動物色氨酸營養代謝研究

和興

色氨酸又名α－氨基－β－吲哚丙酸，有DL－、D－、和L－色氨酸三種異構體，天然存在的只有L－色氨酸。色氨酸是動物維持生長的必需氨基酸。缺乏色氨酸導致動物采食量下降、生長遲緩、被毛粗糙。動物體內不能合成色氨酸，而植物性飼料中的色氨酸通常不能滿足豬禽的需要。近年來，在配合飼料中大量使用合成賴氨酸和蛋氨酸，使色氨酸在飼糧中的重要性明顯地體現出來。為了更有效地進行畜禽生產，對色氨酸營養代謝進行深入究有著重要的意義。 　　色氨酸的代謝特點 　　1.色氨酸在動物體內轉運的特殊性作為一種常量營養物質，色氨酸在血漿和組織中水平發生變化所引起的效應不同于其他氨基酸。它是動物體內惟一通過非共價鍵與血白蛋白結合的氨基酸（McMenemy等，1958）。這種結合與其分子構型有關：L-色氨酸以高度立體專一性主要在一個位點上與血清白蛋白結合，而D-色氨酸與血清白蛋白的結合力很小，只有L-色氨酸的1%（McMenemy等，1958）。此外，它還受其他一些大分子中性氨基酸和血漿中游離脂肪酸濃度變化的影響。當這種結合狀態改變時，色氨酸在體內代謝就會發生變化（如影響大腦中5-羥色胺的合成），甚至造成一些疾病，如肝昏迷。 　　2.色氨酸可調節動物肝臟蛋白質的合成Sidransky等（1980）證明L-色氨酸能夠影響肝臟RNA和蛋白質的代謝，它能顯著地促進肝臟多核糖體集聚、細胞質poly(A)-RNA合成、核標記RNA釋放和提高核膜核苷三磷酸酶活性；進一步研究表明：L-色氨酸可以增加肝細胞核糖體和RNA的聚合（Garrett等（1984），促進肝臟微粒體復合功能氧化酶系統的作用，增加細胞色素p-450含量，增加每毫克微粒體蛋白中NADPH-細胞色素C還原酶和NADH-細胞色素b5還原酶的活性，從而增加肝臟微粒體蛋白含量（Takahashi，1991）。另外，Cortamira等（1991）認為色氨酸是通過刺激胰島素釋放而增加肌肉和肝臟蛋白質合成的。因而，色氨酸是一種特殊的氨基酸，它不僅是蛋白質的氨基酸組成成分之一，還參與調節蛋白質的合成，至于這種調節功能的詳細機理，還有待于進一步研究。 　　3.色氨酸對神經介質5-羥色胺（5-HT）合成和采食量的影響 　　色氨酸濃度改變將影響5-羥色胺的合成大腦中5-羥色胺是以色氨酸為前體物而合成（Fernstrom等，1974），其關鍵酶是色氨酸羥化酶，受色氨酸濃度、神經元興奮頻率、酶的鈣依賴性磷酸化和輔助因子存在與否等因素影響（Fernstrom，1983）。在體外或體內，該酶的Km值約為50uM，而大腦中色氨酸的水平經常在10-30uM，即該酶處于非飽合狀態，所以大腦中色氨酸濃度變化將改變大腦5-羥色胺的合成速度（Arimanana等，1984）。一般而言，大腦中色氨酸水平增加1倍（從15增到30uM）能使大腦中5-羥色胺升高20%-30%（Arimanana等，1984）。在通過血腦屏障時，色氨酸與長鏈中性氨基酸（LNAA）如酪氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、丙氨酸和纈氨酸，特別是異亮氨酸和纈氨酸發生競爭作用（Colmenares和Wurt鄄man，1979）。因此，血漿中LNAA的增減直接影響轉移入大腦的色氨酸量，進而影響5－HT的合成。 　　色氨酸通過5-羥色胺調節動物采食量5-羥色胺能使大腦活動暫時受到抑制，使動物趨于安靜，促進睡眠。這可能有利于動物降低維持需要，促進生長和提高飼料轉化效率。許多學者（Weinberger等，1978；Lacy等，1986）認為色氨酸對采食量的影響與其所合成的5-羥色胺有關。