天然產(chǎn)物是指動物、植物、昆蟲、海洋生物和微生物體內(nèi)的組成成分或其代謝產(chǎn)物以及人和動物體內(nèi)許許多多內(nèi)源性的化學成分統(tǒng)稱作天然產(chǎn)物，其中主要包括蛋白質、多肽、氨基酸、核酸、各種酶類、單糖、低聚糖、多糖、糖蛋白、樹脂、膠體物、木質素、維生素、脂肪、油脂、蠟、生物堿、芳香油、黃酮、糖苷類、類、苯丙素類、有機酸、酚類、醌類化合物、內(nèi)酯、甾體化合物、酸類、抗生素類等天然存在的化學成分。
基本介紹
1、植物源有效成分
來源于植物界的有效成分主要有黃類、生物堿類、多糖類、揮發(fā)油類、類、萜類、木脂素類、香豆素類、皂苷類、強心類、酚酸類及氨基酸與酶等。現(xiàn)將主要成分簡介如下：
1）黃酮類化合物
黃酮類化合物（flavonoids），又稱生物類黃酮（bioflavonoids），廣泛分布于植物界中，是一大類重要的天然化合物。黃酮大多具有顏色，其不同的顏色為天然色素家族添加了更多的色彩。黃酮類化合物在植物體內(nèi)大部分與糖結合成苷，一部分以游離形式存在。在高等植物體中常以游離態(tài)或與糖成苷的形式存在，在花、葉、果實等組織中多為糖苷，而在木質部組織中則多為游離的苷元。黃酮類化合物具有色酮環(huán)與苯環(huán)為基本結構的一類化合物的總稱，是多酚類化合物中最大的一個亞類。其基本骨架具有C6-C3C6的特點，即由兩個芳香環(huán)A和B，通過中央三碳鏈相互連結而成的一系列化合物。黃酮類化合物可以分為10多個類別，黃酮類、黃酮醇類、二氫黃酮類、二氫黃酮醇類、異黃酮類、二氫異黃酮類、查耳酮、二氫查耳酮類、橙酮類及花青素類等。截止到2000年，黃酮類化合物總數(shù)已達到8000個，并以黃酮醇類最為常見，約占總數(shù)的三分之一，其次為黃酮類，占總數(shù)的四分之一以上。黃酮類化合物的溶解度因結構及存在狀態(tài)不同而有很大差異。黃酮苷一般易溶于熱水、甲醇、乙醇、吡啶、乙酸乙酯與稀堿液，難溶于冷水及苯、乙醚、三氯甲烷中。一般游離苷元難溶或不溶于水，較易溶于有機溶劑（在乙酸乙中溶解度較大）與稀堿液。
2）生物堿
生物堿類（Alkaloids）大多存在于植物中，故又稱為植物堿，是一類含氮的有機堿性化合物，有復雜的環(huán)狀結構，氮素多包含在環(huán)內(nèi)，分子中大多含有含氮雜環(huán)化合物，如吡、吲哚、喹啉、嘌呤等，也有少數(shù)是胺類化合物。它們在植物中常與有機酸結合成鹽而存在，還有少數(shù)以糖苷、有機酸酯和酰胺的形式存在。以未成鹽堿（游離生物堿）形式存在的親脂，以生物堿鹽形式存在的親水。能較好的溶解在三氯甲烷、苯、乙醚、乙醇中，其顯著的堿性，決定了它可以與各種酸（無機酸、有機酸）成鹽。按照生物堿的基本結構，已可分為60類左右。主要類型：有機胺類（麻黃堿、益母草堿、秋水仙堿）、四氫吡咯類（古豆堿、千里光堿、野百合堿）、吡啶類（菸堿、檳榔堿、半邊蓮堿）、喹啉類（小檗堿、嗎啡、粉防己堿）、吲哚類（利血平、長春新堿、麥角新堿）、莨類（阿托品、東莨菪堿）、咪唑類（毛果蕓香堿）、喹唑酮類（常山堿）、嘌呤類（咖啡因、茶堿）、甾體類（龍葵素、浙貝母堿、澳洲茄堿）、二萜類（烏頭堿、千鳥草堿）、其它類（加蘭他敏、雷公藤堿）。含生物堿的中草藥很多，如三尖杉、麻黃、黃連、附子、延胡索、粉防已、顛茄、洋金花、蘿芙木、川貝母、檳榔、大百部等，分布于100多科中，以雙子葉作物最多，其次為單子葉植物，生物堿含量一般都較低，大多少于1％。目前已發(fā)現(xiàn)生物堿約6000種，并且仍以每年約100種的速度遞增著。
3）多糖類
多糖(polysaccharide)又稱多聚糖(polysaccharides)，由單糖通過苷鍵連接而成，是聚合度大于10的極性復雜大分子，基本結構單元是葡聚糖，其分子量一般為數(shù)萬甚至達數(shù)百萬。廣泛分布于動物、植物及微生物中，作為來自高等動植物細胞膜和微生物細胞壁的天然高分子化合物，是構成生命活動的4大基本物質之一。目前已發(fā)現(xiàn)的活性多糖有幾百種，按其來源不同，可分為真菌多糖、維管植物多糖、藻類地衣多糖、動物多糖、細菌多糖5大類。
植物多糖結構組成非常復雜，不同種的植物多糖的分子構成及分子量各不相同，植物的不同部位，因功能不同，多糖的種類和功能各不相同，生物活性也不同。多糖的結構與蛋白質一樣也具有一、二、三、四級結構，植物多糖是由許多相同或不同的單糖以α一或β一糖苷所組成的化合物，不同種的植物多糖的分子構成及分子量各不相同。淀粉、纖維素等多糖，大多為無定形化合物，無甜味和還原性，難溶于水；除淀粉、纖維素、果膠以外的具有生物活性的多聚糖，是一般，易溶于水，不溶于乙醇。
