合成生物学及青蒿素合成
青蒿素
青 蒿 素 的 合 成
青 蒿 素 的 结 构
青 蒿 素 的 提 取
青 蒿 素 的 研 究 背 景
青 蒿 素 的 研 究 背 景
1964年 毛泽东主席对越方的求援 作出批示，周恩来总理随即下令，以军 工项目的名义紧急研制“抗美援越”的 抗疟新药。 1967年5月23日 周恩来总理再次就 研发抗疟新药问题作出批示，并在军事 医学科学院内特设了一个“523办公室”， 要求要调动全国的力量，大打一场研发 抗疟新药的战役。
青 蒿 素 的 合 成
青蒿素的逆合成分析
以法尼基焦磷酸为起始原料生物合成青蒿素
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诺贝尔奖
青 蒿 素 的 提 取
古籍中的提取方法
东晋葛洪 《肘后备急方》: ”青蒿一握， 水一升渍，绞取汁尽服之” 浸泡、绞汁？为什么不用水煎呢？是否由于 水煎的高温或酶的作用破坏了青蒿的疗效？
屠呦呦的做法
60°C的乙醚冷浸法处理青蒿，然后将提取 物注入染有鼠疟的小白鼠，发现对鼠疟的抑制率 一下子有了明显的提高。证明低温提取是保障青 蒿疗效的一大关键。 进一步改用低沸点溶剂处理青蒿，得到的提 取物疗效更高更稳。
青蒿药材含抗疟活性的部分是在新鲜的叶片 里，而非根、茎部位；最佳的采摘时节是青蒿即 将开花的时刻。 屠呦呦又把青蒿提取物成功分离成中性和酸 性两大部分。后者毒性大，而且还没有抗疟的功 能，屠呦呦除掉这一部分，由此也解决了中草药 含毒的副作用。在证实了中性部分是青蒿抗疟的 有效成分后，屠呦呦又做猴疟的实验，同样取得 了理想的效果。
抗疟机制：作用方式主要是干扰表膜-线粒 体的功能。可能是青蒿素作用于食物泡膜，从而 阻断了营养摄取的最早阶段，使疟原虫较快出现 氨基酸饥饿，迅速形成自噬泡，并不断排出虫体 外，使疟原虫损失大量胞浆而死亡。
青蒿素
B.抗癌研究： B.抗癌研究： 但青蒿素的作用远远不仅于此，正如上面提到的青蒿素 但青蒿素的作用远远不仅于此， 是通过与疟原虫中的高铁成分结合后，发生化学反应， 是通过与疟原虫中的高铁成分结合后，发生化学反应，产生 可以破坏细胞膜的“自由基” 从而使单细胞疟原虫死亡。 可以破坏细胞膜的“自由基”，从而使单细胞疟原虫死亡。 那么上述过程能不能用于治疗癌症呢？ 那么上述过程能不能用于治疗癌症呢？因为癌症细胞分裂时 需要大量铁质才能复制DNA， 需要大量铁质才能复制DNA，因此癌细胞的铁质含量比正常 细胞高出多。这个概念的突破点在于通过泵的作用极大限度 细胞高出多。 提高癌细胞的铁浓度， 提高癌细胞的铁浓度，然后引入青蒿素素有选择性地杀死癌 细胞。我国科研工作者， 细胞。我国科研工作者，曾经以白血病细胞为对象的研究中 发现：白血病细胞在8个小时内就被消灭。实验结果显示： 发现：白血病细胞在8个小时内就被消灭。实验结果显示： 青蒿素能使白血病细胞内的钙离子水平升高， 青蒿素能使白血病细胞内的钙离子水平升高，导致白血病细 胞的变性和坏死。这项研究为青蒿素抗白血病的新用途，提 胞的变性和坏死。这项研究为青蒿素抗白血病的新用途， 供了十分重要的实验证据。 供了十分重要的实验证据。
H
LDA,CH2 =C(Me3 Si)COCH3
O O O
PhH2 CO
PhH 2 CO
LDA催化发生Michael加成 LDA催化发生Michael加成
H
H
Ba(OH)2 . 8H2 O (COOH)2
