動物氨基酸代謝調(diào)控研究進(jìn)展

賀丹艷 王新磊 楊 琳

氨基酸是蛋白質(zhì)的最終吸收形式，作為許多酶及激素的母體或原料，在動物體內(nèi)發(fā)揮著調(diào)節(jié)生理生化功能、促進(jìn)生長，提高生產(chǎn)性能等作用。動物飼料配方設(shè)計(jì)也逐漸從能量蛋白模式轉(zhuǎn)向根據(jù)動物可利用氨基酸來配制飼糧。本文探討了氨基酸與動物營養(yǎng)的關(guān)系，并結(jié)合氨基酸代謝途徑，分析調(diào)控機(jī)理，了解氨基酸利用率不同的根本原因，并提出調(diào)控措施，有助于在實(shí)際動物生產(chǎn)中應(yīng)用理想蛋白的概念，確定出更合理的氨基酸需要量。

1 氨基酸在動物體內(nèi)的代謝概況

氨基酸隨血液運(yùn)至全身各組織中進(jìn)行代謝。體內(nèi)氨基酸的代謝概況如圖1所示。

近幾年研究表明，小腸吸收的食物氨基酸并不能全部進(jìn)入門脈循環(huán)供腸外組織利用。在機(jī)體新陳代謝中，它們會不同程度地被PDV(portal-drained viscera)組織(胃、小腸、結(jié)腸、胰和脾等實(shí)體組織集合的總稱)截留，而截留的大部分必需氨基酸被腸道組織吸收和利用。一些氨基酸是腸道黏膜的主要能源，并參與腸黏膜分泌蛋白的合成及通過脫氨基和轉(zhuǎn)氨基作用轉(zhuǎn)變成其它氨基酸，從而對進(jìn)入門靜脈的氨基酸模式進(jìn)行有選擇的修飾。

2 幾種主要限制性氨基酸的代謝

2.1 蛋氨酸

2.1.1 蛋氨酸的營養(yǎng)特點(diǎn)

蛋氨酸具有旋光性，分為L型和D型。在動物體內(nèi)，L型易被腸壁吸收，D型要經(jīng)D-蛋氨酸氧化酶轉(zhuǎn)化成L型后才能參與蛋白質(zhì)的合成。由于D型能夠在動物體內(nèi)轉(zhuǎn)化成L型，所以飼料中可以使用DL混合型的蛋氨酸。蛋氨酸是必需氨基酸中唯一的含硫氨基酸，它的重要生理功能是經(jīng)腸道吸收，在體內(nèi)用于蛋白質(zhì)的合成，因此，它與動物生長密切相關(guān)。另外，在體內(nèi)合成胱氨酸是其發(fā)揮生理作用的途徑之一。蛋氨酸參與體內(nèi)甲基的轉(zhuǎn)移和腎上腺素、膽堿、肌酸的合成，參與肝臟內(nèi)磷脂代謝，還能提高動物免疫力和抗霉菌毒素作用。

2.1.2 蛋氨酸在動物體內(nèi)的代謝

蛋氨酸在動物體內(nèi)的代謝主要有：①合成新的蛋白質(zhì)；②作為甲基供體（代謝路徑見圖2）；③脫氨基后生成糖，多余的蛋氨酸經(jīng)脫氨基后變成α-氧代丁基酸，在腦和肝臟中遇酶而轉(zhuǎn)變?yōu)楸幔笥纸?jīng)琥珀酸變成肝糖。

另外，有研究指出，腸道組織是食物來源蛋氨酸代謝的主要場所。盡管Chen等發(fā)現(xiàn)，蛋氨酸在腸黏膜中氧化量極低，但已有直接證據(jù)表明，小腸內(nèi)蛋氨酸可分別通過轉(zhuǎn)硫和甲基轉(zhuǎn)移作用，合成半胱氨酸和高半胱氨酸。腸道組織中存在催化蛋氨酸生成半胱氨酸的酶。

