精氨酸的制备及作用.doc

精氨酸的制备及作用制药09304班库从玲 江维 彭志帅 杨科 史展摘要：精氨酸作为一种条件性必需氨基酸，不仅是合成蛋白质的重要原料，而且在生理调节方面具有重要的功能。近来年有关精氨酸营养生理功能的研究又取得了许多突破性的进展，本文对精氨酸在促进孕期及新生期胎儿生长、特异性减少脂肪含量、调控肿瘤细胞生长、改善心血管系统疾病、免疫调理等方面的最新研究成果以及过量添加精氨酸对动物机体的影响进行了综述，以促进精氨酸在相关领域的应用及其研究的深入。关键词：营养；精氨酸；综述精氨酸分子式为C6H4N40，分子量174种碱性氨基酸，为目前发现的动物细胞内功能最多的氨基酸。精氨酸不仅作为蛋白质合成的重要原料，同时也是机体内肌酸、多胺和一氧化氮(NO)等物质的合成前体，在动物体营养代谢与调控过程中发挥着重要作用，是新生N：71,动物的必需氨基酸，也是成年N-孚I,动物的条件性必需氨基酸。它是人体和动物体内的半必须氨基酸，也是生物体尿素循环的一种重要中间产物，在医药工业上具有广泛的用途。临床上除了作为复方氨基酸输液的主要组分之一外，L-精氨酸及其盐类广泛地用作氨中毒性肝昏迷的解毒剂和肝功能促进剂，对病毒性肝炎疗效显著，对肠道溃疡、血栓形成、神经衰弱和男性无精病等症都有治疗效果。此外，L-精安酸也是配置营养或特殊治疗用途药的重要原料。一、精氨酸的性质白色斜方晶系（二水物）晶体或白色结晶性粉末。熔点244。经水重解结晶后，加热于105失去结晶水。其水溶液呈强碱性，可从空气中吸收二氧化碳。溶于水（15%，21），不溶于乙醚，微溶于乙醇。其等电点为10.67。由于有不对称的碳原子，呈旋光性。二、精氨酸的制备利用精氨酸极容易溶于水，而氯化铵或氯化钠及部分氨基酸在水中溶解度较小的特点，将胱氨酸母液pH调节至7。减压浓缩，0下结晶沉淀，过滤。如此反复进行，直至将大部分氯化铵或氯化钠结晶沉淀析出，将最后的滤液稀释35倍，加入料液质量1的活性炭，80100搅拌30min，过滤，得精氨酸粗提液。利用氨基酸是两性电介质的性质，当溶液pH低于氨基酸等电点时，氨基酸以阳离子形式存在，能被阳离子交换树脂吸附；当溶液pH高于氨基酸等电点时，氨基酸以阴离子型存在，能被阴离子交换树脂吸附。将精氨酸进行精制纯化。三、精氨酸的作用精氨酸可促进孕期仔猪的生长并提高窝产活仔数和母猪免疫能力。通过对母猪孕期第40110天胎儿氨基酸组成与沉积规律的研究发现，随着怀孕阶段的延续，与非氮类干物质相比，胎儿体内氮以及氨基酸的沉积迅速增加，而且精氨酸是主要的氮载体。在怀孕后期，子宫所吸收的精氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸几乎全部用于沉积，表明精氨酸可能是后期胎儿生长的限制性氨基酸。同时，精氨酸作为一氧化氮和多胺等对20，是一 血管生长与细胞增殖有重要影响的生物分子前体，可促进孕期的胎盘生长以及营养物质和氧气从胎盘向胎儿的供应。限制母体日粮中的蛋白含量降低了母体内精氨酸与鸟氨酸的水平，减少了一氧化氮合成酶的水平及一氧化氮的含量，同时也降低了与多胺产生相关的鸟氨酸脱羧酶活性及其多胺浓度。在怀孕30114 d的日粮中添加1精氨酸可以防止宫内生长受限的发生，从而使活仔数增加22，窝产平均活仔数从937提高到1140头；并且使窝重从1319 kg增加到1638 kg，提高24f 31。同时在怀孕30d开始至产后21 d初娩母猪的日粮中添加1的精氨酸，可以增加母猪白细胞中免疫相关基因的表达，从而提高初娩母猪的免疫能力。精氨酸可以促进新生期仔猪的生长精氨酸在促进孕期胎儿生长的同时，对新生儿生长也有很好的促进作用。