母猪精氨酸及其相关氨基酸研究.ppt

,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,0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110,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 0.05,0,300,600,900,1200,1500,1800,20,30,35,40,45,50,60,90,110,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),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,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,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）,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,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,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）,0,1,2,3,20,30,35,40,45,50,60,90,110,0.5 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-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,3.2 支链氨基酸在妊娠母猪中的研究,Self等，2004,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,Frank等，2005,Dunshea等(2005)研究表明，在泌乳母猪饲料中添加支链氨基酸可以增加乳中蛋白质含量，并不增加泌乳量。