生活中的分子

食物中的营养物质——叶酸(folic acid)

贫血(anemia)是血液疾病中最常见的一种,影响着全世界数十亿人口,慢性贫血症会造成患者疲倦、虚弱、呼吸困难以及活动能力下降,增加医疗照护成本的同时也降低了患者的工作能力。贫血的病因及发病机制较为复杂,除了我们熟知的因体内铁含量不足导致的缺铁性贫血外,缺乏叶酸或维生素B12易使造血系统的DNA合成异常,产生不成熟的携氧能力差的巨红细胞,进而造成巨红细胞性贫血。作为水溶性维生素B族的一种,叶酸是人体必不可少的营养物质,孕妇如果缺乏叶酸会导致新生儿神经缺损,近些年的研究更表明缺乏叶酸还可能引起心血管疾病、神经系统疾病、肿瘤等。

叶酸的结构和性质

叶酸的发现正是源于贫血症的治疗,早在1931年印度孟买产科医生Lucy Wills发现酵母抽提物可以改善妊娠妇女的巨红细胞贫血症,由此推测这些抽提物中含有某种抗贫血因子,直到1941年美国生物化学家米切尔(H. K. Mitchell)及其同事才首次从菠菜叶中将这种物质提纯出来,并将其命名为叶酸。

图 1 叶酸的结构及它的提取者米切尔

叶酸是一种黄色或橙黄色的晶体或晶状粉末,无臭无味,也没有固定的熔点,叶酸在酸性环境下不稳定,当pH低于4.5时,1h就会被完全被破坏;碱性或中性溶液中叶酸对热稳定,但光照(紫外线)条件下易分解,因此叶酸必须密封避光于0-4 oC保存。

叶酸的生物合成

叶酸的名字源于拉丁文“folium”,意思是“叶子”,不难推测是因为叶酸广泛分布于绿色植物中。遗憾的是,人体并不能合成叶酸,必须完全依赖外源性供给。几乎所有的植物和大部分真菌、细菌以及古生菌都能通过相似的生物合成途径“从头合成(de novo)”叶酸,即蝶啶焦磷酸酯(pterin pyrophosphate)和对氨基苯甲酸(para-aminobenzoic acid)在二氢叶酸合成酶(dihydrofolate synthase)作用下转化为最终产物叶酸。

图 2 叶酸的生物合成

叶酸的生理功能

叶酸被人体吸收后并不能直接发挥作用,所有的生理功能都是通过叶酸的还原产物四氢叶酸(tetrahydrofolate,THF)及四氢叶酸的甲基化衍生物完成的,它的主要生物学功能是作为甲基供体参与细胞内的甲基化反应和脱氧核糖核酸的从头合成。具体说来,叶酸经二氢叶酸还原酶的两次还原得到四氢叶酸,再经过选择性甲基化作用生成N-甲基四氢叶酸,后者可以作为甲基化试剂参与到体内氨基酸的合成。

图 3 叶酸的生理功能示例

此外,叶酸至少具有5种活性形式来参与机体内“一碳单位(single-carbon group)”的转移,对嘌呤、嘧啶、核酸和蛋白质的生物合成以及细胞的分裂生长具有特别重要的作用。特别需要指出的是,叶酸可以提供大量的游离碳离子,供给制造神经末梢和构成神经递质的重要化学物质原料,进而保证人体神经系统的正常发育。

叶酸的保健功能

叶酸是一种重要的营养物质,但其摄入量必须适中,与叶酸过量造成的潜在影响相比,叶酸缺乏更容易直接引起人体健康问题。除了造成贫血问题外,叶酸在孕妇怀孕期间的重要作用也不可忽视,有研究表明新生儿的神经管缺损病例中,有超过一半是因为怀孕初期叶酸不足所造成,如果在怀孕前期和怀孕中补充足够的叶酸能够降低神经管畸形的同时还可以降低和唇裂胎儿的出生率。因此,目前已有超过50个国家利用加入叶酸的营养强化食品来减少神经管缺损疾病发生的比例。

图 4 商品化的叶酸保健产品

叶酸另一个重要的保健功能是减少心血管疾病的发生率。曾有报道显示,膳食中缺乏叶酸会使血液中的高半胱氨酸水平升高,血液中过高的高半胱氨酸激活了血管内皮细胞增殖基因,使这些细胞变成动脉粥样斑,形成血凝块,进而造成管腔狭窄和闭塞而易诱发急性心脑血管病。若在膳食中增加富含叶酸的食物,则可促使高半胱氨酸转变为对人体无害的蛋氨酸,使冠心病发病的危险性减小。

富含叶酸的食物

鉴于叶酸显著的保健作用,近些年开发叶酸药品、叶酸饲料、叶酸保健品具有广阔的市场前景。尽管许多叶酸添加型强化食品相继推入市场,但通过平衡膳食获取叶酸仍是一种最健康的方式,大量的带叶蔬菜例如菠菜、芦笋、花椰菜、扁豆、莴苣;水果例如哈密瓜、草莓、橙汁、木莓等都含有丰富的叶酸。然而,需要注意的是,由于叶酸对热稳定性不好,烹饪过程中应避免过高温度引起的营养损失。

图 5 富含叶酸的食物

结束语

叶酸作为维生素对人体的新陈代谢起着重要作用,是人体不可缺少的营养元素之一,特别是占人群较大比例的孕妇和婴幼儿更需要补充叶酸。但总体而言,国内在叶酸的应用上还处于起步阶段,可以预见,在今后的一段时间内,叶酸将会成为医学、生物和化学研究共同关注的焦点,随着研究的进一步深入,叶酸将会对人类做出更大的贡献。

参考资料

  • [1] Crider, Krista S., Lynn B. Bailey, and Robert J. Berry. “Folic acid food fortification—its history, effect, concerns, and future directions.” Nutrients  2011, 3, 370-384. DOI: 10.3390/nu3030370
  • [2] Hoffbrand, A. V., and D. G. Weir. “The history of folic acid.” British journal of haematology, 2001, 113, 579-589. DOI: 10.1046/j.1365-2141.2001.02822.x
  • [3] 杨玉柱,王储炎,焦必宁. 叶酸的研究进展. 农产品加工(学刊) [J]. 2006 (5).
  • [4] 黄新河,莫宏春,刘克武. 叶酸及其应用. 四川食品与发酵[J]. 2003 (4).
  • [5] Brown, Gene M. “The biosynthesis of folic acid.” J. biol. Chem. 1961, 236, 2534-2543. DOI: https://www.jbc.org/content/236/9/2534.citation

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