L-苹果酸的生理功能研究.doc

L-苹果酸的生理功能研究*本文通讯作者
吴军林吴清平*本文受到广东省科学院优秀人才基金资助(2007);广东省科技计划项目(2004B40101011);广东省粤港招标项目东莞专项资助(200820520047)
张菊梅
广东省微生物研究所广东省菌种保藏与应用重点实验室广州 510070
摘要:L-苹果酸(Malic acid)是生物体代谢过程中产生的重要有机酸,在线粒体产生能量物质ATP的代谢过程中起到重要作用。苹果酸是苹果酸天冬氨酸穿梭的重要组成部分,对胞液和线粒体之间的还原当量(NADH)的转移起重要的作用。因此,L-苹果酸在机体内具有重要的代谢意义,同时具有显著的生理功能。能够有效的提高运动能力,具有抗疲劳、保护心脏、促进羧酸盐的代谢、促进线粒体呼吸、改善记忆能力、增强钙的活性、降低抗癌药物毒副作用等生理功能。
关键词:L-苹果酸苹果酸天冬氨酸穿梭生理功能
L-苹果酸(Malic acid)是一种重要的天然有机酸,广泛分布于植物、动物与微生物细胞中,其口感接近天然苹果的酸味。1967 年, 美确认为一种安全、无毒、无害、可食用的有机酸。L-苹果酸是一种四碳酸,因为具有手性结构, 因此一般有这三种形式存在, 即D-苹果酸、DL-苹果酸和L-苹果酸,自然界存在的苹果酸都是L-型。

L-苹果酸是生物体代谢过程中产生的重要有机酸,是三羧酸循环(TCA循环) 及其支路乙醛酸循环代谢过程中的重要中间产物,也是CO2固定反应的中间产物[1],它是生物体细胞内存在的一种活性物质,易于吸收,可以迅速通过细胞膜,进入线粒体内直接参与能量代谢;苹果酸又是苹果酸天冬氨酸穿梭的重要组成部分,对胞液(cytosol)和线粒体(mitochondria)之间的还原当量(NADH)的转移起到重要的作用。
苹果酸天冬氨酸穿梭主要存在于肝和心脏中[2,3]。如图1所示[3],胞质中的 NADH 在脱氢酶的作用下,使草酰乙酸还原成苹果酸, 后者通过线粒体内膜上的α-酮戊二酸转运蛋白(OMC)进入基质,在基质脱氢酶的作用下重新生成草酰乙酸和 NADH,NADH 进入电子呼吸链生成ATP,而基质内生成的草酰乙酸经谷草转氨酶的作用生成天冬氨酸,后者经酸性氨基酸转运载体(AGC)转运出基质再转变成草酰乙酸,继续进行穿梭。由此可见,苹果酸天冬氨酸穿梭对于ATP的可持续供给起到关键作用,有研究显示补充L-苹果酸可以显著提高ATP的生成[4]。
近年来研究资料表明,苹果酸脱氢酶(MDH)是苹果酸天冬氨酸的限速酶[5],研究发现,L-苹果酸可以显著增加线粒体苹果酸脱氢酶(mMDH)的活性[6],其活性的提高表明苹果酸天冬氨酸的穿梭效率的提高,机体ATP的合成效率也相应地得到提高,从而合理解释了L-苹果酸促进ATP的生物合成。另外,L-苹果酸促进TCA循环及苹果酸天冬氨酸穿梭,其分子生物学机理与L-苹果酸提高苹果酸天冬氨酸穿梭转运蛋白AGC的基因表达水平有关[7]。
苹果酸天冬氨酸穿梭在转移还原当量中起到关键的作用,很多研究观察了体内苹果酸天冬氨酸穿梭受阻或抑制时对能量代谢途径的影响。已有研究发现在缺乏NADH穿梭的情况下,胰岛素刺激糖分解和ATP生成的作用不能实现[8]。苹果酸天冬氨酸穿梭对于维持细胞正常还原状态,决定有氧代谢和