葉酸是一種水溶性維生素，因綠葉中含量十分豐富而得名，又名喋醯谷氨酸。在自然界中有幾種存在形式，其母體化合物是由喋啶、對氨基苯甲酸和谷氨酸3種成分結合而成。
葉酸含有1個或多個谷氨醯基，天然存在的葉酸大都是多谷氨酸形式。葉酸的生物活性形式為四氫葉酸。葉酸為黃色結晶，微溶於水，但其鈉鹽極易溶於水。易溶於乙醇。在酸性溶液中易破壞，對熱也不穩定，在室溫中很易損失，見光極易被破壞。
葉酸在體內有主動吸收和擴散被動吸收兩種方式，吸收部位主要在小腸上部。還原型葉酸的吸收率較高，谷氨醯基愈多吸收率愈低，葡萄糖和維生素C可促進吸收。吸收後的葉酸在體記憶體於腸壁、肝、骨髓等組織中，在NADPH參與下被葉酸還原酶還原成具有生理活性的四氫葉酸(THFA或FH4 )，參與嘌呤、嘧啶的合成。因此葉酸在蛋白質合成及細胞分裂與生長過程中具有重要作用，對正常紅細胞的形成有促進作用。缺乏時可致紅細胞中血紅蛋白生成減少、細胞成熟受阻，導致巨幼紅細胞性貧血。
基本介紹
- 中文名：葉酸
- 外文名：folic acid
- 分子量：441.4
- 熔點：250 ℃
- 別稱：維生素B11、抗貧血因子、VBe、蝶醯谷氨酸等
- CAS號：59-30-3
- 缺乏症狀：神經管畸形、巨幼紅細胞性貧血、唇齶裂等
- 套用：動物生產、醫藥套用等
簡介,葉酸的由來,理化性質,代謝過程,生理功能及缺乏原因,來源、吸收與需要量,人體葉酸缺乏症,神經管畸形,巨幼紅細胞貧血,葉酸與唇齶裂,其他疾病,合成方法,以硝基苯甲酸為原料,以2-羥基丙二醛為中間體,以三氯丙酮為中間體,套用,動物上的套用,醫藥套用,現狀及展望,
簡介
葉酸是蝶啶的衍生物，最初由肝臟分離出來，後來發現植物的綠葉中含量十分豐富，故名為葉酸。它廣泛地存在於肉類、鮮果、蔬菜中，為黃色結晶狀粉末，無味無臭，不溶於醇和乙醚及其他有機溶劑，但稍溶於熱水。在酸性溶液中不穩定，易被光破壞。
又稱“維生素Bc”和“維生素M”。B族維生素的一種。黃色或橙黃薄片狀或針狀晶體，無臭無味，加熱至約250℃，色漸變深，最後成黑色膠狀物。不易溶於水和乙醇，易溶於酸性或鹼性溶液。抗貧血藥，茶葉中含量達50～70μg/100g，對正常紅細胞形成有促進作用。在茶樹物質代謝中，參與甲基的傳送。也參與體內胺基酸及核酸合成，並與維生素B12共同促進紅血球的生成。用於各種巨幼紅細胞性貧血，尤適用於孕婦及嬰兒巨幼紅細胞性貧血。
人類腸道細菌能合成葉酸，故一般不易缺乏。當吸收不良、代謝失常或長期使用腸道抑菌藥物時，可造成葉酸缺乏。此外，葉酸還廣泛存在於動植物性食品中，含量豐富的有：內臟、蛋、魚以及梨、蠶豆、甜菜、菠菜、菜花、芹菜、萵苣、柑橘、堅果類和大豆類食品。人體每日攝入葉酸量維持在每天3.1μg/kg時，體內即可有適量葉酸儲備；孕婦每日葉酸總攝入量應大於350μg；嬰兒的安全攝入量按kg體重計與成人相似，即每日3.6μg/kg能滿足生長與維持正常血象的需要。
葉酸的由來
1931年，印度孟買產科醫院的醫生L.Wills等人發現，酵母或肝臟濃縮物對妊娠婦女的巨幼紅細胞性貧血症狀有一定的作用，認為這些提取物中有某種抗貧血因子；1935年，有人發現酵母和肝臟提取液對猴子貧血症狀有一定的作用，描述其為VM；1939年，有人在肝中發現了抗雞貧血的因子，稱為VBe；1941年H.K.Mitchell等人發現菠菜中有乳酸鏈球菌的一個因子，稱作葉酸。1945年，R.B.Angier等人在合成蝶醯谷氨酸時，發現以上所有的因子都是同一種物質，並完成了結構測定，之後常稱之為葉酸。所以，葉酸又叫維生素B11、抗貧血因子、VBe、蝶醯谷氨酸等。
