5.10 叶酸

5.10.1 结构与性质

叶酸亦称蝶酰谷氨酸,他的结构式如图5-30。为黄色结晶,不溶于冷水,但其钠盐很容易溶解。在PH4以下被分解为其组成物:蝶啶(pteridine)、对氨基苯甲酸及谷氨酸。在PH5以上比较稳定。他不存在于自然界中也无生物活性;但为具有生物活性的叶酸盐(floate)的前体。从病毒到人都需要叶酸盐,它是-碳化合物转移的中间体。将叶酸盐必须有下列三点:①将吡嗪环还原为二氢及四氢叶酸两种形式。二氢叶酸(dihydro  folate,fh2)在哺乳类动物中组织中的二氢叶酸还原酶作用,在NADPH参与下,还原为四氢叶酸(teetahydrofolate,THFP);②将谷氨酸的数目增多,可增到7个;③在N5或N10处联结1-C基团。有些叶酸盐类似物如氨基蝶呤、氨甲蝶呤等能与二氢叶还原酶发生不可逆的结合,阻止了四氢叶酸的生成,从而抑制了1-C基团的转移。

叶酸和四氢叶酸的结构式

图5-30 叶酸和四氢叶酸的结构式

5.10.2 代谢

食物中叶酸盐为谷氨酸结合型者,在消化道内被上皮细胞溶酶体结合分解成单谷氨酸,再还原至THFA,才被小肠吸收。在血及组织液中主要为N5-甲基THFA。在细胞内者以多谷氨酸形式贮存。体内储存约5~10mg,其中一半储存于肝内,但通过细胞壁运输时,被血浆或组织中结合酶所分解。血清中有两种叶酸盐结合蛋白,一种结合量大但亲和性较小;另一种结合最小但亲和性大。前者为白蛋白,后者为β-球蛋白。血清中结合蛋白对氧化型叶酸盐(FH2)的亲和力较还原型者(THFA)要大,可能由于把氧化型的运输至肝内加以还原。血清中叶酸盐含量男女成人儿童之间无区别,但孕妇中结合能力增加,血清叶酸盐含量较高。新生儿的血清结合能力高,血清及红细胞中叶酸盐水平都是最高的。

体内的叶酸盐与细胞中蛋白结合,或在细胞膜上,或在细胞内。

(1)细胞膜上结合蛋白 小肠上皮细胞膜,脉络膜,肝、肾细胞膜上都有这种蛋白。肾中结合蛋白可能与肾小管叶酸再吸收有关。腹腔注射[3H]叶酸盐后0.5h,放射性在核及微粒体膜上,但稍长时间后,大多数叶酸盐与细胞浆及线粒体的蛋白相结合,叶酸盐为还原型及含多谷氨酸,这个现象说明叶酸首先与质膜上的蛋白相结合,而进入到细胞内。

在脑脉络丛的质膜中,也有可以与叶酸结合的蛋白。他与N5-甲基THFA)与蛋白相结合。在肝中也有结合蛋白,主要在肝的线粒体及胞浆部分。胞浆部分的蛋白用交链葡萄聚糖胶G-150柱层析法分成三部分,即FBP-CⅠ、FBP-DⅡ及FBP-CⅢ。线粒体部为MFBP。结合的叶酸为多谷氨酸者的,未结合者为单谷氨酸者。FBP-CⅡ部分在肝中最多,其次为肾。叶酸盐供应不足时,其蛋白量不减,未结合之叶酸盐减少较多,结合者减少较少。MFBP,进一步用DEAE-纤维素层析法可分成二部分:一部分与2甲基甘氨酸脱氢酶相结合;另一部分与四基甘氨酸脱氢酶相结合。但是否参与这些酶的反应,尚待进一步探讨。

叶酸盐在尿中及胆汁中排出。排出物在尿中主要为乙酰氨基苯甲酰谷氨酸(Acetamidcbenzoyglutamicacid),但也观察到注射标记的叶酸盐后,大部分放射活力从胆汁中由不具有生物活性的物质排出,其性质尚不明了。

