Natural Products Chemistry: An Introduction

Natural Products Chemistry: An overview ■ 천연물: hormone, autacoid（ 내인성 생리활성물 질） , pheromone（ 동정생물간 작용） , allelopathy（ 타종 생물간 작용） , 독소, repellent, attractant, 항생물질 1 생리활성물질 정의 생리 (physiology) 생리활성: 생리기능조절 생체의 생체의 생리활동의 증진 혹은...

Natural Products Chemistry: An overview ■ 천연물: hormone, autacoid（ 내인성 생리활성물 질） , pheromone（ 동정생물간 작용） , allelopathy（ 타종 생물간 작용） , 독소, repellent, attractant, 항생물질 1 생리활성물질 정의 생리 (physiology) 생리활성: 생리기능조절 생체의 생체의 생리활동의 증진 혹은 억제를 통해 항상성 (homeostasis) 유지 생리활성물질: 생리활동의 증진 혹은 억제를 조절하는 물질 대사 (metabolism): catabolism + anabolism 1차대사 + 2차대사 생리활성물질과 건강기능 식품 유래 18세기: 포도今malic acid, 레몬今citric acid, 우유今lactic acid 19세기: 양귀비今morphine, alkaloid, terpenoid 20 세기: column chromatography 개발, UV/IR/NMR/MS 2003 건강기능식품법 What?-Natural Products Chemistry 三흐------------ “The science which deals with the chemical properties of plant, microbe, animal or mineral origin” ■ Higher Plants, Microorganisms, Marine organisms ■ Phytochemistry, Microbial Chemistry, Biosynthesis, Bio transformation, Chemotaxonomy, and Other Biological and Chemical Sciences 4 Relates Sciences JI--------- What kind of biological activities? ⮚ Biological assay ⮚ Pharmacology How do they look like? ⮚ Separation and purification ⇒ chromatography ⮚ Structure determination ⇒ NMR, UV, IR, MS, LC-…. Natural Products ⮚ ⮚ ⮚ ⮚ Biosynthesis Biochemistry Genetics Molecular biology ⮚ Synthetic chemistry ⮚ Tissue culture How can we get them more? How are they produced? 5 - Source: Plant, M/O, animal - Environment: marine, terrestrial 今Why: activity 今How: biosynthesis, structure determination Production: fermentation, extraction, synthesis, semi- synthesis 5 Natural drug choice? 한방 （ 체질） 의약학 식품 /화장품 Personalized medicine Pharmaceutical Nutricutical : nutrition and pharmaceutical Cosmecutical : cosmetics and pharmaceutical 예방 > 치료 만성질환 Extract: Multi-component Multi-target (MCMT), 군신좌사(君臣佐使) Single Compound 6 군신좌사（君臣佐使） :천연 복합 추출물의 중요성 방제를 구성하는 기본원칙. - 군（ 君） 은 처방 중에서 주증을 치료하는 약으로서 주된 작용을 하는 약물 - 신（ 臣） 은 주약（ 主藥） 에 협조하거나, 혹은 주약의 약력（ 藥力） 을 증강하는 약물 - 좌（ 佐） 는 주약에 협조하면서 겸증（ 兼證） 을 치료 하거나, 혹은 주약의 독성과 준열（ 峻烈） 함을 억 제하거나, 혹은 반좌（ 反佐） 하는 약물 - 사（ 使） 는 각 약물이 병변 부위에 직접 도달하도록 이끌거나, 혹은 각 약물의 작용을 조화하는 약물 8 ■ 합성 의약품: 질병의 원인을 밝히고 그 원인 을 제거할 수 있는 의약 성분만을 추출 천연물 신약: 한의학 등에서 오랜 기간 처방 돼 온 천연물의 효과를 검증하면서 약효를 입 증해 신약 으로 개발 질병의 원인을 정확하게 밝힐 수 없는 질환의 경우 효능만 입증이 되면 의약품으로써 개발 이 가능 은행잎 추출물: 20억달러 규모의 시장 형성 타미플루: 항바이러스제 ■ 기능성화장품, 기능성식품 ■ ■ ■ ■ 7 Natural product as major sources of new drug: Why? 