【背景及概述】[1][2][3]
核糖核酸無(wú)論在醫(yī)藥、保健品、食品加工業(yè)，還是在植物生長(zhǎng)和防病蟲害方面都有非常廣泛的應(yīng)用前景，得到了歐美許多國(guó)家的高度重視。隨著社會(huì)老年化的發(fā)展趨勢(shì)，具有抗衰老作用的核酸類保健品會(huì)更加引人注目。在我國(guó)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，全民的保健意識(shí)逐步加強(qiáng)，保健品每年的銷售額已超過了300億元，品種繁多，有成百上千種，但真正符合要求的為數(shù)不多，大批偽劣或不合格的產(chǎn)品將會(huì)被市場(chǎng)所淘汰，而且，我國(guó)也正在步入老年化社會(huì)，這就為一系列核酸保健品提供了更加廣闊的市場(chǎng)空間。目前，雖然我國(guó) 核酸類保健品的品種少，占有的市場(chǎng)份額低，有的產(chǎn)品如核酸口服液還處于研制開發(fā)階段，但是這類 保健品一定會(huì)成為今后保健市場(chǎng)上的一顆燦爛之 星。作為臨床藥物，只要能解決好其在體內(nèi)的運(yùn)載及透膜能力，藥物在細(xì)胞內(nèi)的穩(wěn)定性、親和力等問題。其應(yīng)用前景十分誘人。在農(nóng)業(yè)上，核糖核酸作為新型的生物農(nóng)藥，在我國(guó)這么一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，廣泛推廣使用，完全符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展這一方針政萬(wàn)方數(shù)據(jù)策。由于目前核糖核酸產(chǎn)品價(jià)格因素，限制了它的 大量使用，因此，解決好低成本生產(chǎn)核糖核酸是關(guān)鍵問題所在。采用新方法新工藝，提高技術(shù)水平，是大量生產(chǎn)核糖核酸且能夠廉價(jià)供應(yīng)的途徑。
【結(jié)構(gòu)】[3]
幾乎所有的tRNA都呈三葉草型二級(jí)結(jié)構(gòu)：
【組成及功能】[1]
核糖核酸(ribonucleic acid) 主要是由腺苷酸(AMP)、鳥苷酸(GMP)、胞苷酸(CMP)和尿苷酸(UMP)四種核糖核苷酸組成的多核苷酸鏈。RNA中的核苷酸之間和DNA一樣，以3′，5′-磷酸二酯鍵連接形成多核苷酸鏈鏈內(nèi)核苷酸的排列順序?yàn)镽NA的一級(jí)結(jié)構(gòu)。RNA基本上以單鏈狀態(tài)存在。RNA單鏈上某些區(qū)段由于自身回折可形成堿基配對(duì)：鳥嘌呤與胞嘧啶配對(duì)(G≡C)； 腺嘌呤與尿嘧啶配對(duì)(A=U)，從而構(gòu)成局部雙螺旋結(jié)構(gòu)。另一些未配對(duì)的區(qū)段形成突環(huán)。此即RNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)。在動(dòng)物、植物和微生物細(xì)胞中都含有三類主要的RNA：核糖體RNA(rRNA)、信使RNA(mRNA)和轉(zhuǎn)移RNA(tRNA)。rRNA按其沉降系數(shù)(S)劃分為多種。原核生物中有三種：23S rRNA、16S rRNA和5S rRNA；真核生物中有四種：28S rRNA、18SrRNA、5.8S rRNA和5S rRNA。rRNA是構(gòu)成核糖體的成分。核糖體是蛋白質(zhì)生物合成的部位。mRNA種類很多，分子大小極不相同，分子量在2.5×(104～106)。mRNA是以DNA的某一片段為模板合成的，并帶有該段DNA的遺傳信息。
在蛋白質(zhì)生物合成中起模板作用。tRNA種類較多，在細(xì)胞質(zhì)中以游離狀態(tài)或與氨基酸相結(jié)合的狀態(tài)存在，每種氨基酸都有1至幾種與之特異結(jié)合的tRNA。tRNA通常由73～93個(gè)核苷酸組成。tRNA中含有很多修飾堿基，如各種甲基化堿基、假尿嘧啶(ψ)及二氫尿嘧啶(D)等。在tRNA中由某些堿基配對(duì)形成莖，未配對(duì)的堿基形成環(huán)。tRNA的5′-端是被磷酸化的。3′-端為CCA，是結(jié)合氨基酸的部位。tRNA的反密碼子環(huán)中間的三個(gè)堿基組成反密碼子，按堿基配對(duì)的原則識(shí)別mRNA上的密碼子。tRNA的主要功能是攜帶活化的氨基酸，并將它運(yùn)到與核糖體結(jié)合的mRNA的相應(yīng)密碼子處，用來(lái)合成蛋白質(zhì)。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)酵母苯丙氨酸t(yī)RNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)為倒L型。中國(guó)科學(xué)家于1981年人工合成了具有生物活性的酵母丙氨酸t(yī)RNA。