4）芳香油類
揮發(fā)油(volatile oils)又稱精油(essential oils)，是一類在常溫下能揮發(fā)的、可隨水蒸氣蒸餾的、與水不相混的油狀液體的總稱。大多數(shù)揮發(fā)油具有芳香氣味，在水中的溶解度很小，但能使水具有揮發(fā)油的特殊氣味和生物活性，揮發(fā)油常存于植物組織表皮的腺毛、油室、油細胞或油管中，大多數(shù)成油滴狀態(tài)存在。有時揮發(fā)油與樹脂共存于樹脂道內(nèi)（如松莖），少數(shù)以的形式存在（如冬綠甙、其水解后的產(chǎn)物鄰羥基苯甲酸甲酯為冬綠油的主成分）。
芳香油在植物體內(nèi)的分布有多種多樣。有的全株植物都含有（荊芥、紫蘇）；有的則在根（當歸）、根莖（姜）、花（丁香）、果（柑橘）、種子（豆蔻）等部分器官中含量較多。揮發(fā)油為多種類型成分的混合物，一種揮發(fā)油往往含有幾十種到一、二百種成分，其中以某種或數(shù)種成分占較大的分量。其基本組成為脂肪族、芳香族和萜類化合物。揮發(fā)油中存在的萜類主要是單萜和倍半萜，通常它們含量較高，但無香氣，不是揮發(fā)油的芳香成分。揮發(fā)油易溶于醚、三氯甲烷、石油醚、二硫化碳和脂肪油等有機溶劑中，能完全溶于乙醇。
5）醌類化合物
醌類化合物(quinonoids)是植物中一類具有醌式結構的有色物質，在植物界分布較廣泛，維管植物中大約有50多個科100余屬的植物中含有醌類，集中分布于蓼科、茜草科、豆科、鼠李科、百合科、紫葳科等植物中。天然藥物如波葉大黃、虎杖、何首烏、鈍葉決明、丹參、番瀉葉、蘆薈、紫草中的有效成分都是醌類化合物。醌類化合物多數(shù)存在于植物的根、皮、葉及心材中，也有存在于莖、種子和果實中。
醌類化合物包括醌類或容易轉化為具有醌類性質的化合物，以及在生物合成方面與醌類有密切聯(lián)系的化合物，醌類化合物基本上具有α、β-不飽和酮的結構，當其分子中連有OH、OCH3等助色團時，多顯示黃、紅、紫等顏色。主要分為苯醌、醌、菲醌和蒽醌四種類型，在中藥中以醌及其衍生物尤為重要。游離的醌類化合物多具升華性，小分子的苯醌類及苯酮類具有揮發(fā)性，能隨水蒸汽蒸餾，可因此進行提取、精制。游離醌類極性較小，一般溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、三氯甲烷、乙醚、苯等有機溶劑，不溶或難溶于水；與糖結合成苷后極性顯著增大，易溶于甲醇、乙醇中，溶于熱水，但在冷水中溶解度較小，幾乎不溶于乙醚、苯、氯仿等極性較小的有機溶劑中。
6）萜類
萜類化合物（terpenoid）指具有（C5H8）n通式以及其含氧和不同飽和程度的衍生物，可以看成是由2-甲基-1，3-丁二烯或異戊烷以各種方式連結而成的一類天然化合物。在自然界中廣泛存在，包括維管植物、真菌、微生物、昆蟲以及海洋生物，均有萜類成分存在。萜類化合物多數(shù)具有不飽和鍵，其烯烴類常稱為萜烯，開鏈萜烯的分子組成符合通式（C5H8）n，隨著分子中碳環(huán)數(shù)目的增加，其氫原子數(shù)的比例相應減少。萜類化合物除以萜烴的形式存在外，多數(shù)是以各種含氧衍生物，如醇、醛、酮、羧酸、酯類以及苷等的形式存在于自然界，也有少數(shù)是以含氧、硫的衍生物存在。一般根據(jù)其構成分子碳架的2-甲基-1，3-丁二烯數(shù)目和碳環(huán)數(shù)目進行分類，有半萜、單萜、倍半萜，再根據(jù)各萜類化合物中碳環(huán)的有無和數(shù)目多少分，有開鏈萜（或無環(huán)萜）、單環(huán)萜、雙環(huán)萜（以此類推）等。萜類化合物在植物界分布很廣泛，最為豐富多樣的還是種子植物，尤其是被子植物門。它們經(jīng)常與樹脂、樹膠并生，似乎與生物堿相排斥。
7）木脂素類
木脂素（lignan）又稱木脂體，由兩分子苯丙素衍生物（C6-C3）聚合而成，單體主要是肉桂酸和苯甲酸及其羥甲基衍生物。是一類植物小分子量次生代謝物，在體內(nèi)大多呈游離狀態(tài)，也有與糖結合成甙存在于植物的樹脂狀物質中。木脂素常見于夾竹桃科、爵床科、馬兜鈴科植物中，廣泛分布于植物的根、根狀莖、莖、葉、花、果實、種子以及木質部和樹脂等部位。因為從木質部和樹脂中發(fā)現(xiàn)較早，并且分布較多，故而得名木脂素。木脂素類化合物可分為兩大類，即木脂素和新木脂素。木脂素類是指C6-C3單位通過邊鏈的β位碳連接而成的化合物，常見的有芳基萘、二芐基丁內(nèi)酯、四氫呋喃、二基丁烷和聯(lián)苯環(huán)辛烯等類型。C6-C3單位不通過邊鏈β位碳連接形成的聚合體被歸為新木脂素。