O O O
PhH2 CO
PhH2 CO
碱催化下发生Robinson环合反应 碱催化下发生Robinson环合反应 弱酸催化下发生脱水
H
H
NaBH4 -Py Jones oxidation
青蒿素类化合物的合成及其生物活性研究
青蒿素类化合物的合成及其生物活性研究青蒿素，是一种来自植物青蒿中的天然产物，具有治疗疟疾的功效。
在20世纪70年代，中国科学家屠呦呦首次从中提取出青蒿素，为疟疾的治疗开辟了新的途径。
随着近年来药物研究的深入，青蒿素及其衍生物也引起了越来越多的关注，成为治疗多种疾病的前沿研究领域之一。
本文主要介绍青蒿素类化合物的合成及其生物活性研究。
青蒿素类化合物的合成研究青蒿素的药效作用是由其含有的内酯环、大环和过渡金属等多种结构单元共同作用所致。
由于青蒿素的天然来源极为有限，因此合成青蒿素类化合物成为了研究的焦点之一。
近年来，科学家们在合成青蒿素及其衍生物方面取得了重大进展。
1.1 外消旋青蒿素的不对称合成研究外消旋青蒿素是一种含有两个手性中心的化合物，如何实现其对映异构体的选择合成是一个难点。
研究表明，通过使用手性催化剂或手性辅助剂等手段，可以实现对青蒿素对映异构体的选择合成。
例如，有学者使用氨基醇作为手性辅助剂，在对应的氧化反应中合成了具有高对映选择性的青蒿素衍生物。
1.2 单端基的青蒿素类化合物的合成研究单端基的青蒿素衍生物通常指在中环上引入一个含有反式-亲核芳香取代反应活性的单端基基团。
其主要药理作用也是通过识别阴性药物靶标来发挥作用。
近年来，研究显示，使用磺酰胺基团或其他亲核基团可以有效引入单端基，实现对青蒿素类化合物的不对称合成。
青蒿素类化合物的生物活性研究青蒿素及其衍生物不仅具有治疗疟疾的功效，还可以用于治疗多种疾病，如艾滋病、癌症、系统性红斑狼疮等。
下面我们将介绍青蒿素类化合物在不同领域中的生物活性研究进展。
2.1 抗癌作用青蒿素类化合物在抗癌领域中的应用研究非常广泛。
研究表明，青蒿素类化合物具有广谱的抗肿瘤效应，可以抑制多种癌细胞的生长和增殖。
此外，青蒿素类化合物还可通过诱导癌细胞凋亡、调节基因表达和代谢等多种方式发挥作用。
2.2 免疫抗病毒作用青蒿素及其衍生物在治疗艾滋病等病毒感染方面也具有较好的疗效。
青蒿素在合成生物学中的研究进展-补充资料
青蒿素联合疗法（ACTs）
起始于Keasling实验室发现将苦艾 （wormwood）和酵母的基因植入到细菌中， 可使细菌生成一种可化学转换为青蒿素的化 合物。研究证实，其在化学上更接近于现实 药物。利用Keasling实验室的合成生物学技 术，赛诺菲将这一基因与其他的植物基因添 加到工程菌中，促使生成了青蒿酸。
在青蒿素联合疗法（ACTs）中通常是将青 蒿素与另一种抗疟药结合使用。赛诺菲表 示它致力于利用一种非营利性的、无亏损 的生产模型，来生成半合成青蒿素，这将 有助于让发展中国家的药物维持在低价位。 Keasling说，尽管ACTs的价格因产品而异， 除了植物来源供应，获得其关键的成分的 新资源，应该可以确保稳定的成本和供应。
Ro D K, Paradise E M, Ouellet M, etal. Production of the antimalarial drug precursor artemisinic acid inengineered yeast. Nature, 2006, 440(7086): 940-943.
