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饲料源活性肽研究进展

信息发布者:河北省衡水市
2017-12-15 00:11:38

        蛋白质是构成动物机体的主要成分,在动物营养中占有重要地位。在动物蛋白质营养研究中,氨基酸代谢一直是研究的重点,动物对蛋白质的需要即对氨基酸需要的理论-一直指导着蛋白质代谢研究与动物生产实践。然而,随着对蛋白质消化代谢研究的深入,传统的蛋白质消化吸收理论已不能解释许多新的问题,近几十年动物营养学家发现,动物对饲料中各种氨基酸的利用程度并不完全受单一限制性氨基酸水平的影。向。另外,一些试验发现,用纯化组合日粮或低蛋白质平衡氨基酸日粮饲喂动物,并不能表现出最佳的生产性能(Kephart和Sherritt,1990;Pinchasov等,1990)。 二十世纪五六十年代,Newey和Smyth(1959、1960)首次提出肽可以完整吸收的观点,直到80年代,随着研究的不断深入这一观点才被普遍接受。其中对乳源活性肽(如:IGF-I、IGF-Ⅱ、EGF等)研究比较早,也是研究成果较多的,但饲料源活性肽研究相对较少,近几年才受到人们的重视。本文就饲料源活性肽在动物体内的代谢、对动物的营养作用以及在畜牧业上的重要意义作一阐述。

        1 饲料源活性肽 肽是由一定数量的氨基酸通过肽键相连而组成的有机物。一般把肽链中氨基酸数量为2~20的称为寡肽(oligopeptide),而将肽链长度多于20个氨基酸的称为多肽(polypeptide)(Voragen等,1995)。常常提及的小肽,多是指由2~3个氨基酸组成的2肽(dipeptide)与3肽(tnpeptide)。生物活性肽(Bioactive Peptide,BAP)是一类分子量较小,在构象上较松散,具有特殊生物活性的肽类物质,分布广泛,如动物的乳汁、胸腺、脾脏等均含有丰富的活性肽(孙圣兰等,2002)。自从Brantl等于1979年发现生物活性肽以来,已从动物、植物和微生物中分离出多种生物活性肽(石岗,2002)。 动物生产中常用的蛋白质饲料有20多种,它们具有两个明显的共同特点:一是大多数为加工副产品;二是粗蛋白质含量≥20%。这些粗蛋白质中包括了非蛋白氮、氨基酸、肽与蛋白质。饲料中肽的含量和性质的报道还比较少,根据饲料中蛋白质的化学变化规律,饲料源活性肽可分为两种:一种是饲料中未经加工天然存在的饲料源活性蛋白质肽;一种是饲料蛋白质经特殊加工而产生的蛋白源活性肽。

         1.1 饲料源活性蛋白质肽 植物蛋白饲料中比较有代表性的是豆科植物,其籽实含有多种生物活性多肽,可影响动物的氮代谢,如凝集素(1ectins)可与动物胃肠道粘膜糖蛋白结合,从而刺激小肠隐窝细胞增生并导致胰腺肥大(Finot,2000)。在鲜饲草尤其是豆科植物,除真蛋白质外的含氮物中,有大量的肽、游离氨基酸与硝酸盐,而鲜饲草经发酵后,这些成分浓度有明显变化,在发酵饲草中游离氨基酸(FAA)、氨(NH3)与胺的浓度较高,而肽与硝酸盐浓度较低(NRC,2001)。

        1.2 饲料蛋白源活性肽 饲料蛋白质经过适当处理,可使大分子蛋白质分解释放出分子量不等的肽。细胞体外培养试验发现,培养基中应用大豆分解蛋白质-肽混合物,可促进动物细胞的生长发育,大豆水解可产生生物活性肽(Franek等,2000)。Kim等(2000)报道,从大豆蛋白水解物中可分离并纯化得到一种抗癌活性肽(9肽),其分子量1157Da。Chen等(1995)从大豆蛋白水解物中分离得到了6种抗氧化活性肽。迄今的许多研究表明,酶水解处理乳蛋白,可释放出在乳蛋白基本序列中编码的生物活性肽。目前有些动物试验,正是应用酶解酪蛋白作为饲料肽源,进行肽营养的研究(Atasoglu等,1999;Hodgkinson等,2000)。 科学家逐渐注意到:在营养蛋白的多肽链内部可能普遍存在着功能区,选择适当的蛋白酶水解这些多肽,有可能将其释放出来。

