57-87-4/關(guān)于麥角甾醇的應(yīng)用介紹

【概述】

麥角甾醇化學(xué)名為24β-甲基膽固醇-5，7烯-3β-羥基，別名麥角固醇，為白色或無(wú)色光亮的小葉晶或白色結(jié)晶粉末。麥角甾醇不但具有獨(dú)特的生理作用，還被廣泛應(yīng)用到藥物的開發(fā)中。麥角甾醇作為真菌細(xì)胞膜的重要組成成分，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，專一性強(qiáng)，對(duì)測(cè)定生物量來(lái)說(shuō)，它比葡糖胺更具代表性，所以可以通過(guò)檢測(cè)麥角甾醇的含量來(lái)測(cè)量真菌的生物量。麥角甾醇可以增強(qiáng)人體抵抗疾病的能力，是重要的脂溶性維生素D2源，具有明顯的抑菌、抗腫瘤功效。而轉(zhuǎn)化物維生素D2可以作為飼料添加劑添加在飼料中，增加畜禽的產(chǎn)蛋率和孵化率。麥角甾醇也可以作為重要的醫(yī)藥化工原科，用于生產(chǎn)“可的松”、“激素黃體酮”等甾醇類藥物。

【理化性質(zhì)】

常溫下為固體,熔點(diǎn)為156一158℃,麥角甾醇不溶于水,易溶于乙醇、石油醚、正庚烷等有機(jī)溶劑。在乙醇中結(jié)晶得片狀水合晶體,在乙醇中的紫外最大吸收峰在282nm附近。強(qiáng)氧化劑能破壞麥角甾醇，遇到光和空氣中的氧時(shí)，即使在常溫下也會(huì)被氧化而發(fā)黑。

【生物合成途徑】

1.麥角甾醇生物合成途徑 麥角甾醇的生物合成是一個(gè)多酶參與的復(fù)雜的代謝過(guò)程。近年來(lái),人們對(duì)真核細(xì)胞內(nèi)麥角甾醇的生物合成做了大量的研究,對(duì)其生物合成途徑有了比較詳細(xì)的了解,其合成途徑如下:

圖1為麥角甾醇生物合成途徑

2.麥角甾醇生物合成途徑有關(guān)基因 ERG9:ERG9編碼的蛋白為鯊烯合成酶,催化2分子焦磷酸法呢酯形成麥角甾醇生物合成途徑中第一個(gè)固醇分子,是麥角甾醇合成的直接前提。有兩家實(shí)驗(yàn)室克隆到了ERG9,在兩家的研究當(dāng)中ERG9的營(yíng)養(yǎng)缺陷型需補(bǔ)充麥角甾醇和有氧生長(zhǎng)條件,用含ERG9的質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌,導(dǎo)致大腸桿菌內(nèi)麥角甾醇的合成,ERG9包含1個(gè)開閱框,編碼444個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì),蛋白分子量為51700,該基因在人與酵母之間高度保守,位于第Ⅷ染色體上。 ERG1:ERG1編碼產(chǎn)物為鯊烯環(huán)氧酶,該酶為需氧酶,催化鯊烯轉(zhuǎn)化為2.3環(huán)氧鯊烯,利用該酶對(duì)丙烯胺敏感的特性克隆到了ERG1基因,經(jīng)分析發(fā)現(xiàn),ERG1基因包含1個(gè)開閱框,編碼1個(gè)496氨基酸的蛋白質(zhì),位于第ⅩⅤ染色體上。

ERG7:ERG7編碼的蛋白產(chǎn)物為羊毛甾醇合成酶,先后在熱帶假絲酵母(C.albicans)和啤酒酵母(S.cerevisiae)中克隆到該基因,ERG7包含1個(gè)2196bp的開閱框,編碼732氨基酸的蛋白質(zhì)。ERG7位于達(dá)到第Ⅷ染色體上。 ERG11:ERG11編碼產(chǎn)物為羊毛甾醇14α去甲基化酶-細(xì)胞色素P450,催化羊毛甾醇14α氧化脫甲基作用。Kalb等從酵母中克隆到該基因,它含有單一的開閱框,編碼530氨基酸的蛋白質(zhì),ERG11被破壞的菌株需補(bǔ)充麥角甾醇及有氧生長(zhǎng)條件。目前已經(jīng)分別從高等植物、真菌、哺乳動(dòng)物體內(nèi)克隆出P450基因并測(cè)序分析,所有的P450都含有500～600個(gè)氨基酸殘基,多序列聯(lián)配結(jié)果表明高等植物、真菌、哺乳動(dòng)物之間有35%～42%的序列同源性,說(shuō)明P450是非常保守的,P450還是許多抗真菌劑的作用靶位,對(duì)P450基因及其產(chǎn)物的研究將為抗真菌新藥的研發(fā)提供理論依據(jù)。ERG8位于達(dá)到第Ⅷ染色體上。