【應(yīng)用】[3][4][5]
1. 醫(yī)藥上的應(yīng)用
免疫核糖核酸是動(dòng)物體 內(nèi)一種具有轉(zhuǎn)移免疫性功能的生物大分子，是一種 重要的免疫觸發(fā)劑或免疫調(diào)節(jié)劑。通過用肉瘤免疫綿羊制取的淋巴細(xì)胞核糖核 酸對(duì)大鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)核糖核酸能抑制大鼠同一 腫瘤的生長(zhǎng)，甚至消除，首次證實(shí)了免疫核糖核酸 能傳遞免疫信息。把從免疫羊肝中提取得到的免疫核糖核酸做成制劑注入體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)對(duì)腫瘤與癌癥有明顯的療效并能提高機(jī)體的免疫功能，而且未出現(xiàn)不良的副作用；從脾臟中 提取得到的免疫核糖核酸直接制成針劑注入體內(nèi)，可激活人體的A 細(xì)胞的活性，同樣有提高人體免疫功能的作用，對(duì)于一些與人體免疫功能 下降有關(guān)的疾病如慢性支氣管炎、哮喘病、慢性乙型肝炎等，以及如胃癌、乳腺癌、大腸癌、鼻咽癌、肺癌等惡性腫瘤有顯著的療效。雖然免疫核糖核酸在國(guó)內(nèi)外都已經(jīng)用于臨床治療，但是其作用機(jī)理尚不清楚，在生產(chǎn)工藝及活性測(cè)定等方面仍然存在 一定的問題，給推廣使用帶來(lái)了一定的難度。 另外，從微生物或動(dòng)物器臟中提取的核糖核酸 用作臨床藥物的應(yīng)用研究也較多，如由酵母提取出來(lái)的核糖核酸制成片劑，用來(lái)治療黃疸型肝炎，在服用期間不用其他的保肝藥物，經(jīng)臨床觀察，無(wú)不良藥物反應(yīng)，且治療的效果十分明顯； 從豬肝里提取的核糖核酸可用于治療慢性肝炎及其它肝臟類疾病，大部分病人服用后，免疫力有很大提高，食欲增強(qiáng)、體重增加、病情減輕或消除。近年來(lái)，反義核酸的研究更加引人矚 目。通過對(duì)核酸骨架、核糖、堿基及在末端引入各種基團(tuán)后用于治療，能夠高效準(zhǔn)確地作用于靶細(xì)胞，抑制腫瘤或病毒細(xì)胞基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯，用量少，作為新型的腫瘤治療用藥，具有廣泛的應(yīng)用前景。 作為重要的醫(yī)藥中間體，核糖核酸降解后得到的核苷酸、核苷及堿基都是用途廣泛的藥物，它們的衍生物在抗腫瘤和抗病毒方面的應(yīng)用則更為顯著，如尿嘧啶及其衍生物是至今人類所使用的最重要的抗病毒、抗腫瘤藥物；"氟尿嘧啶可抑制合成酶，用于固形癌的治療；鳥嘌呤具有促進(jìn)視紫質(zhì)代謝、明目的功能，胸腺嘧啶對(duì)促進(jìn)腦磷脂代謝、治療腦外傷、腦血栓有一定的作用。
2. 保健和食品上的應(yīng)用
科學(xué)研究證明人體的衰老與體內(nèi)合成核酸能力的高低密切相關(guān)。隨著年齡的增加，合成核酸的 能力會(huì)逐漸減弱，造成體內(nèi)核酸及組成成分的不足，產(chǎn)生人體各種衰老現(xiàn)象，如皮膚衰老、機(jī)體疲勞、記憶力下降等。假如這時(shí)人體核酸攝入量不足，就會(huì)導(dǎo)致核酸缺乏癥，引起人體免疫功能的退化和老化，損害人體的免疫功能，造成嚴(yán)重的后果。把核糖核酸及其他核酸類物質(zhì)相配合制成保健品，或添加到食品中去制成功能性食品，有利于人體補(bǔ)充核酸，使核酸代謝處于旺盛狀態(tài)，可以達(dá)到抵抗衰老，延長(zhǎng)人體壽命，提高人體免疫功能及治療疾病的目的。如現(xiàn)有的核酸口服液，藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)證明具有調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能的作用，而且無(wú)明顯毒副作用，使用安全；采用新 萬(wàn)方數(shù)據(jù) 的核酸膳食治療高血脂癥，對(duì)降低高血壓、高血脂，改善動(dòng)脈粥樣硬化病效果十分明顯，而且該療法從生成蛋白質(zhì)的核酸入手，加上以合理營(yíng)養(yǎng)平衡 膳食的方法，從根本上解決問題。在日本就把核酸廣泛地應(yīng)用于保健品，飲食服務(wù)，食品加工及家庭烹調(diào)上，核酸類物質(zhì)的廣泛使用使日本人的體質(zhì)大大的增強(qiáng)，平均壽命也大幅度提高。