Doğal Nedir? Doğal Ürün Nedir?
08-07-2022
10:44
Başta gıda ve kozmetik sektörü olmak üzere doğal ürün ve doğal nedir tanımı üzerinde büyük tartışmalar vardır. Gıda ve kozmetik sektöründe tam olarak neyin doğal olduğu sorusu organik terimi de tartışmalara dahil olunca tam bir kavram karmaşasına neden oldu. Açıkçası bir bakıma doğru cevap "gördüğünde anlarsın” olmaktadır.
Albrecht Kossel'in 1891'deki orijinal önerisini takiben, doğal ürünler genellikle birincil ve ikincil metabolitler olmak üzere iki ana sınıfa ayrılır. Birincil metabolitler, onları üreten organizmanın hayatta kalması için gerekli olan içsel bir işleve sahiptir. Buna karşılık ikincil metabolitler, esas olarak diğer organizmaları etkileyen dışsal bir işleve sahiptir. İkincil metabolitler hayatta kalmak için gerekli değildir. Ancak organizmanın çevresi içindeki rekabet gücünü arttırır. Biyokimyasal ve sinyal iletim yollarını modüle etme yetenekleri nedeniyle, bazı ikincil metabolitler yararlı tıbbi özelliklere sahiptir.
Yaşamın moleküler yapı taşları
Birincil metabolitlerin aksine ikincil, vazgeçilmezdir ve hayatta kalmak için kesinlikle gerekli değildir. Ayrıca, ikincil metabolitler tipik olarak dar bir tür dağılımına sahiptir.
İkincil metabolitler geniş bir işlev yelpazesine sahiptir. Bunlar, aynı türden diğer bireylerle sosyal sinyal molekülleri olarak hareket eden feromonları, simbiyotik organizmaları çeken ve aktive eden iletişim moleküllerini, besinleri çözündüren ve taşıyan ajanları (sideroforlar vb.) ve rekabetçi silahları (kovucular, zehirler, toksinler vb.) rakiplere, avlara ve yırtıcılara karşı kullanılır. Diğer birçok ikincil metabolit için işlev bilinmemektedir. Bir hipotez, onları üreten organizmaya rekabet avantajı sağladıklarıdır. Alternatif bir görüş, bağışıklık sistemine benzer şekilde, bu ikincil metabolitlerin belirli bir işlevi olmadığı, ancak bu çeşitli kimyasal yapıları üretecek makinelere sahip olmanın önemli olduğu ve bu nedenle birkaç ikincil metabolitin üretilip seçildiğidir.
Başlıca doğal ürün sınıflarına giden biyosentetik yollar aşağıda açıklanmıştır.
Fotosentez veya glukoneogenez → monosakaritler → polisakaritler (selüloz, kitin, glikojen vb.)
Asetat yolu → yağ asitleri ve poliketitler
Shikimate yolu → aromatik amino asitler ve fenilpropanoidler
Mevalonat yolu ve metiletritritol fosfat yolu → terpenoidler ve steroidler
Glikoliz süreci boyunca şekerler asetil-CoA'ya parçalanır. ATP'ye bağımlı enzimatik olarak katalize edilen bir reaksiyonda, asetil-CoA, malonil-CoA'yı oluşturmak üzere karboksillenir. Asetil-CoA ve malonil-CoA, asetoasetil-CoA oluşturmak üzere karbon dioksit kaybıyla birlikte bir Claisen yoğunlaşmasına maruz kalır. Ek yoğunlaşma reaksiyonları, daha sonra diğer poliketitlere dönüştürülen, art arda daha yüksek moleküler ağırlıklı poli-β-keto zincirleri üretir.[24]: Bölüm 3 Doğal ürünlerin poliketid sınıfı çeşitli yapılara ve işlevlere sahiptir ve prostaglandinleri ve makrolid antibiyotikleri içerir.
Farmakognozi, tıbbi kullanım için geliştirilebilecek biyoaktif doğal ürünleri tespit etmek, izole etmek ve tanımlamak için araçlar sağlar. Geleneksel bir ilaçtan veya diğer biyolojik materyallerden bir "etkin ilke" izole edildiğinde, buna "isabet" denir. Daha sonra isabeti doğrulamak için sonraki bilimsel ve yasal çalışma yapılır (örneğin etki mekanizmasının açıklanması, fikri mülkiyet çatışması olmadığının teyidi). Bunu, etkin bileşiğin türevlerinin, etkisini ve güvenliğini artırma girişiminde üretildiği, ilaç keşfinin hit-to-lider aşaması takip eder. Bu ve benzeri yollarla, modern ilaçlar doğrudan doğal kaynaklardan geliştirilebilir.
