Was ist ein Nukleotid?
Nukleotide sind eine Stoffklasse, die aus Purin- oder Pyrimidinbasen, Ribose oder Desoxyribose und Phosphorsäure besteht. Entsprechend den unterschiedlichen Basen der Nukleotidmoleküle lassen sich Nukleotide in fünf Typen einteilen, nämlich 5′-Adeninnukleotid (AMP), 5′-Guaninnukleotid (GMP), 5′-Cytidinnukleotid (CMP), 5′-Uridinnukleotid (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.
Die enzymatische Hydrolyse erzeugt Nukleotide, wobei die P1-Nuklease RNA abbaut, um ein Gemisch aus vier Nukleotiden (AMP, GMP, CMP und UMP) zu erhalten; anschließend werden die vier Nukleotide mittels Ionenaustauscherharz getrennt und gereinigt. Darüber hinaus wird 5′-Adeninnukleotid (AMP) als Substrat verwendet, das durch Adenylatdeaminase in 5′-Hypoxanthinnukleotid (IMP) umgewandelt wird. Das enzymatische Hydrolyseverfahren hat die Produktion von 5′-Nukleotiden übernommen und bietet die Vorteile eines einfachen Produktionsprozesses, reichlicher Rohstoffquellen und niedriger Kosten. Es ist das Herstellungsverfahren mit der längsten Geschichte und der ausgereiftesten Technologie.
Verwendung von Nukleotiden
Nukleotide finden in Branchen wie der Lebensmittel-, Biotechnologie- und Landwirtschaft vielfältige Anwendung.
In der Lebensmittelindustrie wird die erfrischende Wirkung von Inosin und Guanylat in Kombination mit Natriumglutamat um ein bis mehrere Zehnfache verstärkt. Zudem mildert es saure, bittere, verbrannte und fischige Geschmacksnoten. Dinatriumnukleotid (I+G) hat sich nach Mononatriumglutamat und Hühnerbrühe zu einem Aromastoff der dritten Generation entwickelt. Es findet breite Anwendung in Gewürzmischungen für Instantnudeln sowie in Gewürzen wie Hühnerbrühe, Hühnerpulver und frischer Sojasauce. Darüber hinaus können Nukleotide als Zusatzstoffe in Säuglingsnahrung die Ernährung von Säuglingen maßgeblich unterstützen, die Darmreifung fördern, die Synthese von Lipoproteinen und mehrfach ungesättigten Fettsäuren anregen und das Auftreten von Erkältungen und Durchfall bei Säuglingen reduzieren. Sie tragen zu einem normalen Wachstum und einer gesunden Entwicklung von Babys bei.
5′-Nukleotide werden in der Lebensmittelherstellung als Geschmacksverstärker (Umami-Geschmack) und in biotechnologischen Forschungsanwendungen als Rohstoffe verwendet.
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.