เมตาโบไลต์หลัก ตามที่Kossel นิยามไว้ คือ ส่วนประกอบที่จำเป็นของวิถีการเผาผลาญพื้นฐานที่จำเป็นต่อชีวิต พวกมันเกี่ยวข้องกับหน้าที่พื้นฐานของเซลล์ เช่น การดูดซึมสารอาหาร การผลิตพลังงาน และการเจริญเติบโตและการพัฒนา เมตาโบไลต์เหล่านี้มีการกระจายตัวอย่างกว้างขวางในหลายไฟลัมและมักครอบคลุมมากกว่าหนึ่งอาณาจักร เมตา โบไลต์หลักประกอบด้วยหน่วยพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต ได้แก่คาร์โบไฮเดรตไขมันกรดอะมิโนและกรดนิวคลีอิก^{[ 25 ]}

เมตาบอไลต์หลักที่เกี่ยวข้องกับการผลิตพลังงาน ได้แก่ เอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับ กระบวนการ หายใจและการสังเคราะห์แสงเอนไซม์เหล่านี้ประกอบด้วยกรดอะมิโน และมักต้องการ โคแฟคเตอร์ที่ไม่ใช่เปปไทด์เพื่อการทำงานที่เหมาะสม^{[ 26 ]}โครงสร้างพื้นฐานของเซลล์และสิ่งมีชีวิตก็สร้างขึ้นจากเมตาบอไลต์หลักเช่นกัน รวมถึงส่วนประกอบต่างๆ เช่น เยื่อหุ้มเซลล์ (เช่น ฟอ สโฟลิปิด ) ผนังเซลล์ (เช่นเพปติโดไกลแคนไคติน ) และโครงกระดูกเซลล์ (โปรตีน) ^{[ 27 ]}

โคแฟคเตอร์ของเอนไซม์ที่เป็นเมตาบอไลต์หลัก ได้แก่วิตามินบี หลายชนิด ตัวอย่างเช่นวิตามินบี (ไทอามีนไดฟอสเฟต) ซึ่งสังเคราะห์จาก1-ดีออกซี-ดี-ไซลูโลส 5-ฟอสเฟตทำหน้าที่เป็นโคเอนไซม์สำหรับเอนไซม์ต่างๆ เช่นไพรูเวทดีไฮโดรจี เนส 2-ออกโซกลูตาเรตดีไฮโดรจี เนส และทรานส์คีโทเลสซึ่งทั้งหมดเกี่ยวข้องกับการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรตวิตามินบี (ไรโบฟลาวิน) ซึ่งได้จากไรบูโลส 5-ฟอสเฟตและกัวโนซีนไตรฟอสเฟตเป็นสารตั้งต้นของFMNและFADซึ่งมีความสำคัญต่อปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชันต่างๆวิตามินบี (กรดนิโคตินิกหรือไนอาซิน) ซึ่งสังเคราะห์จากทริปโตเฟน เป็นส่วนประกอบสำคัญของโคเอนไซม์NAD ⁺และNADP ⁺ซึ่งจำเป็นสำหรับการขนส่งอิเล็กตรอนในวัฏจักรเครบส์ การฟอส ฟอริเลชันแบบออกซิเดทีฟและกระบวนการออกซิเดชัน-รีดักชันอื่นๆวิตามินบี (กรดแพนโทเทนิก) ซึ่งได้มาจากα,β-ไดไฮดรอกซีไอโซ วาเลอเรต (สารตั้งต้นของวาลีน ) และกรดแอสปาร์ติกเป็นส่วนประกอบของโคเอนไซม์เอซึ่งมีบทบาทสำคัญในการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรตและกรดอะมิโน รวมถึงการสังเคราะห์กรดไขมันวิตามินบี (ไพริดอกซอล ไพริดอกซอล และไพริดอกซามีน ซึ่งได้มาจากเอริโทรส 4-ฟอสเฟต ) ทำหน้าที่เป็นไพริดอกซอล 5′-ฟอสเฟต และทำหน้าที่เป็นโคแฟคเตอร์สำหรับเอนไซม์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งทรานส์อะมิเนส ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเผาผลาญกรดอะมิโนวิตามินบี (โคบาลามิน) มี โครงสร้างวงแหวน คอร์รินคล้ายกับพอร์ไฟรินและทำหน้าที่เป็นโคเอนไซม์ในการสลายกรดไขมันและการสังเคราะห์เมไทโอนีน^{[ 28 ] :บทที่ 2}

วิตามินเมตาโบไลต์หลักอื่นๆ ได้แก่เรตินอล (วิตามินเอ) ^{[ 28 ] : 304–305} ซึ่ง สังเคราะห์ในสัตว์จากแคโรทีนอยด์ ที่ได้จากพืช ผ่านทางวิถีเมวาโลเนตและกรดแอสคอร์บิก (วิตามินซี) ^{[ 28 ] : 492–493}ซึ่งสังเคราะห์จากกลูโคสในตับของสัตว์ แม้ว่าจะไม่พบในมนุษย์ก็ตาม

DNAและRNAซึ่งทำหน้าที่จัดเก็บและส่งต่อข้อมูลทางพันธุกรรมนั้น สังเคราะห์ขึ้นจากเมตาบอไลต์หลัก โดยเฉพาะกรดนิวคลีอิกและคาร์โบไฮเดรต^{[ 26 ]}

สารส่งสัญญาณแรกคือโมเลกุลส่งสัญญาณที่ควบคุมการเผาผลาญและการแบ่งเซลล์ซึ่งรวมถึงฮอร์โมนและปัจจัยการเจริญเติบโตที่ประกอบด้วยเปปไทด์ไบโอเจนิกอะมีนฮอร์โมนสเตียรอยด์ ออกซินและจิบเบอเรลลินสารส่งสัญญาณแรกเหล่านี้จะทำปฏิกิริยากับตัวรับเซลล์ซึ่งมีพื้นฐานเป็นโปรตีน และกระตุ้นการทำงานของสารส่งสัญญาณที่สองเพื่อส่งสัญญาณภายนอกเซลล์ไปยังเป้าหมายภายในเซลล์ สารส่งสัญญาณที่สองมักประกอบด้วยเมตาโบไลต์หลัก เช่นนิวคลีโอไทด์แบบวงจรและไดอะซิลกลีเซอรอล^{[ 29 ]}

เมตาโบไลต์รองนั้นต่างจากเมตาโบไลต์หลักตรงที่ไม่จำเป็นและไม่ได้มีความสำคัญต่อการอยู่รอด นอกจากนี้ เมตาโบไลต์รองมักมีการกระจายตัวในสายพันธุ์ที่แคบ^{[ 30 ]}