Bakteriler;
Hem tıbbi hem de kozmetik olarak kullanılan botulinum toksin A ve B türleri (Botox vb.) botulinum bakterisinden elde edilen doğal ürünlerdir.
Penisilinin tesadüfi keşfi ve müteakip klinik başarısı, anti-enfektif doğal ürünler üretebilecek diğer çevresel mikroorganizmalar için geniş çaplı bir araştırma başlattı. Dünyanın her yerinden toprak ve su örnekleri toplandı, bu da streptomisinin (Streptomyces griseus'tan türetilmiştir) keşfedilmesine ve sadece mantarların değil, bakterilerin farmakolojik olarak aktif doğal ürünlerin önemli bir kaynağını temsil ettiğinin farkına varılmasına yol açmıştır. Bu da, amfoterisin B, kloramfenikol, daptomisin ve tetrasiklin (Streptomyces spp.'den), polimiksinler (Paenibacillus polymyxa'dan) ve antifungal ajanlar dahil etkileyici bir antibakteriyel ve antifungal ajan cephaneliğinin geliştirilmesine yol açtı.
Nihai hedefe ulaşmanın daha zor olduğu veya SAR'ı sınırladığı bu gibi durumlarda, bazen nihai hedefin hazırlanabileceği bir orta-geç aşama biyosentetik öncüsü veya analogu kaynaklamak mümkündür. Buna yarı sentez veya kısmi sentez denir. Bu yaklaşımla, ilgili biyosentetik ara ürün hasat edilir ve daha sonra geleneksel kimyasal sentez prosedürleriyle nihai ürüne dönüştürülür.
Doğal ürünlerin biyosentezi ilgi konusudur. Biyosentez bilgisi, değerli doğal ürünlere giden gelişmiş yolları mümkün kılar. Bu bilgi daha sonra ilginç biyolojik aktiviteye sahip daha büyük miktarlarda doğal ürünlere erişmek için kullanılabilir ve alkaloidler gibi tıbbi açıdan faydalı doğal ürünlerin daha verimli ve ekonomik olarak üretilmesine olanak tanır.
Uzmanlara göre doğal terimi giderek daha fazla kişi tarafından tanımlanıyor ve gıda üretim endüstrisindeki daha dar bir ürün kapsayacak şekilde anlam kazanıyor. Bundan çok yakın bir zamanda farklı endüstrilerde, tüketici türleri ve dünyanın farklı yerlerinde doğal terimi farklı anlamlara geliyordu. Artık dünya doğal terimi hakkında daha kısa bir tanım kullanıyor ve ortak temel gereksinimler görüyor.
Uzmanlar yine de ihtiyatlı bir şekilde doğal ürün olayını "müşterilerin, herhangi bir malzemenin doğal kimyasal yapısını değiştirmeden işlenen, doğal olarak oluşan ham maddeler araması" olarak tanımlıyorlar.
Bilimsel Açıdan Doğal Ürün Tanımı Nasıl Yapılır?
Bilimsel açıdan ise doğal ürün çok daha karmaşık ve geniş bir tanıma sahiptir. Doğal ürün, canlı bir organizma tarafından üretilen, yani doğada bulunan kimyasal bir bileşik veya maddedir. En geniş anlamıyla doğal ürünler, yaşam tarafından üretilen herhangi bir maddeyi içerir. Doğal ürünler ayrıca kimyasal sentez (hem yarı sentez hem de toplam sentez) ile hazırlanabilir ve zorlu sentetik hedefler sağlayarak organik kimya alanının gelişiminde merkezi bir rol oynamıştır. Doğal ürün terimi aynı zamanda ticari amaçlarla kozmetik ürünleri, diyet takviyeleri ve yapay bileşenler eklenmeden doğal kaynaklardan üretilen gıdaları ifade edecek şekilde genişletilmiştir.
