青蒿素是从复合花序植物黄花蒿茎叶中提取的有过氧基团的倍半萜内酯的一种无色针状晶体,由中国药学家屠呦呦在1971年发现 。青蒿素是继乙氨嘧啶、氯喹、伯喹之后最有效的抗疟特效药,尤其是对于脑型疟疾和抗氯喹疟疾,具有速效和低毒的特点。
被世界卫生组织称做是“世界上唯一有效的疟疾治疗药物”。
萜类化合物的生物合成途径非常复杂,对于青蒿素这一类低含量的复杂分子的生物合成研究更是如此。用以下三种途径可生物合成青蒿素:
1、通过添加生物合成的前体来增加青蒿素的含量。
2、通过对控制青蒿素合成的关键酶进行调控,或者对关键酶控制的基因进行激活来大幅度增加青蒿素的含量。
3、利用基因工程手段来改变关键基因以增强它们所控制酶的效率 。
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。
目前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、外老野源激素、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36 h 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轿物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闭含液。这意味着青蒿素的价格将下降90%。
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