第二节 功效成分的生物合成途径

药食同源中药的功效成分大多属于天然有机化合物，类型众多，结构复杂，数目庞大。然而其结构间却存在着一定的联系。许多化合物在分子结构中都包含着某些基本组成单位。如苯丙素类化合物具有C6-C3单位，萜类化合物具有重复的C5单位，脂肪酸、酚类、醌及聚酮类化合物具有C2单位，生物碱类化合物具有氨基酸单位，黄酮类化合物具有C6-C3-C6单位等等。可见，植物在体内物质代谢过程中发生着不同的生物合成反应，且由不同的生物合成途径产生出结构千差万别的代谢产物。按成分的生物合成途径可分为一次代谢产物和二次代谢产物。一次代谢产物是每种植物中普遍存在的维持有机体正常生存的必需物质，如叶绿素、糖类、蛋白质、脂类和核酸等。二次代谢是在特定的条件下，一些重要的一次代谢产物，如乙酰辅酶A、丙二酸单酰辅酶A、莽草酸及一些氨基酸等作为前体或原料，进一步经历不同的代谢过程，生成生物碱、黄酮、萜类、皂苷等。二次代谢对植物维持生命活动虽不起重要作用，但二次代谢产物并非存在于每种植物之中，往往反映植物科、属、种的特征，且大多具有特殊、显著的生理活性。因此，它们成为中药化学的主要研究对象。了解生物合成的有关知识，不仅对中药化学成分进行结构分类或者推测中药化学成分的结构有所帮助，而且对中药化学分类学以及仿生合成等学科的发展有着重要的理论指导意义，对采用组织培养方法进行中药活性物质生产也有实际指导意义。中药二次代谢产物的主要生物合成途径如下。

（一）乙酸-丙二酸途径（acetate-malonate pathway，AA-MA途径）

通过这一途径能生成脂肪酸类、酚类、醌类等化合物。

（1）脂肪酸类。乙酰辅酶A为这一生合成过程的起始物质，丙二酸单酰辅酶A起延伸碳链的作用。由缩合及还原两个反应交叉进行，生成各种长碳链的脂肪酸，得到的饱和脂肪酸均为偶数。如果起始物质为丙酰辅酶A（propyonyl CoA），则产生碳链为奇数的脂肪酸。支链脂肪酸的起始物质则为异丁酰辅酶A（isobutyryl CoA）、α-甲基丁酰辅酶A（α-methylbutyl CoA）及甲基丙二酸单酰辅酶A（methyl malonyl CoA）等，如图1-3-1。

（2）酚类。这类物质的生物合成过程中只发生缩合反应。乙酰辅酶A直线聚合后再进行环合生成各种酚类化合物。其特点是具有间苯酚样结构，如图1-3-2。

（3）醌类。在乙酸-丙二酸途径中，由多酮环合生成各种醌类化合物或聚酮类化合物。如中药决明子中部分有效成分的生物合成，如图1-3-3。

（二）甲戊二羟酸途径（mevalonic acid pathway，MVA途径）

萜类、甾类化合物均由这一途径生成。由乙酰辅酶A歧式聚合生成的甲戊二羟酸单酰辅酶A，是中药体内生物合成各种萜类、甾类化合物的基本单位，如图1-3-4。

（三）桂皮酸途径（shikimic acid pathway）

具有C6-C3及C6-C1基本结构的化合物由这一途径衍化生成。如由此途径生成的苯丙氨酸，经脱氨及氧化反应等分别生成桂皮酸。再由桂皮酸、苯甲酸生物合成各种含C6-C3及C6-C1结构的天然化合物如苯丙素类、木脂素类、香豆素类等。由莽草酸通过苯丙氨酸，生成桂皮酸，再由桂皮酸生成各种苯丙素类化合物的途径，现也被称为桂皮酸途径（cinnamic acid phthway）。

图1-3-1 饱和脂肪酸的生物合成途径

图1-3-2 酚类的生物合成途径

图1-3-3 决明子部分成分的生物合成

图1-3-4 甲戊二羟酸途径

（四）氨基酸途径（amino acid pathway）

大多数生物碱类成分由此途径生成。有些氨基酸，如鸟氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸（tryptophane）等，经脱羧成为胺类， 再经过一系列化学反应（甲基化、氧化、还原、重排，等） 生成各种生物碱。

（五）复合途径

许多二级代谢产物由上述生物合成的复合途径生成。即分子中各个部分由不同的生物合成途径产生。如查耳酮类、二氢黄酮类化合物的A环和B环分别由乙酸-丙二酸途径和莽草酸途径生成。一些萜类生物碱分别来自甲戊二羟酸途径及莽草酸途径或乙酸-丙二酸途径。