Methionine là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Giới thiệu về methionine

Methionine là axit amin thiết yếu chứa lưu huỳnh (sulfur), ký hiệu Met hoặc M, không phân cực, nằm trong nhóm α‑amino acids. Cơ thể người không thể tổng hợp miễn phí methionine, phải thu từ nguồn thực phẩm hoặc bổ sung, là thành phần quan trọng trong tổng hợp protein và nhiều chức năng chuyển hóa sinh học. Methionine cũng là tiền chất của S‑adenosylmethionine (SAM), cysteine, và các phân tử sinh học khác như polyamine và lipids có chứa lưu huỳnh.

Các nghiên cứu như “Methionine: A metabolically unique amino acid” mô tả methionine vừa có vai trò khởi đầu cho chuỗi polypeptide (start codon AUG), vừa là nguồn methyl trong phản ứng methyl hóa, ảnh hưởng lên biểu hiện gen và trạng thái epigenetic. Methionine có ảnh hưởng trong cấu trúc protein, cân bằng redox và chống oxy hóa gián tiếp thông qua khả năng tổng hợp glutathione. :contentReference[oaicite:0]{index=0}

Cấu trúc hóa học và đặc tính

Methionine có công thức phân tử $C_5H_{11}NO_2S$; dạng L‑methionine là dạng sinh học hoạt động trong cơ thể. Nhánh bên chứa nhóm methyl‑thioether (–CH₂–CH₂–S–CH₃), không có nhóm thiol tự do như cysteine, nên tính phản ứng hóa học thấp hơn trong nhiều bối cảnh, nhưng vẫn có thể bị oxy hóa thành methionine sulfoxide và sulfone.

Tính chất phân cực thấp, thân dầu nhẹ, methionine thường nằm bên trong cấu trúc protein để ổn định cấu trúc không gian nội bộ. pH chuyển từ dạng axit tới kiềm làm thay đổi trạng thái ion hóa nhóm amino và carboxyl; methionine có đặc điểm gần trung hòa pH sinh lý, với điểm đẳng điện (pI) khoảng 5.7–6.3 tùy nguồn giống và môi trường nghiên cứu.

Đặc tính lý hóa nổi bật:

• Một trong hai axit amin chứa sulfur (cùng với cysteine) có chức năng sinh học rộng hơn
• Khối lượng phân tử ~149,21 g/mol (L‑methionine) :contentReference[oaicite:1]{index=1}
• Tính chất dưới dạng zwitterion ở pH sinh lý

Sinh tổng hợp và chuyển hóa

Ở thực vật và vi khuẩn, methionine được tổng hợp từ aspartate thông qua chu trình aspartate family, với các bước trung gian như homoserine, sau đó liên kết sulfur (từ cysteine, methanethiol hoặc hydrogen sulfide) để tạo thành methionine. Các enzyme như homoserine O‑succinyltransferase, cystathionine‑γ‑synthase/choline lyase tham gia vào quá trình tạo cầu nối lưu huỳnh. :contentReference[oaicite:2]{index=2}

Ở động vật và người, methionine chủ yếu được hấp thu từ thức ăn hoặc bổ sung, không được tổng hợp de novo. Methionine được chuyển hóa thành S‑adenosylmethionine (SAM), đóng vai trò trung tâm trong các phản ứng methyl hóa DNA, RNA, protein, lipid. Sau phản ứng methyl, SAM trở thành S‑adenosylhomocysteine (SAH) rồi homocysteine; homocysteine có thể được tái methyl hóa thành methionine hoặc đi vào đường dẫn transsulfuration để tạo cysteine, có sự phụ thuộc vào vitamin B₁₂ và folate. :contentReference[oaicite:3]{index=3}

Vai trò sinh học và chức năng

Methionine là axit amin khởi đầu trong quá trình phiên mã (translation) của hầu hết các sinh vật nhân thực: codon AUG mã hóa methionine, khởi tạo chuỗi polypeptide; trong vi khuẩn, dạng ban đầu là N‑formylmethionine. Vai trò này không thay thế được, là điều kiện bắt buộc để khởi động tổng hợp protein. :contentReference[oaicite:4]{index=4}