进一步研究成果青蒿素联合疗法acts甲羟戊酸合成模块顶部模块topmodulefpp合成模块底部模块bottommodule紫穗槐411二烯合成模块这3个模块都由一些可拆卸的即插即用的元件构成因此既可以方便地对模块中的元件进行优化也能便捷地将这些模块用于其他代谢途径的构建将众多复杂的生物合成途径演变成了可随时拆卸用的工程化生物系统
众多复杂的生物合成途径
紫穗槐-4，11-二烯合成模块 演变成了可随时拆卸用的
工程化生物系统。
加拿大Covello小组的研究成果
关于提高产量的研究 加拿大Covello小组于2008年将新克隆的青蒿DBR2基因连同 ADS，CYP71AV1和CPR基因一同导入酿酒酵母，率先培育 出合成双氢青蒿酸的酵母工程菌，其中双氢青蒿酸产率为 15.7 mg/L，青蒿酸产率11.8 mg/L。 通过添加植物激素、营养成分、光照、非生物胁迫刺激剂等 试图提高青蒿培养细胞的青蒿素含量。
青蒿素的生物合成与药理研究
青蒿素的生物合成与药理研究青蒿素（Artemisinin）是一种世界公认的抗疟药物，它被认为是目前全球治疗疟疾的最有效药物之一。
青蒿素之所以备受瞩目，不光因为它是一种高效的抗疟药物，还因为它的生物合成过程具有很高的科学研究价值。
青蒿素最初由中国的中草药青花蒿（Artemisia annua）提取而得。
这种植物有着悠久的历史与文化背景，中国古代医书《神农本草经》中，就曾对青花蒿进行了详细介绍。
直到20世纪60年代，由于西方的研究者发现了青花蒿能治疗疟疾的特性，青花蒿的药用价值才得到了全世界的公认。
青蒿素的生物合成是一个复杂的过程。
在植物体内，青蒿素通过草酸途径生物合成，其中还涉及到一系列中间体的生成和转化。
不经意间一个短小的分子，就涉及到了许多化学环节，这也是这个分子非常重要的一个原因。
已有的研究显示，青蒿素的合成不仅受限于基因因素，还受到许多生态环境因素的影响，比如温度、光照、湿度等等。
为了更好地理解青蒿素的生物合成机理，以及挖掘这个分子的更多生物活性，许多研究者在青蒿素研究领域做出了不懈的努力。
他们通过外源基因的导入、转基因技术、化学合成等多种手段，对青蒿素的步步生物合成机制及其生物效应进行了深入研究。
其中，应用遗传学、生物化学和细胞生物学等多学科知识的方法，探究青蒿素与疟原虫之间的相互作用及机理，成为了当前研究的主要方向。
目前青蒿素的抗疟机理已被揭示，它在细胞内可以迅速被代谢成二氧化碳、水和一些亚硝酰阴离子等产物，同时还有大量的自由基产物，这些自由基具有极强的活性，可以直接杀死疟原虫。
有研究人员发现，青蒿素还具有重要的生物活化作用，可以促进免疫复杂与活性物质的释放，从而增强机体的免疫力，这也为今后应用青蒿素研究其他传染病的治疗提供了新思路。
除了用于治疗疟疾之外，青蒿素还显示出一些新颖的生物活性，比如其对癌细胞、病毒、细菌等的抑制作用。
这些活性的关键，在于青蒿素分子的独特结构。
据研究显示，青蒿素和其衍生物被认为是多种潜在的抗癌化合物，因为它们可以抑制癌症细胞的生长和扩散。
青蒿素的合成途径研究(毕业论文doc)
青蒿素的合成途径研究（毕业论文doc）青蒿素是一种来源于青蒿植物的天然药物，因其对疟疾的治疗效果而闻名于世然而，在制备青蒿素的过程中，需要大量使用青蒿植物，并且良好的品质和产量等方面的限制也制约若青葛系的生产。
因此，许多科学家开始探索人工合成青蒿素的方法，并逐渐取得了较好的进展.一、青蒿素的化学结构和生物合成途径青蒿素(Artemisinin)是一种含氧的类化合物，其化学式为C15H2205。
它的分子中含有两个氧原子，其中一个来自蒿素(Arteannuin)的结构部分，另一个则来自异氰酸烯酷(Isocyanateester)的反应。
青蒿素的化学结构非常特殊，具有类似过氧化物的活性，因此它有着非常强大的抗疟作用。
青蒿素的原生合成途径非常复杂，需要包括类合成酶和脱氧基替换酶等多个酶催化的反应。
在合成过程中，爆发性的活性氧化物质也会被产生出来，这些物质也被认为是青蒿素具有抗菌效果的重要组成部分。
二、青蒿素合成途径的研究进展随着生物技术的发展，科学家们已经采用不同的方法尝试人工合成青蒿素的新途径。
1.化学合成法化学合成法是目前带用的一种人工合成市高素的方法。
其基本思路是在现有的化学合成技术框架下，找到尽可能多的可能性，从而建立一种可行的青高素合成方买近年来，许多学者在化学合成方面取得了不俗的进展。
