核苷酸营养与运动能力

郭 莹, 张伊杰, 林文弢

(1.广州体育学院,广东 广州 510500; 2.珠海科技学院,广东 珠海 519041)

核苷酸(Nucleotide)是组成细胞的主要成分,是脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)的基本结构组成单位,在细胞结构、物质代谢、能量代谢和功能调节等方面起重要作用。研究表明,核苷酸通过参与细胞代谢和更新,改善细胞活力,提高机体组织、器官和系统的自身功能和自我调节能力,实现最佳综合状态的生理平衡,达到提高免疫、增强体能、延缓哀老,促进细胞和组织再生与修复。此外,核苷酸对人体运动能力也有积极影响,可以通过膳食核苷酸营养提高运动员的运动能力,加速运动后的体力恢复。因此,了解核苷酸的结构与生物学功能,探讨核苷酸营养功能与人体身体健康及运动能力的关系,可为优秀运动员运动能力和运动成绩的提升提供理论依据与实用方法。

1 核苷酸结构与生物学功能

1.1 核苷酸结构

核苷酸是组成核酸的基本单位,是由嘌呤碱或嘧啶碱、核糖或脱氧核糖及磷酸等3种物质组成的化合物。核糖与有机碱合成核苷,核苷与磷酸合成核苷酸,4种核苷酸组成核酸。

1.2 核苷酸生物学功能

核苷酸类化合物具有重要的生物学功能,参与生物体内几乎所有的生物化学反应过程。

其一,作为核酸合成的原料。苷酸是合成生物大分子RNA及DNA的前身物。

其二,参与代谢和生理调节。三磷酸腺苷 (ATP)在细胞能量代谢上起着极其重要的作用,物质在氧化时产生的能量一部分贮存在ATP分子的高能磷酸键中。ATP分子分解放能的反应可以与各种需要能量做功的生物学反应互相配合,发挥各种生理功能,如物质的合成代谢、肌肉的收缩、吸收及分泌、体温维持及生物电活动等。

其三,组成辅酶。腺苷酸是几种重要辅酶如辅酶Ⅰ(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸,NAD+)、辅酶Ⅱ(磷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸,NADP+)、黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)及辅酶A(CoA)的组成成分。

其四,活化中间代谢物。在某些合成反应中,有些核苷酸衍生物还是活化的中间代谢物。例如,UTP参与糖原合成作用以供给能量,并且 UDP还有携带转运葡萄糖的作用。

其五,抗生物氧化功能。在饮食中添加核苷酸能增加单不饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的含量,可以提高机体抗氧化的能力,对机体增龄性形态学改变有良好的改善作用,同时可显著提高性激素分泌水平。

其六,维持机体正常免疫。大量研究证明,动物或人补充外源性核苷酸,不仅可以增强机体的免疫功能,有助于维持细胞和体液免疫应答,还能部分解除免疫抑制。

其七,调节免疫细胞。核苷酸对免疫细胞(巨噬细胞、树突状细胞和淋巴细胞等)具有调节作用[1]。

其八,核苷酸对一切生物体的基本成分,生物的生长、发育、繁殖和遗传都起着重要作用。

2 核苷酸的营养学功能

核苷酸是核酸分解代谢的产物,也是合成核酸的单体。许多单核苷酸具有多种重要的生物学功能,如与能量代谢有关的三磷酸腺苷(ATP)、脱氢辅酶等。临床研究和试验数据表明,核苷酸对肝脏生长发育和代谢、肠道功能、神经细胞的营养作用、脂质代谢和人体抗氧化能力具有积极意义(表1)。

表1 核苷酸的营养作用[6]

3 核苷酸与运动能力

3.1 核苷酸与运动耐力

核苷酸可以增加机体运动耐力,提高血清免疫球蛋白A和 NKC细胞毒性活性,增强免疫功能。研究发现,饮食中的核苷酸可以帮助运动员在运动后减少与压力有关的激素和代谢物的释放,保持较高水平的身体状态,使免疫系统更有效地工作[2]。膳食核苷酸有利于运动员运动耐力水平的提升和耐力运动后体力的恢复,如增加肝糖原、改善脂肪酸代谢、增加铁的吸收利用和充足的外周氧传递[3]。在喂食中添加核苷酸配方,新生大鼠红细胞2,3-二磷酸甘油酸浓度随之增加,通过降低血红蛋白的氧亲和力促进氧的释放[4]。肌肉吸收和利用氧的能力决定了人体的耐力水平,因此,补充核苷酸可以增强外周氧供给,进而增强耐力运动的能力。负重游泳时间可以反映动物运动疲劳的程度,是评价抗运动疲劳能力强有力的指标,5-核苷酸高剂量组小鼠负重游泳持续时间均明显高于对照组,说明5-核苷酸可以增强小鼠的运动耐力,起到抗疲劳作用[5]。饮食核苷酸被推荐为一种促进能量代谢的物质,用于高强度体能活动或耐力运动后的恢复。