เมตาโบไลต์รองมีหน้าที่หลากหลาย ได้แก่ฟีโรโมนซึ่งทำหน้าที่เป็นโมเลกุลส่งสัญญาณทางสังคมกับสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกัน โมเลกุลสื่อสารที่ดึงดูดและกระตุ้นสิ่งมีชีวิตที่อยู่ร่วมกัน สารที่ละลายและขนส่งสารอาหาร ( ไซเดอโรฟอร์เป็นต้น) และอาวุธในการแข่งขัน (สารขับไล่พิษสารพิษเป็นต้น ) ที่ใช้ต่อต้านคู่แข่ง เหยื่อ และผู้ล่า^{[ 31 ]}สำหรับเมตาโบไลต์รองอื่นๆ อีกมากมาย หน้าที่ของมันยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด สมมติฐานหนึ่งคือ พวกมันให้ความได้เปรียบในการแข่งขันแก่สิ่งมีชีวิตที่ผลิตพวกมัน^{[ 32 ]}มุมมองทางเลือกอีกประการหนึ่งคือ ในทำนองเดียวกับระบบภูมิคุ้มกันเมตาโบไลต์รองเหล่านี้ไม่มีหน้าที่เฉพาะเจาะจง แต่การมีกลไกในการผลิตโครงสร้างทางเคมีที่หลากหลายเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญ และด้วยเหตุนี้จึงมีการผลิตและคัดเลือกเมตาโบไลต์รองเพียงไม่กี่ชนิด^{[ 33 ]}

กลุ่มโครงสร้างทั่วไปของเมตาโบไลต์รอง ได้แก่อัลคาลอยด์ฟีนิลโพรพา โน อิดโพลีคีไทด์และเทอร์เพนอยด์^{[ 7 ]}

คาร์โบไฮเดรตเป็นโมเลกุลอินทรีย์ที่จำเป็นสำหรับการเก็บสะสมพลังงาน การค้ำจุนโครงสร้าง และกระบวนการทางชีวภาพต่างๆ ในสิ่งมีชีวิต คาร์โบไฮเดรตถูกผลิตขึ้นผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสงในพืชหรือกลูโคเนโอเจเนซิสในสัตว์ และสามารถเปลี่ยนเป็นพอลิแซ็กคาไรด์ ขนาดใหญ่ได้ : ^{[ 28 ] :บทที่ 8}

• กระบวนการสังเคราะห์แสงหรือกลูโคเนโอเจเนซิส → โมโนแซ็กคาไรด์ → พอลิแซ็กคาไรด์ ( เซลลูโลสไคตินไกลโคเจนฯลฯ )

คาร์โบไฮเดรตทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ นอกจากนี้โพลีแซ็กคาไรด์ที่ได้จากน้ำตาลที่เรียบง่ายกว่ายังเป็นส่วนประกอบโครงสร้างที่สำคัญในการสร้างผนังเซลล์ของแบคทีเรีย^{[ 34 ]}และพืช^{[ 35 ] [ 36 ]}

ในระหว่างการสังเคราะห์แสง พืชจะสร้าง3-ฟอสโฟกลีเซอรัลดีไฮ ด์ ซึ่งเป็นไตรโอส ที่มี คาร์บอนสาม อะตอม ^{[ 28 ] :บทที่ 8}ซึ่งสามารถเปลี่ยนเป็นกลูโคส (น้ำตาลที่มีคาร์บอนหกอะตอม) หรือเพนโทส ต่างๆ (น้ำตาลที่มีคาร์บอนห้าอะตอม) ผ่านวัฏจักรแคลวินในสัตว์ สารตั้งต้นที่มีคาร์บอนสามอะตอม เช่นแลคเตทหรือกลีเซอรอลจะถูกเปลี่ยนเป็นไพรูเวตซึ่งสามารถสังเคราะห์เป็นคาร์โบไฮเดรตในตับได้^{[ 37 ]}

กรดไขมันและโพลีคีไทด์ถูกสังเคราะห์ผ่านเส้นทางอะซิเตตซึ่งเริ่มต้นจากหน่วยโครงสร้างพื้นฐานที่ได้มาจากน้ำตาล: ^{[ 28 ] :บทที่ 3}

• น้ำตาล → วิถีอะซิเตต → กรดไขมันและโพลีคีไทด์

ในระหว่าง กระบวนการ ไกลโคไลซิสน้ำตาลจะถูกย่อยสลายเป็นอะเซทิล-โคเอในปฏิกิริยาเอนไซม์ที่ขึ้นอยู่กับ ATP อะเซทิล-โคเอจะถูกคาร์บอกซิเลต เพื่อสร้าง มาโลนิล-โคเอ จากนั้น อะเซทิล-โคเอและมาโลนิล-โคเอจะเกิดปฏิกิริยา ควบแน่นแบบไคลเซน ปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์เพื่อสร้างอะเซโตอะเซทิล-โคเอซึ่งถูกใช้โดยวิถีเมวาโลเนตเพื่อผลิตสเตียรอยด์ ในการสังเคราะห์กรดไขมันโมเลกุลของอะเซทิล-โคเอหนึ่งโมเลกุล ("หน่วยเริ่มต้น") และโมเลกุลของมาโลนิล-โคเอหลายโมเลกุล ("หน่วยต่อขยาย") จะถูกควบแน่นโดย เอนไซม์ สังเคราะห์ กรดไขมัน ^{[ 28 ] :บทที่ 3}หลังจากแต่ละรอบของการยืดออกหมู่คีโต จะถูกลดลง แอลกอฮอล์ตัวกลางจะขาดน้ำ และเอนอยล์-โคเอที่ได้จะถูกลดลงเป็นอะซิล-โคเอ กรดไขมันเป็นส่วนประกอบที่จำเป็นของชั้นไขมันสองชั้นที่สร้างเยื่อหุ้มเซลล์^{[ 39 ]}และทำหน้าที่เป็นแหล่งเก็บพลังงานในรูปของไขมันในสัตว์^{[ 40 ]}

กรดไขมันลิโนเลอิกที่ได้จากพืชจะถูกเปลี่ยนในสัตว์ผ่านกระบวนการยืดสายและการกำจัดพันธะคู่เป็นกรดอะราคิโดนิกจากนั้นจึงเปลี่ยนเป็นอีโคซานอยด์ ต่างๆ รวมถึงลิว โคไตรอีน โปรสตาแกลนดินและทรอมบอกเซนอีโคซานอยด์เหล่านี้ทำหน้าที่เป็นโมเลกุลส่งสัญญาณ มีบทบาทสำคัญในการอักเสบและ การตอบสนอง ของระบบภูมิคุ้มกัน^{[ 28 ] :บทที่ 3}