그 1. Structural diversity 2. Biodiversity: A lot of species are not discovered 3. Relatively small (<2,000 Da) 4. Drug-like properties (absorbed and metabolized) 5. Experience about efficacy and toxicity 1. Structural Diversity In chemical diversity space, combinatorial compounds d ensely populate a small area, whereas natural products are more spread out 9 2. Biodiversity - Plant 250,000 species今5-10% investigated - Much less is known about marine organisms (ex. 남극기지) - M/O今1% descoverded : develop cultivation or metagenomics screening - 나고야 의정서 - New molecular target (Omics)今demand for screening - HTS (high throughput screening) 12 2. Biodiversity 나고야 의정서: 생물자원 이용자, 원산국과 이익 나눠야 • 일본 나고야시에서 열린 생물다양성조약 제10조 체결국 회의（유엔 지구생물회의）에서 의약품의 원료가 되는 동식물 등의 유전자원 이 용에 관한 국제규범인 ‘유전자원 접근 및 공유에 관한 나고야 의 정서’가 채택됐다. • 이 의정서는 기업이 동식물이나 미생물을 개발해 식품이나 의 약품 으로 이용할 경우, 금전적 보상이나 공동 연구개발에 참가 하게 하는 방법 등을 통해 원산국과 이익을 나눠 갖도록 하는 내용이 뼈대다. • 의정서는 자원 이용자는 사전에 원산국의 허가를 얻고, 원산 국과 이익배분을 위해 개별계약을 맺게 했다. 13 5.Experienceaboutefficacyandtoxicity • Thousands of years experience in ethnomedicine （ experience about efficacy and toxicity） - Traditional Chinese Medicine （ TCM, 중국） - Ayurvedic Medicine （ 인도） - 한방: 동의보감 （ 한국） 5. Experience about efficacy and toxicity Drug Development: 천연물의 safety, efficacy 인정 今신약개발 기간 단축 Development Process 2-10 years Discovery Preclinical Testing Phase I 1-2 year 20-80 subjects to determine safety and dosage Phase II 1-3 year 100-300 patients to determine efficacy Phase III FDA Review 30 days 2-5 years; 300-5000 patients to determine long-term safety and efficacy FDA Review 6 month-2 year Post-Marketing Testing 15 5. Experience about efficacy and toxicity 50-70 % of the pharmaceutical drugs are related to Natural Products □ B □ N □ ND as □ □ □ ■ S/NM S* S7NM V 16 The Drug Discovery Process from Natural Product 100,000 Samples Natural Products Sources pjscover Targ令 ,^/Combinatoriai 아1sl Plants Microorganisms * ▲ Screening ^ioavaiiability 10 Years 1 Product j Metabolism Toxicology * *^豆=' Formulation Fungi Marineorganisms 17 Natural product/search for new drug 기b--------------------------------------▪Unmodified state ▪Chemical “building blocks”: Tamiflu used to synthesize more complex molecules ▪New modes of action今 novel analogs (e.g., synthetic analogs of penicillin) 18 의약품 세계 시장 규모（단위:억달레 100조원 （1천억불） 시장을 잡아라 주요 산업 2009년 세계 시장 규모 비교（단뫼:억달러） 반도체 세계 | 시장 규도 I 천연물 신약 개발에 미래를 건다 동의보감·한의학… 우리에겐 '천연 신약' 원천기술 있다. 