Wat is een nucleotide?
Nucleotiden zijn een klasse verbindingen die bestaan uit purine- of pyrimidinebasen, ribose of deoxyribose en fosforzuur. Afhankelijk van de verschillende basen van nucleotide-moleculen 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.
Bij enzymatische hydrolyse worden nucleotiden geproduceerd. Daarbij wordt P1-nuclease gebruikt om RNA af te breken en zo een mengsel van vier nucleotiden (AMP, GMP, CMP en UMP) te verkrijgen, waarna de vier nucleotiden via ionenwisselingshars worden gescheiden en gezuiverd. Daarnaast wordt 5′-adeninenucleotide (AMP) gebruikt als substraat, dat door adenylaatdeaminase wordt omgezet in 5′-hypoxanthinenucleotide (IMP). Het enzymatische hydrolyseproces heeft de productie van 5′-nucleotide overgenomen en biedt voordelen zoals een eenvoudig productieproces, ruime beschikbaarheid van grondstoffen 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 industrieën zoals de voedingsmiddelenindustrie, biotechnologie en landbouw.
In de voedingsmiddelenindustrie wordt het verfrissende effect van inosine en guanylaat, gemengd met natriumglutamaat, met een factor tien tot tien versterkt en heeft het een gunstig effect op zure, bittere, verbrande en visachtige smaken. Dinatriumnucleotide (I + G) is na mononatriumglutamaat en kippenbouillon een derde generatie smaakstof geworden. Het wordt veel gebruikt in kruidenmengsels voor instantnoedels, specerijen zoals kippenbouillon, kippenpoeder en verse sojasaus. Daarnaast kunnen nucleotiden als toevoeging aan babyvoeding de voeding van zuigelingen aanzienlijk ondersteunen, de darmrijping bevorderen, de synthese van lipoproteïnen en meervoudig onverzadigde vetzuren stimuleren en de kans op verkoudheid en diarree bij baby's verkleinen. Dit bevordert de normale groei en ontwikkeling van baby's.
5′-nucleotiden worden gebruikt als smaakversterkers (umamismaak) in de voedselproductie en als grondstoffen in biotechnologisch onderzoek.
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.