木脂素多數(shù)為無色或白色結晶（新木脂素除外），多數(shù)無揮發(fā)性，少數(shù)能升華，如去甲二氫愈創(chuàng)酸。游離木脂素偏親脂性，難溶于水，能溶于苯、三氯甲烷、乙醚、乙醇等。與糖結合成苷者水溶性增大，并易被酶或酸水解。木脂素分子結構中常含醇羥基、酚羥基、甲氧基、亞甲二氧基及內(nèi)脂環(huán)等官能團，具有這些官能團所具有的化學性質。具有酚羥基的木脂素還可溶于堿性水溶液中。
8）香豆素類
香豆素類化合物（Coumarins）是鄰羥基肉桂酸的內(nèi)酯，具有芳香氣味，廣泛分布于維管植物中，尤其以蕓香科和傘形科為多，少數(shù)發(fā)現(xiàn)于動物和微生物中。在植物體內(nèi)，它們往往以游離狀態(tài)或與糖結合成苷的形式存在。香豆素的母核為苯駢α-吡喃酮。該類化合物的母核結構有簡單香豆素類、呋喃香豆素類、吡喃香豆素類三種類型，是生藥中的一類重要的活性成分，主要分布在傘形科、豆科、菊科、蕓香科、茄科、瑞香科、蘭科等植物中。
游離的香豆素多數(shù)有較好的結晶，且大多有香味。香豆素中分子量小的有揮發(fā)性，能隨水蒸汽蒸餾，并能升華。香豆素苷多數(shù)無香味和揮發(fā)性，也不能升華。游離的香豆素能溶于沸水，難溶于冷水，易溶于甲醇、乙醇、敘情和乙醚；香豆素糖苷能溶于水、甲醇和乙醇，而難溶于乙醇等極性小的有機溶劑。
9）皂苷類
皂苷（saponins）是廣泛存在于植物界的一類特殊的苷類，它的水溶液振搖后可生產(chǎn)持久的肥皂樣的泡沫，因而得名。是由甾體皂苷元或三萜皂苷元與糖或糖醛酸縮合而成的苷類化合物。廣泛存在于植物界，在單子葉植物和雙子葉作物中均有分布，尤以長山藥科、玄參科、百合科、五加科、豆科、遠志科、桔梗科、石竹科等植物中分布最普遍，含量也較高，例如薯、人參、北柴胡、甘草、知母、桔梗等都含有皂苷。此外在海洋生物如海參、海星綱和動物中亦有發(fā)現(xiàn)。按皂苷配基的結構分為兩類：甾族皂苷，多存在于百合科和薯蕷科植物中；三萜皂苷，多存在于五加科和傘形科等植物中。根據(jù)水解后生成皂苷元的結構，皂苷可分為三萜皂苷與甾體皂苷兩大類。
皂苷大多為白色或乳白色的無定形粉末，味苦而辛辣，具吸濕性，能刺激粘膜而引起噴嚏，無明顯的熔點。可溶于水，易溶于熱水、熱甲醇、熱乙醇，不溶于乙醚、苯等極性小的有機溶劑。皂苷易溶于水飽和的丁醇或戊醇，因此常從水溶液中用丁醇或戊醇提取，借以與糖、蛋白質等親水性成分分開。皂苷經(jīng)酶或酸水解生成皂苷元為結晶狀物質，可溶于丙酮、乙醚、三氯甲烷等有機溶劑。
10）強心苷類
強心糖苷（cardiac glycosides）是指天然界存在的一類對心臟有顯著生理活性的甾體苷類，可用于治療充血性心力衰竭及節(jié)律障礙等心臟疾患，由強心苷元及糖縮合而成，其苷元是甾體衍生物，所連接的糖有多種類型。強心苷的基本結構是由植物固醇母核和連在C17位上的不飽和共軛內(nèi)酯環(huán)構成苷元部分，然后通過甾醇母核C3位上的羥基和糖縮而合成。根據(jù)苷元部分C17位上連接的不飽和內(nèi)酯環(huán)的類型分為甲型和乙型兩類。甲型，是目前臨床應用的強心苷及植物體中發(fā)現(xiàn)的絕大多數(shù)強心苷都是屬于這一類型，如毛地黃、毛花洋地黃、毒毛旋花、羊角拗、黃花夾竹桃屬、夾竹桃、福壽草、側金盞花、北五加皮、歐鈴蘭、萬年青等所含的強心苷。
強心苷類成分多為無色結晶或無定形粉末，味苦，對黏膜有刺激性。可溶于水、丙酮及醇類等極性溶劑，略溶于乙酸乙酯、含醇三氯甲烷（2∶1或3∶1），幾乎不溶于醚、苯、石油醚等非極性溶劑。它們在極性溶劑中的溶解性，隨分子中糖數(shù)目增加而增加。苷元難溶于極性溶劑而易溶于三氯甲烷、醋酸乙酯中。強心苷的苷鍵可被酸、酶水解，分子中具有酯鍵結構的還能被堿水解。
2、微生物及其發(fā)酵液有效成分
微生物是包括細菌、病毒、真菌以及一些小型的原生動物等在內(nèi)的一大類生物群體，它個體微小，卻與人類生活密切相關。能夠提供有效成分的主要是真核生物中的真菌與藻類，以及其他微生物的代謝（發(fā)酵）產(chǎn)物。來源于微生物及發(fā)酵液的有效成分主要有多糖類、酶類、抗生素類、色素類、氨基酸類、有機酸類、醇酮類、維生素類、核酸類等等。現(xiàn)將主要成分簡介如下：