色氨酸嚴重缺乏時，5-羥色胺耗竭，從而導致采食量急劇下降；色氨酸水平過高時，大腦中5-羥色胺合成增加；由于5-羥色胺可增加動物的飽感，當它超過生理水平時，可抑制動物采食；用中樞注射法進行研究的結果也證實了5-羥色胺的這種作用（Goldman等，1971；Den鄄bow等，1983）。色氨酸很可能直接作用于氨基酸受體或通過增加外周5-羥色胺而起作用（Deutsch等，1980；Friedman等，1984；Lacy等，1986）。當日糧色氨酸水平接近需要量時，其水平發生變化不足以改變大腦中5-羥色胺的合成率，因而它是通過外周起作用；而在色氨酸嚴重缺乏或過高時，血漿中色氨酸水平的變化就能引起大腦中色氨酸水平發生變化，從而影響5-羥色胺的合成，進而對采食量進行調節。 　　4.色氨酸合成煙酸及煙酰胺核苷酸色氨酸轉化成煙酸的效率部分過量的色氨酸（已滿足機體蛋白質合成的需要）可轉化成煙酸單核苷酸。在100%克分子轉化下，理論上1.7mg色氨酸可轉化成1mg煙酸。但動物體內色氨酸轉化成煙酸實際效率比較低，如種蛋孵化為5.6%，人、雞和仔豬約為2%，而鴨為0.5%。 　　影響色氨酸轉化成煙酸的因素在色氨酸經犬尿氨酸途徑向煙酸轉化過程中，其限速酶是色氨酸加氧酶，該酶只存在于肝臟中，受色氨酸水平、糖皮質激素、胰高血糖素、高濃度的輔酶（尤其是NADPH）、雌激素、血紅素（Badawy等，1975）等因素調節，此外，其他一些酶以及日糧中某些營養成分也影響著色氨酸的轉化效率，綜合起來有如下幾方面：甲基吡碇羧酸羧化酶（PAC）和3-羥-2-氨基苯甲酸加氧酶（3-HAAO）的活性。Chen等（1996）試驗表明，日糧中添加色氨酸或煙酸均能改善肉仔雞生長和防止煙酸缺乏癥，而北京鴨和雌番鴨只有添加煙酸才能防止煙酸缺乏。他們發現雞肝臟中PAC活性和3-HAAO與PAC活性的比率明顯受日糧中色氨酸或煙酸水平的影響，而鴨沒有，鴨肝臟中PAC活性為雞的4-5倍，因而其反應底物3-羥基-2-氨基苯甲酸經羧化途徑轉化成乙酰CoA，而經無酶途徑轉化成煙酸的前體物喹啉酸較少。 　　維生素B2和B6。色氨酸合成煙酸反應途徑中的犬尿氨酸酶對VB6缺乏非常敏感，VB6缺乏時，該酶活性降低（Knox，1953），色氨酸的大量代謝產物，如黃尿酸、犬尿喹啉酸和3-羥基磷氨基苯甲酸從尿中排出（Sauberlich，1985）。Henderson等（1995）發現維生素B2缺乏可使犬尿氨酸的羥化作用減弱。 　　亮氨酸。以前的研究發現玉米和高粱中含有過高亮氨酸而導致糙皮病，因認為它對體內色氨酸轉化成煙酸過程中的某些酶有抑制作用。但從細胞水平研究的結果表明，亮氨酸對色氨酸加氧酶的活性無影響（Salter等，1985）。Lowry等（1989）用斜率技術分析雞的生長數據時，也沒有發現過量的亮氨酸影響色氨酸或煙酸的代謝。后來研究發現，亮氨酸可抑制腸道對色氨酸的吸收，從而影響其利用。 　　日糧中的鐵、銅水平。鐵缺乏可導致血紅素減少，從而減弱或改變了色氨酸加氧酶活性（Badawy等，1975）。Oduho（1993，1994）認為缺鐵只有在色氨酸作為煙酸的前體物時才影響色氨酸代謝。 　　Hollister等（1966）報道日糧中銅水平會影響色氨酸轉化成煙酸的效率。 　　生理狀態及色氨酸的分子構型。在妊娠階段，色氨酸轉化成煙酸的效率高于非妊娠階段，煙酸不能由D-色氨酸合成。 　　色氨酸可能是煙酰胺核苷酸的重要前體物通常認為，煙酸是NAD和NADP的正常前體物。但大多證據如哈納氏病（色氨酸加氧酶缺乏癥），類癌瘤綜合癥以及藥物誘導的糙皮癥都說明即使添加了煙酸，糙皮癥依然嚴重。