备课素材：青蒿素作用机理 高二上学期生物人教版选择性必修1

青蒿素作用机理先看一道试题：青蒿素是治疗疟疾的重要药物。研究人员已经弄清了青蒿素细胞中青蒿素的合成途径（如图中实线方框内所示），并且发现酵母细胞也能产生合成青蒿素的中间产物FPP（如图中虚线方框内所示）。结合所学知识回答下列问题：（1）疟疾俗称“打摆子”，是由疟原虫引起的疾病，当疟原虫寄生在人体中时，会引起人的免疫反应，使

细胞产生淋巴因子。同时B细胞在受到刺激后，在淋巴因子的作用下增殖分化成

细胞，产生抗体。（2）根据图示代谢过程，科学家在培育能产生青蒿素的酵母细胞过程中，要向酵母细胞中导入的基因是

，具体操作中可利用

技术检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因。（3）实验发现，酵母细胞导入相关基因后，该基因能正常表达，但酵母菌合成的青蒿素仍很少，根据图解分析原因可能是

。答案：（1）T浆

（2）ADS酶基因DNA分子杂交

（3）酵母细胞中部分FPP用于合成固醇解析：（1）淋巴因子是由T细胞分泌的，可以促进B细胞增殖分化形成浆细胞。（2）由图可知，酵母细胞能合成FPP合成酶，但不能合成ADS酶，即酵母细胞缺乏ADS酶基因，因此要培育能产生青蒿素的酵母细胞，需要向酵母细胞中导入ADS酶基因；检测目的基因是否导入受体细胞可采用DNA分子杂交技术。（3）由图可知，酵母细胞中部分FPP用于合成了固醇，因此将相关基因导入酵母菌后，即使这些基因能正常表达，酵母菌合成的青蒿素仍很少。这道试题以青蒿素为素材考查基因工程及免疫。那么，青蒿素的作用及机理是怎样的？疟疾是危害人类最大的疾病之一，人类对付疟疾的最有力的药物均源于两种植物提取物，一是法国科学家19世纪初从植物金鸡纳树皮上提取出的奎宁，二是我国科学家屠呦呦等20世纪70年代从青蒿中提取的青蒿素。1967年，中国政府启动全国范围的523工程抗击疟疾，当时其实是一个援外任务，与20世纪60年代越南战争有关，启动该工程的原因越南丛林茂密，瘴气弥漫，加上行军艰苦，战斗激烈，战士们纷纷感染疟疾，其中恶性疟疾死亡率极高，极大地影响战斗力。但是当时抗疟特效药氯喹已经产生抗药性，医护人员对战斗人员大量减员一筹莫展，越共军队也因患疟疾大量减员，越共中央胡志明主席请求中国政府代为研究寻找能替代氯喹治疗疟疾的新药。同时，我国的南方也存在严重的疟疾问题。1969年，屠呦呦与其他几位中医研究院的研究人员一道被召集加入“523任务”，并任命屠呦呦领导疟疾研究团队，由植物化学和药理学方面的研究人员组成。这个年轻的团队开始从中草药中提纯可能具有抗疟效应的成分。523任务实施伊始，寻找无抗药性防治恶性疟药物的研究便从两个方面着手，一方面是合成新化合物和广泛筛选化学物质，寻找化学抗疟药；另一方面是集中较多的人力，从发掘祖国医药学宝库入手，争取从中医药领域有新的发现和突破。可以分为以下三个阶段：（1）青蒿素的研究1970年，大量查阅和收集古今医药书刊资料，从中挑选了出现频率较高的抗疟中草药或方剂，经实验室水煎、醇提，筛选了近百个药，其中青蒿提取物有一定的抗疟作用，但不稳定。1971年下半年，北京中药所屠呦呦从东晋葛洪《肘后备急方·治寒热诸疟方》得到启发，用乙醚提取，发现乙醚提取物可使鼠疟原虫近期的抑制率明显提高，近100%，这一方法是当时发现青蒿粗提物有效性的关键。然后，上海有机化学研究所确定了青蒿素的化学结构。（2）青蒿素衍生物的研究为了寻找比青蒿素疗效更高、原虫复燃率更低和制剂更稳定、使用更方便的新一代抗疟药，中国科学院上海药物研究所的科研人员对青蒿素衍生物进行了研究。（3）青蒿素复方的研究1990年，军事医学科学院微生物流行病研究所率先成功开发了蒿甲醚—本芴醇复方。1991年，研制出第一个以双氢青蒿素与磷酸哌喹配伍的新抗疟药复方——疟疾片CV8。需要说明的是，真正具有治疗疟疾的青蒿素是从黄花蒿或大头黄花蒿（其中黄花蒿中黄蒿素的含量比大头黄花蒿要高）中提取出来的，叫黄花蒿素或黄蒿素（后来定名为“青蒿素”）。疟疾是经按蚊叮咬或输入带疟原虫者的血液而感染疟原虫所引起的虫媒传染病，有间日疟、间三日等。疟原虫是单细胞的原生动物。疟疾的症状常表现为畏寒、寒战、全身打哆嗦，大约持续20-60分钟的时间，可以出现高热，常常可以达到40℃。尽管经历了数十年的广泛应用，我们对青蒿素作用机制的了解仍然相当不全面。疟原虫的特征是在其生命周期的红细胞阶段广泛摄取和消化血红蛋白，从而释放了大量游离的具有还原活性的血红素和亚铁离子（Fe2+），这被认为是青蒿素特异性杀伤寄生虫的基础。研究表明，游离的氧化还原活性血红素可能在青蒿素激活中起主导作用。过量的血红素在受感染的红细胞中转化为高铁血红素，其能够通过氧化损伤和直接裂解细胞膜的方式，使其膜系结构发生变化，阻断疟原虫对营养物质的摄取，使疟原虫损失大量胞浆和营养物而失去活性，从而发挥抗寄生虫毒性。1993年，人们首次研究报道了青蒿素在癌症治疗中的作用，此后青蒿素的抗癌作用得到了广泛的研究和推广。目前，大量研究结果表明青蒿素及其衍生物对体外和体内多种类型癌症表现出了选择性的细胞毒