1）多糖類
微生物多糖是一類次生代謝產(chǎn)物。其中的有些同瓊脂、果膠、阿拉伯膠等一樣，是一類水溶性膠體物質，具有高粘度、高水溶性、高穩(wěn)定性以及安全性等性質，因而在工業(yè)上具有多方面的特殊利用價值。某些來自高等真菌的多糖具有抗腫瘤作用，醫(yī)用價值很大。根據(jù)存在位置的不同，多糖可分為細胞內(nèi)多糖、細胞壁多糖和細胞外多糖。微生物大量產(chǎn)生的多糖主要是胞外多糖。胞外多糖的種類很多，根據(jù)所含糖苷基的情況可分為同型多糖和異型多糖。同型多糖中糖苷單體只有一種，如烷基糖苷組成的葡聚糖、果糖苷組成的果聚糖、甘露糖基聚合的甘露聚糖。植物體內(nèi)的淀粉和纖維素是葡聚糖型的同型多糖。異型多糖也稱雜多糖，是由兩種以上（一般為2-4種）不同的糖苷基組成的聚合體。構成異型多糖的單體糖有葡萄糖、甘露糖、葡萄糖酸、鼠李糖、葡萄糖醛酸、甘露糖醛酸和半乳糖等。有的異型多糖含有少量丙酮酸、琥珀酸等有機酸成分，也稱為酸性多糖。日常生活中常用的微生物多糖有：
黃單胞菌多糖（黃原膠）：一種典型的水溶性膠體多糖，是工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)率最大的微生物多糖。由甘露糖、葡萄糖和葡糖酸（2:2:1）構成的雜多糖，具有增粘、穩(wěn)定和互溶等物理性質。在食品工業(yè)中作為飲料、調味品、面包和罐頭制品中的添加劑。
短梗酶多糖：水溶性膠類物質，由出芽短梗霉菌深層發(fā)酵產(chǎn)生。由葡萄糖構成的麥芽三糖為糖苷基單位，是一種同型多糖。具有良好的水溶性、粘結性、成膜性和安全性，主要用作食品、醫(yī)藥、化妝品等制造中的增稠劑、成型劑和粘結劑。
葡聚糖：是一種發(fā)現(xiàn)較早的微生物多糖。發(fā)酵生產(chǎn)用菌種是腸膜明串珠菌。右旋糖酐為類似淀粉和糊精的葡聚糖物質，主要用途是在醫(yī)療中作為代血漿、動脈硬化抑制劑等，在食品加工上作為穩(wěn)定劑和保濕劑等。
海藻酸：最初在海藻中提取。主要由甘露糖醛酸和古洛糖醛酸單體聚合而成。海藻酸可作為乳化劑、穩(wěn)定劑和增粘劑用于食品、醫(yī)藥和造紙工業(yè)。其鈉鹽是一種通透性良好、無毒多聚膠體物質。
其他的大型真菌主要是多孔菌和傘菌中的種類，其多糖類代謝物具有增強機體免疫力、抑制腫瘤細胞增生的抗癌作用，著名的如香菇多糖、茯苓多糖、猴頭多糖、蟲草多糖及銀耳多糖等。
2）氨基酸類
氨基酸是在食品、醫(yī)藥、飼料、化工和農(nóng)業(yè)等部門中具有廣泛用途的化學原料。是一類具有特殊重要意義的化合物，是與生命活動密切相關的蛋白質的基本組成單位，是人體必不可少的物質。氨基酸廣泛存在于動物、植物和微生物中。
氨基酸分子中既有堿性-NH2和酸性COOH，與強酸強堿都能作用生成鹽，因此氨基酸為兩性化合物。氨基酸根據(jù)分子中所含的氨基和羧基的數(shù)目分為中性氨基酸、堿性氨基酸和酸性氨基酸。中性氨基酸是指分子中氨基和羧基數(shù)目相等的一類氨基酸。分子中氨基的數(shù)目多余羧基時稱為堿性氨基酸，氨基的數(shù)目少于羧基時稱為酸性氨基酸。
氨基酸為無色晶體，熔點一般都較高（常在230-300℃）之間），熔融時即可分解放出二氧化碳。氨基酸都能溶于酸性或堿性溶液中，但難溶于乙醚等有機溶劑。在純水中各種氨基酸的溶解度差異較大，加乙醇能使許多氨基酸從水溶液中沉淀析出。
氨基酸的發(fā)酵生產(chǎn)是通過微生物的代謝作用使含碳和氮的有機化合物轉化成氨基酸，再將發(fā)酵液濃縮干燥或通過離子交換樹脂將其提取出來。通過發(fā)酵法制得的是具有生化活性的L型氨基酸。大部分氨基酸幾乎都可以用微生物來生產(chǎn)。這比人工合成或用天然蛋白質降解的制造方法來得容易，且效益也大大提高。谷氨酸（味精）是最早用微生物工業(yè)化生產(chǎn)的氨基酸。用發(fā)酵法生產(chǎn)的氨基酸有賴氨酸、丙氨酸、精氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、L-苯丙氨酸、色氨酸、Thr、L-脯氨酸、瓜氨酸、鳥氨酸等。目前工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)的氨基酸主要如下：
