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006右旋-氨基酸的研究进展

来源:国外医学卫生学分册 作者:吴天颖综述 2004-9-29
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摘要: 摘要最近发现右旋-氨基酸,特别是右旋-天门冬氨酸和右旋-丝氨酸广泛存在于哺乳动物体内,提示人们关注右旋-氨基酸在哺乳动物生命活动中的意义。本文综述了右旋-氨基酸的分析方法、来源与生理特性。关键词右旋-氨基酸分析方法生理学一般认为人体和生物蛋白质均由左旋(L)-氨基酸组成,但从50年代始逐渐有人报道一些生物和......


  摘要 最近发现右旋-氨基酸,特别是右旋-天门冬氨酸和右旋-丝氨酸广泛存在于哺乳动物体内,提示人们关注右旋-氨基酸在哺乳动物生命活动中的意义。本文综述了右旋-氨基酸的分析方法、来源与生理特性。

  关键词 右旋-氨基酸 分析方法 生理学

  一般认为人体和生物蛋白质均由左旋(L)-氨基酸组成,但从50年代始逐渐有人报道一些生物和人体内也有右旋(D)-氨基酸,而且当时认为D-氨基酸与某些疾病或衰老有关[1~4]。但随着科学技术的进步和分析方法的发展,人们不断发现海洋动物、无脊椎动物、脊椎动物、藻类及种子植物等含有多种游离的D-氨基酸,特别是对哺乳动物体内右旋-氨基酸的研究,提示人们应对D-氨基酸在哺乳动物体内的生理意义予以关注。

  1 d┐氨基酸的分析方法

  1.1酶法 D-氨基酸氧化酶或D-天门冬氨酸氧化酶,在黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)存在的条件下,将D-氨基酸氧化为α-酮酸并与二硝基联苯肼反应生成腙,然后在445nm测吸光度[5]。空白对照组则加入蒸馏水代替D-氨基酸。此外还有D-氨基酸的定量方法,但并非对各个D-氨基酸定量,一般用氨基酸分析仪分离定量各种氨基酸的L-型和D-型总量,然后将剩下试液中的D-氨基酸在D-氨基酸转氨酶和2-酮酸存在下,生成α-酮酸和氨基正己酸后,将未反应的L-氨基酸再次经氨基酸分析仪定量,两者之差即为D-氨基酸的量[6]。

  1.2气相层析法 该法由于具有分离效能高、分析速度快、样品用量少等特点,因而广泛用于科研和医药卫生、食品领域等。但其不足之处是在缺乏纯样品的情况下定性比较困难。因此色谱和光谱、质谱联用,可以发挥更大的作用。因氨基酸的极性大,挥发性小,故须加入一种最稳定且能定量衍生物的光学活性剂(N-三氟乙酰基正丁酯等),通过硅胶毛细管柱,根据光学活性区分开D-氨基酸与L-氨基酸[7]。利用L-缬氨酸结合型为固体相,被测样品中微量的D-氨基酸在固体相,而比较不稳定的L-型复合体则较早流出,因此可正确定量D-氨基酸。但样品中有6%~10%旋光化。

  1.3效液相色谱法 最近广泛应用的高效液相色谱(HPLC)法具有明显的高性能,但用它来分析自身吸光度低的氨基酸,如机体内微量的右旋-氨基酸是很困难的。因此,可将氨基作为目标,使其与分子吸光系数大的紫外可见光试剂和荧光试剂反应,然后检测其反应结合物。为了检测准确,所用的试剂的光谱纯度必须为100%,且不易使反应物旋光化[8]。

  D┐氨基酸的来源在生命起源之初合成的氨基酸为D-型和L-型。过去认为随着生物的进化,选择性地排除了D-氨基酸,从而使生物体内的蛋白质均由L-氨基酸构成。但最近10年来不断地在哺乳动物体内发现游离D-氨基酸,以下从两方面探讨其来源。

