氨基酸家族27(非蛋白质氨基酸•刀豆氨酸)

【身份小贴士】

中文全名：L-刀豆氨酸

英文名：L-canavanine

分类：非蛋白质氨基酸，植物游离氨基酸、碱性氨基酸

别称：刀豆胺酸、4-胍氧丁胺酸、L-2-氨基-4-胍氧基—丁酸

化学式：C5H12N4O3

分子量：176.17

熔点：184°C（从无水乙醇中所得结晶）

沸点：431.2°C

旋光度：+7.9°（c=3.2，水）

溶解度：极易溶于水，不溶于乙醇、苯、丙酮等有机溶剂

密度：1.61g/cm3

性状：白色有毒晶体，低毒

CAS登录号：543-38-4

EINECS登录号：221-379-0

 

【刀豆氨酸小史】

刀豆氨酸是从刀豆（Canavalia ensiformis）中分离的氨基酸，按照消旋性，分为L-刀豆氨酸(L-canavanine)和D-刀豆氨酸（D-canavanine）两种。自然界常见的是L-刀豆氨酸。

L-刀豆氨酸广泛存在于豆科植物及其种子中，具有一定的毒性。它和L-精氨酸的分子结构非常相似，属L-精氨酸的结构类似物和代谢拮抗物。精氨酸的C5亚甲基被O原子取代就形成了刀豆氨酸。

刀豆氨酸最早在1929年由日本科学家从刀豆中分离出的L构型碱性氨基酸。到了六十年代初刀豆氨酸的消旋性开始有文献报导：即L-刀豆氨酸和D-刀豆氨酸。自L-刀豆氨酸被发现以来，已发现了其毒性，抗代谢性和抗肿瘤性。由于其具有一定毒性，刀豆氨酸被认为是一种潜在的杀虫剂。此外，L-刀豆氨酸的抗肿瘤性逐渐成为研究的热点。

【刀豆氨酸的自然提取】

在自然界中，L-刀豆氨酸广泛存在于豆科(leguminosae)蝶形花科（Papilionnoidea)等植物及其种子中，1978年，Bell报道了L-刀豆氨酸普遍存在于豆科的240属，1200种植物中。在一些豆科植物种子中L-刀豆氨酸含量极高：可从洋刀豆籽粒中分离而得，在紫苜蓿及其芽菜也含有丰富的刀豆氨酸。有报道指出刀豆种子中刀豆氨酸含量占总干重的10%和总氮含量的55%以上。

最早在1939年刀豆氨酸被成功的从去掉油脂的豆科植物种子中提取出来。

1971年通过离子交换色谱法，提纯出了具有消旋性的L-刀豆氨酸网，但纯度较差，产率低。

直到1977年，Rosenthal等人利用植物提取法从易得的刀豆中提取出了高纯度的L-刀豆氨酸。Rosenthal的提取法为：首先将刀豆脱脂，得到刀豆粉经过多步萃取、调节PH值、沉降等过程，得到刀豆氨酸，再经过分离结晶就可以得到L-刀豆氨酸。

【刀豆氨酸的代谢及生理特点】

1982年Rosenthal发现：在精氨酸酶作用下可分解为L-副刀豆氨酸（L-canaline）和尿素，另外在转脒基酶的作用下则生成高丝氨酸（O-ureido-L-homoserine）和羟基胍〔NH2C(=NH)NHOH〕。刀豆氨酸的结构与精氨酸相似，动物摄入会导致刀豆氨酸代替精氨酸合成蛋白质，由于刀豆氨酸与精氨酸结构的不同，所形成蛋白质的功能也会出现异常，最终导致动物死亡。

【刀豆氨酸的药用作用】

1.抗肿瘤

L-刀豆氨酸是一种有效治疗癌症的非蛋白质氨基酸，且是一种重要的有机中间体。因为L-刀豆氨酸能代替精氨酸进入细胞合成有生理缺陷的蛋白质，从而具有良好的抗肿瘤性，特别是对于胰腺癌具有较好的治疗效果。美国、日本等国家从20世纪80年代就开始研究L-刀豆氨酸的抗肿瘤性及其生产方法，我国相关研究较晚。

经研究证实，L-刀豆氨酸及其衍生物无论是作为单一药物还是与5-氟脲嘧啶（5-florouraol)联合使用或作为放射化疗物质，都具有明显的抗肿瘤性，且被认为是一种有效的抗胰腺癌物质。胰腺癌（pancreatic cancer)是一种严重的消化系统恶性肿瘤，在美国，胰腺癌居恶性肿瘤死亡原因的第4位，消化道肿瘤死亡原因的第2位，死亡率非常高。因此，L-刀豆氨酸作为一种抗癌特别是胰腺癌物质具有广阔的研究价值。下面对L-刀豆氨酸的抗癌机理和制备方法作详细的说明。

L-刀豆氨酸的生物性能己引起许多研究者去评估这种非蛋白质氨基酸的潜在抗癌性。

如图 L-精氨酸与L-刀豆氨酸的结构图（下一为L-刀豆氨酸，下二为L-精氨酸）

研究显示，L-刀豆氨酸具有较强的抗代谢性，其抗代谢性体现在L-刀豆氨酸是L-精氨酸的类似物，二者分子结构极其相似，所以它可替代精氨酸参与蛋白质的合成反应，在蛋白质合成的过程中精氨酸-t RNA合成酶错误地将刀豆氨酸当成是精氨酸进行识别，从而将刀豆氨酸合成到初期多肽链中，含有刀豆氨酸的多肽链进一步折叠成蛋白质，且最终打乱了DNA和RNA的正常代谢过程，进而影响含精氨酸的蛋白质的正常代谢过程，合成具有生理功能不全的蛋白质，因而具有良好的抗肿瘤性，特别是对于胰腺癌具有较好的治疗效果。

 

随着癌症越来越危害着人类身体健康的时候，目前在植物次生代谢产物中寻找新的毒性低且疗效高的抗癌活性成分，是寻找抗肿瘤药物最为活跃的研究领域之一。所以在植物中探索抗癌新药，具有广阔的前景。因此，L-刀豆氨酸作为一种抗癌特别是抗胰腺癌物质具有广阔的研究价值。

2.天然驱虫剂

研究开发和利用植物资源应用于害虫防治方面具有广阔的前景。植物源农药由于其毒性低，残留少，对环境无污染等优点而被广泛地应用。L-刀豆氨酸对动物及人体有相当的细胞毒性，可替代一些化学合成的农药来防治菜蛾等害虫。一些昆虫取食含有不同量的刀豆氨酸后表现出不同的反应：①直接杀死菜蛾幼虫；②能减轻幼虫的体重；③延缓幼虫的生长发育；④造成蛹及成虫的畸形，不能正常化蛹和羽化；⑤影响昆虫的取食行为（拒食作用）；⑥抑制的玉米螟生殖力。

另外，刀豆氨酸的作用机制也判断出它不损害害虫的寄生性天敌，因而有利于保护害虫天敌昆虫。所以利用植物次生性代谢产物刀豆氨酸制成植物源杀虫剂或许可以减少化学农药对环境的污染和降低化学农药投入量，在病虫害防治方面体现出可持续发展，同时也有利于促进植物次生代谢物质类特别是植物保护剂的开发和利用。

3.创伤性休克

L-刀豆氨酸在创伤性休克中具有重要作用，可以减轻肠道内内毒素、细菌的移位，而且还能改善线粒体功能和有氧代谢活动，对休克的治疗具有非常重要的意义。