หรืออีกทางหนึ่ง สารตัวกลางจากปฏิกิริยาควบแน่นเพิ่มเติมจะถูกทิ้งไว้โดยไม่ลดทอนเพื่อสร้างสายโซ่โพลี-β-คีโต ซึ่งต่อมาจะถูกแปลงเป็นโพลีคีไทด์ต่างๆ^{[ 28 ] :บทที่ 3} ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติใน กลุ่มโพลีคีไทด์มีโครงสร้างและหน้าที่ที่หลากหลาย^{[ 41 ]}และรวมถึงสารประกอบที่สำคัญ เช่นยาปฏิชีวนะกลุ่มมาโครไลด์^{[ 42 ]}

เส้นทางชิกิเมตผลิตกรดอะมิโนอะโรมาติก (AAA) และฟีนิลโพรพาโนอิด : ^{[ 28 ] :บทที่ 4}

• วิถีชีวสังเคราะห์ชิกิเมต → กรดอะมิโนอะโรมาติกและฟีนิลโพรพาโนอิด

ฟีนิลอะลานีนไทโรซีนและทริปโตแฟนสังเคราะห์จากฟอสโฟอีโนล ไพรูเวต และอีริโทรส-4-ฟอสเฟตผ่านทางคอริสเมต^{[ 43 ] [ 44 ]}

ในพืชฟีนิลอะลานีนและไทโรซีนถูกสังเคราะห์ผ่านอะโรจีเนต^{[ 45 ]}

ฟีนิลอะลานีนเริ่มต้นเส้นทางฟีนิลโพรพาโนอิดทำให้เกิดเมตาโบไลต์รองที่หลากหลาย^{[ 45 ]}

อนุพันธ์ AAA ทำหน้าที่เป็นเม็ดสี ฮอร์โมน ส่วนประกอบของผนังเซลล์ และในการป้องกันพืช^{[ 43 ] [ 44 ]}เส้นทางนี้ไม่มีอยู่ในสัตว์และถูกยับยั้งโดยสารกำจัดวัชพืชไกลโฟเสต^{[ 43 ] [ 46 ]}

เส้นทางเม วาโลเนต (MVA) และเมทิลอีริทริทอลฟอสเฟต (MEP) ผลิตเทอร์เพนอยด์และสเตียรอยด์ : ^{[ 28 ] :บทที่ 5}

• วิถีเมวาโลเนตและวิถีเมทิลอีริทริทอลฟอสเฟต → เทอร์พีนอยด์และสเตียรอยด์

เส้นทางทั้งสองสร้างไอโซเพนเทนิลไดฟอสเฟต (IPP) และไดเมทิลอัลลิลไดฟอสเฟต (DMAPP) ซึ่งใช้เป็นสารตั้งต้นเทอร์เพนอยด์สากล^{[ 47 ] [ 48 ]}

เส้นทาง MVA ผลิตสเตียรอยด์สแตติน (ซึ่งสังเคราะห์ขึ้นเองผ่านทางเส้นทางอะซิเตต^{[ 49 ]} ) ยับยั้งเอนไซม์สำคัญคือHMG-CoA reductaseและมีการนำไปใช้ในการรักษาภาวะคอเลสเตอรอลสูง^{[ 48 ] [ 50 ]}

เส้นทาง MEP ผลิต เทอร์เพนอยด์พลาส ติดซึ่งรวมถึงแคโรทีนอยด์และคลอโรฟิลล์^{[ 51 ] [ 52 ]}

IPP และ DMAPP ก่อตัวเป็นเจรานิลฟาร์เนซิลและเจรานิลเจรานิลไดฟอสเฟต ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของโมโนเทอร์ พี นเซสควิ เทอร์พีน และไตรเทอร์พีน [ ^{47 ] [ 48 ] ปฏิกิริยา} การ สร้างวงแหวนการออกซิเดชันและการไกลโคซิเลชันก่อให้เกิดโครงสร้างเทอร์พีนอยด์ที่หลากหลาย^{[ 53 ]}

สเตียรอยด์เกิดขึ้นจากฟาร์เนซิลไดฟอสเฟต สควาเลนและแลโนสเตอรอลระหว่างทางไปสู่คอเลสเตอรอลและสเตียรอยด์ที่เกี่ยวข้อง^{[ 48 ]}

อัลคาลอยด์เป็นผลิตภัณฑ์ธรรมชาติที่มีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบซึ่งผลิตในพืชโดยส่วนใหญ่มาจากกรดอะมิโน^{[ 55 ] [ 28 ] :บทที่ 6}แม้ว่าจะมีข้อยกเว้นที่เป็นที่รู้จักกันดี เช่น อัลคา ลอยด์พิวรีนที่สังเคราะห์จากนิวคลีโอไทด์พิวรีน^{[ 56 ]} และอัลคาลอยด์ที่มีเทอร์พีนอยด์บางชนิดที่มีต้นกำเนิดผสมระหว่างเทอร์พีนอยด์และไนโตรเจน^{[ 57 ]}

การสังเคราะห์ทางชีวภาพของอัลคาลอยด์มักดำเนินไปผ่านสารตั้งต้นอะมีนและอัลดีไฮด์ การก่อตัวของแค ตไอออนอิมิเนียมและปฏิกิริยาคล้ายแมนนิช^{[ 58 ]}สารตั้งต้นทั่วไป ได้แก่ทริปโตเฟนไทโรซีนไลซีนอาร์จินีนและออร์นิทีนตัวอย่างเช่น การสังเคราะห์ทางชีวภาพ ของโคเคนเป็นไปตามเส้นทางทั่วไปนี้^{[ 58 ] [ 54 ]}

ปฏิกิริยาPictet–Spenglerมักใช้ในการสังเคราะห์โครงสร้างอัลคาลอยด์ เช่นสตริกโตซิดีนและเบต้า-คาร์โบไลน์^{[ 59 ]}

ออกซิโดรีดักเทสซึ่งรวมถึงไซโตโครม P450 และโมโนออก ซิเจเนส จะทำให้โครงสร้างอัลคาลอยด์มีความหลากหลายมากขึ้นผ่านการออกซิเดชัน^{[ 55 ]}ตัวอย่างเช่น อัลคาลอยด์ โทร เพน และมอร์ฟีนจากออร์นิทีน และอัลคาลอยด์ที่มีไอโซควิโนลีนผ่าน (S)- เรติคูลีนจากไทโรซีน^{[ 55 ]}

เส้นทางการสังเคราะห์ทางชีวภาพยังผลิตเปปไทด์ โปรตีน และผลิตภัณฑ์ธรรมชาติที่ได้จากกรดอะมิโนซึ่งมีหน้าที่ทางชีวภาพที่หลากหลาย^{[ 28 ] :บทที่ 8}

การสังเคราะห์โปรตีนจะประกอบกรดอะมิโนโดยใช้การถอดรหัส DNA เป็นmRNAซึ่งทำหน้าที่เป็นแม่แบบที่ไรโบโซมใช้ในการเชื่อมต่อRNA ถ่ายโอนเข้ากับสายโพลีเปปไทด์ที่กำลังเติบโต^{[ 28 ] :บทที่ 8}

