Presentation Cours Metii 031005.Ppt

Presentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.PptPresentation Cours Metii 031005.Ppt

Dược phẩm từ Hoạt Chất

Thứ Cấp Thực Vật

PGS.TS Trần Thị Lệ Minh

I Hoạt chất thứ cấp

II Các chu trình tổng hợp các hoạt chất thứ cấp

III Sự điều hòa sinh tổng hợp các hoạt chất thứ cấp (Regulation)

IV Các biện pháp kích thích sự sinh tổng hợp các hoạt chất thứ cấp

V Các biện pháp thu nhận các hoạt chất thứ cấp

Cây có khả năng chống lại tác hại của côn trùng, nấm, hoặc tiết ra một số chất ức chế sự nảy mầm của cây khác

Hoa thường có màu sắc và hương thơm để thu hút côn trùng, làm gia tăng quá trình thụ phấn

Sản xuất nước hoa, kem dưỡng da…

Thuốc trừ sâu bệnh

I Nhập Môn Hoạt Chất Thứ Cấp

Các đường đơn, các amino acids, protein, nucleic acids… Đấy là các

chất chuyển hóa sơ cấp mà tất cả cây trồng đều tổng hợp được Các chất này không thể thiếu được trong cuộc sống của cây trồng

Ngược lại, các hoạt chất thứ cấp (Secondary Metabolites) thường đặc

trưng cho loài (taxon) cây trồng

Role of primary metabolites

Secondary Metabolites of Plants

Các hợp chất này đóng vai trò quan trọng trong sự sống và sinh sản của thực vật (chống chịu với môi trường bất lợi, chống lại động vật ăn cỏ, tác nhân gây bệnh…phân tán phấn hoa và hạt nhờ vào màu sắc và hương

thơm của hoa)

THI

THI

Cây sản xuất nhiều loại hoạt chất thứ cấp khác nhau Hiện nay, có khoảng 100000 hợp chất được tìm thấy

từ cây

Mỗi năm có khoảng 4000 hợp chất mới được khám phá

a Tầm quan trọng kinh tế:

Hiện nay, tất cả các thuốc sử dụng trong y học phương tây khoảng 25% lấy từ cây trồng

Như: morphine, codeine, palitaxel (taxol), vinblastin, vincristine,

scopolamine, atropine… vẫn còn phải chiết xuất từ cây

Cây thông đỏ Cây thông đỏ

Taxus wallichiana

palitaxel (taxol)

Scopolamine, atropine : Cây cà độc dượcMorphine, codeine : Cây thuốc phiện

Vinblastin, vincristine : Cây dừa cạn

78% sản xuất kháng sinh

48% thuốc chống ung thư

13% các loại sản phẩm bắt nguồn từ tự nhiên khác

b Phát triển các loại thuốc mới

Thị trường dược phẩm thế giới : 250 tỉ USD/năm

Hiện nay, có khoảng 250000 giống cây khác nhau, lên đến 30 triệu giống côn trùng, 1,5 triệu nấm và tương

tự cho tảo và prokariodes

Tất cả các sinh vật này đều sống chung trong một hệ sinh thái, chúng thích hợp với điều kiện tự nhiên và

tương tác giữa chúng, như bảo vệ, cộng sinh, sự thụ phấn, vv…

Củng có các cây không chứa các hợp chất có lợi cho sức khỏe, mà chứa các hợp chất có độc Tính độc rất lớn như chronic, có hại cho người (độc cho gan) Pyrrolizidine alkaloids củng là hợp chất hại cho gan có trong các cây cỏ Glyco-alkaloids ở

khoai tây là một hợp chất độc có thể xuất hiện

trong thực phẩm.

Các hoạt chất thứ cấp thực vật đóng vai trò quan trọng trong nông nghiệp như chống lại dịch bệnh Vai trò này dần dần bắt đầu mở ra với những kết quả nhất định cho mục tiêu phát triễn kỹ thuật

chuyển hóa của các hoạt chất thứ cấp trong tương lai Ví dụ như sự gia tăng hiểu biết trong sự sinh tổng hợp phytoalexins (độc tố thực vật) và

antifeedants (chống ăn) mở ra cho hướng kỹ thuật

di truyền nhằm gia tăng tính kháng lây nhiễm nấm hoặc chống lại côn trùng.

Tóm lại

Đối với cây: Đóng vai trò quan trọng trong sự sinh

tồn và phân tán rộng rãi

Đối với con người: Sản xuất các chất tạo màu, mùi

hay dược liệu

II Các chu trình tổng hợp các hoạt chất thứ cấp chính

Hai chu trình chính dẫn đến sự hình thành các hoạt chất thứ cấp là

terpenoid và shikimate.

Chu trình shikimate là nguồn gốc cho sự tổng hợp các chất thơm Nó được tìm thấy ở vi sinh vật và cây

trồng, nhưng không có ở động vật có vú, dùng để chế tạo thuốc trừ cỏ (glyphosate) và kháng sinh, các hoạt chất này không ảnh hưởng đến hệ động vật có vú

Chu trình terpenoid:

Hai chu trình chính dẫn đến sự hình thành các hoạt chất thứ cấp là

terpenoid và shikimate.

