Was ist ein Nukleotid?
Nukleotide sind eine Klasse von Verbindungen, die aus Purin- oder Pyrimidinbasen, Ribose oder Desoxyribose und Phosphorsäure bestehen. Entsprechend den unterschiedlichen Basen der Nukleotidmoleküle können Nukleotide in fünf Typen unterteilt werden, nämlich 5′-Adeninnukleotid (AMP), 5′-Guaninnukleotid (GMP), 5′-Cytosinnukleotid (CMP), 5′-Uracilnukleotid (UMP) und 5′-Hypoxanthinnukleotid (IMP).
Verfahren zur Herstellung von Nukleotiden
Derzeit umfassen die Synthesemethoden für Nukleotide hauptsächlich die chemische Synthese, mikrobielle Fermentation und enzymatische Hydrolyse.
Bei der chemischen Herstellung von Nukleotiden werden hauptsächlich Nukleoside zur Phosphatesterifizierung verwendet. Da die verwendeten Reagenzien teuer sind und Rohstoffe für die toxische chemische Synthese verwendet werden, sind die Prozessanforderungen hoch, die Umwelt stark verschmutzt und die Produktionskosten relativ hoch. Im Allgemeinen wird es nur zur Herstellung einiger Nukleotidderivate für spezielle Zwecke verwendet und ist auf den Labormaßstab beschränkt. Die großtechnische Produktion bringt gewisse Schwierigkeiten mit sich.
Bei der Produktion von Nukleotiden durch Fermentation wird hauptsächlich der Biosyntheseweg mikrobieller Stämme zur Herstellung von Nukleotiden verwendet. Um Nukleotide durch mikrobielle Fermentation herzustellen, müssen Biosynthesewege und Regulierungsmechanismen berücksichtigt werden, um Stämme auszuwählen. Obwohl die Produktionseffizienz aufgrund des Problems von Rückmutationen von Stämmen und der Ansammlung von Produkten in den Bakterien hoch ist, wird auch Feedback bereitgestellt. Technische Anforderungen wie Kontrolle und Regulierung sind relativ hoch. Im Herstellungsprozess der Fermentation gibt es spezielle Anforderungen an die Zusammensetzung des Mediums und die Zugabe von Substanzen. Darüber hinaus ist die Investition in den Bau einer Fabrik hoch und das produzierte Produkt ist einzigartig, so dass es auf die Herstellung sehr weniger Produkte beschränkt ist. Derzeit wurden nur Inosin (IMP) und Guanylat (GMP) industriell hergestellt.
Durch enzymatische Hydrolyse werden Nukleotide erzeugt, die mithilfe der P1-Nuklease RNA abbauen, um eine Mischung aus vier Nukleotiden (AMP, GMP, CMP und UMP) zu erhalten. Anschließend werden die vier Nukleotide durch Ionenaustauscherharz getrennt und gereinigt. Darüber hinaus wird 5′-Adeninnukleotid (AMP) als Substrat verwendet, das durch Adenylat-Desaminase in 5′-Hypoxanthinnukleotid (IMP) umgewandelt wird. Der enzymatische Hydrolyseprozess übernimmt die Produktion von 5′-Nukleotiden, was die Vorteile eines einfachen Produktionsprozesses, reichlich vorhandener Rohstoffquellen und niedriger Kosten bietet. Es ist der Herstellungsprozess mit der längsten Geschichte und der ausgereiftesten Technologie.
Verwendung von Nukleotiden
Nukleotide finden in vielen Branchen Anwendung, etwa in der Lebensmittel-, Medizin- und Landwirtschaft.
Wenn in der Lebensmittelindustrie Inosin und Guanylat mit Natriumglutamat gemischt werden, wird der erfrischende Effekt um das Ein- bis Zehnfache verbessert und der saure, bittere, verbrannte und fischige Geschmack wird positiv beeinflusst. Dinatriumnukleotid (I + G) hat sich nach Mononatriumglutamat und Hühneressenz zu einem Aromastoff der dritten Generation entwickelt. Es wird häufig in Instant-Nudel-Gewürzpackungen, Gewürzen wie Hühneressenz, Hühnerpulver und frischer Sojasauce verwendet. Darüber hinaus können Nukleotide in Babynahrung als Babynahrungszusatz die Immunität des Babys erheblich verbessern, die Darmreifung fördern, die Synthese von Lipoproteinen und mehrfach ungesättigten Fettsäuren fördern und das Auftreten von Erkältungen und Durchfall bei Säuglingen verringern. Fördert das normale Wachstum und die Entwicklung von Babys.
In der Pharmaindustrie können 5′-Nukleotide nicht nur als Arzneimittel selbst verwendet werden, sondern auch als Rohstoffe für die Herstellung vieler antiviraler und Antitumormittel, beispielsweise für die Synthese der antiviralen Arzneimittel Ribavirin und Aciclovir. Diese neu synthetisierten Arzneimittel werden voraussichtlich nach Sulfonamid-Medikamenten und Antibiotika eine neue Klasse antiviraler und Antitumormittel bilden.
In der Agrarindustrie können Nukleotide als Wachstumsregulatoren bei der Pflanzenproduktion eingesetzt werden, wodurch Ertrag und Gewicht gesteigert werden. Sie können auch als Futterzusatzstoffe eingesetzt werden, was sich sehr deutlich auf das Wachstum von Tieren auswirkt. Kurz gesagt: Die Verwendung von Nukleotiden im Futter von Nutzpflanzen oder Tieren kann die Produktionskosten senken und erhebliche Vorteile bringen.