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TA的每日心情 | 堵心啊 2015-6-5 08:56 |
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签到天数: 61 天 [LV.6]常住居民II - 帖子
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本帖最后由 水宝宝 于 2015-6-11 08:52 编辑
(接上文)
蛋白质与氨基酸(2)
3. 必需氨基酸的功能和缺乏症
3.1 赖氨酸Lys
赖氨酸是一种α-氨基酸,含有α和ε两个氨基。赖氨酸通常参与氢健形成和起催化作用。在鱼类和其它动物的体蛋白中,赖氨酸的含量非常丰富。在饲料原料中,鱼粉和血粉的赖氨酸含量很高,但在植物蛋白源中的含量很低,尤其是谷物副产物,如玉米蛋白粉和小麦面筋蛋白。由于ε-氨基的活性强,赖氨酸对热很敏感,也容易发生非酶促糖基化作用,也就是美拉德反应。这会导致赖氨酸的化学结构产生不可逆变化,并降低原料和饲料的赖氨酸利用率。正因如此,赖氨酸通常是饲料的第一限制性氨基酸,尤其是在植物蛋白含量高或蛋白源的加工条件比较严酷的饲料中。
赖氨酸缺乏除了降低生长和饲料效率外,还会影响健康,如导致虹鳟和鲤鱼的背鳍和尾鳍腐烂(Ketola, 1983; Guillaume等, 1999)。
3.2 含硫氨基酸
3.2.1 蛋氨酸Met和半胱氨酸
蛋氨酸和半胱氨酸是两种含硫氨基酸。蛋氨酸是非极性氨基酸,与其它疏水性氨基酸一样,它可与其它疏水性配体(如脂肪)结合(Brosnan and Brosnan, 2006b)。半胱氨酸由于含有巯基,是一种亲水性氨基酸。由于疏基的活性强,半胱氨酸成为许多蛋白质和酶类的结构和功能组成成分,并在许多蛋白中形成二硫键。半胱氨酸在外界很容易被氧化成胱氨酸(半胱氨酸-半胱氨酸),但机体也很容易把胱氨酸降解成两个半胱氨酸分子。
L-蛋氨酸除了作为蛋白质的合成前体,还参与许多代谢反应,包括合成S-腺苷蛋氨酸SAM、L-半胱氨酸、谷胱甘肽、牛磺酸、磷脂酰胆碱及其它磷脂。S-腺苷蛋氨酸又参与形成肌酸、肾上腺素等等。L-蛋氨酸也是生糖氨基酸,可以参与合成D-葡萄糖和糖元。
蛋氨酸通过腺苷转移酶转化为S-腺苷蛋氨酸,S-腺苷蛋氨酸在许多转甲基反应中都担任甲基供体并被转化为S-腺苷高半胱氨酸SAH。S-腺苷蛋氨酸是一种多功能的分子,在许多酶促反应中其功能仅次于ATP。S-腺苷高半胱氨酸可以在腺苷高半胱氨酸酶的催化下转化为高半胱氨酸,高半胱氨酸又可重新生成蛋氨酸或合成半胱氨酸。高半胱氨酸可以通过蛋氨酸合成酶重新生成蛋氨酸,也可以通过甜菜碱-高半胱氨酸甲基转移酶,把甘氨酸甜菜碱上的甲基转移到高半胱氨酸上而甲基化生成蛋氨酸。因此,在一定程度上,甜菜碱和胆碱都可以作为甲基供体而节约蛋氨酸(Baker, 2006)。
Walton等(1982)表示当饲料中的半胱氨酸从0%增加到2%时,虹鳟对蛋氨酸的需要量会降低。Rumsey等(1983)和Cowey等(1992)在许多种其它鱼类中也发现了相似的规律。当饲料中添加胱氨酸时,蛋氨酸的需要量也一样会降低,这是因为胱氨酸可以替代蛋氨酸用于合成半胱氨酸及其衍生物。但半胱氨酸不能完全替代蛋氨酸以满足鱼类的需求(Brosnan and Brosnan, 2006b)。
由于蛋氨酸能转化成半胱氨酸,饲料中半胱氨酸的水平会影响鱼类对蛋氨酸的需求量,导致蛋氨酸的需求很难精确化。因此很多研究者以总含硫氨基酸(或蛋氨酸+半胱氨酸)的形式来表述需要量。如虹鳟的总含硫氨基酸需要量占饲料的0.8%~1.1%。在许多鱼类中的研究表明,半胱氨酸可以替代40%~60%的蛋氨酸(Wilson, 2002),其中斑点叉尾鮰中可以替代60%(Harding等, 1977),蓝罗非鱼中可替代44%(Liou, 1989),虹鳟中可替代42%(Kim等, 1992a),红鼓鱼和杂交条纹鲈中可替代40%(Moon and Gatlin, 1991; Griffin等, 1992)。目前在好几种鱼类中的研究表明,半胱氨酸可以贡献几乎一半的含硫氨基酸用于蛋白质合成(NRC, 1993; Goff and Gatlin, 2004)。也有的研究表明鱼饲料中半胱氨酸的含量在0.3%以内才能作为含硫氨基酸的有效供体,也就是说半胱氨酸的添加量超过该水平时对蛋氨酸将没有节约作用(Kim等, 1992a; pack等, 1995)。因此,建议蛋氨酸和半胱氨酸都需在饲料中满足需求量(Rodehutscord等, 1995a)。在生产实践中,许多饲料原料中的半胱氨酸含量高于蛋氨酸,所以配方师主要关注的是蛋氨酸的需求。
