几种杂原子元素在天然药物分子库中的形式和意义
高文超1,2,姜雪峰*2
(1.太原理工大学生物医学工程学院,山西太原 030024;2.华东师范大学化学与分子工程学院上海市绿色化学与化工过程绿色化重点实验室,上海 200062)摘要
天然药物分子是药物分子库的重要组成部分,其药理活性不但与分子中的药效基团及骨架结构密切相关,而且与分子的元素组成也有重要联系。除了碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)这4种核心元素外,几种杂原子元素(S、P、Cl、Br、I)在天然药物分子也频繁出现,并对药物发挥药效起到关键作用。列举了天然药物分子中出现频率较高的上述几种杂原子元素以及含有这些元素的药物分子,并对其来源、结构、作用以及临床价值进行了简要介绍。
引言 天然药物分子一般是指成分单一、结构明确,从自然界分离提取治疗某种疾病的活性化合物,主要包括矿物质、动植物组织器官各部位的有效成分,以及微生物的次级代谢产物等,是药物分子库的重要组成部分[1]。据统计,从1981年至2010年间FDA批准上市的药物分子中,4%为未经修饰的天然药物分子,27%的药物是在天然产物基础上进行修饰的分子,另外有20%的分子结构中的药效基团是模仿天然产物分子的结构[2]。在天然药物分子中,除了具有较为特殊的骨架结构和药效基团之外,还有较为重要的一点是,这些药物分子内通常具有一些独特的杂原子对其发挥药效活性具有重要意义。 在组成天然药物分子的化学元素中,碳元素(C)和氢元素(H)用于构成分子的基本骨架。在此基础上,氧元素(O)以含氧官能团的形式广泛分布于糖类、木质素、黄酮以及萜类等骨架结构中,而氮元素(N)则主要以碱基(氨基,吡啶,吡咯,嘧啶,吲哚等)的形式集中分布在生物碱以及多肽中,这4类元素是组成天然药物分子的核心元素[3]。除了这些核心元素外,另有硫(S)、磷(P)、氯(Cl)、溴(Br)、以及碘(I)5种杂原子元素也在天然药物分子中高频出现[4],这些杂原子往往是基于生命体在特殊的自然环境下产生,或经过特殊的代谢途径融合到分子骨架中,并对自身生长发育或自我防御具有重要意义。本文通过剖析含有上述5种杂原子元素的天然药物分子,对其独特的作用进行简要的介绍。 结论 多种多样的化学元素缔造了浩翰纷繁、变化万千的物质世界,同一种元素也会因为身处不同的分子结构中而表现出不同的性质。天然药物分子来源于大自然,其元素组成、化学结构以及生理活性都是自然界经过长期的进化过程优化和选择的结果[40],也是天然药物发挥其药用活性的关键要素。本文列举了天然药物分子中出现频率较高的5种杂原子元素:硫(S)、磷(P)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I),对含有这些杂原子的天然药物分子的结构、活性以及临床价值进行了简单的剖析,方便读者近距离了解化学元素的无穷魅力,并希望在未来的药物开发中有所借鉴,更好地利用元素特性,为人类早日征服各种疑难杂症提供帮助。 目录 1 含硫(S)元素的天然药物分子 1.1 含硫元素的抗癌药物 含有硫元素的天然抗肿瘤药物 Sulfur-containing natural anti-cancer pharmaceuticals 1.2 含硫元素的抗生素 含有硫元素的抗生素药物 Sulfur-containing antibiotics 2 含磷(P)元素的天然药物分子 2.1 维生素B12 2.2 头孢洛林酯 2.3 磷霉素 2.4 硫代磷酸酯 含磷元素的天然药物分子 Phosphorus-containing medicinalnatural molecules 3 含氯(Cl)元素的天然药物分子 含氯元素的天然药物分子 Chlorine-containing medicinalnatural molecules 3.1 金霉素 3.2 氯霉素 3.3 灰黄霉素 3.4 头孢克洛 3.5 万古霉素 4 含溴(Br)元素的天然药物分子 含溴元素的天然产物衍生药物 Bromine-containing natural product-deriveddrugs 5 含碘(I)元素的天然药物分子 含碘元素的几种天然药物分子 Iodine-containing medicinal naturalmolecules 6 含其他几种特殊元素的天然药物 含有砷,硒,镁元素的天然药物 Arsenic, selenium and magnesiumcontaining medicinal natural molecules 7 结语