58-63-9 / 肌苷的主要用途是什么

【概述】

肌苷(Inosine )是次黃嘌呤和核糖的縮合物，化學(xué)名為次黃嘌呤核苷，又名9-β-D-呋喃核糖基次黃嘌呤苷，

【理化性質(zhì)】

肌苷為白色結(jié)晶或無水粉末狀，常壓下熔點(diǎn)為218℃，較易溶于水，在乙醇中微溶，20℃下肌苷在水中的溶解度為2.065g/L，pH近中性。由于肌苷的分子結(jié)構(gòu)中含有共軛體系，因此肌苷能吸收紫外光，其中酸性條件下（pH3~6時(shí)），肌苷最大紫外吸收波長(zhǎng)為248.5nm，當(dāng)pH為11.2時(shí)，最大紫外吸收波長(zhǎng)為251nm。 肌苷在水中一般以三種晶體的形式存在： 1.含兩個(gè)結(jié)晶水的晶體（常見）； 2.á（斜方晶）無水晶體（不常見）； 3.a （單斜晶）無水晶體（不常見）； 通常在20℃以下肌苷主要以兩個(gè)結(jié)晶水的晶體形式存在；較高溫度時(shí)，存在兩種無水的晶體形式。 肌苷分子中的堿基以酮式和烯醇式兩種形式存在，他們之間存在互變異構(gòu)的現(xiàn)象。因?yàn)閴A性條件下烯醇式結(jié)構(gòu)的分子呈弱酸性，可以與堿性物質(zhì)反應(yīng)生成鹽。

肌苷與堿結(jié)合生成肌苷鈉鹽，它和水結(jié)合生成帶有2.5個(gè)結(jié)晶水的肌苷鈉晶體，這促使得它在水中溶解度有所提升。因此在肌苷工業(yè)生產(chǎn)中可以利用肌苷和肌苷鈉鹽的溶解度有差別的這一特性，通過改變?nèi)芤簆H值的手段，將肌苷從溶液中結(jié)晶而提純分離。 肌苷不但能與堿發(fā)生中和反應(yīng)，同時(shí)也能和酸發(fā)生中和反應(yīng)生成鹽，這是因?yàn)榧≤辗肿由系膲A基的氮原子和酸性溶液的氫離子反應(yīng)的結(jié)果。在肌苷工業(yè)中，通過這一特性將肌苷的發(fā)酵液調(diào)為酸性溶液，使得肌苷分子成為攜帶正電荷的離子。這樣肌苷發(fā)酵液可以通過陽離子交換樹脂，肌苷會(huì)吸附在樹脂上，其它不帶正電荷的物質(zhì)可以不被吸附直接流出，從而達(dá)到肌苷分離的目的。 肌苷不管是在酸性溶液還是在堿性溶液中均能發(fā)生降解，只有在中性的溶液里則比較穩(wěn)定。

所以，如果要長(zhǎng)時(shí)間使用肌苷溶液需要將肌苷保存在中性溶液中，即在肌苷溶液中加入中性磷酸鹽的緩沖液，加熱并調(diào)節(jié)pH為7.4，這樣溶液可以保存6個(gè)月左右。這樣做可以減輕檢測(cè)工作的工作量，只需在檢測(cè)時(shí)將肌苷溶液調(diào)節(jié)至所需的酸度值，從而使檢測(cè)分析條件得以滿足。 在酸性條件下，肌苷能被降解為次黃嘌呤和D-核糖，這一反應(yīng)被稱為是酸性催化水解反應(yīng)。而在堿性條件下，肌苷可能進(jìn)行三個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)。因此，在工業(yè)生產(chǎn)過程中肌苷產(chǎn)量的損失，主要就是因?yàn)樗嵝运夥磻?yīng)和堿性條件下的三個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)。所以在肌苷的發(fā)酵生產(chǎn)和工藝提純中，都應(yīng)盡量減少肌苷在酸性和堿性條件下的存放時(shí)間，從而將肌苷產(chǎn)量的損失降到最小值。

