甜菜碱化学名为三甲基甘氨酸，系一种季氨型生物碱，分子式C5H12NO2，分子量为117.5，分子结构具有两个特点：一是电荷在分子内分布呈中性；二是具有三个活性甲基。其外观呈流动性、微棕色结晶粉末，味道甘甜，易吸潮，能溶于水和醇，水溶液呈中性，熔点293℃，能耐200℃以下的高温，具有很强的抗氧化性能。此外，甜菜碱还具有保湿性。

甜菜碱与蛋氨酸的代谢有密切的关系，一方面甜菜碱通过提供甲基降低蛋氨酸的供甲基消耗；另一方面，甜菜碱通过增加高半胱氨酸－S－甲基转移酶活性，促进了高半胱氨酸的转化，具有净增蛋氨酸的功效。据研究，甜菜碱能使动物肝脏和肌肉中粗蛋白含量、RNA/DNA比率显着升高，而血清尿酸含量明显下降，这说明甜菜碱促进了体内蛋白质合成，降低了蛋白质的分解，使组织中蛋白质沉积增加，其机制可能是甜菜碱通过增强机体的甲基代谢，加速了RNA的加工和修饰过程。

甜菜碱能显着提高育肥猪血清中生长激素水平。甜菜碱通过提高甲基，有助于天氡氨酸同N－甲基－天氡氨酸（NMDA）受体的转换，另一方面，甜菜碱在转甲基过程中形成甘氨酸促进了NMDA受体的激活，这样甜菜碱通过激活下丘脑NMDA受体，增强了下丘脑的内分泌机能，从而促进了下丘脑激素的释放。下丘脑激素又作用于腺垂体腺苷酸环化酶－cAMP－蛋白激酶系统，促进腺垂体释放GH、FSH和LH等激素。

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