ERG24:ERG24編碼的蛋白產(chǎn)物是C-14還原酶,催化4.4-二甲基-膽甾-8.14.24三烯醇還原為4.4-二甲基酵母甾醇。ERG24包含1個(gè)1314bp的開閱框,編碼438氨基酸的蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)分子量為50612。該基因在染色體上的位置尚未確定。 ERG25:ERG25編碼的蛋白產(chǎn)物為C24固醇甲基氧化酶,M.Bard等人首先在啤酒酵母中克隆到了該基因,ERG25突變體在菌體內(nèi)積累4.4-二甲基酵母甾醇,ERG25對(duì)于啤酒酵母生長(zhǎng)是必需的。

ERG25包含單一開閱框,編碼309氨基酸的蛋白質(zhì),存在于第Ⅶ染色體上。 ERG6:ERG6編碼的產(chǎn)物為C-24甲基化酶,存在于植物和真菌中,催化酵母甾醇C-24位甲基化形成28碳的甾醇結(jié)構(gòu),C-24位甲基化對(duì)形成正常細(xì)胞膜是必需的,ERG6突變體對(duì)放線菌酮敏感,對(duì)制霉菌素具抗性,對(duì)ERG6突變體必需補(bǔ)充色氨酸。ERG6具單一開閱框,編碼383氨基酸的蛋白質(zhì),ERG6定位在第ⅩⅢ染色體上。 ERG2:ERG2編碼的蛋白為C-8固醇異構(gòu)酶,催化糞甾醇轉(zhuǎn)化為上位甾醇,該酶是抗真菌藥物嗎琳的作用靶位。基因包含單一開閱框,編碼222氨基酸的蛋白質(zhì)。ERG2定位于第ⅩⅢ染色體上。 ERG3:ERG3編碼的蛋白產(chǎn)物為C-5脫氫酶,催化上位甾醇還原為麥角-5.7.24(28)三烯醇。ERG3存在于動(dòng)物、植物、真菌中,包含單一開閱框,編碼365個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)。ERG3對(duì)S.cerevisiae的生長(zhǎng)是非必需的。ERG3定位在第ⅩⅡ染色體上。

ERG5:ERG5編碼的蛋白產(chǎn)物為C-22固醇脫氫酶,催化麥角-5.7.24(28)三烯醇還原為麥角-5.7.22.24(28)四烯醇。該酶是麥角甾醇生物合成過(guò)程中第二個(gè)細(xì)胞色素P450超家族蛋白質(zhì)成員,與哺乳動(dòng)物細(xì)胞色素P450相似。ERG5包含單一開閱框,編碼538氨基酸的蛋白質(zhì),定位在第ⅩⅢ染色體上。 ERG4:ERG4編碼的蛋白產(chǎn)物為C-24固醇還原酶,是麥角甾醇生物合成過(guò)程中最后一個(gè)酶,催化最終合成麥角甾醇,序列分析表明ERG4與ERG24十分相似,有很高同源性,ERG4包含單一開閱框,編碼473氨基酸的蛋白質(zhì),位于第Ⅶ染色體上。

【生產(chǎn)工藝】

1.酵母發(fā)酵玉米秸稈產(chǎn)麥角甾醇工藝流程: 玉米秸稈→粉碎→蒸汽爆破→纖維素(半纖維素)→稀酸水解→六碳糖(五碳糖)→發(fā)酵→離心→皂化→提取→濃縮→麥角甾醇結(jié)晶。

2.葡萄糖母液生產(chǎn)高麥角甾醇工藝流程 試管斜面→搖瓶種子→小小種子罐→小種子罐→中種子罐→大種子罐→處理好的原料+種子→發(fā)酵→分離→洗滌→分離→洗滌→分離→壓棒→自溶→噴霧干燥→高麥角甾醇酵母粉→包裝取樣化驗(yàn)一成品

3.紅曲菌中提取麥角甾醇方法 篩選一株產(chǎn)麥角甾醇較高的紅曲菌，在28攝氏度時(shí)，以小米作為基質(zhì)，加水量為60%，在攪拌水中加入酵母膏和鈣離子，發(fā)酵3天，可最大量產(chǎn)生麥角甾醇。