Organik kimya alanında, doğal ürünlerin tanımı genellikle birincil veya ikincil metabolizma yollarıyla üretilen doğal kaynaklardan izole edilen organik bileşiklerle sınırlıdır.Tıbbi kimya alanında ise tanım genellikle ikincil metabolitlerle sınırlıdır.İkincil metabolitler hayatta kalmak için gerekli değildir, ancak yine de onlara evrimsel bir avantaj sağlayan organizmalar sağlar. Birçok ikincil metabolit sitotoksiktir ve av, avcı ve rakip organizmalara karşı "kimyasal savaş" ajanları olarak kullanılmak üzere evrim yoluyla seçilmiş ve optimize edilmiştir.
Doğal kaynaklar, ilaç keşfinde öncü bileşikler olarak ticari gelişim için potansiyel biyoaktif bileşenler hakkında temel araştırmalara yol açabilir. Doğal ürünler çok sayıda ilaca ilham vermiş olsa da, kısmen güvenilir olmayan erişim ve tedarik, fikri mülkiyet, maliyet ve kâr endişeleri, kompozisyonun mevsimsel veya çevresel değişkenliği ve doğal kaynaklardan ilaç geliştirme, 21. yüzyılda ilaç şirketleri tarafından azalan bir ilgi görmüştür.
Doğal Ürünlerde Sınıflandırma
Doğal ürünün en geniş tanımı, yaşam tarafından üretilen her şeydir. Doğal ürün tanımı biyotik malzemeler (ör. ahşap, ipek), biyo-tabanlı malzemeler (örneğin biyoplastikler, mısır nişastası), vücut sıvıları (örneğin süt), bitki eksüdaları ve diğer doğal malzemeleri (örneğin toprak, kömür) gibi şeyleri içerir.
Doğal ürünler biyolojik işlevlerine, biyosentetik yollarına veya kaynaklarına göre sınıflandırılabilir. Bilinen doğal ürün moleküllerinin sayısı kaynaklara bağlı olarak 300.000 ile 400.000 arasında değişmektedir.
İşlev
Özellikle organik kimya alanındaki doğal ürünler genellikle birincil ve ikincil metabolitler olarak tanımlanır. Doğal ürünleri ikincil metabolitlerle sınırlayan daha kısıtlayıcı bir tanım, tıbbi kimya ve farmakognozi alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Birincil Metabolitler
Kossel tarafından tanımlanan birincil metabolitler, yaşam için gerekli olan temel metabolik yolların bileşenleridir. Besin asimilasyonu, enerji üretimi ve büyüme/gelişme gibi temel hücresel işlevlerle ilişkilidirler. Birçok filumu ve sıklıkla birden fazla krallığı kapsayan geniş bir tür dağılımına sahiptirler. Birincil metabolitler, yaşamın temel yapı taşları olan karbonhidratları, lipidleri, amino asitleri ve nükleik asitleri içerir.
Enerji üretimi ile ilgili birincil metabolitler, solunum ve fotosentetik enzimleri içerir. Enzimler ise amino asitlerden ve genellikle enzim fonksiyonu için gerekli olan peptidik olmayan kofaktörlerden oluşur. Hücrelerin ve organizmaların temel yapısı da birincil metabolitlerden oluşur. Bunlara hücre zarları (örneğin fosfolipidler), hücre duvarları (örneğin peptidoglikan, kitin) ve hücre iskeletleri (proteinler) dahildir.
Birincil metabolit enzimatik kofaktörler, B vitamini ailesinin üyelerini içerir. Tiamin difosfat olarak B1 Vitamini, tümü karbonhidrat metabolizmasında yer alan piruvat dehidrojenaz, 2-oksoglutarat dehidrojenaz ve transketolaz için bir koenzimdir. B2 Vitamini (riboflavin), birçok redoks reaksiyonu için gerekli olan FMN ve FAD'nin bir bileşenidir. Triptofandan sentezlenen B3 Vitamini (nikotinik asit veya niasin), NAD+ ve NADP+ koenzimlerinin bir bileşenidir ve bu da Krebs döngüsünde elektron taşınması, oksidatif fosforilasyon ve diğer birçok redoks reaksiyonu için gereklidir. Vitamin B5 (pantotenik asit), karbonhidrat ve amino asit metabolizmasının yanı sıra yağ asitleri ve poliketidlerin biyosentezinin temel bir bileşeni olan koenzim A'nın bir bileşenidir. Piridoksal 5′-fosfat olarak B6 Vitamini (piridoksol, piridoksal ve piridoksamin), amino asit metabolizmasında yer alan transaminazlar başta olmak üzere birçok enzim için bir kofaktördür. B12 Vitamini (kobalaminler) yapı olarak porfirine benzer bir korrin halkası içerir ve metionin biyosentezi için olduğu kadar yağ asitlerinin katabolizması için de temel bir koenzimdir.
