海洋资源化学
! D9 j) B+ L8 d1 }! L姓名:郭荣6 Z2 J$ e! ~$ U3 Y' M) O
学号:S150********" q. Q- \1 e( ?9 e6 ?( ~
摘要
0 Y. S2 X) r4 u# ]# m( D3 h3 ^本文主要介绍了海洋资源和海洋资源化学,及其分类和发展史。着重介绍了海洋资源化学的海水中几种重要的化学元素的提取。另外,对于海洋中各类生物的药用价值也做了深刻的研究。: F% T8 ~1 ^" P: @
关键词:海洋资源化学药用价值3 Y4 p0 K4 C' `2 N, o& Z
1.海洋资源及海洋资源化学7 l' l' f1 X; h6 Z- r# a+ X9 K
1.1海洋资源& O+ U: h4 K5 U) _* d
海洋是一切生命的摇篮和资源的宝库,也被认为是人类社会最后的开辟疆域。地球表面的总面积约5. 1亿平方千米, 其中海洋面积为3. 6亿平方千米,占地球表面总面积的71%。世界海洋的水量比高于海平面的陆地的体积大14倍,约13. 7亿立方千米。海洋矿产资源总量约有6 000亿吨, 其中石油贮藏量约1350亿吨,天然气约140万亿立方米。海洋能约70亿千瓦,是目前全世界发电量的十几倍。海洋动物的生产力有562亿吨,每年捕捞量可达6亿吨。
/ H: L) k: i" A- j1 \8 b, K海洋资源是海洋中所蕴藏的各种物质资源的总称,通常指在海洋内外应力的作用下形成并分布在海洋地理区域内的、可供人类开发利用的自然资源。海洋资源是海洋的主体——海水、海底与海面有密切关系的一种资源。通常所说的海洋资源常常是从狭义上讲的。它是指能在海水中生存的生物(包括人工养殖);溶解于海水中的化学元素和淡水;海水运动,如波浪、潮汐、潮流等所产生的能量;海水中贮存的热量;深海底所蕴藏的资源,特别是海底各种固态矿物,如锰结核;在深层海水中所形成的压力差及海水与淡水之间所具有的浓度差等等。总之,海洋资源指的是与海水水体及海底、海面本身有着直接关系的物质和能量。; C6 g. d, j- J7 g* c! s& r2 K
1.2海洋资源化学" b7 W5 I- r1 e
由于海洋资源化学是一门新兴学科,故对其定义还没有一个完整的、统一的表述,但其基本含义相近。周仲怀认为,海洋资源化学是运用化学、物理和生物的基本原理研究水圈、生物圈和沉积圈中作为资源元素开发利用中的有关问题,即化学资源的分布、分离、富集(或浓缩)、提取方法和技术以及与之有关在开发利用中的物理化学性质等问题。: a2 k+ Z* r3 n( W
海洋资源化学从广义上说,包括海洋中所有化学资源的提取和开发利用,这是一门应用性较强的基础性学科。
) [- { `! W& E* C. L+ L海洋资源化学研究的目的是化学资源的开发利用。为此,首先要了解化学资源的储量,有无开发价值。接着需要研究具有开发价值的资源元素的提取方法和技术,根据化学、物理和生物原理进行分离、富集(或浓缩) 和纯化等试验。还引入和发展了一些新方法,如在富集海水中的微量元素时使用的气泡分离或泡沫分离和异相电解等方法。化学资源的提取,几十年来是采用单一的提取技术,即采用一种技术一次提取一种元素。目前采用的综合提取技术,是用一种技术提取不同元素的多种化合物,或者是用一种技术提取同一元素的几种不同的化合物,这种综合提取技术虽处在发展过程中,但它有利于多种化学资源的综合利用。1 @* T2 ?' i" p0 f3 v5 j1 t9 X
1.3我国海洋资源开发进入新阶段$ F7 n( I9 m& e3 ?* o* N3 J
