母猪氨基酸与微量元素研究进展课件

母猪精氨酸及其相关氨基酸研究 蒋宗勇 广东省农业科学院 美国科学家Ferid Murad1998年因发现一氧 化氮的作用获得1998年诺贝尔生理和医学奖 Murad等（1977）发现，硝基甘油和相关的血管扩张化合物可释放一 氧化氮（NO）而使平滑肌細胞松弛。后来发现，硝基甘油释放一氧化 氮治疗心脏病，“伟哥”同样因释放一氧化氮（NO）治疗阳痿。为此 ，Ferid Murad等三人获得了 1998 年諾貝爾生理和醫學獎。 L-精氨酸 在一氧化氮合成酶的催化下轉換成 L-瓜氨酸 和一氧化氮 (NO)。推测一氧化氮使脐带和胎盘血管松弛，给胎儿供应更多的养分 和氧，促进胎儿生长。相反，精氨酸和相关的酶活不足，可引起胚胎 早期死亡。 1.精氨酸 不同妊娠时期在母猪胎盘中精氨酸含量 在妊娠40天，胎盘中精 氨酸含量升至最高，达 到14.26mmol/l （Wu等，1996） 妊娠天数 1.1 妊娠母猪精氨酸的研究 精氨酸在母猪羊水中的含量 羊水中的精氨酸仍以 孕期35-40日龄最高 ，比胎盘中低是因为 被胎儿胚胎吸收利用 （Wu等，1996） 母猪妊娠40天胎盘尿囊液中各种游离 氨基酸N占总游离氨基酸N的比例（%） （Wu等，1996） 猪尿囊液中精氨酸浓度 母猪妊娠45天时，胎盘尿囊液与母体血液中精氨酸含量（mmol/l） 胎盘尿囊液中精氨酸浓度远高于母体血液，说明子宫对精氨酸进行 充分吸收和合成，以满足胚胎的需求。 （Wu等，1996） 母猪妊娠期间，胚胎肠道中精氨酸合成酶的活性 当胚胎发育至45天，肠道中精氨酸合成酶活性迅速升高，合成精 氨酸弥补母体供应的不足。 （Dekaney等，2003） 猪胎盘中NO 合成 妊娠天数 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 102030405060708090100110 NO 合成 (nmol/g tissue/h) Wu et al. (2005) Biol. Reprod. 72: 842-850. a b c c c d e e f a-f: P 0.05 0 300 600 900 1200 1500 1800 2030354045506090110 腐胺 亚精胺 精胺 妊娠天数 pmol/g tissue/3 h 猪胎盘中脯氨酸合成多胺 (2 mM) e d b a b c d ee e d b a b c d ee e d b a b c d ee a-e: P 0.05 Wu et al. (2005) Biol Reprod 72: 842-850. 促进基因表达、 DNA、蛋白合成， 促进胚胎生长发 育等 调节母胎血 液循环，保 证更多营养 物质与O2输 向胚胎 一氧化氮 多胺 精氨酸 脯氨酸 鸟氨酸 谷氨酸 谷氨酰胺 瓜氨酸 精氨酸在妊娠母猪中的代谢途径 精氨酸酶、 鸟氨酸 脱羧酶 鸟氨酸氨 基转移酶 一氧化氮合成酶 OQuinn等,2002 精氨酸 一氧化氮 胎盘动脉生长胎盘血流量 营养物质从母体 向胎儿转运 精氨酸的功能 参与蛋白质合成 合成多胺，对DNA、蛋白质合成、血管生 成具有重要作用 合成一氧化氮（NO），NO是重要的内皮 释放因子，主要调节胎盘与胎儿之间的血 流，调节母体营养向胎儿输送，对胚胎发 育起重要作用.NO还与雌激素调节胚胎着床 的信号途径有关 Wu等（1998）研究表明，妊娠母猪饲喂低蛋白日粮，胎 盘、胚胎血清中精氨酸浓度降低21-25%，NO合成酶活性 降低50%，胎盘生长速度降低50%。 Dekaney等（2003）、Wu等（2005）研究认为妊娠母猪对 精氨酸需要量远高于NRC（1998）标准中的值，生产日粮 中精氨酸含量不能满足妊娠母猪的需求；但是现在还没 有准确知道妊娠母猪精氨酸需要量是多少。 生殖各阶段典型的胚胎死亡 生殖阶段数目生殖阶段数目 排卵数17妊娠75天的胚胎10.4 受精的卵子16.2妊娠100天的胚胎9.8 妊娠25天的胚胎12.3分娩的活仔猪9.4 妊娠50天的胚胎11.2断奶的仔猪8.0 妊娠期胚胎死亡2045，主要在妊娠前期。这 是不是精氨酸缺乏引起的？还不得而知。 