植物次生代謝中萜類的代謝產物與功能

　　在次生代謝中異戊二烯焦磷酸酯代謝產生的萜類物質，是植物進化到較高層次的表現。此代謝已經使四批科學家獲得諾貝爾獎，這一事實就很說明問題。萜類在自然界分布廣泛、種類繁多大約有1萬多種。萜類可保護植物細胞膜、產生多種內源激素、保護植物免受強光的傷害、萜類中的信號物質和化感物質在植物防御系統中起到關鍵作用。萜類物質與人類健康關系密切，也是人類日常膳食的不可或缺的營養素。

　　萜類化合物是所有異戊二烯聚合物及其衍生物的總稱，萜類化合物中的烴類物質通常稱為萜烯。萜類化合物除了以萜稀類和甾類的形式存在外，還以各種含氧衍生物的形式存在，包括醇、醛、羧酸、酮、酯類、苷等。

　　1. 萜類的分類

　　萜類是自然界存在的具有(C5H8)n通式的碳氫化合物及其含氧飽和程度不等的衍生物總稱，其分子結構的碳架可看做是異戊二烯的聚合體。迄今發現自然界中帶有(C5H8)n通式的萜類，包括n從1到102的各種萜類物質。常見的單萜（n=2）、倍半萜（n=3）、雙萜（n=4）、三萜（n=6）和四萜（n=8），當n超過8后一律稱為多萜。

　　根據異戊二烯的數量可將萜類做如下分類：相對分子質量低的萜是揮發油；相對分子質量高的為樹脂；較復雜的化合物胡蘿卜素等；更大分子萜類則形成橡膠等高分子化合物。

　　①單萜類和倍半萜類

　　單萜類和倍半萜類稱為“低萜類化合物”，多具有揮發性，常以揮發油的形式存在于高等植物中。

　　②雙萜

　　雙萜類以上的化合物 稱為“高萜類化合物”，一般不具有揮發性，普遍以樹脂等形式存在于植物中。

　　③三萜

　　三萜類化合物分為：三萜皂苷、甾基皂苷、植物甾醇、強心苷、蟾蜍甾烯、葫蘆素、類檸檬苦素、苦木內酯等。其中的皂苷類是一類植物糖苷化合物，是以水溶性糖基結合一個親脂性的甾醇基，或三萜類基團而成。此類化合物具有降低液體表面張力的作用，皂苷常見的有甾體皂苷和三萜皂苷，是在植物界廣泛分布的一類結構復雜的分子，在單子葉和雙子葉植物中均有分布。類似于肥皂，在水溶液中可形成泡沫，廣泛分布于大量開花植物中（見圖1）。