2.1.3 蛋氨酸代謝調(diào)控

2.1.3.1 膽堿和甜菜堿

在動物體內(nèi)蛋氨酸的合成是靠膽堿提供甲基，而膽堿本身不起甲基供體作用。膽堿必須在線粒體內(nèi)氧化成甜菜堿才能發(fā)揮甲基供體的作用，而甜菜堿則再不能還原為膽堿。甜菜堿可將甲基轉(zhuǎn)移給高半胱氨酸合成蛋氨酸，在這一循環(huán)過程中，蛋氨酸只是簡單地向前面的其它反應(yīng)轉(zhuǎn)移由甜菜堿提供的甲基。所以甜菜堿不能回來代替蛋氨酸合成蛋白質(zhì)，但是如果膽堿或甜菜堿供應(yīng)不足，轉(zhuǎn)甲基循環(huán)受到抑制，原因是沒有足夠的甲基轉(zhuǎn)移給高半胱氨酸用于蛋氨酸的合成。因此，甲基將只能由日糧中不能再生的蛋氨酸提供，從而使蛋白質(zhì)的合成削弱，蛋氨酸利用率下降。

2.1.3.2 胱氨酸

動物體內(nèi)蛋氨酸能夠通過硫轉(zhuǎn)移合成胱氨酸，該轉(zhuǎn)化不可逆，生成1分子胱氨酸需要兩分子蛋氨酸。動物對蛋氨酸的需要只能由蛋氨酸滿足，對胱氨酸的需要可由蛋氨酸滿足，飼糧中含有足夠的胱氨酸則可降低蛋氨酸的消耗。

2.1.3.3 礦物元素

硒與動物體內(nèi)含硫氨基酸代謝有關(guān)。在動物體內(nèi)由蛋氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)榘腚装彼徇^程中，硒起著關(guān)鍵性作用。當(dāng)硒過量時(shí)其可取代體內(nèi)含硫氨基酸中的硫，抑制其活性，發(fā)生代謝障礙，引起硒中毒。

2.1.3.4 維生素B12和葉酸

葉酸在體內(nèi)被四氫葉酸還原酶還原為四氫葉酸，四氫葉酸獲得甲基形成N5－甲基四氫葉酸，后者與維生素B12共同促進(jìn)同型半胱氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)榧琢虬彼帷?/p>

2.2 賴氨酸

2.2.1 賴氨酸的營養(yǎng)特點(diǎn)

在水禽玉米－豆粕型生長飼糧中，賴氨酸是第二限制性氨基酸，被稱之為“生長性氨基酸”。賴氨酸具有L－型和D－型兩種同分異構(gòu)體，D型在動物體內(nèi)不能通過氧化酶和轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)變?yōu)長型。L－賴氨酸的有效成分含量一般為77%～79%。賴氨酸在單胃動物體內(nèi)完全不能被自行合成，不參加轉(zhuǎn)氨基作用。D－氨基酸和L－氨基酸的ε－氨基被乙?；院?，才可受D－氨基酸氧化酶或L－氨基酸氧化酶的作用而脫氨基，脫氨基后的酮酸不再起氨基化作用，即脫氨基反應(yīng)不可逆，因而，在動物營養(yǎng)上常常表現(xiàn)不足。賴氨酸是動物體內(nèi)必需氨基酸之一，其最重要的生理功能是參與體蛋白的合成，因此與動物生長密切相關(guān)。賴氨酸在體內(nèi)的功能有：參與體蛋白如骨骼肌、酶和多肽激素的合成；是生酮氨基酸之一，當(dāng)缺乏可利用的碳水化合物時(shí)，可參與生成酮體和葡萄糖的代謝（在禁食情況下，是重要的能量來源之一）；維持體內(nèi)酸堿平衡；作為合成肉毒堿的前體物，參與脂肪代謝；另外，賴氨酸還可以提高機(jī)體抵抗應(yīng)激的能力。

2.2.2 賴氨酸在動物體內(nèi)的代謝

2.2.2.1 作為肉堿合成前體物，參與脂肪代謝

大量研究表明，賴氨酸經(jīng)腸道吸收后有極少部分在甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下轉(zhuǎn)化為N－三甲基賴氨酸，N－三甲基賴氨酸在一系列酶的作用下最終生成肉堿。肉堿參與胞內(nèi)脂肪酸的轉(zhuǎn)運(yùn)過程，將長鏈脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)至線粒體內(nèi)后進(jìn)行β－氧化，為蛋白質(zhì)的合成提供能量和碳架。