L-谷氨酸：生產(chǎn)谷氨酸的主要有谷氨酸棒桿菌、黃色短桿菌以及微桿菌中的種類。工業(yè)發(fā)酵采用大型通氣攪拌發(fā)酵罐，碳源采用淀粉質原料（玉米、番薯、小麥和馬鈴薯等）糖化后的葡萄糖液。尿素、氨水是良好的氮源。發(fā)酵最適溫度為30-35℃，最適pH值為7.5-8。
L-賴氨酸：是谷類蛋白質中不足的氨基酸，作為食品和飼料中添加的必須氨基酸。賴氨酸發(fā)酵菌種是通過誘變處理獲得的谷氨酸棒桿菌或黃色短桿菌的營養(yǎng)缺陷型突變株，人為地解除氨基酸生物合成的代謝控制機制，能大量積累賴氨酸，產(chǎn)量可以達到30g/L以上。
3）抗生物類
抗生素是微生物在新陳代謝過程中產(chǎn)生的、以低微濃度能抑制它種微生物的生長和活動，甚至殺滅它種微生物性能的化學物質。抗生素根據(jù)作用機制可以分為以下幾類：
作用于脫氧核糖核酸合成系統(tǒng)的抗生素：核苷酸生物合成的抑制劑抑制dATP、dGTP、dTTP、dCTP的合成，5FU、FdUMP、葉酸拮抗劑抑制從dUMP到dTMP的生成。ara C及ara CTP抑制從dCTP生成DNA。抗癌霉素抑制DNA多聚酶。絲裂霉素、烷化劑、博來霉素、奈里酸、腐草霉素、抗原蟲劑、嗜癌素、啉類、早妥鏈絲菌素以及新制癌素C（紡錘菌素、遠霉素A、多色霉素等）作用于模板DNA或核糖核酸。此外還有抑制核苷酸生物合成的化合物：葉酸和5FU。
抑制轉錄反應的抗生素：利福霉素、曲張鏈絲霉素、鏈霉菌屬素、α-鵝膏菌素、放線菌素、柔紅霉素、豐加霉素、冬蟲夏草菌素等。
作用于核苷酸生物合成系統(tǒng)的有冬蟲夏草菌素、重氮霉素A、丙氨菌素等。
抑制蛋白質合成系統(tǒng)的有吲哚霉素、鏈霉素、慶大霉素、卡那霉素、四環(huán)素等。
抑制細菌細胞壁粘肽生物合成系統(tǒng)的有磷霉素、D-環(huán)絲氨酸、萬古霉素、桿菌肽以及β-內(nèi)酰胺類抗生素等。
作用于細胞質膜的有持久霉素、青霉素、多粘菌素B、大四環(huán)抗生素、纈氨霉素、大四環(huán)抗生素以及英恩霉素等。
作用于能量代謝系統(tǒng)或作為抗代謝物的有：抗霉素A、寡霉素、短桿菌肽S等。
就作用和產(chǎn)值而言，抗生素及相關的生物活性物質是微生物最重要的產(chǎn)品。迄今已經(jīng)能夠生產(chǎn)的有一百多種，臨床應用的有幾十種。放線菌產(chǎn)生的抗生素種類最多，約占四分之三。目前開發(fā)的新微生物生物活性物質目標集中在以下幾個方面：抗腫瘤物質；抗耐藥性金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和結核分枝桿菌物質、抗綠膿桿菌和變形桿菌物質、抗病毒物質、抗心血管疾病物質。
4）色素類
色素根據(jù)溶解性能的不同可以分為水溶性的色素和油溶性的色素。水溶性的色素有檸檬黃、日落黃、莧菜紅、靛藍、亮藍、甜菜色素、花青素、玫瑰茄紅、越橘紅等，脂溶性的色素有胡蘿卜素、辣椒紅素、姜黃、玉米黃、紅曲酶色素等。微生物色素除紅、橙、黃、綠、青、藍、紫，褐和黑色之外，還有介于它們之間的各種各樣顏色。這些色素有在細胞內(nèi)的，有在細胞外的；有自身合成的，有轉化培養(yǎng)基中的某些成份而形成的。總的來說，可以分為兩類；①菌苔本身呈色而不滲入培養(yǎng)基，稱為非水溶性色素。④菌苔本身呈色或不呈色，但使培養(yǎng)基呈色，稱水溶性色素。
微生物有些色素，如細胞色素C，具有十分重要的生理功能，但許多色素的功能尚未被人們認識。在微生物，最普遍和常見的色素是黃色和橙色--類胡蘿卜素。所有光合微生物都有類胡蘿卜索，如光合細菌。許多非光合微生物也含有類胡蘿卜素，如紅酵母菌、鏈孢霉菌、藤黃八疊球菌等。許多假單胞菌感染靶一些放線菌可以產(chǎn)生各種顏色的 吩嗪類色素，如紫色的碘菌素、藍綠色的綠膿桿菌素、金黃色的金色菌素等。真菌的色素種類也很多，一種真菌往往可以產(chǎn)生不只一種色素，色素的主要成份是甲苯醌、萘醌和咄噸酮等類型的衍生物。
色素是一種次生代謝產(chǎn)物，一般是在菌體生長后期開始合成，其合成過程可能是在培養(yǎng)基中缺乏某種營養(yǎng)物質，菌體的生長過程受到限制時被啟動的。一般是菌體生長繁殖過程中不需要的物質、菌體失去合成這種物質的能力后照常生長。
5）酶類
目前用微生物生產(chǎn)的酶有數(shù)百種，其中大部分是水解酶（碳水化合物水解酶、蛋白酶、脂肪酶等）、氧化酶、轉化酶、異構酶等，均已大規(guī)模生產(chǎn)和應用。分子生物學上廣泛使用的工具酶（限制性內(nèi)切酶、聚合酶、連接酶等）大都來源于微生物。目前我國已經(jīng)能用發(fā)酵法大規(guī)模生產(chǎn)工業(yè)上所需要的酶及部分工具酶。