我国海洋资源十分丰富,有漫长的海岸线,美丽的海岛,丰富渔业资源,储量惊人的海洋矿产资源,可以毫不夸张地说,海洋中几乎有陆地上有的各种资源,而且还有陆地上没有的一些资源。以石油、天然气为例,据估计,世界石油极限储量1万亿吨,可采储量3000亿吨,其中海底石油1350亿吨;世界天然气储量255~280亿立方米,海洋储量占140亿立方米。上世纪末,海洋石油年产量达30亿吨,占世界石油总的50%。我国在临近各海域油气储藏量约40~50亿吨。由于发现丰富的海洋油气资源,我国有可能成为世界五大石油生产国之一。2007
/ ?7 {, J* @- x1 \ 年,我国努力提高海洋油气开采能力,海洋油气业继续保持快速增长势头。我国大陆架浅海区广泛分布有铜、煤、硫、
# P! y ^' e) U6 s( d/ C磷、石灰石等矿,开发主要集中在山东省、广东省、广西壮族自治区、海南省和福建省,但总体来讲,开发程度不高。1991年经联合国批准我国在太平洋获得面积达15万km2 的多金属结核开辟区,我国在大洋调查中还发现了富含锌、金、铜、铁、铝、锰、银等元素的海底热液矿藏,但开发利用尚处于研究阶段。可燃冰在我国管辖海域里广泛存在,据测算,仅我国南海的可燃冰资源量就达700, b' X; _8 z+ t- h4 C
亿吨油当量,但由于可燃冰生成环境复杂、特殊、开采难度大,我国直到1990年才开始可燃冰的利用和开采技术研究。现如今我国对海洋资源的开发也逐渐兴起,海洋资源的综合利用程度也不断提高,特别是随着东海大桥、东海油气田等重大基础设施的建成,我国对海洋资源的开发利用已步入一个崭新阶段。" A/ e* c. c7 h) L7 ~) Z' I' V2 S3 y
20世纪90年代以来,我国的海盐产量一直位居世界第一。在2007年,中国海盐产量为3 000多万吨。海水中也含有80多种元素和多种溶解的矿物质。目前,我国直接提取钾、溴、镁等技术方面已经突破万吨。海水中还含有重水,其是核聚变原料和未来的能源,在我国开发程度不高。截至2007年底,中国已建成运行的海水淡化水日产量已达12万多吨,海水直流冷却水年利用量已近480亿m3。' X4 j6 K+ B0 B( s' a4 @/ G
另外,在我国管辖海域里,已记录到了20 200多种海洋生物,约占全世界海洋生物总种数的1/10。我国海洋生物资源主要可以利用于食品、药物、新材料、能源、饲料等领域:
( V7 Q: r) _' Z) ?" R/ d(1)2007 年,我国海洋渔业捕捞量为1 400多万吨。(2)2007年,海洋生物医药业不断加强新药研制与成果转化,全年实现增加值40亿元。加速研发利用海洋生物各种特性。(3)加速研发利用海洋生物各种特性和能力,合成和生产其他新材料,如利用蓝藻生产天然橡胶等。(4)国外的实践和理论研究表明每平方米水面的海藻每年可提取燃油150 L以上,我国目前还没有投入开发。(5)我国用海洋植物作畜禽动物饲料的研究和应用始于二十世纪五十年代,至今尚未形成相应的海洋植物饲料加工业。! w. J4 l( a" v* z' m- l* a
我国海洋能资源经调查和估算,蕴藏量约4.31亿kw。从目前国内的技术发展水平来看,潮汐能技术最为成熟并进行了有限的开发利用,对90%分布在常规能源严重短缺的东南沿海地区的再生能源没有充分开发利用。国内已经建立了潮汐能、风能电站及潮流能装置,波浪能发电装置正在研发,盐差能、温差能的利用技术还处于起步阶段。
" Y) a+ N- n9 s" n. ^2.海洋资源化学的发展4 _; ^1 Q; V) y4 K