2.2.2.2 分解產(chǎn)生中間產(chǎn)物，參與生成酮體和葡萄糖的代謝（見圖3）

圖3 賴氨酸在體內(nèi)的分解途徑

反應(yīng)生成的乙酰CoA在肝細(xì)胞線粒體中可以作為酮體的原料，當(dāng)酮體隨著血液流到肝外組織（包括心肌、骨骼肌及大腦等）時(shí)，這些組織中有活性很強(qiáng)的利用酮體的酶，能夠氧化酮體供能。另外，乙酰CoA也可進(jìn)入檸檬酸循環(huán)。

2.2.2.3 在腸道組織的代謝

Stoll等用U－13C同位素標(biāo)記研究發(fā)現(xiàn)，仔豬高達(dá)35%日糧來源的賴氨酸、32%的亮氨酸、61%的蘇氨酸和35%苯丙氨酸在第一次通過PDV組織時(shí)被腸道代謝。另外，盡管PDV組織攝入的賴氨酸有10%來源于動脈血，但這部分賴氨酸并沒有被氧化，表明消化道組織優(yōu)先利用日糧來源的賴氨酸。

2.2.3 賴氨酸代謝調(diào)控

Gahl等研究顯示，從動物整體水平來看，對蛋白質(zhì)合成速率產(chǎn)生影響的因素都將影響賴氨酸的分解代謝。

2.2.3.1 牛生長激素

Norlin等發(fā)現(xiàn)，牛生長激素使成年雌性小鼠體內(nèi)的賴氨酸代謝水平從(293±15)mmol/(d·100 g體重)降到了(163±15)mmol/(d·100 g 體重)(P＜0.05)，同時(shí)使肝臟賴氨酸分解代謝酵母氨酸途徑中的第一個(gè)酶α－酮戊二酸還原酶（LKR）的活力降到了65%，賴氨酸的氧化酶的活力（LOX）也降到了65%。

2.2.3.2 飼糧蛋白質(zhì)水平

Blemings等用三種不同酪蛋白水平（5%、20%、60%）的飼糧喂小鼠，9 d后測定肝臟賴氨酸吸收能力、賴氨酸氧化能力以及酵母氨酸脫氫酶和LKR的活力，結(jié)果表明，隨著蛋白質(zhì)水平的升高，賴氨酸吸收能力、賴氨酸氧化能力（LOX）以及酵母氨酸脫氫酶和LKR的活力都顯著升高；另外，賴氨酸吸收能力和LOX的變化差別不大，因此，LOX可以看做賴氨酸吸收能力的近似值；LKR和酵母氨酸脫氫酶的活力是賴氨酸吸收和氧化能力的5～10倍，這表明賴氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)至線粒體基質(zhì)限制賴氨酸氧化速率。

2.2.3.3 血糖濃度

Tucson等研究發(fā)現(xiàn)，患慢性低血糖癥的綿羊胎兒血漿賴氨酸濃度是正常胎兒的1.9倍；另外，由于患慢性低血糖癥的綿羊胎兒賴氨酸通過胎盤回流入胎兒組織的速率比較快，其賴氨酸降解率相對來說也比較大。賴氨酸脫羧作用產(chǎn)生CO2的速率也是對照組的2.4倍，表明患慢性低血糖癥的綿羊胎兒其賴氨酸氧化代謝率比較大。

2.3 精氨酸

2.3.1 精氨酸的營養(yǎng)特點(diǎn)

精氨酸是一種堿性氨基酸，有D型和L型兩種異構(gòu)體，在動物體內(nèi)主要是L－精氨酸，D型不能通過氧化酶和轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)變?yōu)長型。精氨酸除參與組織細(xì)胞蛋白質(zhì)合成外，還在尿素、肌酸、肌酐、一氧化氮、谷氨酰胺、嘧啶的合成以及激素釋放中發(fā)揮重要作用。精氨酸是促進(jìn)小腸修復(fù)的營養(yǎng)輔助物質(zhì)，既可以通過氧化脫亞氨酸途徑生成NO，又能夠通過精氨酸酶途徑生成鳥氨酸和多胺，而多胺能夠促使膠原質(zhì)的積聚，促進(jìn)血管的發(fā)育。尤其是某些病理情況下精氨酸的需要量明顯增加，以補(bǔ)充精氨酸對機(jī)體的血液動力學(xué)、免疫系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)發(fā)揮作用的消耗。

2.3.2 精氨酸在動物體內(nèi)的代謝(見圖4)

