穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)在氨基酸代謝調(diào)控中的應(yīng)用

氨基酸在合成代謝和分解代謝中起著關(guān)鍵作用，它們不僅是蛋白質(zhì)的組成部分，而且是許多關(guān)鍵代謝產(chǎn)物的前體，并被氧化以提供能量。氨基酸在體內(nèi)的代謝包括4個方面（圖2）：

①轉(zhuǎn)化為非蛋白的含氮化合物，如嘌呤、嘧啶、膽堿等；

②通過脫氨基作用轉(zhuǎn)化為NH3或α-酮酸，α-酮酸較終轉(zhuǎn)變成糖類、酮體或經(jīng)過TCA氧化成二氧化碳和水，并放出能量；

③通過脫羧作用依次轉(zhuǎn)化為胺、醛、酸，較終生成二氧化碳和水；

④過剩氨基酸將通過排泄方式排出體外。在氨基酸代謝調(diào)控研究中，穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)多用于研究氨基酸的合成與轉(zhuǎn)化，通過對特定氨基酸進(jìn)行同位素標(biāo)記，根據(jù)標(biāo)記原子追蹤該氨基酸的代謝路徑，**了解氨基酸的代謝情況，進(jìn)而研究其在機(jī)體內(nèi)的重要功能。

研究了冬蟲夏草中茶氨酸的積累多于其他植物的機(jī)制，比較了冬蟲夏草與其他植物（如金花茶、山茶花、玉米、擬南芥和番茄）中茶氨酸的含量，并用穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)闡明其生物合成途徑。通過質(zhì)譜法對相關(guān)中間體和代謝物進(jìn)行定量分析發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)給2N5-乙胺后，所有植物均產(chǎn)生2N5-茶氨酸，這就暗示乙胺的可用性將是茶氨酸在冬蟲夏草和其他植物中積累差異的原因。

前期發(fā)現(xiàn)嚙齒目動物膳食必需氨基酸（NEAAs）作為氮源的重要性，且每個必需氨基酸均具有不同的促生長活力。他們對必需氨基酸進(jìn)行同位素標(biāo)記（15N），比較膳食中必需氨基酸氮素代謝的差異，借助氨基酸分析儀和串聯(lián)質(zhì)譜分別測定腸道及血漿中氨基酸的濃度和相應(yīng)的15N豐度。較終揭示了大鼠腸道中必需氨基酸氮代謝的異同，暗示膳食中必需氨基酸的氮素主要通過腸內(nèi)代謝大量進(jìn)入氨基酸氮循環(huán)。

通過描述載脂蛋白M與脂代謝其他成分間的相互作用來更好地明確其在動脈粥樣硬化中的潛在優(yōu)勢。給14名男性受試者持續(xù)注入14 h 2H3-亮氨酸，每小時取1次血樣并用液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜進(jìn)行分析，脂蛋白中的部分分解速率和產(chǎn)率采用房室模型進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果表明，低密度脂蛋白動力學(xué)在載脂蛋白M周轉(zhuǎn)過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，血漿三酰甘油對載脂蛋白M和1-磷酸鞘氨醇在脂蛋白間的分布均起作用，進(jìn)一步證實(shí)了載脂蛋白M分泌后可被結(jié)合到高密度脂蛋白中，然后與非脂蛋白相關(guān)的室進(jìn)行快速交換，也可被結(jié)合到低密度脂蛋白被慢慢分解代謝。

此外，CO2呼氣法是同位素標(biāo)記氨基酸用于臨床診斷的一種新方法。其原理是給患者口服或靜脈注射一定量某種13C標(biāo)記的氨基酸，根據(jù)其身體某部位上發(fā)生特定的氧化代謝，產(chǎn)生含13C的CO2，經(jīng)肺呼出后用NaOH吸收，將生成的Na213CO3用酸處理獲得13CO2氣體，經(jīng)純化后，利用13C-呼氣試驗(yàn)專用質(zhì)譜儀來檢測13CO2的濃度變化，繪出13CO2排出特征曲線。某種疾病的患者對某種氨基酸的氧化能力與正常人不同，因此，所獲得曲線也存在明顯的差異，從而可以進(jìn)行臨床診斷。Kirschman等[46]用實(shí)驗(yàn)的方法控制兩棲類動物的生理應(yīng)激，通過呼吸測量法和13C呼氣試驗(yàn)檢測發(fā)展和蛻變過程中能量和營養(yǎng)物質(zhì)的消耗。研究結(jié)果為幼蟲生長和發(fā)育之間生理平衡的近因提供了證據(jù)，并為整個生命階段能量和營養(yǎng)的消耗提供了新的認(rèn)識。

穩(wěn)定同位素標(biāo)記氨基酸的檢測方法快速準(zhǔn)確、靈敏度高，現(xiàn)已應(yīng)用于科學(xué)研究的各個領(lǐng)域。采用穩(wěn)定同位素標(biāo)記的氨基酸作為示蹤劑，可準(zhǔn)確把握氨基酸的合成與代謝途徑，對揭示其在生物體內(nèi)的轉(zhuǎn)化規(guī)律起到了關(guān)鍵性作用；同時還可追蹤蛋白質(zhì)合成與代謝過程，利用患病狀況下蛋白質(zhì)合成的異常來診斷疾病。

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