3.2 核苷酸与爆发力

核苷酸与人体骨骼肌嘌呤核苷酸代谢在高强度运动中起重要作用,可以在某种程度上缓解人体骨骼肌对 ATP 的急需。核苷酸的补救途径提供了由次黄嘌呤到 IMP 的转化机制,IMP 又经嘌呤核苷酸循环氨基化,最终合成 ATP。从嘌呤代谢角度上讲,运动员大强度运动后适当补充肌苷有利于腺苷酸补救途径的进行,腺苷酸代谢的精细调节是肌肉完成高强度运动时所必需的。外源核苷酸对运动员剧烈运动后的免疫指标有保护作用,剧烈运动通常会引起免疫抑制,因此,会增加感染的风险,尤其是呼吸道感染。膳食核苷酸有助于在紧张情况下维持免疫功能,改善剧烈运动下的相关免疫功能。

核糖是合成嘌呤核苷酸的重要物质,是骨骼肌和心肌通过从头合成和补救途径合成能量物质的重要原料。核糖可以加快骨骼肌和心肌磷酸戊糖焦磷酸(PRPP)的合成速度,消除磷酸戊糖途径中葡萄糖-6-磷酸脱氢酶活性低的限制,使嘌呤核苷酸的合成速度成倍增加,所以补充核糖可以提高运动能力[7]。补充D-核糖能够提高男运动员无氧运动磷酸原供能比例,降低糖酵解供能比例,减少乳酸生成和提高无氧运动后乳酸清除能力。从理论上讲,核糖能够通过加快 ATP 的生成和恢复速度,提高机体大强度运动的能力。补充核糖理论上可以加快 ATP 从头合成,加快其他嘌呤核苷酸(ADP、AMP、IMP)转变成 ATP 的速度[8]。

4 核苷酸营养补充剂

核苷酸补充剂是指核酸类物质进入生物体后被消化吸收并加以利用,从而实现为生物体提供能量和核酸合成材料并发挥调控因子的作用。20世纪60年代科学家开始对核苷酸的营养进行研究,提出核苷酸是重要的营养素。虽然机体可以内源合成核酸,但在快速生长或应激反应时,添加外源核苷酸显得尤为重要。20世纪80年代后,西班牙和美国开始推荐向奶粉中添加核苷酸,目前许多婴幼儿奶粉都在配方中加入了DNA和RNA成分[8]。外源核苷酸在体内的作用机制及代谢途径目前还不清楚,但膳食中添加核苷酸有助于降低肿瘤的发病率,对肝脏修复和调节肠道菌群也有明显作用[6]。

在肠道损伤与手术创伤后、脓毒症及快速生长的胎儿或新生儿等,一些快速周转的组织(肠道和免疫系统)可能会增加对饮食中外源核苷酸的利用[9]。营养不良和饥饿造成的免疫抑制状态可通过补充核酸营养恢复正常,但补充蛋白质无法起到这种作用。天然食物中的核苷酸主要以核酸的形式存在,动物肝脏核酸含量最丰富,豆类次之,谷物籽实含量较低。人乳中脱氧核糖核酸的质量浓度为1～12 mg/L,核糖核酸10～60 mg/L,哺乳初期核苷和核苷酸质量浓度最高,随着哺乳时间延长逐渐降低。牛乳中DNA和RNA质量浓度较低,分别为1～4 mg/L和5～19 mg/L,而且多以核苷酸前体物质乳清酸存在于乳清中[10]。但如果服用的核酸过多,则可能导致血液、尿中尿酸太多,从而对身体造成伤害。

目前,核酸在功能食品和饲料添加剂等产业被广泛应用。未来关于核酸在体内消化吸收的利用机制、作用机理及如何针对具体需求开发核酸营养的运动饮料还需进一步探究。

5 小 结

核苷酸对机体的运动能力起重要作用。当机体处于大运动负荷和运动疲劳状态下,饮食核苷酸可以提高运动能力和促进身体恢复。随着研究不断开展,核酸的营养作用对运动员的特殊意义将是运动营养与运动医学领域的一个亮点,将其开发成为运动功能食品将是一项具有深远意义的工作。