亚精胺(Spermidine),又叫精,是一种天然存在的多胺,是由
腐胺和
腺苷甲硫氨酸形成的。其
化学式为C7H19N3,相对分子质量为145.25,常温下以液态存在,为无色化合物,
沸点为129℃,在水、
乙醚和
乙醇中均可溶。亚精胺,以游离形式或以与
脂肪酸、
肉桂酸生成结合物的形式广泛存在于植物界(如燕麦、烟草、番茄、大豆等);在动物体内主要存在于心脏、精子和卵子中。蘑菇、奶酪、
坚果及一些发酵食品中也含有亚精胺。
相关动物实验表明,通过改善自噬功能,亚精胺具有改善
线粒体、延长寿命、抑制肾
纤维化的作用。人类食品消费研究显示,亚精胺摄入量低与心脏病和
中风的高风险相关。研究显示,亚精胺既促进了
细胞的自噬,还能促进
核酸和
蛋白质的
生物合成。对于植物,研究表明,其能有效地阻止幼嫩叶片中叶绿素的破坏,延缓果实后熟衰老,能与
脱氧核糖核酸的双螺旋结合等。
在医学领域,亚精胺可用作制作
聚电解质胶囊,作为进展期前列腺癌抗雄激素治疗的标志物,其含量可作为辅助诊断癌症的生理生化指标,也可作为神经化合物的抑制剂。在化妆品领域,其具有
抗氧化性,对皮肤成
纤维细胞有增活作用,同时亚精胺与
脂肪酸配合能增加乳状液的稳定性。在农业领域,亚精胺可显著增加
雌花数,提高雌雄花芽比例;刺激植物不定根增加和生长加快,对果实有保鲜效果;还可用作转基因培育农作物。在
生物学反应中,其是
噬菌体核糖核酸聚合酶的体外
转录的
激活剂,同时也在激素调节
核酸代谢过程中起重要作用。
相关历史
1678年,
安东尼·列文虎克 (Antonie van Leeuwenhoek) 用他自制的原始
显微镜首次观察到,在人的精液中存在着一种结晶物质。1924年证明,这种结晶物质是磷酸
精胺。后来在人工合成精胺时发现了亚精胺。以后又在大量生物材料中证明亚精胺的天然存在。植物
多胺(包括
腐胺、精胺、亚精胺)的研究始于20世纪60年代中期,
耶鲁大学高尔斯顿(Galston)实验小组对多胺进行了系统的研究。发现多胺具有刺激植物生长和防止衰老等作用。
法国科学家圭多·克勒默团队一直在研究
细胞的凋亡及自噬,他与
奥地利格拉茨医科大学团队共同对亚精胺进行了研究。他们通过持续在
小鼠饮用水中添加亚精胺,发现可以延长它们的寿命
中位数,同时发现即使在小鼠已达中年时才开始添加,同样能产生效果。2009年,奥地利研究院发现,亚精胺对
果蝇有延长寿命的作用。2016年,科学家因发现了细胞自噬机制,而获得了
诺贝尔生理学或医学奖,而亚精胺被认为可以延长寿命,就是因为其能够激活细胞自噬过程,从而实现细胞组分的降解和循环利用。
分布
亚精胺不仅存在于
核糖体中,还以游离形式或以与
脂肪酸、
肉桂酸生成结合物的形式广泛存在于植物界。如
禾本科燕麦,
茄科植物番茄,烟草,
豆科大豆、豌豆(亚精胺大多存在于顶部倒钩处而基部较少)和许多其他植物中。部分植物
中亚精胺水平如下:
动物体内的亚精胺主要存在于心脏、精子(亚精胺水平为30~366r/ml)和卵子中,其中水产动物
泥鳅体内就富含亚精胺。其他如
小麦胚芽、玉米、蘑菇(尤其是香菇)、
