过羟基化反应，得到间羟基苯丙烷类化合物。
（2）间羟基苯丙烷类化合物经过羧化反应，得到苯丙烷酸。
（3）苯丙烷酸经过羰基化反应，得到香豆素。
二、香豆素的酶基因
香豆素的生物合成过程涉及多个酶催化反应，其中一些酶的基因已被克隆和研究。
以下是一些已知的香豆素生物合成酶基因：
1.苯酚羟化酶基因（C4H）
苯酚羟化酶是香豆素生物合成过程中的第一个关键酶，其基因已被克隆。
该基因编码一种催化苯酚转化为间羟基苯酚的酶。
2.间羟基苯酚甲基转移酶基因（OMT）
间羟基苯酚甲基转移酶是香豆素生物合成过程中的第二个关键酶，其基因也已被克隆。
该基因编码一种催化间羟基苯酚转化为甲基间羟基苯酚的酶。
3.香豆素合成酶基因（CYP98A14）
香豆素合成酶是香豆素生物合成过程中的最后一个关键酶，其基因也已被克隆。
该基因编码一种催化3-苯基丙酮转化为香豆素的酶。
香豆素的合成途径和相关酶基因已经有了初步的研究。
随着技术的不断发展和深入研究，相信将来会有更多的新发现和进展。