ฮอร์โมนเปปไทด์เช่นออกซิโทซินและวาโซเพรสซินควบคุมสรีรวิทยาและการเผาผลาญในสิ่งมีชีวิต^{[ 60 ] [ 61 ]}เปปไทด์ที่ดัดแปลงแล้ว เช่นเพนิซิลลินและเซฟาโลสปอรินจะผ่านการเปลี่ยนแปลงทางเอนไซม์อย่างกว้างขวาง^{[ 62 ] [ 63 ]}

ไซยาโนเจนิกไกลโคไซด์เป็นสารประกอบที่ได้จากกรดอะมิโนซึ่งปล่อยไฮโดรเจนไซยาไนด์และเป็นส่วนประกอบสำคัญในการป้องกัน พืช ^{[ 64 ]}และแมลง^{[ 65 ]}กลูโคซิโนเลต และผลิตภัณฑ์อื่นๆ เป็นสารประกอบ กำมะถันที่ได้จากกรดอะมิโนซึ่งให้ ไอโซไทโอ ไซยาเนต ที่มีรสเผ็ดร้อน เมื่อเนื้อเยื่อได้รับความเสียหาย^{[ 66 ]}

ยาที่แพทย์สั่งจ่ายหลายชนิดได้มาจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติโดยตรงหรือได้รับแรงบันดาลใจจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ^{[ 1 ] [ 109 ]}ประมาณ 35% ของตลาดโลกด้านยาต่อปีมาจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติหรือยาที่เกี่ยวข้อง^{[ 110 ]}ซึ่งแบ่งเป็น 25% จากพืช 13% จากจุลินทรีย์ และ 3% จากแหล่งที่มาจากสัตว์^{[ 110 ]}

ระหว่างปี 1981 ถึง 2019 องค์การอาหารและยา (FDA) ได้อนุมัติสารเคมีใหม่ 1,881 รายการ ซึ่งในจำนวนนี้ 65 รายการ (3.5%) เป็นผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่ไม่เปลี่ยนแปลง 99 รายการ (5.3%) เป็นยาผสมจากพืช ที่กำหนดไว้ 178 รายการ (9.5%) เป็นอนุพันธ์ของผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ และ 164 รายการ (8.7%) เป็นสารประกอบสังเคราะห์ที่มีฟาร์มาโคฟอร์ ของผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ โดยรวมแล้วคิดเป็น 506 รายการ (26.9%) ของยาที่ได้รับการอนุมัติใหม่ทั้งหมด^{[ 16 ]}นอกจากนี้ ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติและอนุพันธ์ของผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติมักแสดงอัตราความสำเร็จที่สูงกว่าในระยะการทดลองทางคลินิกในภายหลัง และอาจมีโปรไฟล์ความเป็นพิษต่ำกว่าเมื่อเทียบกับสารประกอบสังเคราะห์^{[ 111 ]}

ยาบางชนิดที่มีพื้นฐานมาจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติที่เก่าแก่ที่สุดคือยาแก้ปวด เปลือกของ ต้น วิลโลว์เป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่สมัยโบราณว่ามีคุณสมบัติในการบรรเทาอาการปวดเนื่องจากมี สาร ซาลิซิน ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ ซึ่งสามารถไฮโดรไลซ์เป็นกรดซาลิไซลิก ได้ อนุพันธ์สังเคราะห์ ของ กรดอะเซทิลซาลิ ไซลิกหรือ ที่รู้จักกันดีในชื่อแอสไพรินเป็นยาแก้ปวดที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย กลไกการออกฤทธิ์ของมันคือการยับยั้ง เอนไซม์ ไซโคลออกซิเจเนส (COX) ^{[ 112 ]}ตัวอย่างที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่งคือฝิ่นที่สกัดจากน้ำยางของPapaver somniferous (พืชฝิ่นดอก) ส่วนประกอบของยาเสพติดที่มีฤทธิ์แรงที่สุดในฝิ่นคืออัลคาลอยด์มอร์ฟีน ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นตัวรับโอปิออยด์^{[ 113 ]} ซิ โคโนไทด์ซึ่งเป็นตัวบล็อกช่องแคลเซียมชนิด Nเป็นยาแก้ปวดที่มีพื้นฐานมาจากสารพิษจากหอยกรวยเปปไทด์แบบวงจร (ω- conotoxin MVIIA) จากสายพันธุ์Conus magus ^{[ 114 ]}

ยาต้านการติดเชื้อจำนวนมากมีพื้นฐานมาจากผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ^{[ 68 ]}ยาปฏิชีวนะตัวแรกที่ถูกค้นพบคือเพนิซิลลิน ซึ่งแยกได้จากเชื้อราPenicillium เพนิซิลลินและ เบต้าแลคแทมที่เกี่ยวข้องทำงานโดยการยับยั้ง เอนไซม์ DD -transpeptidaseซึ่งจำเป็นสำหรับแบคทีเรียในการเชื่อมโยงเพปติโด ไกลแคน เพื่อสร้างผนังเซลล์^{[ 115 ]}

ยาจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติหลายชนิดมีเป้าหมายที่ทูบูลินซึ่งเป็นส่วนประกอบของโครงสร้างเซลล์ ได้แก่ คอลชิซีน ซึ่งเป็นสารยับยั้งการเกิดพอลิเมอไรเซชันของทูบูลินที่แยกได้จากColchicum autumnale (พืชดอกคร็อกคัสฤดูใบไม้ร่วง) ซึ่งใช้ในการรักษาโรคเกาต์ [ ^{116 ] คอ}ลชิซีนถูกสังเคราะห์ทางชีวภาพจากกรดอะมิโนฟีนิลอะลานีนและทริปโตเฟนในทางตรงกันข้าม แพคลิแทกเซลเป็นสารทำให้การเกิดพอลิเมอไรเซชันของทูบูลินคงตัวและใช้เป็น ยา เคมีบำบัดแพคลิแทกเซลมีพื้นฐานมาจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติประเภท เทอร์พีนอยด์ที่เรียกว่า แท็กซอลซึ่งแยกได้จาก Taxus brevifolia (ต้นยิวแปซิฟิก) ^{[ 117 ]}

ยากลุ่มหนึ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการลดคอเลสเตอรอลคือ สารยับยั้ง HMG-CoA reductaseเช่นอะทอร์วาสแตตินซึ่งพัฒนามาจากเมวาสแตตินซึ่งเป็นโพลีคีไทด์ที่ผลิตโดยเชื้อราPenicillium citrinum [ ^{118 ] สุดท้าย} นี้ ยาจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติจำนวนหนึ่งถูกนำมาใช้รักษาความดันโลหิตสูงและภาวะหัวใจล้มเหลว ซึ่งรวมถึงแคปโทพริล สาร ยับยั้งเอนไซม์แองจิโอเทนซินคอนเวอร์ติง แคปโทพริลมีพื้นฐานมาจากปัจจัยเสริมฤทธิ์ของเปปไทด์แบรดิกินินที่แยกได้จากพิษของงูหัวลูกศรบราซิล ( Bothrops jararaca ) ^{[ 119 ]}

