อาหารและผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ
 Show
ขั้นตอนการทำสบู่เหลวแบบธรรมชาติ8 ส.ค. 2562 สบู่เหลวธรรมชาติ คือของเหลวที่มีส่วนผสมของเนื้อสบู่ 25% นอกนั้นเป็นน้ำ อาจมีส่วนประกอบอื่นๆ เพียงเล็กน้อย มีคุณสมบัติใช้ชำระล้างทำความสะอาดส่วนต่างๆ ของร่างกาย
ขั้นตอนการทำสบู่สมุนไพร8 ส.ค. 2562 สบู่สมุนไพร ก็คือสบู่ธรรมชาติที่เติมสารสกัดสมุนไพรลงไปในสัดส่วนที่เหมาะสม เพื่อให้สบู่มีสรรพคุณพิเศษในการบำรุงผิวพรรณ
ขั้นตอนการทำสบู่ธรรมชาติ8 ส.ค. 2562 สบู่ธรรมชาติ เป็นสบู่ที่ผลิตขึ้นโดยวิธีธรรมชาติ ปราศจากสารเคมีสังเคราะห์ สามารถผลิตใช้เองได้ในครอบครัว เพื่อความประหยัดและความปลอดภัย ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่เป็นสารเคมีหรือสารที่ผลิตโดยใช้ชีวิตที่มีชีวิตนั่นคือที่พบในธรรมชาติ
[2] [3]ในความหมายกว้างผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ ได้แก่ สารใด ๆ ที่ผลิตโดยชีวิต[4]
[5]ผลิตภัณฑ์ธรรมชาตินอกจากนี้ยังสามารถจัดทำขึ้นโดยการสังเคราะห์สารเคมี
(ทั้งsemisynthesisและสังเคราะห์ทั้งหมด ) และมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาด้านการเคมีอินทรีย์ด้วยการจัดหาเป้าหมายสังเคราะห์ที่ท้าทาย
นอกจากนี้ยังมีการขยายคำว่าผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติเพื่อวัตถุประสงค์ทางการค้าเพื่ออ้างถึงเครื่องสำอางผลิตภัณฑ์เสริมอาหารและอาหารที่ผลิตจากแหล่งธรรมชาติโดยไม่ต้องเติมส่วนผสมเทียม [6] ภายในเขตของเคมีอินทรีย์นิยามของผลิตภัณฑ์ธรรมชาติมักจะ จำกัด ให้สารประกอบอินทรีย์ที่แยกได้จากแหล่งธรรมชาติที่มีการผลิตโดยสูตรของหลักหรือการเผาผลาญอาหารรอง[7]ในสาขาเคมียาคำจำกัดความมักจะ จำกัด เฉพาะสารทุติยภูมิต่อไป [8] [9]สารทุติยภูมิไม่จำเป็นต่อการอยู่รอด แต่อย่างไรก็ตามให้สิ่งมีชีวิตที่สร้างความได้เปรียบในการวิวัฒนาการ [10]สารทุติยภูมิจำนวนมากเป็นพิษต่อเซลล์และได้รับการคัดเลือกและปรับให้เหมาะสมโดยใช้วิวัฒนาการเพื่อใช้เป็นตัวแทน "การทำสงครามเคมี" กับเหยื่อผู้ล่าและสิ่งมีชีวิตที่แข่งขันกัน [11] แหล่งน้ำธรรมชาติอาจนำไปสู่การวิจัยขั้นพื้นฐานกับองค์ประกอบออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่มีศักยภาพในการพัฒนาเชิงพาณิชย์เช่นสารตะกั่วในการค้นพบยาเสพติด [12]แม้ว่าผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติจะเป็นแรงบันดาลใจให้กับยาจำนวนมาก แต่การพัฒนายาจากแหล่งธรรมชาติได้รับความสนใจลดลงในศตวรรษที่ 21โดย บริษัท ยาส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากการเข้าถึงและจัดหาที่ไม่น่าเชื่อถือทรัพย์สินทางปัญญาต้นทุนและผลกำไรความแปรปรวนตามฤดูกาลหรือสิ่งแวดล้อมของ องค์ประกอบและการสูญเสียแหล่งที่มาเนื่องจากอัตราการสูญพันธุ์ที่เพิ่มขึ้น [12] ชั้นเรียนคำจำกัดความที่กว้างที่สุดของผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติคืออะไรก็ได้ที่เกิดจากชีวิต[4] [13]และรวมถึงสิ่งที่ชอบของวัสดุชีวภาพ (เช่นไม้ผ้าไหม) วัสดุชีวภาพ (เช่นพลาสติกชีวภาพแป้งข้าวโพด) ของเหลวในร่างกาย (เช่นนม , สารหลั่งจากพืช) และวัสดุธรรมชาติอื่น ๆ (เช่นดินถ่านหิน) คำจำกัดความที่เข้มงวดยิ่งขึ้นของผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติคือสารประกอบอินทรีย์ที่สังเคราะห์โดยสิ่งมีชีวิต [7]ส่วนที่เหลือของบทความนี้ จำกัด ตัวเองให้อยู่ในคำจำกัดความที่แคบกว่านี้ [ ต้องการอ้างอิง ] ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติอาจจำแนกได้ตามหน้าที่ทางชีวภาพวิถีการสังเคราะห์ทางชีวภาพหรือแหล่งที่มา จำนวนโมเลกุลของผลิตภัณฑ์ธรรมชาติโดยประมาณประมาณ 326,000 โมเลกุล [14] ฟังก์ชันต่อไปนี้Albrecht Kosselข้อเสนอเดิม 'ในปี 1891 [15]ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติมักจะแบ่งออกเป็นสองชั้นที่สำคัญสารประถมศึกษาและมัธยมศึกษา [16] [17]เมตาบอไลต์หลักมีหน้าที่ภายในที่จำเป็นต่อการอยู่รอดของสิ่งมีชีวิตที่สร้างขึ้น สารทุติยภูมิในทางตรงกันข้ามมีหน้าที่ภายนอกที่ส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตอื่นเป็นหลัก สารทุติยภูมิไม่จำเป็นต่อการอยู่รอด แต่จะเพิ่มความสามารถในการแข่งขันของสิ่งมีชีวิตภายในสภาพแวดล้อมของมัน เนื่องจากความสามารถในการปรับเปลี่ยนเส้นทางการถ่ายทอดทางชีวเคมีและสัญญาณสารทุติยภูมิบางชนิดจึงมีคุณสมบัติทางยาที่เป็นประโยชน์ [ ต้องการอ้างอิง ] ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติโดยเฉพาะในสาขาเคมีอินทรีย์มักถูกกำหนดให้เป็นเมตาบอไลต์หลักและทุติยภูมิ ความหมายที่ จำกัด มากขึ้น จำกัด ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติเพื่อสารทุติยภูมิที่เป็นที่นิยมใช้ภายในสาขาของยาเคมีและเภสัช [13] สารหลักสารหลักที่กำหนดโดย Kossel เป็นส่วนประกอบของวิถีการเผาผลาญขั้นพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับชีวิต มีความเกี่ยวข้องกับการทำงานของเซลล์ที่จำเป็นเช่นการดูดซึมสารอาหารการผลิตพลังงานและการเจริญเติบโต / การพัฒนา พวกเขามีการกระจายสายพันธุ์กว้างที่ครอบคลุมหลายphylaและบ่อยครั้งมากกว่าหนึ่งอาณาจักร สารหลัก ได้แก่ คาร์โบไฮเดรตไขมันกรดอะมิโนและกรดนิวคลีอิก[16] [17]ซึ่งเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของชีวิต [18] สารหลักที่เกี่ยวข้องกับการผลิตพลังงานรวมถึงระบบทางเดินหายใจและการสังเคราะห์ เอนไซม์ ในทางกลับกันเอนไซม์ประกอบด้วยกรดอะมิโนและมักเป็นปัจจัยร่วมที่ไม่ใช่เปปทิดิกซึ่งจำเป็นต่อการทำงานของเอนไซม์ [19]โครงสร้างพื้นฐานของเซลล์และสิ่งมีชีวิตยังประกอบด้วยเมตาบอไลต์หลัก เหล่านี้รวมถึงเยื่อหุ้มเซลล์ (เช่นphospholipids ) ผนังเซลล์ (เช่นpeptidoglycan , ไคติน ) และcytoskeletons (โปรตีน) [20] ประถมศึกษาปัจจัยเอนไซม์ metabolite รวมถึงสมาชิกของวิตามินบีครอบครัว วิตามินบี 1เป็นไทอามีนไดฟอสเฟตเป็นโคเอนไซม์สำหรับpyruvate dehydrogenase , 2-oxoglutarate