一般认为母乳是新生儿最好的El粮，能够提供足够量的氨基酸以满足新生儿的生长需要。但近来的研究却表明当猪乳作为仔猪唯一的日粮蛋白来源时，哺乳仔猪并不能够获得最佳的生长性能。首先，哺乳期母猪的乳腺组织可以将从胞质中吸收的精氨酸降解为脯氨酸、鸟氨酸以及尿素，从而导致新生仔猪母源性精氨酸供应不足。其次，在母乳中精氨酸含量较少的情况下，仔猪肠道内源性精氨酸的合成对于维持精氨酸的稳态具有重要的调节意义。但是，与0.2日龄新生仔猪相比，7El龄仔猪小肠合成的精氨酸(新生动物中主要的内源精氨酸来源)下降了约6075，而且在第14天和第21天内源性精氨酸的合成量进一步下降研。由于外源和内源精氨酸的供应不足，仔猪在出生后3-4d血浆中的精氨酸浓度及其直接的前体物质 (鸟氨酸和瓜氨酸)下降了2041。与此同时，在第714天的仔猪胞质中氨的浓度上升1846。由于精氨酸在肝脏尿素循环以及氨脱毒途径中的重要作用，可以推测精氨酸缺乏是哺乳仔猪不能够实现最大生长的主要原因m。人工喂养仔猪试验表明，出生后仔猪的生长生物学潜能至少是400 gd(从出生到21日龄时的平均值)，比哺乳仔猪(230sd)高了74。根据猪乳中精氨酸供应和哺乳仔猪对精氨酸的需求推测，乳中精氨酸含量仅能够满足不足40的仔猪需要量。通过在721日龄仔猪奶粉日粮中添加02和04的精氨酸，可以剂量依赖性地提高胞质中的精氨酸含量(30与61)，减少胞质中氨的含量 (20与35)，增加平均日增重(28与66)和(15和32)闻。同时，第414天的新生仔猪口乙酰谷氨酸的类似物N一氨甲酰谷氨酸可以使胞质中的精氨酸含量增加68，体重增加61re。进一步的研究发现N一氨甲酰谷氨酸通过提高胞质中瓜氨酸和精氨酸的浓度而发挥作用16,91，并有提高胞质胰素浓度的趋势f9，这表明通过内源的代谢激活，进而增加内源的精氨酸合成以及仔猪生长，也是一条改善新生仔猪生长的非常有效的途径悯。精氨酸可以特异性地减少体内腹部和肾周脂肪。体内能量摄人和消耗的不平衡往往会导致脂肪的蓄积，引发肥胖，继而又常常诱发心血管和糖尿病等疾病的发生，近年来随着肥胖及其相关疾病的蔓延，控制肥胖已经成为全球范围内普遍关注的问题。作为生物活性因子一氧化氮(NO)的前体，精氨酸在控制肥胖方面的效果及其机理研究最近取得了突破性的进展。首先，以二型糖尿病模型大鼠(ZDF大鼠)为研究对象，连续lO周在饮用水中添加151的L一精氨酸，可使大鼠在采食量、饮水量以及能量摄人量等方面没有明显差别的情况下，血清中精氨酸和一氧化氮的浓度分别提高261和70；在4、7、10周时体重分别下降6、10和16。进一步的分析发现，精氨酸处理特异性地减少了腹部和肾周脂肪，10周以后，腹部脂肪脂重量减少45而肾周脂重量减少25，但是身体其他部位的重量没有受到生了和体重服N一岛Papers综显著影响。同时，在以食谱诱导的肥胖鼠为模型的研究中，饮用水中添加151的L一精氨酸可以使腹膜后脂肪、肾周脂、皮下脂和肠系膜脂在饲喂12周后降低2040。而人脂肪细胞的研究表明添加05 mmolL和2 mmolL精氨酸可分别使脂肪降解增加24和50。进一步的研究发现，精氨酸理可通过激活AMPK通路而增强糖原和脂肪的降解、减少脂类和糖类物质的合成，减少脂肪细胞的大小、提高胰岛素敏感性而降低胞质中葡萄糖、甘油三酯和瘦素的浓度旧。精氨酸作用的机理分主要有以下几点：(1)精氨酸产生的NO，可以刺激AMPK的磷酸化，从而通过抑制乙酰CoA羧化酶的活性和激活丙二酰CoA脱羧酶的活性而降低丙二酰CoA的含量，并且降低脂肪与糖原合成相关基因的表达；(2)NO增加了激素敏感脂酶的磷酸化，使其转位至中性脂肪粒，从而激活脂肪降解；(3)NO激活PPARy共激活子a1的表达，从而增加了线粒体的氧化磷酸化；(4)NO增加了胰岛素敏感组织的血流，从而增加了底物代谢。