核糖核酸的应用

【背景及概述】^[1][2][3]

核糖核酸无论在医药、保健品、食品加工业，还是在植物生长和防病虫害方面都有非常广泛的应用前景，得到了欧美许多国家的高度重视。随着社会老年化的发展趋势，具有抗衰老作用的核酸类保健品会更加引人注目。在我国，随着经济的发展和人民生活水平的提高，全民的保健意识逐步加强，保健品每年的销售额已超过了300亿元，品种繁多，有成百上千种，但真正符合要求的为数不多，大批伪劣或不合格的产品将会被市场所淘汰，而且，我国也正在步入老年化社会，这就为一系列核酸保健品提供了更加广阔的市场空间。目前，虽然我国 核酸类保健品的品种少，占有的市场份额低，有的产品如核酸口服液还处于研制开发阶段，但是这类 保健品一定会成为今后保健市场上的一颗灿烂之 星。作为临床药物，只要能解决好其在体内的运载及透膜能力，药物在细胞内的稳定性、亲和力等问题。其应用前景十分诱人。在农业上，核糖核酸作为新型的生物农药，在我国这么一个农业大国，广泛推广使用，完全符合我国可持续发展这一方针政万方数据策。由于目前核糖核酸产品价格因素，限制了它的 大量使用，因此，解决好低成本生产核糖核酸是关键问题所在。采用新方法新工艺，提高技术水平，是大量生产核糖核酸且能够廉价供应的途径。

【结构】^[3]

几乎所有的tRNA都呈三叶草型二级结构：

【组成及功能】^[1]

核糖核酸(ribonucleic acid) 主要是由腺苷酸(AMP)、鸟苷酸(GMP)、胞苷酸(CMP)和尿苷酸(UMP)四种核糖核苷酸组成的多核苷酸链。RNA中的核苷酸之间和DNA一样，以3′，5′-磷酸二酯键连接形成多核苷酸链链内核苷酸的排列顺序为RNA的一级结构。RNA基本上以单链状态存在。RNA单链上某些区段由于自身回折可形成碱基配对：鸟嘌呤与胞嘧啶配对(G≡C)； 腺嘌呤与尿嘧啶配对(A=U)，从而构成局部双螺旋结构。另一些未配对的区段形成突环。此即RNA的二级结构。在动物、植物和微生物细胞中都含有三类主要的RNA：核糖体RNA(rRNA)、信使RNA(mRNA)和转移RNA(tRNA)。rRNA按其沉降系数(S)划分为多种。原核生物中有三种：23S rRNA、16S rRNA和5S rRNA；真核生物中有四种：28S rRNA、18SrRNA、5.8S rRNA和5S rRNA。rRNA是构成核糖体的成分。核糖体是蛋白质生物合成的部位。mRNA种类很多，分子大小极不相同，分子量在2.5×(10⁴～10⁶)。mRNA是以DNA的某一片段为模板合成的，并带有该段DNA的遗传信息。

在蛋白质生物合成中起模板作用。tRNA种类较多，在细胞质中以游离状态或与氨基酸相结合的状态存在，每种氨基酸都有1至几种与之特异结合的tRNA。tRNA通常由73～93个核苷酸组成。tRNA中含有很多修饰碱基，如各种甲基化碱基、假尿嘧啶(ψ)及二氢尿嘧啶(D)等。在tRNA中由某些碱基配对形成茎，未配对的碱基形成环。tRNA的5′-端是被磷酸化的。3′-端为CCA，是结合氨基酸的部位。tRNA的反密码子环中间的三个碱基组成反密码子，按碱基配对的原则识别mRNA上的密码子。tRNA的主要功能是携带活化的氨基酸，并将它运到与核糖体结合的mRNA的相应密码子处，用来合成蛋白质。近年来发现酵母苯丙氨酸tRNA的三级结构为倒L型。中国科学家于1981年人工合成了具有生物活性的酵母丙氨酸tRNA。

【应用】^[3][4][5]

1. 医药上的应用

免疫核糖核酸是动物体 内一种具有转移免疫性功能的生物大分子，是一种 重要的免疫触发剂或免疫调节剂。通过用肉瘤免疫绵羊制取的淋巴细胞核糖核 酸对大鼠进行实验，发现核糖核酸能抑制大鼠同一 肿瘤的生长，甚至消除，首次证实了免疫核糖核酸 能传递免疫信息。把从免疫羊肝中提取得到的免疫核糖核酸做成制剂注入体内，发现对肿瘤与癌症有明显的疗效并能提高机体的免疫功能，而且未出现不良的副作用；从脾脏中 提取得到的免疫核糖核酸直接制成针剂注入体内，可激活人体的A 细胞的活性，同样有提高人体免疫功能的作用，对于一些与人体免疫功能 下降有关的疾病如慢性支气管炎、哮喘病、慢性乙型肝炎等，以及如胃癌、乳腺癌、大肠癌、鼻咽癌、肺癌等恶性肿瘤有显著的疗效。虽然免疫核糖核酸在国内外都已经用于临床治疗，但是其作用机理尚不清楚，在生产工艺及活性测定等方面仍然存在 一定的问题，给推广使用带来了一定的难度。 另外，从微生物或动物器脏中提取的核糖核酸 用作临床药物的应用研究也较多，如由酵母提取出来的核糖核酸制成片剂，用来治疗黄疸型肝炎，在服用期间不用其他的保肝药物，经临床观察，无不良药物反应，且治疗的效果十分明显； 从猪肝里提取的核糖核酸可用于治疗慢性肝炎及其它肝脏类疾病，大部分病人服用后，免疫力有很大提高，食欲增强、体重增加、病情减轻或消除。近年来，反义核酸的研究更加引人瞩 目。通过对核酸骨架、核糖、碱基及在末端引入各种基团后用于治疗，能够高效准确地作用于靶细胞，抑制肿瘤或病毒细胞基因的转录与翻译，用量少，作为新型的肿瘤治疗用药，具有广泛的应用前景。 作为重要的医药中间体，核糖核酸降解后得到的核苷酸、核苷及碱基都是用途广泛的药物，它们的衍生物在抗肿瘤和抗病毒方面的应用则更为显著，如尿嘧啶及其衍生物是至今人类所使用的最重要的抗病毒、抗肿瘤药物；"氟尿嘧啶可抑制合成酶，用于固形癌的治疗；鸟嘌呤具有促进视紫质代谢、明目的功能，胸腺嘧啶对促进脑磷脂代谢、治疗脑外伤、脑血栓有一定的作用。