        2 活性肽在动物体内的代谢 目前,肽可以被完整地吸收且对动物体具有重要的生理作用这一观点已被普遍接受。肽在动物体内的代谢途径和机制,现在比较明确的是肽具有独立于氨基酸的转运系统,在动物的多种组织中存在肽载体(Matthews,2000)。已发现的两种肽载体(PepT1和PepT2),其基因已被进一步克隆表达(Pan等,2001),并且许多因素影响肽在动物体内的转运。

         2.1 活性肽在动物体内的吸收 小肽的吸收机制与氨基酸完全不同,它是一个依H+浓度、Ca2+浓度电导和耗能的独立过程。与氨基酸的吸收相比肽具有更多的优越性:

1)肽中氨基酸残基吸收速度大于等量游离氨基酸吸收速度;

2)肽吸收可避免氨基酸之间的吸收竞争;

3)肽吸收耗能低;

4)寡肽与游离氨基酸的吸收是相互独立的完全不同的机制。

        研究认为,与游离氨基酸相比,寡肽的吸收属细胞间微孔吸收的所谓"高吸收"(persorption)的一种。一般是上皮细胞脱落留下的空缺部位或细胞内吞作用造成的,也可通过溶剂的牵引或其他溶质的刺激(如葡萄糖),造成对肽的非选择性吸收。尽管经此途径被吸收的肽在营养上意义不大,但肽的生物活性在宿主体中的表达却有非常重要的作用(王丽娟,1999)。 肽的吸收方式与氨基酸相比有速度快、耗能低、不易饱和的特点。Zaloga(1990)研究表明:动物67%的氨基酸是以小肽的形式被吸收的,剩余的33%才以FAA的形式吸收。肠粘膜细胞中存在多种寡肽酶,如二肽酶与三肽酶,吸收的小肽在肠细胞内被肽酶水解成FAA,而饲料中的肽可提高蛋白质/氨基酸的吸收利用效率。Daneil等(1994)认为,肽载体吸收能力可能高于各种氨基酸载体吸收能力的总和。寡肽中氨基酸残基被迅速吸收的原因,除了肽本身的吸收机制之外,还可能是肽本身对氨基酸或其残基的吸收有促进作用。另一方面,可能由于肽载体的存在,减少了单个氨基酸在吸收上的竞争,从而降低了氨基酸间的拮抗作用。

        2.2 活性肽在动物体内的转运 Rubino等(1971)通过研究不同氨基酸和肽,发现两者不存在竞争。肽吸收比游离的氨基酸更快表明,肽可能存在独立的转运系统,或者肽对载体有更具竞争性的优势。目前普遍认为人或动物对含氮物质的吸收存在着游离氨基酸和寡肽两种相对独立的转运机制。 消化道粘膜进行肽的转运时,肽的结构起了决定性作用,尽管还有许多问题存在,但肽的转运主要限制在二肽和三肽,大规模转运较大的肽可能性很小(Webb,1990)。对肽载体(PepT)的特性描述和克隆,对于哺乳动物肽的转运提供了非常有价值的信息(Miyamoto等,1996)。两种肽载体(PepT1和PepT2)具有类似结构和功能特性,PepTl和PepT2具有12个跨膜结构域并且在9和10跨膜结构域之间有一个大的胞外环的膜蛋白,这些肽载体能够识别二、三肽底物(Leibach和Ganapathy,1996)。PepT1主要在小肠存在,在肝和肾很少表达(Miyamoto等,1996);而PepT2主要在肾存在(Saito等,1996)。近来的研究报道了羊、牛、猪和鸡中一种肽载体的存在以及其在组织中的分配情况(Pan等,1997),尽管此肽载体mRNA的大小在各种种属是不一样的,但mRNA在所有的被研究动物小肠中都存在,并且在绵羊的瓣胃和瘤胃上皮也存在。 众所周知,氨基酸的转运依靠Na+的作用。Ganapathy等(1981)对独立的刷状缘膜囊(BBMV)研究表明:肽的转运不依靠Na+。Ganapathy和keibach(1985)根据pH对肽转运影响的研究,提出质子可能作用于肽的转运,一个电化学质子梯度可能是肽转运的驱动力。Takuwa等(1985)首先证明在刷状缘膜囊胞中肽的积累,有一个H+梯度存在。另一试验研究表明,在转运时肽和H+有直接联系,肽转运的动力是由一个膜电位和H+梯度构成的(Miyamoto等,1985)。