Genetik bilgiyi depolayan ve ileten DNA ve RNA, nükleik asit birincil metabolitlerinden oluşur. İlk haberciler, metabolizmayı veya hücresel farklılaşmayı kontrol eden sinyal molekülleridir. Bu sinyal molekülleri hormonları içerir ve büyüme faktörleri sırasıyla peptitler, biyojenik aminler, steroid hormonları, oksinler, giberellinler vb.'den oluşur. Bu ilk haberciler, proteinlerden oluşan hücresel reseptörlerle etkileşime girer. Hücresel reseptörler, hücre dışı mesajı hücre içi hedeflere iletmek için ikinci habercileri aktive eder. Bu sinyal molekülleri, siklik nükleotidler, diasil gliserol vb. birincil metabolitleri içerir.
İkincil Metabolitler
İkincil metabolitler geniş bir işlev yelpazesine sahiptir. Bunlar, aynı türden diğer bireylerle sosyal sinyal molekülleri olarak hareket eden feromonları, simbiyotik organizmaları çeken ve aktive eden iletişim moleküllerini, besinleri çözündüren ve taşıyan ajanları (sideroforlar vb.) ve rekabetçi silahları (kovucular, zehirler, toksinler vb.) rakiplere, avlara ve yırtıcılara karşı kullanılır. Diğer birçok ikincil metabolit için işlev bilinmemektedir. Bir hipotez, onları üreten organizmaya rekabet avantajı sağladıklarıdır. Alternatif bir görüş, bağışıklık sistemine benzer şekilde, bu ikincil metabolitlerin belirli bir işlevi olmadığı, ancak bu çeşitli kimyasal yapıları üretecek makinelere sahip olmanın önemli olduğu ve bu nedenle birkaç ikincil metabolitin üretilip seçildiğidir.
Sekonder metabolitlerin genel yapısal sınıfları arasında alkaloidler, fenilpropanoidler, poliketitler ve terpenoidler bulunur.
Biyosentez
Fotosentez veya glukoneogenez → monosakaritler → polisakaritler (selüloz, kitin, glikojen vb.)
Asetat yolu → yağ asitleri ve poliketitler
Shikimate yolu → aromatik amino asitler ve fenilpropanoidler
Mevalonat yolu ve metiletritritol fosfat yolu → terpenoidler ve steroidler
Amino asitler → alkaloidler
Karbonhidratlar
Karbonhidratlar çoğu yaşam formu için temel bir enerji kaynağıdır. Ek olarak, daha basit karbonhidratlardan oluşan polisakaritler, bakteri ve bitkilerin hücre duvarları gibi birçok organizmanın önemli yapısal bileşenleridir.
Karbonhidrat, bitki fotosentezi ve hayvan glukoneogenezinin ürünleridir. Fotosentez başlangıçta şeker içeren üç karbon atomlu (bir trioz) 3-fosfogliseraldehit üretir. Bu trioz sırayla glikoza (şeker içeren altı karbon atomlu) veya çeşitli pentozlara (beş karbon atomlu) dönüştürülebilir. şeker içeren) Calvin döngüsü boyunca. Hayvanlarda, üç karbon öncüsü olan laktat veya gliserol piruvata dönüştürülebilir ve bu da karaciğerde karbonhidratlara dönüştürülebilir.
Yağ Asitleri Ve Poliketitler
Bir asetil-CoA molekülü ("başlangıç birimi") ve birkaç molekül malonil-CoA ("genişletici birimler"), yağ asitleri üretmek için yağ asidi sentazıyla yoğunlaştırılır.[24]: Bölüm 3 Yağ asidi, lipidin temel bileşenleridir. Hayvanlarda yağ enerjisi depolarının yanı sıra hücre zarlarını oluşturan çift katmanlar.
Doğal Ürün Kaynakları
Doğal ürünler mikroorganizmaların, bitkilerin ve hayvanların hücrelerinden, dokularından ve salgılarından elde edilebilir. Bu kaynaklardan herhangi birinden elde edilen ham (fraksiyone edilmemiş) bir ekstrakt, bir dizi yapısal olarak çeşitli ve genellikle yeni kimyasal bileşikler içerecektir. Doğadaki kimyasal çeşitlilik biyolojik çeşitliliğe dayanır, bu nedenle araştırmacılar, ilaç keşif ekranlarında veya biyo-tahlillerde analiz etmek ve değerlendirmek için dünyanın dört bir yanından örnekler toplar. Biyolojik olarak aktif doğal ürünleri aramaya yönelik bu çaba, biyolojik araştırma olarak bilinir.