理化性質
葉酸（Folic Acid）是一組化學結構相似，生化特徵相近的化合物的統稱，由蝶啶、對氨基苯甲酸與1個或多個谷氨酸結合而成。
葉酸亦稱維生素M，是淡橙黃色結晶或是薄片，分子式是C19H19N7O6，分子量是441.4，熔點是250 ℃，溶於熱稀鹽酸和硫磺，略溶於乙酸、酚吡啶、氫氧化鹼及碳酸鹼溶液，在乙醇、丁醇、醚、丙酮、氯仿和苯溶液中不溶。
在生物體中，蛋白質、核苷酸、泛酸的合成及分子的甲基化都需要一碳單位的參與，而葉酸是介導一碳單位轉移極其重要的輔助因子，葉酸主要參與了嘌呤和嘧啶的從頭合成。葉酸因吡嗪環上有不同形式的取代物及其鄰位—氨基苯甲醯谷氨酸部分結合不同數量的谷氨酸殘基而形成了不同形式的葉酸：（1）吡嗪環被部分還原——二氫葉酸；（2）吡嗪環被完全還原——四氫葉酸；（3） 吡嗪環被甲酸氧化——5-甲醯基-四氫葉酸或10-甲醯基-四氫葉酸或5，10-次甲基-四氫葉酸；（4） 吡嗪環被甲醛氧化——5，10-亞甲基-四氫葉酸；（5） 吡嗪環被甲醇氧化——5-甲基-四氫葉酸。四氫葉酸（TFH）是其在體內最活潑形式，因為四氫葉酸是多谷氨醯化的最適底物。
代謝過程
進入機體的葉酸在二氫葉酸還原酶作用下轉變為二氫葉酸，進而轉化為四氫葉酸；在絲氨酸羥甲基轉移酶的作用下，四氫葉酸活化為5，10-亞甲基四氫葉酸，該反應是可逆的；在亞甲基四氫葉酸還原酶的作用下，5，10-亞甲基四氫葉酸轉化為5-甲基四氫葉酸；同型半胱氨酸、維生素B12，在蛋氨酸合成酶作用下，5-甲基四氫葉酸為其提供甲基，合成蛋氨酸。
生理功能及缺乏原因
葉酸對生物體的作用主要表現在以下幾個方面：參與遺傳物質和蛋白質的代謝；影響動物繁殖性能；影響動物胰腺的分泌；促進動物的生長；提高機體免疫力。葉酸缺乏的可能原因包括攝入量不足；需要量增加；腸道吸收障礙；維生素 C 缺乏；使用葉酸拮抗藥；肝臟疾病等。
來源、吸收與需要量
葉酸廣泛分布於綠葉植物中，如菠菜、甜菜、硬花甘藍等綠葉蔬菜，在動物性食品（肝臟、腎、蛋黃等）、水果（柑橘、獼猴桃等）和酵母中也廣泛存在，但在根莖類蔬菜、玉米、米、豬肉中含量較少。但是在這些綠葉蔬菜中，葉酸含量較高的主要是東風菜、馬蹄葉、山尖子菜、柳蒿芽、刺五加皮、野蘆筍，含量分別是36.195、23.478、20.137、67.600、59.553、22.032 ug/g。
進入機體內的多谷氨酸形式的葉酸必須降解為游離葉酸，方可被機體吸收。對多谷氨酸葉酸起水解作用的是小腸黏膜上皮中的 γ-L-谷氨醯羧肽酶。葉酸結合蛋白在葉酸的消化、分布和貯存起關鍵作用。已發現的葉酸結合蛋白有三類：高親和力葉酸結合蛋白、與膜有關的結合蛋白和細胞質結合蛋白。高親和力葉酸結合蛋白保護了葉酸在血液中的穩定存在，還可能控制了血漿中葉酸鹽分布的專一性。
一般情況下，正常人的需要量為100~200 ug/d，世界衛生組織的推薦量為：成人200 ug/d，孕婦和乳母400 ug/d。FDA 的最新葉酸食用量標準如下：25 歲～50歲（男性）為240 ug/d；25歲～50歲（女性）為190 ug/d；乳母、孕婦為400 ug/d；嬰幼兒為200～400 ug/d。
人體葉酸缺乏症
葉酸作為機體細胞生長和繁殖必不可少的維生素之一，缺乏會對人體正常的生理活動產生影響。許多文獻報導，缺乏葉酸與神經管畸形、巨幼細胞貧血、唇齶裂、抑鬱症、腫瘤等疾病有直接關係。
