พฤกษเคมีและเคมีพืช

พฤกษเคมีเป็นสาขาหนึ่งของเภสัชเวทที่ศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของพืช — วิธีการสังเคราะห์ทางชีวภาพ การแยกและการระบุสาร และสารใดบ้างที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพที่เกี่ยวข้องกับการแพทย์ พฤกษเคมีเชื่อมโยงความหลากหลายทางธรรมชาติของสารเมแทบอไลต์จากพืชเข้ากับการค้นคว้ายาและการควบคุมคุณภาพในงานเภสัชศาสตร์

Definition

พฤกษเคมีคือการศึกษาทางเคมีอย่างเป็นระบบของสารประกอบที่ผลิตโดยพืช ครอบคลุมถึงต้นกำเนิดการสังเคราะห์ทางชีวภาพ การแยก การจำแนกลักษณะโครงสร้าง และความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและฤทธิ์ที่ทำให้สารบางชนิดมีความสำคัญทางเภสัชวิทยา

Scope

สาขาวิชานี้จะนำผู้อ่านไปสู่เคมีของสารประกอบที่ได้จากพืช: ความแตกต่างระหว่างเมแทบอลิซึมปฐมภูมิและทุติยภูมิ ประเภทโครงสร้างหลักของสารเมแทบอไลต์ทุติยภูมิ (อัลคาลอยด์, สารประกอบฟีนอลิก, เทอร์พีนอยด์ และไกลโคไซด์) และหลักการของการสกัด การแยก และการพิสูจน์โครงสร้าง โดยวางกรอบความรู้เหล่านี้เป็นความรู้พื้นฐานสำหรับเภสัชเวทผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ มากกว่าที่จะเป็นแนวทางการสั่งจ่ายยาทางคลินิก

Sub-topics

• อัลคาลอยด์
• ไกลโคไซด์และพอลิแซ็กคาไรด์
• สารประกอบฟีนอลิก
• สารเมแทบอไลต์ทุติยภูมิ
• เทอร์พีนอยด์และเทอร์พีน

Core questions

• สารเมแทบอไลต์ทุติยภูมิจากพืชมีโครงสร้างประเภทใดบ้าง และมีความสัมพันธ์ทางชีวสังเคราะห์กันอย่างไร?
• สารประกอบในพืชถูกสกัด แยก และกำหนดโครงสร้างได้อย่างไร?
• สารเมแทบอไลต์จากพืชมีส่วนช่วยในการค้นคว้ายาและการกำหนดมาตรฐานของยาสมุนไพรได้อย่างไร?

Key concepts

• เมแทบอลิซึมปฐมภูมิเทียบกับเมแทบอลิซึมทุติยภูมิ
• วิถีการสังเคราะห์ทางชีวภาพ (ชิกิเมต, เมวาโลเนต/MEP, โพลีคีไทด์, อนุพันธ์กรดอะมิโน)
• การสกัดและการแยกส่วน
• การแยกด้วยโครมาโตกราฟี
• การพิสูจน์โครงสร้างด้วยสเปกโทรสโกปี
• ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและฤทธิ์
• เคมีอนุกรมวิธาน
• การกำหนดมาตรฐานและสารบ่งชี้

Mechanisms

เคมีพืชอาศัยวิถีการสังเคราะห์ทางชีวภาพจำนวนน้อยที่สร้างความหลากหลายทางโครงสร้างอย่างมหาศาล วิถีชิกิเมต (shikimate pathway) ให้สารตั้งต้นอะโรมาติกสำหรับสารประกอบฟีนอลิกและอัลคาลอยด์หลายชนิด; วิถีเมวาโลเนต (mevalonate) และเมทิลเอริทริทอล-ฟอสเฟต (methylerythritol-phosphate pathways) ให้หน่วยไอโซพรีนอยด์สำหรับเทอร์พีนอยด์; กรดอะมิโนเป็นโครงสร้างหลักของอัลคาลอยด์ส่วนใหญ่; และน้ำตาลจะถูกเชื่อมกับอะไกลโคน (aglycones) เพื่อสร้างไกลโคไซด์ กระบวนการทำงานจริงจะเริ่มจากการสกัดและการแยกส่วนด้วยตัวทำละลาย ผ่านการแยกส่วนด้วยโครมาโตกราฟี ไปจนถึงการพิสูจน์โครงสร้างด้วยสเปกโทรสโกปี ซึ่งมักจะได้รับคำแนะนำจากการทดสอบทางชีวภาพ เพื่อให้สามารถติดตามฤทธิ์ไปยังโมเลกุลที่กำหนดได้