蓝纹奶酪、陈年切达奶酪、牛奶、一些
坚果及一些发酵食品(包括
德国酸菜和
味噌)也发现了亚精胺。
生理作用
动物
相关研究显示,通过改善自噬功能,亚精胺具有明显地延长酵母、
线虫和
果蝇寿命的作用。在
小鼠的延长寿命实验中,给年龄800天的小鼠(相当于人的老年早期)饮水中添加亚精胺和其前体
腐胺,可以明显看到亚精胺的延寿作用,而腐胺没有作用。他们观察到给予亚精胺后,明显地改善老年小鼠心脏的
线粒体功能,通过线粒体自噬减少损伤线粒体的数量。通过使用缺失自噬基因的小鼠证实,亚精胺的延寿效应确实通过增强自噬起作用。另外,在大鼠模型中还发现亚精胺具有抑制肾
纤维化的作用。
人类
经调查,发现经常吃富含亚精胺食物的人群的血压和心脏疾病明显减少。人类食品消费研究显示,亚精胺摄入量低与心脏病和中风的高风险相关。随着亚精胺平均摄入量的增加,风险就会降低。发表在《老年医学》上的相关研究表明,亚精胺长寿效应的原因是,亚精胺既促进了
细胞的自噬,又起到了衰老细胞裂解剂的作用。某研究显示,随着年龄的增长,内源性亚精胺浓度降低,但是百岁老人却表现出比60~80岁老人更高的水平(低于年轻人)。亚精胺能促进
核酸和
蛋白质的
生物合成,主要与
细胞增殖和细胞生长有关。其可作为
真核生物和
原核生物细胞的
生长因子,可促进体内外肿瘤细胞的蛋白质合成,这可能与亚精胺结合到
转运RNA核糖体上稳定其结构与功能有关。
植物
许多研究显示,
多胺(包括亚
精胺、精胺等)能够通过刺激
细胞分裂或扩大促进植物生长,据研究,亚精胺能有效地阻止幼嫩叶片中叶绿素的破坏,但对老叶则无效。另一项研究显示,通过外源亚精胺处理能使
乙烯的生物合成减少,从而达到延缓果实后熟衰老的目的。由于
腺苷甲硫氨酸是亚精胺、精胺与乙烯(ETH)的共同
前体物质,因此可通过竞争性抑制,互相降低含量,这也是多胺延缓衰老的内在原因之一。
亚精胺、精胺能与
脱氧核糖核酸的双螺旋结合,即多胺的
氨基和亚氨基与DNA上的磷酸基相结合。这种结合稳定了DNA的
二级结构,提高了对热
变性和DNA 酶作用的抵抗力。亚精胺能提高
核糖核酸聚合酶的活性,能促进从燕麦叶片分离的
原生质体中RNA 和
蛋白质的合成。
应用领域
医学领域
相关研究发现,亚精胺有助于缓解记忆力减退,可作为神经化合物的抑制剂,抑制颤抖、面部肌肉抽搐以及
肌肉痉挛等其他衰老症状。此外,经某研究证实亚精胺为进展期前列腺癌抗雄激素治疗的标志物。临床也常测定肿瘤患者血液、尿液中的亚精胺等
多胺的含量,并将这些指标作为病情进展和辅助诊断癌症的生理生化指标。其他如亚精胺还可用作制作
聚电解质胶囊:
脱氧核糖核酸可以沉淀到被电解质多分子层包覆的含有亚精胺的模板粒子上,然后根据核心模板粒子的溶解释放到胶囊内部。
化妆品领域
化妆品领域中,亚精胺不仅有显著的抗氧性(特别在不饱和酸体系中,抗氧能力是
丁基羟基茴香醚和
2,6-二叔丁基对甲酚的1.5倍和3倍)、对皮肤成
纤维细胞有增活作用、对生发有促进效果,以及可提高
抗炎药和免疫能力,其若与
