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植物化学物掌握内容植物化学物的分类及生物学作用硫化物、黄酮类化合物的生物学作用熟悉内容大豆皂甙、、异硫氰酸盐类化合物的生物学作用第一节植物化学物概述初级代谢产物主要是碳水化合物、蛋白质和脂肪．其主要作用:进行植物细胞的能量代谢和结构重建。次级代谢产物除个别是维生素前体物外均是非营养素成分．现统称为植物化学物.(phytochemicals)植物化学物概述植物含有多种低分子量的次级代谢产物。是生物进化过程中植物维持其与周围环境(包括紫外线)相互作用的生物活性分子。大量的流行病学调查结果证明，在蔬菜水果中含有一些生物活性物质，它们具有保护人体和预防慢性疾病的作用，引起了营养学家对植物次级代谢产物的兴趣。植物次级代谢产物对健康具有有益和有害的双重作用。在正常摄食条件下，几乎所有天然成分(除少数例外，如马铃薯中的龙葵素)对机体都是无害的，许多过去认为对健康不利的植物化学物如卷心菜中存在的蛋白酶抑制剂和芥子油甙是有害于健康的，现在却发现它们有明显的抗氧化和抑制肿瘤的作用。一、植物化学物的分类按化学结构或功能特点进行分类。几组主要的植物化学物列于表2—1，从该表中可见它们的生理作用有很大区别。表2-1植物化学物的分类及其主要作用植物化学物生物学作用抗癌抗微生物抗氧化抗血栓免疫调节抑制炎症影响血压降胆固醇调节血糖促进消化类胡萝卜素ＯＯＯＯ植物固醇ＯＯ皂甙ＯＯＯＯ芥子油甙ＯＯＯ多酚ＯＯＯＯＯＯＯＯ蛋白酶抑制剂ＯＯ单萜类ＯＯ植物雌激素ＯＯ硫化物ＯＯＯＯＯＯＯＯＯ植酸ＯＯＯＯ分类(一)类胡萝卜素类胡萝卜素是水果和蔬菜中广泛存在的植物次级代谢产物，通常分成无氧和含氧两种类型。分类(一)类胡萝卜素在自然界存在的700多种天然类胡萝卜素中，对人体营养有意义的大约在40—50种。人类血清中含有不同比例的类胡萝卜素，主要以无氧型类胡萝卜素的形式存在，如α—和β—胡萝卜素和番茄红素。分类(二)植物固醇(phytosterols)主要存在于植物的种籽及其油料中，与胆固醇的结构区别是增加了一个侧链,可抑制胆固醇的吸收,降低胆固醇的作用。分类(三)皂甙(saponins)是一类具有苦味的化合物，可与蛋白质和脂类(如胆固醇)形成复合物，豆科植物中皂甙特别丰富。由于皂甙具有溶血的特性，一直被认为对健康有害，人群实验却未能证实其危害。目前一些国家已批准将某些皂甙作为食品添加剂用于饮料，如美国和加拿大将其作为泡沫稳定剂用在啤酒中，英国用在无酒精饮料中。分类(四)芥子油甙(glucosinolates)存在于所有十字花科植物中，降解产物具有典型的芥末、辣根和花椰菜的味道。借助于植物中葡糖硫苷酶的作用，植物组织的机械性损伤可将芥子油甙转变为有实际活性的物质，即异硫氰酸盐、硫氰酸盐和吲哚。白菜加热，芥子油甙含量可减少30％~60％。芥子油甙的代谢产物可在小肠完全吸收。分类(五)多酚(polyphenols)是所有酚类衍生物的总称，主要为酚酸(包括羟基肉桂酸)和类黄酮(主要存在于水果和蔬菜的外层及整粒的谷物中)。多酚新鲜蔬菜中的多酚可高达0.1％，例如莴苣绿叶；绿叶蔬菜中类黄酮的含量随着蔬菜的成熟而增高。户外大地蔬菜中类黄酮的含量明显高于大棚蔬菜中的含量。最常见的类黄酮是槲皮素。分类(六)蛋白酶抑制剂存在于所有植物中，特别是豆类、谷类等种籽中含量更高。哺乳动物肠道中的蛋白酶抑制剂主要阻碍内源性蛋白酶(如胰蛋白酶)的活性，导致机体加强消化酶的合成反应。蛋白酶是使一些癌症具有侵袭能力的重要因子，蛋白酶抑制剂与蛋白酶形成复合物，阻断酶的催化位点。蛋白酶抑制剂人体平均每日摄入的胰蛋白酶抑制剂约为295mg，素食者摄入的蛋白酶抑制剂更多。所吸收的蛋白酶抑制剂能以生物活性形式在各组织中被检测出来，主要具有抑制肿瘤和抗氧化的作用。分类(七)单萜类(monoterpenes)调料类植物中所存在的植物化学物主要是典型的食物单萜类物质，如薄荷中的薄荷醇、香菜种籽中的香芹酮、柑桔油中的柠檬油精。