Geleneksel ilaçlar ve diğer biyolojik materyaller yeni bileşiklerin mükemmel bir kaynağı olarak görülse de, bu bileşiklerin ekstraksiyonu ve izolasyonu yavaş, pahalı ve verimsiz bir süreç olabilir. Bu nedenle, büyük ölçekli üretim için, yeni bileşiği toplam sentez veya yarı sentez yoluyla üretme girişimleri yapılabilir. Doğal ürünler genellikle karmaşık kimyasal yapılara sahip ikincil metabolitler olduğundan, bunların toplam/yarı sentezleri her zaman ticari olarak uygun değildir. Bu durumlarda, toplam/yarı senteze uygun, karşılaştırılabilir potansiyele ve güvenliğe sahip daha basit analoglar tasarlamak için çaba sarf edilebilir.
Prokaryotik Hücreler
Hem tıbbi hem de kozmetik olarak kullanılan botulinum toksin A ve B türleri (Botox vb.) botulinum bakterisinden elde edilen doğal ürünlerdir.
Penisilinin tesadüfi keşfi ve müteakip klinik başarısı, anti-enfektif doğal ürünler üretebilecek diğer çevresel mikroorganizmalar için geniş çaplı bir araştırma başlattı. Dünyanın her yerinden toprak ve su örnekleri toplandı, bu da streptomisinin (Streptomyces griseus'tan türetilmiştir) keşfedilmesine ve sadece mantarların değil, bakterilerin farmakolojik olarak aktif doğal ürünlerin önemli bir kaynağını temsil ettiğinin farkına varılmasına yol açmıştır. Bu da, amfoterisin B, kloramfenikol, daptomisin ve tetrasiklin (Streptomyces spp.'den), polimiksinler (Paenibacillus polymyxa'dan) ve antifungal ajanlar dahil etkileyici bir antibakteriyel ve antifungal ajan cephaneliğinin geliştirilmesine yol açtı.
Bakterilerden elde edilen ilaçların çoğu enfeksiyon önleyici olarak kullanılsa da, bazıları tıbbın diğer alanlarında kullanım bulmuştur. Botulinum toksini (Clostridium botulinum'dan) ve bleomisin (Streptomyces verticillus'tan) iki örnektir. Botulizmden sorumlu nörotoksin olan botulinum, kas spazmını önlemek için belirli kaslara (göz kapağını kontrol edenler gibi) enjekte edilebilir. Ayrıca, glikopeptid bleomisin, Hodgkin lenfoma, baş ve boyun kanseri ve testis kanseri dahil olmak üzere çeşitli kanserlerin tedavisinde kullanılır. Bu alandaki yeni eğilimler, az keşfedilmiş ortamlarda bulunan yeni bakteri türlerinden doğal ürünlerin metabolik profilini ve izolasyonunu içerir. Örnekler arasında tropikal ortamlardan gelen ortakyaşarlar veya endofitler, madencilik/sondaj yoluyla derinlerde bulunan yeraltı bakterileri ve deniz bakterileri sayılabilir.
Arkea
Birçok Arke, kutup bölgeleri, kaplıcalar, asidik kaynaklar, alkali kaynaklar, tuz gölleri ve derin okyanus suyunun yüksek basıncı gibi ekstrem ortamlarda yaşama adapte olduğundan, oldukça olağandışı koşullar altında işlevsel olan enzimlere sahiptirler. Bu enzimler, biyoteknolojik süreçlerin sıklıkla yüksek sıcaklıklar, aşırı pH, yüksek tuz konsantrasyonları ve/veya yüksek basınç içerdiği gıda, kimya ve ilaç endüstrilerinde potansiyel kullanım alanına sahiptir. Bugüne kadar tanımlanan enzim örnekleri arasında amilazlar, pullulanazlar, siklodekstrin glikosiltransferazlar, selülazlar, ksilanazlar, kitinazlar, proteazlar, alkol dehidrojenaz ve esterazlar bulunur. Arkeler ayrıca yeni kimyasal bileşiklerin bir kaynağını temsil eder.