dehydrogenaseและtransketolaseซึ่งเกี่ยวข้องกับการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรต วิตามินบี 2 (ไรโบฟลาวิน) เป็นส่วนประกอบของFMNและFADซึ่งจำเป็นสำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์หลายชนิด วิตามิน B3 (กรด nicotinic หรือไนอาซิน) สังเคราะห์จากโพรไบโอเป็นส่วนประกอบของโคเอนไซม์ที่NAD +และNADP +ซึ่งจะเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการขนส่งอิเล็กตรอนในวงจร Krebs , phosphorylation oxidativeเช่นเดียวกับหลายปฏิกิริยาอื่น ๆ วิตามินบี 5 (กรดแพนโทธีนิก) เป็นส่วนประกอบของโคเอนไซม์เอซึ่งเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรตและกรดอะมิโนตลอดจนการสังเคราะห์ทางชีวภาพของกรดไขมันและโพลีคีไทด์ วิตามินบี 6 (pyridoxol, pyridoxal และ pyridoxamine) เนื่องจาก pyridoxal 5′-phosphate เป็นปัจจัยร่วมสำหรับเอนไซม์หลายชนิดโดยเฉพาะ transaminases ที่เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญกรดอะมิโน วิตามินบี 12 (cobalamins) มีคอร์รินแหวนที่คล้ายกันในโครงสร้างporphyrinและเป็นโคเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับการ catabolism ของกรดไขมันเป็นอย่างดีสำหรับการสังเคราะห์ของmethionine [21] : บทที่ 2 DNAและRNAซึ่งเก็บและส่งข้อมูลทางพันธุกรรมประกอบด้วยสารหลักของกรดนิวคลีอิก [19] ผู้สื่อสารครั้งแรกที่มีการส่งสัญญาณโมเลกุลที่ควบคุมการเผาผลาญหรือความแตกต่างของโทรศัพท์มือถือ โมเลกุลของสัญญาณเหล่านี้รวมถึงฮอร์โมนและปัจจัยการเจริญเติบโตซึ่งประกอบด้วยเปปไทด์, เอมีนไบโอนิก , ฮอร์โมนสเตียรอยด์ , ออกซิน , จิบเบอเรลลินเป็นต้นสารตัวแรกเหล่านี้ทำปฏิกิริยากับตัวรับเซลล์ซึ่งประกอบด้วยโปรตีน ตัวรับเซลลูล่าร์จะเปิดใช้งานผู้ส่งสารตัวที่สองเพื่อถ่ายทอดข้อความภายนอกเซลล์ไปยังเป้าหมายภายในเซลล์ โมเลกุลเหล่านี้ส่งสัญญาณรวมถึงสารหลักนิวคลีโอวงจร , diacyl กลีเซอรอลฯลฯ[22] สารทุติยภูมิตัวอย่างตัวแทนของแต่ละคลาสหลักของสารทุติยภูมิ ทุติยภูมิในทางตรงกันข้ามกับเมตาบอไลต์หลักนั้นสามารถจ่ายได้และไม่จำเป็นอย่างยิ่งสำหรับการอยู่รอด นอกจากนี้สารทุติยภูมิมักมีการกระจายพันธุ์ที่แคบ [ ต้องการอ้างอิง ] สารทุติยภูมิมีหน้าที่หลากหลาย เหล่านี้รวมถึงฟีโรโมนที่ทำหน้าที่เป็นสัญญาณโมเลกุลทางสังคมกับบุคคลอื่น ๆ ในเผ่าพันธุ์เดียวกันโมเลกุลของการสื่อสารที่ดึงดูดและเปิดใช้งานทางชีวภาพชีวิตตัวแทนที่ละลายและการขนส่งสารอาหาร ( siderophoresฯลฯ ) และอาวุธในการแข่งขัน ( ไล่ , พิษ , สารพิษฯลฯ ) ที่ใช้กับคู่แข่งเหยื่อและผู้ล่า [23]สำหรับสารทุติยภูมิอื่น ๆ ไม่ทราบหน้าที่ สมมติฐานหนึ่งคือพวกเขามอบความได้เปรียบในการแข่งขันให้กับสิ่งมีชีวิตที่สร้างมันขึ้นมา [24]อีกมุมมองหนึ่งคือในการเปรียบเทียบกับระบบภูมิคุ้มกันสารทุติยภูมิเหล่านี้ไม่มีหน้าที่เฉพาะเจาะจง แต่การมีเครื่องจักรในการผลิตโครงสร้างทางเคมีที่หลากหลายเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญและจึงมีการผลิตและคัดเลือกสารทุติยภูมิเพียงไม่กี่ชนิด [25] ทั่วไปเรียนโครงสร้างของสารทุติยภูมิ ได้แก่คาลอยด์ , phenylpropanoids , โพลีคีไทด์และterpenoids [7] การสังเคราะห์ทางชีวภาพการสังเคราะห์ทางชีวภาพของสารหลักและรอง [21] : บทที่ 2 เส้นทางการสังเคราะห์ทางชีวภาพที่นำไปสู่ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติประเภทต่างๆมีรายละเอียดดังนี้ [13] [21] : บทที่ 2
คาร์โบไฮเดรตคาร์โบไฮเดรตเป็นแหล่งพลังงานที่จำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ นอกจากนี้โพลีแซ็กคาไรด์ที่เกิดจากคาร์โบไฮเดรตที่เรียบง่ายเป็นส่วนประกอบโครงสร้างที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตหลายชนิดเช่นผนังเซลล์ของแบคทีเรียและพืช [ ต้องการอ้างอิง ] คาร์โบไฮเดรตเป็นผลิตภัณฑ์ของพืชสังเคราะห์แสงและสัตว์gluconeogenesis การสังเคราะห์ด้วยแสงก่อให้เกิด3-phosphoglyceraldehydeในขั้นต้นซึ่งเป็นคาร์บอนสามอะตอมที่มีน้ำตาล ( ไตรโอส ) [21] : บทที่ 8 triose ในทางกลับกันนี้อาจจะเปลี่ยนเป็นน้ำตาลกลูโคส (อะตอมหกคาร์บอนที่มีน้ำตาล) หรือความหลากหลายของนํ้าตาลแพนโต (ห้าอะตอมของคาร์บอนที่มีน้ำตาล) ผ่านคาลวินวงจร ในสัตว์สารตั้งต้นของคาร์บอนทั้งสามคือแลคเตทหรือกลีเซอรอลสามารถเปลี่ยนเป็นไพรูเวตซึ่งจะเปลี่ยนเป็นคาร์โบไฮเดรตในตับได้ [ ต้องการอ้างอิง ] กรดไขมันและโพลีคีไทด์ผ่านกระบวนการของglycolysisน้ำตาลจะแบ่งออกเป็นacetyl-CoA ในการขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาของเอทีพีเร่งปฏิกิริยาเอนไซม์, acetyl-CoA เป็น carboxylated ไปยังแบบฟอร์มmalonyl-CoA Acetyl-CoA และ malonyl-CoA รับการควบแน่น Claisenกับการสูญเสียของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในรูปแบบacetoacetyl-CoA ปฏิกิริยาการควบแน่นเพิ่มเติมผลิตน้ำหนักโซ่โพลีβ-Keto เนื่องโมเลกุลที่สูงขึ้นซึ่งจะถูกแปลงแล้วเป็นอื่น ๆโพลีคีไทด์ [21] : บทที่ 3ระดับโพลีคีไทด์ของผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติมีโครงสร้างและหน้าที่ที่หลากหลายรวมถึงพรอสตาแกลนดินและยาปฏิชีวนะแมคโครไลด์ [ ต้องการอ้างอิง ] หนึ่งโมเลกุลของ acetyl-CoA (ที่ "หน่วยเริ่มต้น") และอีกหลายโมเลกุล malonyl-CoA ( "หน่วยขยาย") จะข้นโดยไขมันที่เทสกรดเพื่อผลิตกรดไขมัน [21] : บทที่ 3กรดไขมันเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของลิพิดบิไลเยอร์ที่สร้างเยื่อหุ้มเซลล์เช่นเดียวกับที่เก็บพลังงานไขมันในสัตว์ [ ต้องการอ้างอิง ] แหล่งที่มาผลิตภัณฑ์ธรรมชาติอาจจะสกัดจากเซลล์ , เนื้อเยื่อและสารคัดหลั่งของจุลินทรีย์ , พืชและสัตว์ [26] [27]สารสกัดหยาบ ( ไม่หักเห ) จากแหล่งใดแหล่งหนึ่งเหล่านี้จะประกอบด้วยสารประกอบทางเคมีที่มีความหลากหลายทางโครงสร้าง ความหลากหลายทางเคมีในธรรมชาติจะขึ้นอยู่กับความหลากหลายทางชีวภาพเพื่อให้นักวิจัยเก็บตัวอย่างจากทั่วโลกในการวิเคราะห์และประเมินผลในหน้าจอการค้นพบยาเสพติดหรือbioassays