可见，通过精氨酸和瓜氨酸添加来减少肥胖人群和动物体中的代谢紊乱综合症，减少不必要的脂肪沉积，将具有很好的应用前景。精氨酸可调控肿瘤细胞的生长肿瘤转移的过程是多因素共同作用的结果，肿瘤细胞脱离原发肿瘤组织，随淋巴管、血管或直接迁移至身体其他组织形成新的肿瘤转移灶，在此过程中，细胞间粘附分子和血管细胞粘附分子与恶性肿瘤的复发、转移密切相关。同时，基质金属蛋白酶MMPs参与许多生理病理过程如炎症、组织纤维化、新血管形成和肿瘤的侵袭转移等，而基质金属蛋白酶组织抑制物(TIMPs)可以通过对MMPs的抑制在肿瘤的侵袭、转移和组织纤维化中发挥重要作用。精氨酸作为NO合成的前体，可以抑制基质金属蛋白酶、抑制细胞黏附分子和提高基质金属蛋白酶组织抑制物的表达从而阻止细胞黏附；另外，一定浓度的精氨酸可通过增加NO的合成而发挥细胞毒性作用诱导凋亡、抑制肿瘤细胞增殖。目前对精氨酸能否直接作为治疗肿瘤的药物还有争议，其原因可能与实验采用的精氨酸剂量及肿瘤的种类有关。初步认为，精氨酸对免疫原性或肿瘤相关抗原阳性的肿瘤具有抑制作用，却可能刺激弱免疫原性肿瘤的生长。如果能把握好使用的剂量和时机，既使机体得到营养支持，又不使肿瘤扩增，甚至能有效地抑制肿瘤的生长，那将给肿瘤的治疗带来积极的意义。精氨酸可改善心血管系统疾病内皮细胞损伤、内皮衍化舒张因子缺乏是许多心血管疾病发病的一个重要因素。NO和前列环素是2种主要的衍化舒张因子，其中NO作为一种很强的舒血管物质，可降低全身平均动脉血压，增加局部血流和维持血管张力的恒定以及调节血压的稳定。精氨酸作为NO的前体，已被证实在防治心血管疾病中发挥着重要的调控作用，可以纠正许多心血管病诱发因子如高血脂、高血压、吸烟、糖尿病、肥胖和胰岛素抗性以及衰老等引起的内皮细胞功能缺陷，并减轻冠心病、缺血损伤和心力衰竭引起的常见的心血管功能紊乱181。同时，部分研究结果也推测，精氨酸可能通过促进血管伸张，增加胎盘营养向胎儿的供应，减少宫内生长受限的发生，进而提高怀孕母猪的窝产活仔数。 精氨酸具有免疫调节作用近年来，有关精氨酸与免疫功能之间的关系已进行了较为广泛的研究，但研究结果不尽一致。虽然多数结果表明，精氨酸对免疫功能有作用，但由于精氨酸的添加量、动物健康状况、动物种类以及实验模型不同，所得的结果很不稳定。初步认为，精氨酸的调理作用主要表现为上调免疫抑制，下调过高的炎症反应，维持机体的免疫平衡。精氨酸在体内主要通过诱导的一氧化氮合成酶代谢产生NO或通过精氨酸酶代谢产生鸟氨酸，并进一步产生多胺分子。NO在体内具有杀死寄生虫、细菌、病毒、抑制癌症细胞增殖和促进血管舒张等方面的功能；同时，精氨酸对于T细胞的增殖和功能非常重要。在正常条件下，T细胞中的精氨酸利用维持在最低水平。但是，在癌症和外伤条件下，骨髓细胞表达的精氨酸酶增加，较多的精氨酸通过产生鸟氨酸以至多胺等分子促进细胞增殖，从而减少了可用于NO产生和提高T细胞功能的精氨酸的含量，并最终导致机体免疫能力下降。此时，精氨酸需求量增加，食谱中增加精氨酸和n一3脂肪酸可以减少外伤或手术后的感染机率。因此，欧洲肠外与肠道营养协会最近颁布了外科手术后精氨酸添加的指南。然而对于T细胞来讲，在培养基中添加0.1mmolL的精氨酸可以维持其最大增殖状态，再提高精氨酸浓度对于T细胞的增殖影响就不大了。因此，正常情况下，超生理剂量的精氨酸添加对于提高免疫功能没有太大的作用，而在某些特定的条件如重伤或手术后，精氨酸添加对于补充体内一氧化氮通路介导的T细胞增殖和免疫功能提高具有重要意义。总之，精氨酸是胎儿和新生儿的必需氨基酸，成年动物的条件性必需氨基酸，作为NO、多胺和其他具有重要