Ökaryotik Hücreler
Mantarlar
Penisilin, sefalosporinler ve mantar önleyici ilaçlar dahil olmak üzere mantarlardan çeşitli anti-enfektif ilaçlar türetilmiştir. Tıbbi olarak yararlı diğer mantar metabolitleri arasında, kolesterol seviyelerini düşüren bir dizi ilaca öncülük eden organ nakli operasyonlarından sonra bağışıklık tepkisini baskılamak için kullanılan ilaçlarda yer alır. Bunun yanında panik atak yaratan potansiyel olarak anksiyeteyi tedavi etmek için kullanılabilir.
Bitkiler
Bitkiler, karmaşık ve yapısal olarak oldukça çeşitli doğal kimyasal bileşiklerin (fitokimyasallar) ana kaynağıdır. Bu yapısal çeşitlilik, kısmen otçulları caydırmak için güçlü bileşikler üreten organizmaların doğal seçimine atfedilir. Fitokimyasalın ana sınıfları arasında fenoller, polifenoller, tanenler, terpenler ve alkaloidler bulunur. Kapsamlı olarak incelenen bitkilerin sayısı nispeten az olsa da, farmakolojik olarak aktif birçok doğal ürün zaten tanımlanmıştır.
Hayvanlar
Analjezik bazı ilaçlar, deniz salyangozu Conus magus'tan elde edilen doğal bir üründür. Hayvanlar ayrıca biyoaktif doğal ürünlerin bir kaynağını temsil eder. Özellikle yılan, örümcek, akrep, tırtıl, arı, yaban arısı, kırkayak, karınca, karakurbağası, kurbağa gibi zehirli hayvanlar büyük ilgi görmüştür. Bunun nedeni, zehir bileşenlerinin genellikle vücuttaki makromoleküler bir hedefle (örneğin kobralardan olan α-bungarotoksin) çok özel etkileşimlere sahip olmasıdır. Bitki besleme caydırıcılarında olduğu gibi, bu biyolojik aktivite doğal seçilime, avlarını öldürebilen veya felç edebilen ve/veya hayatta kalma ve üreme olasılığı daha yüksek olan yırtıcılara karşı kendilerini savunabilen organizmalara atfedilir. Bu spesifik kimyasal-hedef etkileşimleri nedeniyle, zehir bileşenlerinin reseptörler, iyon kanalları ve enzimleri incelemek için önemli araçlar olduğu kanıtlanmıştır. Bazı durumlarda, yeni ilaçların geliştirilmesinde de öncülük ettiler.
Yukarıda açıklanan kara hayvanları ve amfibilere ek olarak, birçok deniz hayvanı, ilginç analjezik, antiviral ve antikanser aktiviteleri olan kimyasallar veren mercanlar, süngerler, tunikler, deniz salyangozları ve bryozoanlarla farmakolojik olarak aktif doğal ürünler için incelenmiştir.
Tıbbi Kullanımlar
Doğal ürünler bazen hastalıkların tedavisinde terapötik fayda sağlayabilecek farmakolojik aktiviteye sahiptir. Ayrıca, doğal ürünlerin gelişmiş etki gücü ve güvenliği olan sentetik analogları hazırlanabilir ve bu nedenle doğal ürünler genellikle ilaç keşfi için başlangıç noktaları olarak kullanılır. Doğal ürün bileşenleri, sonunda yeni ilaçlar olarak onaylanan sayısız ilaç keşif çabasına ilham vermiştir.
Geleneksel Tıp
Yerli halklar ve eski uygarlıklar, nasıl bir etkiye sahip olabileceklerini belirlemek için çeşitli bitki ve hayvan parçalarıyla deneyler yaptılar. Geleneksel şifacılar veya şamanlar, izole vakalarda deneme yanılma yoluyla, geleneksel Çin tıbbı ve Ayurveda gibi uygulamalarda nesiller boyunca aktarılan ham bir ilacın bilgisini temsil eden, terapötik etki sağlamak için bazı kaynaklar buldular. Bazı doğal ürünlerin özleri, aktif bileşenlerinin modern keşfine ve nihayetinde yeni ilaçların geliştirilmesine yol açtı.
