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核酸代谢与营养研究及发展趋势(二)

来源:郑州天顺食品添加剂有限公司 发布时间:2023-04-21 11:43:32 关注: 0 次
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其实,在细胞中每时每刻都发生着RNA的降解,降解的主要产物是NMP。这些NMP会被磷酸化成相应的NTP,重新用于合成RNA。可见,只要不发生致命性的结构破坏,NMP在细胞内一直被循环利用。可以认为,如果不需要细胞分化,一个正常的健康细胞对于核苷酸营养的需求是有限的。而那些新陈代谢快的细胞在增殖过程中需要大量的NMP,甚至dNMP,以满足生成新细胞的需求。

在体内,核苷酸在不同的结构形式之间转换,以维持相应的平衡。因此,核苷酸可作为核酸的合成材料、外界刺激的信使、能量转换(如ATP和GTP)的中介、辅酶以及生化反应的调节者等发挥多种功能。核苷酸包括核苷单磷酸(NMP和dNMP)、核苷二磷酸(NDP和dNDP)和核苷三磷酸(NTP和dNTP),和环状分子cAMP和cGMP等结构形式。这些分子及其合成前体必须在体内保持一定的浓度范围,并根据需要及时发生变化。如细胞繁殖时,对NTP和dNTP的需求会增加,特别是要大大提高dNTP的浓度。核苷酸浓度的高低直接影响其从头合成的速度,浓度达到一定高度时会抑制其合成。特别是ATP与其他NTP不同,一般浓度偏高。因此,各种核苷酸从头合成和补救合成也存在平衡。从头合成步骤繁多并需要十几种酶的参与,且需大量ATP提供能量;补救途径可以节省能量和减轻代谢压力,并为缺少从头合成途径的细胞提供核苷酸原料。一旦平衡遭到破坏就容易产生相应的疾病,例如,当鸟嘌呤和次黄嘌呤补救途径产生障碍时,相应的碱基不能被重新合成NMP,而不得不被分解成尿酸。如肾脏排泄尿酸能力不足,尿酸逐渐积累,导致肾结石或痛风。值得注意的是,血液中维持足够高的尿酸浓度对人体有益,尿酸浓度过低也会引起一些疾病。

普通食物中的NAS一般以RNA为主,DNA一般只在鱼精或花粉等富含精子的物质中含量丰富。在鲑鱼的鱼白中,DNA含量高时可占干重的40%以上。活细菌中的RNA含量约占总重的6%(干重的20%),DNA占0.5%,核苷酸占0.5%。动物和植物细胞中的NAS含量差异很大,如肉类,海鲜和豆类食品中含量较丰富,有些情况下NAS能占到细胞干重的10%以上。人乳中含有游离的核苷酸,核苷和碱基,也含有大分子核酸。如人乳中DNA含量为1~12mg/dL,RNA为10~60mg/dL,而牛奶中两者分别为1~4mg/dL和5~19mg/dL。NAS被分解后主要以核苷的形式被人体吸收,少量以寡核苷酸、核苷酸和碱基的形式吸收。人体内核苷酸的分解产物为核糖(或脱氧核糖)、磷酸以及源于嘧啶的β一丙氨酸和β一氨基异丁酸等。生物种类不同分解产物也不近相同,例如只有灵长类,鸟类和一些爬行动物的嘌呤代谢终产物为尿酸,而其他生物为尿素或C02等。

可见,核酸营养是一个复杂的问题,需要考虑多种因素,进行全面分析,并在不同层面进行回答。特别是不同的个体,甚至同一个体在不同生长阶段都对核酸营养有不同的需求。例如,体内合成能力降低时(如老年人和某些病人),需要多摄入外源核酸;体内NMP转化为dNMP的能力强时可能无需摄入DNA或dNMP,而转化能力低时需要摄入;身体对核酸的消化吸收能力降低时可能需要补充核苷酸或其它容易消化的核酸分解产物。

二、核苷酸代谢与营养的研究发展历程

1940-1970年代,为了研究痛风(血液中尿酸过高)的机制以治疗痛风,Buchanan等科学家们对于嘌呤的代谢进行了大量研究。例如,1948年采用同位素示踪技术证实鸽子体内合成嘌呤的原料为甘氨酸、天冬氨酸谷氨酰胺、CO2甲酸等。随后,嘌呤的合成过程得到阐明,并发现了转甲酰基酶、合成酶、羧化酶等相关的酶。而嘧啶核苷酸的体内合成相对简单,研究较少。值得注意的是,由于尿酸是嘌呤碱基的代谢产物,人们往往会过分强调摄入核酸对人体的危害。