圖4 家禽體內(nèi)精氨酸代謝途徑

家畜可通過體內(nèi)的若干生化途徑，如鳥氨酸循環(huán)途徑來合成精氨酸，而禽類不能或只能在特定條件下很少量地合成精氨酸，其體內(nèi)精氨酸的吸收、代謝途徑及發(fā)揮效用的機(jī)制與家畜既有共同之處，也有自身特點(diǎn)。家禽因缺乏某些關(guān)鍵的酶，如氨甲酰磷酸合成酶而不能合成精氨酸，因此只能由日糧來滿足。雖然有報(bào)道稱在提供瓜氨酸的情況下，家禽可在腎和巨噬細(xì)胞內(nèi)合成精氨酸，但通過這種途徑合成精氨酸的效率很低。精氨酸主要由小腸中段吸收，但在家禽小腸前段、后段、胃，甚至特定條件下嗉囊也可以吸收精氨酸。

2.3.3 精氨酸代謝調(diào)控

2.3.3.1 一氧化氮合酶（NOS）

NOS是NO合成的關(guān)鍵酶，亦是生物學(xué)效應(yīng)的唯一重要限速因子，任何影響NOS的因素都將影響精氨酸向NO的轉(zhuǎn)變。有報(bào)道稱干擾素－γ（IFN－γ）和脂多糖（LPS）是唯一被證明了的可誘導(dǎo)iNOS(誘生型NOS)基因轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)，并且只發(fā)生在小鼠巨噬細(xì)胞。但是也有相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，iNOS在正常組織中也表達(dá)，不過可能發(fā)揮生理功能而不僅僅是病理學(xué)上的作用。eNOS(內(nèi)皮細(xì)胞型NOS)的轉(zhuǎn)錄水平在剪切、拉緊、運(yùn)動和缺氧的情況下會上升。

2.3.3.2 精氨酸酶

精氨酸酶的活力是與精氨酸酶蛋白成正比的，精氨酸酶由精氨酸酶基因轉(zhuǎn)錄而來。模型研究表明，內(nèi)皮細(xì)胞精氨酸酶的過量表達(dá)會減少NO的合成，同時(shí)會促進(jìn)聚胺的合成、細(xì)胞的增殖以及脯氨酸的合成。NO合成的中間產(chǎn)物NOHA(羥基精氨酸)是精氨酸酶的內(nèi)源性抑制劑。有研究顯示，尿酸可以通過降低精氨酸的Km(結(jié)合常數(shù))激活精氨酸酶，并且抑制NO的產(chǎn)生，但這種抑制可以通過精氨酸酶抑制劑解除。

2.3.3.3 賴氨酸

精氨酸（Arg）和賴氨酸（Lys）都是堿性氨基酸，在消化、吸收上存在著相互“擁擠”，發(fā)生拮抗。大量研究表明，飼糧高Lys水平影響采食量，抑制Arg的吸收與合成，加強(qiáng)Arg的降解。

2.4 蘇氨酸

2.4.1 蘇氨酸的營養(yǎng)特點(diǎn)

蘇氨酸具有4種同分異構(gòu)體，即L－蘇氨酸、D－蘇氨酸、L－別－蘇氨酸、D－別－蘇氨酸，其中 D－蘇氨酸難以被動物吸收和利用。天然存在的蘇氨酸是指L－蘇氨酸。它在禽類生產(chǎn)中發(fā)揮極其重要的作用，如促進(jìn)生長、提高免疫機(jī)能、平衡日糧氨基酸，使氨基酸比例更接近于理想蛋白質(zhì)，從而降低家禽對飼料中蛋白含量的要求。缺乏蘇氨酸，可導(dǎo)致家禽采食量降低、生長受阻、飼料利用率下降、免疫機(jī)能抑制等癥狀。

2.4.2 蘇氨酸在水禽體內(nèi)的代謝

2.4.2.1 合成黏蛋白

蘇氨酸是腸道組織利用率最高的必需氨基酸，日糧中60%～80%的蘇氨酸在第一次代謝過程中就應(yīng)用于PDV組織中，但分解代謝并不是蘇氨酸的主要代謝途徑。蘇氨酸在腸道中主要用于合成黏膜蛋白質(zhì)，尤其是合成黏蛋白，黏蛋白是黏膜層的組成部分，在腸道免疫應(yīng)答過程中有著重要作用。