5.10.3 生理功用

THFA可携1C基团,他是1C基团转移的中间物。

(1)丝氨酸与甘氨酸的转变 丝氨酸通过转羟甲基酶作用,将β碳原子转移至THFA上,并脱去一分子水,形成亚甲基THFA及甘氨酸,这个反应为可逆的,也可由甘氨酸合成丝氨酸。

(2)组氨酸中间代谢上的作用 组氨酸中间代谢产物N-亚氨甲基谷氨酸与THFA作用,生成N5-亚氨甲THFA及谷氨酸。

(3)高半胱氨酸与N5-甲基THFA作用合成蛋氨酸及THFA,在此反应中需要维生素B12参加,先将N5-甲基THFA高半胱氨酸转移酶上,然后再转移到高半胱氨酸上合成蛋氨酸,同时将N5甲基THFA变成了THFA。

(14)嘌呤的合成 从5-磷酸核糖焦磷酸起始,经过一系列酶促反应生成嘌呤核苷酸,其中有些步骤需要THFA衍生物将1-C基团转移,即嘌呤的2,8位C来源于THFA衍生物所携带的1-C基团。

(5)胸腺嘧啶核苷酸的合成 胸腺嘧啶核酸由尿嘧啶核苷酸,通过胸腺嘧啶核苷酸合成酶(thymidytesynthetase)作用,以维生素510亚甲基THFA为甲基供体转变而来。这个反应中所生成的FH2,为FH2还原酶催化,由NADPH供给氢,还原为THFA。

叶酸盐的缺乏导致巨红细胞性贫血,这种形态上的改变,可能由于叶酸盐缺乏影响核酸代谢,尤其是对胸腺嘧啶合成的影响所致。胸腺核苷酸为DNA合成的关键。细胞中有胸腺嘧啶激酶,可使细胞摄入已形成的胸腺嘧啶。这一途径对重新利用细胞破坏后分解出来的胸腺嘧啶提供可能性,但为胸腺嘧啶核苷酸的合成所抑制。若将脱氧尿嘧啶加入到正常骨髓细胞培养基中,由于可以合成胸腺嘧啶,因而抑制了已有的胸腺嘧啶纳到DNA。巨红细胞性贫血病人不能由尿嘧啶合成胸腺嘧啶,因此,不能抑制已有的有胸腺嘧啶的纳入。这个试验说明了正常人的骨髓细胞功能与患者不同,以及叶酸盐缺乏所导致的巨红细胞贫血的可能发病机理。

5.10.4 来源

叶酸盐在自然界广泛存在,动物物中都有。肝、肾、绿叶蔬菜、土豆、麦麸等含量丰富,但在自然界中为多谷氨结合型者。在烹调中及暴露于空气及光中易被破坏。在长时间烹调或作罐头的过程中,可破坏50~95%。牛乳可用巴氏消毒法毒后,含量约为168.9nmol/L,但煮沸1min,损失2/3。加入维生素C钠盐可以预防破坏,亦有利于叶酸的还原。

5.10.5 需要量

叶酸赵最低需要量为50μg,婴儿50μg,1~3岁100μg、4~6岁200μg,7~10岁300μg、孕妇800μg。FAO/WHO提出供应量为:成人200μg(完全吸收情况下)、婴儿50μg、儿童100μg、孕妇400μg、乳母6~8倍。出生时红细胞中叶酸衍生物浓度最高,早产婴儿没有正常新生儿高。在怀孕最后几周内及哺乳期从母体运输至胎儿的量增多,乳中也有叶酸盐结合蛋白,有利于叶酸盐从母亲血液中输入至乳中,在乳中叶酸盐与蛋白结合,使其不易为肠道细菌所利用,便于婴儿吸收。所以妊娠末期,乳母需要量增加,生长期儿童及青春期叶酸需要量都增加。

由于叶酸供应不足,妊娠末期产娠早期易有巨红细胞型贫血。某些药物及叶酸类似物如抗癌药4-氨基-N10-甲基-叶酸(methotrexate,MTX)及抗疟药2,4-二氨基-5-(氯苯基)-6-乙基嘧啶(pyrimethamine),都对叶酸盐有拮抗作用。美国禁止使用大剂量叶酸,不得超过400μg。由于他虽可以治疗维生素B12的神经疾患,为了避免大量叶酸可以掩盖维生素B12之不足,所以不主张用大量的叶酸。