축적된 정보와 검증된 효과로 경쟁 력 앞서 동아제약 '스티렌' SK케미칼 '조인 스' 대성공시장 성장성 무한… 외 국 제약사도 투자 나서 의약품 세계 시장 규모 한국 연간 반도체 수축량 한국 연간 믜익품 수후액 300 19 자료:자식겸치부. i 의약풀수 입 췸회 19 ‘천연물 신약、전성기는 다시 찾아온다· • 안전한 대체제 필요 질환의 예방적인 부분 비중 점차 확대.•안전성 입증된 천연물 ［메디파나뉴스 = 박으뜸 기자］ 천연물 신약은 식물 또는 동물 등 천연물에서 추출한 물질을 원재 료로 한다. 그래서 이 천연물 신약은 하학물질 의약품보다 독성이 적다는 장점을 가지고, 안전성 과 유효성을 입증해 왔다. --------------------------------------------- 또한 천연물 신약은 기존의 신약 개발 과정에 비해 요구되는 시간이나 비용이 훨씬 적은 편이다 그리고 실패 확률도 상대적으로 낮은 경 향을 보이고 있다. 천연물 신약 개발의 원조는 1982년 영국의 플레밍 박사가 푸른 곰팡이에서 우연히 발견한 세계 최초의 항생 물질인 '페니실린'으로 알려져 있다. 이후 1940년대부터 현재까지 개발된 175개의 소분자（ Small m이ec니e） 항암제 중 약 75%가 천 연물이며, 대다수는 추출된 천연물이거나 천연물 기반 물질이었다. 20 아울러 2010 년에 승인된 새로운 소분자 화학 물질 중 절반은 천연물이었다. 신종 인플루엔자 치 료제로 유명한 '타미플루(Tamiflu or Oseltamivir)'도 팔각회향(Star anise)이라는 중국의 천연물 질로부터 개발돼 큰 성공을 거뒀고, 그 외에도 오래전부터 시판돼 사용되고 있는 '아스피린 (Aspirin)'이나 '탁솔(Paclitax이)'같은 계열도 천연물을 기반으로 한 물질들이다 . 그동안 제약사들은 천연물에서 추출한 새로운 생물학적 활성 화합물 발견을 주된 목표로 다양한 연구를 진행해 옷H다. 하지만 신약 개발에 있어 천연물의 문제점은 극히 낮은 수율과 물질의 공급이 어렵다는 잗 , 그리 고 복잡한 화학구조로 인해 합성이 어려운 점 등이었다. 수율은 일정한 화학적 과정을 거쳐 원자 재에서 어떤 물질을 얻을 때, 이론상으로 예상했던 분량과 실제로 얻은 양과의 비율을 뜻하는데, 천연물은 환경에 영향을 많이 받기 때문에 동일한 함량, 대량생산 등에 한계가 있던 것. 이는 최근 몇년 동안 천연물 신약 개발의 허들로 여겨졌으며, 그 결과 대부분의 대형 제약사가 천연물 신약 개발을 중단하거나 관련 연구비를 줄여나가는 결정을 내려야 했다. 21 몇몇 과학자들은 천연물 기반 약물 개발을 위한 프로세스를 개선하고 이를 가속화하기 위해 새로 운 접근법을 고려해으며 지구 생물의 대다수가 아직까지도 천연물로 개발할 부분이 많이 남아 있다는 것이 밝혀지면서 ‘미생물 배양' 기술과 '합성 생물학’！도 더불어 집중되기 시작했다. 이를 통해 민감한 해양생물도 쉽게 다룰 수 있게 됐고, 생물의 특성과 생물이 만드는 물질을 예 상할 수 있게 했다. 컴퓨터를 이용한 시물레이션이 고도화되며 유효 성분을 추출할 수 있는 주기 가 매우 급격하게 줄어든 점도 긍정적이다. 뿐만 아니라।만성짐환이나 난치성 짐화의 수가 점점 늘면서 |합성 신약'으로는 해결되지 못하는 부분들이 드러났다. 이에 따라 부작용이 적고 안정성이 높은 천연물로 합성 신약을 대처하려는 움직아이 생겨났다. 하나의 타깃에 한가지 약물을 처방하던(Sin이e target sin이e drug) 시대를 지나 다양한 타깃에 복합물을 처방하는(Multitarget multicomponent) 약물 처방 패러다임도 천 연물 신약 개발에 영향을 줬다. 대표적으로 국산 천연물 신약 동아에스티의 '스티렌정'은 우리나라 자체 자원을 활용한 면에서 매우 높은 평가를 받고 있다. 우리나라가 많은 의약품을 외국에서 수입하거나 도입한다는 점을 감안할 때, 향후 천연물 신약에 대한 가능성을 더욱 높일 수 있는 사례이기도 하다. 이밖에도 국내에서는 SK 케미칼의 '조인스정 ', 녹십자의 1 신바로캡슐 1 , 한국피엠지제약의 '레일라 정', 구주제약의 '아피톡신주',안국약품의 '시네츄라시럽' 등이 개발됐다. 22 Natural Products Chemistry: An Introduction Biosynthesis Pathway Primary Metabolism 거^------ ----■ ■ ■ ■ ■ carbohydrates, protein, fats, nucleic acids found in all organism Why?今for living Krebs/citric acid/TCA cycle release energy from organic compounds 24 Secondary Metabolism 거^--- -- ----■ ■ ■ ■ ■ Limited distribution Found in specific organism Why?