GABA在溶液中常以两性离子(带负电荷的羧基和带正电荷的氨基)形式存在,由于正负电荷基团间的静电相互作用,使得GABA在溶液中能够兼具气态(折叠态)和固态(伸展态)时的分子构象,而GABA在溶液中多分子构象共存的形式,使其能够结合多种受体蛋白并发挥多种重要生理功能。
植物组织中GABA的含量极低,通常在0.3~32.5μmol/g之间。已有文献报道,植物中GABA富集与植物所经历胁迫应激反应有关,在受到缺氧、热激、冷激、机械损伤、盐胁迫等胁迫压力时,会导致GABA的迅速积累。对植物性食品原料采用某种胁迫方式处理后,或通过微生物发酵作用使其体内GABA含量增加,用这种原料加工成富含GABA的功能产品已成为研究热点。GABA作为一种新型功能性因子,已被广泛应用于食品工业领域。利用富含GABA的发芽糙米、大豆和蚕豆等原料开发的食品已面市。
GABA自动植物以及微生物中有较多的发现,其中在1949年在马铃薯的块茎中发现,在1950年又在哺乳动物的系统中发现其存在,同时被认为是哺乳动物、昆虫或者某些寄生蠕虫神经系统中的神经抑制剂,对神经元的兴奋程度有着重要的影响。
第三种是把丁酸和氨水作为GABA的原料,使其在γ射线条件下进行光照反应得到GABA;第四种是通过辉光放电的方法,用丙胺和甲酸两种物质进行合成得到GABA;第五种是把溴醋酸甲酯和乙烯作为制备GABA的原料,通过聚合反应得到4-溴丁酸甲酯,后经过氨解和水解后的产物即为GABA。GABA的化学合成方法都存在反应不容易控制、成本比较高的缺点。
微生物发酵法是通过选择品种优良、稳定以及无害的菌种,利用这些菌种在生长繁殖的过程中对GABA进行制备和产出。这种方法虽然对环境的要求比较苛刻,对设备的要求较高,但是此法产出的GABA可作为天然的食品添加剂。利用微生物发酵生产,是食品行业中发展早,领域广泛的生产方式之一,早利用的微生物是大肠杆菌,利用它的脱羧酶可生产GABA,但是由于其本身存在一些安全隐患,使其一直无法直接用于药品或者食品的生产制作。
随着科学技术的发展,绿色食品越来越受到人们的重视,后来科研人员发现乳酸菌、酵母菌以及曲霉菌等微生物都可以用来代替大肠杆菌,催化生产GABA。而且在较低成本的情况下,还具有产量高、安全性好的优势,此种方法已经逐渐在向产业化生产发展。
GABA有助于植物对外界天敌的防御。当昆虫取食时由于植物受伤导致细胞破裂和组织受伤,这种机械切割会刺激植物中Ca2+的增加,植物在Ca2+刺激下分泌GABA作为一种抵御昆虫取食的措施。在此过程中不存在茉莉酸类信号参与GABA的积累。昆虫存在离子型GABA受体,其中果蝇的GABA门控氯离子通道亚基RDL(resistant to dieldrin)是许多杀虫剂药物的作用靶标。GABA诱导使得GABA受体的单电流降低。具体为GABA在无脊椎动物中通过GABA受体门控的氯离子通道起作用,与大多数杀虫剂相同,通过GABA受体氯离子通道,使Cl-在电化学梯度的驱使下流向下游,导致质膜超极化,并抑制昆虫取食。而在过量表达GABA的烟草植物中,接种北方线虫,发现其雌性成年线虫的繁殖能力整体下降,这种方式可以使植物达到防御天敌的效果。在对女贞子被草食女娥幼虫取食过程中,发现女贞子会降低自身赖氨酸活性使得蛋白质无营养,而女娥幼虫在此期间会分泌甘氨酸、β-丙氨酸、胺等分子抑制植物赖氨酸的减少,这种植物与草食昆虫的交流过程也证明了GABA作为信号分子的功能。