Chu trình terpenoid tạo ra số lượng các chất thứ cấp như:

Monoterpenoids : Tinh dầu

Carotenoids : Màu sắc hoa (lôi cuốn côn trùng)

Sesqui-, di-, và triterpenes : Độc tố thực vật (Phytoalexins) chống vi khuẩn, Hormone(Abscisic acid, Gibberellins)

Mono- và sesquiterpenes : Chống sự ăn của động vật

III Sự điều hòa sinh tổng hợp các hoạt chất thứ cấp (Regulation)

Gene và enzyme

Mỗi cây sản xuất mỗi loại hoạt chất riêng, dùng cho các mục đích khác nhau, như là chống ăn, chống vi khuẩn, lôi cuốn ong bướm Các hợp chất này có thể

có ở tế bào trưởng thành để bảo vệ cây chống lại

côn trùng (phytoalexin như furocoumarine), hay

tăng phần quyến rủ của phấn hoa bởi màu sắc hoặc hương thơm

Gene

THI

Sự tác động đến gene thường thông qua việc gây vết thương hoặc gây nhiễm khuẩn, nấm Việc tác

đông đến gene có thể do các ảnh hưởng bên ngoài, như là elicitor hay phân tử nội sinh như là salicylic acid hay jasmonate…

- Gây vết thương hoặc nhiễm khuẩn

Linolenic acid

jasmonic acid MAP kinase

- Chuyển gene

Gene:

Chu trình tổng hợp các tropane alkaoids

Arginine Ornithine

Putrescine N-Acetyl ornithine

N-Methyl ornithine N-Methyl putrescine

H6H

Ngoài việc chuyển gene làm gia tăng sự sinh tổng hợp các hoạt chất thứ cấp,các nhà khoa học còn nghiên cứu chuyển các gene ức chế quá trình sinh tổng hợp các hoạt chất thứ cấp gây độc cho con người

Acide cinnamique L-Phénylalanine

Chu trình tổng hợp các furocoumarines: trị bệnh lang trắng (vitiligo)

và vảy nến (psoriasis)

Mảng đỏ trên da

TryptophanPrephenate

Phenylalanine/Tyrosine

Hai nhóm hoạt chất lớn nhất là alkaloids và terpenoids

*Alkaloids

Morphine Cocaine Caffeine Nicotine Atropine

*Terpenoids

Taxol cao su glycosides cardiotoniques

Các chất phenolique : Các Flavonoids, tanin, lignine, và acide salycilique

Tanin lignine Acide salicylique

IV Các biện pháp kích thích sự sinh tổng hợp các hoạt chất thứ cấp

Hiện nay, vẫn còn nhiều hoạt chất thứ cấp không được tổng hợp hóa học mà phải chiết xuất từ cây trồng do tất cả các chu trình biến dưỡng vẫn chưa được hoàn chỉnh Như trường hợp taxol và

artémisine, hai chất này vẫn phải bán tổng hợp từ các tiền chất chiết xuất từ thực vật vì để tổng hợp hóa học 2 chất này cực kì khó khăn và tốn kém

Các dạng như morphine, codeine, palitaxel,

vinblastin, vincristine, scopolamine, atropine,

pilocarpine, physostigmine và digoxin củng vẩn

phải chiết xuất từ cây trồng

Mặt khác, việc sản xuất các loại mỹ phẩm sử dụng các hợp chất thứ cấp chiết xuất từ cây trồng rất

được quan tâm do gần với thiên nhiên, tránh các ảnh hưởng phụ do các hợp chất được tổng hợp hóa học gây ra

Phần lớn các biện pháp kích thích gia tăng sự sinh tổng hợp các hoạt chất thứ cấp đều được thực hiện với các vật liệu thực vật nuôi cấy mô Các nhà

nghiên cứu đã áp dụng các yếu tố môi trường, sử dụng các tiền chất, các elicitor, và chuyển gene

nhằm nâng cao sự sinh tổng hợp các hoạt chất thứ cấp

Do vậy, việc nghiên cứu nhằm nâng cao sự sinh

tổng hợp các hoạt chất thứ cấp ở thực vật, đồng

thời các biện pháp thu nhận các hợp chất này là rất quan trọng

IV Các biện pháp kích thích sự sinh tổng hợp các hoạt chất thứ cấp

a Ảnh hưởng của môi trường

b Ảnh hưởng của tiền chất

d Ảnh hưởng của kỹ thuật di truyền

c Ảnh hưởng của elicitors

a Ảnh hưởng của môi trường

Ánh sáng Nhiệt độ Tia UV-B Ozone

CO2

a Ảnh hưởng của môi trường

* Ảnh hưởng của ánh sáng tự nhiên

Nam

Hydroponie DT

100%

Hydroponie DT

Hydroponie DT

THI

* Ảnh hưởng của ánh sáng tự nhiên

BắcNam

a Ảnh hưởng của môi trường

* Ảnh hưởng của ánh sáng tự nhiên

Nam

Hydroponie DT

100%

Hydroponie DT

Hydroponie DT

Littorine

Hyoscyamine Scopolamine

Phénylalanine

Acide phenyllactique

Tropanone Tropanol

Cảm ứng ánh sáng

H6H

Giả thuyết

b Ảnh hưởng của tiền chất

Trong một vài trường hợp, để rút ngắn quá trình biến

dưỡng và gia tăng quá trình sinh tổng hợp các hoạt chất quan tâm, người ta có thể cung cấp cho thực vật các tiền chất của phân tử mong muốn