ตัวอย่างของยาที่ได้รับการอนุมัติเมื่อเร็ว ๆ นี้ซึ่งได้มาจากสารตั้งต้นของผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ ได้แก่ibrexafungerpซึ่งได้รับการอนุมัติจาก FDA ในปี 2021 สำหรับการรักษาโรคเชื้อราแคนดิดาในช่องคลอดและomaveloxoloneซึ่งได้รับการอนุมัติจาก FDA ในปี 2023 สำหรับการรักษาโรคFriedreich's ataxia Ibrexafungerp เป็น อนุพันธ์ กึ่งสังเคราะห์ของenfumafungin ซึ่งเป็นสารต้าน เชื้อราประเภทไตรเทอร์พีนอยด์จากเชื้อรา ในขณะที่ omaveloxolone เป็นอนุพันธ์กึ่งสังเคราะห์ของ oleananeซึ่งเป็นไตรเทอร์พีนอยด์จากพืช^{[ 15 ]}

ความท้าทายมากมายจำกัดการใช้ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติในการค้นพบยา ส่งผลให้บริษัทเภสัชกรรมในศตวรรษที่ 21 นิยมทุ่มเทความพยายามในการค้นพบไปที่ การคัดกรอง สารประกอบสังเคราะห์บริสุทธิ์ด้วยความเร็วสูง และมีระยะเวลาในการปรับปรุงที่สั้นกว่า ^{[ 14 ] [ 120 ]}แหล่งที่มาของผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติมักเข้าถึงและจัดหาได้ยาก มีโอกาสสูงที่จะเกิดการลอกเลียนแบบ ก่อให้เกิดความกังวลเกี่ยวกับทรัพย์สินทางปัญญาในเรื่องการคุ้มครองสิทธิบัตรองค์ประกอบแตกต่างกันไปตามฤดูกาลหรือสภาพแวดล้อม และมีความเสี่ยงต่ออัตราการสูญพันธุ์ ที่เพิ่มขึ้น ^{[ 14 ] [ 120 ]}

ทรัพยากรทางชีวภาพสำหรับการค้นพบยาจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติยังคงมีอยู่มากมาย โดยมีจุลินทรีย์ พืช และแมลงเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่ได้รับการประเมินเพื่อหาฤทธิ์ทางชีวภาพ^{[ 14 ]}แบคทีเรียและจุลินทรีย์ในทะเลจำนวนมหาศาลยังคงไม่ได้รับการตรวจสอบ^{[ 121 ] [ 122 ]}ในปี 2551 ได้มีการเสนอสาขาเมตาจีโนมิกส์เพื่อตรวจสอบยีนและหน้าที่ของยีนในจุลินทรีย์ในดิน^{[ 122 ] [ 123 ]}แต่บริษัทเภสัชกรรมส่วนใหญ่ยังไม่ได้ใช้ประโยชน์จากทรัพยากรนี้อย่างเต็มที่ โดยเลือกที่จะพัฒนา "การสังเคราะห์ที่เน้นความหลากหลาย" จากคลังยาที่รู้จักหรือแหล่งธรรมชาติสำหรับสารประกอบนำร่องที่มีศักยภาพสูงกว่าในการออกฤทธิ์ทางชีวภาพ^{[ 14 ]}

การแยกผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติออกจากแหล่งกำเนิดอาจมีค่าใช้จ่ายสูงทั้งในแง่ของเวลาและวัสดุ และอาจส่งผลกระทบต่อความพร้อมของทรัพยากรธรรมชาติหรือมีผลกระทบต่อระบบนิเวศ ตัวอย่างเช่น มีการประมาณการว่าการเก็บเกี่ยวแพคลิแท็กเซลให้เพียงพอสำหรับการรักษาเพียงครั้งเดียวจะต้องใช้เปลือกของต้นยิวทั้งต้น ( Taxus brevifolia ) ^{[ 132 ]}นอกจากนี้ จำนวนของสารอะนาล็อกเชิงโครงสร้างที่มีอยู่สำหรับการวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและกิจกรรม (SAR) นั้นมีจำกัดเนื่องจากชีววิทยาของสิ่งมีชีวิต และอยู่นอกเหนือการควบคุมการทดลอง^{[ 133 ]}

เมื่อผลิตภัณฑ์ที่ต้องการหาได้ยากหรือปรับเปลี่ยนเพื่อสร้างอะนาล็อกได้ยาก บางครั้งอาจใช้สารตั้งต้นหรืออะนาล็อกทางชีวสังเคราะห์ในระยะกลางถึงปลายเพื่อผลิตเป้าหมายสุดท้าย วิธีการนี้เรียกว่าการสังเคราะห์แบบกึ่งสังเคราะห์หรือการสังเคราะห์บางส่วน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสกัดสารตัวกลางทางชีวสังเคราะห์และแปลงเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายโดยใช้เทคนิคการสังเคราะห์ทางเคมี แบบดั้งเดิม ^{[ 133 ]}

กลยุทธ์นี้มีข้อดีสองประการ ประการแรก สารตัวกลางอาจสกัดได้ง่ายกว่าและให้ผลผลิตในปริมาณที่สูงกว่าผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ตัวอย่างเช่น แพคลิแทกเซลสามารถผลิตได้โดยการสกัด10-ดีอะเซทิลแบคคาติน IIIจากใบของT. brevifolia ตามด้วยการสังเคราะห์สี่ขั้นตอน^{[ 134 ]}ประการที่สอง กระบวนการกึ่งสังเคราะห์ช่วยให้สามารถสร้างอะนาล็อกของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายได้ ดังที่เห็นได้ในการพัฒนาเพนิซิลลินกึ่ง สังเคราะห์รุ่นใหม่ ^{[ 135 ]}

โดยทั่วไป การสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติทั้งหมดเป็นกิจกรรมการวิจัยที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์ โดยมุ่งเน้นที่ความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับการสังเคราะห์โครงสร้างของผลิตภัณฑ์ธรรมชาติบางชนิด และการพัฒนาวิธีการสังเคราะห์ใหม่ที่เป็นพื้นฐาน ถึงกระนั้นก็มีความสำคัญอย่างมากในเชิงพาณิชย์และสังคม ตัวอย่างเช่น การให้เป้าหมายการสังเคราะห์ที่ท้าทายได้มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาสาขาเคมีอินทรีย์^{[ 139 ] [ 140 ]}ก่อนการพัฒนา วิธี การทางเคมีวิเคราะห์ในศตวรรษที่ 20 โครงสร้างของผลิตภัณฑ์ธรรมชาติได้รับการยืนยันโดยการสังเคราะห์ทั้งหมด (ที่เรียกว่า "การพิสูจน์โครงสร้างโดยการสังเคราะห์") ^{[ 141 ]}ความพยายามในช่วงแรกในการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติมุ่งเป้าไปที่สารที่ซับซ้อน เช่น โคบาลามิน (วิตามินบีโคแฟคเตอร์ที่จำเป็นในการเผาผลาญ ของเซลล์ ^{[ 137 ] [ 138 ]}