Modern Doğal Ürün Kaynaklı İlaçlar
Halihazırda reçete edilen çok sayıda ilaç ya doğrudan doğal ürünlerden türetilmiştir ya da doğal ürünlerden esinlenmiştir. En eski doğal ürün bazlı ilaçlardan bazıları analjeziklerdir. Söğüt ağacının kabuğunun ağrı giderici özelliklere sahip olduğu antik çağlardan beri bilinmektedir. Önemli sayıda anti-enfektif, doğal ürünlere dayanmaktadır. Keşfedilen ilk antibiyotik olan penisilin, Penicillium küfünden izole edildi.
Sınırlayıcı Ve Etkinleştirici Faktörler
Çok sayıda zorluk, ilaç keşfi için doğal ürünlerin kullanımını sınırlayarak, ilaç şirketlerinin keşif çabalarını saf sentetik bileşiklerin yüksek verimli taranmasına ve arıtma için daha kısa zaman çizelgelerine ayırmaya yönelik 21. yüzyıl tercihi ile sonuçlanmıştır. Doğal ürün kaynaklarına erişim ve tedarik genellikle güvenilmezdir, tekrarlanma olasılığı yüksektir, doğası gereği patent korumasıyla ilgili fikri mülkiyet endişeleri yaratır, kaynak mevsimi veya çevre nedeniyle bileşimde değişiklik gösterir ve artan yok olma oranlarına karşı hassastır. Doğal ürünlerden ilaç keşfi için biyolojik kaynak, küçük yüzdelerde mikroorganizmalar, bitki türleri ve biyoaktivite açısından değerlendirilen böcekler ile bol miktarda kalır. Muazzam sayıda bakteri ve deniz mikroorganizmaları incelenmeden hariç kalmıştır. 2008 itibariyle, metagenomik alanı, genleri ve toprak mikroplarındaki işlevlerini incelemek için önerildi. Ancak çoğu ilaç firması bu kaynaktan tam olarak yararlanmadı, bunun yerine kütüphanelerden "çeşitlilik odaklı sentez" geliştirmeyi seçti.
İzolasyon Ve Arıtma
Tüm doğal ürünler, doğal kaynaktan gelen diğer bileşiklerle karışımlar olarak başlar, genellikle çok karmaşık karışımlardır ve ilgili ürünün onlardan izole edilmesi ve saflaştırılması gerekir. Doğal bir ürünün izolasyonu, bağlama bağlı olarak, ya kimyasal yapı aydınlatması, türevlendirme/bozunma kimyası, biyolojik testler ve diğer araştırma ihtiyaçları (genellikle miligramdan grama, ancak tarihsel olarak, sıklıkla) için yeterli miktarda saf kimyasal maddenin izolasyonunu ifade eder.
Uygulanan analitik yöntem (ancak genellikle ölçekte her zaman alt mikrogramdır). Aktif maddenin izole edilip saflaştırılma kolaylığı, doğal ürünün yapısına, kararlılığına ve miktarına bağlıdır. Bu iki farklı ürün ölçeğini elde etmek için uygulanan izolasyon yöntemleri de benzer şekilde farklıdır.
Yapı belirleme, doğal ürün araştırmalarının tarihi boyunca önemli ölçüde değişen bir dizi kimyasal ve fiziksel yöntemi içeren bir süreç olan izole edilmiş, saf doğal bir ürünün kimyasal yapısını belirlemek için uygulanan yöntemleri ifade eder. İlk günlerde, bunlar bilinmeyen maddelerin bilinen maddelere kimyasal dönüşümüne ve erime noktası ve kaynama noktası gibi fiziksel özelliklerin ölçülmesine ve moleküler ağırlığın belirlenmesi için ilgili yöntemlere odaklanmıştır.
Sentez
Birçok doğal ürün çok karmaşık yapılara sahiptir. Doğal bir ürünün algılanan karmaşıklığı, moleküler kütlesi, alt yapıların (fonksiyonel gruplar, halkalar vb.) birbirine göre özel düzenlemeleri, bu fonksiyonel grupların sayısı ve yoğunluğu, stabilitesi dikkate alınmasından oluşan niteliksel bir konudur. Bazı doğal ürünler, özellikle daha az karmaşık olanlar, hazır bulunan, daha basit kimyasallardan tam kimyasal sentez yoluyla kolayca ve uygun maliyetli bir şekilde hazırlanır. Tüm doğal ürünler, toplam senteze uygun, uygun maliyetli değildir. Özellikle, en karmaşık olanlar genellikle değildir. Birçoğuna erişilebilir, ancak gerekli yollar, herhangi bir pratik veya endüstriyel ölçekte senteze izin vermek için çok pahalıdır. Bununla birlikte, daha fazla çalışma için kullanılabilir olması için, tüm doğal ürünlerin izolasyon ve saflaştırmaya yol açması gerekir. İzolasyon, amaçlanan amaç için (örneğin, hastalığı hafifletmek için bir ilaç olarak) uygun miktarlarda doğal ürün sağlıyorsa bu yeterli olabilir.
