氨基酸的生物活性及其营养调控功能的研究进展...ppt

氨基酸生物活性及其营养调控功能的研究进展，报告员：王建勇，2020/6/10， 2、2、近年来，体内一些氨基酸不仅可以作为蛋白质合成的基质原料，而且可以通过其自身及其代谢产物所具有的生物活性调节动物体内许多生命活动，如调节营养物质的代谢，为生物体提供能量，维持生物体内环境的稳定，一氧化氮、多胺、 合成谷胱甘肽、核酸激素和神经递质，影响神经和内分泌，调控细胞基因表达和信号转导、免疫、抗氧化、抗应激等功能，这些调节作用最终影响动物的生长发育、生产性能和健康状况。 2020/6/10，3，3，3，目前研究的氨基酸、精氨酸、谷氨酰胺、苏氨酸、色氨酸、亮氨酸、2020/6/10，4，1 .精氨酸、精氨酸是半必需氨基酸，在动物体内具有重要的生理、代谢控制和营养作用，具有其代谢途径(见图1 ) 精氨酸通过其自身或其代谢产物NO、多胺、鸟氨酸、脯氨酸等调节机体代谢和繁殖，促进激素分泌，改善免疫功能，预防心血管疾病和内皮细胞功能障碍，维持骨骼肌和脑功能，在组织损伤和修复等多方面发挥着重要作用。 1.1精氨酸的代谢途径，2020/6/10，5，5，精氨酸是内源性NO的唯一前体，在一氧化氮合成酶的作用下生成NO，NO在血管扩张过程中作为信号分子物质促进血管扩张，提高胰岛素敏感组织的血流量。 NO参与调节生产能力基质代谢(图2 )，降低脂肪合成和糖异生作用相关基因的表达，提高激素敏感性脂肪酶的磷酸化水平，促进脂肪分解，NO促进线粒体的生物合成和氧化磷酸化。 2020/6/10，6，6，精氨酸的代谢产物腐殖素、精氨酸等多胺类物质在维持细胞膜稳定性中起着重要作用的肌酸酐是生物运动时能够快速补充能量的鸟氨酸和瓜氨酸是体内尿素循环的重要代谢中间产物。 精氨酸也是氨脱毒的必要物质，保障中枢神经系统的健康。 2020/6/10、7、1.2精氨酸的营养调控功能、精氨酸及其代谢产物可以影响外周激素的分泌，提高家畜的采食量。 精氨酸抑制脂肪细胞增大，降低脂肪沉积。 饲料中加入适当水平的精氨酸，可显着提高环江香猪的瘦身率，降低脂肪率和背最长肌脂肪含量。 饲料中添加0.125%1.000%精氨酸，能显着提高鸭的取食量、生产性能、饲料转化效率和机体质量，降低皮脂率和肝脏脂肪率。 1.2.1改善动物采食量和家畜产品质量，2020/6/10， 8、8、Mcknight等指出精氨酸可以减少脂肪合成，提高肌肉含量：精氨酸可以通过改变能量摄取和消耗的平衡状态来减少脂肪，降低白色脂肪组织的生长，具体机制是精氨酸对细胞信号分子(NO、多胺、腺苷酸等) 可能与提高线粒体合成和促进棕色脂肪组织生长有关，也可能与提高精氨酸能促进生产能力基质氧化的基因表达有关。 调节2020/6/10、9、1.2.2泌乳功能，精氨酸的代谢产物NO具有扩张血管、促进血管生成的作用，调节精氨酸-NO途径可促进乳腺及乳腺内血管的生长，提高营养物质的摄取量，改善哺乳动物的泌乳性能。 2020/6/10，10，乳腺内精氨酸的摄取量通常高于乳中精氨酸的量，对初产母猪营养补充精氨酸或NO前体可提高泌乳性能。