海洋化学资源的提取和开利用是海洋资源化学形成和发展的基础,要获得发展就必须依赖于海洋化学等有关学科,如海洋无机化学、海洋分析化学、海洋有机化学、海洋物理化学(包括胶体化学和表面化学等)及海洋化工等学科的密切配合。反过来,海洋资源化学的发展又丰富了和促进了这些学科的内容和发展,它们之间是唇齿相依的关系。要解决一个海洋资源化学问题常常是多种学科密切配合的结果。由上可知,海洋资源化学的首要特点是多学科性,特点之二是研究的体系中大多数化学成分处于微量状态,提取难度大,特点之三是研究的体系成分复杂,提取技术的研究需要综合考虑,即综合性强。从世界范围看,海洋资源化学研究尽管经历过不同的发展阶段,但可以预料,随着海洋科学和海洋经济的不断发展,海洋资源化学必将获得更快的发展。3 L6 j% d- o3 b! Q
海洋化学资源起始于海水制盐。从十九世纪末到二十世纪三十年代中期,海水提溴和海水提镁相继实现工业化。二次世界大战后,英国首先开始了海水提铀的研究,从七十年代到八十年代中期掀起了海水提铀的热潮,日本于1986年还建成了年产10kg级规模的提铀试验厂。海水提钾已进行了长达五十余年的研究,海水提碘也进行了一定的研究。日本从二十世纪八十年代以来,集中力量进行了海水提锂的研究,据报道已取得了相当的进展。# F( ]5 ~/ H$ Y' v6 Q$ v
3.海洋资源化学的分类
0 ?' A8 {' d. @, X/ q5 B海洋资源种类繁多,既有有形的,又有无形的;既有有生命的,又有无生命的;既有可再生性的,又有不可再生性的;既有固态的,又有液态和气态的,形形色色,对其分类实为不易。国内外有很多专家学者依据不同的标准从不同的角度对海洋资源进行了分类,大致如下。
2 g, i7 \* x9 `0 ` E, H(1)依据海洋资源有无生命分类,可分为:海洋生物资源和海洋非生物资源。
% t+ m. O. {6 G7 x7 B3 p6 b0 I' Y(2)依据海洋资源的来源分类可分为:来自太阳辐射的海洋资源, 来自地球本身的海洋资源和地球与其他天体的相互作用而产生的海洋资源。# v' x9 [3 d$ \6 v$ d
(3)依据能否恢复分类,可分为:再生性海洋资源,有限再生性海洋资源和非再生性海洋资源。
7 R+ @! |' v! C4 B; E(4)依据空间视角分类,可分为:水体上面的空气、水体本身和水体之下的底土。或者说,在空气、水体、底土并与陆地之间存在有空气与水体间的海表面、水体与底土间的海床以及水体与陆地间的海岸等三个界面。0 I" A3 D! t( ]3 q; z
(5)依据其自然本质属性及种类,可分为:海洋物质资源、海洋空间资源和海洋能量资源。
; m; q, e: ?6 C' j% K: X F(6)依据海洋资源的自然属性和开发利用需求,可分为:生物资源、矿产资源、化学资源和能源资源四大类。( v5 W# U+ |+ r) z. Z
(7)依据海洋资源的性质、特点及存在形态,可分为:海洋生物资源、海底矿产资源、海洋空间资源、海水资源、海洋新能源和海洋旅游资源。
- ~; {1 X2 I0 E; J& O然而,现有的各种海洋资源分类都是出于不同的需要而简单进行的,系统性考虑欠缺。设计分类系统时,忽视了海洋资源体系的完整性,以致体系设计粗略,海洋资源残缺不全。分类中既漏掉了许多重* ]: u7 G U/ F# M1 K3 L
要的海洋资源,同时又出现了许多重复列类的现象,使得海洋资源的完整性和类目体系的严密性受到了很大的影响。类目划分的层级也不够深入,有些分类只有基本部类,最深的也只有三级类目。因此,都难以自成体系。
: T, p: Y: A2 B- p5 w; d& B% i4.海洋资源化学的应用
" P: ]1 M0 ?2 \9 S9 k" V+ b7 S4.1海水中化学元素的提取和利用! S2 Y0 D, L# b# z$ K
4.1.1 海水制盐! u- @) S8 N. V4 g. ^' Y; F