各阶段胎儿的长度和重量 妊娠后天数长度（cm）重量（g） 302.51.5 519.849.8 7216.3220.5 9322.0616.9 11429.41040.9 IUGR 指妊娠期哺乳动物胚胎或其器官生长发育受阻。 宫内生长延迟 (IUGR) 指子宫对胎儿生长发育的生理和生化局限。 子宫能力（Uterine capacity） 胎儿生长 DNA 甲基化 组蛋白甲基化和乙酰化 父母基因外周态 环境因素 胎盘生长 (包括胎盘和血管生长) (营养、应激、 疾病和中毒） 营养物质从母体向胎儿转运 胎儿生长 母体成 熟情况 精氨酸丙氨酸 精氨酸添加对小母猪妊娠产出的改进 Mateo et al. (2006) J. Anim. Sci. 84 (Suppl. 2): 7-8 * * * P=0.10 * P0.03 在小母猪妊娠30114天添加1L-精氨酸-HCl或等氮的L-丙氨 酸（玉米豆粕日粮）n=53 氨基酸、NO和多胺在母猪妊娠期发生显著变化 。在胎盘生长快速时精氨酸及其相关氨基酸浓度达到 最高。母体营养不良会影响胎盘的NO 和多胺的合成 ，并导致胎盘发育受损，继而影响营养物质从母体向 胎儿转运，引起IUGR。 增加NO和多胺供应可能是防 治IUGR最有潜力的办法。 小结 1.2 泌乳母猪精氨酸的研究 NO多胺脯氨酸 二氢吡咯-5-羧酸 谷氨酸 鸟氨酸 精氨酸 瓜氨酸 精氨酸在泌乳猪中的代谢途径 OQuinn等,2002 精氨酸酶、NO合成酶 NRC（1998）标准中泌乳母猪精氨酸的需要量为0.99 g/kg/d，新生仔猪需要量为0.4g/kg/d； Wu等（2000)测定， 1头7日龄的仔猪（2.5 kg）日增重 200 g，其精氨酸需要（蛋白沉积及氨基酸代谢）大约 1.08g/kg/d ，而母乳中提供精氨酸约0.4g/kg/d，即猪 乳提供的精氨酸量仅能够满足仔猪需要量的不到40%， 显然NRC标准太低； Dana等（2004）研究表明，4-7日龄的仔猪对精氨酸的 总代谢需求量为1.2g/kg/d，而母乳中的含量仅为 0.66g/kg/d。 母乳中和仔猪体内精氨酸和赖氨酸的比例 猪乳与乳腺摄入量氨基酸模式比较 氨基酸猪乳（NRC1998 ） 乳腺摄入量（ Trottier,1997） 哺乳母猪营养需要 （NRC,1998） 赖氨酸100100100 蛋氨酸262828 色氨酸183617 苏氨酸586860 组氨酸4032 亮氨酸115156112 异亮氨酸557958 精氨酸66133 苯丙氨酸5566 缬氨酸859078 摄入量大于产出量的氨基酸主要是支链氨基酸（亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸和精氨酸）。表 明这些氨基酸除了合成乳蛋白质外，还参与了非必需氨基酸的合成、糖异生、乳腺的生 长和维持等代谢过程。 乳猪料中添加精氨酸对乳猪日增重的影响 生长数据显示，乳猪料中缺乏精氨酸，限制了乳猪的最佳生长， 添加精氨酸可促进乳猪生长。 （Kim等，2004） 图13. 补充L-精氨酸对乳猪血浆生化指标的影响 血浆精氨酸水平 血浆胰岛素水平 血浆氨浓度 血浆生长激素水平 （Kim等，2004） 精氨酸与赖氨酸均为碱性氨基酸，具有共同的转运系统， 在吸收过程中存在拮抗关系 日粮中赖氨酸含量过高，引起肾脏精氨酸酶活性上升，精 氨酸降解增加，利用率降低。 在28日龄断奶仔猪日粮中赖氨酸含量提高（由1.21%提高 到1.31%），血浆精氨酸浓度下降（Qiao，1996）。 1.3 精氨酸与赖氨酸之间的关系 王纪亭等（1999）通过肉鸡试验发现，日粮中赖氨酸过量 降低血清中游离精氨酸的含量，但过量精氨酸不影响赖氨 酸含量。 Edmond（1988）通过肉鸡的试验发现，鸡饲料中赖氨酸浓 度升高并不影响血浆中精氨酸浓度。 Magga等（2003）应用猫进行试验，发现过量赖氨酸并未 与精氨酸发生拮抗。 赖氨酸与精氨酸之间的关系需要进一步进行研究。 1.4 与精氨酸代谢密切相关的多胺及脯氨酸 妊娠期间母猪胎盘中多胺含量变化 （Wu等，2005） （Trottier等，1996） 泌乳期乳腺对脯氨酸的吸收及存留(g/天) 条件性必需氨基酸 是组织间氮、氨、氨基酸转运的重要载体 具有生糖作用，可释放能量，是高效能源底物 合成精氨酸、鸟氨酸等 嘧啶、嘌呤核苷酸、核酸以及氨基糖合成的原料之一 2.谷氨酰胺 2.1 谷氨酰胺的特性与功能 图17.