神經管畸形
神經管畸形（NTDs）是胚胎在發育過程中神經管閉合不全而引起的一組缺陷，包括無腦兒、腦膨出、脊柱裂等，是最常見的新生兒缺陷疾病之一。世界範圍內NTDs發病率約為千分之零點五至千分之二。我國是NTDs的高發國家，每年約有10萬左右例NTDs患兒出生，發病率高達千分之二點七四。NTDs給家庭和社會帶來沉重的壓力和負擔。
NTDs的發病主要由基因與環境的相互作用導致。1991年，英國醫學研究委員會才首次證實了妊娠前後補充葉酸可預防NTDs的發生，降低50-70%的發病率。葉酸對NTDs的預防作用已被認為是20世紀後期最令人激動的醫學發現之一。1995，我國衛生局提倡新婚和準備生育的婦女服用葉酸增補劑，使“九五”期間我國NTDs的發生率下降50%。2000年，中國營養協會建議育齡婦女毎日膳食中葉酸的推薦攝入量為400微克，各階段的產婦為每天600微克。葉酸的每日最高允許攝入量均為1000微克。
巨幼紅細胞貧血
巨幼細胞貧血（MA）是由於缺乏葉酸或維生素B12而引起的脫氧核糖核酸合成障礙而導致的一種貧血，以嬰孩與孕婦多見。正常發育的胎兒要求母親體內有大量的葉酸儲備，如果在臨產或產後早期葉酸儲備耗盡，導致胎兒和母親巨幼細胞貧血。補充葉酸後，本病可迅速恢復和治癒。
葉酸與唇齶裂
唇齶裂（CLP）是最常見的先天性出生缺陷崎形之一，尤其是在中國的發病率高達千分之一點八二，我國平均每年約有4~5萬唇齶裂患兒出生。唇齶裂的發病原因還不明確，事實證明母孕早期補充葉酸可預防唇齶裂兒的出生。有學者研究了179例唇齶裂家庭和204例對照家庭，發現未補充葉酸或者低葉酸飲食的母親，生出唇齶裂孩子的風險比正常補充葉酸的家庭大約高6倍。
其他疾病
葉酸缺乏會給母親和孩子帶來很大傷害，例如，習慣性流產、早產、嬰兒出生體重過低、胎兒消化不良及生長遲緩等。許多文獻報導，老年期痴呆症、抑鬱症及新生兒的神經系統發生異常等有關腦病變疾病，都與葉酸的缺乏有著一定的關聯。另外，缺乏葉酸還可能引起腫瘤（子宮癌、支氣管癌、食道癌、大腸癌等）、慢性萎縮性胃炎、結腸炎、冠心病和腦血管疾病等多種疾病，以及其他如舌炎、生長不良、智力退化等症狀。成年人若缺乏葉酸又飲酒過量可能會改變其腸黏膜的結構。
葉酸對以上疾病均有預防的治療作用，除了NTDs外，補充葉酸即可使機體恢復健康，這種葉酸與疾病間的可逆關係在臨床上非常重要。
合成方法
以硝基苯甲酸為原料
傳統的葉酸合成方法是利用硝基苯甲酸，經過醯氯化、縮合、還原、環合四個步驟最終得到葉酸。該方法雖然可合成葉酸，但合成路線複雜，生產時間長，生產成本高，且收率低，不利於大規模生產。反應方程式如圖所示：
圖 1.1 以硝基苯甲酸為原料合成葉酸
圖 1.1 以硝基苯甲酸為原料合成葉酸以2-羥基丙二醛為中間體
1994年C· 維爾利等人提出以2-羥基丙二醛為中間體，採用一鍋法合成葉酸。2-取代丙二醛存在Ⅰa 和Ⅰb 兩種互變異構形式如圖1.2所示：
圖 1.3 以 2-羥基丙二醛為中間體合成葉酸具體操作如下：氮氣保護下，將5.32g對氨基苯甲醯谷氨酸、20mL0.1 mol/L HCl加入100mL的五口瓶中，再加入0.88g 2-羥基丙二醛和3mL水，室溫攪拌1h。然後加入2.52g Na2SO3攪拌升溫至38 ℃，將2.39g三氨基嘧啶硫酸鹽在1h內分批加入反應瓶，用2mol/L的Na2CO3溶液調pH值維持在6.0，反應4h結束。用醋酸調節反應液pH至3.0，析出葉酸沉澱，過濾，得到3.08g葉酸粗品，純化後收率63.5%。