我國(guó)的一些大城市如北京、上海也開始研制核酸類保健品及調(diào)料。是以北京南方生物資源研究所開發(fā)的來(lái)福核酸調(diào)味品、食品添加劑美味素、美味增強(qiáng)劑、超級(jí)調(diào)料及生命素為標(biāo)志的核酸飲食療法，掀起了新的營(yíng)養(yǎng)方法。這些核酸類食品既是劃時(shí)代創(chuàng)新的美味調(diào)料，也是新一代的保健食品。它的研制成功同時(shí)標(biāo)志著我國(guó)營(yíng)養(yǎng)保健品從傳統(tǒng)的補(bǔ)品和目前的氨基酸型、微量元素型、多糖類型及維生素型等單一型發(fā)展成為以核酸類物質(zhì)為主體的全營(yíng)養(yǎng)劑型，標(biāo)志著調(diào)味品從單一谷氨酸鈉型轉(zhuǎn)變成核酸-核苷酸-氨基酸型的全方位全劑型。這類保健品的開發(fā)與推廣，大大推動(dòng)了我國(guó)保健事業(yè)的飛速發(fā)展。
3. 在其他方面的應(yīng)用
在保護(hù)環(huán)境方面，核糖核酸有很重要的意義。核糖核酸及其降解物的衍生物作為抗菌素，可用于防治植物病菌的農(nóng)藥，這類農(nóng)藥對(duì)人體無(wú)毒害，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。在環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的當(dāng)今，對(duì)這類農(nóng)藥的開發(fā)與大規(guī)模的推廣利用十分具有社會(huì)價(jià)值。核糖核酸及其水解物可作為促進(jìn)作物生長(zhǎng)、結(jié)果的生長(zhǎng)素，在一些作物如水稻、柑桔、蔬菜上使用，起到了明顯增產(chǎn)的效果。添加到一些化妝品中，可以促進(jìn)蛋白質(zhì)合成、有滋潤(rùn)皮膚的作用。然而，國(guó)內(nèi)在這些方面的應(yīng)用研究則顯得相當(dāng)落后。
【制備】[3][5]
目前，直接用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)核糖核酸，雖然在產(chǎn)率上已具有了工業(yè)化的價(jià)值，但是因核糖核酸是大分子物質(zhì)，發(fā)酵液的粘度高，要提取發(fā)酵液中的核糖核酸在技術(shù)上目前仍然有很大難度，至今也未完全實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。從微生物中提取核糖核酸是目前工業(yè)生產(chǎn)上最為實(shí)際和有效的方法，特別在一些發(fā)酵液和其它生產(chǎn)廢液、廢渣中通常有 一些富含核糖核酸的菌體，經(jīng)常會(huì)作為廢物排放，這樣不但會(huì)污染水源，破壞生態(tài)環(huán)境，而且也是資 源的一大浪費(fèi)，利用這部分廢棄的菌體提取核糖核酸可變廢為寶，不僅使資源利用充分，而且有利于環(huán)境的治理。如從味精生產(chǎn)廢液中的菌體提取核糖核酸產(chǎn)品。
制備核糖核酸的方法主要有鹽法、堿法、苯酚法。前2種方法生產(chǎn)得到的核糖核酸，可以直接用作生產(chǎn)核苷酸的原料。鹽法是工業(yè)生產(chǎn)上從酵母等一些微生物提取核糖核酸最常用的方 法。苯酚法在工業(yè)上主要是用于動(dòng)物器臟核糖核 酸的提取，與前述的方法不同，在提取的過程中不需加熱，制得的核糖核酸具有生物活性，該類核糖核酸在臨床上作為針劑應(yīng)用為多。國(guó)外近些年在提取核糖核酸的技術(shù)上不斷地在改進(jìn)，并申請(qǐng)了相關(guān)的專利，我國(guó)福建莆田糖廠開發(fā)的優(yōu)質(zhì)核糖核酸生產(chǎn)工藝，工藝流程簡(jiǎn)單合理，產(chǎn)品的純度高，每年有幾十噸銷往德國(guó)、意大利等國(guó)家。南京化工大學(xué)也開發(fā)出新的工藝流程和制備核糖核酸的方法，有望在近期實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
【主要參考資料】
[1] 中國(guó)農(nóng)業(yè)百科全書·獸醫(yī)卷 上
[2] 董再珍, 王龍. 核酸對(duì)機(jī)體作用的研究[J]. 中國(guó)藥學(xué)雜志, 1995, 30(12): 725-727.
[3] 朱才慶, 徐炎炎, 應(yīng)漢杰, 等. 核糖核酸的應(yīng)用與制備[D]. , 2001.
[4] 吳莉莉. 低濁度核糖核酸生產(chǎn)工藝技術(shù)[J]. 廣西輕工業(yè), 2000 (2): 18-20.