谷氨酰胺在妊娠母猪中的代谢途径 鸟氨酸 精氨酸 谷氨酰胺 蛋白质 能 量 DNA 谷氨酸 瓜氨酸 多胺 NO 支链氨基酸 母体 血液 2.2 妊娠母猪谷氨酰胺的研究 （Wu等,2000） 在母猪妊娠第40日龄 时胎盘中谷氨酰胺的 含量最高 图18 妊娠母猪胎盘中谷氨酰胺的含量 （Self等，2004） 0 1 2 3 2030354045506090110 0.5 mM 谷胺酰胺 2 mM 谷胺酰胺 妊娠天数 nmol/g tissue/2 h 支链氨基酸(BCAA)孵化的猪胎盘中谷胺酰胺合成 Self, Spencer, Johnson, Hu, Bazer, and Wu (2004) Biol Reprod 70:1444-1451. a b b d c d dd e a b b d c d dd e a-e: P 0.01 妊娠40天母体羊水中各种游离氨基酸占总游离氨基酸的 比例（%） 高浓度的谷氨酰胺 为胚胎生长发育提 供重要能量及原料 （Wu等，1996） 图20.妊娠45天母体血清与胚胎血清中谷氨酰胺的的比值 在胚胎45天时，母体 中大量谷氨酰胺转运 至胚胎体内满足胚胎 发育的需求 （Wu等，1995） 泌乳期乳腺对谷氨酰胺的吸收及存留(g/天) 在泌乳期，乳腺吸收大量 的谷氨酰胺满足仔猪生长 发育的需求。 （Trottier等，1996） 2.3 泌乳母猪谷氨酰胺的研究 谷氨酰胺在泌乳母猪中代谢及营养生理功能 谷氨酰胺在泌乳母猪中的代谢途径 二氢吡铬-5-羧酸 瓜氨酸 谷氨酰胺 蛋白质 能量 DNA 嘌呤嘧啶 谷氨酸 鸟氨酸 （Wu等,2000） 3.支链氨基酸 支链氨基酸 (亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸)的碳链中都有 支链； 支链氨基酸在体内氧化分解产生ATP的效率高于其它氨基 酸，在特殊生理时期如泌乳时，是重要的能量来源； 支链氨基酸在妊娠母猪体内进行旺盛的代谢，主要用于合 成谷氨酰胺和提供胎儿能量； 支链氨基酸在泌乳母猪体内主要用于合成乳蛋白、提供能 量，少部分合成谷氨酰胺。 3.1支链氨基酸的特性与功能 支链氨基酸在怀孕母猪中的代谢途径 支链氨基酸 氧化供能 谷氨酸 -酮戊二酸 谷氨酰胺+丙氨酸 -酮酸CO2+酰基辅酶 释放能量 3.2 支链氨基酸在妊娠母猪中的研究 Self等，2004 v 支链氨基酸在怀孕母猪体内进行旺盛的代谢，主要用 于合成谷氨酰胺和为胎儿提供能量。 在母猪妊娠第35天，胎 盘中支链氨基酸含量显 著下降，35-110日龄基 本相同 妊娠母猪胎盘中支链氨基酸的含量 （Self等，2004） 妊娠母猪胎盘中支链氨基酸的代谢速度 在母猪妊娠第35-40天， 胎盘中支链氨基酸代谢 速度迅速提高，释放大 量能量及产物满足胚胎 发育需求。 （Self等，2004） 妊娠母猪胎盘中支链氨基酸转氨酶的活性 在妊娠40天，支链 氨基酸转氨酶的活 性迅速提高 （Self等，2004） 母猪妊娠40天，胎盘组织支链氨基酸的转氨效率与谷 氨酰胺的合成效率（nmol/mg） 支链氨基酸的转氨效率几乎与 谷氨酰胺合成效率同步，说明 妊娠期间支链氨基酸为谷氨酰 胺合成的重要来源 （Self等，2004） 支链氨基酸 乳蛋白 仔猪 支链氨基酸在泌乳猪中的代谢途径 氧化 供能 谷氨酰胺 3.3 支链氨基酸在泌乳母猪中的研究 （Self等，2004） 乳腺组织吸收的支链氨基酸的代谢途径不同于怀孕母猪，主 要用于合成乳蛋白和氧化分解提供能量，少部分合成谷氨酰胺。 泌乳期乳腺对支链氨基酸的吸收及存留(g/天) （Trottier等，1996） 泌乳母猪饲料中增加支链氨基酸与粗蛋白对产奶量及仔猪的影响 处处理 粗蛋白+BACC 16.2% 0.26% 高蛋白+BACC 23% 0.36% 泌乳时时期（天）5-107-225-107-22 仔猪增重(g/d)222237287236 窝窝增重(g/d)2486255229272653 产产奶量(g/头头/d)930951978851 奶蛋白（%）5.484.755.655.50 奶脂肪（%）7.157.746.947.42 仔猪饲饲料转转化率4.244.003.413.60 Frank等，2005 Dunshea等(2005)研