谈到海水利用,最直接联想到的就是海水制盐。人类早期对于海水化学资源的利用,主要以生产食盐为主,制造方法是使用最自然的日晒法,其原理简单且操作方便。现今食盐大多使用电透析法获得。从化学角度而言,食盐经分解可得到―氯‖ 与―钠‖ 两种元素,这两元素分别是―酸‖ 工业与―碱‖ 工业的主要原料。两种元素至今共有14000多种用途,包含食用、化工、纺织、造纸、染料、冶金、陶瓷、肥皂、玻璃、医药等,因此食盐有―化学工业之母‖ 之称。 r, G/ p$ ^& t3 g4 }5 q, P
而在生产食盐的同时,利用浓海水或卤水等副产品,可再提炼出溴、钾盐、镁盐等其它有用的物质,可见海水资源的经济效益是相当高的。5 V: _8 O+ `8 S: R# T' l) L
根据物理化学中的依数性原理,一个水—盐体系中化学成分越多,浓度越高,其蒸气压和冰点必然降点,沸点必然升高。如果与一个水—盐体系中化学成分较少和浓度较低的比较,在其他条件相同的情况下,后者就比前者容易蒸发而得到浓缩。根据这个简单的原理,在其他条件相同的条件下,海水或地下浓缩海水中的化学成分越多,浓度越高,水分蒸发速度就较慢,耗能较多,制盐周期较长,而且盐结晶中所含杂质也较多。如果减少海水或地下浓缩海水中的化学成分,就会加快水分的蒸发速度,制盐周期缩短,在同样条件下,有利于提高盐的质量和产量。因此,工艺改革的核心就是首先要把海水或地下浓缩海水中除氯化钠外的其他常量化学成分去掉,然后再制盐,与传统的制盐工艺相反。从化学化工角度考虑,就有可能解决盐产量和质量的提高及无苦卤形成的三个重大问题,把原来制盐的下游产品变为上游产品。
$ m4 P# G; ~3 c+ l$ z5 M' W% O4.1.2 海水中的溴盐' Z2 X* T: d' _% M1 |2 G4 N3 d; A
地球上99%以上的溴都蕴藏在海水中,因此溴有―海洋元素‖ 的美称。海水中的平衡溴含量是65克每立方米。海水中含溴约65ppm ,: C+ h4 f7 R+ `& c/ a
属于丰度较大的微量元素。某些岩盐矿的母液和盐湖水中,亦含有海源溴化物。此外,若干海洋生物体含有少量化合态的溴,如海兔毒素,二溴靛蓝等。法国人巴拉尔1824年从实验后的残留海水中第一次提取到溴。溴是重要的化工原料, 广泛用在阻燃剂、灭火剂、制冷剂、农药、化学肥料等方面。溴也是一种药品的原料,可以生产许多消毒药品, 例如红药水就是溴与汞的有机化合物。此外,溴化钾、溴化钠及溴化铁可配制成三溴合剂,能治疗神经衰弱和歇斯底里症。7 k6 i$ r5 w0 u) L+ P3 o
溴在岩石圈的分布较广泛,但其丰度却很低( < 0.lppm )。溴的天然资源主要是海水、某些滨海地区的地下卤水(古海洋的派生水)以及海洋的沉积物即岩盐矿。溴的用途广泛。单质溴及其溴化物是合成化学工业、医药工业和感光材料工业的重要原料。近些年来,由于溴大量用于制备阻燃剂和高效灭火剂,其需用量日益增加。目前世界上生产的溴,有相当大一部分来源于海水。在我国,多年来主要依靠制盐苦卤作为原材料来提取溴,由于苦卤的来源所限,产量不高,以致溴长期处于供不应求的状态。从1973起,相继在青岛、羊口、连云港等地建成了略具规模的海水直接提溴工厂。1985年,在山东莱州盐场又建成了年产5 0吨的制溴厂。% V" n$ ^) j' G+ O1 }' D( }
在自然界中,实际上不存在可作为提溴原料的含溴盐。己经确定,海水中所有的元素溴均以还原型态的溴离子(水合离子)的化学形式存在。
! F" E }) ^1 O: z3 @4.1.3 海水中的镁盐
4 o/ d) n# R. |& P( o) }镁盐在海水中的含量仅次于氯和钠。未精制的粗盐有苦涩味道就是因为含有镁盐。全世界的镁盐每年约有200多万吨是从海水中提取的,在缺乏陆地资源的日本,镁盐几乎全来自海水。从海水中提取镁
