Wat is een nucleotide?
Nucleotiden zijn een klasse van verbindingen die bestaan uit purine- of pyrimidinebasen, ribose of deoxyribose en fosforzuur. Afhankelijk van de verschillende basen van nucleotidemoleculen kunnen nucleotiden worden onderverdeeld in vijf typen, namelijk 5'-adeninenucleotide (AMP), 5'-guaninenucleotide (GMP), 5'-cytosinenucleotide (CMP), 5'-uracilnucleotide (UMP) en 5'-hypoxanthinenucleotide (IMP).
Methode voor het produceren van nucleotide
Momenteel bestaan de synthesemethoden voor nucleotiden voornamelijk uit chemische synthese, microbiële fermentatie en enzymatische hydrolyse.
Bij de chemische productie van nucleotiden worden voornamelijk nucleosiden gebruikt voor fosfaatesterificatie. Omdat de betrokken reagentia duur zijn en grondstoffen gebruiken voor toxische chemische synthese, zijn de procesvereisten hoog, is het milieu zwaar vervuild en zijn de productiekosten relatief hoog. Over het algemeen wordt het alleen gebruikt om enkele nucleotidederivaten met speciale doeleinden te produceren en is het beperkt tot laboratoriumschaal. Grootschalige geïndustrialiseerde productie brengt bepaalde moeilijkheden met zich mee.
De productie van nucleotiden door fermentatie maakt voornamelijk gebruik van het biosynthetische pad van microbiële stammen om nucleotiden te produceren. Om nucleotiden te produceren door microbiële fermentatie, moeten biosynthetische paden en regulerende mechanismen in overweging worden genomen om stammen te selecteren. Hoewel de productie-efficiëntie hoog is vanwege het probleem van terugmutaties van stammen en accumulatie van producten in de bacteriën, wordt er ook feedback gegeven. Technische vereisten zoals controle en regulering zijn relatief hoog. In het productieproces van fermentatie zijn er speciale vereisten voor de samenstelling van het medium en de toevoeging van stoffen. Bovendien is de investering in de bouw van een fabriek hoog en is het geproduceerde product enkelvoudig, zodat het beperkt is tot de productie van zeer weinig producten. Momenteel zijn alleen inosine (IMP) en guanylaat (GMP) geïndustrialiseerd.
Enzymatische hydrolyse produceert nucleotiden die de P1-nuclease gebruiken om RNA af te breken om een mengsel van vier nucleotiden (AMP, GMP, CMP en UMP) te verkrijgen, en vervolgens de vier nucleotiden scheiden en zuiveren door ionenuitwisselingshars. Daarnaast wordt 5'-adeninenucleotide (AMP) gebruikt als substraat dat door adenylaatdeaminase wordt omgezet om 5'-hypoxanthinenucleotide (IMP) te produceren. Het enzymatische hydrolyseproces neemt de productie van 5'-nucleotide over, wat de voordelen heeft van een eenvoudig productieproces, overvloedige grondstoffenbronnen en lage kosten. Het is het productieproces met de langste geschiedenis en de meest volwassen technologie.
Gebruik van nucleotiden
Nucleotiden hebben een breed scala aan toepassingen in sectoren zoals de voedingsmiddelen-, medische en landbouwsector.
In de voedingsindustrie, wanneer inosine en guanylaat worden gemengd met natriumglutamaat, wordt het verfrissende effect met één tot enkele tientallen keer verbeterd en heeft het een goed effect op de zure, bittere, verbrande en visachtige smaak. Dinatriumnucleotide (I + G) heeft zich ontwikkeld tot een derde generatie smaakmaker na mononatriumglutamaat en kippenessence. Het wordt veel gebruikt in instant noedels kruidenpakketten, kruiden zoals kippenessence, kippenpoeder en verse sojasaus. Daarnaast kunnen nucleotiden in babyvoeding als babyvoedingsadditieven de immuniteit van de baby aanzienlijk verbeteren, de darmrijping bevorderen, de synthese van lipoproteïnen en meervoudig onverzadigde vetzuren bevorderen en de incidentie van verkoudheid en diarree bij zuigelingen verminderen. Bevordert de normale groei en ontwikkeling van baby's.
In de farmaceutische industrie kunnen 5'-nucleotiden niet alleen als geneesmiddelen zelf worden gebruikt, maar ook als grondstoffen voor de productie van veel antivirale en antitumorgeneesmiddelen, zoals de synthese van de antivirale geneesmiddelen ribavirine en acyclovir. Deze nieuw gesynthetiseerde geneesmiddelen worden naar verwachting een nieuwe klasse van antivirale en antitumorgeneesmiddelen na sulfonamidegeneesmiddelen en antibiotica.
In de landbouwsector kunnen nucleotiden worden gebruikt als plantengroeiregulatoren bij de productie van planten, waardoor de opbrengst en het gewicht toenemen. Het kan ook worden toegepast op veevoeradditieven, wat een zeer duidelijk effect heeft op de groei van dieren. Kortom, of het gebruik van nucleotiden in het veevoer van gewassen of dieren de productiekosten kan verlagen en aanzienlijke voordelen kan opleveren.