他们推崇生成青蒿素目标分子的方法，无论是底物催化还是金属催化物，都有了显著的提高。
目前，化学合成法已经可以获得高质量的合成青蒿素，并有望实现工业化生产。
2.光合成法光合成法是一种将人工化学合成技术与光催化技术相结合来合成青蒿素的新方法。
光合成法相对于化学合成法更加环保，而且还可以削减合成青蒿素的产生成本目前，光合成法的研究还处于起步阶段，需要进一步的研究和发展来提高其效率和稳定性。
3.生物合成法生物合成法是指通过生物过程来实现合成青蒿素。
这种方法与化学合成法不同,不需要大量的有机化学试剂，更加环保;与光合成法不同，不需要复杂的光催化反应条件，更加稳定。
【最新】青蒿素生物合成
【最新】青蒿素生物合成
青蒿素存在于中草药青蒿的花叶中，茎中不含有，是一种含量非常低的萜类化合物，生物合成途径非常复杂。
现已知可通过三种方式进行青蒿素的生物合成：
一是通过对控制青蒿素合成的关键酶进行调控，添加生物合成的前体来增加青蒿素的含量；
二是激活关键酶控制的基因，大幅度增加青蒿素的含量；
三是利用基因工程手段改变关键基因，以增强它们所控制酶的作用效率。
生物合成过程中，青蒿素的含量受光照、外源激素、芽分化等生理生态因子的影响很大，温度对于生物合成也有极大影响，通过试验研究发现，青蒿幼苗在40℃条件下，处理36h后，青蒿素的质量分数提高到最大为68%。
除青蒿之外，其它植物也可以合成青蒿素，2011年研究人员从烟草中合成青蒿素。
此方法与传统化学方法相比，所用的化学试剂大大减少，有利于环境的保护，且该生物合成方法的受体为烟草，在中国较为广泛，因此原料来源较为丰富，但不足的是用烟草合成青蒿素过程中的某些反应基质并不清楚，还有待开发，但该合成方法仍有较好的工业应用前景。
将一个青蒿基因植入大肠杆菌，改造后的大肠杆菌制造出一种中间化合物，这种化合物经过数步处理就能成为青蒿素的原料——青蒿酸。
把一种特殊的酶植入酵母后，酵母把前面提到的中间化合
物改造成了青蒿酸。
通过微生物工业生产青蒿素的技术链条已经基本成形。
这意味着青蒿素的价格将下降90%。
青蒿素 生物化学-概述说明以及解释
青蒿素生物化学-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述青蒿素是一种来自于青蒿属植物（Artemisia）的天然化合物，被广泛应用于抗疟疾领域。
自从20世纪70年代青蒿素的抗疟活性被发现以来，青蒿素已经成为了目前治疗疟疾的重要药物之一。
青蒿素的独特结构和药理作用使其具有优秀的抗疟效果，特别是对于多药耐药性疟疾的治疗效果显著。
本文将介绍青蒿素的生物化学特性和药理作用，探讨其在抗疟疾领域的重要性，同时对青蒿素近年来的研究进展和未来展望进行分析和归纳。
文章的目的是为读者提供关于青蒿素的全面了解，并展望其在医药领域的应用前景。
在本文的正文部分，我们将先介绍青蒿素的发现与历史背景，包括植物来源的发现和早期研究成果。
然后我们将详细探讨青蒿素的生物化学特性，包括其化学结构和生物合成途径。
接下来，我们将阐述青蒿素的药理作用，包括其抗疟机制和其他可能的药理活性。
通过对这些方面的描述，读者将能够更好地理解青蒿素在抗疟疾领域的重要性。
在结论部分，我们将总结青蒿素在抗疟疾领域的重要性，并展望其未来的研究进展和应用前景。
我们将讨论青蒿素的局限性以及可能的改进途径，以期为疟疾治疗提供更有效的方法。
通过本文的阐述，我们希望能够为读者提供有关青蒿素的全面了解，同时为未来的研究和应用提供指导和启示。
青蒿素作为一种重要的抗疟疾药物，其在临床治疗中的应用前景仍然值得期待。
1.2文章结构文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要对文章进行概述，介绍青蒿素这一主题的背景和意义。
首先，青蒿素作为一种重要的抗疟疾药物，在全球范围内应用广泛，具有极高的疗效和安全性。
其发现和研究不仅对抗击疟疾具有重要意义，也为天然产物药物研究提供了范例。
然后，本文将介绍青蒿素的生物化学特性和药理作用，深入探讨其在抗疟疾领域中的重要性和研究进展。
最后，文章将对青蒿素的未来展望和应用前景进行展望，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
正文部分将着重介绍青蒿素的发现与历史背景、生物化学特性和药理作用。
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什麼是IGEM??