今for wellbeing toxic materials for defense/ volatile attractant / coloring agents to attract or warn Acetate, Shikimate, Mevalonate, alkaloides pathway 25 Secondary metabolites - pharmaceuticals, agrochemicals, food ad ditives, and as ingredients in cosmetics. - believed to have no function in the life cycle of producer cells, unlike primary metabolites. 26 Goals of Biosynthesis ■ 4 Identify primary metabolites which give secondary metabolites ■ Identify mechanisms which go to make secondary meta bolites, what are intermediates (biosynthetic pathway) ■ Identify enzymes involved in biosynthetic pathway ■ Clone and express genes ■ Enhance production 27 ■ Modify precursors and genes (for chemical diversity) The building Blocks acetyl-CoA inalonyl-CoA acetyl-CoA deoxyxylulose phosphate methylerythritol phosphate 28 The building Blocks C1: L-Met今-X-CH3 (X=O, N, S, C) methyl group C2: acetyl-CoA, for long alkyl chain (fatty acid) /aromatic system (phenol) acetyl-CoA converted in to the more reactive malonyl-CoA 29 The building Blocks • C5: isoprene unit from mevalonic acid or methyl erythritol phosphate • C6C3: shikimate今L-Phe/L-Tyr今C6C3 今C6C2 or C6C1 • C6C2N: from L-Phe/L-Tyr • Indole.C2N: from L-Tryptophan • C4N: from L-ornitine (non-protein amino acid) • C5N: from L-lysine 32 Biosynthesis Processes ■ Linear A ——► B ——► C ——► D Convergent: two separate pathways come A ——► B ——► C ——► D together ▲ E ——► F ■ Ramified: diverge ■ Metabolic grid ■ G ——► H G ——► H ——► I ▲ tIt A ——► B ——► C ——► D A ——► B ——► C I E ——► F ■ Ramified: diverge 1I; D ——► E ——► F ■ Metabolic grid 33 Major Biosynthesis Pathway Acetate pathway Shikimate pathway Mevalonate pathway Alkaloides pathway 34 Acetate Pathway PENTOSE PHOSPHA TE CYCLE OH 、느义、느、 X ~O OH erythrose 4-P OH ucose 6 D-온 lu cose OHC 厂 CO2H — PHO TOS YNTHES1S 、…OH H o丁C :〕 NH2 glycine glyceraldehyde 3-P L-pheny I akin i ne CO2H HS^VC° HO2C 벗 、… CO2H OH NH2 L-cysteine 3-phosphoglyceric acid SHIKIMIC ACID HOC、% OP 스 NH2 L-valine Y L-tryptoph; phosphoenolpyruvate ()니 、、厂 CO2H - xSr〜 OP HO2C O OH NH2 pyruvic acid L-alanine CO2H DEOXYXYLULOSE 5-P Co AS HO2c NH2 L-lcucine ACETYL-CoA MEVALONIC ACID KREBS CYCLE CO2H NH2 L-isolcucinc HO2cM« 디( L—aspartic acid >2c02H——-H02c02H o o NHg L-glutamic acid oxaloacetic acid 2-oxogkitaric acid NH CO2H NH 고 L-methionine NH2 L-lysine H2N X N ^^VC°2H H H,N —으〜厂 仁02H NH2 L-argininc , . , 애34 L-orn itlii ne niel h vlery th ri to] phosphate Acetate Pathway (Fatty Acid) CO2H acyl carrier :>rotein (ACP) CH2CO-SCOA malonykCoA CH3CO-SCOA acetyl-CoA CO2H CH2CO-S-ACP malonyl-ACP Claisen reaction 乂 스' H OH RCH2co — S —Enz acyl-enzyme thioester NADPH RCH2coeH2co-S-ACP P-keto acyl-ACP p-hydroxy acyl-ACP stereospecific reduction of carbonyl E2 elhnhiatiofi -H2O ofH2O RCH2 CH2co-S-ACP each turn of the cycle extends the chain length of the acyl group by Aw? carbons NADPH 늣^ CO —S-ACP RCH? 、스 aJJ-니nsat니rated acyl-ACP --------------------► reduction of double bond RCH2cH2cH2co -S-ACP fatty acyl-ACP HSCoA RCH2cH2cH2co—SCoA fatty acyl-CoA RCH2cH2cH2co2H fatty acid 36 Shikimate Pathway acetyl-CoA inalonyl-CoA acetyl-CoA deoxyxylulose phosphate methylerythritol phosphate 37 Shikimate Pathway XCOOH 此c、 COSCoA phenylalanine />coumaric acid maloml-CoA ( HS< HR OH resveratrol stilbene chaicone CHI on II Q liquiritigenin flavanone isoflavone R ll daidwn । R=OH： ucnixtein dihydrokacmplerol R H. K OH: dihydmc|ucn=n R OH. R'-OH: dihvdmmvnxeim R H, Rr= I r k*mpf=l R H, R' -OH: quercetin R OH. R’=OH: myrccctin flavonol glycosides flavan-3,4,-diols (leiicoanthocyan id ins) mcuicarpin isoilavonoicis condensed tannins (proanthocyanidins) 38 Shikimate Pathway Isoflavonoids Mevalonate Pathway acetyl-CoA acetyl-CoA deoxyxvlulose phosphate methylerythntol phosphate 40 Mevalonate Pathway Mevalonic acid dimclhylallyl PP (DMAPP) (C5) Deoxy xylulose phosphate isopenteny! PP (IPP) (C5) Alkaloids Pathway GLYCOLYSIS PENTOSE PHOSPHATE CYCLE OH p()&A스 o OH erythrose 4-P 6H OH D-gkicose glucose 6-P OHC. J)H 厂 CO2H 〕 PO glyceraldehyde 3-P NH2 glycine 0孔〔애 L-phenylalanine CO2H 日;广丄人아三 NH? L-cys(eine _ H()-；C0 2H — PHOTOSYNTHESIS CO2H HO2c x)H _ NH2 p(y 3-plmsphoglyceric acid L-serine L-tyrosinec SHIKIMIC ACIP HCK—OP 』、、厂 CO2H T L-lryptoph： phosphoe ii 이 pyruvate NH; L-valine 〜 幻CO2H _ NH2 pyruvic acid L-alanine 、广、厂 CO2H O OH DEOXYXYLULOSE 5 p CoAS—O 1 NH2 L-lcuchie MEVALONIC ACID ACETYL-CoA KREBS CYCLE "V 아1— o oxaloacetic acid HO2C厂 CO2H H02c '소：새— L-isoleucine 才 L-aspartic acid 2-oxoglutaric acid NH; L-glulamic acid NH 'S^yCO2H NH2 L-methionine CO2H NH2 L-lysine H2NXN^YC(서 H NH 2 L-arginine W〜X새 L-ornilhinc 42 Alkaloids Pathway acetyl-CoA inalonyl-CoA acetyl-CoA deoxyxylulose phosphate methylerythritol phosphate 43 How many natural products? ■ M/Os: 30,000 ■ Plants: >200,000 ■ Mammals: 8,000 ■ Total: 270,000 – 1,000,000 50 ARCHAEA Aligned rRNA gene sequences 1 AQTCGCTAG ATTCCGTAG AGCCGTTAG Cells BACTERIA ARCHAEA 2 3 EUKARYA ' y Macro EUKA /Animals i itamoebae Chlorofiexi Mitochondrion Pnoteobacteria orobi :hk〉ro 이 