        2.3 活性肽在动物体内的利用 肽的吸收是通过肠道的刷状缘膜,这已被确认。随着研究技术的进步,完整的肽进入门血液循环的可能性得到了证实。Koelon(1982)研究表明:荷斯坦牛门血液70%的氨基酸与肽有联系。为了测定门血浆中肽的大小,用Sephadex G-15通过凝胶过滤分离肽,大多数的肽的分子量是300~500 Da(Schlgheck和Webb,1984)。乐国伟(1995)给来航鸡肠道灌注酪蛋白水解物后,用高压液相色谱检测小肽的结果表明,肝门静脉血液和肠道内容物中出现了相同的肽类物质,据此推断鸡肠道可吸收完整的肽,并且完整肽可进入鸡血液循环。Adibi(1987)和Stehle(1991)的研究表明,经过放射性标记或者是耐水解的肽静脉注射后,在血液中很快被清除,同时在肝脏、肾脏、肌肉、肠、肺、大脑和胰脏中检测到放射性标记或耐水解的肽。Backwell(1994)用同位素标记技术证明,组织本身有直接利用肽合成乳蛋白的能力。

        2.4 影响活性肽代谢因素 有许多因素如日粮类型、蛋白质的组成、肽的类型、动物的生理pH值等都会影响肽的代谢。日粮类型町以影响组织对肽的代谢。当日粮中以大豆蛋白提供N源时,能够通过血浆被后肢的器官所利用;而以尿素提供N源则没有此现象发生(Webb,1990)。McCormick和Webb(1982)以常规日粮饲喂牛,Danilson等(1987)以纯化日粮饲喂牛,在血浆中都观察到有高浓度的循环肽。在前一个试验中,肽氨基酸能从血浆转运被后肢组织所利用;后一个试验中,同样的现象没有被发现。Sklan和Huruitz(1980)测定,采食酪蛋白鸡的肠段中寡肽含量高于采食豆饼鸡的相应肠段的寡肽含量。 蛋白质的组成可以影响肽的代谢。Zambonino等(1997)研究表明:日粮中蛋白质的片段影响氨基肽和γGT(γ-谷氨酰转移肽)的活性,γGT参与肽的转运。Savoie(1987)对多种蛋白质饲料进行胃蛋白酶-胰蛋白酶体外消化试验发现,品质好且氨基酸利用率高的蛋白质,水解释放出的肽较多。Meister(1987)则认为,必需氨基酸含量高且平衡的优质蛋白,在消化过程中易产生分子量低的寡肽。 肽的类型也影响肽的代谢。Gardner和Wood(1989)报道:疏水性和耐水解的肽比亲水性和易水解的肽吸收快。Daniel等(1992)报道:在刷状缘膜,寡肽/H+同向转运载体对具有疏水基的氨基酸的二、三肽有更高的亲和力。同向转运载体的主要功能就是在尿的形成过程中,从肾小球滤液重新吸收血浆来源的肽。由于疏水性小肽的高亲和力使得肾小球滤液血浆源的肽很大一部分是疏水性的。Pan等(1998)试验表明:在动物细胞,如培养的MAC-T细胞能更好的利用疏水性肽。 生理pH值对肽的转运过程有重要影响。Pan等(2001)试验表明,反刍动物肠道的生理pH环境在4.5~5.0时,绵羊PepTl能够转运所有的肽。但是两性和阴性的肽可能比阳性离子转运快。Steel等(1997)报道在兔子生理pH 5.5~6.0时,PevT1更多选择中性和两性的肽作为底物。 3 饲料源活性肽对动物的营养作用

        3.1 作为氨基酸的来源 小肽和氨基酸转运机制相互独立的这种生理特性,可能使底物对不同生理状态及日粮变化具有更大的适应性。因为寡肽较易吸收,且不受氨基酸的影响,当动物由于疾病或其他因素对某种氨基酸不能很好吸收时,可通过添加含有此种氨基酸的寡肽来提供氨基酸,寡肽的这种吸收优势具有很大的潜在营养作用(Webb,1990)。动物某些组织对因代谢修饰处理而引起的代谢改变造成的氨基酸需求增加,完全可通过利用寡肽来满足。研究认为,在有些特殊的临床情况下,以寡肽的形式补充氨基酸,可以改善动物或人对氮的吸收,满足动物或人对氨基酸和氮的需求。例如,某些临床情况需要补充酪氨酸、半胱氨酸和谷氨酸,而这些氨基酸在游离状态下不溶或是不稳定,使用相应的小肽可解决这样的难题(Groff和Gropper,2000)。