การสังเคราะห์แบบเลียนแบบชีวภาพคือการใช้ เส้นทาง การสังเคราะห์ทางชีวภาพและที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพเป็นแนวทางสำหรับการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติในห้องปฏิบัติการ^{[ 142 ]} กลยุทธ์นี้เลียนแบบเส้นทางการสังเคราะห์ทางชีวภาพตามธรรมชาติเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ธรรมชาติซึ่งมักมีความเลือกสรรทางสเตอริโอและรีจิโอสูง^{[ 142 ]} ช่วยลดความซับซ้อนของการสังเคราะห์เป้าหมายการสังเคราะห์ที่ยาก รวมถึงโมเลกุลที่มีระบบวงแหวนสไปโรและศูนย์คาร์บอนควอเทอร์นารี^{[ 143 ]}การสังเคราะห์แบบเลียนแบบชีวภาพมักใช้ปฏิกิริยาต่างๆ เช่นDiels–Alder , ปฏิกิริยาโฟโต ไซโคลแอดดิชัน, การสร้างวงแหวนและการเปลี่ยนแปลงออกซิเดชันและอนุมูลอิสระ^{[ 142 ] [ 143 ]} กลยุทธ์นี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและความประหยัดในการค้นพบยาและชีววิทยาเคมี^{[ 142 ] [ 143 ]}

การตรวจสอบ ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ ที่เป็นไดเมอร์และไตรเมอร์แสดงให้เห็นว่ามักมีองค์ประกอบของสมมาตรแบบทวิภาคีอยู่ สมมาตรแบบทวิภาคีหมายถึงโมเลกุลหรือระบบที่มี เอกลักษณ์ ของกลุ่มจุด C , C หรือ C สมมาตร C มีแนวโน้มที่จะมีมากกว่าสมมาตรแบบทวิภาคีประเภทอื่น ๆ การค้นพบนี้ช่วยให้เข้าใจถึงกลไกการสร้างสารประกอบเหล่านี้ได้ดีขึ้น รวมถึงให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ที่ทำให้สารประกอบเหล่านี้มีความเหมาะสมมากขึ้นทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น (DFT) วิธี Hartree–Fockและ การคำนวณ แบบกึ่งเชิงประจักษ์ยังแสดงให้เห็นถึงความเหมาะสมสำหรับการเกิดไดเมอร์ในผลิตภัณฑ์ธรรมชาติเนื่องจากการพัฒนาพลังงานต่อพันธะมากกว่าไตรเมอร์หรือเตตระเมอร์ที่เทียบเท่ากัน มีการเสนอว่าสิ่งนี้เกิดจากการกีดขวางทางสเตอริกที่แกนกลางของโมเลกุล เนื่องจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติส่วนใหญ่จะเกิดไดเมอร์และไตรเมอร์ในลักษณะหัวต่อหัวมากกว่าหัวต่อหาง^{[ 144 ]}

เคมีผลิตภัณฑ์ธรรมชาติเป็นสาขาการวิจัยทางเคมีที่แตกต่างออกไป ซึ่งมีความสำคัญต่อการพัฒนาและประวัติศาสตร์ของวิชาเคมีการแยกและระบุผลิตภัณฑ์ธรรมชาติมีความสำคัญต่อแหล่งที่มาของสารสำหรับการวิจัยการค้นพบยาในระยะก่อนคลินิก เพื่อทำความเข้าใจยาแผนโบราณและเภสัชวิทยาชาติพันธุ์ และเพื่อค้นหาพื้นที่ทางเคมี ที่มีประโยชน์ ทาง เภสัชวิทยา ^{[ 147 ]}เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ ได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีมากมาย เช่น วิวัฒนาการของเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการแยกสารเคมีและการพัฒนาวิธีการที่ทันสมัยในการกำหนดโครงสร้างทางเคมีเช่นNMRความพยายามในช่วงแรกในการทำความเข้าใจการสังเคราะห์ทางชีวภาพของผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ ทำให้นักเคมีใช้การติดฉลากด้วยรังสีเป็นครั้งแรก และเมื่อไม่นานมานี้ได้ใช้การติดฉลากด้วยไอโซโทปเสถียรควบคู่กับการทดลอง NMR นอกจากนี้ ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติยังถูกเตรียมโดยการสังเคราะห์สารอินทรีย์เพื่อยืนยันโครงสร้างของผลิตภัณฑ์ หรือเพื่อให้สามารถเข้าถึงผลิตภัณฑ์ธรรมชาติที่น่าสนใจในปริมาณที่มากขึ้น ในกระบวนการนี้ โครงสร้างของผลิตภัณฑ์ธรรมชาติบางชนิดได้รับการแก้ไข^{[ 148 ] [ 149 ] [ 150 ]}และความท้าทายในการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติได้นำไปสู่การพัฒนาวิธีการสังเคราะห์ กลยุทธ์การสังเคราะห์ และยุทธวิธีใหม่ๆ^{[ 151 ]}ในแง่นี้ ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติมีบทบาทสำคัญในการฝึกอบรมนักเคมีอินทรีย์สังเคราะห์รุ่นใหม่ และเป็นแรงจูงใจหลักในการพัฒนารูปแบบใหม่ของปฏิกิริยาเคมีแบบเก่า (เช่น ปฏิกิริยา อัลดอลของอีแวนส์ ) ตลอดจนการค้นพบปฏิกิริยาเคมีใหม่ทั้งหมด (เช่น ปฏิกิริยาไฮดรอกซิเลชันซิสของวูดเวิร์ด ปฏิกิริยา อีพอกซิเดชันของชาร์ปเพลสและปฏิกิริยาครอสคัปปลิงของซูซูกิ-มิยาอุระ ) ^{[ 152 ]}

แนวคิดเรื่องผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติมีมาตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 19 เมื่อมีการวางรากฐานของเคมีอินทรีย์ ในเวลานั้น เคมีอินทรีย์ถือเป็นเคมีของสารที่ประกอบขึ้นเป็นพืชและสัตว์ เป็นเคมีรูปแบบที่ค่อนข้างซับซ้อนและแตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับเคมีอนินทรีย์ซึ่งหลักการได้รับการวางรากฐานในปี 1789 โดยชาวฝรั่งเศสอองตวน ลาวัวซิเยร์ในงานเขียน Traité Élémentaire de Chimieของ เขา ^{[ 153 ]}

