益智酮 A与姜黄色素的抗氧化性与 其构效的关系

食品科学※专题论述

收稿日期：2006-08-20

基金项目：海南省教育厅高等学校自然科学资助项目(hjkj200619)；海南自然科学基金项目(80682)作者简介：刘红(1967-)，女，博士，研究方向为天然产物分离。

益智酮A 与姜黄色素的抗氧化性与

其构效的关系

刘 红1，郭祀远2

(1.海南师范学院 海南热带植物资源化学重点实验室，海南 海口 571158；

2.华南理工大学轻化工研究所，广东 广州 510641)

摘 要：运用分子力学和量子化学计算的方法，研究益智酮A 与其类似物姜黄色素抗氧化性的构效关系。从电荷、键长和生成热之差分析益智酮A 与姜黄色素的抗氧化性，结果表明益智酮A 的姜黄色素因具有相同的结构而具有类似的抗氧化性，但因所带的电荷和生成热之差不同而存在抗氧化性强弱的差异。关键词：益智；抗氧化；构效

Antioxidative Activities of Yakuchinone A and Curcumin Analysised by Molecular Mechanics and Quantumchemistry Methods

LIU Hong 1，GUO Si-yuan 2

(1.Hainan Chemistry Key Laboratory of Tropic Plant Resource, Hainan Normal University, Haikou 571158,China ；2.Institute of Light Industry and Chemistry Engingeering, South China University of Technology,

Guangzhou 510641, China)

Abstract ：Molecular mechanics and quantumchemistry methods was used to study the effect quarititative structure-activity relationship (QSAR) on the antioxidative activities of yakuchinone A and curcumin. The energy and electronic structures of the curcumin compounds including yakuchinone A and curcumin were calculated. The change of enery and electronic structure from free radicals were acounted and like curcumin compounds there the active process of the curcumin compounds dehydrogenation oxidation was take place. Results showed that the structure stabilities of curcumin and yakuchinone A are reactive to their molecular s tructure.

Key words ：Alpinia oxyphylla ；antioxidant ；QSAR(quantitative structure activity relationship)

中图分类号：R151.3 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2006)12-0934-02

为了更好地分析益智酮A 的抗氧化作用与构效关系，以传统的抗氧化剂姜黄色素为对照，益智酮A 及其类似物的抗氧化性与其构效的关系。日本学者Kyung-Soo chun 研究益智酮A 和姜黄色素的抗氧化性表明，低浓度益智酮A 的抗氧化性强于姜黄色素。

氧自由基与疾病的关系十分密切而且又是食品氧化的主要原因。近年来，对自由基和抗氧化剂的研究成为热点。寻找和筛选具有阻断氧自由基形成或抑制细胞膜过氧化活性的药物研究越来越受到人们的关注，益智酮A 是益智植物中具有清除D P P H 最好的化合物，是具有与姜黄色素类似二芳基庚烷结构，其中对姜黄色素类化合物的研究是天然抗氧化剂、抗肿瘤研究中的热门领

域之一，此类天然多酚抗氧化剂具有优良的抗氧化性和清除自由基的能力，其抗氧化作用与结构有很大的关系，特别是羟基的结构，姜黄色素的抗氧化性与其构效在国内外均有这方面的报道，但有关益智酮A 的抗氧化性与其构效关系则未见报道。

以益智酮A 和姜黄色素作为模型分子，益智酮A 分子中4'位带酚羟基，见图1。姜黄色素在4'，4''位带酚羟基，见图2。采用分子力学M M +方法进行初步的结构优化，用A M 1计算结果见图3、图4、表1、表2。1

电荷分析分子生物活性

从表1可知，益智酮A(YA)中4'-OH 和姜黄色素(CM)

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※专题论述

食品科学

表1 益智酮A 和姜黄色素中O 原子(部分H 原子)的净电荷值和键长Table 1 Atomic charges of O (selected H) and and bond length

in yakuchinone A and curcumin O

H C-O 键长O-H 键长YA 4'-OH －0.3780.206

1.3746

0.96896

YA 3'-OCH 3－0.371CM 4'-OH －0.2480.236 1.37350.96943CM 4''-OH －0.2400.235

1.37380.96941

CM 3 C-O －0.286 1.2337CM 4 C-O

－0.287

1.2336

化合物化合物能量H O F 化合物自由基态能量HOF1

△H O F (kCal/mol)(kCal/mol)(kCal/mol)Y A －84.9041－63.043221.9509CM(4')－207.9338－129.724678.2098CM(4'')