Methionine còn tham gia vào điều hòa biểu hiện gen thông qua methyl hóa epigenetic (SAM làm chất cho nhóm methyl), ảnh hưởng tới sự đóng/mở cấu trúc chromatin, điều hòa phiên mã gen. Ngoài ra methionine gián tiếp hỗ trợ hệ thống chống oxy hóa tế bào, qua tổng hợp glutathione, giúp chống stress oxy hóa. :contentReference[oaicite:5]{index=5}

Một số vai trò phụ trợ: tham gia tổng hợp polyamine – các phân tử cần cho phân chia tế bào và tăng trưởng; ảnh hưởng cấu trúc protein thông qua tương tác sulfur‑aromatic giúp ổn định gập của protein; hỗ trợ chuyển hóa các hợp chất có chứa lưu huỳnh. :contentReference[oaicite:6]{index=6}

Methionine trong dinh dưỡng

Methionine là một axit amin thiết yếu phải được cung cấp qua chế độ ăn uống. Nó đóng vai trò quan trọng trong tổng hợp protein, duy trì cấu trúc mô và điều hòa quá trình trao đổi chất. Hàm lượng methionine trong khẩu phần ảnh hưởng trực tiếp đến tăng trưởng, sửa chữa mô và chức năng miễn dịch.

Thực phẩm giàu methionine bao gồm:

• Thịt: thịt bò, thịt gà, thịt heo
• Các sản phẩm từ sữa: phô mai, sữa chua
• Hải sản: cá hồi, cá ngừ, trứng cá
• Ngũ cốc nguyên cám: gạo lứt, yến mạch, lúa mì
• Đậu nành, hạt mè, hạt hướng dương

Theo NIH Office of Dietary Supplements, nhu cầu protein hàng ngày cho người trưởng thành là khoảng 0.8 g/kg thể trọng, trong đó methionine và cysteine nên chiếm khoảng 1.1–1.3% tổng lượng axit amin. Ở trẻ nhỏ và phụ nữ mang thai, nhu cầu methionine có thể tăng do nhu cầu tái tạo mô cao hơn.

Ứng dụng trong công nghiệp và y sinh

Methionine có giá trị ứng dụng cao trong ngành công nghiệp thức ăn chăn nuôi, đặc biệt là bổ sung vào khẩu phần của gia cầm và lợn để đảm bảo tăng trưởng tối ưu. Các sản phẩm như DL‑methionine, L‑methionine và dạng dẫn xuất như 2‑hydroxy‑4‑methylthiobutyric acid (HMTBa) được thương mại hóa bởi các công ty như Evonik (Germany) và Adisseo (France). DL‑methionine là hỗn hợp racemic của hai đồng phân L và D, trong đó dạng L là hoạt động sinh học.

Trong y học, methionine được nghiên cứu như một tác nhân bảo vệ gan, nhờ khả năng tăng tổng hợp glutathione và thúc đẩy giải độc gan. Một số thuốc bổ sung methionine được kê đơn trong điều trị bệnh gan nhiễm mỡ không do rượu (NAFLD) và tổn thương gan do thuốc. Ngoài ra, methionine còn được dùng trong điều trị hỗ trợ bệnh trầm cảm, viêm khớp và một số rối loạn thần kinh có liên quan đến chuyển hóa methyl.

Bảng phân biệt các dạng methionine trong công nghiệp:

Dạng methionine	Đặc điểm	Ứng dụng chính
L‑methionine	Dạng sinh học hoạt động trong cơ thể	Dinh dưỡng người, nghiên cứu sinh học
DL‑methionine	Hỗn hợp D và L dạng racemic	Thức ăn chăn nuôi, công nghiệp
HMTBa	Tiền chất chuyển hóa thành L‑methionine	Thức ăn chăn nuôi hiệu quả cao

Liên hệ với chu trình methyl hóa và homocysteine

Methionine là điểm khởi đầu trong chu trình methyl hóa tế bào thông qua S‑adenosylmethionine (SAM). SAM là chất cho nhóm methyl trong hơn 50 phản ứng methyl hóa sinh học, bao gồm methyl hóa DNA, RNA, histone và các phân tử nhỏ. Sau khi mất nhóm methyl, SAM trở thành S‑adenosylhomocysteine (SAH), rồi thành homocysteine.

