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006右旋-氨基酸的研究進展

來源:國外醫學衛生學分冊 作者:吳天穎綜述 2004-9-29
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摘要: 摘要最近發現右旋-氨基酸,特別是右旋-天門冬氨酸和右旋-絲氨酸廣泛存在于哺乳動物體內,提示人們關注右旋-氨基酸在哺乳動物生命活動中的意義。本文綜述了右旋-氨基酸的分析方法、來源與生理特性。關鍵詞右旋-氨基酸分析方法生理學一般認為人體和生物蛋白質均由左旋(L)-氨基酸組成,但從50年代始逐漸有人報道一些生物和......


  摘要 最近發現右旋-氨基酸,特別是右旋-天門冬氨酸和右旋-絲氨酸廣泛存在于哺乳動物體內,提示人們關注右旋-氨基酸在哺乳動物生命活動中的意義。本文綜述了右旋-氨基酸的分析方法、來源與生理特性。

  關鍵詞 右旋-氨基酸 分析方法 生理學

  一般認為人體和生物蛋白質均由左旋(L)-氨基酸組成,但從50年代始逐漸有人報道一些生物和人體內也有右旋(D)-氨基酸,而且當時認為D-氨基酸與某些疾病或衰老有關[1~4]。但隨著科學技術的進步和分析方法的發展,人們不斷發現海洋動物、無脊椎動物、脊椎動物、藻類及種子植物等含有多種游離的D-氨基酸,特別是對哺乳動物體內右旋-氨基酸的研究,提示人們應對D-氨基酸在哺乳動物體內的生理意義予以關注。

  1 d┐氨基酸的分析方法

  1.1酶法 D-氨基酸氧化酶或D-天門冬氨酸氧化酶,在黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)存在的條件下,將D-氨基酸氧化為α-酮酸并與二硝基聯苯肼反應生成腙,然后在445nm測吸光度[5]。空白對照組則加入蒸餾水代替D-氨基酸。此外還有D-氨基酸的定量方法,但并非對各個D-氨基酸定量,一般用氨基酸分析儀分離定量各種氨基酸的L-型和D-型總量,然后將剩下試液中的D-氨基酸在D-氨基酸轉氨酶和2-酮酸存在下,生成α-酮酸和氨基正己酸后,將未反應的L-氨基酸再次經氨基酸分析儀定量,兩者之差即為D-氨基酸的量[6]。

  1.2氣相層析法 該法由于具有分離效能高、分析速度快、樣品用量少等特點,因而廣泛用于科研和醫藥衛生、食品領域等。但其不足之處是在缺乏純樣品的情況下定性比較困難。因此色譜和光譜、質譜聯用,可以發揮更大的作用。因氨基酸的極性大,揮發性小,故須加入一種最穩定且能定量衍生物的光學活性劑(N-三氟乙酰基正丁酯等),通過硅膠毛細管柱,根據光學活性區分開D-氨基酸與L-氨基酸[7]。利用L-纈氨酸結合型為固體相,被測樣品中微量的D-氨基酸在固體相,而比較不穩定的L-型復合體則較早流出,因此可正確定量D-氨基酸。但樣品中有6%~10%旋光化。

  1.3效液相色譜法 最近廣泛應用的高效液相色譜(HPLC)法具有明顯的高性能,但用它來分析自身吸光度低的氨基酸,如機體內微量的右旋-氨基酸是很困難的。因此,可將氨基作為目標,使其與分子吸光系數大的紫外可見光試劑和熒光試劑反應,然后檢測其反應結合物。為了檢測準確,所用的試劑的光譜純度必須為100%,且不易使反應物旋光化[8]。

  D┐氨基酸的來源在生命起源之初合成的氨基酸為D-型和L-型。過去認為隨著生物的進化,選擇性地排除了D-氨基酸,從而使生物體內的蛋白質均由L-氨基酸構成。但最近10年來不斷地在哺乳動物體內發現游離D-氨基酸,以下從兩方面探討其來源。

