stringtranslate.com

Натуральный продукт

Противораковый препарат паклитаксел — натуральный продукт, полученный из тиса . [1]

Натуральный продукт — это природное соединение или вещество , производимое живым организмом, то есть встречающееся в природе . [2] [3] В самом широком смысле натуральные продукты включают в себя любое вещество, производимое жизнью. [4] [5] Натуральные продукты также могут быть получены путем химического синтеза (как полусинтеза , так и полного синтеза ) и сыграли центральную роль в развитии области органической химии , предоставив сложные синтетические мишени. Термин «натуральный продукт» также был расширен в коммерческих целях для обозначения косметики , пищевых добавок и продуктов питания, произведенных из натуральных источников без добавления искусственных ингредиентов. [6]

В области органической химии определение натуральных продуктов обычно ограничивается органическими соединениями, выделенными из природных источников и образующимися путями вторичного метаболизма . [7] В области медицинской химии определение часто ограничивается вторичными метаболитами. [8] [9] Вторичные метаболиты (или специализированные метаболиты) не важны для выживания, но, тем не менее, дают организмам, которые их производят, эволюционное преимущество. [10] Многие вторичные метаболиты цитотоксичны и в ходе эволюции были отобраны и оптимизированы для использования в качестве агентов «химической войны» против добычи, хищников и конкурирующих организмов. [11] Вторичные или специализированные метаболиты часто уникальны для каждого вида, в отличие от первичных метаболитов, которые широко используются в разных королевствах. Вторичные метаболиты отличаются химической сложностью, поэтому они представляют такой интерес для химиков.

Природные источники могут привести к фундаментальным исследованиям потенциальных биологически активных компонентов для коммерческого развития в качестве ведущих соединений при разработке лекарств . [12] Хотя натуральные продукты послужили источником вдохновения для создания множества лекарств, в 21 веке фармацевтические компании уделяют все меньше внимания разработке лекарств из натуральных источников, отчасти из-за ненадежного доступа и поставок, проблем интеллектуальной собственности, стоимости и прибыли , сезонной или экологической изменчивости. состав и потеря источников из-за роста темпов вымирания . [12]

Классы

Самое широкое определение натурального продукта — это все, что произведено жизнью, [4] [13] и включает в себя биотические материалы (например, дерево, шелк), материалы на биологической основе (например , биопластик , кукурузный крахмал), телесные жидкости (например, молоко). , растительные экссудаты) и другие природные материалы (например, почва, уголь).

Натуральные продукты можно классифицировать в зависимости от их биологической функции, пути биосинтеза или источника. В зависимости от источников количество известных молекул натуральных продуктов колеблется от 300 000 [14] [15] до 400 000. [16]

Функция

Следуя первоначальному предложению Альбрехта Косселя в 1891 году, [17] натуральные продукты часто делят на два основных класса: первичные и вторичные метаболиты. [18] [19] Первичные метаболиты имеют внутреннюю функцию, необходимую для выживания организма, который их производит. Вторичные метаболиты, напротив, имеют внешнюю функцию, которая в основном влияет на другие организмы. Вторичные метаболиты не необходимы для выживания, но повышают конкурентоспособность организма в окружающей среде. Благодаря своей способности модулировать биохимические пути и пути передачи сигналов некоторые вторичные метаболиты обладают полезными лечебными свойствами. [20]

Природные продукты, особенно в области органической химии, часто определяют как первичные и вторичные метаболиты. Более строгое определение, ограничивающее натуральные продукты вторичными метаболитами, обычно используется в области медицинской химии и фармакогнозии . [13]

Первичные метаболиты

Молекулярные строительные блоки жизни

Первичные метаболиты, по определению Косселя, являются компонентами основных метаболических путей, необходимых для жизни. Они связаны с важными клеточными функциями, такими как усвоение питательных веществ, производство энергии и рост/развитие. Они имеют широкое распространение видов, которые охватывают многие типы и часто более одного царства . Первичные метаболиты включают основные строительные блоки жизни: углеводы , липиды , аминокислоты и нуклеиновые кислоты . [21]

Первичные метаболиты, которые участвуют в производстве энергии, включают дыхательные и фотосинтетические ферменты . Ферменты, в свою очередь, состоят из аминокислот и часто непептидных кофакторов , которые необходимы для функционирования ферментов. [22] Основная структура клеток и организмов также состоит из первичных метаболитов. К ним относятся клеточные мембраны (например, фосфолипиды ), клеточные стенки (например , пептидогликан , хитин ) и цитоскелеты (белки). [23]

Ферментативные кофакторы первичных метаболитов включают членов семейства витаминов B. Витамин B1 в виде тиаминдифосфата является коферментом пируватдегидрогеназы , 2-оксоглутаратдегидрогеназы и транскетолазы , которые участвуют в углеводном обмене. Витамин B2 (рибофлавин) входит в состав FMN и FAD , которые необходимы для многих окислительно-восстановительных реакций. Витамин В3 (никотиновая кислота или ниацин), синтезируемый из триптофана, является компонентом коферментов НАД + и НАДФ + , которые, в свою очередь, необходимы для транспорта электронов в цикле Кребса , окислительного фосфорилирования , а также многих других окислительно-восстановительных реакций. Витамин В5 (пантотеновая кислота) входит в состав кофермента А , основного компонента метаболизма углеводов и аминокислот, а также биосинтеза жирных кислот и поликетидов. Витамин B6 (пиридоксол, пиридоксаль и пиридоксамин) в виде пиридоксаль-5'-фосфата является кофактором многих ферментов, особенно трансаминаз, участвующих в метаболизме аминокислот. Витамин B12 (кобаламины) содержит корриновое кольцо, подобное по структуре порфирину , и является важным коферментом для катаболизма жирных кислот, а также для биосинтеза метионина . [24] : Гл. 2 

ДНК и РНК , хранящие и передающие генетическую информацию , состоят из первичных метаболитов нуклеиновых кислот. [22]

Первые мессенджеры — это сигнальные молекулы, которые контролируют метаболизм или клеточную дифференцировку . Эти сигнальные молекулы включают гормоны, а факторы роста, в свою очередь, состоят из пептидов, биогенных аминов , стероидных гормонов , ауксинов , гиббереллинов и т. д. Эти первые мессенджеры взаимодействуют с клеточными рецепторами, состоящими из белков. Клеточные рецепторы, в свою очередь, активируют вторичные мессенджеры , используемые для передачи внеклеточного сообщения внутриклеточным мишеням. К этим сигнальным молекулам относятся первичные метаболиты — циклические нуклеотиды , диацилглицерин и т. д. [25]

Вторичные метаболиты

Репрезентативные примеры каждого из основных классов вторичных метаболитов.

Вторичные, в отличие от первичных метаболитов, необязательны и не абсолютно необходимы для выживания. Более того, вторичные метаболиты обычно имеют узкое видовое распределение. [26]

Вторичные метаболиты имеют широкий спектр функций. К ним относятся феромоны , которые действуют как социальные сигнальные молекулы с другими особями того же вида, коммуникационные молекулы, которые привлекают и активируют симбиотические организмы, агенты, растворяющие и транспортирующие питательные вещества ( сидерофоры и т. д.), и конкурентное оружие ( репелленты , яды , токсины и т. д.). которые используются против конкурентов, добычи и хищников. [27] Для многих других вторичных метаболитов функция неизвестна. Одна из гипотез заключается в том, что они дают конкурентное преимущество организму, который их производит. [28] Альтернативная точка зрения заключается в том, что, по аналогии с иммунной системой , эти вторичные метаболиты не имеют специфической функции, но важно иметь механизм для производства этих разнообразных химических структур, и поэтому производятся и отбираются несколько вторичных метаболитов. [29]

Общие структурные классы вторичных метаболитов включают алкалоиды , фенилпропаноиды , поликетиды и терпеноиды . [7]

Биосинтез

Биосинтез первичных и вторичных метаболитов. [24] : Гл. 2 

Ниже описаны пути биосинтеза, ведущие к получению основных классов натуральных продуктов. [13] [24] : Гл. 2 

Углеводы

Углеводы являются важным источником энергии для большинства форм жизни. Кроме того, полисахариды , образованные из более простых углеводов, являются важными структурными компонентами многих организмов, таких как клеточные стенки бактерий и растений. [ нужна цитата ]

Углеводы — продукты фотосинтеза растений и глюконеогенеза животных . Фотосинтез производит первоначально 3-фосфоглицеральдегид , трехуглеродный атом, содержащий сахар ( триозу ). [24] : Гл. 8  Эта триоза, в свою очередь, может превращаться в глюкозу (сахар, содержащий шесть атомов углерода) или различные пентозы (сахар, содержащий пять атомов углерода) посредством цикла Кальвина . У животных три предшественника углерода, лактат или глицерин , могут превращаться в пируват , который, в свою очередь, может превращаться в углеводы в печени. [ нужна цитата ]

Жирные кислоты и поликетиды

В процессе гликолиза сахара расщепляются до ацетил-КоА . В АТФ-зависимой ферментативно катализируемой реакции ацетил-КоА карбоксилируется с образованием малонил-КоА . Ацетил-КоА и малонил-КоА подвергаются конденсации Кляйзена с потерей углекислого газа с образованием ацетоацетил-КоА . Дополнительные реакции конденсации последовательно производят поли-β-кетоцепи с более высокой молекулярной массой, которые затем превращаются в другие поликетиды. [24] : Гл. 3  Класс поликетидов натуральных продуктов имеет разнообразную структуру и функции и включает простагландины и макролидные антибиотики . [ нужна цитата ]