对奶牛来说，真胃注射精氨酸可显着提高奶牛血中精氨酸、鸟氨酸、尿素的含量，妊娠后期向奶牛颈静脉注射精氨酸可显着提高血催乳素、生长激素、胰岛素的含量，进而提高奶产量有研究表明，其他必需氨基酸在充分条件下不向奶牛真胃注入精氨酸的氨基酸混合物对乳产量和乳成分含量几乎没有影响，精氨酸水平是否影响奶牛的泌乳性能和乳成分组成还需进一步探讨。 2020/6/10，11，细胞分子水平研究表明精氨酸水平可以控制奶牛乳腺上皮细胞的增殖和酪蛋白基因的表达，乳腺上皮细胞内酪氨酸酶2信号转导和转录活性子5， 通过调控雷帕霉素靶向蛋白信号转导途径影响酪蛋白基因的转录和翻译(图3 )，改善2020/6/10、12 1.2.3消化道功能和生物抗氧化和应激能力，近年实验提高泌乳母猪的饲料精氨酸水平或向肠道提供精氨酸新生仔猪补充精氨酸可以提高肠道穿透性。 精氨酸能促进猪小肠上皮细胞增殖，在正常条件和应激状态下维持肠道黏膜屏障，保护淋巴细胞，减少热应激对肠道黏膜屏障的损伤。 2020/6/10，13，最新研究表明精氨酸对肠道营养的利益部分是精氨酸控制肠道菌群氨基酸代谢和利用率的结果。 断奶仔猪饲料中补充精氨酸或N-氨基甲酰谷氨酸(合成精氨酸的前体)可以提高血浆精氨酸浓度，同时提高小肠生长和黏膜细胞数量，增加十二指肠、空肠、回肠绒毛高度和空肠、回肠隐窝深度，提高断奶仔猪体重。 精氨酸对消化道疾病也有一定的预防和改善作用，如坏死性肠炎。 饲料中补充0.83%的精氨酸可提高猪机体抗氧化功能。 胁迫条件下提高精氨酸添加量可缓解仔猪胁迫下的采食量下降，增强仔猪抗氧化能力，缓解氧化胁迫对动物生产的不良影响。 断奶仔猪饲料补充精氨酸或N-氨基甲酰谷氨酸可显着提高热休克蛋白70(HSP70 )的mRNA表达量和蛋白质含量，表明精氨酸具有缓解热应激的作用。 2020/6/10，15，2 -谷氨酰胺在动物体内含量丰富，具有多种营养生理功能，成为动物功能性氨基酸营养研究的热点，成为代谢途径(见图4 )。 谷氨酰胺在动物特殊的生理状态如应激状态下成为必需氨基酸，研究表明谷氨酰胺在动物应激状态下不仅起着重要的作用，对正常动物的营养代谢也有一定的调控作用，2.1谷氨酰胺的代谢途径，2020/6/10，16，谷氨酰胺在氮平衡对肌肉蛋白质代谢、肠黏膜免疫也有一定的益处，对营养不良、重大病后恢复也有明显的改善作用。 谷氨酰胺促进细胞增殖，当机体处于炎症状态时，谷氨酰胺的消耗量高于机体内源的发生量。2020/6/10、17、2.2谷氨酰胺的营养控制功能，改善2.2.1动物肠道功能，为营养吸收奠定基础，动物肠黏膜细胞利用大量谷氨酰胺作为氮源，保证正常肠道功能，促进营养物质吸收。 谷氨酰胺显着增加肠道亮氨酸和脯氨酸的吸收量，显着增加肠道组织游离亮氨酸和脯氨酸的量，显着增加肠道蛋白质的合成量。 2020/6/10，18，谷氨酰胺通过调控相关基因的表达，促进保护肠黏膜细胞的还原型谷胱甘肽合成，达到抗氧化作用，维持肠黏膜细胞的完整性，减少肠细胞的凋亡。 饲料中添加谷氨酰胺可促进鸡肠道黏膜发育，提高小肠绒毛密度和宽度，增加肠细胞数量。谷氨酰胺通过激活mTOR信号通路可以促进肠细胞蛋白的合成和肠细胞的生长，同时谷氨酰胺有助于表皮生长因子促进小肠细胞的增殖，2020/6/10，19。 