Các nghiên cứu về ảnh hưởng

của tiền chất thường thực hiện

trong nuôi cấy tế bào ở môi

trường chất lỏng vì các tiền

chất dể được hòa tan

Chu trình sinh tổng hợp các alkaloids

Arginine

Ornithine

Putrescine N-Acetyl ornithine

N-Methyl ornithine N-Methyl putrescine

H6H

Phenylalanine và ornithine

c Ảnh hưởng của elicitors

Cell wall

NADPH oxidase complex

Linolenic acid

jasmonic acid MAP kinase

THITHI

Phần lớn các thực vật bị tấn công bởi các tác nhân gây bệnh như (côn trùng, nấm) đều sản xuất ra các hoạt chất thứ cấp

để tự bảo vệ Phản ứng tự bảo vệ này là do tác động của một

số phân tử đến các gene phòng vệ, các phân tử này được gọi

là elicitor Các elicitor có nhiều nguồn gốc khác nhau và

thường là các tác nhân gây bệnh Thường thì giai đoạn đầu tiên của phản ứng phòng vệ là do tác động đến jasmonic

acid.

Ngoài jasmonic acid, một số chất khác củng được xem như elicitor là chitosane, đồng, nhôm.

d Ảnh hưởng của kỹ thuật di truyền

- Sử dụng Agrobacterium rhizogenes

THI

- Sử dụng các gene có lợi

Arginine Ornithine

Putrescine N-Acetyl ornithine

N-Methyl ornithine N-Methyl putrescine

H6H

PMT

Acide cinnamique L-Phénylalanine

V Các biện pháp thu nhận các hoạt chất thứ cấp

Các hoạt chất thứ cấp sau khi đã được tổng hợp trong thực vật thì sẽ được chiết xuất và tinh sạch thành riêng từng hoạt chất mong muốn

Để chiết xuất, thường thì vật liệu thực vật tươi hoặc (làm khô - sấy

ở nhiệt độ thích hợp hoặc đông khô) được xay nhuyển Sau đó sẽ được trộn với dung môi thích hợp để hòa tan các hoạt chất chứa

trong thực vật

Để xác định hàm lượng các hoạt chất thứ cấp chứa trong cây,

dung môi sau khi đã hòa tan các hoạt chất thứ cấp sẽ được đo

bằng máy sắc ký khí (GC: Gas Chromatography), sắc ký lỏng

(HPLC: High Performance-Liquid-Chromatography), một số máy sắc ký khối phổ (MS: Mass-Spectrometry) như GC/MS,

HPLC/MS) hoặc CE: Capillary electrophoresis (điện di mao

quản)

Chẳng hạn như để chiết xuất các tropane alkaloids ở cây cà độc dược

100mg vật liệu thực vật khô, xay nhuyển + 5mL HCl 0,1N

Taxus 100 năm tuổi mới sản xuất được

Nuôi cấy rễ cây Datura innoxia Mill

Trong Bioreactor

Nuôi trồng thủy canh Datura

innoxia Mill

Gontier et al., 1999, 2001, 2002; Bourgaud et al., 2004

a Sử dụng các chất hóa học

Một số phương pháp làm tế bào tiết các hoạt

chất thứ cấp ra môi trường ngoài

b Sử dụng các tác nhân lý học

THI

THI

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Trường hợp xử lý rễ cây cà độc dược nuôi trồng thủy canh với Tween 20:

- Dung môi hữu cơ

Một số dung môi đã được dùng để kích thích sự tiết các hoạt chất thứ cấp ra môi trường dinh dưỡng trong nuôi cấy mô như methanol,

hexadecane, decanol, dibutylphthalate đã đem lại thành công đáng kể

Một số acid đã được dùng để kích thích sự tiết các hoạt chất thứ cấp như tropane alkaloids ra môi trường dinh dưỡng trong nuôi cấy mô như acid acetic, acid citric hoặc độ pH khoảng 4 đã đem lại thành công đáng kể

- Acid hữu cơ và/hoặc sự thay đổi độ pH

b Xử lý các mẫu thực vật với các tác nhân lý học

- Máy lắc siêu âm (sonicator)

Các cây trồng thủy canh

hoặc nuôi cấy mô được

- Nhiệt độTHI

- Xung điện (electroporation)

- Các chất hấp phụ (adsorbent, resin)