饲料中蛋氨酸不足时,鱼类的生长和饲料系数都会受影响。此外鲑科鱼类,包括虹鳟、河鳟和三文鱼饲料中蛋氨酸不足时也会出现白内障,两三个月后晶状体开始变得不透明。当然维生素B1、B2、A、锌、色氨酸及组氨酸的缺乏也被报道会引起鱼类的视觉问题。缺乏蛋氨酸会引起白内障的机理还不完全清楚,这可能与蛋氨酸参与合成谷胱甘肽有关。在年老的哺乳动物中,晶状体中的蛋白结合态硫醇会被氧化破坏,而由蛋氨酸或甲基半胱氨酸参与合成的谷胱甘肽很可能保护晶状体免受这种破坏。饲料中蛋氨酸含量过低时,晶状体中被氧化的蛋氨酸无法还原,导致了白内障的发生。
在几种主要的氨基酸中,蛋氨酸的毒性是最强的。饲料中蛋氨酸的添加量达到需要量的2~3倍时会影响哺乳动物的生长。虹鳟的生长也会被高蛋氨酸摄入量抑制。蛋氨酸的毒性可能与肝脏中积累S-腺苷蛋氨酸有关(Regina等, 1993)。在小鼠的实验中发现,饲料中添加甘氨酸和丝氨酸时,蛋氨酸的毒性会减弱。甘氨酸参与了过量S-腺苷蛋氨酸的代谢分解,而丝氨酸参与了高半胱氨酸生成半胱氨酸的转巯基途径。
3.2.2 蛋氨酸Met的同分异构体
目前,动物饲料中所用的蛋氨酸已实现工业化批量生产。但这种人工合成的蛋氨酸是D型和L型的混合物(DL-蛋氨酸)。大多数动物对D型和L型蛋氨酸的利用效率相似。D-蛋氨酸需要先在D-氨基酸氧化酶的作用下脱氨基,再重新氨基化形成L-蛋氨酸,然后再被动物体利用。虹鳟可以利用与L-蛋氨酸相等摩尔数的D-蛋氨酸。这种代谢途径很可能在其它鱼类及甲壳类动物中也一样存在。
3.2.3 蛋氨酸羟基类似物(MHA)
2-羟基-4-甲硫基-丁酸(HMB)是一种蛋氨酸羟基类似物,该产品已实现商业化生产,并在动物饲料中广泛使用。HMB与蛋氨酸的不同在于它在α碳原子位含有一个羟基,而非氨基。与人工合成的DL-蛋氨酸类似,HMB有一个不对称的碳原子,因此也存在D型和L型的同分异构体。由于氨基被羟基替代,HMB实际上也是一种有机酸。HMB被动物体吸收后,很快在肝脏内转化为L-蛋氨酸。
关于不同剂型的HMB(如钙盐形式和有机酸形式)的利用效率,在不同陆生禽类中都进行过多项研究。有关HMB和DL-蛋氨酸的生物利用效率的争议很多(Jansman等, 2003)。大量畜禽动物中的实验数据表明,在相同摩尔数的基础上,HMB的生物效价大约是DL-蛋氨酸的75%~80%(Jansman等, 2003; Baker, 2006; Sauer等, 2008)。在不同鱼类中的研究也表明HMB可以作为鱼类的蛋氨酸源,但其效率低于DL-蛋氨酸(等摩尔数基础上约75%~80%)。它们之间利用效率的差异可能在于这两种物质的吸收机制不同,这种不同的吸收机制在畜禽动物中已进行过详述(Drew等, 2003),但在鱼类和甲壳类中还不清晰。
3.3 牛磺酸Tau
牛磺酸是一种有机酸,也是胆汁的主要成分之一,在动物的小肠和肌肉组织中都有少量存在。牛磺酸是半胱氨酸的衍生物,通过转疏基途径合成。严格意义上讲,牛磺酸并不是氨基酸,因为它缺乏羧基。牛磺酸的主要功能包括结合胆汁酸、调节渗透压、稳定细胞膜和抗氧化等。牛磺酸在小肽中可发现其存在,但还未发现有氨酰基tRNA合成酶能特异性地识别牛磺酸并将其连接入蛋白质中。
在有些动物中,牛磺酸对于渗透压的调节非常重要。在海水鱼和无脊椎动物中,它的含量与整个游离氨基酸库总量几乎等同。研究表明牛磺酸在鱼类中的生物合成途径具有种间特异性,在某些种群中牛磺酸的合成量非常少。大量的研究表明,牛磺酸对于海洋幼鱼和幼虾来说可能是条件必需氨基酸,如大菱鲆、海鲈、红鼓鱼、黄尾鱼、军曹鱼和斑节对虾,但在鲤鱼和三文鱼中却不是。Gaylord等(2006)发现虹鳟饲料中添加牛磺酸可以刺激生长。有证据表明在淡水鱼的早期阶段可能也需要牛磺酸(Zhang等, 2006)。当黄尾鱼饲料中不加鱼粉并使牛磺酸总量在0.1%以下时,牛磺酸的添加可以明显减少幼鱼的绿肝病发生率,这说明牛磺酸的缺乏可能是这种病的发生原因。由于目前牛磺酸在不同饲料、不同鱼种、不同环境下的添加效果的研究很少,所以牛磺酸的需求量也很难把握。
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