1970年代前后开始,人们开始从营养学的角度,通过在食物中添加核苷酸或采用缺乏核苷酸的饮食配方等研究核苷酸的代谢及功能。对于大分子核酸的营养作用研究相对较少。到1990年代末,虽然也存在一些争议和片面的理解,但基本上形成了对核酸营养作用比较系统的认识。一般认为核苷酸是半必需或条件必需营养物质,当内源性的供应不足时,人体需要摄入膳食核苷酸。内源性核苷酸不足的原因可能是某些疾病,营养不良或快速生长需要等。

1990年代末部分科学家已经对外源核苷酸的功能形成了以下认识:

(1)膳食核酸被分解为核苷等后经肠吸收,参与补救合成,可以部分代替能耗高和步骤繁多的从头合成,用于维持体内核苷酸池的水平。

(2)对于处于快速生长期的婴儿,配方奶粉中需要补充核苷酸,以促进肠道发育和提高肠道免疫力。

(3)对淋巴(免疫系统)、小肠和肝组织及脂质代谢有益。饮食提供的外源核苷酸有助于刺激白细胞(包括淋巴细胞)的更新,也有助于促进细胞免疫,如促进正常肠细胞的生长和成熟,且对于肠损伤的恢复有益。肝损伤后膳食核苷酸有助于肝细胞快速合成DNA和RNA来完成组织再生。饮食中缺乏核酸或核苷酸时,会造成肝脏重量降低。膳食核苷酸还有助于长链多不饱和脂肪酸和血清脂蛋白的合成。

(4)促进肠道菌群的平衡,有益于健康。如能提高双歧杆菌的比例,降低致病菌的比例等。

(5)一些临床实验表明,饮食中核苷酸源的充足有利于某些病人的健康恢复。静脉注射腺苷对血管,心脏和神经组织具有显著的改善作用,已经

批准用于治疗阵发性室上性心动过速。动脉内输注腺苷到小肠可增加到肠壁和粘膜层的血流量。

在实际应用方面,美国医生班杰明·富兰克等于1970年代开发和推销过核酸营养品,并引起了争议。1980年代初日本科学家森重福美(1983年成立了“日本分子协调医学营养学研究所”)著作了《核酸的营养学》一书,使日本大众开始了解核酸的营养作用。1983年,小越章平先生(后来的日本功能性食品医用学会创立者)在世界上第一次明确提出核苷酸和脱氧核苷酸是重要的营养素。并研究发现在器官切除或器官功能下降的情况下,核酸会被更为积极地利用,因此手术后输液时添加核苷酸有益。

1991年,欧盟提出在奶粉中添加核酸的建议。日本从1995年开始,也在奶粉中添加了核苷酸。目前,大多数国家的婴儿奶粉中都要添加核苷酸。1992年开始,《从细胞层次变年轻-基因DNA核酸营养学:你也年轻10岁》和《培育聪明健康的宝宝核酸(核苷酸)是必要的》、《核酸与健康寿命》等一些科普类的书籍在日本相继出版。同时,在详细机理还没有明确的情况下,市场上也出现了一些核酸营养类功能性食品(以片剂为主,也有一些营养液),而且也开发了一些化妆品和增发剂等产品。但由于相关的机理仍然不清楚,核酸的提取也主要限于酵母和鱼白,相关的研究和产品开发还是受到了很大限制。

2016年北京大学李勇教授出版的专著《核苷酸营养学》中指出,外源性核苷酸对于孕产妇、婴幼儿、老年人等特殊人群具有重要的营养作用。大量研究资料表明,外源核酸在特定生理条件下(某些疾病状态,营养摄入不足、快速生长时期及存在内源合成障碍)是不可缺少的营养成分,并视个体的生长发育阶段和特定的生理条件不同而有差异。补充外源核酸具有增强免疫、促进生长发育、调节肠道茵群、辅助降血脂、抗疲劳、改善记忆等多种功能;补充外源核酸对于一些患病或亚健康人群有益,如能够降低酒精对大鼠肝脏、肾脏造成的损伤,或减轻多种营养相关疾病的发生和发展。而且,以大鼠为实验模型的研究表明,添加15.0/kg、bw的外源核苷酸未观察到有害作用,认为剂量为1.28g/kg、bw属于无毒级。目前,科学家们正在分子水平开展核酸摄入对于一些组织器官产生作用的机理研究,特别是通过研究核酸代谢相关酶的表达来探究其发生作用的路径。同时,也有一些临床研究通过实验来验证其功能。另外,在禽畜饲养等农业领域也在分子水平展开了相关研究,核酸类物质(NAS)的研究正在快速发展。

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