( ]9 f# N6 I) N并不复杂,只要把石灰乳液加入海水中,沉淀出氢氧化镁,再注入盐酸,就可以转换成无水氯化镁。镁盐是良好的耐火材料,可用于航天及建筑业,近年来还用在生产新型无机阻燃剂、热塑性树脂和橡胶制品的加工上。对植物来说,镁还是组成叶绿素的主要元素,可以促进对磷肥的吸收。
2 [/ ^4 `) C. w! l7 o# o从目前我国技术进展和工业发展的情况来看,较为可行的是用沉淀法从浓缩1 Z9 T$ U# ^6 ?3 H
海水和地下浓缩海水及苦卤中提取镁。目前该法主要使用碳酸盐(含碳铵、纯碱及碳化等法)和氢氧化物两大类。氢氧化物中又以石灰乳和氨法为主,前者更为现实,后者用在苦卤还行。石灰乳法的优点是由于它是中强碱,沉淀较完全,成本较低,反应后溶液的总体积低于氨法;其缺点是沉淀时沉淀条件如不加改进,则易得胶状M g( O H)2沉淀,沉降速度慢,不易过滤,而且沉淀物吸附杂质多,需用淡水经多次洗涤,才能提高沉淀物的纯度。尽管有这些缺点,只要设法在技术和工艺上加以改进,还是可以解决的。特别是考虑与制碱需要的液体盐结合起来联产,有其特有的优点。利用氨法,从回收氨这个角度考虑,也可降低成本,而且回收工艺较成熟,但由于氨法除镁效果不如石灰乳法好,故实现与制碱联产较困难。利用沉淀法提取镁与综合提取技术相结合。以制取几十种镁系物,由于浓缩海水和地下浓缩海水中的镁是大量的,故提取镁这一步在整个工艺改革中起着关键的作用。
: r% M4 Q! S! R$ f4.1.4 海水中的钾盐4 o9 s+ O0 O0 \9 C% o! P/ c
钾是植物生长三要素氮磷钾之一,对大多数作物都有明显的增产效果。海水中钾盐的浓度并没有氯、钠和镁高,商业开采并不多见。目前世界上钾盐的生产仍以内陆矿场为主,生产的钾盐——氯化钾和硫酸钾有90%以上都用作肥料。除了作为肥料外,钾盐总生产量的5%用在工业上,包括清洁剂、玻璃和陶瓷工业(碳酸钾和硝酸钾)、纺织染色(黄血盐钾)、鞣制皮革(硫酸铝钾)等。1 \6 E& Q' ~/ L6 H3 p
火柴及有些炸药也是利用氯酸钾、硝酸钾及过磷酸钾为原料制作而成的,在高空烟火中的紫色光芒也是钾盐的杰作。不过随着陆地资源的快速消耗,从海水提炼钾盐是可以预见的趋势。
2 S3 s0 h' C( v+ K6 ]5 Z海水中K + 离子浓度约0. 380 g /L,地下浓缩海水中K + 离子浓度平均1. 35 g /L,约为海水的3.5倍。目前从较低浓度K+离子体系中提取,尚未形成规模效益。如:海水提钾研究尽管已有多年的历史,由于钾肥的价格低,要过低成本关的难度较大,至今尚未有真正的突破。若考虑从浓缩海水或地下浓缩海水中提取钾,比直接从海水中提取要好些,但也是同样存在一个成本问题。然而只要有较好的综合经济效益作保证,是可以实现钾的规模生产。按目前研究的技术来看,离子交换等方法是可以考虑的。特别是在交换容量较高,且不改变p H的情况下,与其他化学成分提取工艺结合起来,形成一个完整的工艺流程,是完全有可能的。& i" m1 E3 C* L6 H9 S$ J4 ~; P
4.1.5海底甲烷冰# H7 g+ q0 ]. \% b4 Y8 [
甲烷冰的学名叫天然气水合物,其形成是因为深海缺氧,细菌在分解动植物遗骸时,因无氧可利用而产生甲烷。在海底高压及低温的环境下,这些甲烷被笼形结构的水分子所包围,而形成冰晶状的固态包合物,称为天然气水合物。甲烷是非常好的燃料,且属较洁净能源,其燃烧排放的污染物质比燃油或燃煤少,是21世纪新能源之一。目前较担忧的是甲烷是温室气体,开发不完备而释放于大气中可能影响气候变化。根据推算,世界上海底甲烷冰的储量约为现存石油、天然气等化石燃料总和的两倍,因此被视为未来最有潜力的新能源之一。& A" b0 h: _' v! \9 o