2.4.2.2 分解代謝

蘇氨酸是畜禽所需的必需氨基酸，在畜禽體內(nèi)的分解代謝過程中，蘇氨酸是唯一不經(jīng)過脫氨基作用和轉(zhuǎn)氨基作用的氨基酸，它是通過蘇氨酸脫水酶、蘇氨酸脫氫酶和蘇氨酸醛縮酶催化轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌镔|(zhì)。蘇氨酸代謝的具體途徑見圖5。

據(jù)Davis等研究表明，肝臟和肌肉中蘇氨酸脫水酶活力較高，胰腺中蘇氨酸脫氫酶活力最高；除腎臟和小腸外的其他部位，蘇氨酸醛縮酶活性高于蘇氨酸脫水酶。在正常飼喂下，有87%的蘇氨酸通過蘇氨酸脫氫酶降解，在限制飼養(yǎng)或饑餓條件下，蘇氨酸脫水酶在催化降解中起主要作用。蘇氨酸通過轉(zhuǎn)變?yōu)楦拾彼岷徒z氨酸，進(jìn)而參加一碳單位的代謝，參與嘌呤和嘧啶的生物合成以及S-腺苷甲硫氨酸的生物合成，并可作為各種化合物甲基化的供體。

2.4.3 蘇氨酸代謝調(diào)控

2.4.3.1 氨基酸

蘇氨酸需要量在很大程度上與賴氨酸的需要量相關(guān)。當(dāng)日糧中的賴氨酸或蛋氨酸過量時(shí)，蘇氨酸的需求量增大。隨著攝入賴氨酸的增多，血液和尿液中蘇氨酸含量降低，蘇氨酸脫水酶活性增強(qiáng)，肝臟降解蘇氨酸的能力提高。

絲氨酸過量使血漿和肝臟中游離蘇氨酸濃度下降，使肝臟蘇氨酸脫水酶和蘇氨酸醛縮酶活性升高，添加0.2%蘇氨酸可以消除3%絲氨酸所引起的氨基酸不平衡。

飼糧中的蘇氨酸至少有30%轉(zhuǎn)化成甘氨酸，占體內(nèi)整個(gè)甘氨酸合成的10%～50%。由此可見，蘇氨酸需要量高、沉積率低的重要原因之一是飼糧中甘氨酸供給不足或通過其它途徑合成的甘氨酸太少。

圖5 蘇氨酸代謝途徑

2.4.3.2 維生素

因?yàn)榫S生素B6和NAD(輔酶I)是蘇氨酸降解酶的輔酶，所以吡哆醇、煙酸和蘇氨酸關(guān)系較為密切。日糧中添加B6，引起蘇氨酸脫水酶活性上升；B6缺乏導(dǎo)致血液和肝臟中蘇氨酸濃度下降。

2.4.3.3 激素

Yamashita等研究表明，胰島素能有效地降低蘇氨酸脫水酶的活性，而蘇氨酸脫水酶活性升高能抑制胰島素對糖皮質(zhì)激素的作用。Sanahuja等報(bào)道，對蘇氨酸缺乏引起的采食量下降，皮質(zhì)醇可增加采食量至接近于正常水平，胰島素則使采食量顯著增加。皮質(zhì)醇和胰島素都使肝臟和血漿蘇氨酸濃度下降，降低肝臟的總氨基氮含量。

3 小結(jié)

動物營養(yǎng)方面研究的內(nèi)容還很多，氨基酸是其中很重要的一方面。氨基酸需要量的研究、理想氨基酸模型的建立，對動物生產(chǎn)具有很重要的意義和指導(dǎo)作用。綜合上述的研究進(jìn)展，目前應(yīng)重點(diǎn)考慮以下幾方面：①系統(tǒng)評定各種動物各階段的氨基酸需要量，尤其是水禽等研究比較滯后的種類，確定動物各生長階段的氨基酸理想模式，制訂和修改相關(guān)飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，以滿足現(xiàn)代動物品種生產(chǎn)潛能充分發(fā)揮的需要。②研究各氨基酸在動物體內(nèi)的代謝路徑及調(diào)控機(jī)理，尤其是分子調(diào)控方面，除了一般路徑外，還應(yīng)分析各氨基酸在動物體內(nèi)的特殊代謝路徑。③研究不同氨基酸之間的互作關(guān)系及其對氨基酸需要量的影響。

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