肌苷

肌苷的理化性质研究

作者：张锦雯指导老师：高红

摘要本文介绍了肌苷的物理、化学性质以及该性质在肌苷的分析检测及工业生产中的应用, 并简要介绍了肌苷的医疗作用及生产方法。

一、引言

肌苷( Ino sine) 又名次黄嘌呤核苷, 是一生物发酵产品, 在医疗上可用于治疗心脏病、肝病、白血球减少症、血小板减少症、视神经萎缩、中心性视网膜炎, 能预防及解除由血防药物引起的对心脏或肝脏的副作用。肌苷的生产一般由两种方法：一种是微生物发酵法，二是化学合成法，前者较为普遍采用。我国现采用的肌苷生产方法一般是微生物发酵法, 先用枯草杆菌发酵生成肌苷, 然后提取, 精制得到肌苷成品。在肌苷整个生产工艺中, 发酵工艺较为成熟,而分离提取工艺较为落后, 这主要是因为分离提取过程复杂且设备投资高。因此, 在我国的肌苷生产中, 虽然肌苷发酵产量较高, 但由于分离提取工艺落后不配套, 致使肌苷总收率下降。近年来, 我国有关研究工作者已将注意力转向生物产品的分离提取过程, 试图改变我国生物产品提取工艺落后的状况, 浙江省科委曾将肌苷的提取技术作为重点研究项目给予资助。虽然在肌苷提取技术及工艺方面出现了一些成果, 但还有许多问题尚待解决, 要做的工作还很多。本文试图将肌苷的物理、化学性质以及这些性质在肌苷的分析检测及工业生产中的应用介绍给读者, 以弥补我国在该方面文献之不足。

二、肌苷理化性质及应用

肌苷(代号 I 或 Ino ) 学名为 9- D -呋喃核糖次黄嘌呤苷。常见的肌苷为白色针状固体 ,溶于水, 微溶于乙醇, 20℃时在水中的溶解度为 2. 065 略有苦味, 常压下熔点为218℃。

肌苷分子量为 268. 3, 分子式为C 10H12 N4O 5

分子结构式为:

由于该分子中的碱基含有共轭体系, 所以肌苷分子能吸收紫外光。当溶液pH值在 3～ 6 时, 肌苷在紫外最大吸收波长为248. 5纳米, 最大摩尔吸光系数为12250; 当溶液pH 值为 11. 2 时,最大吸收波长为253纳米, 最大摩尔吸光系数为13100; 当溶液含2N HC l时, 最大吸收波长为251纳米, 最大摩尔吸光系数为10900 。根据以上吸光特性, 可定性或定量分析检测肌苷。

日本学者 Y ·Suzuk i 等对肌苷进行了许多理论研究。其研究内容有: 肌苷的密度和晶形 , 肌苷在水中、二甲亚砜溶液中的溶解度, 肌苷的碱金属盐和碱土金属盐在水中的溶解度,

肌苷在酸、碱性溶液中的稳定性及其降解反应动力学等。这些研究为工业上从发酵液中有效地分离提取肌苷提供了理论依据。

Y·Suzuk i 等人认为, 肌苷在水中存在三种晶体形式 :

(1) 两个结晶水的晶体(常见的肌苷) ;

(2) A型(斜方晶) 无水晶体;

(3) B型(单斜晶) 无水晶体。

常温下(< 20℃) , 肌苷主要以两个结晶水的晶体形式存在, 此时肌苷在纯水中的溶解度(0℃～ 20℃) 可用下式表示:

lgS = 0. 0314t - 0. 276

上式中 S 为不含结晶水肌苷的溶解度(g?100g 水) , t 为摄氏温度。

在较高温度下, 存在 A、B两种无水肌苷晶体形式, 其溶解度(20～ 60℃) 表达式如下:

A型lgS = 0. 0190t -0.065

B型lgS = 0. 0198t -0.161

式中 S 及 t 的单位同上。肌苷分于中的碱基由于存在酮式与烯醇式互变异构现象，所以, 在碱性条件下烯醇式结构的分子能显示出其弱酸性, 和碱反应生成盐:

肌苷除了能和碱反应生成盐外, 还可和酸反应生成盐。这是由于肌苷分子中碱基上的氮原

子和氢离子作用的结果:

肌苷钠容易和水结合成带 2. 5 个结晶水的肌苷钠晶体(C 10H 11N 4O 5N a·2. 5H 2O ) , 其在水中的溶解度(以不含结晶水的肌苷钠计) 可用下式表示(0～ 50℃) :

lgS = 0. 01359t + 0. 3997

从以上四个溶解度式子可算出, 肌苷形成钠盐后, 在水中的溶解度增大。在肌苷工业生产中, 利用肌苷和肌苷钠盐之溶解度不同的性质, 通过调整溶液pH 值的方法, 将肌苷从溶液中结晶分离出来。式中的肌苷阳离子是肌苷和酸(如盐酸) 形成盐后电离出来的一部分, 带四个正电荷; 在实际溶液中, 肌苷阳离子的电荷数小于四, 即结合的氢离子个数小于四。在肌苷工业生产中, 将肌苷发酵液的pH 值调为 3～ 4, 使肌苷变成带正电荷的离子, 然后该液通过阳离子交换树脂, 使肌苷阳离子在树脂上进交换并吸附, 其它不带正电荷的杂质则不被交换吸附, 使肌苷得到了分离。

Y·Suzuk i 认为, 肌苷在酸、碱性溶液中会发生降解, 在中性溶液中则较为稳定。因此, 为了使肌苷在溶液中稳定不分解, 可加入含有磷酸盐的缓冲溶液, 加热并调pH 值为 7. 4, 至少可保持 6 个月之久。利用肌苷该性质可较长时间保存待分析检测的肌苷样品, 需要时再将样品的pH 值调至测试所规定的酸度值进行肌苷含量的测定, 以满足分析工作中的某些需要。

在酸性溶液中, 肌苷降解的产物为次黄嘌呤和D - 核糖, 该反应被认为是酸性催化水解：

在碱性溶液中, 肌苷发生三个竞争反应 :

温度升高, 反应速度明显加快。该三个竞争反应及酸性催化水解反应, 在肌苷工业生产过程中

都会发生,是造成肌苷降解损失的主要原因。因此在肌苷发酵液调至酸性后,应尽量缩短其停放时间,以减少酸性降解损失;在肌苷溶液蒸发浓缩过程中,工业上采取提高真空度的方法,以降低其蒸发温度,同时尽量缩短蒸发时间,使肌苷在碱性溶液中的降解损失减小到最低值。

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