谷氨酰胺的重要中间代谢产物-酮戊二酸通过促进mTOR及其下游靶核糖体S6激酶1(S6K1)和真核细胞翻译起始因子4E结合蛋白1(4EBP1)的磷酸化，可促进小肠上皮细胞蛋白的合成。 密合蛋白是肠细胞密合的主要功能性调节蛋白。 2020/6/10，20，谷氨酰胺不足时，粘附蛋白呈块状分布在肠上皮细胞的细胞质内，定位在粘附部位补充不起作用的谷氨酰胺后，粘附蛋白转移到细胞膜，定位在膜前端的粘附部位，形成完全的粘附，在肠粘膜形成保护屏障， 除了阻止细菌向肠细胞移位、预防肠源性感染外，谷氨酰胺也可以通过向体内免疫细胞提供能量来调节肠道免疫。2020/6/10、21、2.2.2缓解动物胁迫，降低生产损失，大量研究表明谷氨酰胺对生产中动物胁迫(热胁迫、冷胁迫、运输胁迫等)有明显缓解作用，并且从代谢和分子水平的研究逐渐表明该营养素能缓解胁迫谷氨酰胺可诱导HSP70表达量的增加，而HSP70 (热休克蛋白)的高表达可提高细胞的耐热性，增强动物对热应激的抵抗力。 大鼠尾静脉注射谷氨酰胺可增加小鼠肝脏、子宫、卵巢组织细胞HSP70的表达，HSP70的表达量随谷氨酰胺量的增加而增加。 2020/6/10，22，谷氨酰胺可以提高动物活体抗氧化相关指标的含量，抑制动物在冷应激状态下细胞内产生的有害自由基，有助于动物抗冷应激。 血清中丙二醛的量总是反映生物脂质过氧化的程度，间接反映细胞受到自由基攻击的程度。 2020/6/10，23，谷氨酰胺可以降低低温环境下肉羊血清丙二醛的水平，有效降低生物细胞自由基攻击程度，同时补充谷氨酰胺对冷冻应激肉羊生物血清超氧化物歧化酶(体内抗氧化剂)的活性和总抗氧化外源补充谷氨酰胺可以防止长时间应激后生物谷氨酰胺含量下降，有保护大鼠免受运输应激的作用，可以在一定程度上降低疲劳度。 调节2020/6/10、24、2.2.3体内酸碱平衡，维持环境稳定性，动物生物环境稳定性保证了组织、细胞各种代谢活动的正常进行。 谷氨酰胺被谷氨酰胺酶水解，生成谷氨酸和氨。 动物生物酸过多时谷氨酰胺酶活性增强，肾脏内肾小管上皮细胞大量谷氨酰胺水解生成氨键h，促进h从尿中排出，降低h浓度，保证酸碱平衡，防止代谢性酸中毒，维持动物生物环境的稳定性，有利于动物正常生产性能的发挥。2020/6/10、25、2.2.4增强动物免疫力，谷氨酰胺调节动物免疫功能，影响动物免疫器官的发育。 补充谷氨酰胺能显着提高13周龄仔鸡补体C3和免疫球蛋白G(IgG )水平的肉仔鸡胸腺、脾指数血清中的免疫球蛋白a、免疫球蛋白m和胸腺、酚胶囊的白细胞介素-2、白细胞介素-6水平是免疫罢工、2020/6/10、26、饲料中加入0.2%、0.4%谷氨酰胺可加快肉仔鸡胸腺和脾脏的发育，延缓漏斗退化的谷氨酰胺可促进肉仔鸡外周血t淋巴细胞的分裂增殖。 抗菌肽在动物免疫中起重要作用，断奶仔猪饲料中补充谷氨酰胺可促进骨髓、空肠黏膜中抗菌肽PR39mRNA的表达。、2020/6/10、27、2.2.5提高动物采食量和产品质量，谷氨酰胺可调节动物蛋白质代谢，饲料中合理补充谷氨酰胺可提高动物采食量，促进动物生长，提高饲料利用效率，改善动物产品质量。 