原料细胞孔壁与药物成分浸出研究

2.1.2　原料细胞结构与天然药物成分的浸出

无论植物、动物还是微生物等药用原料，其天然活性物质都主要存在于细胞质中。细胞一般都由细胞壁、细胞膜、细胞质和细胞核几部分组成（动物细胞无细胞壁，原核生物无细胞核）。植物细胞壁是围绕在植物原生质体外的一种细胞结构，它对植物体的支撑、水分和养料的供给、植物形态建成和植物与环境的相互作用起着重要作用。多数细胞壁主要由纤维素、半纤维素和果胶物质组成，这种细胞壁上有许多小孔，称为孔壁，不影响水溶性物质的出入。细胞壁内部是细胞膜，类似于半透膜，具有超滤的分子筛作用，筛孔有一定的大小，较小的分子容易透过，但较大的分子不易透过。胞内物质因有细胞壁和细胞膜而不能无控制地渗透到细胞外，而细胞外的营养物质可以利用细胞膜上的载体进入细胞内。所以，一个活的植物体或植物的一个器官的某一部分浸入水中，水溶性物质并不能通过细胞组织或器官组织被提取出来，其主要原因之一是有细胞膜的存在。所以细胞膜对外界物质的进入或细胞内物质的外出具有决定作用。

在植物原料中存在着具有保护内部构造免受外界破环的各种组织。如双子叶植物的根类药材其次生构造中存在着木栓层，木栓层由多层木栓细胞组成，细胞排列整齐紧密，壁在成熟时栓质化，细胞内的原生质解体而死亡并充满空气。由于木栓细胞不透气、不透水，故可代替外皮层起保护作用。而叶、果实皮、茎皮等植物器官的外表面有起保护作用的蜡质层。这种蜡质层实际上是蜡浸入该器官的表皮细胞的纤维素壁中的。这种蜡质层由蜡醇和脂肪酸组成，它使细胞壁有很强的疏水性。经常可以看到一些革质的植物叶、果和茎的表面不沾水，就是由于在这些植物的表面有蜡浸细胞构成的表面组织。

植物地上器官（如茎、叶等）的表面有一层脂肪性物质称为角质层，在叶子的表面最明显；嫩枝、花、果实和幼根的表皮外层也常具有这种结构。其功能主要起保护作用，它不仅可以限制植物体内水分的散失，而且可以抵抗微生物的侵袭等各种不良影响。角质层由5～10层已经死亡的扁平角质细胞组成，其细胞核和细胞器已经完全消失。电镜下，角质层细胞内充满密集平行的角蛋白张力细丝，其主要为富有组氨酸的蛋白质。细胞膜内面附有一层厚约12nm的不溶性蛋白质，故细胞膜增厚而坚固。细胞膜表面褶皱不平，细胞相互嵌合，细胞间隙中充满角质小体颗粒释放的脂类物质。组成角质层的重要化学成分是角质，它是一种含16～18个碳的羟基脂肪酸。角质层常分两层，紧靠表皮细胞外壁，是由角质和纤维素组成的角化层；细胞壁外面是一层较薄的、由角质或与蜡质混合组成的角质层。

微生物组织构造相对简单，细胞壁都是刚性骨架，具有保护作用。细菌的细胞壁由坚固的骨架-肽聚糖（peptidoglycan）组成，它是聚糖链（glycan chain）借短肽交联而成，具有网状结构，包围在细胞周围，使细胞具有一定的形状和强度。聚糖链是由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸交替地通过β（1→4）位连接而成。短肽一般由4或5个氨基酸组成，如L-丙氨酸-D-谷氨酸-L-赖氨酸-D-丙氨酸，而且短肽中常有D-氨基酸与二氨基庚二酸存在。短肽接在N-乙酰胞壁酸上，相邻的短肽又交叉相联，形成了网状结构。(www.xing528.com)

尽管细菌的细胞壁都含有肽聚糖的网状结构，但不同种类的细菌其细胞壁构造有很大不同，如革兰阳性菌的细胞壁较厚（15～50nm），肽聚糖占40%～90%，其余是多糖和磷酸壁，而革兰阴性菌的肽聚糖层较薄（1.5～2.0nm），最外面还有一较厚的外壁层（8～10nm），外壁层主要由脂蛋白、脂多糖组成。

与细菌不同，酵母细胞壁的主要成分为葡聚糖、甘露聚糖以及蛋白质等。酵母细胞壁的最里层由葡聚糖的细纤维组成，它构成了细胞壁的刚性骨架，使细胞具有一定的形状，覆盖在细纤维上面的是一层糖蛋白，其外面是由1，6-磷酸二酯键共价连接而成网状结构的甘露聚糖。其内部有甘露聚糖-酶的复合物，它可以共价键连接到网状结构上，也可以不连接。大多数真菌的细胞壁都是由多糖组成，其次还含有较少量的蛋白质和脂类。多糖主要为几丁质和葡聚糖构成。红面包霉菌（Neurospora crassa）的细胞壁主要含有三种聚合物，即葡聚糖［主要以β（1→4）键连接，某些以β（1→6）键连接］、几丁质（以微纤维状态存在）以及糖蛋白，构成了同心圆层状结构，最内层主要是几丁质，第二层主要是蛋白质，几丁质的微纤维嵌入蛋白质结构中，第三层是糖蛋白的网状结构，最外层是α和β葡聚糖的混合物。

由此可见，无论植物、动物还是微生物原料，要把其中的有效成分提取出来，都要设法破坏其外层的保护组织，对于细胞就是要设法破坏细胞膜，改变细胞膜的通透性，使浸出溶剂能够穿透细胞壁、细胞膜，畅通无阻地进入细胞内并能把有效成分提取出来；对于那些组织表面有蜡质保护的原料，首先要改变对蜡质起保护的细胞壁的通透性；对于组织表面具有角质层构造保护的原料，应首先破坏其角质层组织构造，然后再选择具有穿透细胞壁、细胞膜能够提取有效成分的溶剂进行浸提。

破碎细菌的主要阻力来自肽聚糖的网状结构，网状结构的致密程度和强度取决于聚糖链上所存在的肽键的数量和其交联的程度，如果交联程度大，则网状结构就致密。酵母细胞壁与细菌细胞壁一样，破碎其阻力主要决定于壁结构交联的紧密程度和它的厚度。真菌细胞壁的强度不仅与聚合物的网状结构有关，而且它还含有几丁质和纤维素的纤维状结构，所以强度高于酵母和细菌的细胞壁。