該方法雖然收率有所提高，但其生產成本很高，需氮氣保護，且 2-羥基丙二醛難於製備。
C·維爾利等人再次嘗試，用 1，1，3，3-四甲氧基丙醇在酸性條件下水解得到 2-羥基丙二醛，如圖 1.4 所示。2-羥基丙二醛與對-氨基苯甲醯基-L-谷氨酸反應得到了相應的二亞胺固體，然後將製得的二亞胺固體與三氨基嘧啶硫酸鹽反應製得葉酸。此工藝雖然和硝基苯甲酸生成葉酸的方法比較，合成步驟簡單易行，且收率較高，但製得的葉酸粗品提純操作較為複雜，需要利用矽膠柱進行分離操作，無法套用於大規模生產。
圖 1.4 2-羥基丙二醛的水解
圖 1.4 2-羥基丙二醛的水解以三氯丙酮為中間體
1948 年，Hultquist等用 1，1，3-三氯丙酮與 2，4，5-三氨基-6-羥基嘧啶縮合製得4-氨基-4-羥基-6-氯代甲基蝶啶，如圖 1.9 所示：
圖 1.9 環合反應
圖 1.9 環合反應現國內主要以三氯丙酮、2，4，5-三氨基-6-羥基嘧啶硫酸鹽和對氨基苯甲醯谷氨酸為原料合成葉酸。將三氯丙酮、L-N-對氨基苯甲醯谷氨酸、6-羥基-2，4，5-三氨基嘧啶硫酸鹽在焦亞硫酸鈉和碳酸鈉存在下，保持pH3.0～3.5，於40～45 ℃的反應溫度條件下，反應5h，得葉酸。反應方程式如圖 1.10 所示：
圖 1.10 以三氯丙酮為中間體合成葉酸
圖 1.10 以三氯丙酮為中間體合成葉酸此操作工藝簡單，反應時間短，條件容易控制，生產成本低。但存在廢水廢氣量大的缺點。在生產三氯丙酮的過程中也存在較大污染，主要存在以下兩方面問題。
(1) 廢水污染嚴重。製得的氯代混合物需用大量水進行水提操作，以得到濃度可用於生產的三氯丙酮水提液，致使產生大量廢水。
(2) 廢氣污染嚴重。工廠普遍採用丙酮和氯氣反應製備三氯丙酮，同時生成大量氯化氫氣體。對這些廢氣如不充分回收處理，將導致嚴重的廢氣污染。
除製備三氯丙酮存在廢水和廢氣的污染，在合成葉酸的步驟中，同樣存在此類問題。由於 2，4，5-三氨基-6-羥基嘧啶硫酸鹽的溶解性差，反應過程中水量較大，滴加的三氯丙酮水提液也在反應體系中帶入大量水。除此之外，在最後的提純操作中，需進行酸溶水析，這些操作共同導致整體反應廢水污染嚴重。
套用
動物上的套用
（1）葉酸在豬上的套用
研究表明，添加2.5 mg/kg葉酸，仔豬的全期日增重較基礎日糧組有顯著提高，血清中蛋白質濃度，肝臟中 DNA、RNA及蛋白質含量都有顯著升高，血清中尿素氮濃度極顯著降低。同時，也得出更高水平的葉酸添加劑量反而降低了仔豬生長性能。
有學者研究發現葉酸的補充對初產母豬繁殖性能無顯著影響，但是極顯著提高初產母豬和新生仔豬血清中葉酸含量。葉酸作為一碳單位代謝重要的輔助因子，能夠降低血漿同型半胱氨酸含量，從而改善脂質過氧化。蛋白質組學分析表明：葉酸對大鼠肝臟的抗氧化酶表達量及其活力都有顯著影響。
（2）葉酸在乳牛上的套用
葉酸在反芻動物上的研究較少，一般認為反芻動物的瘤胃微生物可以合成葉酸並很好地利用，但是Girard等認為，經產乳牛在妊娠階段對葉酸的需要量很大，仍需要從日糧中添加。在高產乳牛的組織代謝中，葉酸和膽鹼可以為乳牛體組織提供一碳基團，用於能量與蛋白質代謝、嘌呤與DNA的合成，從而改善乳牛的生產性能。
（3）葉酸在雞養殖上的套用
