助力氨基酸检测—这些氨基酸竟与大脑发育有关

近期，奥地利科学技术学院（ISTA）的Gaia Novarino研究团队在Cell杂志上发表了题为“Large neutral amino acid levels tune perinatal neuronal excitability and survival”文章，通过检查整个大脑发育过程中的代谢物水平，揭示了一组大型中性氨基酸（large neutral amino acid, LNAA）—包括色氨酸、酪氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸，在大脑神经发育的某些阶段发挥着关键作用[1]。

大脑发育由一连串协调的步骤组成，这些步骤主要由人体基因指导，然而，环境应激，如营养匮乏或营养不良也会影响大脑的发育。LNAA是人体不能自行合成的必需氨基酸，必须通过食物摄取。氨基酸作为生物体健康生长所必须的营养物质，经常作为食品营养强化剂添加在各类食品中，如：食品补充剂、动物营养饲料添加剂、临床营养制剂以及氨基酸药物，如氨基酸注射液、氨基酸口服液、氨基酸制剂等，因此合理的添加及使用尤为重要。

与健康小鼠（左）相比，缺少LNAA的小鼠（右）大脑皮质比较薄[2]

01、游离氨基酸简介

在生物体内这些氨基酸仅以游离状态存在着。构成一般蛋白质的有23种，立体构型均属L-型。氨基酸根据氨基与羧基数分类为中性，酸性，碱性等。氨基酸通常为无色晶体，熔点超过200℃，比一般有机化合物的熔点高很多。氨基酸一般易溶于水、酸溶液和碱溶液中，不溶或微溶于乙醇或乙 醚等有机溶剂。氨基酸在水中的溶解度差别很大，例如酪氨酸的溶解度最小，25℃时，100g水中酪氨酸仅溶解0.045g，但在热水中酪氨酸的溶解度较大。赖氨酸和精氨酸常以盐酸盐的形式存在，因为它们极易溶于水，因潮解而难以制得结晶。

20种氨基酸在可见光区域均无光吸收，在远紫外区（小于220nm）均有光吸收，在紫外区（近紫外区）（220nm～300nm）只有三种氨基酸有光吸收能力，这三种氨基酸是苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸，因为它们的R基含有苯环共轭双键系统。

（图片来源：https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/）

02、检测方法及相关标准

目前常用的氨基酸检测方法主要有：分光光度法，毛细管电泳法，近红外光谱法，气相色谱法，高效液相色谱法等，其中高效液相色谱法是最常用的氨基酸检测方法。由于大多数氨基酸本身没有紫外吸收和荧光反应，因此需要对样品进行衍生化处理将其转化为有紫外吸收和发射荧光的物质，衍生可分为柱前衍生和柱后衍生。

1、柱前衍生：

是样品在进入色谱柱之前，氨基酸经衍生化转变为适合反相高效液相色谱检测的物质，常用的衍生剂有丹酰氯、邻苯二甲醛、萘二甲醛等。实验常用的色谱柱有C8柱、C18柱和CN柱，检测方法有HPLC-UV、HPLC-ELSD、HPLC-FLD、HPLC-MS等。

2、柱后衍生

是样品经离子交换柱分离，分离后的氨基酸再进行衍生化处理。常用的柱后衍生化试剂有茚三酮和荧光胺，其中荧光胺的灵敏度比茚三酮高大约3个数量级。柱后衍生主要用于食品、蛋白质水解液、生理体液等样品中氨基酸含量的检测[3]。

氯化铵和17种氨基酸混标检测谱图

03、相关耗材包

04、其它氨基酸

亲水氨基酸，即极性氨基酸，其R基团呈极性，一般能和水分子形成氢键，故对水分子具有一定的亲和性。包括：丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、含硒半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、天冬氨酸、谷氨酸、吡咯赖氨酸、精氨酸、赖氨酸、组氨酸。

疏水氨基酸，即非极性氨基酸，其R基团呈非极性，对水分子的亲和性不高或者极低，但对脂溶性物质的亲和性较高。它们包括：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸和色氨酸。

参考文献：

[1] Knaus et al., Large neutral amino acid levels tune perinatal neuronal excitability and survival, Cell (2023).

[2] Feed them or lose them. Retrieved Mar. 29, 2023.

[3] 于泓等. 氨基酸分析方法的研究进展. 2005.