        3.2 促进氨基酸的吸收 小肽的吸收能缓解肠壁细胞对不同FAA摄人的竞争,并且肽本身对氨基酸或肽的转运也有促进作用。Bamba等(1992)报道,小肽作为肠腔的吸收底物,不仅增加刷状缘膜的氨基肽酶活性,而且提高二肽酶和氨基酸载体的活性和载体数目。Brandsch等(1994)也观察到,在正常生理条件下,空肠中存在酪蛋白水解物β-酪内啡肽时,能够使L-亮氨酸流人肠壁细胞的动力学常数Vmax和Km增大。Kara等(1993)试验表明,饲喂酪蛋白日粮大鼠小肠对蛋氨酸的吸收速度高于大豆蛋白日粮。施用晖等(1996)在研究不同比例小肽与游离氨基酸对鸡氨基酸吸收的影响时发现,当完全以小肽的形式供给动物时,赖氨酸的吸收速度不再受精氨酸的影响。通过肽与游离氨基酸吸收部位的互补,可达到氨基酸的最优摄取(王燕桃,1997)。

        3.3 直接进行蛋白质合成 Pan等(1998)观察到,在培养的ClCl2肌细胞和MAC-T哺乳动物上皮细胞中包含蛋氨酸的肽,作为一种蛋氨酸的来源,可支持蛋白质的合成。Backwell(1994)利用双标示踪技术研究认为,哺乳动物乳腺组织本身就有直接利用肽中AA合成乳蛋白的能力。

        3.4 促进饲料中其他营养成分的吸收利用 有研究认为,植物蛋白中由于植酸、萆酸、纤维、单宁及其他多酚等抗营养因子的存在,显著影响了饲料或日粮中Ca、Zn、Cu、Mg、Fe的生物利用率,而植物蛋白在水解成肽的过程中,可以除去可溶性的低分子物质,从而降低上述抗营养因子的含量。同时,肽分子可与上述矿物离子形成螯合物保证其可溶状态而利于机体吸收。

        3.5 对动物生长有促进作用 Zmnbonino等(1995)研究报道:酪蛋白的水解产物替代部分鱼粉能更早更好诱导刷状缘膜中酶的活性,对鱼幼苗的生长是有利的。此外,水解产物中包含的短肽有效地刺激了哺乳动物的刷状缘膜中酶的活性,而且也促进了营养的修复(Sasaki等,1989;Scheppach等,1994)。Zambonino等(1997)以一种海产鱼苗为研究对象,试验结果表明:饲喂短肽组比其他处理组增重快,并且提高了鱼苗的成活率,降低了骨骼畸形发生率。美国Ohio州立大学的DonMahan博士以断奶后的仔猪(断奶后12-42d)为试验对象,比较含2.75%活性肽饲料和含2.75%血粉饲料(对照日粮)的喂养效果,结果表明:食用含2.75%活性肽饲料的仔猪在试验结束时体重平均比对照组重1.5 kg,促生长效果非常显著。

        3.6 其他的生理功能 小肽除了作为氨基酸的供体,以其吸收机制方面的特性促进生产性能外,也作为生理调节物在动物的消化代谢中起着非常重要的作用。Otani(1995)报道:在蛋白质消化过程中释放的一些肽类影响养分的消化与吸收,也影响着动物体内的细胞免疫和体液免疫。

        4 饲料源活性肽的研究对动物营养的重要意义 生物活性肽的发现开创了动物营养的新纪元。目前对于饲料源性的生物活性肽的生理作用和机制虽然不完全清楚,但是生物活性肽的多种重要生理功能的发现可能改变过去对蛋白质营养功能单纯以氨基酸为标准的评价,使人们在评价饲料蛋白的生物学价值时须考虑蛋白质的结构及其在消化道中可能释放出生物活性肽的组成和数量。进一步认识蛋白质分子中潜在的生物活性肽片段及其氨基酸组成与分子序列,探讨肽类的吸收途径与机制以及各个因素对它的影响,是研究饲料源活性肽营养作用的理论基础。进一步研究各种肽在动物体内的营养生物学功能及其评定方法,特别是猪、禽、牛、羊、鱼等动物的消化生理各具特点,对肽的吸收方式与能力、肽的形式与功能对不同动物的影响差别,将对活性肽的开发应用有重要意义。


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