  2.1近年來許多研究證實微生物、大鼠、雞、鴿子、牛和人體中廣泛存在D-氨基酸。最近,Nagata等[9]首次報道一些細菌、古生菌(archaea)及真核微生物的可溶性肽鏈上有D-氨基酸,用HPLC法分析發現,革蘭氏陽性菌中丙氨酸和谷氨酸等的對映體比率為11.7%,枯草桿菌的谷氨酸對映體比率為22.3%;革蘭氏陰性菌含有高濃度的D-天門冬氨酸;大鼠體內含有高濃度的D-絲氨酸,大腦皮質、海馬及紋狀體中分布最多,延髓、小腦和脊髓分布較少[10]。還發現不同年齡的人死后前腦皮質有高濃度的D-絲氨酸和D-天門冬氨酸。Huang等[11]報道,人尿中排出大量的D-絲氨酸,且排出量與年齡無關。成年狗尿中含有大量的D-丙氨酸,未斷奶期和斷奶期大鼠的D-絲氨酸的含量均很高,且隨年齡增加而下降,但D-丙氨酸的含量則與年齡呈正相關。有人用分子生物學方法證實大鼠大腦和腎臟含有D-氨基酸氧化酶[12]。Dunlop等[13]用放射性同位素標記法證實大鼠大腦的D-絲氨酸直接來源于L-絲氨酸的異構體。用電鏡和免疫組化方法證實牛肝和腎皮質含有D-天門冬氨酸過氧化物酶[14]。Kera等[15]首次證實雞和鴿子腎臟也含有大量的D-天門冬氨酸和D-谷氨酸,雞中這兩種物質的含量與雌雄有關,而鴿子中的含量則與雌雄無關。此外,甲殼類、頭足類、鳥類的神經組織中D-天門冬氨酸含量也很高。機體內代謝速度緩慢的蛋白質如琺瑯質、牙質、腦白質、骨髓磷脂堿性蛋白和晶體核,每年約有0.1%旋光化。Fujii等[16]首先觀察了不同年齡的人眼晶體蛋白中天門冬氨酸的異構化,指出在晶體存活早期(11個月)就有氨基酸的異構化,并且隨年齡增加異構化也增加。

  2.2 外源性 含有D-氨基酸的食物很多,如發酵食品和經堿、熱處理的食品,天然食品如海帶、野菜、蘋果和梨的細胞質、甲殼類(大蝦和螃蟹等)均含有D-氨基酸。據估計,西方人食源性D-氨基酸中有1/3來自發酵食物,成為人體D-氨基酸的主要來源。其原因有兩方面:一方面由于人們長期味覺實踐的結果,能夠比較出許多氨基酸的兩種對映體味道甘苦不同,而D-型多為甘味,因此人們通過一些辦法使食物中產生更多的D-氨基酸以改善食品味道;另一方面在于加工食品中所利用的細菌、霉菌、酵母本身含有各種D-氨基酸,例如細菌的細胞壁含有D-丙氨酸和D-谷氨酸衍生物,在酵母孢子中含有D-酪氨酸。彎曲乳桿菌(L.curvaturs)的乙醇提取液中D-丙氨酸高達79%,D-天門冬氨酸達31.7%,D-谷氨酸為46.7%;瑞士乳桿菌(L.helveticus)中D-丙氨酸為59.2%,D-天門冬氨酸為48.5%,D-谷氨酸為41.6%等[17~19]。另外,有人用放射性標記外源性的D-丙氨酸和D-天門冬氨酸喂飼小鼠,發現其肝、腎和腦均有放射性標記的D-氨基酸,這表明外源性的D-氨基酸隨血流進入各組織。某些藥物(抗生素、利尿藥及降糖藥等)也會使體內D-氨基酸水平上升。

  3 D┐氨基酸的生理特性

  3.1 某些細菌和兩棲類的必要成分

  Liu等[20]最近指出D-谷氨酸是E.coli細胞中谷氨酸的對映體,是一些細菌必不可少的成分。因此,補充D-谷氨酸對細菌生長有益。Kreil[19]指出,兩棲類的肽鏈上含有的D-氨基酸來自于由L-氨基酸構成的多肽的前體。

  3.2 調節神經組織功能

  Hashimoto等[21]指出,大鼠的大腦和末梢神經組織含有高濃度的D-天門冬氨酸和D-絲氨酸,它們對器官功能成熟和細胞增殖分化有調節作用。另一些研究指出,任何哺乳動物組織的松果體都含有大量的D-天門冬氨酸。此外,在腎上腺、骨髓、腦垂體中均含有D-天門冬氨酸,它可調節神經內分泌功能[22~24]。

  3.3 可作為活化因子或用于治療

  Hess等[25]發現谷氨酸、N-甲基-D-天門冬氨酸(NMDA)、甘氨酸和D-絲氨酸對人NMDA亞型1A/2D的作用明顯高于其它亞型。動力學測定顯示人體內的NMDA1A/2D對谷氨酸和甘氨酸有很高親和力的原因可能是由于1A/2D的興奮劑(agonist)解離較慢。該亞型1A/2D顯示為一種具有特殊藥理功能的受體并能構成一種重要的活化因子。另外,D-丙氨酸可使體內D-氨基酸氧化酶(DAAO)在腫瘤細胞質中異位表達,阻止體內脂質氧化損傷,清除細胞毒性。例如用培養的神經膠質瘤細胞為實驗材料,用分子生物學技術導入從紅酵母中純化的DAAOcDNA,然后加入不同濃度的D-丙氨酸,發現加入1.5~2.5mmol/LD-丙氨酸時,DAAO有明顯表達,且有劑量依賴性。還發現該細胞的IC50,D-丙氨酸濃度為2.6mmol/L。因此,有人建議D-氨基酸可作為一種新的癌基因治療措施[26],也有人認為血液滲析患者尿中的D-天門冬氨酸含量較正常人尿中少,是因為此病患者的轉甲基酶誘發蛋白質修復,并能明顯改善疾病[27]。


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