Mikä on nukleotidi?
Nukleotidit ovat yhdisteluokka, joka koostuu puriini- tai pyrimidiiniemäksistä, riboosista tai deoksiriboosista ja fosforihaposta. Nukleotidimolekyylien eri emästen mukaan nukleotidit voidaan jakaa viiteen tyyppiin, nimittäin 5'-adeniininukleotidiin (AMP), 5'-guaniininukleotidiin (GMP), 5'-sytosiininukleotidiin (CMP), 5'-urasiilinukleotidiin. (UMP) ja 5'-hypoksantiininukleotidi (IMP).
Menetelmä nukleotidien tuottamiseksi
Nukleotidien synteesimenetelmät käsittävät tällä hetkellä pääasiassa kemiallisen synteesin, mikrobifermentoinnin ja entsymaattisen hydrolyysin.
Nukleotidien kemiallisessa tuotannossa käytetään pääasiassa nukleosideja fosfaattiesteröintiin. Koska käytetyt reagenssit ovat kalliita ja käyttävät raaka-aineita myrkyllisen kemiallisen synteesin valmistukseen, prosessivaatimukset ovat korkeat, ympäristö saastunut ja tuotantokustannukset suhteellisen korkeat. Yleensä sitä käytetään vain joidenkin nukleotidijohdannaisten tuottamiseen erityistarkoituksiin, ja se on rajoitettu laboratoriomittakaavaan. Laajamittaiseen teolliseen tuotantoon liittyy tiettyjä vaikeuksia.
Nukleotidien tuotannossa fermentoinnilla käytetään pääasiassa mikrobikantojen biosynteesireittiä nukleotidien tuottamiseen. Nukleotidien tuottamiseksi mikrobifermentaatiolla on otettava huomioon biosynteettiset reitit ja säätelymekanismit kantojen valinnassa. Vaikka tuotantotehokkuus on korkea kantojen takamutaatioiden ja tuotteiden kertymisen vuoksi bakteereihin, palautetta annetaan myös. Tekniset vaatimukset, kuten ohjaus ja säätö, ovat suhteellisen korkeat. Fermentoinnin valmistusprosessissa on erityisiä vaatimuksia väliaineen koostumukselle ja aineiden lisäämiselle. Lisäksi investoinnit tehtaan rakentamiseen ovat suuret ja tuote on yksittäinen, joten se rajoittuu hyvin harvojen tuotteiden valmistukseen. Tällä hetkellä vain inosiini (IMP) ja guanylaatti (GMP) on teollistettu.
Entsymaattinen hydrolyysi tuottaa nukleotideja, jotka käyttävät P1-nukleaasia RNA:n hajottamiseen, jolloin saadaan neljän nukleotidin seos (AMP, GMP, CMP ja UMP), minkä jälkeen ne erotetaan ja puhdistetaan ioninvaihtohartsilla. Lisäksi 5'-adeniininukleotidia (AMP) käytetään substraattina, jonka adenylaattideaminaasi muuntaa tuottamaan 5'-hypoksantiininukleotidiä (IMP). Entsymaattinen hydrolyysiprosessi ottaa haltuunsa 5′-nukleotidin tuotannon, jonka etuna on yksinkertainen tuotantoprosessi, runsaat raaka-ainelähteet ja alhaiset kustannukset. Se on valmistusprosessi, jolla on pisin historia ja kypsin tekniikka.
Nukleotidien käyttö
Nukleotideilla on laaja valikoima sovelluksia esimerkiksi elintarviketeollisuudessa, lääketieteessä ja maataloudessa.
Elintarviketeollisuudessa kun inosiinia ja guanylaattia sekoitetaan natriumglutamaatin kanssa, virkistävä vaikutus paranee yhdestä useaan kymmeneen kertaan ja vaikuttaa hyvin happamaan, kitkerään, palaneen ja kalamaiseen makuun. Dinatriumnukleotidi (I + G) on kehittynyt kolmannen sukupolven aromiksi mononatriumglutamaatin ja kanaesanssin jälkeen. Sitä käytetään laajalti pikanuudelimaustepakkauksissa, mausteissa, kuten kanaesanssissa, kanajauheessa ja tuoreessa soijakastikkeessa. Lisäksi vauvanruoan nukleotidit vauvanruoan lisäaineina voivat parantaa merkittävästi vauvan vastustuskykyä, edistää suoliston kypsymistä, edistää lipoproteiinien ja monityydyttymättömien rasvahappojen synteesiä sekä vähentää vauvojen vilustumista ja ripulia. Edistää vauvojen normaalia kasvua ja kehitystä.
Lääketeollisuudessa 5′-nukleotideja voidaan käyttää paitsi itse lääkkeinä, myös raaka-aineena monien virus- ja kasvainlääkkeiden valmistuksessa, kuten viruslääkkeiden ribaviriinin ja asykloviirin synteesissä. Näistä vasta syntetisoiduista lääkkeistä odotetaan muodostuvan uusi virus- ja kasvainlääkkeiden luokka sulfonamidilääkkeiden ja antibioottien jälkeen.
Maatalousteollisuudessa nukleotideja voidaan käyttää kasvien kasvun säätelijöinä kasvien tuotannossa, mikä lisää satoa ja painoa. Sitä voidaan käyttää myös rehun lisäaineisiin, millä on erittäin selvä vaikutus eläinten kasvuun. Lyhyesti sanottuna voiko nukleotidien käyttö kasvien tai eläinten ruokinnassa alentaa tuotantokustannuksia ja tuoda merkittäviä hyötyjä.