【生產(chǎn)方法】

肌苷生產(chǎn)方法主要包括化學(xué)合成法、酶解法和發(fā)酵法三種?；瘜W(xué)合成法由于其工藝復(fù)雜、設(shè)備條件要求高等原因，加上有機(jī)溶劑的大量使用存在原料來源和環(huán)境污染問題，此方法如今在工業(yè)生產(chǎn)上已逐漸被淘汰。酶解法主要是以RNA為原料，通過切斷其5’-OH和3’-OH位上結(jié)合的磷酸二酯鍵達(dá)到生產(chǎn)核苷的目的，但由于分解過程中產(chǎn)生大量的嘧啶核苷酸，而這些物質(zhì)暫時(shí)還沒能得到很好利用，造成了資源浪費(fèi)。當(dāng)前國內(nèi)外多采用發(fā)酵法生產(chǎn)肌苷，該方法的顯著特點(diǎn)是成本低、效益高，其原理是利用菌株具有合成某種特定核苷酸的能力，通過對(duì)其進(jìn)行誘變處理，選育出營養(yǎng)缺陷型及核苷結(jié)構(gòu)類似物抗性突變株，解除代謝過程中的反饋?zhàn)瓒艉头答佉种?，可以過量積累所需產(chǎn)物。

構(gòu)建出肌苷高產(chǎn)基因工程菌株后，在生產(chǎn)上需經(jīng)過嚴(yán)格的菌種篩選流程，挑選出活力最高、生產(chǎn)代謝能力最旺盛的優(yōu)良菌株，再經(jīng)過二至三級(jí)種子放大培養(yǎng)，將種子液移入發(fā)酵罐進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，在此過程中，需要嚴(yán)格控制種子和發(fā)酵培養(yǎng)基的成分，特別是碳、氮源的合理利用和搭配，有效控制代謝流方向，盡可能抑制EMP途徑而增強(qiáng)HMP途徑，為肌苷合成提供大量前體物質(zhì)PRPP(5-磷酸核糖-1-焦磷酸)，并為產(chǎn)物合成提供大量還原力NADPH(還原型輔酶Ⅱ)。此外，還需采用合適的pH、溫度、通風(fēng)量等發(fā)酵培養(yǎng)條件，使菌種在最優(yōu)環(huán)境下最大程度積累肌苷。

【生物合成路徑】

1.肌苷的全合成途徑 在肌苷的全合成途徑中，關(guān)鍵酶有磷酸核糖焦磷酸(PRPP)轉(zhuǎn)酰胺酶，IMP脫氫酶和sAMP合成酶。從IMP開始分出兩條環(huán)形路線，一條經(jīng)過黃苷酸（XMP）合成鳥苷酸（GMP），再經(jīng)GMP還原酶的作用生成IMP;另一條經(jīng)過琥珀酰一磷酸腺苷（sAMP）合成腺苷酸（AMP），再經(jīng)AMP脫氨酶的作用生成IMP，該路徑可實(shí)現(xiàn)AMP和GMP的相互轉(zhuǎn)變。IMP由全合成途徑生成后,再經(jīng)脫磷酸化即轉(zhuǎn)變?yōu)榧≤铡Ｔ谠摵铣赏緩街?，PRPP轉(zhuǎn)酰胺酶受AMP系和GMP系任一物質(zhì)的反饋抑制，并專一性被AMP和ADP強(qiáng)烈抑制，但被IMP、GMP、ATP和XMP的抑制就較弱。IMP脫氫酶受GMP的強(qiáng)烈抑制（58%），受ATP、XMP、ADP的抑制分別為50%、39%、20%，如果缺失該酶則為黃嘌呤缺陷型（Xan-）突變株；sAMP合成酶僅特異性受AMP系物質(zhì)的反饋?zhàn)瓒?，如果缺失該酶則為腺嘌呤缺陷型（Ade-）突變株。由PRPP到IMP合成途徑中的酶均受到鳥嘌呤核苷(GR)或腺嘌呤核苷（AR）的阻遏，而當(dāng)兩者同時(shí)存在時(shí)具有相乘效應(yīng)，阻遏作用更加強(qiáng)烈。

2.肌苷的補(bǔ)救合成途徑 當(dāng)培養(yǎng)基中腺嘌呤和鳥嘌呤過量時(shí)，對(duì)PRPP轉(zhuǎn)酰胺酶有阻礙作用，而導(dǎo)致全合成途徑無法進(jìn)行，這時(shí)菌株需通過補(bǔ)救途徑合成肌苷。