2. 保健和食品上的应用

科学研究证明人体的衰老与体内合成核酸能力的高低密切相关。随着年龄的增加，合成核酸的 能力会逐渐减弱，造成体内核酸及组成成分的不足，产生人体各种衰老现象，如皮肤衰老、机体疲劳、记忆力下降等。假如这时人体核酸摄入量不足，就会导致核酸缺乏症，引起人体免疫功能的退化和老化，损害人体的免疫功能，造成严重的后果。把核糖核酸及其他核酸类物质相配合制成保健品，或添加到食品中去制成功能性食品，有利于人体补充核酸，使核酸代谢处于旺盛状态，可以达到抵抗衰老，延长人体寿命，提高人体免疫功能及治疗疾病的目的。如现有的核酸口服液，药理学实验证明具有调节机体免疫功能的作用，而且无明显毒副作用，使用安全；采用新 万方数据 的核酸膳食治疗高血脂症，对降低高血压、高血脂，改善动脉粥样硬化病效果十分明显，而且该疗法从生成蛋白质的核酸入手，加上以合理营养平衡 膳食的方法，从根本上解决问题。在日本就把核酸广泛地应用于保健品，饮食服务，食品加工及家庭烹调上，核酸类物质的广泛使用使日本人的体质大大的增强，平均寿命也大幅度提高。我国的一些大城市如北京、上海也开始研制核酸类保健品及调料。是以北京南方生物资源研究所开发的来福核酸调味品、食品添加剂美味素、美味增强剂、超级调料及生命素为标志的核酸饮食疗法，掀起了新的营养方法。这些核酸类食品既是划时代创新的美味调料，也是新一代的保健食品。它的研制成功同时标志着我国营养保健品从传统的补品和目前的氨基酸型、微量元素型、多糖类型及维生素型等单一型发展成为以核酸类物质为主体的全营养剂型，标志着调味品从单一谷氨酸钠型转变成核酸-核苷酸-氨基酸型的全方位全剂型。这类保健品的开发与推广，大大推动了我国保健事业的飞速发展。

3. 在其他方面的应用

在保护环境方面，核糖核酸有很重要的意义。核糖核酸及其降解物的衍生物作为抗菌素，可用于防治植物病菌的农药，这类农药对人体无毒害，对环境无污染。在环境污染日趋严重的当今，对这类农药的开发与大规模的推广利用十分具有社会价值。核糖核酸及其水解物可作为促进作物生长、结果的生长素，在一些作物如水稻、柑桔、蔬菜上使用，起到了明显增产的效果。添加到一些化妆品中，可以促进蛋白质合成、有滋润皮肤的作用。然而，国内在这些方面的应用研究则显得相当落后。

【制备】^[3][5]

目前，直接用微生物发酵法生产核糖核酸，虽然在产率上已具有了工业化的价值，但是因核糖核酸是大分子物质，发酵液的粘度高，要提取发酵液中的核糖核酸在技术上目前仍然有很大难度，至今也未完全实现工业化生产。从微生物中提取核糖核酸是目前工业生产上最为实际和有效的方法，特别在一些发酵液和其它生产废液、废渣中通常有 一些富含核糖核酸的菌体，经常会作为废物排放，这样不但会污染水源，破坏生态环境，而且也是资 源的一大浪费，利用这部分废弃的菌体提取核糖核酸可变废为宝，不仅使资源利用充分，而且有利于环境的治理。如从味精生产废液中的菌体提取核糖核酸产品。

制备核糖核酸的方法主要有盐法、碱法、苯酚法。前2种方法生产得到的核糖核酸，可以直接用作生产核苷酸的原料。盐法是工业生产上从酵母等一些微生物提取核糖核酸最常用的方 法。苯酚法在工业上主要是用于动物器脏核糖核 酸的提取，与前述的方法不同，在提取的过程中不需加热，制得的核糖核酸具有生物活性，该类核糖核酸在临床上作为针剂应用为多。国外近些年在提取核糖核酸的技术上不断地在改进，并申请了相关的专利，我国福建莆田糖厂开发的优质核糖核酸生产工艺，工艺流程简单合理，产品的纯度高，每年有几十吨销往德国、意大利等国家。南京化工大学也开发出新的工艺流程和制备核糖核酸的方法，有望在近期实现产业化。

【主要参考资料】

[1] 中国农业百科全书·兽医卷 上

[2] 董再珍, 王龙. 核酸对机体作用的研究[J]. 中国药学杂志, 1995, 30(12): 725-727.

[3] 朱才庆, 徐炎炎, 应汉杰, 等. 核糖核酸的应用与制备[D]. , 2001.

[4] 吴莉莉. 低浊度核糖核酸生产工艺技术[J]. 广西轻工业, 2000 (2): 18-20.