甜菜碱是一种天然物质，广泛分布在麦麸、小麦胚芽、菠菜、甜菜、微生物和水生无脊椎动物等动植物中，因为它看起来像甘氨酸，有三个额外的甲基，因此甜菜碱也被称为三甲基甘氨酸。
高渗透可导致细胞内水分流出体积减小，不利于细胞存活。因此，为了平衡高渗透和保护细胞免于萎缩或死亡，细胞需要积聚不同类型的渗透保护剂，如甜菜碱、牛磺酸、山梨醇、无机盐等等。甜菜碱与其他渗透保护剂相比，一方面能降低水分子溶解蛋白质的能力，稳定蛋白质结构；其次，甜菜碱可以增加细胞的细胞质体积和含水量，以防止高渗条件下的脱水收缩。因此大量研究表明，小到细菌， 大到脊椎动物，细胞都需要吸收甜菜碱作为渗透保护剂，当组织处于高参状态时，可以补充额外甜菜碱来对抗渗透压力。
甲基化是动物体内必不可少的生化过程，如DNA和蛋白质的甲基化等。甜菜碱作为甲基供体在甜菜碱同型半胱氨酸甲基转移酶（BHMT）的作用下，向同型半胱氨酸转甲基生成蛋氨酸和二甲基甘氨酸。类似地，依赖维生素 B12 的蛋氨酸合成酶 (MS) 也可以催化同型半胱氨酸与从 5-甲基四氢叶酸供体获得甲基形成蛋氨酸。这些过程储存了蛋氨酸，解毒了同型半胱氨酸，是临床治疗疾病的基础。二甲甘氨酸有两个可用的甲基基团，可能降解为肌氨酸，最 终降解为甘氨酸。蛋氨酸作为底物进入蛋氨酸循环，在蛋氨酸腺苷转移酶的作用下，生成s-腺苷蛋氨酸 （SAM），SAM 作为甲基化剂，去甲基化后转化为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赖维生素B6的胱硫脒 β- 合成酶催化下，通过转硫途径生成胱硫醚。甜菜碱作为甲基供体在各种含硫氨基酸的代谢均有重要影响作用。
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