4.1.6核能用铀及氚7 C7 s9 k8 _' k* d$ b
铀是核能发电的燃料,1公斤的铀相当于2250吨优质煤的能量。除了民生供电用途外,铀也是核弹武器最主要的成分,原子弹就是利用铀核分裂时释出的
2 F; `% g8 x9 ?8 S# O) R) D1 ~, Q 能量达到破坏的目的。海水中的铀总含量多达45亿吨,是陆地铀矿储量的4500倍。目前最有效的海水提铀方法是利用氢氧化钛吸附铀,国际上已有10公斤级的海水提铀工厂。我们在未来面对石油短缺、价格高涨及二氧化碳限量排放时,把铀应用在民生发电是考虑的方案之一。有别于重元素铀的核分裂,另一种核变应用是所谓的核融合,氢弹利用的就是氢同位素(氘—氚)在足够的高温下,引发融合反应所产生的能量。目前全世界还没有核融合的发电厂,一旦建成以氘为原料的热核电厂,海水提取重水生产氘的开发产业必定兴起。蕴藏在海水中的氘有50亿吨,如此多的含量,足以使人类使用很久很久。
6 R+ j1 D! C4 y" R1 O4.2海洋生物的药学使用& \8 P- m$ Z5 d0 P
4.2.1 海洋抗肿瘤活性物质5 r6 c. t+ J) M# \! L
从海洋生物中寻找海洋抗肿瘤活性化合物一直是海洋天然产物研究的重点之一。从海洋动物中获得的次生代谢产物10%具有抗种瘤活性,从海洋植物中获得的化合物3. 5%具有抗肿瘤或细胞毒活性。目前已从海绵,海鞘,珊瑚,海洋软体动物,海洋红树植物等海洋生物中获得数百种具有明显抗肿瘤活性的化合物,结构类型包括核苷类、酰胺类、聚醚类、萜类、大环内酯类、多肽类等。目前至少已有15个海洋抗癌药物进入临床或临床前研究阶段。
! G1 {. w/ r- z* n8 Z已进入Ⅱ期临床研究的抗肿瘤海洋活性化合物如从加勒比海鞘中分离的didemnin B , ecteinascidin 743, 用于治疗肺癌和皮肤癌,具有显著的疗效;从总合草苔虫中分离的草苔虫素bryostatins和从海兔中分离的海兔毒素dolastatin 对白血病、乳腺癌等多种肿瘤有很好的疗效;膜海鞘素didemnin B是第一个进入临床试验的抗癌海洋药物;从被囊动物Trididemnum 中分离出来的环肽化合物aplidine, dehydrodidemnin B, curacin A, discoclermolide, eleutherobin, halichondrin B, 具有强烈的抗白血病和黑色素瘤活性。目前应用最广的抗癌药氟尿嘧啶,是隐南瓜海绵中的海绵核苷的结构修饰产物。此外,已在临床应用的鲨鱼软骨制剂( Scatp)可克服放化疗引起的副作用,增强患者机体免疫力;昆布多糖、海带多糖等8种多糖制成的复方海藻多糖是抗癌中药制剂;从海洋昆布和麒麟菜中提取的多糖类药物海力特,临床上用于治疗慢性乙肝和各种肿瘤有一定的疗效。5 k: b9 l8 X, X `; B. a' m
4.2.2抗病毒活性物质; U( Z9 M; B3 ~/ s2 Q6 o
病毒感染性疾病近年无论是在发病率上、还是在病种上均呈现快速上升趋势。然而,长期以来病毒性疾病的相关治疗药物却发展缓慢,迄今为止,仅有为数不多的几种药物如泛昔洛韦、齐多夫定、阿糖腺苷、六环鸟苷、干扰素等限制性地应用于临床。迄今已从海绵,海鞘,海藻等海洋生物中获得核苷类、生物碱类、萜类、多糖类、杂环类,多肽和蛋白类等抗病毒活性化合物。其中阿糖胞苷是从加勒比海生活的隐瓜海绵中获得第一个海洋抗病毒药物。从同种海绵中还分离到对病毒L2G 多聚酶活性有抑制作用的阿糖胸腺嘧啶。NCI发现了抗HIV 蛋白化合物cyanovirin -N , 并已成功完成了基因表达。我国开发的― PV-911”、珍珠贝壳酸性提取物等具有抗病毒感染功效。3 ]% _7 F( b* c
另外,从地中海贪婪倔海绵中分离到的倍半萜类化合物对NO +逆转录酶的活性有强抑制作用,无细胞毒性,是一种十分理想的抗病毒先导化合物。从山海绵中分离的对单纯疱疹病毒、疱疹性口炎病毒在低浓度下即有显著抑制效果。这些海绵产生的活性物质主要是生物碱类、萜类、大环内酯类、核苷类、甾醇类、
1 w& |; a- {5 H: c! u% h 肽类和脂肪酸类化合物。从藻类中发现的抗病毒活性物质主要是多糖类,多糖类物质能强烈干扰病毒的初始侵染过程,并最终与病毒颗粒形成无感染力的多糖病毒复合物,对病毒在宿主细胞中的复制和包装也有一定的抑制作用。藻类多糖能够激活机体的免疫系统或改善机体的生物应答功能,从而与保护正常细胞,提高整体免疫力有关。
2 i7 p0 i$ s! |: J) e9 d# y) }4.2.3海洋抗心血管疾病活性化合物8 O `8 g- s$ A5 o2 A9 D8 w% s
对具有抗心血管疾病活性化合物的研究是海洋天然产物研究的另一重点。目前已对数千种海洋生物的代谢产物进行了活性筛选,发现一批具有显著活性的化合物,其化学结构类型包括萜类、多糖类、高不饱和脂肪酸类、喹啉酮类、生物碱类、肽类和核苷类等。但目前进入临床应用的抗心血管海洋药物仍然较少,我国拥有自主知识产权的药物有藻酸双酯钠( PSS),甘糖酯等。+ b2 y/ X3 J5 _
在软体动物麝香蛸中分离出麝香蛸毒素,具有持续的降压作用,是迄今所知活性最强的降压物质,其效应比硝酸甘油强数千倍。另有50多种海洋生物毒素在心血管系统具有相当的活性,如海葵素thalassin 和congestin,海葵毒素具有强心作用,对心率却无影响,可望开发成一种取代洋地黄毒苷的生化药物。海兔毒素不仅有强心作用而且有很强的降压作用。河豚毒素( TTX)的抗心律失常作用目前研究较多。海星酸性粘多糖有明显降低胆固醇及温和的抗凝血作用。从中国南海棘皮动物多棘海盘车分离获得海星甾醇( 3β-羟基雄甾-5 -烯-17 -酮)具有增强记忆及抗氧化作用,海星甾醇经结构修饰得化合物CO1 , 具有抗心律失常作用。从中国南海短指多型软珊瑚分离出的一种喹啉酮具有明显的心血管活性,作为抗心律失常药物开发很有前途。# N3 R" i/ m5 d# l8 ^
4.2.4海洋生物抗菌、抗炎活性化合物
% B" G4 F. Y; X8 X从海洋生物中提取分离的抗菌、抗炎化合物有脂肪酸类、糖酯类、丙烯酸类、苯酚类、溴苯酚类、吲哚类、酮类、多糖类、多肽类、N-糖苷类和β-胡萝卜素类等。最早一批海洋药物是抗菌药物,如头孢菌素类抗生素早已用于临床。我国在开发海洋抗菌抗炎药物方面取得较显著成就,已开发了系列头孢菌素、玉足海参素渗透剂等海洋抗菌药物,海参中提取的海参皂苷抗真菌有效率达88. 5 %,是人类历史上从动物界找到的第一种抗真菌皂苷。从刺参中分离得皂苷毒素holotoxin A , B 已用于治疗脚癣和白癣菌感染。从环节动物毛乳蛰虫中分离到的含溴化合物结构与灰黄霉素相似,已用于临床,商品名为乳头平。国外临床使用氨基葡萄糖硫酸酯盐( glucosaminesulfate)治疗骨关节炎,能显著减轻患者的炎症和疼痛,毒副作用少。另外作为传统的民间药用植物—半红树药用植物杨叶肖槿中的mansonones 类化合物是高度氧化的倍半萜醌类化合物,和其树皮中提取到一种含棉酚( gossypol)具有很强的消炎作用,证实其在伤口治疗上有效。
5 I* J6 O! h4 o5 r% m4.2.5海洋生物大分子的药学用途 A9 y+ u( j& r- X