ความพยายามที่จะค้นหาผลิตภัณฑ์ธรรมชาติที่ใช้งานทางชีวภาพเป็นที่รู้จักกันbioprospecting [26] [27] Pharmacognosyมีเครื่องมือในการตรวจจับแยกและระบุผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพซึ่งสามารถพัฒนาขึ้นเพื่อใช้เป็นยาได้ เมื่อแยก"หลักการออกฤทธิ์"ออกจากยาแผนโบราณหรือวัสดุชีวภาพอื่น ๆ สิ่งนี้เรียกว่า "ตี" จากนั้นจะมีการดำเนินงานทางวิทยาศาสตร์และกฎหมายในภายหลังเพื่อตรวจสอบความถูกต้อง (เช่นการชี้แจงกลไกการดำเนินการยืนยันว่าไม่มีความขัดแย้งในทรัพย์สินทางปัญญา ) นี้จะตามมาด้วยการตีที่จะนำไปสู่ขั้นตอนของการค้นพบยาเสพติดที่อนุพันธ์ของสารประกอบที่ใช้งานมีการผลิตในความพยายามที่จะปรับปรุงของความแรงและความปลอดภัย [28] [29]ด้วยวิธีนี้และวิธีที่เกี่ยวข้องยาแผนปัจจุบันสามารถพัฒนาได้โดยตรงจากแหล่งธรรมชาติ [ ต้องการอ้างอิง ] แม้ว่ายาแผนโบราณและวัสดุชีวภาพอื่น ๆ ถือเป็นแหล่งสารประกอบใหม่ที่ดีเยี่ยม แต่การสกัดและการแยกสารประกอบเหล่านี้อาจเป็นกระบวนการที่ช้ามีราคาแพงและไม่มีประสิทธิภาพ สำหรับการผลิตขนาดใหญ่อาจมีความพยายามในการผลิตสารประกอบใหม่โดยการสังเคราะห์ทั้งหมดหรือการสังเคราะห์กึ่งสังเคราะห์ [30]เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติเป็นสารทุติยภูมิที่มีโครงสร้างทางเคมีที่ซับซ้อนการสังเคราะห์ทั้งหมด / เซมิซิตีจึงไม่สามารถใช้งานได้ในเชิงพาณิชย์เสมอไป ในกรณีเหล่านี้สามารถพยายามออกแบบแอนะล็อกที่เรียบง่ายขึ้นโดยมีความสามารถและความปลอดภัยที่เทียบเคียงได้ซึ่งสอดคล้องกับการสังเคราะห์ทั้งหมด / เซมิซิตี [31] โปรคาริโอตแบคทีเรียBotulinum ประเภทสารพิษ A และ B (โบท็อกซ์ Dysport, Xeomin, MyoBloc) ใช้ทั้งยาและ cosmetically เป็นผลิตภัณฑ์ธรรมชาติจากแบคทีเรีย Clostridium botulinum [32] การค้นพบโดยบังเอิญและความสำเร็จทางคลินิกในเวลาต่อมาของเพนิซิลลินทำให้เกิดการค้นหาจุลินทรีย์ในสิ่งแวดล้อมอื่น ๆ จำนวนมากที่อาจผลิตผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่ต่อต้านการติดเชื้อ ตัวอย่างดินและน้ำถูกเก็บรวบรวมจากทั่วทุกมุมโลกซึ่งนำไปสู่การค้นพบสเตรปโตมัยซิน (มาจากStreptomyces griseus ) และการตระหนักว่าแบคทีเรียไม่ใช่แค่เชื้อราเท่านั้นที่เป็นแหล่งสำคัญของผลิตภัณฑ์ธรรมชาติที่ออกฤทธิ์ทางเภสัชวิทยา [33]นี้ในที่สุดก็นำไปสู่การพัฒนาของคลังแสงที่น่าประทับใจของตัวแทนต้านเชื้อแบคทีเรียและเชื้อรารวมทั้งamphotericin B , chloramphenicol , daptomycinและtetracycline (จากStreptomyces spp. ) [34] polymyxins (จากPaenibacillus polymyxa ) [35 ]และrifamycins (จากAmycolatopsis rifamycinica ) [36] แม้ว่าส่วนใหญ่ของยาเสพติดที่ได้มาจากเชื้อแบคทีเรียที่มีการจ้างงานเป็นยาฆ่าเชื้อโรคบางคนได้พบการใช้งานในสาขาอื่น ๆ ของยา Botulinum toxin (จากClostridium botulinum ) และBleomycin (จากStreptomyces verticillus ) เป็นสองตัวอย่าง Botulinum ที่neurotoxinรับผิดชอบในการbotulismสามารถฉีดเข้าไปในกล้ามเนื้อเฉพาะ (เช่นการควบคุมเปลือกตา) เพื่อป้องกันการกระตุกของกล้ามเนื้อ [32]นอกจากนี้glycopeptide Bleomycin ถูกนำมาใช้ในการรักษาหลายโรคมะเร็งรวมทั้งHodgkin ของโรคมะเร็งต่อมน้ำเหลือง , มะเร็งศีรษะและลำคอและโรคมะเร็งอัณฑะ [37]แนวโน้มใหม่ ๆ ในสาขานี้ ได้แก่ การวิเคราะห์กระบวนการเผาผลาญและการแยกผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติออกจากแบคทีเรียสายพันธุ์ใหม่ที่มีอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ไม่ได้รับการสำรวจ ตัวอย่างเช่นซิมไบออนหรือเอนโดไฟต์จากสภาพแวดล้อมเขตร้อน[38]แบคทีเรียใต้ดินที่พบใต้ดินลึกผ่านการขุด / ขุดเจาะ[39] [40]และแบคทีเรียในทะเล [41] อาร์เคียเพราะหลายเคีได้ปรับให้เข้ากับการใช้ชีวิตในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเช่นบริเวณขั้วโลก , น้ำพุร้อนน้ำพุที่เป็นกรดด่างน้ำพุ, ทะเลสาบน้ำเค็มและความดันสูงของน้ำทะเลลึก , พวกเขามีเอนไซม์ที่มีการทำงานภายใต้เงื่อนไขที่ค่อนข้างผิดปกติ เอนไซม์เหล่านี้มีการใช้งานที่มีศักยภาพในอาหาร , สารเคมีและยาอุตสาหกรรมที่กระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพบ่อยเกี่ยวข้องกับอุณหภูมิสูงสุดขั้วของค่า pH ความเข้มข้นของเกลือสูงและ / หรือความดันสูง ตัวอย่างของเอนไซม์ระบุจนถึงปัจจุบันรวมamylases , pullulanases , glycosyltransferases สัมพรรค , เซลลู , ไซแลนเนส , chitinases , โปรตีเอส , dehydrogenase เครื่องดื่มแอลกอฮอล์และesterases [42] Archaea เป็นแหล่งของสารประกอบทางเคมีใหม่ๆ เช่น isoprenyl glycerol ethers 1 และ 2 จากThermococcus S557 และMethanocaldococcus jannaschiiตามลำดับ [43] ยูคาริโอตเชื้อรายาปฏิชีวนะ ยาปฏิชีวนะเป็นผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่ได้มาจากเชื้อรา Penicillium chrysogenum [27] ยาต้านการติดเชื้อหลายชนิดได้มาจากเชื้อราได้แก่เพนิซิลลินและเซฟาโลสปอริน (ยาต้านแบคทีเรียจากPenicillium chrysogenumและCephalosporium acremoniumตามลำดับ) [33]และgriseofulvin (ยาต้านเชื้อราจากPenicillium griseofulvum ) [44]อื่น ๆ ยาเชื้อราที่มีประโยชน์สารได้แก่lovastatin (จากPleurotus ostreatus ) ซึ่งกลายเป็นตะกั่วสำหรับชุดของยาเสพติดที่ต่ำกว่าคอเลสเตอรอลระดับcyclosporin (จากTolypocladium inflatum ) ซึ่งจะใช้ในการปราบปรามการตอบสนองของภูมิคุ้มกันหลังการดำเนินการปลูกถ่ายอวัยวะ , และergometrine (จากClaviceps spp.) ซึ่งทำหน้าที่เป็นvasoconstrictorและใช้เพื่อป้องกันการตกเลือดหลังการคลอดบุตร [21] : บทที่ 6 Asperlicin (จากAspergillus alliaceus ) เป็นอีกตัวอย่างหนึ่ง Asperlicin เป็นศัตรูนวนิยายcholecystokininซึ่งเป็นสารสื่อประสาทความคิดที่จะมีส่วนร่วมในการโจมตีเสียขวัญและอาจจะนำมาใช้เพื่อการรักษาความวิตกกังวล [ ต้องการอ้างอิง ] พืชopioid ยาเสพติดยาแก้ปวด มอร์ฟีนเป็นผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่ได้มาจากพืช ต้นฝิ่น [45] พืชเป็นแหล่งสำคัญของสารประกอบทางเคมีที่ซับซ้อนและมีโครงสร้างที่มีความหลากหลายสูง ( phytochemicals ) ความหลากหลายของโครงสร้างนี้เป็นผลมาจากการคัดเลือกโดยธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตที่ผลิตสารประกอบที่มีศักยภาพเพื่อยับยั้งการกินพืชเป็นอาหาร ( สารยับยั้งการให้อาหาร ) [46]การเรียนที่สำคัญของพฤกษเคมีรวมถึงฟีนอล , โพลีฟีน , แทนนิน , terpenesและลคาลอยด์ [47]แม้ว่าจำนวนพืชที่ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางนั้นมีจำนวนค่อนข้างน้อย แต่ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่มีฤทธิ์ทางเภสัชวิทยาจำนวนมากได้รับการระบุไว้แล้ว ทางการแพทย์ตัวอย่างที่มีประโยชน์รวมถึงการต้านมะเร็งตัวแทนยา paclitaxelและmepesuccinate omacetaxine (จากTaxus brevifoliaและCephalotaxus harringtoniiตามลำดับ) [48]มาลาเรียตัวแทนartemisinin (จากArtemisia annua ) [49]และสารยับยั้ง galantamine (จากGalanthus spp.) ใช้ในการรักษาโรคอัลไซเม [50]ยาเสพติดที่ได้มาจากพืชอื่น ๆ , ใช้ยาและ / หรือrecreationallyได้แก่มอร์ฟีน , โคเคน , ควินิน , tubocurarine , muscarineและนิโคติน [21] : บทที่ 6 สัตว์ยาแก้ปวดยาเสพติดω-conotoxin ( ziconotide ) เป็นผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่ได้มาจากทะเลหอยทาก Conus จอมเวท [51] สัตว์ยังเป็นตัวแทนของผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ โดยเฉพาะสัตว์มีพิษเช่นงูแมงมุมแมงป่องหนอนผึ้งตัวต่อตะขาบมดคางคกและกบได้รับความสนใจมาก เนื่องจากองค์ประกอบของพิษ (เปปไทด์เอนไซม์นิวคลีโอไทด์ลิพิดเอมีนทางชีวภาพเป็นต้น) มักมีปฏิสัมพันธ์ที่เฉพาะเจาะจงมากกับเป้าหมายระดับโมเลกุลในร่างกาย (เช่นα-bungarotoxin จากงูเห่า ) [52] [53]เช่นเดียวกับสารยับยั้งการกินพืชกิจกรรมทางชีวภาพนี้มีสาเหตุมาจากการคัดเลือกโดยธรรมชาติสิ่งมีชีวิตที่สามารถฆ่าหรือทำให้เหยื่อเป็นอัมพาตและ / หรือปกป้องตัวเองจากผู้ล่าที่มีแนวโน้มที่จะอยู่รอดและแพร่พันธุ์ได้ [53] เพราะของเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์เฉพาะสารเคมีเป้าหมายคนละพิษได้พิสูจน์แล้วว่าเครื่องมือที่สำคัญสำหรับการศึกษาผู้รับ , ไอออนช่องและเอนไซม์ ในบางกรณีพวกเขายังทำหน้าที่เป็นผู้นำในการพัฒนายาใหม่ ๆ ยกตัวอย่างเช่น teprotide, เปปไทด์ที่แยกได้จากพิษของบราซิลหลุมงูBothrops jararacaเป็นผู้นำในการพัฒนาของความดันโลหิตสูงตัวแทนcilazaprilและcaptopril [53]นอกจากนี้ echistatin เป็นdisintegrinจากพิษของงูเลื่อยปรับขนาดEchis carinatusเป็นผู้นำในการพัฒนายาต้านเกล็ดเลือด tirofiban [54] นอกจากนี้ยังมีสัตว์บกและสัตว์ครึ่งบกครึ่งอธิบายไว้ข้างต้นหลายทางทะเลสัตว์ได้รับการตรวจสอบสำหรับผลิตภัณฑ์ธรรมชาติที่ใช้งาน pharmacologically กับปะการัง , ฟองน้ำ , เพรียงหัวหอม , หอยทากทะเลและbryozoansยอมสารเคมีที่มีความน่าสนใจยาแก้ปวด , ไวรัสและต้านมะเร็งกิจกรรม [55]สองตัวอย่างที่พัฒนาขึ้นเพื่อใช้ในทางการแพทย์ ได้แก่ ω- conotoxin (จากหอยทากทะเลConus magus ) [56] [51]และecteinascidin 743 (จาก Tunicate Ecteinascidia turbinata ) [57]อดีตω-conotoxin ถูกนำมาใช้เพื่อบรรเทาอาการปวดอย่างรุนแรงและเรื้อรัง[51] [56]ในขณะที่หลัง, ecteinascidin 743 ใช้ในการรักษาระยะแพร่กระจาย เนื้อเยื่ออ่อน sarcoma [58]ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติอื่น ๆ ที่ได้มาจากสัตว์ทะเลและอยู่ภายใต้การตรวจสอบการรักษาที่เป็นไปได้รวมถึงการทำลายเนื้องอกตัวแทนdiscodermolide (จากฟองน้ำDiscodermia dissoluta ) [59] eleutherobin (จากปะการังErythropodium caribaeorum ) และbryostatins (จาก bryozoan Bugula neritina ). [59] ใช้ทางการแพทย์ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติบางครั้งมีฤทธิ์ทางเภสัชวิทยาที่อาจเป็นประโยชน์ในการรักษาโรคในการรักษาโรค [60] [61] [62]นอกจากนี้ analogs สังเคราะห์ของผลิตภัณฑ์ธรรมชาติที่มีความแรงที่เพิ่มขึ้นและความปลอดภัยสามารถจัดทำและผลิตภัณฑ์ธรรมชาติจึงมักจะใช้เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการค้นพบยาเสพติด ส่วนประกอบของผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติได้สร้างแรงบันดาลใจให้กับความพยายามในการค้นพบยาจำนวนมากซึ่งในที่สุดก็ได้รับการอนุมัติให้เป็นยาใหม่[63] [64] ยาแผนโบราณตัวอย่างตัวแทนของยาที่ใช้ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ ชนพื้นเมืองและอารยธรรมโบราณได้ทดลองกับชิ้นส่วนพืชและสัตว์ต่างๆเพื่อพิจารณาว่าจะมีผลอย่างไร [45]ผ่านการทดลองและข้อผิดพลาดในกรณีแยกหมอพื้นบ้านหรือหมอพบบางแหล่งที่จะให้ผลการรักษาที่เป็นตัวแทนของความรู้ของยาเสพติดมันดิบที่ถูกส่งผ่านลงมาจากรุ่นสู่รุ่นในการปฏิบัติเช่นการแพทย์แผนจีนและอายุรเวท [45] [65]สารสกัดจากผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติบางชนิดนำไปสู่การค้นพบองค์ประกอบที่ใช้งานได้ในปัจจุบันและนำไปสู่การพัฒนายาใหม่ในที่สุด [45] [66] ยาที่ได้จากผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติสมัยใหม่ยาที่ต้องสั่งใช้ในปัจจุบันจำนวนมากได้มาโดยตรงหรือได้รับแรงบันดาลใจจากผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ [1] [67] บางส่วนของยาเสพติดที่เก่าแก่ที่สุดผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่ใช้เป็นยาแก้ปวด เปลือกของต้นวิลโลว์เป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่สมัยโบราณว่ามีคุณสมบัติในการบรรเทาอาการปวด เพราะนี่คือการปรากฏตัวของผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติSalicinซึ่งในทางกลับกันอาจจะไฮโดรไลซ์ลงในกรดซาลิไซลิ กรดอะซิติลซาลิไซลิกอนุพันธ์สังเคราะห์ที่รู้จักกันดีในชื่อแอสไพรินเป็นยาบรรเทาอาการปวดที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย กลไกการออกฤทธิ์คือการยับยั้งเอนไซม์ไซโคลออกซีจีเนส (COX) [68]อีกตัวอย่างหนึ่งที่น่าทึ่งคือฝิ่นสกัดจากน้ำยางจากPapaver somniferous (พืชดอกป๊อปปี้) ส่วนประกอบของยาเสพติดที่มีศักยภาพมากที่สุดของฝิ่นคือมอร์ฟีนอัลคาลอยด์ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นตัวรับโอปิออยด์ [69]ตัวอย่างล่าสุดเพิ่มเติมเป็นN-ประเภทแคลเซียมแชนแนลป้องกันziconotideยาแก้ปวดซึ่งจะขึ้นอยู่กับวงจรเปปไทด์กรวยหอยทากสารพิษ (ω- conotoxin MVIIA) จากสายพันธุ์Conus จอมเวท [70] จำนวนมากของการป้องกันการติดเชื้อจะขึ้นอยู่กับผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ [27]ครั้งแรกที่ยาปฏิชีวนะได้ค้นพบยาปฏิชีวนะ , ถูกแยกออกจากแม่พิมพ์PenicilliumPenicillin และbeta lactamsที่เกี่ยวข้องทำงานโดยการยับยั้งเอนไซม์DD-Transpeptidaseที่แบคทีเรียต้องการเพื่อเชื่อมโยงpeptidoglycanเพื่อสร้างผนังเซลล์ [71] ยาหลายชนิดผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติเป้าหมายtubulinซึ่งเป็นส่วนประกอบของการโครงร่าง เหล่านี้รวมถึงยับยั้ง tubulin พอลิเมอcolchicineแยกจากautumnale Colchicum (ฤดูใบไม้ร่วงดอกดินดอก) ซึ่งจะใช้ในการรักษาโรคเกาต์ [72] Colchicine ถูกสังเคราะห์ทางชีวภาพจากกรดอะมิโนฟีนิลอะลานีนและทริปโตเฟน paclitaxelในทางตรงกันข้ามเป็นโคลง tubulin พอลิเมอและถูกนำมาใช้เป็นยาเคมีบำบัดยาเสพติด paclitaxel จะขึ้นอยู่กับผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ terpenoid Taxolซึ่งจะถูกแยกออกจากTaxus brevifolia (ต้นไม้ต้นยูแปซิฟิก) [73] ชั้นของยาเสพติดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อลดคอเลสเตอรอลเป็นHMG-CoA reductaseยับยั้งเช่นatorvastatin เหล่านี้ได้รับการพัฒนาจากmevastatinเป็น polyketide ผลิตโดยเชื้อราPenicillium citrinum [74]ในที่สุดก็มีการใช้ยาผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติจำนวนหนึ่งเพื่อรักษาโรคความดันโลหิตสูงและภาวะหัวใจล้มเหลว เหล่านี้รวมถึงangiotensin-converting enzymeยับยั้งcaptopril Captopril ขึ้นอยู่กับปัจจัยที่มีศักยภาพในระบบเพปทิดิกเบรดีคินินที่แยกได้จากพิษของงูพิษหัวลูกศรบราซิล ( Bothrops jararaca ) [75] การ จำกัด และเปิดใช้งานปัจจัยความท้าทายหลายประการ จำกัด การใช้ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติเพื่อการค้นพบยาส่งผลให้ บริษัท ยาในศตวรรษที่ 21 ได้ทุ่มเทความพยายามในการค้นหาเพื่อคัดกรองสารประกอบสังเคราะห์บริสุทธิ์ที่มีปริมาณงานสูงโดยมีระยะเวลาสั้นกว่าในการปรับแต่ง [12]แหล่งที่มาของผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติมักไม่น่าเชื่อถือในการเข้าถึงและจัดหามีความเป็นไปได้สูงที่จะเกิดการทำซ้ำโดยเนื้อแท้สร้างความกังวลเกี่ยวกับทรัพย์สินทางปัญญาเกี่ยวกับการคุ้มครองสิทธิบัตรองค์ประกอบที่แตกต่างกันไปเนื่องจากฤดูกาลหรือสภาพแวดล้อมในการจัดหาและมีความอ่อนไหวต่ออัตราการสูญพันธุ์ที่เพิ่มสูงขึ้น [12] ทรัพยากรทางชีวภาพสำหรับการค้นพบยาจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติยังคงมีอยู่มากโดยมีจุลินทรีย์พันธุ์พืชและแมลงเพียงเล็กน้อยที่ได้รับการประเมินว่ามีฤทธิ์ทางชีวภาพ [12]ในจำนวนมหาศาลแบคทีเรียและจุลินทรีย์ในทะเลยังคงไม่มีการตรวจสอบ [76] [77]ในปี 2008 สาขาmetagenomicsได้รับการเสนอเพื่อตรวจสอบยีนและการทำงานของจุลินทรีย์ในดิน[77] [78]แต่ บริษัท ยาส่วนใหญ่ไม่ได้ใช้ประโยชน์จากทรัพยากรนี้อย่างเต็มที่โดยเลือกที่จะพัฒนา "ความหลากหลาย - เชิงสังเคราะห์” จากคลังยาที่รู้จักหรือแหล่งธรรมชาติสำหรับสารประกอบตะกั่วที่มีศักยภาพในการออกฤทธิ์ทางชีวภาพสูงกว่า [12] การแยกและการทำให้บริสุทธิ์Penicillin Gซึ่งเป็นยาปฏิชีวนะชนิดแรกของเชื้อราซึ่งได้รับการศึกษาครั้งแรกโดยนักจุลชีววิทยาชาวสก็อต Alexander Flemingในช่วงปลายทศวรรษที่ 1920 และนำไปใช้ในการรักษาโดยการแยกผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติในช่วงปลายทศวรรษที่ 1930 โดย Ernst Boris Chain , Howard Floreyและอื่น ๆ ทั้งสามอย่างนี้ นักวิทยาศาสตร์ที่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาการแพทย์ในปีพ. ศ. 2488 ในการทำงาน เฟลมมิ่งยอมรับถึงฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียและศักยภาพทางคลินิกของ "ปากกา G" แต่ไม่สามารถทำให้บริสุทธิ์หรือคงตัวได้ [79]พัฒนาการใน การแยกโครมาโตกราฟีและการ ทำให้แห้งแบบเยือกแข็งช่วยให้การผลิตเพนิซิลินในปริมาณเชิงพาณิชย์และผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติอื่น ๆ ดำเนินไปได้ [ ต้องการอ้างอิง ] ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติทั้งหมดเริ่มต้นจากการผสมกับสารประกอบอื่น ๆ จากแหล่งธรรมชาติซึ่งมักเป็นส่วนผสมที่ซับซ้อนมากซึ่งผลิตภัณฑ์ที่สนใจจะต้องถูกแยกและทำให้บริสุทธิ์ การแยกผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติขึ้นอยู่กับบริบทไม่ว่าจะเป็นการแยกสารเคมีบริสุทธิ์ในปริมาณที่เพียงพอสำหรับการอธิบายโครงสร้างทางเคมีการหาอนุพันธ์ / การย่อยสลายทางเคมีการทดสอบทางชีววิทยาและความต้องการในการวิจัยอื่น ๆ (โดยทั่วไปคือมิลลิกรัมถึงกรัม แต่ในอดีตมักจะ เพิ่มเติม), [ ต้องการอ้างอิง ]หรือการแยก "ปริมาณวิเคราะห์" ของสารที่สนใจโดยที่โฟกัสอยู่ที่การระบุและปริมาณของสาร (เช่นในเนื้อเยื่อชีวภาพหรือของเหลว) และปริมาณที่แยกได้ขึ้นอยู่กับ ใช้วิธีการวิเคราะห์ (แต่โดยทั่วไปมักจะเป็นหน่วยย่อยในระดับไมโครกรัม) [80] [ ต้องการหน้า ]ความสะดวกในการแยกสารออกฤทธิ์และทำให้บริสุทธิ์ขึ้นอยู่กับโครงสร้างความเสถียรและปริมาณของผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ วิธีการของการแยกนำไปใช้เพื่อการบรรลุทั้งสองเครื่องชั่งน้ำหนักที่แตกต่างของสินค้าที่มีความแตกต่างเช่นกัน แต่โดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับการสกัดหนุนดูดซับ, โคและบางครั้งcrystallizations ในทั้งสองกรณีสารที่แยกได้จะถูกทำให้บริสุทธิ์เพื่อความเป็นเนื้อเดียวกันทางเคมีกล่าวคือการแยกแบบรวมเฉพาะและวิธีการวิเคราะห์เช่นวิธีLC-MSจะถูกเลือกให้เป็นแบบ "มุมฉาก" - การแยกสารนั้นขึ้นอยู่กับรูปแบบของปฏิสัมพันธ์ที่แตกต่างกันระหว่างสารและเมทริกซ์การแยกด้วย เป้าหมายคือการตรวจหาสิ่งมีชีวิตเพียงชนิดเดียวซ้ำ ๆ ที่มีอยู่ในตัวอย่างบริสุทธิ์เชิงเปรียบเทียบ การแยกตัวในระยะเริ่มต้นนั้นแทบจะตามมาด้วยการกำหนดโครงสร้างอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากกิจกรรมทางเภสัชวิทยาที่สำคัญเกี่ยวข้องกับผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่บริสุทธิ์ [ ต้องการอ้างอิง ] การกำหนดโครงสร้างหมายถึงวิธีการที่ใช้ในการกำหนดโครงสร้างทางเคมีของผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่แยกได้ซึ่งเป็นกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับวิธีการทางเคมีและทางกายภาพที่เปลี่ยนแปลงไปอย่างชัดเจนในประวัติศาสตร์ของการวิจัยผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ ในช่วงแรก ๆ สิ่งเหล่านี้มุ่งเน้นไปที่การเปลี่ยนแปลงทางเคมีของสารที่ไม่รู้จักเป็นสารที่รู้จักและการวัดคุณสมบัติทางกายภาพเช่นจุดหลอมเหลวและจุดเดือดและวิธีการที่เกี่ยวข้องในการกำหนดน้ำหนักโมเลกุล [ ต้องการอ้างอิง ]ในยุคสมัยใหม่วิธีการมุ่งเน้นมวลสารและนิวเคลียร์วิธีด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กมักหลายมิติและเมื่อเป็นไปได้โมเลกุลขนาดเล็กผลึก [ ต้องการอ้างอิง ]ตัวอย่างเช่นโครงสร้างทางเคมีของเพนิซิลินถูกกำหนดโดยDorothy Crowfoot Hodgkinในปี 1945 ซึ่งต่อมาเธอได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี (1964) [81] สังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติหลายแห่งมีความซับซ้อนมากโครงสร้าง การรับรู้ความซับซ้อนของผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติเป็นเรื่องเชิงคุณภาพซึ่งประกอบด้วยการพิจารณามวลโมเลกุลการจัดโครงสร้างย่อยโดยเฉพาะ ( กลุ่มฟังก์ชันวงแหวน ฯลฯ ) ที่เกี่ยวข้องกันจำนวนและความหนาแน่นของกลุ่มฟังก์ชันเหล่านั้นความเสถียร ของกลุ่มเหล่านั้นและของโมเลกุลโดยรวมจำนวนและประเภทขององค์ประกอบสเตียรอยด์คุณสมบัติทางกายภาพของโมเลกุลและตัวกลาง (ซึ่งมีความสะดวกในการจัดการและทำให้บริสุทธิ์) สิ่งเหล่านี้ทั้งหมดถูกมองในบริบทของ ความแปลกใหม่ของโครงสร้างและความพยายามในการสังเคราะห์ที่เกี่ยวข้องก่อนหน้านี้ประสบความสำเร็จหรือไม่ (ดูรายละเอียดด้านล่าง) [ ต้องการอ้างอิง ]ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติบางชนิดโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่มีความซับซ้อนน้อยนั้นเตรียมได้ง่ายและคุ้มค่าโดยการสังเคราะห์ทางเคมีที่สมบูรณ์จากส่วนผสมทางเคมีที่หาได้ง่ายซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการสังเคราะห์ทั้งหมด (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อกระบวนการไม่เกี่ยวข้องกับขั้นตอนที่เป็นสื่อกลางทางชีวภาพ ตัวแทน). ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติบางชนิดไม่สามารถตอบสนองต่อการสังเคราะห์ทั้งหมดได้อย่างคุ้มค่าหรืออย่างอื่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งที่ซับซ้อนที่สุดมักจะไม่เป็นเช่นนั้น หลายคนสามารถเข้าถึงได้ แต่เส้นทางที่ต้องการนั้นแพงเกินไปที่จะให้สังเคราะห์ได้ในทุกระดับที่ใช้งานได้จริงหรือในระดับอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตามเพื่อให้มีการศึกษาเพิ่มเติมผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติทั้งหมดจะต้องได้รับการแยกและทำให้บริสุทธิ์ สิ่งนี้อาจเพียงพอหากการแยกให้ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติในปริมาณที่เหมาะสมตามวัตถุประสงค์ (เช่นเป็นยาเพื่อบรรเทาโรค) ยาเสพติดเช่นยาปฏิชีวนะ , มอร์ฟีนและยา paclitaxelพิสูจน์ให้เห็นว่าจะได้มา affordably ในระดับเชิงพาณิชย์ที่จำเป็น แต่เพียงผู้เดียวผ่านขั้นตอนการแยก (โดยไม่ต้องมีเคมีสังเคราะห์อย่างมีนัยสำคัญที่เอื้อ) [ ต้องการอ้างอิง ]อย่างไรก็ตามในกรณีอื่น ๆ ตัวแทนที่จำเป็นจะไม่สามารถใช้ได้หากไม่มีการปรุงแต่งทางเคมีสังเคราะห์ [ ต้องการอ้างอิง ] การสังเคราะห์กระบวนการแยกผลิตภัณฑ์ธรรมชาติออกจากแหล่งที่มาอาจมีค่าใช้จ่ายสูงในแง่ของเวลาที่มุ่งมั่นและค่าใช้จ่ายวัสดุและอาจท้าทายความพร้อมของทรัพยากรธรรมชาติที่พึ่งพา (หรือมีผลกระทบทางนิเวศวิทยาสำหรับทรัพยากร) ตัวอย่างเช่นมีการประเมินว่าเปลือกของต้นยูทั้งต้น ( Taxus brevifolia ) จะต้องได้รับการเก็บเกี่ยวเพื่อสกัดpaclitaxelให้เพียงพอสำหรับการรักษาเพียงครั้งเดียว [82]นอกจากนี้จำนวนของอะนาล็อกเชิงโครงสร้างที่สามารถหาได้สำหรับการวิเคราะห์โครงสร้าง - กิจกรรม (SAR) เพียงแค่ผ่านการเก็บเกี่ยว (ถ้ามีอะนาล็อกเชิงโครงสร้างมากกว่าหนึ่งตัว) ถูก จำกัด โดยชีววิทยาในการทำงานในสิ่งมีชีวิตและอื่น ๆ นอกเหนือจากนักทดลอง ควบคุม. [ ต้องการอ้างอิง ] ในกรณีเช่นนี้ที่เป้าหมายสูงสุดยากที่จะเกิดขึ้นหรือ จำกัด SAR บางครั้งอาจเป็นไปได้ที่จะจัดหาสารตั้งต้นการสังเคราะห์ทางชีวภาพระดับกลางถึงปลายหรืออะนาล็อกซึ่งสามารถเตรียมเป้าหมายสูงสุดได้ นี่คือที่เรียกว่าsemisynthesisหรือสังเคราะห์บางส่วน ด้วยวิธีนี้ตัวกลางทางชีวสังเคราะห์ที่เกี่ยวข้องจะถูกเก็บเกี่ยวแล้วเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายโดยกระบวนการสังเคราะห์ทางเคมีแบบเดิม [ ต้องการอ้างอิง ] กลยุทธ์นี้สามารถมีข้อดีสองประการ ประการแรกสารตัวกลางอาจสกัดได้ง่ายกว่าและให้ผลผลิตสูงกว่าผลิตภัณฑ์ที่ต้องการขั้นสูงสุด ตัวอย่างของสิ่งนี้คือ paclitaxel ซึ่งสามารถผลิตได้โดยการสกัด10-deacetylbaccatin IIIจากเข็มT. brevifolia จากนั้นทำการสังเคราะห์สี่ขั้นตอน [ ต้องการอ้างอิง ]ประการที่สองเส้นทางที่ออกแบบระหว่างวัสดุเริ่มต้นกึ่งสังเคราะห์กับผลิตภัณฑ์ขั้นสูงสุดอาจอนุญาตให้มีการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่คล้ายคลึงกันได้ เพนิซิลลินสังเคราะห์กึ่งสังเคราะห์รุ่นใหม่เป็นตัวอย่างของประโยชน์ของแนวทางนี้ [ ต้องการอ้างอิง ] การสังเคราะห์ทั้งหมดการแสดงโครงสร้างของ โคบาลามินซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติในยุคแรก ๆ ที่แยกได้และมีลักษณะโครงสร้าง [83]กลุ่ม R ตัวแปรอาจเป็น เมทิลหรือ 5'-adenosyl group หรือไซยาไนด์หรือไฮดรอกไซด์แอนไอออน หลักฐาน "" โดยการสังเคราะห์วิตามินบี 12ก็ประสบความสำเร็จในปี 1972 โดยกลุ่มของ RB วู้ดเวิร์ด[84]และ เอ Eschenmoser [85] โดยทั่วไปการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติทั้งหมดเป็นกิจกรรมการวิจัยที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อทำความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับการสังเคราะห์กรอบผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติโดยเฉพาะและการพัฒนาวิธีการสังเคราะห์ขั้นพื้นฐานใหม่ ๆ ถึงกระนั้นมันก็มีความสำคัญทางการค้าและสังคมอย่างมาก โดยการให้ความท้าทายเป้าหมายสังเคราะห์เช่นนั้นได้มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาด้านการเคมีอินทรีย์ [86] [87]ก่อนการพัฒนาวิธีการทางเคมีวิเคราะห์ในศตวรรษที่ยี่สิบโครงสร้างของผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติได้รับการยืนยันโดยการสังเคราะห์ทั้งหมด (เรียกว่า "การพิสูจน์โครงสร้างโดยการสังเคราะห์") [88]ความพยายามในช่วงต้นของผลิตภัณฑ์ธรรมชาติสังเคราะห์สารที่ซับซ้อนเช่นการกำหนดเป้าหมายcobalamin (วิตามินบี12 ) ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นที่ปัจจัยในโทรศัพท์มือถือการเผาผลาญอาหาร [84] [85] สมมาตรการตรวจสอบของdimerizedและtrimerizedผลิตภัณฑ์ธรรมชาติได้แสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบของสมมาตรทวิภาคีมักจะเป็นปัจจุบัน สมมาตรทวิภาคีหมายถึงโมเลกุลหรือระบบที่มีเอกลักษณ์กลุ่มจุดC 2 , C sหรือ C 2v สมมาตรC 2มีแนวโน้มที่จะมีมากขึ้นกว่าสมมาตรทวิภาคีประเภทอื่น ๆ การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่าสารประกอบเหล่านี้อาจถูกสร้างขึ้นโดยกลไกได้อย่างไรรวมทั้งให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ที่ทำให้สารประกอบเหล่านี้เป็นที่ชื่นชอบมากขึ้น ความหนาแน่นของการทำงานทางทฤษฎี (DFT) , Hartree Fockและsemiempiricalคำนวณยังแสดงความชอบบางอย่างสำหรับ dimerization ในผลิตภัณฑ์ธรรมชาติเนื่องจากวิวัฒนาการของพลังงานมากขึ้นต่อพันธบัตรกว่า trimer เทียบเท่าหรือ tetramer สิ่งนี้เสนอให้เกิดจากการขัดขวางแบบ stericที่แกนกลางของโมเลกุลเนื่องจากผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติส่วนใหญ่จะลดขนาดและลดขนาดลงในรูปแบบตัวต่อตัวแทนที่จะเป็นแบบตัวต่อตัว [89] การวิจัยและการสอนการวิจัยและการเรียนการสอนกิจกรรมที่เกี่ยวข้องกับผลิตภัณฑ์ธรรมชาติที่ตกอยู่ในจำนวนของพื้นที่ที่มีความหลากหลายทางวิชาการรวมทั้งอินทรีย์เคมี , ยาเคมี , เภสัช , พฤกษศาสตร์พื้นบ้าน , ยาแผนโบราณและethnopharmacology พื้นที่ทางชีวภาพอื่น ๆ ได้แก่ชีววิทยาเคมี , นิเวศวิทยาทางเคมี , chemogenomics , [90] ชีววิทยาระบบ , การสร้างแบบจำลองโมเลกุล , Chemometricsและchemoinformatics [91] เคมีผลิตภัณฑ์เคมีธรรมชาติเป็นพื้นที่ที่แตกต่างกันของการวิจัยทางเคมีซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในการพัฒนาและประวัติศาสตร์ของเคมี การแยกและระบุผลิตภัณฑ์ธรรมชาติที่มีความสำคัญกับสารแหล่งสำหรับต้นการวิจัยค้นพบยาทางคลินิกในการสั่งซื้อที่จะเข้าใจยาแผนโบราณและethnopharmacologyและเพื่อหาพื้นที่ที่มีประโยชน์ทางเภสัชวิทยาของพื้นที่ทางเคมี [92]เพื่อให้บรรลุนี้ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีจำนวนมากได้รับการทำเช่นวิวัฒนาการของเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการแยกสารเคมีและการพัฒนาวิธีการที่ทันสมัยในการกำหนดโครงสร้างทางเคมีเช่นNMR นอกจากนี้ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติยังเตรียมโดยการสังเคราะห์อินทรีย์เพื่อยืนยันโครงสร้างของผลิตภัณฑ์หรือเพื่อให้สามารถเข้าถึงผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่น่าสนใจในปริมาณมากขึ้น ในกระบวนการนี้โครงสร้างของผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติบางส่วนได้รับการแก้ไข[93] [94] [95]และความท้าทายในการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติได้นำไปสู่การพัฒนาวิธีการสังเคราะห์กลยุทธ์การสังเคราะห์และยุทธวิธีใหม่ ๆ [96]ในเรื่องนี้ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติมีบทบาทสำคัญในการฝึกอบรมนักเคมีอินทรีย์สังเคราะห์รายใหม่และเป็นแรงจูงใจหลักในการพัฒนารูปแบบใหม่ของปฏิกิริยาเคมีเก่า (เช่นปฏิกิริยาEvans aldol ) รวมทั้ง การค้นพบปฏิกิริยาเคมีใหม่ทั้งหมด (เช่นWoodward cis-hydroxylation , Sharpless epoxidationและSuzuki – Miyaura cross-coupling reaction) [97] ชีวเคมีการสังเคราะห์ทางชีวภาพของผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติเป็นสิ่งที่น่าสนใจ ความรู้เกี่ยวกับการสังเคราะห์ทางชีวภาพช่วยปรับปรุงเส้นทางสู่ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติที่มีคุณค่า จากนั้นสามารถนำความรู้นี้ไปใช้ในการเข้าถึงผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติในปริมาณมากขึ้นซึ่งมีฤทธิ์ทางชีวภาพที่น่าสนใจและช่วยให้สามารถผลิตผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่มีประโยชน์ทางการแพทย์เช่นอัลคาลอยด์ได้อย่างมีประสิทธิภาพและประหยัด [98] ประวัติศาสตร์Antoine Lavoisier (1743-1794) ฟรีดริชWöhler (1800-1882) เฮอร์มันน์เอมิลฟิชเชอร์ (1852-1919) Richard Willstätter (2415-2485) โรเบิร์ตโรบินสัน (2429-2518) พื้นฐานของเคมีผลิตภัณฑ์อินทรีย์และผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติแนวคิดของผลิตภัณฑ์ธรรมชาติวันที่กลับไปในศตวรรษที่ 19 เมื่อฐานรากของเคมีอินทรีย์ถูกวาง เคมีอินทรีย์ในเวลานั้นถือได้ว่าเป็นเคมีของสารที่พืชและสัตว์ประกอบด้วย มันเป็นรูปแบบที่ค่อนข้างซับซ้อนของสารเคมีและยืนอยู่ในทางตรงกันข้ามกับเคมีอนินทรีย์หลักการของการที่ได้รับการจัดตั้งขึ้นในปี 