ast rochaetes teria / m 이 ds/ Fungi Plants > eria eme haloohiles Ciliates Flrmlcute Thermo더asms Pyrodictium Thermococcus Nitrosopumrlus Ch Ther 어ime itochondriaJta Methamsarcina Meth하’0Or어isrchaeota 日리計匕 Eps '厂 Pyrofobus Flagellates Methanopyrus Trichomonads Thermotoga Mic Fungi idia Thermodesulfbbactehum Aqulfex 、':一 느 Root (LUCA) Diplomonads 45 Examples? ■ Plant: ex) Taxol, Aspirin, Ginko ■ M/O (Fungi, Streptomyces, myxobacterium) ex) statins, penicillin, epothilone 46 Plant Taxus brevifolia （ 주목나무） 47 Plant Paclitaxel (Taxol®) ■ Antimitotic agent ■ Paclitaxel: Taxol (® BMS); ovarian, breast, non - small cell and small cell lung, head, and neck cancers. ■ Docetaxel: Taxotere (® Aventis); improved water solubility; Breast, gastric, ovarian, and prostat e cancer. ■ 주목과의 여러식물에 존재하는 baccatin Ⅲ 대량 분리, 분획 후 semi-synthesis Paclitaxel R1 = COCH3, R2 = C6H5 Doxetaxel R1 = H, R2 = (CH3)3CO 48 그 函릐쁴 CO2H Plant 느^L^OCOCHS Aspirin aspirin Since the time of ancient Greeks willow bark was used to reduce fever and pain ■ Isolated from Salix sp. （ Willow bark, 버드나무 껍질） ■ In the 1800’s salicylic acid was isolated from Spiraea sp. （ meadow sweet, 조팝나무） ■ ■ ■ End of 1800’s acetyl salicylic acid was synthesized at Bayer Aspirin is an antiinflammatory（ 항염제） , antipyretic（ 해열제） , and analgesic（ 진통제） ■ Aspirin suppresses platelet aggregation: Prevention of heart attack 今신규 효능!! 49 코로나 Live "확진땐 버드나무잎 우려 먹어라"…北방역 효과, 뜻밖 반전 중앙일보입력 2022.05.16 18:47 업데이트 2022.05.16 20:01 Plant Ginkgo biloba ■ Ginkgo biloba ■native to China, and cultivated for drug use in Korea, France, and the United States ■ improve peripheral and cerebrovascular circulation (cognitive function and memory processes): 말초 및 뇌혈류 개선今인지 및 기억력 향상 ■potent and selective antagonistic activity towards platelet-activating factor (PAF) ■Antioxidant 51 Streptomyces Microorganism - Streptomyces (actinomycetes) - Fungi - myxobacterium Bioactive metabolites produced by microorganisms : 45 % as products of actinomycetes fermentation and 38% of fungal origin 52 Streptomyces Tetracyclines R1 tetracycline chlortetracycline oxytetracycline demeclocycline H H OH H methacycline doxycycline minocycline OH OH H 2 R2 6a MX Mk Mk H R3 R74 oP H H o H clH o H H o H =CH2 Me H HH H H NMe2 H H H H H H H semi아 11thet ic cH lymecycline H Me OH H N、—x、、스〜、 ^COoH y수、스 、-vX x느、、스 우 NH2 53 Streptomyces Statins ■ ■ ■ ■ ■ ■ Cholesterol biosynthesis inhibitors Lovastatin: Mevacor® (Merck), 1987~, $200M Simvastatin: Zocor® (Merck), 