【萃取方法】

1.皂化回流法 在皂化萃取麥角甾醇的過(guò)程中，影響麥角甾醇產(chǎn)率的因素很多，皂化劑、皂化溫度、純堿比都是影響麥角甾醇收率的重要因素，皂化萃取時(shí)，可以加入一些低級(jí)醇，提高皂化反應(yīng)的反應(yīng)速率。相比其他方法，皂化回流法仍然有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)，因此也是萃取麥角甾醇最常用的方法之一。

2.超聲波、微波萃取法 超聲波萃取法省時(shí)、節(jié)能、高效，并且可以避免高溫對(duì)提取物的影響。影響超聲波萃取麥角甾醇的關(guān)鍵有4個(gè)因素，分別是浸提液、浸提反應(yīng)溫度、超聲波振動(dòng)時(shí)間以及浸提比。

3.超臨界流體CO2萃取法 超臨界流體CO2萃取法因具有安全、潔凈、穩(wěn)定、提取的產(chǎn)品質(zhì)量高和產(chǎn)品成分不易受到干擾而被廣泛應(yīng)用在食品、醫(yī)藥等工業(yè)中，是近年來(lái)出現(xiàn)的一種基于水溶性高聚物的新型萃取體系。超臨界CO2萃取分離技術(shù)是一種很有前途的綠色環(huán)保技術(shù)，能提供更高的選擇性，縮短萃取時(shí)間，并且不使用有毒的有機(jī)溶劑，超臨界流體萃取法有可能取代傳統(tǒng)使用有機(jī)溶劑萃取的方法。實(shí)際使用中常與高效液相色譜法、氣相色譜法、氣質(zhì)聯(lián)用等檢測(cè)方法結(jié)合，能提高對(duì)天然產(chǎn)物活性成分含量測(cè)定的效率與精確度，對(duì)于促進(jìn)超臨界CO2萃取技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展具有十分重要的意義。

【應(yīng)用】　

麥角甾醇是微生物細(xì)胞膜的重要組成部份，對(duì)確保細(xì)胞活力、膜的流動(dòng)性、膜結(jié)合酶的活性、膜的完整性以及細(xì)胞物質(zhì)運(yùn)輸?shù)绕鹬匾饔?。具有良好的流?dòng)性的酵母細(xì)胞膜，具有較高的耐凍能力。 麥角甾醇是一種重要的醫(yī)藥化工原料,可用于“可的松”“激素黃體酮”的生產(chǎn),“黃體酮”是雌性激素之一,“可的松”具有抗炎癥、抗過(guò)敏、抗病毒、抗休克等藥理作用,臨床上多用以控制嚴(yán)重中毒性感染和風(fēng)濕病等。麥角甾醇還是維生素D2的前體。維生素D2在調(diào)節(jié)生命代謝功能上有重要作用。它可以提高人體和動(dòng)物鈣磷的吸收,促進(jìn)骨路的形成。若攝入量不足,會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的缺乏病,如嬰兒的拘樓病、老年人的骨質(zhì)疏松病等。

【用途】

1.通過(guò)對(duì)麥角甾醇生物合成途徑的研究，可以加入抗真菌藥作用靶酶，來(lái)抑制麥角甾醇的合成，以至于減少禾谷絲核菌的生成，增加小麥的產(chǎn)量。

2.以麥角甾醇為原料,KMnO4為氧化劑,一步法氧化反應(yīng)得到活性四羥基麥角甾醇ergosta-8(9),22-diene-3,5,6,7-tetrol(3β,5α,6α,7α,22E)和ergosta-8(14),22-diene-3,5,6,7-tetrol(3β,5α,6α,7α,22E),該反應(yīng)操作和分離純化工藝簡(jiǎn)單,產(chǎn)率高。

3.麥角甾醇是真菌類的特征甾醇，是一種重要的維生素D源。其含量測(cè)定曾采用薄層掃描法，步驟繁雜，耗時(shí)過(guò)多。國(guó)外有人測(cè)定麥角甾醇的含量作為糧食發(fā)霉的定量指標(biāo)，操作復(fù)雜繁瑣。

【主要參考資料】

[1]熊寧波. 麥角甾醇產(chǎn)生菌的選育及其發(fā)酵條件研究[D].天津科技大學(xué),2003.

[2]曹龍輝,李曉珺,趙文紅,朱豪,洪澤淳.麥角甾醇的研究進(jìn)展[J].中國(guó)釀造,2014,33(04):9-12.

[3]南春輝.麥角甾醇的研究進(jìn)展[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2009(10):6-7.