圖1為肌苷的補(bǔ)救合成途徑

補(bǔ)救途徑也稱為短路合成或分段合成途徑，微生物可以從培養(yǎng)基中取得完整的嘌呤環(huán)，與戊糖、磷酸通過酶促反應(yīng)直接合成嘌呤單核苷酸。與補(bǔ)救途徑有關(guān)的酶包括核苷磷酸化酶、核苷酸焦磷酸化酶和核苷酸磷酸激酶。其中以核苷酸焦磷酸化酶所催化的反應(yīng)最為重要?？莶菅挎邨U菌能利用外部添加的次黃嘌呤，通過核苷酸焦磷酸化酶的作用，使嘌呤堿基與PRPP合成相應(yīng)的嘌呤核苷酸。在該途徑中的酶都被多種嘌呤核苷酸所抑制，嘌呤堿基、核苷、核苷酸之間通過補(bǔ)救途徑互相轉(zhuǎn)化，其中PRPP是活性中間體。在ATP的存在下，次黃嘌呤(Hx)、鳥嘌呤(Gu)、腺嘌呤(Ade)等的嘌呤堿基與5’-磷酸核糖生成各自相應(yīng)的嘌呤核苷酸IMP，GMP，AMP。

【用途】　

1.肌苷為人體正常成分，參與體內(nèi)核酸代謝，能量代謝和蛋白質(zhì)合成。肌苷可以直接透過細(xì)胞膜進(jìn)入人體細(xì)胞，使處于低能缺氧狀態(tài)下的細(xì)胞恢復(fù)正常水平，繼續(xù)進(jìn)行新陳代謝，并能活化丙酮酸氧化酶類，提高輔酶A的活性，具有激活細(xì)胞，刺激代謝等良好的作用。肌苷有助于受損肝細(xì)胞功能的恢復(fù)，還可刺激體內(nèi)產(chǎn)生抗體，并提高腸道對(duì)鐵的吸收。

2.肌苷可作為食品或醫(yī)藥原料的中間體，適用于各種原因引起的白細(xì)胞減少癥、血小板減少癥、各種心臟疾患、急性及慢性肝炎、肝硬化等，此外尚可治療中心視網(wǎng)膜炎、視神經(jīng)萎縮等。

3.以肌苷為起始原料，還可合成多種抗病毒藥如異丙肌苷、無環(huán)鳥苷等。異丙肌苷是一種待開發(fā)的肌苷衍生物，除具有抗病毒作用，還具有增強(qiáng)記憶和延緩衰老功能，可作為延緩衰老的保健用藥；無環(huán)鳥苷是第二代新型廣譜抗病毒藥，其合成工藝路線為：先由肌苷轉(zhuǎn)化為次黃嘌呤，然后合成乙酰鳥苷再進(jìn)一步合成無環(huán)鳥苷。

4.在食品工業(yè)上，肌苷主要用于合成食品增鮮劑5’-肌苷酸鈉，它可與鳥苷酸鈉、谷氨酸鈉以一定比例混合制成復(fù)合鮮味劑“I+G”，其鮮味對(duì)比傳統(tǒng)的味精提高200多倍。目前，雞精、增鮮劑呈味核苷酸二鈉(I+G)等的市場(chǎng)需求每年以15-20%的速度增加。

5.肌苷有很高的藥用價(jià)值，可用于治療肝臟疾病、心臟疾病、白血球減少癥、貧血病、血吸蟲病、中心視神經(jīng)膜炎、視神經(jīng)萎縮、放療造成的血小扳減少癥以及毛地黃中毒等癥。

6.同時(shí)肌苷是一種輔助保肝類藥物，肌苷在進(jìn)入肝細(xì)胞后可以促進(jìn)肝細(xì)胞的活化，提高肝功能，加快肝細(xì)胞修復(fù)的速度同時(shí)他還可以加強(qiáng)白細(xì)胞的增生的作用。因此作為一種搶救肝昏迷患者的藥物。

【主要參考資料】

[1]張小蘭. 肌苷產(chǎn)業(yè)化工藝控制及發(fā)酵條件研究[D].華南理工大學(xué),2014.

[2]黃倩. 肌苷發(fā)酵工藝條件研究[D].河南師范大學(xué),2013.