Одна молекула ацетил-КоА («стартовая единица») и несколько молекул малонил-КоА («наполнительные единицы») конденсируются синтазой жирных кислот с образованием жирных кислот . [24] : Гл. 3  Жирные кислоты являются важными компонентами липидных бислоев, которые образуют клеточные мембраны, а также запасами жировой энергии у животных. [ нужна цитата ]

Источники

Натуральные продукты могут быть извлечены из клеток , тканей и выделений микроорганизмов , растений и животных. [30] [31] Неочищенный ( нефракционированный ) экстракт из любого из этих источников будет содержать ряд структурно разнообразных и часто новых химических соединений. Химическое разнообразие в природе основано на биологическом разнообразии, поэтому исследователи собирают образцы со всего мира для анализа и оценки при поиске новых лекарств или биоанализах . Эта попытка поиска биологически активных природных продуктов известна как биоразведка . [30] [31]

Фармакогнозия предоставляет инструменты для обнаружения, выделения и идентификации биологически активных натуральных продуктов, которые могут быть разработаны для медицинского применения. Когда «активное начало» выделяется из традиционного лекарства или другого биологического материала, это называется «хитом». Затем проводится последующая научная и юридическая работа для подтверждения попадания (например, выяснение механизма действия , подтверждение отсутствия конфликта интеллектуальной собственности). За этим следует решающая стадия открытия лекарств, на которой производные активного соединения производятся в попытке улучшить его эффективность и безопасность . [32] [33] Таким и другими способами современные лекарства могут быть разработаны непосредственно из природных источников. [ нужна цитата ]

Хотя традиционные лекарства и другой биологический материал считаются отличным источником новых соединений, экстракция и выделение этих соединений может быть медленным, дорогим и неэффективным процессом. Поэтому для крупномасштабного производства могут быть предприняты попытки получить новое соединение путем полного синтеза или полусинтеза. [34] Поскольку натуральные продукты, как правило, представляют собой вторичные метаболиты со сложной химической структурой , их полный/полусинтез не всегда коммерчески выгоден. В этих случаях можно предпринять усилия по разработке более простых аналогов с сопоставимой эффективностью и безопасностью, поддающихся полному/полусинтезу. [35]

Прокариотический

Бактерии

Ботулотоксины типов А и В (Ботокс, Диспорт, Ксеомин, МиоБлок), используемые как в медицинских, так и в косметических целях, представляют собой натуральные продукты бактерии Clostridium botulinum . [36]

Случайное открытие и последующий клинический успех пенициллина побудили к широкомасштабному поиску других микроорганизмов окружающей среды , которые могли бы производить противоинфекционные натуральные продукты. Образцы почвы и воды были собраны со всего мира, что привело к открытию стрептомицина (полученного из Streptomyces griseus ) и осознанию того, что бактерии, а не только грибы, представляют собой важный источник фармакологически активных натуральных продуктов. [37] Это, в свою очередь, привело к разработке впечатляющего арсенала антибактериальных и противогрибковых средств, включая амфотерицин B , хлорамфеникол , даптомицин и тетрациклин (из Streptomyces spp. ), [38] полимиксины (из Paenibacillus Polymyxa ), [39 ] ] и рифамицины (из Amycolatopsis rifamycinica ). [40] Противопаразитарные и противовирусные препараты аналогичным образом были получены из бактериальных метаболитов. [41]

Хотя большинство лекарств, полученных из бактерий, используются в качестве противоинфекционных средств, некоторые из них нашли применение в других областях медицины. Двумя примерами являются ботулинический токсин (из Clostridium botulinum ) и блеомицин (из Streptomyces verticillus ). Ботулин, нейротоксин , ответственный за ботулизм , можно вводить в определенные мышцы (например, те, которые контролируют веко), чтобы предотвратить мышечный спазм . [36] Кроме того, гликопептид блеомицин используется для лечения некоторых видов рака, включая лимфому Ходжкина , рак головы и шеи и рак яичек . [42] Новые тенденции в этой области включают метаболическое профилирование и выделение натуральных продуктов из новых видов бактерий, присутствующих в недостаточно изученных средах. Примеры включают симбионтов или эндофитов из тропической среды, [43] подземные бактерии, обнаруженные глубоко под землей в результате добычи полезных ископаемых/бурения, [44] [45] и морские бактерии. [46]

Архея

Поскольку многие археи адаптировались к жизни в экстремальных условиях, таких как полярные регионы , горячие источники , кислые источники, щелочные источники, соленые озера и высокое давление глубокой океанской воды , они обладают ферментами, которые функционируют в весьма необычных условиях. Эти ферменты потенциально могут использоваться в пищевой , химической и фармацевтической промышленности, где биотехнологические процессы часто связаны с высокими температурами, экстремальными значениями pH, высокими концентрациями солей и/или высоким давлением. Примеры ферментов, идентифицированных на сегодняшний день, включают амилазы , пуллуланазы , циклодекстрингликозилтрансферазы , целлюлазы , ксиланазы , хитиназы , протеазы , алкогольдегидрогеназы и эстеразы . [47] Археи также представляют собой источник новых химических соединений , например эфиров изопренилглицерина 1 и 2 из Thermococcus S557 и Methanocaldococcus jannaschii соответственно. [48]

Эукариотический

Грибы

Антибиотик пенициллин – это натуральный продукт, полученный из гриба Penicillium Rubens . [49]

Несколько противоинфекционных препаратов были получены из грибов, включая пенициллин и цефалоспорины (антибактериальные препараты из Penicillium Rubens и Cephalosporium acremonium соответственно) [49] [37] и гризеофульвин (противогрибковый препарат из Penicillium griseofulvum ). [50] Другие полезные с медицинской точки зрения грибковые метаболиты включают ловастатин (из Pleurotus ostreatus ), который стал основой для серии препаратов, снижающих уровень холестерина , циклоспорин (из Tolypocladium inflatum ), который используется для подавления иммунного ответа после операций по трансплантации органов , и эргометрин (из Claviceps spp.), который действует как сосудосуживающее средство и используется для предотвращения кровотечений после родов. [24] : Гл. 6  Асперлицин (из Aspergillus alliaceus ) является еще одним примером. Асперлицин – новый антагонист холецистокинина , нейромедиатора , который, как полагают, участвует в панических атаках и потенциально может быть использован для лечения тревоги . [ нужна цитата ]

Растения

Опиоидный обезболивающий препарат морфин является натуральным продуктом, полученным из растения Papaver somniferum.

Растения являются основным источником сложных и очень разнообразных по структуре химических соединений ( фитохимических веществ ), это структурное разнообразие отчасти объясняется естественным отбором организмов, производящих мощные соединения для сдерживания травоядных животных ( средства, сдерживающие питание ). [51] Основные классы фитохимических веществ включают фенолы , полифенолы , дубильные вещества , терпены и алкалоиды. [52] Хотя число растений, которые были тщательно изучены, относительно невелико, многие фармакологически активные натуральные продукты уже идентифицированы. Клинически полезные примеры включают противораковые агенты паклитаксел и омацетаксин мепесукцинат (из Taxus brevifolia и Cephalotaxus harringtonii соответственно ), [53] противомалярийный агент артемизинин (из Artemisia annua ), [54] и ингибитор ацетилхолинэстеразы галантамин (из Galanthus spp.), используется для лечения болезни Альцгеймера . [55] Другие наркотики растительного происхождения, используемые в медицинских и/или рекреационных целях , включают морфин , кокаин , хинин , тубокурарин , мускарин и никотин . [24] : Гл. 6 

Животные

Обезболивающий препарат ω-конотоксин ( зиконотид ) — натуральный продукт, полученный из морской улитки Conus magus . [56]

Животные также являются источником биологически активных натуральных продуктов. В частности, большое внимание привлекли ядовитые животные, такие как змеи, пауки, скорпионы, гусеницы, пчелы, осы, многоножки, муравьи, жабы и лягушки. Это связано с тем, что компоненты яда (пептиды, ферменты, нуклеотиды, липиды, биогенные амины и т. д.) часто имеют очень специфические взаимодействия с макромолекулярной мишенью в организме (например, α-бунгаротоксином кобры ). [57] [58] Как и в случае с отпугивающими растениями, эта биологическая активность объясняется естественным отбором: организмы, способные убивать или парализовать свою добычу и/или защищаться от хищников, с большей вероятностью выживут и размножатся. [58]

Из-за этих специфических химических взаимодействий с мишенью компоненты яда оказались важными инструментами для изучения рецепторов , ионных каналов и ферментов. В некоторых случаях они также выступали в роли лидеров в разработке новых лекарств. Например, тепротид, пептид, выделенный из яда бразильской гадюки Bothrops jararaca , стал лидером в разработке антигипертензивных средств цилазаприла и каптоприла . [58] Кроме того, эхистатин, дезинтегрин из яда чешуйчатой ​​гадюки Echis carinatus, сыграл ведущую роль в разработке антиагрегантного препарата тирофибана . [59]

