甜菜堿化學名為三甲基甘氨酸或三甲胺乙內(nèi)酯，分子式為C5H11NO2，相對分子質(zhì)量117.15。屬兩性化合物，在水溶液中呈中性，白色棱狀或葉片狀結晶，熔點293℃，能耐低于200℃的高溫，具有很強的抗氧化性、保濕性。其水合式溶于水、甲醇和乙醇，微溶于乙醚。室溫下在空氣中極易吸潮而潮解，其味甘甜。分子結構有2個特點：一是電荷在分子內(nèi)分布呈中性；二是具有3個活性甲基。

甲基是合成蛋氨酸、膽堿、肌酸、磷脂、腎上腺素、核糖核酸和脫氧核糖核酸等具有重要生理作用物質(zhì)所必須的基團，在免疫、神經(jīng)、泌尿、消化等系統(tǒng)中起著重要作用。甜菜堿是生物體內(nèi)最有效的甲基供體，動物體內(nèi)甲基來源主要為甜菜堿、膽堿和蛋氨酸，三者理論上的供甲基能力為3.7︰1.6︰1，然而同位素研究證明，甜菜堿作為甲基供體效率高于膽堿12-15倍。

膽堿在線粒體中在VB12和核黃素的參與下可轉(zhuǎn)化為甜菜堿，金屬離子、離子型抗球蟲藥等可抑制膽堿在線粒體中的轉(zhuǎn)化。甜菜堿的轉(zhuǎn)甲基作用受到甲基轉(zhuǎn)移酶（BHMT）和β-胱硫醚合成酶（β-CYST）的雙向調(diào)控，即在機體甲基不足時，甜菜堿能顯著提高動物肝中BHMT的活力，使高半胱氨酸接受甜菜堿的甲基，合成蛋氨酸；而在甲基滿足機體需要時，則通過提高β-CYST活性，促使高半胱氨酸通過轉(zhuǎn)硫途徑形成胱硫醚，使機體甲基代謝途徑處于穩(wěn)定的動態(tài)平衡。高半胱氨酸只能由蛋氨酸在體內(nèi)代謝產(chǎn)生，因此甜菜堿不能取代蛋氨酸的作用，但能夠節(jié)省蛋氨酸用量。

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