  2.1近年来许多研究证实微生物、大鼠、鸡、鸽子、牛和人体中广泛存在D-氨基酸。最近,Nagata等[9]首次报道一些细菌、古生菌(archaea)及真核微生物的可溶性肽链上有D-氨基酸,用HPLC法分析发现,革兰氏阳性菌中丙氨酸和谷氨酸等的对映体比率为11.7%,枯草杆菌的谷氨酸对映体比率为22.3%;革兰氏阴性菌含有高浓度的D-天门冬氨酸;大鼠体内含有高浓度的D-丝氨酸,大脑皮质、海马及纹状体中分布最多,延髓、小脑和脊髓分布较少[10]。还发现不同年龄的人死后前脑皮质有高浓度的D-丝氨酸和D-天门冬氨酸。Huang等[11]报道,人尿中排出大量的D-丝氨酸,且排出量与年龄无关。成年狗尿中含有大量的D-丙氨酸,未断奶期和断奶期大鼠的D-丝氨酸的含量均很高,且随年龄增加而下降,但D-丙氨酸的含量则与年龄呈正相关。有人用分子生物学方法证实大鼠大脑和肾脏含有D-氨基酸氧化酶[12]。Dunlop等[13]用放射性同位素标记法证实大鼠大脑的D-丝氨酸直接来源于L-丝氨酸的异构体。用电镜和免疫组化方法证实牛肝和肾皮质含有D-天门冬氨酸过氧化物酶[14]。Kera等[15]首次证实鸡和鸽子肾脏也含有大量的D-天门冬氨酸和D-谷氨酸,鸡中这两种物质的含量与雌雄有关,而鸽子中的含量则与雌雄无关。此外,甲壳类、头足类、鸟类的神经组织中D-天门冬氨酸含量也很高。机体内代谢速度缓慢的蛋白质如珐琅质、牙质、脑白质、骨髓磷脂碱性蛋白和晶体核,每年约有0.1%旋光化。Fujii等[16]首先观察了不同年龄的人眼晶体蛋白中天门冬氨酸的异构化,指出在晶体存活早期(11个月)就有氨基酸的异构化,并且随年龄增加异构化也增加。

  2.2 外源性 含有D-氨基酸的食物很多,如发酵食品和经碱、热处理的食品,天然食品如海带、野菜、苹果和梨的细胞质、甲壳类(大虾和螃蟹等)均含有D-氨基酸。据估计,西方人食源性D-氨基酸中有1/3来自发酵食物,成为人体D-氨基酸的主要来源。其原因有两方面:一方面由于人们长期味觉实践的结果,能够比较出许多氨基酸的两种对映体味道甘苦不同,而D-型多为甘味,因此人们通过一些办法使食物中产生更多的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细菌、霉菌、酵母本身含有各种D-氨基酸,例如细菌的细胞壁含有D-丙氨酸和D-谷氨酸衍生物,在酵母孢子中含有D-酪氨酸。弯曲乳杆菌(L.curvaturs)的乙醇提取液中D-丙氨酸高达79%,D-天门冬氨酸达31.7%,D-谷氨酸为46.7%;瑞士乳杆菌(L.helveticus)中D-丙氨酸为59.2%,D-天门冬氨酸为48.5%,D-谷氨酸为41.6%等[17~19]。另外,有人用放射性标记外源性的D-丙氨酸和D-天门冬氨酸喂饲小鼠,发现其肝、肾和脑均有放射性标记的D-氨基酸,这表明外源性的D-氨基酸随血流进入各组织。某些药物(抗生素、利尿药及降糖药等)也会使体内D-氨基酸水平上升。

  3 D┐氨基酸的生理特性

  3.1 某些细菌和两栖类的必要成分

  Liu等[20]最近指出D-谷氨酸是E.coli细胞中谷氨酸的对映体,是一些细菌必不可少的成分。因此,补充D-谷氨酸对细菌生长有益。Kreil[19]指出,两栖类的肽链上含有的D-氨基酸来自于由L-氨基酸构成的多肽的前体。

  3.2 调节神经组织功能

  Hashimoto等[21]指出,大鼠的大脑和末梢神经组织含有高浓度的D-天门冬氨酸和D-丝氨酸,它们对器官功能成熟和细胞增殖分化有调节作用。另一些研究指出,任何哺乳动物组织的松果体都含有大量的D-天门冬氨酸。此外,在肾上腺、骨髓、脑垂体中均含有D-天门冬氨酸,它可调节神经内分泌功能[22~24]。

  3.3 可作为活化因子或用于治疗

  Hess等[25]发现谷氨酸、N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA)、甘氨酸和D-丝氨酸对人NMDA亚型1A/2D的作用明显高于其它亚型。动力学测定显示人体内的NMDA1A/2D对谷氨酸和甘氨酸有很高亲和力的原因可能是由于1A/2D的兴奋剂(agonist)解离较慢。该亚型1A/2D显示为一种具有特殊药理功能的受体并能构成一种重要的活化因子。另外,D-丙氨酸可使体内D-氨基酸氧化酶(DAAO)在肿瘤细胞质中异位表达,阻止体内脂质氧化损伤,清除细胞毒性。例如用培养的神经胶质瘤细胞为实验材料,用分子生物学技术导入从红酵母中纯化的DAAOcDNA,然后加入不同浓度的D-丙氨酸,发现加入1.5~2.5mmol/LD-丙氨酸时,DAAO有明显表达,且有剂量依赖性。还发现该细胞的IC50,D-丙氨酸浓度为2.6mmol/L。因此,有人建议D-氨基酸可作为一种新的癌基因治疗措施[26],也有人认为血液渗析患者尿中的D-天门冬氨酸含量较正常人尿中少,是因为此病患者的转甲基酶诱发蛋白质修复,并能明显改善疾病[27]。


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