甜菜堿是一種天然物質，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物等動植物中，因為它看起來像甘氨酸，有三個額外的甲基，因此甜菜堿也被稱為三甲基甘氨酸。
高滲透可導致細胞內水分流出體積減小，不利于細胞存活。因此，為了平衡高滲透和保護細胞免于萎縮或死亡，細胞需要積聚不同類型的滲透保護劑，如甜菜堿、?；撬?、山梨醇、無機鹽等等。甜菜堿與其他滲透保護劑相比，一方面能降低水分子溶解蛋白質的能力，穩定蛋白質結構；其次，甜菜堿可以增加細胞的細胞質體積和含水量，以防止高滲條件下的脫水收縮。因此大量研究表明，小到細菌， 大到脊椎動物，細胞都需要吸收甜菜堿作為滲透保護劑，當組織處于高參狀態時，可以補充額外甜菜堿來對抗滲透壓力。
甲基化是動物體內必不可少的生化過程，如DNA和蛋白質的甲基化等。甜菜堿作為甲基供體在甜菜堿同型半胱氨酸甲基轉移酶（BHMT）的作用下，向同型半胱氨酸轉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。這些過程儲存了蛋氨酸，解毒了同型半胱氨酸，是臨床治療疾病的基礎。二甲甘氨酸有兩個可用的甲基基團，可能降解為肌氨酸，最 終降解為甘氨酸。蛋氨酸作為底物進入蛋氨酸循環，在蛋氨酸腺苷轉移酶的作用下，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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