肉仔鸡饲料加入0.5%谷氨酰胺，日采食量和日增重显着提高，加入1.0%、1.5%谷氨酰胺，半净孔率显着提高，3种加入量谷氨酰胺减少皮脂厚度和肌肉间脂肪含量。 2020/6/10、28，分别含0 (对照组)、0.4%、0.7%、1.0%的饲料饲养黄羽肉鸡实验，随着饲料谷氨酰胺添加水平的提高，5670d和4270d的材料重量比线性下降，1.0%谷氨酰胺组的材料重量比明显低于对照组饲料中补充谷氨酰胺1.0%可以提高断奶仔猪的生长速度和生存率，提高泌乳仔猪的乳产量，有提高乳蛋白、乳脂肪、乳糖、非脂乳固体成分含量的趋势。 从2020/6/10、29、3亮氨酸、饲料中摄取的必需氨基酸，在糖代谢、蛋白质的合成和分解、免疫调节等生理生化过程中起着重要作用。 生物体内大部分氨基酸主要由肝脏代谢，而支链氨基酸主要由肌肉分解代谢，肝脏不存在支链氨基酸转氨酶。 结构相似性使亮氨酸代谢产物酮异酸和羟基甲基丁酸能够调节营养物质代谢(图5 )。 3.1亮氨酸的代谢途径是2020/6/10、30、3.2亮氨酸的营养调控功能，亮氨酸通过促进胰岛素和胰岛素样肽-1(GLP1 )的分泌降低生物体的血糖。 亮氨酸可以依赖于mTOR信号通路、不依赖于mTOR信号通路，以及刺激某些激素的分泌促进蛋白质的合成，通过调节泛素蛋白酶通路和溶酶体的自噬通路，可以抑制蛋白质的分解。 3.2.1调节营养物质代谢，定为2020/6/10，31，亮氨酸促进蛋白质合成的作用可能具有组织特异性。 由于发现提高血液中亮氨酸含量能促进骨骼肌、心肌蛋白质合成，但不能促进肾脏、脂肪组织蛋白质合成，因此在低蛋白质基础饲料中添加亮氨酸能显着提高断奶仔猪小肠、心脏、肾脏、肝脏、胰脏、脾脏和胃的蛋白质合成速度2020/6/10，32，以前关于亮氨酸调控蛋白质合成的研究最多的是骨骼肌，除人和老鼠的研究外，近年来国内已有反刍动物报道。 发现饲料中每天添加1.0g肿瘤胃保护亮氨酸能促进绵羊骨骼肌mTOR信号通道4EBP1和S6K1的磷酸化，促进骨骼肌蛋白的合成，而亮氨酸代谢产物-酮异酸也能显着促进绵羊股二头肌、背最长肌的合成。 亮氨酸及其代谢产物影响天鹅绒的生产率，例如不同水平的亮氨酸和-羟基-甲基丁酸倾向于提高天鹅绒的绒头长度、绒头厚度和净绒率。 调节2020/6/10、33、3.2.2泌乳功能，乳腺中亮氨酸含量总是高于乳中亮氨酸含量的迹象表明，乳腺中有些亮氨酸与乳蛋白合成有关，另一些亮氨酸与其他物质的合成有关或发生氧化代谢。 亮氨酸氧化率随奶牛体内可代谢蛋白的增加而显着提高。 亮氨酸在乳腺内的代谢与其他组织相同，为合成不必要的氨基酸提供碳源和-氨基氮源，具体的代谢过程是亮氨酸在支链酮酸氨基转移酶(BCAT )的作用下转化为-酮异酸， -酮异酸在脱氢酶的作用下脱羧生成异戊二烯CoA，异戊二烯CoA进一步被-羟基-甲基丁酸酯CoA氧化，然后被两种不同的脱氢酶氧化，形成乙酰CoA和乙酰乙酸。2020/6/10，35，哺乳动物体内BCAT在线粒体型(mBCAT )和细胞质型(cBCAT )、Desantia等小鼠乳腺中发现mBCAT，且在泌乳期大鼠乳腺内mBCAT的基因表达、蛋白质合成及其活性至少比泌乳期高10倍研究表明，只有处于泌乳期的大鼠乳腺上皮细胞表达mBCAT基因，mBCAT