Помимо описанных выше наземных животных и земноводных , многие морские животные были исследованы на наличие фармакологически активных натуральных продуктов: кораллы , губки , оболочники , морские улитки и мшанки , дающие химические вещества с интересной анальгетической , противовирусной и противораковой активностью. [60] Два примера, разработанные для клинического использования, включают ω- конотоксин (из морской улитки Conus magus ) [61] [56] и эктеинаскидин 743 (из оболочника Ecteinascidia turbinata ). [62] Первый, ω-конотоксин, используется для облегчения сильной и хронической боли, [56] [61] , а второй, эктеинацидин 743, используется для лечения метастатической саркомы мягких тканей . [63] Другие натуральные продукты, полученные от морских животных и изучаемые в качестве возможных методов лечения, включают противоопухолевые агенты дискодермолид ( из губки Discodermia dissoluta ), [64] элеутеробин (из коралла Erythropodium caribaeorum ) и бриостатины (из мшанки Bugula neritina). ). [64]

Медицинское использование

Натуральные продукты иногда обладают фармакологической активностью, которая может принести терапевтическую пользу при лечении заболеваний. [65] [66] [67] Кроме того, можно получить синтетические аналоги натуральных продуктов с улучшенной эффективностью и безопасностью, и поэтому натуральные продукты часто используются в качестве отправной точки для открытия лекарств . Компоненты натуральных продуктов вдохновили многочисленные усилия по созданию лекарств, которые в конечном итоге получили одобрение в качестве новых лекарств [68] [69]

Репрезентативные примеры препаратов на основе натуральных продуктов

Современные препараты природного происхождения

Большое количество назначаемых в настоящее время лекарств было либо непосредственно получено из натуральных продуктов, либо создано на их основе. [1] [70]

Некоторые из старейших лекарств на основе натуральных продуктов являются анальгетиками. С древности было известно , что кора ивы обладает болеутоляющими свойствами. Это связано с наличием природного продукта салицина , который, в свою очередь, может гидролизоваться до салициловой кислоты . Синтетическое производное ацетилсалициловой кислоты, более известное как аспирин , является широко используемым болеутоляющим средством. Механизм его действия заключается в ингибировании фермента циклооксигеназы (ЦОГ). [71] Еще одним ярким примером является опиум , добываемый из латекса мака снотворного (цветущего растения мака). Самым сильным наркотическим компонентом опия является алкалоид морфин, который действует как агонист опиоидных рецепторов . [72] Более недавним примером является анальгетик зиконотид, блокатор кальциевых каналов N-типа , который основан на циклическом пептиде токсина улитки-конуса (ω- конотоксин MVIIA) из вида Conus magus . [73]

Значительное количество противоинфекционных средств основано на натуральных продуктах. [31] Первый открытый антибиотик, пенициллин, был выделен из плесени Penicillium . Пенициллин и родственные бета-лактамы действуют путем ингибирования фермента DD-транспептидазы , который необходим бактериям для перекрестного связывания пептидогликана с образованием клеточной стенки. [74]

Некоторые натуральные препараты нацелены на тубулин , который является компонентом цитоскелета . К ним относится ингибитор полимеризации тубулина колхицин , выделенный из безвременника осеннего (цветущего осеннего безвременника), который используется для лечения подагры . [75] Колхицин биосинтезируется из аминокислот фенилаланина и триптофана . Паклитаксел, напротив, является стабилизатором полимеризации тубулина и используется в качестве химиотерапевтического препарата. Паклитаксел основан на терпеноидном природном продукте таксоле , который выделен из Taxus brevifolia (тихоокеанского тиса). [76]

Класс препаратов, широко используемых для снижения уровня холестерина, — это ингибиторы ГМГ-КоА-редуктазы , например аторвастатин . Они были разработаны на основе мевастатина , поликетида, продуцируемого грибом Penicillium citrinum . [77] Наконец, ряд натуральных препаратов используется для лечения гипертонии и застойной сердечной недостаточности. К ним относится ингибитор ангиотензинпревращающего фермента каптоприл . Каптоприл основан на пептидном факторе, потенцирующем брадикинин, выделенном из яда бразильской стрелообразной гадюки ( Bothrops jararaca ). [78]

Ограничивающие и способствующие факторы

Многочисленные проблемы ограничивают использование натуральных продуктов для разработки лекарств, в результате чего в 21 веке фармацевтические компании предпочитают направлять усилия по открытиям на высокопроизводительный скрининг чистых синтетических соединений с более короткими сроками их разработки. [12] Источники натуральных продуктов часто ненадежны в доступе и поставках, имеют высокую вероятность дублирования, по своей сути создают проблемы интеллектуальной собственности в отношении патентной защиты , различаются по составу в зависимости от сезона поставок или окружающей среды и подвержены растущим темпам исчезновения . [12]

Биологический ресурс для открытия лекарств из натуральных продуктов остается обильным, при этом биоактивность оценивается для небольшого процента микроорганизмов, видов растений и насекомых. [12] Огромное количество бактерий и морских микроорганизмов остается неисследованным. [79] [80] В 2008 году была предложена область метагеномики для изучения генов и их функций в почвенных микробах, [80] [81] , но большинство фармацевтических фирм не использовали этот ресурс в полной мере, предпочитая вместо этого развивать «разнообразие- ориентированный синтез» из библиотек известных лекарств или природных источников соединений свинца с более высоким потенциалом биологической активности. [12]

Выделение и очистка

Пенициллин G , первый в своем классе грибковый антибиотик, впервые изученный шотландским микробиологом Александром Флемингом в конце 1920-х годов и использованный в качестве терапевтического средства благодаря выделению природного продукта в конце 1930-х годов Эрнстом Борисом Чейном и Говардом Флори . ] и других, Флеминг признал антибактериальную активность и клинический потенциал «ручки G», но не смог ее очистить или стабилизировать. [82] Развитие хроматографического разделения и сублимационной сушки помогло продвинуться вперед в производстве коммерческих количеств пенициллина и других натуральных продуктов. [ нужна цитата ]

Все натуральные продукты начинаются с смесей с другими соединениями природного происхождения, часто очень сложных смесей, из которых интересующий продукт необходимо выделить и очистить. Выделение натурального продукта, в зависимости от контекста, относится либо к выделению достаточных количеств чистого химического вещества для выяснения химической структуры, химии деривитации/деградации, биологических испытаний и других исследовательских нужд (обычно от миллиграммов до граммов, но исторически часто подробнее), [ нужна ссылка ] или к выделению «аналитических количеств» интересующего вещества, когда основное внимание уделяется идентификации и количественному определению вещества (например, в биологической ткани или жидкости), и где выделенное количество зависит от применяемый аналитический метод (но обычно его масштаб всегда составляет субмикрограммы). [83] [ нужна страница ] Легкость, с которой активный агент может быть выделен и очищен, зависит от структуры, стабильности и количества натурального продукта. Методы выделения, применяемые для получения этих двух различных масштабов продукта, также различны, но обычно включают экстракцию , осаждение, адсорбцию, хроматографию и иногда кристаллизацию . В обоих случаях выделенное вещество очищается до химической гомогенности , т.е. конкретные комбинированные методы разделения и анализа, такие как методы ЖХ-МС , выбираются как «ортогональные» — их разделение основано на различных способах взаимодействия между веществом и изолирующей матрицей — с целью является повторное обнаружение только одного вида, присутствующего в предполагаемом чистом образце. За ранним выделением почти неизбежно следует определение структуры , особенно если с очищенным природным продуктом связана важная фармакологическая активность. [ нужна цитата ]

Определение структуры относится к методам, применяемым для определения химической структуры изолированного чистого натурального продукта, процессу, который включает в себя ряд химических и физических методов, которые заметно изменились за историю исследований натуральных продуктов; Вначале они были сосредоточены на химическом преобразовании неизвестных веществ в известные вещества, а также на измерении физических свойств, таких как температура плавления и точка кипения, а также на связанных с ними методах определения молекулярной массы. [ нужна цитата ] В современную эпоху методы сосредоточены на масс-спектрометрии и методах ядерного магнитного резонанса , часто многомерных, и, когда это возможно, кристаллографии малых молекул . [ нужна цитата ] Например, химическая структура пенициллина была определена Дороти Кроуфут Ходжкин в 1945 году, за эту работу она позже получила Нобелевскую премию по химии (1964). [84]

Синтез

Многие натуральные продукты имеют очень сложную структуру. Воспринимаемая сложность природного продукта — это качественный вопрос, состоящий из рассмотрения его молекулярной массы, конкретного расположения субструктур ( функциональных групп , колец и т. д.) относительно друг друга, количества и плотности этих функциональных групп, стабильности этих групп и молекулы в целом, количество и тип стереохимических элементов , физические свойства молекулы и ее промежуточных продуктов (которые влияют на простоту обращения с ней и очистки), все это рассматривается в контексте новизна структуры и были ли успешными предыдущие попытки синтеза (подробности см. ниже). [ нужна цитата ]