微生物由于催化自身代謝的需要，能合成種類繁多的酶。酶具有催化各種生化反應的功能。酶在化工、食品、釀造、醫(yī)藥、紡織和制革等工業(yè)上用途很廣。利用微生物的工業(yè)發(fā)酵可以生產(chǎn)各種酶產(chǎn)品。
酶是生物細胞產(chǎn)生的一類具有高度催化活性的蛋白質，其催化能力比無機化合物催化劑要高出幾萬倍甚至幾億倍。在生產(chǎn)上應用酶來催化各種反應，同使用無機催化劑相比具有許多優(yōu)點，如作用快，生產(chǎn)周期短，轉移性強，副產(chǎn)物少，產(chǎn)物易提純；代替強酸強堿的催化作用，不污染環(huán)境等。目前酶制劑已經(jīng)稱為工業(yè)上的一項新興產(chǎn)品，在食品、化工、醫(yī)藥、紡織、造紙、農(nóng)林以及生物科學研究等領域有著廣泛的用途。
氧化還原酶類如脫氫酶和過氧化物酶；轉換酶類如轉氨酶和轉磷酸酶等；水解酶類如淀粉酶、纖維素酶、脂酶和蛋白酶等；裂解酶類如脫羧酶、脫氨酶和脫氧核糖核酸內(nèi)切酶等；異構酶類如葡萄糖異構酶和磷酸丙糖異構酶等；連接酶如DNA連接酶等。
6）維生素類
維生素是維持細胞生長和正常代謝所必須的微量有機化合物。在化學結構上不屬于同一類化合物，脂肪族、芳香族、脂環(huán)族、糖苷和雜環(huán)化合物類等化合物都有。雖然結構不同，生理功能各異，但也有以下幾點共同點：以本體形式或可被利用的前體形式存在于天然食品中；多數(shù)不能在體內(nèi)合成，也不能大量儲存在組織中；不是構成各種組織的原料，也不提供能量；常以輔酶或輔基的形式參與酶功能；有的維生素結構和生物活性相近，如吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺等。
維生素根據(jù)溶解性能可分為兩大類：脂溶性和水溶性維生素。脂溶性的維生素包括維生素a、D、E、K，它們不溶于水而溶于脂肪及有機溶劑中，在食物中常與脂類共存；水溶性維生素包括B族維生素和維生素c一般無毒性，容易在體內(nèi)被代謝出。用微生物生產(chǎn)的維生素有維生素B2、β-胡蘿卜素、維生素B2、維生素B6、維生素B12、維生素C等。
7）其他類
有機酸：目前用微生物工業(yè)化生產(chǎn)的有機酸有檸檬酸、醋酸、葡萄糖酸、葡萄糖酸、丁烯二酸、曲酸、烏頭酸、DL-蘋果酸、α-酮戊二酸、衣康酸、乳酸、酒石酸、反丁烯二酸等。他們中的大多數(shù)是重要的化工原料。
有機酸具有超過抗生素的多種作用，其中包括降低pH值和增強胰腺分泌。作為一類化學物質，它們都有共同的結構R-COOH。
醇酮類：乙醇、丁醇、丙酮等化工原料都可利用微生物來生產(chǎn)。
3、海洋天然產(chǎn)物有效成分
海洋占地球表面積的71%，生物量約占地球生物總量的87%，生物種類20多萬種，是地球上最大的資源能源寶庫，目前人們對海洋生物的認識仍相當有限，利用率僅1%左右。到目前為止海洋天然產(chǎn)物有效成分主要有植物固醇、萜類、皂苷、不飽和脂肪酸、多糖和糖苷、大環(huán)內(nèi)酯、聚醚多元醇類化合物和多肽等。現(xiàn)將主要成分簡介如下：
1）甾醇
甾醇是脂肪不能被皂化部分分離得到的飽和或不飽和的仲醇，無色結晶，幾乎不溶于水，但是易溶于有機溶劑。固醇在C3上－OH都是β型，在天然界中以游離醇或高級脂肪酸酯形式存在。
自1970年從扇貝中提取出24-失碳-22-脫氧膽甾醇以及發(fā)現(xiàn)珊瑚甾醇后，海洋甾醇的研究進展十分迅速。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)大量結構獨特的植物固醇它們主要分布在硅藻、海綿、刺胞動物門、被囊類、環(huán)節(jié)動物門、軟體動物門、棘皮動物等海洋生物體內(nèi)，尤以海綿類為多。從海綿（Petrosia weinbergi）中分離出兩種新的甾醇硫酸鹽Weinbersterol Disulfides和B，都具有體外抗貓白血病毒作用，其半數(shù)效應濃度（EC50）分別為4.0g/mL和5.2g/mL后者還顯示出體外抗HIV作用。
2）萜類
萜類（Terpenes）是一類天然的烴類化合物，其分子中具有2-甲基-1，3-丁二烯（isoprene）的基本單位。通式為(C5H8)n。海洋萜類化合物主要來源于海洋藻類，海綿和珊瑚動物，包括單萜、倍半萜、二萜、二倍半萜、喃萜等類型。