ลาวัวซิเยร์ได้แสดงให้เห็นในช่วงปลายศตวรรษที่ 18 ว่าสารอินทรีย์ประกอบด้วยธาตุจำนวนจำกัด โดยหลักคือคาร์บอนและไฮโดรเจน และมีออกซิเจนและไนโตรเจนเป็นส่วนประกอบเสริม เขาจึงมุ่งเน้นไปที่การแยกสารเหล่านี้อย่างรวดเร็ว เนื่องจากสารเหล่านี้มีฤทธิ์ทางเภสัชวิทยาที่น่าสนใจ พืชเป็นแหล่งหลักของสารประกอบดังกล่าว โดยเฉพาะอย่างยิ่งอัลคาลอยด์และไกลโคไซด์เป็นที่ทราบกันมานานแล้วว่าฝิ่น ซึ่งเป็นสารเหนียวผสมของอัลคาลอยด์ (รวมถึงโคเดอีน มอร์ฟีนนอส คาพีน เธเบนและปาปาเวอรีน ) จากต้นฝิ่น ( Papaver somniferum ) มีฤทธิ์ทำให้มึนงงและเปลี่ยนแปลงสภาพจิตใจไปพร้อมกัน ในปี 1805 นักเคมีชาวเยอรมันฟรีดริช เซอร์ทูร์เนอร์ ได้แยกมอร์ฟีนออกมาได้แล้ว และในทศวรรษ 1870 ก็มีการค้นพบว่าการต้มมอร์ฟีนกับอะซิติกแอนไฮไดรด์จะทำให้เกิดสารที่มีฤทธิ์ระงับปวดอย่างรุนแรง นั่นคือ เฮโรอีน^{[ 154 ]}ในปี พ.ศ. 2458 Eugène Chevreulได้แยกคอเลสเตอรอลซึ่งเป็นสารผลึก ออกจากเนื้อเยื่อสัตว์ที่อยู่ในกลุ่มสเตียรอยด์^{[ 155 ]}และในปี พ.ศ. 2462 ได้มีการแยกสไตร คนีน ซึ่งเป็นอัลคาลอยด์ ออกมา^{[ 156 ]}

ขั้นตอนสำคัญที่สองคือการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ ในขณะที่การสังเคราะห์สารอนินทรีย์เป็นที่รู้จักกันมานานแล้ว การสร้างสารอินทรีย์ถือเป็นความท้าทายอย่างยิ่ง ในปี ค.ศ. 1827 นักเคมีชาวสวีเดนโยน์ส จาคอบ เบอร์เซลิอุสได้กล่าวว่าพลังชีวิตหรือพลังแห่งชีวิตนั้นจำเป็นต่อการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ แนวคิดนี้ซึ่งรู้จักกันในชื่อลัทธิพลังชีวิต (vitalism ) ได้รับการสนับสนุนมากมายจนถึงศตวรรษที่ 19 แม้หลังจากมีการนำทฤษฎีอะตอม มาใช้แล้วก็ตาม ลัทธิพลังชีวิตยังสอดคล้องกับการแพทย์แผนโบราณ ซึ่งมักมองว่าโรคภัยไข้เจ็บเป็นผลมาจากความไม่สมดุลของพลังชีวิตที่แยกแยะสิ่งมีชีวิตออกจากสิ่งไม่มีชีวิต

ความท้าทายสำคัญครั้งแรกต่อลัทธิชีวพลังเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2461 เมื่อฟรีดริช โวห์เลอร์ นักเคมีชาวเยอรมัน สังเคราะห์ยูเรีย ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ธรรมชาติที่พบในปัสสาวะโดยการให้ความร้อนแก่แอมโมเนียมไซยาเนตซึ่งเป็นสารอนินทรีย์: ^{[ 157 ]}

${\displaystyle \mathrm {NH_{4}OCN\ {\xrightarrow {\ \ 60^{\circ }C\ \ }}\ H_{2}NCONH_{2}} }$

ปฏิกิริยานี้แสดงให้เห็นว่าไม่จำเป็นต้องมีพลังชีวิตในการสร้างสารอินทรีย์ ในตอนแรก แนวคิดนี้เผชิญกับความสงสัย แต่ได้รับการยอมรับในอีก 20 ปีต่อมา เมื่อAdolph Wilhelm Hermann Kolbeสังเคราะห์กรดอะซิติกจากคาร์บอนไดซัลไฟด์ [ ^{158 ] นับ}ตั้งแต่นั้นมา เคมีอินทรีย์ได้พัฒนาเป็นสาขาที่แตกต่างออกไป โดยมุ่งเน้นการศึกษาเกี่ยวกับสารประกอบที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ ซึ่งพบว่ามีอยู่ทั่วไปในธรรมชาติ

พัฒนาการสำคัญประการที่สามคือการอธิบายโครงสร้างของสารอินทรีย์ แม้ว่าองค์ประกอบธาตุของสารประกอบอินทรีย์บริสุทธิ์จะสามารถกำหนดได้อย่างแม่นยำ แต่โครงสร้างโมเลกุลของสารเหล่านั้นยังคงไม่ชัดเจน ปัญหานี้ปรากฏชัดในข้อพิพาทระหว่าง Friedrich Wöhler และJustus von Liebigซึ่งศึกษาเกลือเงินที่มีองค์ประกอบเหมือนกันแต่มีคุณสมบัติต่างกัน Wöhler ตรวจสอบซิลเวอร์ไซยาเนตซึ่งเป็นสารประกอบที่ไม่เป็นอันตราย ในขณะที่ von Liebig ตรวจสอบซิลเวอร์ฟุลมิเนตซึ่งเป็น วัตถุระเบิด ^{[ 159 ]}การวิเคราะห์ธาตุแสดงให้เห็นว่าเกลือทั้งสองชนิดมีปริมาณเงิน คาร์บอน ออกซิเจน และไนโตรเจนเท่ากัน แต่คุณสมบัติของมันแตกต่างกัน ซึ่งขัดแย้งกับมุมมองที่แพร่หลายว่าองค์ประกอบเพียงอย่างเดียวเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติ

ความไม่สอดคล้องกันนี้ได้รับการอธิบายโดยทฤษฎีไอโซเมอร์ของเบอร์เซลิอุสซึ่งเสนอว่าไม่เพียงแต่จำนวนและชนิดของธาตุเท่านั้น แต่การจัดเรียงของอะตอมก็มีผลต่อคุณสมบัติของสารประกอบด้วย ความเข้าใจนี้ทำให้เกิดการพัฒนาทฤษฎีโครงสร้าง เช่นทฤษฎีอนุมูลอิสระของฌอง-แบปติสต์ ดูมาสและทฤษฎีการแทนที่ของออกุสต์ ลอรองต์ [ ^{160 ] [ 161 ] ทฤษฎี}โครงสร้างที่ชัดเจนได้รับการเสนอในปี พ.ศ. 2391 โดยออกุสต์ เคคูเลซึ่งเสนอว่าคาร์บอนมีวาเลนซ์สี่และสามารถสร้างพันธะกับตัวเองได้ ก่อให้เกิดสายโซ่ที่พบในผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ^{[ 162 ] [ 161 ]}

แนวคิดเรื่องผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ ซึ่งเริ่มแรกนั้นอิงจากสารประกอบอินทรีย์ที่สามารถแยกได้จากพืช ได้ขยายไปรวมถึงวัสดุจากสัตว์ในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 โดยJustus von Liebig ชาว เยอรมันHermann Emil Fischerในปี 1884 ได้หันมาสนใจศึกษาคาร์โบไฮเดรตและพิวรีน ซึ่งผลงานนี้ทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบลในปี 1902 เขายังประสบความสำเร็จในการสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรตหลายชนิดในห้องปฏิบัติการ รวมถึงกลูโคสและแมนโนส หลังจากที่ Alexander Flemingค้นพบเพนิซิลลินในปี 1928 เชื้อราและจุลินทรีย์อื่นๆ ก็ถูกเพิ่มเข้าไปในกลุ่มแหล่งที่มาของผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ^{[ 154 ]}

ภายในทศวรรษ 1930 ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติประเภทหลักหลายประเภทได้รับการระบุและศึกษาอย่างกว้างขวาง เหตุการณ์สำคัญในสาขาการวิจัยผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ ได้แก่: ^{[ 154 ]}

• เทอร์พีน : ได้รับการศึกษาอย่างเป็นระบบครั้งแรกโดยOtto Wallach (รางวัลโนเบล พ.ศ. 2453) ^{[ 163 ]}และต่อมาโดยLeopold Ružička (รางวัลโนเบล พ.ศ. 2482)
• สีย้อมที่มี พอร์ฟิรินเป็นองค์ประกอบ: รวมถึงคลอโรฟิลล์และฮีมซึ่งได้รับการศึกษาโดยริชาร์ด วิลสแตตเตอร์ (รางวัลโนเบล ค.ศ. 1915) และฮันส์ ฟิชเชอร์ (รางวัลโนเบล ค.ศ. 1930) สารประกอบเตตระไพโรลเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในกระบวนการทางชีวภาพต่างๆ (รวมถึงการสังเคราะห์แสง การหายใจ การถ่ายโอนอิเล็กตรอน และการเร่งปฏิกิริยา) และเป็นหัวข้อของการวิจัยอย่างกว้างขวาง^{[ 164 ]}
• สเตียรอยด์ : วิจัยโดยไฮน์ริช ออตโต วีแลนด์ (รางวัลโนเบล พ.ศ. 2460) และอดอล์ฟ วินเดาส์ (รางวัลโนเบล พ.ศ. 2461) งานของพวกเขามีส่วนสำคัญต่อความเข้าใจของเราเกี่ยวกับการสังเคราะห์และโครงสร้างของสเตอรอล^{[ 165 ]}
• แคโรทีนอยด์ : ศึกษาโดยพอล คาร์เรอร์ (รางวัลโนเบล พ.ศ. 2480) รงควัตถุเหล่านี้มีความสำคัญเนื่องจากมี คุณสมบัติ ต้านอนุมูลอิสระและมีบทบาทในการสังเคราะห์แสงและการมองเห็น^{[ 166 ]}
• วิตามิน: ได้รับการศึกษาโดยนักวิทยาศาสตร์จำนวนมาก รวมถึง Paul Karrer, Robert R. Williams , Adolf Windaus (รางวัลโนเบลปี 1928), Norman Haworth (รางวัลโนเบลปี 1937), Richard Kuhn (รางวัลโนเบลปี 1938) และAlbert Szent-Györgyi (รางวัลโนเบลปี 1937) การค้นพบและลักษณะเฉพาะของวิตามินได้ปฏิวัติความเข้าใจของเราเกี่ยวกับโภชนาการและสุขภาพ^{[ 167 ]}
• ฮอร์โมนสเตียรอยด์ : ศึกษาโดยAdolf Butenandt (รางวัลโนเบล พ.ศ. 2482) และEdward Calvin Kendall (รางวัลโนเบล พ.ศ. 2493) งานของพวกเขาเกี่ยวกับฮอร์โมนสเตียรอยด์ได้ปูทางไปสู่ วิทยา ต่อมไร้ท่อ สมัยใหม่ ^{[ 168 ]}
• อัลคาลอยด์และแอนโทไซยานิน : สารประกอบเหล่านี้ได้รับการวิจัยโดยโรเบิร์ต โรบินสัน (รางวัลโนเบลปี 1947) และนักวิจัยท่านอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งอัลคาลอยด์ ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการพัฒนายาหลายชนิด
• ฮอร์โมนโพลีเปปไทด์ : ศึกษาโดยVincent du Vigneaud (รางวัลโนเบล พ.ศ. 2498) ซึ่งสังเคราะห์โพลีเปปไทด์ธรรมชาติออกซิโทซินและวาโซเพรสซินได้ อย่างสมบูรณ์เป็นครั้งแรก ^{[ 169 ]}
• การสังเคราะห์สารประกอบจากธรรมชาติอย่างสมบูรณ์: โรเบิร์ต เบิร์นส์ วูดเวิร์ดได้รับรางวัลโนเบลในปี 1965 จากการสังเคราะห์สารประกอบต่างๆ เช่นควินินคอเลสเตอรอลคอร์ติโซนสไตรค์นินรี เซอร์พีน คลอ โรฟิลล์ และวิตามินบี 12ส่วนอีเลียส เจมส์ คอรีย์ได้รับรางวัลโนเบลในปี 1990 จากผลงานที่คล้ายคลึงกัน เช่น การสังเคราะห์กรดจิบเบอเรลลิกกิงโกไลด์และโปรสตาแกลนดิน

การศึกษาบุกเบิกเหล่านี้ได้วางรากฐานสำหรับความเข้าใจของเราเกี่ยวกับเคมีและชีวเคมีของผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ^{[ 170 ]}ซึ่งนำไปสู่รางวัลโนเบลมากมายในสาขาเคมีและสรีรวิทยาหรือการแพทย์ สาขาผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่อง โดยการวิจัยล่าสุดมุ่งเน้นไปที่บทบาทเชิงวิวัฒนาการและนิเวศวิทยาของสารประกอบเหล่านี้^{[ 33 ]}

• เคมีของสารประกอบธรรมชาติ
• วารสารผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ
• รายงานผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ
• การวิจัยผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