Некоторые натуральные продукты, особенно менее сложные, легко и экономично получить посредством полного химического синтеза из легкодоступных, более простых химических ингредиентов, процесса, называемого полным синтезом (особенно, когда процесс не включает в себя этапы, опосредованные биологическими агентами). Не все натуральные продукты поддаются полному синтезу, экономически эффективному или иному. В частности, самые сложные зачастую таковыми не являются. Многие из них доступны, но необходимые пути слишком дороги, чтобы обеспечить синтез в каком-либо практическом или промышленном масштабе. Однако, чтобы быть доступными для дальнейшего изучения, все натуральные продукты должны быть выделены и очищены. Этого может быть достаточно, если выделение обеспечивает получение соответствующих количеств натурального продукта для предполагаемой цели (например, в качестве лекарства для облегчения заболевания). Такие лекарства, как пенициллин, морфин и паклитаксел, оказалось доступным по цене в необходимых коммерческих масштабах исключительно посредством процедур выделения (без какого-либо значительного вклада синтетической химии). [ нужна цитация ] Однако в других случаях необходимые агенты недоступны без манипуляций с синтетической химией. [ нужна цитата ]

Полусинтез

Процесс выделения природного продукта из его источника может быть дорогостоящим с точки зрения временных и материальных затрат, а также может поставить под угрозу доступность используемого природного ресурса (или иметь экологические последствия для ресурса). Например, было подсчитано, что нужно будет собрать кору целого тиса ( Taxus brevifolia ), чтобы извлечь достаточно паклитаксела только для одной дозы терапии. [85] Более того, количество структурных аналогов , доступных для анализа структура-активность (SAR) просто путем сбора урожая (если даже присутствует более одного структурного аналога), ограничено биологией, действующей в организме, и, таким образом, находится за пределами возможностей экспериментатора. контроль. [ нужна цитата ]

В таких случаях, когда конечную цель найти труднее или она ограничивает SAR, иногда можно найти предшественник или аналог биосинтеза средней и поздней стадии, из которого можно получить конечную цель. Это называется полусинтезом или частичным синтезом . При таком подходе соответствующий промежуточный продукт биосинтеза собирают, а затем превращают в конечный продукт с помощью обычных процедур химического синтеза . [ нужна цитата ]

Эта стратегия может иметь два преимущества. Во-первых, промежуточное соединение может быть экстрагировано легче и с более высоким выходом, чем конечный желаемый продукт. Примером этого является паклитаксел, который можно производить путем экстракции 10-деацетилбаккатина III из иголок T. brevifolia с последующим проведением четырехстадийного синтеза. [ нужна цитация ] Во-вторых, маршрут, разработанный между полусинтетическим исходным материалом и конечным продуктом, может позволить синтезировать аналоги конечного продукта. Полусинтетические пенициллины нового поколения являются иллюстрацией преимуществ этого подхода. [ нужна цитата ]

Полный синтез

Структурное представление кобаламина , выделенного и структурно охарактеризованного натурального продукта. [86] Переменная группа R может представлять собой метильную или 5'-аденозильную группу, или цианид- или гидроксид-анион. «Доказательство» синтеза витамина B 12 было осуществлено в 1972 году группами Роберта Бернса Вудворда [87] и Альберта Эшенмозера . [88]

В целом, полный синтез натуральных продуктов — это некоммерческая исследовательская деятельность, направленная на более глубокое понимание синтеза конкретных структур натуральных продуктов и разработку фундаментальных новых синтетических методов. Несмотря на это, он имеет огромное коммерческое и общественное значение. Например, предоставляя сложные синтетические мишени, он сыграл центральную роль в развитии области органической химии. [89] [90] До развития методов аналитической химии в двадцатом веке структуры натуральных продуктов подтверждались методом полного синтеза (так называемое «доказательство структуры путем синтеза»). [91] Ранние попытки синтеза натуральных продуктов были нацелены на сложные вещества, такие как кобаламин (витамин B 12 ), важный кофактор клеточного метаболизма . [87] [88]

Симметрия

Исследование димеризованных и тримеризованных натуральных продуктов показало, что часто присутствует элемент двусторонней симметрии. Двусторонняя симметрия относится к молекуле или системе, которая содержит идентичность точечной группы C 2 , C s или C 2v . Симметрия C 2 имеет тенденцию быть более распространенной, чем другие типы двусторонней симметрии. Это открытие проливает свет на то, как эти соединения могут быть созданы механически, а также дает представление о термодинамических свойствах, которые делают эти соединения более выгодными. Теория функционала плотности (DFT), метод Хартри-Фока и полуэмпирические расчеты также показывают некоторую благоприятность для димеризации в натуральных продуктах из-за выделения большей энергии на связь, чем эквивалентный тример или тетрамер. Предполагается, что это происходит из-за стерических препятствий в ядре молекулы, поскольку большинство натуральных продуктов димеризуются и тримеризуются по принципу «голова к голове», а не «голова к хвосту». [92]

Исследования и преподавание

Исследовательская и преподавательская деятельность, связанная с натуральными продуктами, охватывает ряд разнообразных академических областей, включая органическую химию, медицинскую химию, фармакогнозию, этноботанику , традиционную медицину и этнофармакологию . Другие биологические области включают химическую биологию , химическую экологию , хемогеномику , [93] системную биологию , молекулярное моделирование , хемометрику и хемоинформатику . [94]

Химия

Химия натуральных продуктов — это отдельная область химических исследований, которая сыграла важную роль в развитии и истории химии . Выделение и идентификация натуральных продуктов были важны для поиска веществ для ранних доклинических исследований по открытию лекарств, для понимания традиционной медицины и этнофармакологии, а также для поиска фармакологически полезных областей химического пространства . [95] Для достижения этой цели было достигнуто множество технологических достижений, таких как развитие технологий, связанных с химическим разделением , и разработка современных методов определения химической структуры, таких как ЯМР . Первые попытки понять биосинтез натуральных продуктов привели к тому, что химики сначала использовали радиоактивную маркировку, а в последнее время маркировку стабильными изотопами в сочетании с экспериментами ЯМР. Кроме того, натуральные продукты готовятся путем органического синтеза , чтобы подтвердить их структуру или предоставить доступ к большему количеству представляющих интерес натуральных продуктов. В этом процессе структура некоторых натуральных продуктов была пересмотрена, [96] [97] [98] и проблема синтеза натуральных продуктов привела к разработке новой синтетической методологии, синтетической стратегии и тактики. [99] В этом отношении натуральные продукты играют центральную роль в подготовке новых химиков-синтетиков-органиков и являются основным стимулом в разработке новых вариантов старых химических реакций (например, альдольной реакции Эванса ), а также открытие совершенно новых химических реакций (например, цис-гидроксилирования Вудворда , эпоксидирования Шарплесса и реакций кросс-сочетания Сузуки-Мияуры ). [100]

История

Антуан Лавуазье (1743–1794)
Фридрих Вёлер (1800–1882)
Герман Эмиль Фишер (1852–1919)

Основы химии органических и натуральных продуктов

Концепция натуральных продуктов восходит к началу 19 века, когда были заложены основы органической химии. Органическую химию рассматривали в то время как химию веществ, из которых состоят растения и животные. Это была относительно сложная форма химии, резко контрастирующая с неорганической химией , принципы которой были установлены в 1789 году французом Антуаном Лавуазье в его работе «Элементарный трактат о химии ». [101]

Изоляция

Лавуазье показал в конце XVIII века, что органические вещества состоят из ограниченного числа элементов: преимущественно углерода и водорода, дополненных кислородом и азотом. Он быстро сосредоточился на выделении этих веществ, часто потому, что они обладали интересной фармакологической активностью. Растения были основным источником таких соединений, особенно алкалоидов и гликозидов . Давно было известно, что опиум, липкая смесь алкалоидов (включая кодеин , морфин, носкапин , тебаин и папаверин ) из опийного мака ( Papaver somniferum ), обладал наркотическими и в то же время изменяющими сознание свойствами. К 1805 году морфин уже был выделен немецким химиком Фридрихом Сертюрнером , а в 1870-х годах было обнаружено, что кипячение морфина с уксусным ангидридом дает вещество с сильным обезболивающим действием: героин. [102] В 1815 году Эжен Шеврёль выделил из тканей животных холестерин , кристаллическое вещество, принадлежащее к классу стероидов, [103] , а в 1819 году был выделен стрихнин , алкалоид. [104]

Синтез

Вторым важным шагом стал синтез органических соединений. Если синтез неорганических веществ был известен давно, то синтез органических веществ представлял собой трудную задачу. В 1827 году шведский химик Йенс Якоб Берцелиус считал, что для синтеза органических соединений необходима необходимая сила природы, называемая жизненной силой или жизненной силой. Эта философская идея, витализм , даже в XIX веке имела много сторонников, даже после появления атомной теории . Идея витализма особенно соответствовала верованиям в медицину; В большинстве традиционных практик исцеления считалось, что болезнь является результатом некоторого дисбаланса жизненных энергий, который отличает жизнь от нежизни. Первая попытка разрушить идею витализма в науке была предпринята в 1828 году, когда немецкому химику Фридриху Вёлеру удалось синтезировать мочевину , природный продукт, содержащийся в моче , путем нагревания цианата аммония , неорганического вещества: [105]