海洋生物大分子指海洋生物中的多糖类、多肽类和蛋白类化合物。多数海洋生物能够产生多糖类聚合物,海洋多糖已证明具有各种各样的生理调节功能。目前国内外已从多种海洋动物中分离到活性多糖成分,如甲壳类动物的甲壳素;软骨鱼骨中的硫酸软骨素;多孔动物海绵,棘皮动物海参、海星中的硫酸多糖,软体动物扇贝、文蛤、鲍鱼、海兔等中的糖蛋白或糖胺聚糖等。另外,多糖在海藻中含量丰富,约占干重50%以上,是海洋多糖药物开发的重要资源。从海藻中
! i# {* v6 O. p) Z5 l! u) e; t 还可分离到含微量元素多糖,如碘多糖、硒多糖、锌多糖等。微量元素多糖既可发挥微量元素有机态的营养作用、减少毒性,又可发挥多糖本身的生理活性,因此成为一个新的研究方向。如硒多糖能清除自由基、防治肿瘤;碘多糖能促进神经末梢细胞生长,具有增智作用;锌多糖能调节血液物质平衡,防止皮肤病等。目前有关海洋微生物活性多糖的研究报道很少。从海洋生物中分离的多糖往往具有高度硫酸化的特点,是开发抗病毒特别是抗HIV 的重要资源,如从海藻中提取分离的硫酸多糖911和PS-870具有显著的抗HIV作用。硫酸多糖911 能通过抑制逆转录酶活性、干扰吸附,来抑制HIV-1对MT4 细胞的急性感染和对H9 细胞的慢性感染。' R- k% p) W3 S9 U( |( O0 `$ ?6 q
4.2.6海洋生物毒素研究
; ]/ ?; q9 J+ a海洋生物毒素是海洋天然产物的重要组成部分, 是海洋生物活性物质中研究进展最迅速的领域,它们具有结构特异、活性广泛且活性强等特点。许多高毒性海洋毒素对生物神经系统或心血管系统具有高特异性作用,可发展成神经系统或心血管系统药物的重要先导化合物,有的已被FDA 批准为正式药物,如多肽类海葵毒素已作为强心药物的重要先导化合物。芋螺毒素在临床上用作特异诊断试剂,作为镇痛药疗效确切,不成瘾;ω -芋螺毒素用于癌症、艾滋病晚期的顽痛治疗,成本比鸦片类止痛剂大大降低,它比常用麻醉药强万倍以上;α -芋螺毒素在小细胞肺癌的治疗中显示极好的应用前景。河豚毒素亦是一种较强的镇痛剂,可代替吗啡、杜冷丁等治疗神经痛。聚醚类毒素PTX(岩沙海葵毒素)、CTX(西加毒素)、MTX(刺尾鱼毒素)等分别具有强抑癌、高强心等作用,已成为新药开发的特殊模式结构。水母毒素有望研制成独特心血管药及神经分子生物学工具药,头足毒素(也称章鱼毒素)可望开发成抗心绞痛药物,海胆毒素和海蛇毒素在心血管、抗血栓药方面将大有作为。
. f+ T& w7 {" B, k4 G4 X5.结论
+ D& V1 n, L8 `- t+ i* m& a& y我国海域辽阔,南北跨越热带、亚热带和温带,海洋资源十分丰富。我国大陆海岸线约长达1. 8 ×104km,岛屿岸线1. 4 ×104km。500m2以上岛屿7 000多个,岛屿面积3. 87 ×104km2。海岸带面积28 ×104km2,有管辖权的海洋国土面积约300 ×104km2。近年来,我国大力实施―科技兴海、依法管海‖战略,发展海洋经济。我国海洋经济已经步入稳健发展的轨道,成为国民经济新的增长点,呈现出传统产业、新兴产业和未来高技术产业等多层次推进的格局。我国海洋生物物种繁多,大陆架海区含油气盆地面积广阔,漫长海岸线上和海域还蕴藏着极为丰富的砂矿资源,因此我国可以利用的海洋化学资源可谓是非常丰富的。我国经济社会发展将越来越多地依赖海洋,要保障国民经济持续、快速、健康发展,必须把开发利用海洋作为一项长期的战略任务,合理开发利用蓝色国土,积极利用世界海洋资源,建设海洋经济强国。
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