柑橘皮中富含多甲氧基黄酮,前期的研究结果显示其具有优良的抑菌活性。本课题拟从中分离、纯化得到取代度与取代位点不同的多甲氧基黄酮化合物,采用高效液相色谱、质谱、红外光谱及核磁共振等分析手段,表征多甲氧基黄酮的精细结构,确定其取代度和取代位点。选用大肠杆菌作为抑菌靶标菌研究抑菌活性。通过荧光探针分析,示差扫描量热仪,拉曼光谱等手段,研究对菌体核酸合成的影响和对细胞膜通路的阻断作用,探讨其可能的抑制机制,以期获得可信的活性参数,并与由量子化学的方法计算获得的分子结构描述符(分子结构参数)构建QSAR(Quantitative Structure Activity Relationship)方程,从而揭示多甲氧基黄酮抑菌的化学分子基础,并预测出相应的关键活性位点,为高效天然抑菌剂的筛选和新的高效抑菌剂的合成提供实验参考和理论依据。
Polymethoxylated;flavone;antibacterial;QSAR;food preservaives
【背景】黄酮类化合物来源广且有优良的抑菌活性,有望成为天然防腐剂。大量研究表明,柑橘皮渣中的黄酮类化合物具有显著的抑菌作用,特别是多甲氧基黄酮具有明显的抑菌效果和广谱性。但是,黄酮类化合物中甲氧基和羟基的取代位置、数目、其它取代基的存在和环境条件等诸多因素,对抑菌效果和作用机制的影响不甚清楚,且报道极少。【主要研究内容】(1)多甲氧基黄酮的制备、纯化及结构表征;(2)多甲氧基黄酮的抑菌效果评价;(3)多甲氧基黄酮对大肠杆菌DNA gyrase的抑制作用;(4)多甲氧基黄酮对生物膜的交互作用;(5)基于多甲氧基黄酮抑菌的QSAR研究。【重要结果】(1)采用有机溶剂萃取结合高速逆流色谱(HSCCC)对提取物进行分离纯化,从椪柑皮中制备高纯度的多甲氧基黄酮的样品。(2)采用微量稀释法测定30种黄酮类化合物对大肠杆菌的半数杀菌浓度EC50,分析结果如下A环C-7和C-8位的糖苷、B环C-3’位上的甲氧基和羟基取代会降低黄酮类化合物的抑菌活性;A环C-8位的甲氧基和B环C-4’位的羟基取代有利于黄酮化合物的抑菌活性。(3)探讨黄酮类化合物结构与抑制大肠杆菌DNA旋转酶活性的构效关系。结果显示 C-5和C-7位的羟基以及C-8位的甲氧基取代能够提高黄酮类化合物对大肠杆菌DNA旋转酶的抑制能力,而C-3位的羟基和C-3’位上的甲氧基则会降低其抑制能力。(4)筛选不同的磷脂膜材,制备脂质体人工模型来模拟细菌的细胞膜,探讨黄酮类化合物作用于细胞膜层面的抑菌机制。DPPE/DPPG(6:4)脂质体的组成和比例适宜模拟大肠杆菌的细胞膜,在人工模型的基础上推测其作用模式是黄酮在接触到磷脂膜的极性头部基团发生相互作用后,最终会插入磷脂的疏水尾部,造成细胞膜流动性的改变。(5)二维定量构效关系方程指出黄酮类化合物的疏水性和电子效应是影响其抑菌活性的主要因素,且两个因素中,疏水性对抑菌活性的影响更大。增大CLogP值和C3值有利于增强黄酮类化合物的抑菌活性。(6)CoMFA和CoMSIA模型分析得出在黄酮类化合物的静电场、立体场和疏水场是影响黄酮类化合物抑菌活性的主要场,不同位点的场分布会对其抑菌活性产生影响。【科学意义】黄酮类化合物抑菌活性位点的解析为天然抑菌剂的筛选和新的高效抑菌剂的合成提供了依据。