1789 โดยชาวฝรั่งเศสอองตวนเยร์ในงานของเขาTraité Elementaire เดอ Chimie [99] การแยกตัวLavoisier แสดงให้เห็นในตอนท้ายของศตวรรษที่ 18 ว่าสารอินทรีย์ประกอบด้วยองค์ประกอบจำนวน จำกัด : ส่วนใหญ่เป็นคาร์บอนและไฮโดรเจนและเสริมด้วยออกซิเจนและไนโตรเจน เขามุ่งเน้นไปที่การแยกสารเหล่านี้อย่างรวดเร็วโดยมักเป็นเพราะมีฤทธิ์ทางเภสัชวิทยาที่น่าสนใจ พืชที่เป็นแหล่งที่มาหลักของสารดังกล่าวโดยเฉพาะอย่างยิ่งคาลอยด์และไกลโคไซด์ มันเป็นมานานแล้วที่รู้จักกันว่าฝิ่นเป็นส่วนผสมเหนียวลคาลอยด์ (รวมทั้งโคเดอีน , มอร์ฟีน , noscapine , thebaineและpapaverine ) จากฝิ่น ( ต้นฝิ่น ) ครอบครองยาเสพติดและในเวลาเดียวกันคุณสมบัติใจเปลี่ยนแปลง 1805 โดยมอร์ฟีนได้รับแล้วแยกโดยนักเคมีชาวเยอรมันฟรีดริชเซอร์เทอร์ เนอร์ และในยุค 1870 ก็พบว่ามอร์ฟีนกับเดือดแอนไฮไดอะซิติกที่ผลิตสารที่มีผลกระทบปราบอาการปวดที่แข็งแกร่ง: เฮโรอีน [100]ใน 1815 Eugène Chevreulแยกคอเลสเตอรอลเป็นสารผลึกจากเนื้อเยื่อสัตว์ที่อยู่ในชั้นเรียนของเตียรอยด์และในปี 1820 สตริกนิน , อัลคาลอยถูกแยกออก [ ต้องการอ้างอิง ] สังเคราะห์ขั้นตอนที่สำคัญประการที่สองคือการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ ในขณะที่การสังเคราะห์สารอนินทรีย์เป็นที่รู้จักกันมานานแล้วการสังเคราะห์สารอินทรีย์เป็นอุปสรรคที่ยากลำบาก ในปีพ. ศ. 2370 Jöns Jacob Berzeliusนักเคมีชาวสวีเดนกล่าวว่าพลังแห่งธรรมชาติที่ขาดไม่ได้สำหรับการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ที่เรียกว่าพลังสำคัญหรือพลังชีวิตเป็นสิ่งจำเป็น แนวความคิดเชิงปรัชญาลัทธินิยมในศตวรรษที่ 19 มีผู้สนับสนุนมากมายแม้จะมีการนำทฤษฎีอะตอมมาใช้ ความคิดเรื่อง vitalism โดยเฉพาะอย่างยิ่งสอดคล้องกับความเชื่อในการแพทย์; แนวทางการรักษาแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่เชื่อว่าโรคเป็นผลมาจากความไม่สมดุลของพลังงานที่สำคัญที่ทำให้ชีวิตแตกต่างจากสิ่งไม่มีชีวิต ความพยายามครั้งแรกที่จะทำลายความคิดเกี่ยวกับชีวิตในวิทยาศาสตร์เกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2371 เมื่อฟรีดริชเวอเลอร์นักเคมีชาวเยอรมันประสบความสำเร็จในการสังเคราะห์ยูเรียซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่พบในปัสสาวะโดยการให้ความร้อนแอมโมเนียมไซยาเนตซึ่งเป็นสารอนินทรีย์: [101] ปฏิกิริยานี้แสดงให้เห็นว่าไม่จำเป็นต้องมีพลังชีวิตเพื่อเตรียมสารอินทรีย์ อย่างไรก็ตามแนวคิดนี้ได้รับการยอมรับในขั้นต้นด้วยความสงสัยในระดับสูงและเพียง 20 ปีต่อมาด้วยการสังเคราะห์กรดอะซิติกจากคาร์บอนโดยAdolph Wilhelm Hermann Kolbeเป็นแนวคิดที่ยอมรับ ตั้งแต่นั้นมาเคมีอินทรีย์ได้พัฒนาไปสู่พื้นที่การวิจัยอิสระที่อุทิศให้กับการศึกษาสารประกอบที่มีคาร์บอนเนื่องจากองค์ประกอบที่เหมือนกันถูกตรวจพบในสารที่ได้จากธรรมชาติหลายชนิด ปัจจัยสำคัญในการกำหนดลักษณะของวัสดุอินทรีย์ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพ (เช่นจุดหลอมเหลวจุดเดือดความสามารถในการละลายการตกผลึกหรือสี) [ ต้องการอ้างอิง ] ทฤษฎีโครงสร้างขั้นตอนที่สามคือการอธิบายโครงสร้างของสารอินทรีย์: แม้ว่าองค์ประกอบองค์ประกอบของสารอินทรีย์บริสุทธิ์ (ไม่ว่าจะมาจากธรรมชาติหรือสารสังเคราะห์) สามารถพิจารณาได้อย่างแม่นยำพอสมควร แต่โครงสร้างโมเลกุลก็ยังคงเป็นปัญหา การกระตุ้นให้อธิบายโครงสร้างเป็นผลมาจากข้อพิพาทระหว่าง Friedrich WöhlerและJustus von Liebigซึ่งทั้งคู่ศึกษาเกลือเงินที่มีองค์ประกอบเดียวกัน แต่มีคุณสมบัติต่างกัน Wöhlerศึกษาซิลเวอร์ไซยาเนตซึ่งเป็นสารที่ไม่เป็นอันตรายในขณะที่ฟอนลีบิกตรวจสอบซิลเวอร์ฟุลมิเนตซึ่งเป็นเกลือที่มีคุณสมบัติในการระเบิดได้ [102]การวิเคราะห์ธาตุแสดงให้เห็นว่าเกลือทั้งสองประกอบด้วยเงินคาร์บอนออกซิเจนและไนโตรเจนในปริมาณเท่ากัน ตามแนวคิดที่แพร่หลายในขณะนั้นสารทั้งสองควรมีคุณสมบัติเหมือนกัน แต่ไม่เป็นเช่นนั้น ความขัดแย้งที่เห็นได้ชัดนี้ได้รับการแก้ไขในภายหลังโดยทฤษฎีไอโซเมอร์ของBerzeliusซึ่งไม่เพียง แต่จำนวนและประเภทขององค์ประกอบเท่านั้นที่มีความสำคัญต่อคุณสมบัติและปฏิกิริยาทางเคมีเท่านั้น แต่ยังรวมถึงตำแหน่งของอะตอมภายในสารประกอบด้วย นี่เป็นสาเหตุโดยตรงสำหรับการพัฒนาของทฤษฎีโครงสร้างเช่นทฤษฎีรุนแรงของJean-Baptiste มัสและทฤษฎีทดแทนAuguste Laurent [103] [ ต้องการแหล่งข้อมูลที่ดีกว่า ]อย่างไรก็ตามก่อนหน้านี้ในปี 1858 Kekuléได้กำหนดทฤษฎีโครงสร้างที่ชัดเจน เขาตั้งข้อสังเกตว่าคาร์บอนเป็นเตตราวาเลนต์และสามารถผูกติดกับตัวเองเพื่อสร้างโซ่คาร์บอนตามที่เกิดขึ้นในผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ [104] [ ต้องการแหล่งที่มาที่ดีกว่า ] ขยายแนวคิดแนวคิดของผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติซึ่งสมัยก่อนอยู่บนพื้นฐานของสารประกอบอินทรีย์ที่สามารถแยกได้จากพืชที่ยื่นออกไปรวมถึงวัสดุสัตว์ในช่วงกลางของศตวรรษที่ 19 โดยเยอรมันJustus ฟอน Liebig แฮร์มันน์เอมิลฟิชเชอร์ในปี 1884 หันความสนใจไปที่การศึกษาของคาร์โบไฮเดรตและพิวรีนการทำงานที่เขาได้รับรางวัลโนเบลในปี 1902 นอกจากนี้เขายังประสบความสำเร็จที่จะทำให้การสังเคราะห์ในห้องปฏิบัติการในความหลากหลายของคาร์โบไฮเดรตรวมทั้งน้ำตาลกลูโคสและmannose หลังจากการค้นพบเพนิซิลินโดยAlexander Flemingในปีพ. ศ. 2471 เชื้อราและจุลินทรีย์อื่น ๆ ได้ถูกเพิ่มเข้าไปในคลังแสงของแหล่งที่มาของผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ [100] เหตุการณ์สำคัญในช่วงทศวรรษที่ 1930 ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติหลายประเภทเป็นที่รู้จัก เหตุการณ์สำคัญ ได้แก่[ ตามใคร? ]
ดูสิ่งนี้ด้วย
วารสาร
อ้างอิง
อ่านเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก
|
ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติมีกี่ประเภท
กระทู้ที่เกี่ยวข้อง
ลิขสิทธิ์ © 2024 th.paraquee Inc.