大多數(shù)海洋單萜化合物都含有較多鹵素，這是其獨特的結構特點。海洋倍半萜常見于紅藻、褐藻綱、珊瑚、海綿等。紅藻倍半萜的生源主要有兩個：一是以順反-法尼醇焦磷酸酯為前體，經(jīng)沒藥烷（bisabolane）衍生而來一是以反、反-法尼醇焦磷酸酯為前體、經(jīng)吉馬烷（germacrane）等十元環(huán)中間體衍生而來。Scheuer等從海綿Luffariella variabilis中提取到的抗微生物活性物質manoalide是一個倍半萜化合物，藥理學研究表明，該化合物有良好的鎮(zhèn)痛、抗炎藥活性，是磷脂酶A2（PLA2）的強效不可逆抑制劑，能干擾磷脂膜釋放類二十烷酸類物質，因而有望成為治療由PLA2或類十二烷酸引起的皮膚病的新藥。
海洋二萜化合物的化學結構變化比倍半萜更多，其生物合成前體被認為是牛兒基牻牛兒醇焦磷酸酯。二倍半萜是由5個2-甲基-1，3-丁二烯單位聚合而成，主要存在于多孔動物中。從Ircinia屬海綿中發(fā)現(xiàn)的suvanine是一種三碳環(huán)二倍半萜，它在10μg/mL濃度下即有毒魚作用，因此可能是海綿的防衛(wèi)物質之一。C21呋喃萜是一類結構特殊的萜類，目前僅在海綿中發(fā)現(xiàn)，從生物合成的觀點來看，它們可能是由二倍半萜降解而來的。
3）皂苷
許多陸地植物含有皂甙，而動物界中只有海洋棘皮動物的海參和海星綱含有皂甙，皂甙是它們的毒性成分。皂甙（Saponins）又稱皂素，它的水溶液振搖后可生產(chǎn)持久的肥皂樣的泡沫，因而得名。根據(jù)皂甙水解后生成皂甙元的結構，可分為三萜皂甙（triterpenoidal saponins）與甾體皂（steroidal saponins）兩大類。
海參皂甙均為羊毛脂甾烷型三萜皂甙，其甙元都具有相同的母核海參烷（holostane）。從無足海參（Holothuria leucospilota）內(nèi)臟提取的多種海參皂苷稱玉足海參素，制成含滲透劑的軟膏，臨床治療皮膚癬菌病，效果較好。
海星綱皂甙元均為甾體，包括孕甾烷型和膽甾烷型，前者如海星甾酮即海星皂甙元I（asterosapogenin I）后者如瑪沙海星甾酮和二氫瑪沙海星甾酮，它們是最先確定結構的海星皂甙元。而組成糖原部分的單糖主要有鼠李糖、巖藻糖、奎諾糖、木糖、半乳糖和葡萄糖。海星皂甙大多具有抗癌、抗菌、抗炎藥等生理活性，其溶血性貧血作用比海參皂甙更強。
4）不飽和脂肪酸
不飽和脂肪酸（Unsaturated fatty acids）是構成生物體脂肪的一種脂肪酸，是人體必需的脂肪酸。不飽和脂肪酸根據(jù)雙鍵個數(shù)的不同，分為單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸二種。單不飽和脂肪酸有油酸，多不飽和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acids）指含有兩個或兩個以上雙鍵且碳鏈長度為18～22個碳的直鏈脂肪酸，有亞油酸、亞麻酸、花生四烯酸等。通常分為omega－3和Omega-6，在多不飽合脂肪酸分子中，距羧基最遠端的雙鍵在倒數(shù)第3個碳原子上的稱為omega－3；在第六個碳原子上的，則稱為omega－6。
多不飽和脂肪酸主要來源于海洋生物，如二十碳五烯酸（eicosapaentenoic acid，EPA）、二碳六烯酸（docosahexenoic acid，DHA）、十八碳三烯酸（octadecatrienoic acid）等。DHA具有抗衰老、提高大腦記憶、防止大腦衰退、降血脂、降血壓、抗血栓、降血粘度和抗癌等多種作用。EPA則用于治療動脈硬化和腦血栓，還有增強免疫功能和抗癌作用。此外，從鯊魚、海兔、鯨目、海馬等體內(nèi)也獲得多種不飽和脂肪酸。實驗表明，它們均具有一定的藥理學活性。
5）多糖和糖苷
多由多個單糖分子脫水聚合而成，可成直鏈或者有分支的長鏈，是一種分子結構復雜且龐大的糖類物質。其通式為（C6H12O6）x。基本結構單元是葡聚糖，其分子量一般為數(shù)萬甚至達數(shù)百萬。而糖苷是單糖半縮醛羥基與另一個分子（例如醇、糖、嘌呤或嘧啶）的羥基、胺基或巰基縮合形成的含糖衍生物。