1988~, $5.5B Pravastatin: Mevalotin® (Sankyo), Pravachol (BMS), 1989~, $4B Fluvastatin: Lescol® (Norvatis), 1994~, $500M Atorvastatin: Lipitor® (Pfizer), 1997~, $12B mevastatin R = H l ovastatin R = CH3 simvastatin pravastatin fluvastatin atorvastatin 54 Fungal metabolite Beneficial and harmful effects of fungi Fungi Fungi Kingdom: Fungi Phylum: Ascomycota Class: Eurotiomycetes Order: Eurotiales Family: Trichocomaceae Genus: Aspergillus 56 Biosynthesis of different metabolites by fungi usingbuildingblocks Fungi Zearalenone Griseofulvin Sesquiterpenes Diterpenes Steroids Sterols Gibberellins Building blocks Alkaloids Siderophores B lactams Cyclopeptides Polypeptide hormones Structural proteins Polypeptide hormones 57 Discovery of fungal Fungi metabolites Fungi Penicillium今Penicillin 2.5 µm Staphylococcus Penicillium Zone of i nhibited growth 59 Fungal mycotoxins Fungi OH 너 O patulin 2：earalenone Aflatoxin B1 COOH COOH OH OH fumonsin Bl COOH ochratoxin A: RI = Cl ochratoxin B: RI = H 60 myxobacterium Microorganism - Streptomyces(actinomycetes) - Fungi - myxobacterium 61 myxobacterium Epothilone = Epoxide + thiazole + ketone Sixteen membered macrolides ■ Epothilone A, R = H ■ Epothilone B, R = CH3 ■ Epothilone A (R = H) E pothilone B (R = CH3) Epothilone C (R = H) E pothilone D (R = CH3) Isolation and Structure Determination 三흐-----------■ Isolation and Purification ■ Structure Determination ■ Instruments ■ ■ ■ ■ ■ HPLC UV, IR, …….. CD (circular dichroism) MS NMR ■ ……….. 63 Structure Determination ■ Database, software, and brain power: high throughput structure elucidation ■ Birch et al J. Am. Chem. Soc. 1960, 82, 2402. ■ Used radioisotope to elucidate acetate pathway (tetracycline antibiotics) ■ Birch hypothesis: Nature can not produce what it can not produce ■ Need to look at product. The precursor should be evident. 64 Natural Product Screening : Dereplication ◆ Economy : US $50,000, 3 month for isolation and identification of a natural compound - > Need taxonomic information : Morphology, Gene (ITS), Chemotaxonomy ◆ Analysis without isolation: MS/MS Data Base Metabolomics in Natural Product 거^--- --■ Without isolation of single compound ■ Metabolite profiling species （ ex. 백수오 사건） ■ 환경: 재배조건, 원산지, 계절 ■ 기능성 ■ 66 백수오 사태 2015년 4월 22일 한국소비자원의 검사 결과 시중에 유통되고 있는 백수오 제품에서 이엽우피소 성분이 검출 식품의약품안전처에서 내츄럴엔도텍의 원료 검사결과 이엽우피소가 검출 （ 유전자） 식품 207건 중 이엽우피소가 없음이 확인된 것 10건 농산물 31건 중에서도 19건이 가짜 백수오 의약품 5건 중에서도 4건에서 이엽우피소 함유 확인 Genotype Phenotype