Эта реакция показала, что для получения органических веществ нет необходимости в жизненной силе. Эта идея, однако, поначалу была встречена с высокой степенью скептицизма, и только 20 лет спустя, с синтезом уксусной кислоты из углерода Адольфом Вильгельмом Германом Кольбе , идея была принята. Органическая химия с тех пор превратилась в самостоятельную область исследований, посвященную изучению углеродсодержащих соединений, поскольку этот общий элемент был обнаружен во множестве веществ природного происхождения. Важным фактором при характеристике органических материалов были их физические свойства (такие как температура плавления, температура кипения, растворимость, кристалличность или цвет). [ нужна цитата ]

Структурные теории

Третьим шагом стало выяснение структуры органических веществ: хотя элементный состав чистых органических веществ (независимо от того, были ли они природного или синтетического происхождения) можно было определить достаточно точно, молекулярная структура все еще оставалась проблемой. Стремление к выяснению структуры возникло из-за спора между Фридрихом Вёлером и Юстусом фон Либихом , которые оба изучали соль серебра одного и того же состава, но с разными свойствами. Велер изучал цианат серебра , безвредное вещество, а фон Либих исследовал гремучий серебро , соль со взрывчатыми свойствами. [106] Элементный анализ показывает, что обе соли содержат равные количества серебра, углерода, кислорода и азота. По господствовавшим тогда представлениям, оба вещества должны были обладать одинаковыми свойствами, но это было не так. Это кажущееся противоречие было позже разрешено теорией изомеров Берцелиуса , согласно которой не только количество и тип элементов имеют значение для свойств и химической реакционной способности, но также и положение атомов внутри соединения. Это послужило непосредственной причиной развития структурных теорий, таких как радикальная теория Жана -Батиста Дюма и теория замещения Огюста Лорана . [107] [ нужен лучший источник ] Однако только в 1858 году Август Кекуле сформулировал определенную структурную теорию. Он утверждал, что углерод четырехвалентен и может связываться сам с собой, образуя углеродные цепи, как они встречаются в натуральных продуктах. [108] [ нужен лучший источник ]

Расширение концепции

Концепция натурального продукта, первоначально основанная на органических соединениях, которые можно было выделить из растений, в середине XIX века немецким Юстусом фон Либихом была расширена за счет включения животного материала . Герман Эмиль Фишер в 1884 году обратил свое внимание на изучение углеводов и пуринов, за работу за которые он был удостоен Нобелевской премии в 1902 году. Ему также удалось синтетически в лабораторных условиях получить различные углеводы, в том числе глюкозу и маннозу . После открытия Александром Флемингом пенициллина в 1928 году арсенал источников натуральных продуктов пополнился грибами и другими микроорганизмами. [102]

Вехи

К 1930-м годам было известно несколько крупных классов натуральных продуктов. Важные вехи включали: [ по мнению кого? ]

Смотрите также

Журналы

Рекомендации

Сноски

  1. ↑ Эти трое названных учёных получили за эту работу Нобелевскую премию по медицине 1945 года.