－207.4986

－133.6498

74.8288

表2 抗氧化剂形成半醌式自由基前后能量差Table 2 △HOF evalues of antioxidants

O

1

2

3

4

5

6

7

1''

2''

3''4''

5''

6''

1'2'

3'

4'

5'

6'H 3C O H O

图1 益智酮A 的化学结构式

Fig.1 The chemical structure of yakuchinone A

图3 优化后的姜黄色素结构图

Fig.3 The optimization structure of curcumin

图4 优化后的益智酮A 结构图

Fig.4 The optimization structure of yakuchinone A

的1-苯环的羟基上的4'-OH 和4''-OH 中H 原子净正电荷最大，O 原子的净负电荷大，表明益智酮A 和姜黄色素清除自由基的供氢中心在苯环的羟基上，从分子中相关原子所带净电荷[1]来看益智酮A 的O 原子的净电荷大，抗氧化性好，由于4'-OH 与 3'-OCH 3形成氢键，导致H 原子净正电荷减弱。从O 原子的净负电荷看，益智酮A 的抗氧化性优于姜黄色素。这直接解释了在极低浓度下，益智酮A 的抗氧化性优于姜黄色素，主要是由于O 原子的净电荷和氢键的共同作用。

2

从活性中心原子的键长来讨论分子活性

益智酮A 中4'-OH 中0-H 键长(0.96896)小于姜黄色

素4'-OH 中O-H 键长(0.96943)，益智酮A 中4'C-O 键长1.3746，姜黄色素4'C-O 键长1.3735，姜黄色素的4'和4''中O-H 键都大于益智酮A 中4'的O-H 键，姜黄色素的4'和4''C-O 键的键长小于益智酮A 的4'C-O 键的键长。益智酮A 的C -O 键长较长，其相连的羟基活性更强。3

从△HOF 值来讨论分子活性

据文献报道，酚类抗氧化剂主要是通过酚羟基与氧自由基反应，形成共振稳定的半醌式自由基而中断链式反应，因此共振半醌式自由基的稳定性与抗氧化剂活性成正相关，在比较了多种指标后，发现抗氧化剂形成半醌式自由基前后的生成热之差(△HOF)是较好的衡量其活性的理论参数，△H O F 越低说明自由基越稳定，相应的抗氧化剂活性越强[2]。

由表2可知姜黄色素4'△HOF 为78.2098kCal/mol ，姜黄色素4''△HOF 为74.8288kCal/mol ，益智酮A 的ΔHOF 为21.9509kCal/mol ，由于△HOF 是抗氧化剂形成半醌式自由基前后的生成热之差，△HOF 是较好的衡量其活性的理论参数，H O F 越低说明自由基越稳定，相应的抗氧化剂活性越强，通过前面计算结果表明姜黄色素△H O F 高于益智酮A 的△H O F ，说明姜黄色素的抗氧化活性低于益智酮A 。这与文献报道实验值结果相同。益智酮A 的抗氧化性强于姜黄色素，是一种强抗氧化剂。有关它的研究和开发有待于进一步进行。从计算的数据分析可知益智酮A(4')比姜黄色素中氧带电荷多，夺氢能力强，起到较强的还原力。另外，姜黄色素(4')中羟基的活性弱于4''羟基的活性。3

结 论

以量子化学基础理论分析益智酮A 与其类似物姜黄色素的抗氧化性，益智酮A 与姜黄色素因所带的电荷和生成热之差不同而存在抗氧化性强弱的差异。

参考文献：

[1]夏昆华, 周鲁, 左之利. 黄烷醇类化合物抗氧化性的构效关系[J]. 华西药学杂志, 2003, 18(5): 321-323.

[2]

张立伟, 赵春贵, 杨频. 连翘酯苷抗氧化活性及构效关系研究[J]. 中国药学杂志, 2003, 38(5): 334-336.

图2 姜黄色素的化学结构式

Fig.2 The chemical structure of curcumin

O

1

2

3

4

5

6

7

1''

2''

3''

4''

5''

6''

1'2'

3'

4'

5'

6'H 3C O O H

O C H 3

O

H O