Yarı Sentez
Doğal bir ürünü kaynağından izole etme süreci, taahhüt edilen zaman ve malzeme maliyeti açısından maliyetli olabilir ve güvenilen doğal kaynağın mevcudiyetini zorlayabilir (veya kaynak için ekolojik sonuçları olabilir). Örneğin, tek bir tedavi dozu için yeterli paklitaksel çıkarmak için bütün bir porsuk ağacının (Taxus brevifolia) kabuğunun hasat edilmesi gerektiği tahmin edilmektedir. Ayrıca, basitçe hasat yoluyla yapı-aktivite analizi (SAR) için elde edilebilen yapısal analogların sayısı organizmada işleyen biyoloji ile sınırlıdır ve bu nedenle deneycinin kontrolünün dışındadır.
Bu stratejinin iki avantajı olabilir. İlk olarak, ara ürün, istenen nihai üründen daha kolay ekstrakte edilebilir ve daha yüksek verimle elde edilebilir.
Toplam Sentez
Genel olarak, doğal ürünlerin toplam sentezi, belirli doğal ürün çerçevelerinin sentezinin daha derinden anlaşılmasını ve temel yeni sentetik yöntemlerin geliştirilmesini amaçlayan, ticari olmayan bir araştırma faaliyetidir. Öyle olsa bile, muazzam ticari ve toplumsal öneme sahiptir. Örneğin, zorlu sentetik hedefler sağlayarak organik kimya alanının gelişiminde merkezi bir rol oynamıştır. Yirminci yüzyılda analitik kimya yöntemlerinin geliştirilmesinden önce, doğal ürünlerin yapıları toplam sentez ("sentez yoluyla yapı kanıtı" olarak adlandırılır) tarafından onaylandı. Doğal ürün sentezindeki erken çabalar, hücresel metabolizmada temel bir kofaktör olan kobalamin (B12 vitamini) gibi karmaşık maddeleri hedef almıştır.
Araştırma Ve Öğretim
Doğal ürünlerle ilgili araştırma ve öğretim faaliyetleri, organik kimya, tıbbi kimya, farmakognozi, etnobotanik, geleneksel tıp ve etnofarmakoloji dahil olmak üzere bir dizi farklı akademik alana girer. Diğer biyolojik alanlar arasında kimyasal biyoloji, kimyasal ekoloji, kemogenomik, sistem biyolojisi, moleküler modelleme, kemometrik ve kemoinformatik yer alır.
Kimya
Doğal ürünler kimyası, kimyanın gelişimi ve tarihinde önemli olan ayrı bir kimyasal araştırma alanıdır. Doğal ürünlerin izole edilmesi ve tanımlanması, erken klinik öncesi ilaç keşif araştırmaları için maddelere kaynak sağlamak, geleneksel tıp ve etnofarmakolojiyi anlamak ve kimyasal alanın farmakolojik olarak yararlı alanlarını bulmak için önemli olmuştur.Bunu başarmak için, kimyasal ayırmalarla ilişkili teknolojinin evrimi ve NMR gibi kimyasal yapı belirlemede modern yöntemlerin geliştirilmesi gibi birçok teknolojik ilerleme yapılmıştır. Ek olarak, doğal ürünler, yapılarının doğrulanmasını sağlamak veya daha büyük miktarlarda doğal ürünlere erişim sağlamak için organik sentez ile hazırlanır. Bu süreçte, bazı doğal ürünlerin yapısı revize edilmiş ve doğal ürünleri sentezleme zorluğu, yeni sentetik metodoloji, sentetik strateji ve taktiklerin geliştirilmesine yol açmıştır. Bu bağlamda, doğal ürünler, yeni sentetik organik kimyagerlerin eğitiminde merkezi bir rol oynar ve eski kimyasal reaksiyonların (örneğin, Evans aldol reaksiyonu) yeni varyantlarının geliştirilmesinde ve aynı zamanda tamamen keşfedilmesinde temel bir motivasyondur.
Biyokimya