单萜类物质的每日摄入量大约为150mg。分类(八)植物雌激素存在于植物中，可结合到哺乳动物体内雌激素受体上并能发挥类似于内源性雌激素作用的成分。异黄酮(isoflavones)和木聚素:化学结构是多酚类物质，属于植物雌激素。异黄酮几乎全部存在于大豆和大豆制品中。植物雌激素的作用只占人体雌激素作用的0.1％，尿中植物雌激素的含量可比内源性雌激素高10—1000倍。植物雌激素可发挥雌激素和抗雌激素两种作用。分类(九)硫化物(sulphides)大蒜中的主要活性物质是氧化形式的二丙烯基二硫化物,称蒜素(allicin);蒜素中的基本物质是蒜苷,结构受损时，蒜苷在蒜氨酸酶的作用下形成蒜素。新鲜大蒜中蒜素的含量可高达4g／kg。白菜中也含有硫化物，由于缺少蒜氨酸酶不能形成具有生物活性的硫化物代谢产物。分类(十)植酸存在于豆类和谷类食物中，富含磷的一种有机化合物，逐渐在证实其有抗癌、抗氧化、调节免疫功能、抗血小板等方面的生物功能。二、植物化学物的生物学作用(一)抗癌作用(二)抗氧化作用(三)免疫调节作用(四)抗微生物作用(五)降低胆固醇作用(一)抗癌作用各种癌症类型中有1/3与营养因素有关。蔬菜和水果中所富含的植物化学物多有防止人类癌症发生的潜在作用，大约有30余种植物化学物质可降低人群癌症发病率。癌症的发生是一个多阶段过程，植物化学物几乎可以在每一个阶段抑制肿瘤的发生。动物试验中发现，某些植物性食物可抑制自发性肿瘤和化学物诱导性肿瘤；研究证明植物化学物的生物学作用抗癌作用致癌物(如亚硝胺)通常以未活化的形式被体内摄取,由Ⅰ相酶(如细胞色素P450)介导的内源性生物活化是致癌的先决条件,而Ⅱ相酶(谷胱甘肽-S-转移酶,GST)通常是对已活化的致癌物发挥减毒作用。植物化学物的生物学作用抗癌作用植物化学物(如芥子油甙、多酚、单萜类、硫化物等)通过抑制Ⅰ相酶和诱导Ⅱ相酶来抑制致癌作用，如十字花科植物提取的芥子油甙的代谢物萝卜硫素可活化细胞培养系统中具有去毒作用的Ⅱ相酶-苯醌还原酶某些酚酸可与活化的致癌剂发生共价结合并掩盖DNA与致癌剂的结合位点，可抑制由DNA损伤所造成的致癌作用。植物化学物的生物学作用抗癌作用植物雌激素对机体激素代谢有影响。动物试验表明，植物雌激素和芥子油甙的代谢物吲哚-3-甲醇可影响雌激素的代谢。雌激素对某些肿瘤生长有轻度促进作用，而植物性雌激素可降低雌激素的促癌作用。植物化学物的生物学作用（二）抗氧化作用癌症与心血管疾病的发病机制与反应性氧分子及自由基的存在有关。保护系统：1、抗氧化酶系统（SOD、GSH-Px等）2、内源性抗氧化物（尿酸、谷胱甘肽、a-硫辛酸、辅酶Q10等）3、营养素（VE、VC等）4、植物化学物（类胡萝卜素、多酚、植物雌激素、蛋白酶抑制剂、硫化物等。）抗氧化作用在植物源性食物的所有抗氧化物中，多酚抗氧化作用最高。红葡萄酒中的多酚可更有效地保护低密度脂蛋白胆固醇不被氧化。某些种类的蔬菜对DNA氧化性损伤具有保护作用。植物化学物的生物学作用(三)免疫调节作用类胡萝卜素对免疫功能有调节作用；类黄酮具有免疫抑制作用；皂甙、硫化物和植酸具有增强免疫功能的作用。植物化学物的生物学作用(四)抗微生物作用蒜素是大蒜中的硫化物，有很强的抗微生物作用。芥子油甙的代谢物异硫氰酸盐和硫氰酸盐具有抗微生物活性。混合食用水芹、金莲花和辣根后，泌尿道中芥子油甙的代谢物能够达到治疗尿路感染的有效浓度。酸莓和黑莓可预防和治疗感染性疾病。植物化学物的生物学作用(五)降胆固醇作用植物化学物（皂甙、植物固醇、硫化物和生育三烯酚等）有降低血胆固醇水平的作用.用提取的植物固醇，如β—谷固醇治疗高胆固醇血症，取得一定效果。植物固醇可减少胆固醇的肠外吸收。植物化学物降低胆固醇的作用机制皂甙:在肠中与初级胆酸结合形成微团，微团不能通过肠壁而减少了胆酸的吸收，使胆酸的排出增加；皂甙可增加初级胆酸在肝脏中的合成，降低血中的胆固醇浓度。