植物环蛋白(cyclotides)是一类植物中富含二硫键、由28～37个氨基酸残基组成的大环蛋白，其分子中含有一个结构独特的环胱氨酸结(cyclic cystine knot，CCK)。CCK是由分子的环状骨架，以及分子中六个高度保守的半胱氨酸残基两两之间形成三对二硫键，其中的两对二硫键和环状骨架形成一内环，而第三对二硫键则穿过这一内环形成的。由于其独特的结构和广泛的生物活性，如子宫收缩、溶血、抗肿瘤、抗微生物等活性，及其能耐常规的高温、酸解和酶解的稳定结构，可作为多肽药物设计中的模板分子进行结构修饰或活性多肽的载体，而在国际上引起广泛的关注。目前从堇菜科、茜草科和葫芦科约30种植物中发现100多个植物环蛋白，研究主要集中在澳大利亚、瑞典和美国等几个研究组，国内尚未开展相关研究。所在研究组长期从事植物环肽方面的研究工作，具有较好的研究基础，为了拓展环肽研究范围，本论文选择了两种鲜有环蛋白报道的堇菜属植物三色堇(Viola tricolor L.)和紫花蔓地丁(Viola labridorica Schrank)开展其植物环蛋白成分的检测、提取、分离、结构鉴定及生物活性方面的研究。建立了环蛋白的检测、提取分离与结构研究方法，从中分离鉴定了22个环蛋白分子，包括11个新环蛋白。对其中17个分子首次进行了溶血活性和细胞毒活性测定，发现相应的活性环蛋白，通过同源模建和序列比对进行其构效分析。以上研究结果为今后植物环蛋白的化学与生物学研究奠定了良好的基础。各章具体内容简介如下：　　 第一章为植物环蛋白相关介绍，包括植物环蛋白的研究历史、提取分离与检测及结构鉴定方法、结构分类与序列同源性分析、有机合成与生物合成、生物活性等。　　 第二章为堇菜属植物三色堇(Viola tricolor L.)的植物环蛋白提取分离与结构鉴定。首先通过改进考马斯蓝亮G-250显色液配制方法，从不同酸的类型、有机溶剂的含量两方面进行优化，首次使其能在薄层层析板上进行环蛋白和蛋白类成分的检测，并与环肽的化学检测方法相结合可以方便地从植物提取物中检测植物环蛋白，还可用于植物环蛋白的跟踪分离工作。目前只从三色堇中报道了5个环蛋白。从三色堇全草提取物的正丁醇总环蛋白部分，通过环肽薄层原位酸水解检测方法和改进的植物环蛋白考马斯亮蓝G-250薄层显色方法相互配合，经多种正反相分离材料柱层析，除去单宁、极性小的非肽类成分和极性大的多糖类等成分后，在高效液相色谱仪上用不同比例的甲醇/水或乙腈/水系统分离纯化得到14个植物环蛋白，通过还原酶解-质谱和二维核磁共振谱及氨基酸组成分析等对其结构进行了鉴定，其中7个新的植物环蛋白分别命名为vitri B、C、D、E、F、G和H，其中varv D、F、H和cO2为该种中首次发现，它们的结构分别如下：　　 第三章为堇菜属植物紫花蔓地丁(Viola labridorica Schrank)的植物环蛋白提取分离与结构鉴定。目前从紫花蔓地丁中未见环蛋白报道。从紫花蔓地丁全草提取物的正丁醇总环蛋白部分，通过环肽薄层原位酸水解检测方法和改进的植物环蛋白考马斯亮蓝G-250薄层显色方法相互配合，经多种正反相分离材料柱层析除去单宁、极性小的非肽类成分和极性大的多糖类等成分后，在高效液相色谱仪上用不同比例的甲醇/水或乙腈/水系统分离纯化得到8个植物环蛋白，通过还原酶解-质谱和二维核磁共振谱及氨基酸组成分析等对其结构进行了鉴定，其中4个新的植物环蛋白分别命名为vila A、B、C和D，其余为该种中首次发现，它们的结构分别如下：　　 第四章为堇菜属植物环蛋白的生物活性研究。首先对所测试的17个化合物(vitri A、B、C、D、E、F、G、H，varvA、D、E、F、H，vilaA、B、D，cycloviolacinO2)进行分子结构的同源模建，并用动力学方法优化后进行分子表面分析，其中10个新的环蛋白(vitri B、C、D、E、F、G、H，vila A、B、D)为首次构建其分子表面结构，结果表明氨基酸残基侧链上的芳香环是分子表面疏水性最强的区域，芳香环的取向可以很好地调节其分子表面的疏水性。　　 对从三色堇全草提取物中分离得到的9个化合物(vitri A、B、C、D、E、F，varv E、F、H)首次进行溶血活性测试，HD50在4.291～225.90μM之间，其中vitriD的溶血活性最强，vitri B的溶血活性最弱。实验结果表明loop6中的碱性氨基酸残基对溶血活性有着重要的作用，分子中形成的大疏水区域有助于溶血活性的增强。　　 对从三色堇和紫花蔓地丁中分离得到的上述17个化合物在五种肿瘤细胞株(U251、MDA-MB-231、A549、DUl45和BEL-7402)上进行细胞毒活性测试，其中vitri B、C、D、E、F、G、H，vila A、B、D，varv D和H共12个化合物为首次进行细胞毒活性测试。vitri A、F、cO2、vilaA和B有比较强的细胞毒活性，IC50在2.743～8.250μg/ml之间。实验结果表明分子表面的电荷对于整个分子的细胞毒活性影响比较小；分子中疏水氨基酸残基的侧链在分子表面分布比较集中时细胞毒活性较强，比如氨基酸残基侧链上的芳香环的取向导致的不同分子表面疏水性对分子的细胞毒活性有重要影响。　　 对从上述17个化合物对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)进行抗菌活性测试，生长抑制率在-4.384～7.445％之间，对金黄色葡萄球菌均无明显抑制作用。