多糖和糖苷參與體內(nèi)細胞各種生命現(xiàn)象的調節(jié)，能激活免疫細胞，提高機體免疫功能，而對正常細胞無毒副作用。具有開發(fā)潛力的海洋多糖化合物，包括螺旋藻多糖、微藻多糖、紫菜多糖、玉足海參糖胺聚糖、海星綱粘多糖、扇貝糖胺聚糖、刺參科粘多糖、硫酸軟骨素、透明質酸、甲殼質及其衍生物等。
大環(huán)內(nèi)酯，或稱巨環(huán)內(nèi)酯，是一組其作用在于結構內(nèi)的“大環(huán)”的藥物（一般都是抗生素），這個大環(huán)亦即是一連結一個或多個脫氧糖（多是紅霉糖及脫氧糖胺）的內(nèi)酯環(huán)。內(nèi)酯環(huán)可以是由14、15或16個單元組成。大環(huán)內(nèi)酯屬于天然產(chǎn)物中的多烯酮類。大環(huán)內(nèi)酯化合物大多具有抗腫瘤抗菌活性。在海洋生物中，其主要分布于藍藻、雙鞭毛蟲門、海綿、苔蘚蟲、被囊動物和軟體動物門及某些海洋菌類中。
從紅海產(chǎn)的海綿中分離到的latrunculin A和B有很強的殺魚作用；海兔的污穢毒素（aplysiatoxin）及脫溴穢毒素（debromoaplysia toxin）具有抗癌作用，它們都屬于大環(huán)內(nèi)酯類化合物。Moore等從藍藻雙歧藻屬（Scytonema pseudohofmauni）中分離鑒定出5種大環(huán)內(nèi)酯化合物：Scytophycin A，B，C，D和E，它們都具有很強的細胞毒性和抗菌活性。
另一類大環(huán)內(nèi)酯，除瘧霉素（aplasmomycin）是從淺海淤泥中分離出的灰色鏈球菌（鏈霉菌屬 griseum）所產(chǎn)生的一類抗生素，體外試驗表明具有抑制革蘭氏陽性菌作用，體內(nèi)試驗則有抗瘧作用。
7）聚醚多元醇化合物
許多海洋毒素都屬于聚醚化合物，聚醚類毒素是一類化學結構獨特、毒性強烈并具有廣泛藥理學作用的天然毒素，目前已發(fā)現(xiàn)的聚醚類毒素按其化學特征可歸納為3類：脂鏈聚醚毒素類、大環(huán)內(nèi)酯聚醚毒素、梯形稠聚醚毒素。
巖沙海葵目霉素(palytoxin，PTX) ，為最早開展研究的聚醚毒素，最初發(fā)現(xiàn)于劇毒巖海葵，分子量為2678.6，分子式C129H223 N3O54，1982年發(fā)現(xiàn)了其全部立體結構，證明此類毒素是一些不飽和脂肪鏈和若干環(huán)醚單元構成的含有64個不對稱手性中心的復雜有機化合物，故其屬于脂鏈聚醚毒素類。PTX至今仍是已知結構的非肽類天然生物毒素中毒性最強和結構最復雜的化學物質。
刺尾魚毒素(matiotxin，MTX)，是由崗比甲藻類產(chǎn)生，經(jīng)食物鏈蓄積于刺尾魚體內(nèi)的一類結構獨特的海洋生物毒素，是從海洋生物中分離得到的一些含有醚環(huán)結構的大環(huán)聚醚多元醇內(nèi)酯化合物，是已知最大的天然毒素之一，為一種高極性化合物，可溶于水、甲醇、乙醇、二甲基亞砜，不溶于三氯甲烷、丙酮和乙腈。
西加毒素( ciguatoxin，CTX)，其化學結構極為特殊，其分子骨架全部由一系列含氧5～9元醚環(huán)鄰接稠合構成，整個骨架具有反式/順式的立體化學特征。在各環(huán)的頂部和底部之間有交替變化的氧原子，每個醚氧原子組成，毗鄰環(huán)之間的原子形成一種陡坡式梯形線狀分子。分子式為C60H80O19，分子量為1112，分子中有6個羥基，5個甲基和5個雙鍵。該毒素是一種高毒素性化合物，屬于梯形稠聚醚多元醇毒素并為此類中結構最復雜，毒性最強的一類化合物。
8）多肽類
生物體內(nèi)的活性肽是介于氨基酸與蛋白質之間的分子聚合物，它小至由2個氨基酸組成，大至有數(shù)百個氨基酸通過肽鍵連接組成，具有十分重要的研究價值和生理學意義。肽類主要分為以下兩種形態(tài)：
線形肽（Liner peptides）一般按照其分子量或所含氨基酸個數(shù)的不同，加以分類。早期海葵目中的多肽就按照分子量及藥理學活性的不同分為4類：(1)MW<3000，主要包含作用于Na+通道的毒素；(2)4000
環(huán)肽（cyclo peptides）按照其環(huán)的個數(shù)與類型可分為單環(huán)環(huán)肽、雙環(huán)環(huán)肽、假環(huán)肽。單環(huán)環(huán)肽內(nèi)通常只有氨基酸之間的肽鍵，其中的氨基酸一般不與其它雜原子成鍵，故只有1個環(huán)；雙環(huán)環(huán)肽內(nèi)含有1個或幾個成橋的氨基酸。但為人所知的這種結構的環(huán)肽，目前數(shù)量還很少。
參考資料 >