生育三烯酚、硫化物：可抑制肝中胆固醇代谢的关键酶（HMG-CoA）。植物化学物的生物学作用植物化学物还具有调节血压、血糖和血凝以及抑制炎症等作用。对健康保护作用的流行病学证据200多项流行病学研究结果证实：大量食用蔬菜和水果可以预防人类多种癌症的发生，发生率大约低50％。尤其对胃肠道、肺和口腔／喉的上皮肿瘤。乳腺癌和前列腺癌与食用大量蔬菜有关。流行病学证据还显示摄入大量蔬菜和水果可降低男性脑卒中的危险性。对健康保护作用的流行病学证据目前已建立了食物和体液中多种植物化学物的检测方法，而且能够对其浓度、生物利用率和生物动力学进行评价。但对某些植物化学物与特殊疾病发病率之间的关系，尚需进一步的流行病学调查及实验研究，还需要识别出一些短期的生物标志物作为健康保护作用的指标。对健康保护作用的流行病学证据随着生命科学研究的不断深入和发展，营养学家将会准确地告诉人们应吃哪种食物，吃多少，而不是像今天这样笼统地说“多吃蔬菜和水果”。某些人工培育或基因工程生产的植物化学物，按正常饮食习惯使用也可能会产生毒性作用。第二节多酚类化合物酚酸及类黄酮一、黄酮类化合物的结构与类型黄酮类化合物(flavonoids)亦称类黄酮，是广泛存在于植物界的一大类多酚化合物，多以甙类形式存在，也有一部分以游离形式存在。黄酮类化合物泛指两个苯环(A与B环)通过中央三碳链相互连接而形成一系列化合物，结构式见图2—1。天然黄酮类化合物系为上述基本母体的衍生物，常见的取代基有-OH、-OCH3等。其中主要有6类：①黄酮及黄酮醇类，该类的槲皮素及其甙类为植物界分布最广、最多的黄酮类化合物；②二氢黄酮及二氢黄酮醇类，存在于精炼玉米油中；③黄烷醇类，茶叶中的茶多酚主要是由儿茶素组成。④异黄酮及二氢异黄酮类，主要存在于豆科等植物中，如葛根素、大豆素；⑤双黄酮类，多见于裸子植物中，如银杏黄酮；⑥其它，如查耳酮、花色甙等。生物活性抗氧化活性，不同的黄酮类化合物具有不同的抗氧化活性，它们对自由基清除作用的强弱主要与其结构有关：①清除自由基能力与羟基的位置和数目有关，酚羟基数目越多，则可与活性自由基结合的氢原子也越多；②B环上邻二酚羟基的存在可极大地增强其抗氧化活性，这是高效黄酮类抗氧化剂的结构基础，一般具有强抗氧化活性的黄酮类均有3’，4’—邻苯二酚结构；③高效黄酮类抗氧化剂大多具有5，7位酚羟基，这两处酚羟基易与金属离子络合，且7位羟基具有较强的酸性，利于发挥抗氧化作用；④双键、羟基成甙、4位羰基及羟基的甲氧基化等对黄酮类化合物的抗氧化作用均有影响。二、黄酮类化合物的生物学作用(一)抗氧化作用(二)抗肿瘤作用(三)保护心血管作用(四)抗突变作用(五)其他生物学作用黄酮类化合物的生物学作用(一)抗氧化作用抗氧化性能和清除自由基的能力1、直接清除自由基黄酮类化合物可阻断自由基传递过程，中断链锁反应。阻止不饱和脂肪酸、花生四烯酸的过氧化，减少对生物膜的破坏。还可经单电子转移方式直接清除单线态氧、羟自由基等。黄酮类化合物的生物学作用(一)抗氧化作用2、间接清除体内自由基可与蛋白质进行沉淀，作用于与自由基有关的酶，槲皮素可抑制黄嘌呤氧化酶的活性，对细胞色素P450也有抑制作用，抑制体内的脂质过氧化过程。与具有诱导氧化作用的金属离于络合。与其它营养素合用时可具有协同作用，如儿茶素与维生素C、维生素E合用时抗氧化效果更好。黄酮类化合物的生物学作用(二)抗肿瘤作用茶叶的抗癌作用机制主要包括阻断亚硝胺类致癌物的合成、干扰致癌物在体内活化、清除自由基、抗突变、对肿瘤细胞直接抑制、增强机体的免疫功能等。黄酮类化合物的生物学作用(二)抗肿瘤作用大豆异黄酮是大豆及其制品中的一类黄酮类化合物，主要有黄豆甙原和染料木苷，具有雌激素活性，对雌激素表现为拮抗作用，因而对激素相关的癌症(如乳腺癌)有保护作用。还可抑制调节细胞分化的酪氨酸激酶活性也可抑制DNA修复的交联异构酶。黄酮类化合物的生物学作用(二)抗