Цитаты

  1. ^ ab Катлер С., Катлер Х.Г. (2000). Биологически активные натуральные продукты: Фармацевтика. ЦРК Пресс. п. 5. ISBN 978-0-8493-1887-0.
  2. ^ Пересмотренный полный словарь Вебстера (1913). «Натуральный продукт». Бесплатный онлайн-словарь и компания C. & G. Merriam Co. Химическое вещество, вырабатываемое живым организмом; – термин, обычно используемый в отношении химических веществ, встречающихся в природе и обладающих отличительными фармакологическими эффектами. Такое вещество считается натуральным продуктом, даже если его можно получить путем полного синтеза.
  3. ^ «Все натуральное». Химическая биология природы . 3 (7): 351. Июль 2007 г. doi : 10.1038/nchembio0707-351 . PMID  17576412. Самое простое определение натурального продукта — это небольшая молекула, полученная из биологического источника.
  4. ^ аб Самуэльсон Г (1999). Лекарственные средства природного происхождения: Учебник фармакогнозии . ISBN Тейлора и Фрэнсиса Лтд. 978-91-86274-81-8.
  5. ^ Национальный центр дополнительного и интегративного здравоохранения (13 июля 2013 г.). «Исследование натуральных продуктов — информация для исследователей | NCCIH». Министерство здравоохранения и социальных служб США. Натуральные продукты включают в себя большую и разнообразную группу веществ из самых разных источников. Они производятся морскими организмами, бактериями, грибами и растениями. Этот термин охватывает сложные экстракты этих производителей, а также выделенные соединения, полученные из этих экстрактов. Он также включает витамины, минералы и пробиотики.
  6. ^ «О нас». Фонд натуральных продуктов . Проверено 7 декабря 2013 г. Натуральные продукты представлены широким спектром потребительских товаров, популярность которых с каждым годом продолжает расти. Эти продукты включают натуральные и органические продукты питания, пищевые добавки, корма для домашних животных, товары для здоровья и красоты, «зеленые» чистящие средства и многое другое. Как правило, натуральными продуктами считаются продукты, изготовленные без искусственных ингредиентов и минимально обработанные.
  7. ^ Аб Хэнсон-младший (2003). Натуральные продукты: вторичный метаболит . Кембридж: Королевское химическое общество. ISBN 0-85404-490-6. Натуральные продукты – это органические соединения, образующиеся живыми системами.
  8. ^ «Натуральные продукты». Медицинский словарь Стедмана . Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. Архивировано из оригинала 3 августа 2016 года . Проверено 7 декабря 2013 г. Натуральные продукты: соединения природного происхождения, являющиеся конечными продуктами вторичного метаболизма; часто они представляют собой уникальные соединения для конкретных организмов или классов организмов.
  9. ^ Уильямс Д.А., Лемке Т.Л. (2002). «Глава 1: Натуральные продукты». Принципы медицинской химии Фоя (5-е изд.). Филадельфия: Липпинкотт Уильямс Уилкинс. п. 25. ISBN 0-683-30737-1. Натуральный продукт: отдельное химическое соединение, встречающееся в природе. Этот термин обычно используется для обозначения органического соединения ограниченного распространения в природе (часто называемого вторичными метаболитами).
  10. ^ Maplestone RA, Stone MJ, Williams DH (июнь 1992 г.). «Эволюционная роль вторичных метаболитов — обзор». Джин . 115 (1–2): 151–7. дои : 10.1016/0378-1119(92)90553-2. ПМИД  1612430.
  11. ^ Хантер П. (сентябрь 2008 г.). «Используя мудрость природы. Обращаясь к природе за вдохновением и избегая ее глупостей». Отчеты ЭМБО . 9 (9): 838–40. дои : 10.1038/embor.2008.160. ПМЦ 2529361 . ПМИД  18762775. 
  12. ^ abcdef Ли JW, Ведерас JC (июль 2009 г.). «Открытие лекарств и натуральные продукты: конец эпохи или бесконечный фронтир?». Наука . 325 (5937): 161–5. Бибкод : 2009Sci...325..161L. дои : 10.1126/science.1168243. PMID  19589993. S2CID  207777087.
  13. ^ abc Бхат С.В., Нагасампаги Б.А., Сивакумар М. (2005). Химия натуральных продуктов . Берлин; Нью-Йорк: Спрингер. ISBN 81-7319-481-5.
  14. ^ Рутц А., Сорокина М., Галгонек Дж., Митчен Д., Уиллигаген Э., Годри А. и др. (май 2022 г.). «Инициатива LOTUS по открытому управлению знаниями в исследованиях натуральных продуктов». электронная жизнь . 11 : e70780. doi : 10.7554/eLife.70780 . ПМЦ 9135406 . ПМИД  35616633. 
  15. ^ Банерджи П., Эрехман Дж., Гольке Б.О., Вильгельм Т., Прейсснер Р., Данкель М. (январь 2015 г.). «Super Natural II - база данных натуральных продуктов». Исследования нуклеиновых кислот . 43 (Проблема с базой данных): D935–D939. дои : 10.1093/nar/gku886. ПМК 4384003 . ПМИД  25300487. 
  16. ^ Сорокина М., Стейнбек С. (апрель 2020 г.). «Обзор баз данных о натуральных продуктах: где найти данные в 2020 году». Журнал хеминформатики . 12 (1): 20. дои : 10.1186/s13321-020-00424-9 . ПМК 7118820 . ПМИД  33431011. 
  17. ^ Коссель А (1891). «Ueber die chemische Zusammensetzung der Zelle» [Химический состав клетки]. Archiv für Physiologie (на немецком языке): 181–186.
  18. ^ Клибенштайн DJ (2004). «Вторичные метаболиты и взаимодействие растений и окружающей среды: взгляд через окрашенные очки Arabidopsis thaliana». Растение, клетка и окружающая среда . 27 (6): 675–684. дои : 10.1111/j.1365-3040.2004.01180.x . В 1891 году, следуя за работами Шталя по биохимии растений, Коссель предложил различать основной и вторичный обмен веществ (Stahl 1888).
  19. ^ Карловский П (2008). «Вторичные метаболиты в экологии почвы». Почвенная биология . Почвенная биология. Том. 14. стр. 1–19. дои : 10.1007/978-3-540-74543-3_1. ISBN 978-3-540-74542-6. Современная общепринятая концепция, соответствующая точке зрения Косселя, состоит в том, что первичные метаболиты — это химические компоненты живых организмов, жизненно важные для их нормального функционирования, тогда как вторичные метаболиты — это соединения, которые необязательны.
  20. ^ Wink M (8 сентября 2015 г.). «Способы действия растительных лекарственных средств и вторичных метаболитов растений». Лекарства . 2 (3): 251–286. дои : 10.3390/medicines2030251 . ISSN  2305-6320. ПМЦ 5456217 . ПМИД  28930211. 
  21. ^ Роджерс К. (2011). Компоненты жизни: от нуклеиновых кислот к углеводам (1-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Britannica Educational Publishing совместно с Rosen Educational Services. ISBN 978-1-61530-324-3.
  22. ^ аб Кокс Д.Л., Нельсон М.М. (2013). Ленингерские принципы биохимии (6-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 978-1-4641-0962-1.
  23. ^ Боал Д. (2006). Механика клетки (4-е печатное изд.). Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-79681-1.
  24. ^ abcdefgh Дьюик PM (2009). Лекарственные натуральные продукты: биосинтетический подход (3-е изд.). Чичестер: Уайли. ISBN 978-0-470-74167-2.
  25. ^ Ситарамайя А (1999). Введение в передачу клеточного сигнала . Бостон: Биркхойзер. ISBN 978-0-8176-3982-2.
  26. ^ Герберт РБ (1981). "Введение". Биосинтез вторичных метаболитов . Дордрехт: Springer Нидерланды. стр. 1–2. ISBN 94-009-5833-1. Вторичные метаболиты различают точнее по следующим критериям: они имеют ограниченное распространение, встречаются преимущественно в растениях и микроорганизмах, часто свойственны отдельным родам, видам или штаммам; они образуются специализированными путями из первичных метаболитов. Первичные метаболиты, напротив, широко распространены во всех живых существах и тесно вовлечены в основные жизненные процессы.
  27. ^ Демейн А.Л., Фанг А. (2000). «Естественные функции вторичных метаболитов». История современной биотехнологии I. Достижения в области биохимической инженерии/биотехнологии. Том. 69. стр. 1–39. дои : 10.1007/3-540-44964-7_1. ISBN 978-3-540-67793-2. ПМИД  11036689.
  28. ^ Уильямс Д.Х., Стоун М.Дж., Хаук П.Р., Рахман С.К. (1989). «Почему биосинтезируются вторичные метаболиты (натуральные продукты)?». Журнал натуральных продуктов . 52 (6): 1189–208. дои : 10.1021/np50066a001. ПМИД  2693613.
  29. ^ Фирн Р.Д., Джонс К.Г. (сентябрь 2000 г.). «Эволюция вторичного метаболизма – объединяющая модель» (PDF) . Молекулярная микробиология . 37 (5): 989–94. дои : 10.1046/j.1365-2958.2000.02098.x . PMID  10972818. S2CID  3827335.
  30. ^ ab Strobel G, Дейзи Б (декабрь 2003 г.). «Биопоиск микробных эндофитов и их натуральных продуктов». Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 67 (4): 491–502. doi :10.1128/MMBR.67.4.491-502.2003. ПМК 309047 . ПМИД  14665674. 
  31. ^ abc Кушни Т.П., Кушни Б., Эчеверриа Дж., Фаусантир В., Таммават С., Доджсон Дж.Л., Лоу С., Клоу С.М. (июнь 2020 г.). «Биопоиск антибактериальных препаратов: междисциплинарный взгляд на исходный материал натуральных продуктов, выбор биоанализа и ошибки, которых можно избежать». Фармацевтические исследования . 37 (7): Статья 125. doi :10.1007/s11095-020-02849-1. PMID  32529587. S2CID  219590658.
  32. ^ Маркосян С., Гроссман А., Бримакомб К., Аркин М., Олд Д., Остин С.П. и др. (июнь 2020 г.). Руководство по проведению анализа. Bethesda: Eli Lilly & Company и Национальный центр развития трансляционных наук. ПМИД  22553861.