Homocysteine có thể:

1. Tái methyl hóa thành methionine nhờ enzyme methionine synthase (cần B12, folate)
2. Chuyển thành cystathionine và cysteine qua con đường transsulfuration (cần B6)

$\text{Methionine} \rightarrow \text{SAM} \rightarrow \text{SAH} \rightarrow \text{Homocysteine} \rightarrow \text{Methionine / Cysteine}$

Rối loạn cân bằng trong chu trình này dẫn đến tăng homocysteine huyết – yếu tố nguy cơ cao cho các bệnh tim mạch, rối loạn nhận thức và sa sút trí tuệ. Do đó, điều hòa methionine và các vitamin liên quan (B6, B9, B12) là cần thiết cho sức khỏe tim mạch và thần kinh. ([ncbi.nlm.nih.gov](https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3738984/))

Tác động sinh lý và tiềm năng điều trị

Methionine ảnh hưởng đến sự tăng trưởng tế bào, biệt hóa và tín hiệu nội bào. Nghiên cứu ở động vật chỉ ra rằng hạn chế methionine (methionine restriction, MR) có thể kéo dài tuổi thọ, cải thiện độ nhạy insulin và giảm nguy cơ ung thư bằng cách điều hòa trục IGF‑1 và ức chế mTOR. ([nature.com](https://www.nature.com/articles/s41586-021-03994-3))

Methionine cũng được khai thác trong điều trị ung thư thông qua khái niệm "methionine dependence" – nhiều dòng tế bào ung thư không thể tăng trưởng khi thiếu methionine. Một số chiến lược dùng enzyme methioninase để làm cạn methionine trong huyết tương nhằm ức chế khối u. Các nghiên cứu lâm sàng pha I–II đang đánh giá tính an toàn và hiệu quả của phương pháp này.

Tuy nhiên, do là axit amin thiết yếu, hạn chế methionine kéo dài có thể gây thiếu hụt protein, mệt mỏi, mất cơ hoặc rối loạn thần kinh nếu không giám sát lâm sàng. Cân nhắc cá nhân hóa liều lượng dựa trên tình trạng chuyển hóa, bệnh nền và mục tiêu điều trị là cần thiết.

Một số tranh luận và rủi ro khi bổ sung

Dù methionine cần thiết, việc bổ sung liều cao không đúng chỉ định có thể gây hại. Tăng methionine huyết có thể làm tăng sản sinh homocysteine, thúc đẩy stress oxy hóa, rối loạn mạch máu và xơ vữa động mạch. Ở người cao tuổi hoặc người có bệnh nền tim mạch, việc bổ sung methionine nên được giám sát chặt.

Ở động vật nuôi công nghiệp, việc dùng quá mức DL‑methionine có thể dẫn đến tồn dư nitơ trong môi trường, góp phần gây ô nhiễm và làm mất cân bằng hệ vi sinh vật đất. Do đó, các dạng methionine hiệu suất cao và thân thiện môi trường (như HMTBa) đang được ưu tiên phát triển để đáp ứng yêu cầu bền vững. ([frontiersin.org](https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnut.2021.698305/full))

Tài liệu tham khảo

1. NCBI – Methionine: Biochemistry, Role, and Function
2. Frontiers in Nutrition – Methionine Restriction and Healthspan
3. PubChem – Methionine Compound Summary
4. Nature – Dietary Methionine and Aging
5. NIH – Protein and Amino Acids
6. ScienceDirect – Sulfur Amino Acids in Protein Metabolism