有學者在肉雜雞日糧中分別添加1.64、2.14 和 2.64 mg/kg 葉酸，結果1.64 mg/kg的添加量顯著提高了肉雜雞的採食量和平均日增重，並顯著提高了其血清中果糖胺的含量，2.64mg/kg水添加量則顯著提高了肉雜雞血清尿酸的含量；葉酸的添加能顯著提高21日齡肉仔雞血清蛋白質的含量，3.0mg/kg水平的添加量還能顯著提高肉仔雞的採食量和平均日增重，並能顯著降低料重比，且發現葉酸與煙酸聯用能極顯著提高肉仔雞的平均日增重；另有研究表明煙酸與葉酸聯用能顯著降低肉仔雞的腹脂重和腹脂率，顯著提高胸肌重、腿肌重和腿肌率，並能顯著提高肉仔雞的胸腺指數、脾臟指數和法氏囊指數，還能在一定程度上提高血清中免疫球蛋白的含量，顯著降低血清中的膽固醇含量，且能提高幹物質、粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、有機物和無氮浸出物的表觀消化率。
醫藥套用
現有的研究報導都表明葉酸對人類的健康有著極其重要的作用。葉酸缺乏會導致新生兒神經畸形，血栓閉塞性心、腦血管疾病，厭食症與神經性厭食症，巨幼紅細胞貧血，老年血管性痴呆，抑鬱症等疾病的危險。
（1）葉酸對新生兒神經管畸形的影響調查
有學者對美國人在2003-2006年從飲食、營養保健品中補充葉酸的研究表明，育齡婦女的葉酸攝入量是必須改進的。在NTDs高發地區，每日提供給孕婦的葉酸僅為100ug，遠低於孕婦每日需要量。
對加拿大哺乳期婦女飲食中攝入葉酸量對血液葉酸含量影響的調查研究中，得出哺乳期婦女應該每天攝入的葉酸量為400ug。葉酸在調控神經生成和程式性細胞死亡中起重要作用。
在美國食品中葉酸的強化補充使有神經閉合缺陷嬰兒的出生率下降了19%，但並不排除其他因素對此降低產生的作用。
（2）葉酸對人類其他疾病的影響研究
葉酸除了對於預防嬰兒發生神經閉合不完全有效果之外，在人類一些常見疾病的預防中也起到了一定的作用。
（3）葉酸對其他疾病的影響研究
血漿中同型半胱氨酸濃度的升高會導致血栓閉塞性心、腦血管疾病，厭食症與神經性厭食症，老年血管性痴呆，抑鬱症等疾病的發生。在同型半胱氨酸的循環代謝中，葉酸是重要的輔助因子，葉酸經過活化可以轉化成 5，10-亞甲基四氫葉酸，為同型半胱氨酸轉化為蛋氨酸提供甲基。葉酸缺乏使大量的同型半胱氨酸蓄積，排到細胞外造成血漿中同型半胱氨酸濃度升高，導致疾病。研究表明，葉酸強化食品的食用對中老年人血清葉酸水平的提高有本質性聯繫。葉酸可以降低無痛風史人群患痛風的幾率。葉酸缺乏會出現機體多系統受損，在消化系統主要是會發生結腸炎、慢性萎縮性胃炎，增加結腸癌和胃癌的危險。葉酸補充劑能夠抑制結腸直腸癌的復發率。
研究表明，一定濃度的葉酸可以通過影響葉酸代謝而抑制卵巢癌細胞的生長，葉酸可能是增強化療藥物對卵巢癌的細胞毒性作用，從而增強卵巢癌化療敏感性。
現狀及展望
目前市場上的葉酸產品主要是合成葉酸，缺乏天然葉酸產品，並且大部分集中在藥用級別。合成葉酸的長期使用對人體是有害的，天然葉酸產品有待進一步研究開發。如何讓合成葉酸通過動物機體的消化、吸收，轉化為天然葉酸，更大程度地儲存在動物產品中，為人類提供更多天然葉酸，是畜牧業工作者的一個努力方向。但因動物的品種、年齡和生理階段不同，對葉酸的需求不同；日糧中葉酸含量和環境等因素都會影響動物對葉酸的需求。因此，對於不同品種、不同生理階段的動物，葉酸的最適添加比例還有待進一步研究。另外，葉酸在醫藥方面對不同疾病的具體用量仍有待進一步研究。