  33. ^ Кацуно К., Берроуз Дж. Н., Дункан К., Хоофт ван Хейсдуйнен Р., Канеко Т., Кита К. и др. (ноябрь 2015 г.). «Критерии успеха и лидерства в открытии лекарств от инфекционных заболеваний в развивающихся странах». Обзоры природы. Открытие наркотиков . 14 (11): 751–758. дои : 10.1038/nrd4683. PMID  26435527. S2CID  25863919.
  34. ^ Бауэр А, Брёнструп М (январь 2014 г.). «Промышленная химия натуральных продуктов для открытия и разработки лекарств». Отчеты о натуральных продуктах . 31 (1): 35–60. дои : 10.1039/c3np70058e. ПМИД  24142193.
  35. ^ Майер М.Е. (май 2015 г.). «Дизайн и синтез аналогов натуральных продуктов». Органическая и биомолекулярная химия . 13 (19): 5302–43. дои : 10.1039/c5ob00169b . ПМИД  25829247.
  36. ^ ab Халлетт М., Альбанезе А., Дресслер Д., Сигал К.Р., Симпсон Д.М., Труонг Д., Янкович Дж. (июнь 2013 г.). «Обоснованный на фактических данных обзор и оценка ботулинического нейротоксина для лечения двигательных расстройств». Токсикон . 67 (июнь): 94–114. doi :10.1016/j.токсикон.2012.12.004. ПМИД  23380701.
  37. ^ аб Заффири Л., Гарднер Дж., Толедо-Перейра Л.Х. (апрель 2012 г.). «История антибиотиков. От сальварсана до цефалоспоринов». Журнал следственной хирургии . 25 (2): 67–77. дои : 10.3109/08941939.2012.664099. PMID  22439833. S2CID  30538825.
  38. ^ Прокопио Р.Э., Сильва И.Р., Мартинс МК, Азеведо Х.Л., Араужо Х.М. (2012). «Антибиотики, производимые Streptomyces». Бразильский журнал инфекционных заболеваний . 16 (5): 466–71. дои : 10.1016/j.bjid.2012.08.014 . ПМИД  22975171.
  39. ^ Cochrane SA, Vederas JC (январь 2016 г.). «Липопептиды из Bacillus и Paenibacillus spp.: золотой рудник кандидатов в антибиотики». Обзоры медицинских исследований . 36 (1): 4–31. дои : 10.1002/med.21321. PMID  24866700. S2CID  46109250.
  40. ^ Саксена А., Кумари Р., Мукерджи У., Сингх П., Лал Р. (июль 2014 г.). «Проект геномной последовательности продуцента рифамицина Amycolatopsis rifamycinica DSM 46095». Геномные объявления . 2 (4): e00662–14. doi :10.1128/геномA.00662-14. ПМК 4082003 . ПМИД  24994803. 
  41. ^ Сарайва, Рауль Г.; Димопулос, Джордж (2020). «Бактериальные натуральные продукты в борьбе с тропическими болезнями, передающимися комарами». Отчеты о натуральных продуктах . 37 (3): 338–354. дои : 10.1039/C9NP00042A. PMID  31544193. S2CID  202731385.
  42. ^ «Блеомицин». Национальная медицинская библиотека США . Проверено 28 января 2015 г.
  43. ^ Элвин А., Миллер К.И., Нейлан Б.А. (2014). «Изучение потенциала эндофитов лекарственных растений как источников антимикобактериальных соединений». Микробиологические исследования . 169 (7–8): 483–95. дои : 10.1016/j.micres.2013.12.009 . ПМЦ 7126926 . ПМИД  24582778. 
  44. ^ Ван X, Эльшахави С.И., Шаабан К.А., Фанг Л., Пономарева Л.В., Чжан Ю. и др. (Январь 2014). «Рутмицин, новый тетрациклический поликетид из Streptomyces sp. RM-4-15». Органические письма . 16 (2): 456–9. дои : 10.1021/ol4033418. ПМЦ 3964319 . ПМИД  24341358. 
  45. ^ Ван X, Шаабан К.А., Эльшахави С.И., Пономарева Л.В., Сункара М., Копли Г.К. и др. (август 2014 г.). «Муллинамиды A и B, новые циклопептиды, полученные пожарным изолятом Streptomyces sp. RM-27-46 на угольной шахте Рут Маллинз». Журнал антибиотиков . 67 (8): 571–5. дои : 10.1038/ja.2014.37. ПМК 4146655 . ПМИД  24713874. 
  46. ^ Акей Д.Л., Герет Дж.Дж., Харе Д., Смит Дж.Л. (октябрь 2012 г.). «Идеи с моря: структурная биология морских поликетидсинтаз». Отчеты о натуральных продуктах . 29 (10): 1038–49. дои : 10.1039/c2np20016c. ПМК 3709256 . ПМИД  22498975. 
  47. ^ Бертольдо С, Антраникян Г (2011). «Глава 1: Биотехнология архей» (PDF) . Биотехнология Том. IX . Париж: Энциклопедия систем жизнеобеспечения (EOLSS).
  48. ^ Thornburg CC, Zabriskie TM, McPhail KL (март 2010 г.). «Глубоководные гидротермальные источники: потенциальные горячие точки для открытия природных продуктов?». Журнал натуральных продуктов . 73 (3): 489–99. дои : 10.1021/np900662k. ПМИД  20099811.
  49. ^ ab Pathak A, Nowell RW, Wilson CG, Ryan MJ, Barraclough TG (сентябрь 2020 г.). «Сравнительная геномика оригинального изолята Penicillium Александра Флеминга (IMI 15378) выявляет расхождение последовательностей генов синтеза пенициллина». Научные отчеты . 10 (1): Статья 15705. Бибкод : 2020НацСР..1015705П. дои : 10.1038/s41598-020-72584-5. ПМЦ 7515868 . ПМИД  32973216. 
  50. ^ Бикман А.М., Барроу Р.А. (2014). «Грибковые метаболиты как фармацевтические препараты». Ауст Дж. Хим . 67 (6): 827–843. дои : 10.1071/ch13639.
  51. ^ Данг Л., Ван Дамм EJ (сентябрь 2015 г.). «Токсичные белки растений». Фитохимия . 117 : 51–64. Бибкод : 2015PChem.117...51D. doi :10.1016/j.phytochem.2015.05.020. ПМЦ 7111729 . ПМИД  26057229. 
  52. ^ Крозье А., Клиффорд М.Н., Ашихара Х. (2006). «Главы 1, 3 и 4». Вторичные метаболиты растений: появление, структура и роль в рационе человека . Оксфорд, Великобритания: Blackwell Publishing Ltd., стр. 1–24, 47–136. ISBN 978-1-4051-2509-3.
  53. ^ Киттакуп П., Махидол С., Ручирават С. (2014). «Алкалоиды как важные основы в терапевтических препаратах для лечения рака, туберкулеза и прекращения курения». Актуальные темы медицинской химии . 14 (2): 239–52. дои : 10.2174/1568026613666131216105049. ПМИД  24359196.
  54. ^ Кано С (май 2014 г.). «Комбинированная терапия на основе артемизинина и ее внедрение в Японии». Кансенсогаку Дзасси. Журнал Японской ассоциации инфекционных заболеваний . 88 (3 Приложение 9–10): 18–25. ПМИД  24979951.
  55. ^ Руссо П., Фрустачи А., Дель Буфало А., Фини М., Сезарио А. (2013). «Многоцелевые препараты растительного происхождения, действующие при болезни Альцгеймера». Современная медицинская химия . 20 (13): 1686–93. дои : 10.2174/0929867311320130008. ПМИД  23410167.
  56. ^ abc Проммер E (июнь 2006 г.). «Зиконотид: новый вариант лечения рефрактерной боли». Наркотики сегодня . 42 (6): 369–78. дои : 10.1358/точка.2006.42.6.973534. ПМИД  16845440.
  57. ^ Досси AT (январь 2010 г.). «Насекомые и их химическое оружие: новый потенциал для открытия лекарств». Отчеты о натуральных продуктах . 27 (12): 1737–57. дои : 10.1039/C005319H. ПМИД  20957283.
  58. ^ abc Герциг V, Кристофори-Армстронг Б, Израиль MR, Никсон С.А., Веттер I, Кинг GF (июнь 2020 г.). «Животные токсины - эволюционно усовершенствованный набор инструментов природы для фундаментальных исследований и открытия лекарств». Биохимическая фармакология . 181 : 114096. doi : 10.1016/j.bcp.2020.114096. ПМК 7290223 . ПМИД  32535105. 
  59. ^ Лазарович П., Марцинкевич С., Лелкес П.И. (май 2019 г.). «От дезинтегринов змеиного яда и лектинов С-типа до антитромбоцитарных препаратов». Токсины . 11 (5): Статья 303. doi : 10.3390/toxins11050303 . ПМК 6563238 . ПМИД  31137917. 
  60. ^ Майер А.М., Глейзер К.Б., Куэвас С., Джейкобс Р.С., Кем В., Литтл Р.Д. и др. (июнь 2010 г.). «Одиссея морской фармацевтики: текущие перспективы развития». Тенденции в фармакологических науках . 31 (6): 255–65. doi :10.1016/j.tips.2010.02.005. ПМИД  20363514.
  61. ^ ab Bowersox SS, Лютер Р. (ноябрь 1998 г.). «Фармакотерапевтический потенциал омега-конотоксина MVIIA (SNX-111), блокатора нейрональных кальциевых каналов N-типа, обнаруженного в яде Conus magus». Токсикон . 36 (11): 1651–8. дои : 10.1016/S0041-0101(98)00158-5. ПМИД  9792182.
  62. ^ Райнхарт К.Л. (январь 2000 г.). «Противоопухолевые соединения из оболочников». Обзоры медицинских исследований . 20 (1): 1–27. doi :10.1002/(SICI)1098-1128(200001)20:1<1::AID-MED1>3.0.CO;2-A. PMID  10608919. S2CID  25117225.
  63. ^ Петек Б.Дж., Loggers ET, Поллак С.М., Джонс Р.Л. (февраль 2015 г.). «Трабектедин при саркомах мягких тканей». Морские наркотики . 13 (2): 974–83. дои : 10.3390/md13020974 . ПМЦ 4344612 . ПМИД  25686274. 
  64. ^ Аб Сингх Р., Шарма М., Джоши П., Рават Д.С. (август 2008 г.). «Клинический статус противораковых агентов, полученных из морских источников». Противораковые агенты в медицинской химии . 8 (6): 603–17. дои : 10.2174/187152008785133074. ПМИД  18690825.
  65. ^ Брахмачари Г (2010). Справочник по фармацевтическим натуральным продуктам . Вайнхайм: Wiley-VCH. ISBN 978-3-52732148-3.
  66. ^ Бегин Т., Депре-Пулен Р., Уилланд Н., Фоллеас Б., Депре Б. (июль 2008 г.). «Природные соединения: идеи или идеи? Биоинспирированные молекулы для открытия лекарств». Химическая биология и дизайн лекарств . 72 (1): 3–15. дои : 10.1111/j.1747-0285.2008.00673.x . PMID  18554253. S2CID  20973633.
  67. ^ Koehn FE, Carter GT (март 2005 г.). «Развивающаяся роль натуральных продуктов в открытии лекарств». Обзоры природы. Открытие наркотиков . 4 (3): 206–20. дои : 10.1038/nrd1657. PMID  15729362. S2CID  32749678.
  68. ^ Ньюман DJ, Cragg GM (март 2007 г.). «Натуральные продукты как источники новых лекарств за последние 25 лет». Журнал натуральных продуктов . 70 (3): 461–77. CiteSeerX 10.1.1.336.753 . дои : 10.1021/np068054v. ПМИД  17309302. 
  69. ^ Грансалке К. (февраль 2011 г.). «Кабинет лекарств матери-природы» (PDF) . Лабораторное время . 11 (1): 16–19. Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 года . Проверено 8 декабря 2013 г. Открытие лекарств. Является ли мать-природа по-прежнему источником номер один для создания многообещающих новых лекарств?
