S-腺苷-L-蛋氨酸的生理作用和制备方法

背景及概述^[1]

S‑腺苷‑L‑蛋氨酸（SAM）和谷胱甘肽（GSH）是生物体内两种重要的生物活性分子。SAM,又名腺苷甲硫氨酸,是甲硫氨酸的活性形式,在动植物体内广泛存在,由底物L‑甲硫氨酸和三磷酸腺苷（ATP）经S‑腺苷甲硫氨酸合成酶（EC2.5.1.6）酶促合成的。SAM与人体中许多代谢过程密切相关,是一种改善细胞代谢的生化药物,可以通过转硫基增加肝内GSH、硫酸根及牛磺酸水平,防止肝炎、脂肪肝、肝纤维化、肝硬化和肝癌,也可防止酒精、药物和细胞素对肝脏的损伤。SAM对于关节炎、纤维性肌肉、偏头痛等疾病也具有很好的治疗效果,而且副作用小。早在上世纪70年代,欧洲已将SAM作为治疗关节炎的处方药使用。1999年,美国FDA批准SAM作为保健品上市,在美国己成为最畅销的营养品之一。

生理作用^[2]

在生物学上,SAM具有转甲基、转氨丙基和转硫等多种生理作用。

转氨丙基作用

SAM通过转氨丙基参与生物胺的合成,亚精胺和精胺是真核生物中重要的多胺。SAM脱羧后生成5’-甲硫腺苷（MTA）,接着将氨丙基转移给亚精胺或腐胺生成相应的精胺和亚精胺在正常条件下,此代谢途径在体内SAM代谢中所占的份额不超5%,而在肝移植和早期肝癌患者中,发现此代谢途径会被诱导强化。

转硫作用

SAM是同型半胱氨酸和谷胱甘肽(GSH)等含硫化合物的活性前体。SAM通过转硫作用生成同型半胱氨酸,随后分解代谢生成半胱酸,再生成谷胱甘肽(GSH)。GSS是生物体内重要的抗氧及解毒物质。在慢性肝病患者中,GSH水平会下降,其部分原因是SAM减少所至。

转甲基作用

SAM是体内的重要的甲基供体,目前已发现,至少有35种不同的甲基转移酶反应需要SAM作为甲基供体。许多含氮物质的生物合成都要从SAM获取甲基,如肌酸、胆碱、肾上腺素、肉碱、肌碱等。SAM还参与核酸与蛋白质的甲基化修饰,如RNA链上核糖的羟基和碱基氨基在甲基化时都需要SAM的参与。近年来对DNA的甲基化修饰的意义也越来越受到关注。蛋白质的甲基化修饰主要指蛋白质翻译后的加工修饰。

制备^[2]

SAM的制备方法主要有化学合成法、发酵法和酶促转化法3种。

1、化学合成法

化学合成法主要采用S-腺苷同型半胱氨酸(S-adenosylhomocysteine)和甲基供体反应合成。1987年,JoseR.等分别使用碘甲烷（CH3I）和三甲基碘锍盐（TMSI）作为甲基供体与S-腺苷同型半胱氨酸进行反应。以碘甲烷为甲基化试剂时,用85%的甲酸为溶剂,置于暗处3-5天,反应完成后,产物用树脂分离后得到的有效的(S,S)-腺苷蛋氨酸含量在40%左右。当用TMSI反应时,随着反应体系中二甲基硫化物浓度的增加,TMSI的反映活性下降,使得最后的产物中副产物的含量占较大部分,有效的(S,S)-腺苷蛋氨酸的含量在40%-50%间。

以上二种方法,因为所用甲基化试剂不对称选择的非特定性,不能有效的提高(S,S)-腺苷蛋氨酸的含量,使得二者都不能用于大规模的生产。

2、发酵法

微生物发酵法生产制备腺苷蛋氨酸过程中使用的微生物有酵母、霉菌、细菌等。用酵母发酵生产腺苷蛋氨酸,首先用商用面包酵母或酿造酵母的干酵母进行与L-蛋氨酸的酶促反应,从而在酵母细胞内积累腺苷蛋氨酸。在25-30℃下培养48h后,对S-腺苷蛋氨酸进行提取纯化。1959年又报道了改进的腺苷蛋氨酸分离方法。他们还是利用活酵母和活性干酵母作为生产菌种,只是对发酵完的S-腺苷蛋氨酸的提纯做了一些改进。以Aspergillustamarii为菌种,用培养基在28℃下培养三天,然后将生成的S-腺苷蛋氨酸分离纯化。产率为20.5μmol/g干酵母。日本里昂公司研究了利用细菌来生产腺苷蛋氨酸。他们对细菌开展了多方探索,结果发现以类产碱杆菌(Alcaligenes)、变形杆菌(Proteus)、粘质赛氏杆菌(Serratia)、土壤杆菌(Agrobacteri)、节杆菌、纤维杆菌(Cellulomonas)、哈夫尼菌(Hafinia)、欧文氏菌(Erwinla)、柠株酸杆菌(Citrobacter)等属微生物菌体处理为酶源,可以从ATP和蛋氨酸高效率合成腺苷蛋氨酸。这些细菌的培养基可以是含有碳源、氮源、无机盐以及必要的有机微量营养源的普通培养基。生成的腺苷蛋氨酸可用常法从反应液中分离。例如将腺苷蛋氨酸含有液与强酸性阳离子交换树脂接触,吸附腺苷蛋氨酸后用硫酸溶出,在溶出液中添加磷钨酸使腺苷蛋氨酸沉淀的方法,在含有腺苷蛋氨酸的溶液中添加苦酮酸的饱和溶液或饱和新水性有机溶剂溶液,使腺苷蛋氨酸作为苦酮酸盐沉淀的方法。

3、酶促转化法

酶促转化法是近年来生产SAM的热点之一,它与化学合成法、发酵法相比,具有终产物积累量高、分离提纯容易、反应周期短以及无污染等优点,是较为有效的工业化生产方法。酶促转化法主要利用SAM合成酶催化底物L-蛋氨酸和ATP生成(-)型SAM,且SAM合成酶有三磷酸酶活性,使三磷酸分解为焦磷酸和磷酸,酶促反应如下:

SAM合成酶广泛存在于动、植物和微生物体内。Cantoni首次用从大鼠肝脏中提取出来的SAM合成酶,催化底物L-蛋氨酸和ATP合成出SAM。随后又有人从大肠杆菌和酵母中分离SAM合成酶并用于SAM制备。近年来,在美州黑杨,水稻等多种植物上已成功克隆出SAM合成酶基因,也有学者对茶树叶片进行研究并获得了SAM合成酶的基因全序列。尽管SAM合成酶在多种生物体内已被发现,但其含量少,酶活不高,而且分离纯化困难。例如400g酵母干细胞只能分离纯化得到8U腺苷蛋氨酸合成酶。而基因工程技术的发展使获得大量高活力的SAM合成酶成为可能。随着人们对SAM合成酶的深入研究,大肠杆菌,酵母等微生物细胞内的SAM合成酶及其基因的核苷酸序列已陆续有所报道。

参考文献

[1]CN201210285900.6一种S-腺苷-L-蛋氨酸和谷胱甘肽联产发酵方法

[2] 张靖达. S-腺苷-L-蛋氨酸的不对称合成研究[D].华中科技大学,2007.