脂肪酸配合还能增加乳状液的稳定性(在高水的油包水体系中,用量在0.01%~0.5%)。
农业领域
农业方面,亚精胺可显著增加
雌花数,提高雌雄花芽比例:例如,在雌雄花芽分化期喷施
腐胺、亚精胺可调控
早实核桃花芽分化
雌性分化转变,且表现出雌抑雄的双重效果,其效果随浓度的降低而下降;同时其在延缓果实后熟衰老方面有一定作用,例如,亚精胺处理对猕猴桃采后
抗氧化酶活性及保鲜效果显著;此外,亚精胺还能够刺激
菜豆等的不定根增加和生长加快。
农业上将转基因用氯化钙、亚精胺沉淀,黏附在微小的钨粒或金粒表面,利用基因枪形成的高压气体加速,直接射入植物细胞或
细胞器,转基因整合到植物
染色体脱氧核糖核酸中,然后通过
细胞核组织培养技术,再生植株,筛选阳性转基因植株。此方法可用于培育转基因棉花、玉米、大豆、水稻、小麦、高粱等农作物。
生物领域
在
生物学方面,亚精胺可作
核糖核酸聚合酶的
激活剂:SP6
噬菌体RNA聚合酶和T4或T7噬菌体RNA聚合酶,能识别DNA中各自特异的
启动子序列,并沿此dsDNA模板起始RNA的合成,且不需要
引物。SP6
核糖核酸聚合酶在合成RNA的反应中,需要DNA模板,并且需要Mg²+作为此酶的辅助因子,
牛血清蛋白和亚
精胺是此酶的激活剂。
在动物体内,亚精胺与激素的关系表现在:激素通过亚精胺能够调节
脱氧核糖核酸和RNA的合成,这是激素调节
核酸代谢的途径之一。
理化性质
物理性质
亚精胺
化学式为C7H19N3,相对分子质量为145.25。 常温下以液态存在,无色化合物,
沸点为129℃,在水、
乙醚和
乙醇中均可溶。
化学性质
豆科(如豌豆)中的
多胺氧化酶含Cu,
催化含有一CH₂NH₂
基团(一级
氨基)的胺类,如
尸胺、
腐胺、组胺、亚精胺、精胺、
苯胺等。其氧化后的产物为醛、氨和H₂O₂等。
禾本科中的多胺氧化酶含FAD,主要作用于二级和三级氨基,如亚精胺和精胺,氧化后的产物为吡咯啉和1-(3-氨丙基)-吡咯啉。
生物合成
亚精胺的合成先由
精氨酸转化为
腐胺, 并为其它
多胺的合成提供碳架,
甲硫氨酸向腐胺提供氨
丙基而逐步形成亚精胺与精胺:腐胺处于多胺生物合成的中心,它是由精氨酸转化而来的,由精氨酸形成腐胺有两条途径: 一是在精氨酸
脱羧酶(ADC)
催化下精氨酸先脱羧生成
鲱精胺,然后脱去1分子而变成腐胺;二是精氨酸先脱去1分子脲生成
鸟氨酸,后者在鸟氨酸脱羧酶(ODC)作用下脱羧而生成腐胺。腐胺又可与氨丙基
残基结合,形成亚精胺和精胺。而氨丙基残基是由蛋氨酸转化来的,首先蛋氨酸变成S-腺苷蛋氨酸(SAM),接着在S一腺蛋氨酸脱羧酶(SAMD)作用下脱羧,于是形成脱羧S-腺苷蛋氨酸(脱羧SAM),后者在氨丙基
转移酶作用下,分别与
腐胺和亚精氨结合,生成亚精胺和精胺。
安全事宜
安全标识象形图
CHS分类
健康危害
亚精胺增高可引起厌食、恶心、呕吐、蛋白尿、贫血、血管通透性增强等作用,可通过干扰促红细胞生成素受体、抑制红细胞生成、缩短红细胞寿命等途径引起贫血。
微循环血管的通透性增强,可使
尿毒症患者发生
心包渗出、
肺水肿、脑水肿以及顽固性的“肾性腹水”。