甜菜堿是一種天然物質(zhì)，廣泛分布在麥麩、小麥胚芽、菠菜、甜菜、微生物和水生無脊椎動(dòng)物等動(dòng)植物中，因?yàn)樗雌饋硐窀拾彼?，有三個(gè)額外的甲基，因此甜菜堿也被稱為三甲基甘氨酸。

高滲透可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)水分流出體積減小，不利于細(xì)胞存活。因此，為了平衡高滲透和保護(hù)細(xì)胞免于萎縮或死亡，細(xì)胞需要積聚不同類型的滲透保護(hù)劑，如甜菜堿、?；撬?、山梨醇、無機(jī)鹽等等。甜菜堿與其他滲透保護(hù)劑相比，一方面能降低水分子溶解蛋白質(zhì)的能力，穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)；其次，甜菜堿可以增加細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)體積和含水量，以防止高滲條件下的脫水收縮。因此大量研究表明，小到細(xì)菌， 大到脊椎動(dòng)物，細(xì)胞都需要吸收甜菜堿作為滲透保護(hù)劑，當(dāng)組織處于高參狀態(tài)時(shí)，可以補(bǔ)充額外甜菜堿來對抗?jié)B透壓力。

甲基化是動(dòng)物體內(nèi)必不可少的生化過程，如DNA和蛋白質(zhì)的甲基化等。甜菜堿作為甲基供體在甜菜堿同型半胱氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（BHMT）的作用下，向同型半胱氨酸轉(zhuǎn)甲基生成蛋氨酸和二甲基甘氨酸。類似地，依賴維生素 B12 的蛋氨酸合成酶 (MS) 也可以催化同型半胱氨酸與從 5-甲基四氫葉酸供體獲得甲基形成蛋氨酸。這些過程儲(chǔ)存了蛋氨酸，解毒了同型半胱氨酸，是臨床治療疾病的基礎(chǔ)。二甲甘氨酸有兩個(gè)可用的甲基基團(tuán)，可能降解為肌氨酸，最 終降解為甘氨酸。蛋氨酸作為底物進(jìn)入蛋氨酸循環(huán)，在蛋氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶的作用下，生成s-腺苷蛋氨酸 （SAM），SAM 作為甲基化劑，去甲基化后轉(zhuǎn)化為s-同型半胱氨酸（SAH），一分子的SAH被水解成一分 子同型半胱氨酸和一分子腺苷。此外同型半胱氨酸在依賴維生素B6的胱硫脒 β- 合成酶催化下，通過轉(zhuǎn)硫途徑生成胱硫醚。甜菜堿作為甲基供體在各種含硫氨基酸的代謝均有重要影響作用。

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