  70. ^ Атанасов А.Г., Вальтенбергер Б., Пферши-Венциг Э.М., Линдер Т., Ваврош С., Ухрин П., Теммл В., Ван Л., Швайгер С., Хейсс Э.Х., Роллингер Дж.М., Шустер Д., Бреусс Дж.М., Бочков В., Миховилович М.Д., Копп Б. , Бауэр Р., Дирш В.М., Штуппнер Х. (декабрь 2015 г.). «Открытие и пополнение запасов фармакологически активных натуральных продуктов растительного происхождения: обзор». Достижения биотехнологии . 33 (8): 1582–614. doi :10.1016/j.biotechadv.2015.08.001. ПМЦ 4748402 . ПМИД  26281720. 
  71. ^ Шрёр К. (2008). «Глава 1.1: История». Ацетилсалициловая кислота . Вайнхайм: Wiley-VCH. стр. 5–24. ISBN 978-3-527-62600-7.
  72. ^ Буссе Г.Д., Triggle DJ (2006). «История опиума и морфия». Морфин . Нью-Йорк: Издательство Chelsea House. стр. 8–23. ISBN 978-1-4381-0211-5.
  73. ^ Льюис Р.Дж., Дутертр С., Веттер I, Кристи MJ (апрель 2012 г.). «Фармакология пептидов яда конуса». Фармакологические обзоры . 64 (2): 259–98. дои :10.1124/пр.111.005322. PMID  22407615. S2CID  6115292.
  74. ^ де ла Бедуайер Г (2005). Открытие пенициллина . Лондон: Эванс. ISBN 978-0-237-52739-6.
  75. ^ Хартунг Э.Ф. (сентябрь 1954 г.). «История применения безвременника и родственных ему лекарств при подагре; с предложениями по дальнейшим исследованиям». Анналы ревматических болезней . 13 (3): 190–200. дои : 10.1136/ard.13.3.190. ПМЦ 1006735 . ПМИД  13198053. 
  76. ^ Снидер В. (2005). «Паклитаксел (таксол)». Открытие лекарств: история (пересмотренная и обновленная редакция). Чичестер: Уайли. стр. 112–113. ISBN 978-0-471-89979-2.
  77. ^ Ли Дж.Л. (2009). «Открытие Липитора». Триумф сердца: история статинов . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. стр. 71–96. ISBN 978-0-19-804351-5.
  78. ^ Снидер В. (2005). «Ингибиторы АПФ». Открытие лекарств: история (пересмотренная и обновленная редакция). Чичестер: Уайли. стр. 280–283. ISBN 978-0-471-89979-2.
  79. ^ Гомес-Эскрибано Дж. П., Альт С., Бибб MJ (апрель 2016 г.). «Секвенирование актинобактерий следующего поколения для открытия новых натуральных продуктов». Морские наркотики . 14 (4): 78. дои : 10.3390/md14040078 . ПМК 4849082 . ПМИД  27089350. 
  80. ^ аб Павар С.В., Хо Дж.К., Ядав Г.Д., Ядав В.Г. (2017). «Надвигающееся Возрождение открытия и разработки натуральных продуктов». Актуальные темы медицинской химии . 17 (2): 251–267. дои : 10.2174/1568026616666160530154649. ПМИД  27237327.
  81. ^ Blow N (май 2008 г.). «Метагеномика: исследование невидимых сообществ». Природа . 453 (7195): 687–90. Бибкод : 2008Natur.453..687B. дои : 10.1038/453687a . PMID  18509446. S2CID  29079319.
  82. ^ Браун К. (2009). «Это смешно!»: открытие и разработка пенициллина». Микробиология сегодня . 36 (1): 12–15. Архивировано из оригинала 12 января 2015 года . Проверено 12 января 2015 г.
  83. ^ Гауэр Д.Б., Макин Х.Л., ред. (2009). Стероидный анализ (2-е изд.). Дордрехт: Спрингер. ISBN 978-1-4020-9774-4.
  84. ^ Ходжкин, округ Колумбия. «Улучшение рентгеновского зрения». Нобелевская премия по химии 1964 года – Перспективы .
  85. ^ «История таксола» (PDF) . Американское общество фармакогнозии. Архивировано из оригинала (PDF) 12 декабря 2013 года.
  86. ^ Ходжкин, округ Колумбия, Кампер Дж., Маккей М., Пикворт Дж., Трублад К.Н., Уайт Дж.Г. (июль 1956 г.). «Структура витамина В12». Природа . 178 (4524): 64–6. Бибкод : 1956Natur.178...64H. дои : 10.1038/178064a0. PMID  13348621. S2CID  4210164.
  87. ^ аб Вудворд РБ (1973). «Полный синтез витамина В 12». Чистая и прикладная химия . 33 (1): 145–77. дои : 10.1351/pac197333010145 . PMID  4684454. S2CID  30641959.
  88. ^ аб Эшенмозер А (январь 1988 г.). «Витамин B12: эксперименты относительно происхождения его молекулярной структуры». Angewandte Chemie International Edition на английском языке . 27 (1): 5–39. дои : 10.1002/anie.198800051.
  89. ^ Хиткок CH (1996). «По мере того, как мы вступаем в 21 век, сохраняется ли ценность полного синтеза натуральных продуктов как исследовательской деятельности?». Химический синтез . Серия НАТО ASI. Том. 320. стр. 223–243. дои : 10.1007/978-94-009-0255-8_9. ISBN 978-94-010-6598-6.
  90. ^ Николау К.К. , Вурлумис Д., Винсингер Н., Баран PS (январь 2000 г.). «Искусство и наука тотального синтеза на заре двадцать первого века». Ангеванде Хеми . 39 (1): 44–122. doi :10.1002/(SICI)1521-3773(20000103)39:1<44::AID-ANIE44>3.0.CO;2-L. ПМИД  10649349.
  91. ^ Лайтнер Д.А. (2013). Билирубин: пигмент жизни Джекила и Хайда: поиски его структуры через две мировые войны к новому тысячелетию. Спрингер. п. 371. ИСБН 978-3-7091-1637-1.
  92. ^ Волощук Т., Фарина Н.С., Ваучоп О.Р., Кипровска М., Хаберфилд П., Грир А. (июль 2004 г.). «Молекулярная двусторонняя симметрия природных продуктов: предсказание селективности димерных молекул с помощью теории функционала плотности и полуэмпирических расчетов». Журнал натуральных продуктов . 67 (7): 1141–6. doi : 10.1021/np049899e. ПМИД  15270568.
  93. ^ Бредель М., Джейкоби Э. (апрель 2004 г.). «Хемогеномика: новая стратегия быстрого открытия целей и лекарств» (PDF) . Обзоры природы. Генетика . 5 (4): 262–75. CiteSeerX 10.1.1.411.9671 . дои : 10.1038/nrg1317. PMID  15131650. S2CID  11952369. 
  94. ^ Галусио Х.М., Монтейро Э.Ф., де Хесус Д.А., Коста CH, Сикейра Р.К., Сантос ГБ и др. (август 2019 г.). «In silico идентификация натуральных продуктов с противораковой активностью с использованием химико-структурной базы данных биоразнообразия Бразилии». Вычислительная биология и химия . 83 : 107102. doi : 10.1016/j.compbiolchem.2019.107102. PMID  31487609. S2CID  201845232.
  95. ^ Харви А.Л. (октябрь 2008 г.). «Натуральные продукты в открытии лекарств». Открытие наркотиков сегодня . 13 (19–20): 894–901. doi :10.1016/j.drudis.2008.07.004. ПМИД  18691670.
  96. ^ Чхетри Б.К., Лавуа С., Суини-Джонс А.М., Кубанек Дж. (июнь 2018 г.). «Последние тенденции в структурном пересмотре натуральных продуктов». Отчеты о натуральных продуктах . 35 (6): 514–531. дои : 10.1039/C8NP00011E. ПМК 6013367 . ПМИД  29623331. 
  97. ^ Херд Д.М., Тайлер Э.Р., Кокс Р.Дж., Симпсон Т.Дж., Уиллис К.Л. (январь 2020 г.). «Структурные и синтетические исследования малеинового ангидрида и родственных ему натуральных продуктов двухкислотных кислот» (PDF) . Тетраэдр . 76 (1): 130717. doi :10.1016/j.tet.2019.130717. hdl : 1983/53998d06-9017-4cfb-822b-c6453348000a. S2CID  209714625.
  98. ^ Ву Дж, Лоренцо П., Чжун С., Али М., Баттс С.П., Майерс Э.Л., Аггарвал В.К. (июль 2017 г.). «Совместное использование синтеза, вычислений и ЯМР позволяет выявить правильные структуры бауламицина» (PDF) . Природа . 547 (7664): 436–440. дои : 10.1038/nature23265. hdl : 1983/85161235-ea9f-4568-9f8a-19b42f4dff67 . PMID  28748934. S2CID  205258282.
  99. ^ Корселло М.А., Ким Дж., Гарг Н.К. (сентябрь 2017 г.). «Натуральные продукты индолдитерпеноидов как источник вдохновения для новых синтетических методов и стратегий». Химическая наука . 8 (9): 5836–5844. дои : 10.1039/C7SC01248A . ПМК 5618777 . ПМИД  28970940. 
  100. ^ Баран PS (апрель 2018 г.). «Полный синтез натуральных продуктов: увлекательно, как всегда, и здесь, чтобы остаться». Журнал Американского химического общества . 140 (14): 4751–4755. дои : 10.1021/jacs.8b02266 . ПМИД  29635919.
  101. ^ "Антуан Лоран Лавуазье. Химическая революция". Международная историческая химическая достопримечательность . Американское химическое общество.
  102. ^ аб Диас Д.А., Урбан С., Росснер У (2012). «Исторический обзор натуральных продуктов в открытии лекарств». Метаболиты . 2 (4): 303–36. дои : 10.3390/metabo2020303 . ПМК 3901206 . ПМИД  24957513. 
  103. ^ Шеврёль М.Е. (1823). «IX — Де ла холестерин». Recherches chimiques sur les corps gras d'origine Animale (на французском языке). стр. 153–160.
  104. ^ Пеллетье ПП, Кавенту ЖБ (1819). «Mémoire sur un nouvel alcali vegetal (la strychnine) trouvé dans la feve de Saint-Ignace, la noix vomique и т. д.» [Мемуары о новой растительной щелочи (стрихнине), обнаруженной в бобах Святого Игнатия, нукс-вомике и т. д. )]. Annales de Chimie et de Physique (на французском языке). 10 : 142–176.
  105. ^ Вёлер Ф (1828). «Ueber künstliche Bildung des Harnstoffs» [Об искусственном образовании мочевины]. Annalen der Physik und Chemie (на немецком языке). 88 (2): 253–256. Бибкод : 1828AnP....88..253W. дои : 10.1002/andp.18280880206.
  106. ^ "Юстус фон Либих и Фридрих Вёлер". Институт истории науки . Июнь 2016. Архивировано из оригинала 20 июня 2018 года . Проверено 21 марта 2018 г.
  107. ^ Либих Дж (1838). «Теория органических соединений Юбера Лорана» [О теории органических соединений Лорана]. Annalen der Pharmacie (на немецком языке). 25 (1): 1–31. дои : 10.1002/jlac.18380250102.
  108. ^ Кекуле А (1858). «Ueber die Construction und die Metamorphosen der chemischen Verbindungen und über die chemische Natur des Kohlenstoffs» [О строении и метаморфозе химических соединений и химической природе углерода]. Annalen der Chemie und Pharmacie (на немецком языке). 106 (2): 129–159. дои : 10.1002/jlac.18581060202.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с натуральными продуктами .