圖1. 云南省農科院生態仿生種植的三七其皂苷總含量高

　　④ 四萜

　　四萜類化合物分為：葉黃素、番茄紅素、α胡蘿卜素、β胡蘿卜素、γ胡蘿卜素，在光合作用中保護植物免受光氧化損傷。

　　⑤ 多萜

　　多萜類化合物 如橡膠等。

　　萜類產物是從植物花、果、葉、莖、根中得到的有揮發性和香味的油狀物（見表1）。

　　表1. 萜類化合物的分類

　　2. 萜類的功能

　　萜類物質在促進植物生長和抵抗各種逆境中發揮功效，如：

　　①激素作用

　　萜類中的雙萜赤霉素屬于植物激素，可調節植物生長的高度。

　　②脂膜保護

　　作用萜類物質中的三萜固醇與磷脂是細胞膜的必需組成，使膜穩定。

　　③光強保護作用

　　胡蘿卜素和葉黃素吸收光能，參與光合作用，葉黃素保護葉綠素不受強光的過度傷害。

　　④信號傳遞作用

　　赤霉素和脫落酸也都是信號轉導物質，脫落酸是種子成熟和抗逆性信號，是由胡蘿卜素轉化來的；另一種激素和信號物質是細胞分裂素，它含有萜類側鏈。

　　⑤抗逆功能

　　油菜素類固醇是甾醇類物質，可提高植物的抗逆性。萜類和甾類化合物的進一步反應形成脫落酸，與脯氨酸、甜菜生物堿，共同使植物抵抗災害性天氣和抗早衰。

　　⑥防御功能

　　萜類和甾類化合物又被稱為化感物質，能殺死危害農作物的各種線蟲，并能抑制細菌性、真菌性和各類病毒性的病原體。比如，正在生長中的玉米植株，遇到啃食它的粘蟲幼蟲時，很快就會釋放出一種芳樟醇單萜類物質，這種揮發性物質能使粘蟲幼蟲中毒死亡。

　　3. 萜類的代謝途徑

　　甲羥戊酸途徑和甲基赤蘚醇磷酸途徑，兩者都形成異戊烯焦磷酸（IPP），然后進一步合成萜類，所以異戊烯焦磷酸（IPP）亦稱為“活躍異戊二烯”。兩個途徑差異是異戊二烯焦磷酸酯（IPP）形成機制不同。

　　①甲羥戊酸途徑它是在細胞質中進行，并以糖酵解產物乙酰輔酶A分子為原初供體。產物為甾類和倍半萜。

　　②丙酮酸/磷酸甘油醛途徑它主要在植物特有的細胞器—質體中進行，產物為胡蘿卜素、單萜和二萜等。

　　4. 萜類研究獲諾獎情況

　　萜類的異戊二烯焦磷酸酯代謝途徑研究，已有四批科學家獲得諾貝爾獎：

　　① 1910年德國化學家奧托.沃勒氏（Otto Wallach）獲得諾貝爾化學獎，是緣于異戊二烯化合物結構的發現。

　　②1939年瑞士藉南斯拉夫人利奧波德.魯齊卡（Leopold Ruzicka）獲得諾貝爾化學獎，是緣于異戊二烯生物發生規則的發現。

　　③1985年美國德克薩斯大學布朗(Michael S.Brown)和戈爾茨坦(Joseph L.Goldstein)獲諾貝爾生理學或醫學獎，是因為探明了甲羥戊酸到異戊二烯焦磷酸脂的代謝途徑。

　　④2015年中國醫學科學家屠呦呦獲諾貝爾生理學或醫學獎，是緣于她從我國自然界中隨處可見的黃花蒿里，成功提取萜類化合物單環倍半萜的青蒿素，以治療瘧疾。

　　5. 萜類是人類健康的護衛者和日常膳食的最佳營養素

　　①單環倍半萜中的青蒿素

　　青蒿素是從植物黃花蒿莖葉中提取的有過氧基團的倍半萜。青蒿素對瘧疾的作用是改變瘧原蟲膜系的結構，阻斷了其營養攝取的途徑，使之出現氨基酸饑餓，形成自噬泡排出蟲體外，使瘧原蟲損失大量胞漿而死亡，可治愈瘧疾。世界衛生組織（WHO）統計，自2000年非洲撒哈拉以南約2.4億被瘧疾感染的人口受益于青蒿素聯合療法，青蒿素就是源自異戊二烯焦磷酸脂代謝途徑的單環倍半萜。青蒿素的原材料來自我國廣泛生長的黃花蒿。

　　②三萜的皂苷

　　三七中的皂苷有活血祛瘀通脈活絡作用，抑制血小板聚集和增加腦血流量、提高免疫功能；人參皂苷有抗癌功效。

　　③四萜的類胡蘿卜素

　　胡蘿卜素是萜類化合物中的四萜衍生物，也是維生素A的主要來源，類胡蘿卜素有兩類物質，一類是胡蘿卜素和番茄紅素，另一類是葉黃素（有羥基、酮基、羧基、甲氧基等含氧官能團）。胡蘿卜素、葉黃素和番茄紅素三種物質都是人類必需營養素，是人類預防心腦血管疾病和眼部疾病的重要食物組成（見表2）。

　　表2. 優質農產品和中草藥中的萜類物質對人體作用