叶酸在蛋白质合成过程中的作用

张汉泽

摘 要：叶酸是一碳单位和甲基供体的主要来源，参与DNA的合成、复制以及氨基酸的代谢过程，在蛋白合成过程中占据主导性地位。

关键词：叶酸；甲基化；蛋白合成

叶酸（folic acid FA）是一种水溶性维生素，也被称为维生素B9。在自然界中以化学结构形式广泛存在，人们可以在食物中或者人体代谢物中发现它。叶酸未完全还原为四氢叶酸之前是没有生物活性的。在人体生理中，叶酸的辅酶有助于S-腺苷蛋氨酸结构中一碳单位的转移和甲基供体的形成，并在嘌呤和胸苷的构建中以及各种核酸和氨基酸的代谢中发挥重要的作用。

一、叶酸对核苷酸合成的影响

叶酸的分子结构主要由蝶啶（pteridine）、对氨基苯甲酸（pABA）和谷氨酸残基（glutamate）三部分组成，叶酸是天然存在的一碳基团，其中N5位和N10位可连接不同的氧化形式的一碳基团，作为机体的甲基（CH3-）、亚甲基（-CH2-）、次甲基（-CH=）和甲酰基（O=CH-）供体。叶酸是从头合成嘌呤和胸腺嘧啶的一个重要分子，为DNA复制和修复提供关键性的原材料，在DNA合成、稳定性和完整性作用机制中起着重要作用。在体外试验中，越来越多的证据表明，叶酸的缺乏与DNA链的断裂，受损后DNA的修复及基因突变的增加有密切关系，同时，叶酸的补充可以纠正由叶酸引起的一些基因缺陷等。另外，DNA复制的发动也与DNA甲基化作用有关，叶酸前体通过还原作用生成5-甲基四氢叶酸，后者和同型半胱氨酸共同参与了S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethionine SAM）的形成，成为DNA甲基化过程中的重要供体，在甲基基团转移后，SAM转化为S-腺苷同型半胱氨基酸（SAH），它是被广泛认为的一种SAM依赖性的甲基转移酶抑制剂，反过来，SAH用于合成SMA，一般作为甲基供体；SAM通过甲基化胞嘧啶甲基转移酶（MC）作用在DNA中CpG位点，进一步影响特异性基因位点DNA甲基化，参与DNA的修复和复制过程。

二、叶酸对DNA稳定性的影响

研究证实，在表观遗传机制中，特别是DNA甲基化的改变，对人类胃肠道恶性肿瘤的发展发挥重要作用。癌症病例中发现了两种不同的DNA甲基化异常：一种是在整体基因组范围内DNA甲基化的减少，另一种是特异性基因启动子的CpG岛中的区域甲基化。前者DNA的甲基化被认为是诱导原癌基因的激活和染色体不稳定的主要因素，而区域甲基化在肿瘤病症中与抑制基因的转录相关。迄今为止，基因甲基化的失活参与了细胞周期调控，DNA修复，生长信号，血管生成和细胞凋亡相关基因等。最近的研究还表明，膳食叶酸摄入量，可能强烈地影响DNA甲基化模式，癌症的发展与叶酸代谢的多态性因果密切相关，这为在未来预防癌症提供重要的线索。

三、叶酸对基因转录的影响

生物的发育生长均依赖于一些因素的复杂的相互作用，包括营养素，破坏这些物质之间的相互作用可能会导致生理形态异常与疾病。基因转录与营养元素紧密相关，这些营养元素包括一些矿物质、维生素，多不饱和脂肪酸和其他脂类等。营养素对基因转录的影响主要存在两种分子机制，一种为DNA甲基化与转录活化因子，另一种机制利用核糖开关调节基因转录表达水平。这些营养素中叶酸发挥着重要的作用，特别是5-甲基四氢叶酸，通过影响DNA甲基化程度，从而影响染色质结构和和模式调控基因表达转录水平，例如，原发性或继发性叶酸缺乏可能导致异常的DNA甲基化，继而导致基因的抑制转录。

四、叶酸对转录后RNA加工的影响

RNA的甲基化主要发生在rRNA和tRNA上，在原核生物中，rRNA的甲基化主要有两种类型，甲基化碱基和甲基化核糖，16S rRNA含约10 个甲基，23S rRNA含约20 个甲基；5S rRNA 不进行甲基化修饰，而且rRNA在被核酸内切酶和核酸外切酶切割之前必须要经过甲基化修饰才能完成。tRNA前体也需要各种甲基化形式的修饰，并且tRNA甲基化对tRNA的序列具有高度特异性，S- 腺苷蛋氨酸（SAM）是甲基的主要和直接供体。真核生物中，rRNA 和tRNA的甲基化程度比原核生物rRNA的甲基化程度高，前体同样需要甲基化修饰再进行切割。

五、叶酸对氨基酸参与蛋白合成的影响

氨基酸是合成机体所需蛋白质的基础原材料，人体必需氨基酸的缺乏势必会影响体内各种代谢的异常，最终导致疾病的发生，而叶酸参与了嘌呤和胸腺嘧啶的合成以及氨基酸代谢的过程。叶酸的缺乏，会引起细胞内DNA合成减少，体内的氨基酸含量不足，细胞分裂成熟发生障碍，引起人体巨幼红细胞贫血症的出现，另外，体内叶酸含量的匮乏也会引发一些常见的小肠疾病，反过来，干扰人体对食物中叶酸的吸收和体内叶酸的代谢过程。

体内，叶酸是一碳单位代谢过程中的关键性物质，丝氨酸、甘氨酸、色氨酸、组氨酸是一碳单位的主要来源，在氨基酸代谢过程中伴随氧化还原，叶酸在此过程中起着关键的作用，它作为高电位还原剂将NAD+还原为NADH和NADP+NADPH，并产生大量的代谢产物合成人体内所必需的氨基酸。

目前，研发出各种抗叶酸叶酸拮抗剂对于特定叶酸依赖性酶催化核苷酸的生物合成有着特定效果。抗叶酸剂用于治疗多种人类癌症，非恶性的慢性炎症性疾病以及感染性疾病。因此对于体内叶酸如何参与蛋白合成过程中的问题探索， 这将为人们揭秘各种复杂性生理疾病提供重要方向和线索。

参考文献：

[1]石若夫.叶酸与蛋白质合成[J].生命科学，2007（3）.

[2]李莎，姜凌，王崇英，等.叶酸在植物体内功能的研究进展[J].植物学报，2012（5）.

编辑 李建军