槲皮素(英文:quercetin,又名栎精),化学式为C15H10O7,是一种存在于水果和蔬菜中的多酚类黄酮,属于黄酮醇类。槲皮素为黄色粉末(甲醇),其二水合物为黄色针状结晶。槲皮素的晶体结构特征及其对功能的影响如下:
图:无水槲皮素结构式
一、槲皮素晶体结构特征
1. 基本骨架与环结构:槲皮素的化学式为C15H10O7,基本母核是苯基苯甲酰酮,由 2 个苯环(A 和 B)通过一个含氧的芘环(C 环)相连组成,形成C6-C3-C6结构,三个环呈平面状。
2. 羟基分布:分子中共有 5 个羟基,B 环存在邻二酚结构,A 环有间二酚结构,C 环有一个烯醇式羟基酮结构。其中,3、4 和 7 位置上的羟基与苯并吡喃和邻苯二酚环共面。
3. 分子间作用力:在无水状态下,氢键是最强的相互作用;在水合物结构中,晶格内的水会参与槲皮素和水分子之间的氢键形成。此外,槲皮素分子还存在强的 π-π 堆叠相互作用。
二、对功能的影响
1. 对药理活性的影响
a. 抗氧化性:A 环中的 3-OH 和 5-OH 基团、B 环上的儿茶酚部分以及 C 环中的羰基上的具有氧化功能的 2-3 双键是其抗氧化的关键结构。B 环的邻二酚结构和 3C、5C 和 7C 处的 OH 基团易给出氢原子,与自由基反应使其稳定,从而发挥抗氧化作用,可清除超氧阴离子、羟自由基和单线态氧等。
b. 抗炎作用:其平面结构有利于与Inflammation相关的酶和受体结合,如抑制环氧化酶(COX)等Inflammation介质的活性,减少Inflammation因子的释放,发挥抗炎功效。
c. 抗tumour活性:槲皮素分子的特定结构可与tumour细胞内的靶点结合,影响信号传导通路,诱导cancer细胞apoptosis;还可通过抗氧化作用减少氧化应激对细胞的损伤,预防tumour的发生发展。
2. 对溶解性的影响:槲皮素分子中的多个羟基虽能形成氢键,但也导致其分子间作用力较强,使其在水中溶解度低,仅微溶于乙醇等有机溶剂。不过,这些羟基可通过化学修饰,如成盐、酯化等,引入亲水性基团或改变分子结构,增加其在水中的溶解性,从而提高生物利用度。
3. 对稳定性的影响:无水槲皮素通过分子内和分子间氢键保持一定稳定性,但在高温、高湿度等条件下,氢键可能会被破坏,导致结构变化。水合物中,水分子参与形成氢键和 π-π 堆叠相互作用,使槲皮素分子采用更平坦的构象,包装更紧密,相对稳定性更高。