Clinical relevance

ยาจำนวนมากมีที่มาจากพืชหรือได้รับแรงบันดาลใจจากพืช ดังนั้นความรู้ทางพฤกษเคมีจึงเป็นพื้นฐานทั้งในการค้นคว้ายาและการควบคุมคุณภาพของผลิตภัณฑ์สมุนไพร ในฐานะที่เป็นสาขาอ้างอิง พฤกษเคมีจะอธิบายว่ายาที่ได้จากพืชมีที่มาอย่างไร และสารออกฤทธิ์ของยาเหล่านั้นมีลักษณะอย่างไร; เป็นข้อมูลพื้นฐานเชิงพรรณนาและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัย การให้ยา หรือการตัดสินใจในการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

ฐานข้อมูลหลักฐานในที่นี้เป็นข้อมูลทางห้องปฏิบัติการและทางเคมีมากกว่าทางคลินิก: ประกอบด้วยรายงานการแยกสาร การศึกษาการสังเคราะห์ทางชีวภาพ และเอกสารวิธีการวิเคราะห์ ควบคู่ไปกับตำรับยาที่กำหนดมาตรฐานของวัตถุดิบจากพืช บทวิจารณ์ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติในฐานะแหล่งยาได้บันทึกการมีส่วนร่วมอันยาวนานของเคมีพืชต่อตำรับยา

History

พฤกษเคมีเติบโตมาจากการแยกสารบริสุทธิ์จากพืชในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 เช่น มอร์ฟีนและควินิน ซึ่งแสดงให้เห็นว่าโมเลกุลที่กำหนด ไม่ใช่ยาดิบ มีฤทธิ์ ในช่วงศตวรรษที่ 20 โครมาโตกราฟีและสเปกโทรสโกปีได้เปลี่ยนสาขาวิชานี้จากการตกผลึกที่ต้องใช้ความพยายามมากไปสู่การพิสูจน์โครงสร้างอย่างเป็นระบบ และการศึกษาการสังเคราะห์ทางชีวภาพได้ชี้แจงว่าสารเมแทบอไลต์หลักเกิดขึ้นได้อย่างไร

Seminal works

• newman-2007
• dewick-2009
• harborne-1998

Frequently asked questions

พฤกษเคมีแตกต่างจากเภสัชเวทอย่างไร?

เภสัชเวทเป็นการศึกษาที่กว้างกว่าเกี่ยวกับยาจากแหล่งธรรมชาติ; พฤกษเคมีเป็นแกนหลักทางเคมี โดยเน้นเฉพาะการแยกและจำแนกลักษณะองค์ประกอบโมเลกุลของพืช

เหตุใดจึงมีสารประกอบจากพืชที่แตกต่างกันมากมาย?

ชุดของวิถีการสังเคราะห์ทางชีวภาพที่มีจำกัดถูกพัฒนาโดยเอนไซม์ที่หลากหลายและการปรับเปลี่ยนทางเคมี ดังนั้นกระแสสารตั้งต้นเพียงไม่กี่ชนิดจึงสามารถสร้างอัลคาลอยด์ สารประกอบฟีนอลิก เทอร์พีนอยด์ และไกลโคไซด์ที่แตกต่างกันได้หลายพันชนิด