国际基因工程机器大赛IGEM
IGEM是International Genetically Engineered Machine competition（国际基因工程机器大赛）的缩写，是国际上合 成物学领域的顶级大学生科技赛事。合成生物学史近年来生命 科学领域的新兴方向，其目标是希望通过重组现有的基于DNA 序列的功能组件，如调控序列，RNA，蛋白质等，实现对生命 科学研究或者对生产生活有意义的新的菌种。这个方向直接搭 建起了基础生物研究和生产生活实践之间的桥梁，有些成果甚 至直接转化成产品，所以同时受到了学术界和工业界的关注。
青蒿素的生物合成
• 青蒿素是当今普遍使用的最有效抗疟疾药 物，与从植物青蒿中直接提取青蒿相比， 通过生物工程菌如酵母发酵生产青蒿素， 成本低很多。不仅如此，合成生物学的发 展不仅使得青蒿素的合成工艺更加简单， 而且也有助于扩展这种药物的药效。
青蒿素的生物合成
美国科学家合成青蒿素的前 体物质青蒿酸
合成生物学及青蒿素合成
Contents
1
合成生物学概述
2
合成生物学原理
3
青蒿素的合成
4
IGEM大赛
生命1.0版本
• 早在36亿年前，微小的生命就已经诞 生，他们通过自我复制繁殖个体，并 在遗传变异和自然选择下进化成了今 天成百上千的物种
• 生命学家将这种自然演化的有机体称 为生命1．0版本
生物大家族中的新成员
美国加利福尼 亚大学伯克利分校 化学工程学的教授 Jay Keasling及 其同事最近成功地 用转基因酵母合成 了青蒿素的前体物 质———青蒿酸， 有望大幅增加青蒿 素产量，有关论文 发表在《自然》杂 志上。
The process for the microbial production of artemisinin. Using synthetic biology
16
• 自人类基因组测序完成之后，自然演化的有机 体的基因组图谱正在以前所未有的速度被绘制完 成，而其中的遗传密码也将被逐渐解开。合成生 物学家认为，他们可以利用这些已知信息来设计、 打造新生命形式。
• 在过去，遗传工程一直拘囿于对已有的遗传密 码进行简单修补改造，比如从一种细菌中提取一 个基因，然后植入玉米或猪的染色体。而合成生 物学所要打造的生命种类是全新的——它不是任 何一个原始母细胞的后裔，也没有哪个物种是它 的祖先。其实在本质上，这是一个逆自然的过程。
• 不过现在，将会有一些新成员加入到这个 生物大家族。在过去这些年里，科学家一 直在尝试从零开始制造全新的生命形式— —用化学物质造出合成ＤＮＡ（脱氧核糖 核酸），由ＤＮＡ合成基因，再由基因形 成基因组，最终在实验室造出全新生物体 的分子系统，而这种生物体在自然界从未 出现过。
由基因工程到合成生物学
•通过植物青蒿的amorphadiene 合成酶( ADS)密码 子优化、共表达SOE4 操纵子( 编码DXS、IPPHp 、 IspA) 以及引入异源的酵母菌甲羟戊酸途径等途径, 提高了amorphadiene 的产量。对于酵母菌, 主要 工作包括改造FPP 合成途径,引入植物青蒿的 amorphadiene 合成酶( ADS)基因, 克隆青蒿类植 物转化amorphadiene 为青蒿酸的细胞色素P450 氧化还原酶等。
什么是合成生物学？
合成生物学的定义
(1)新的生物零件、组件和系统的设计与建造; (2)对现有的、天然的生物系统的重新设计
The Goal
Design
Parts & Fabrication
Systems
Applications QuickTime?and a Video d ecompressor are need ed to see this p icture .
Tools
Registries Synthesis
Measurement
➢标准化 ➢底盘机架
合成生物学的学科基础与应用范围
生物
生物 质 能 计算机
生物传 感器
应用
生物材料
精细 化学品
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ环境修复
食品 原料
合成生物学
信
计 生工 物
息化 算 物程 理 数
学 学
机 科 学
学学 学
学
合成生物学应用
—— 对现有的、天然的生物系统的重新设计