因而在正常情況下，色氨酸更可能是煙酰肽核苷酸的重要前體物，因為喹啉酸轉磷酸核糖基酶一般是在比其Km值低得多的環境下起催化作用的。在喹啉酸增加時，它與核苷酸的結合速度也增加；而煙酰胺和煙酸轉磷酸核基酶一般是在其Vmax下起作用的，因而多余的煙酸不能被利用，經甲基化后排出體外（Bender等，1982）。 　　因而關于色氨酸與煙酸之間的關系，盡管其轉化效率較低，但從生化和生理層次上進行研究，有著重要意義。 　　5.色氨酸可合成褪黑激素并影響動物的生理機能 　　在松果體腺細胞，色氨酸在5-羥色胺-N-乙酰轉移酶和羥基吲哚-O-甲基轉移酶的聯合催化下，生成褪黑激素。它參與一系列代謝調節活動，控制動物的生物節律，還對性激素有拮抗作用。Bowman（1989）研究表明：日糧添加色氨酸和不連續光照能提高肉仔雞的免疫力，這可能是通過被認為具有免疫促進作用又被光照所調控的褪黑激素而起作用。 　　6.動物對不同分子構型（D型和L型）色氨酸的利用 　　各種動物能很好地利用L-色氨酸。對L-色氨酸的利用動物種間存在較大差異：豬和大鼠能很好地利用D-色氨酸（Ohara等，1980），而小鼠、雞、狗和人利用得很少（Friedman等， 1982；Czarnechi等，1982）。Morrison等（1956）觀察到腹腔注射D-色氨酸比口服有更高的利用率，發現腸對D-色氨酸的吸收率低，這部分解釋了禽類對D-色氨酸的低利用率。另外，有生物學效應的D型氨基酸是經過兩步反應發揮作用的：先在a位碳上氧化生成酮的類似物，然后經氨基轉移作用生成L型氨基酸。因而D-色氨酸利用率低也可能是由于該動物品種使D型轉變成L型的效率低所致。當日糧中添加色氨酸時，應當考慮其分子構型。 　　色氨酸與其他營養素代謝的關系 　　色氨酸在代謝過程中與碳水化合物、蛋白質、脂肪、維生素和微量元素等有著復雜的互作機制。 　　1.碳水化合物采食碳水化合物含量高的飼糧，刺激胰島素的分泌，使血漿色氨酸濃度升高而降低LNAA的濃度，提高色氨酸與LNAA比值（Fernstrom等，1972）。雙糖和多糖促進L－色氨酸從胃腸道吸收進入門靜脈，而單糖沒有這種作用，甚至抑制L－色氨酸的轉運（Kushak等，1984）。 　　2.蛋白質和其他氨基酸在色氨酸缺乏的日糧中，提高蛋白質水平可顯著降低采食量，對母豬尤為明顯（Henry等，1992）。添加谷氨酸和甘氨酸混合物，色氨酸缺乏引起的采食量下降緩解（Hunry等，1991）。 　　Belavady等（1963）認為，高劑量的亮氨酸阻斷色氨酸轉化為煙酸的代謝途徑，但較多的研究表明亮氨酸不影響色氨酸向煙酸的轉化。在研究L－色氨酸通過小腸的轉移吸收時發現脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、組氨酸和賴氨酸使L－色氨酸的吸收增加14%－25％，而蛋氨酸使之吸收降低14.4％（Basova等，1982）。在產蛋雞日糧中添加L－色氨酸提高肝臟丙氨酸轉氨酶的活性（Akiba等，1992）。對于色氨酸與其他必需氨基酸的互作機理還有許多不清楚的地方。 　　3.脂肪色氨酸降低肝臟中脂肪的作用較為明顯（Aki鄄ba等，1992），特別是甘油三酯顯著下降。飼糧中高劑量（0.46%－0.56％）的色氨酸使肝臟脂肪和血清膽固醇、甘油三酯及游離脂肪酸降低（Rogers等，1982），因此色氨酸降低肝脂的作用機理可能是減少肝臟脂肪合成。 　　4.維生素日糧中的色氨酸可以補充動物對煙酸的需要，但過量的煙酸不能減輕色氨酸缺乏癥（Wu等，1984）。Hankes等（1978）添加維生素對色氨酸－犬尿酸元代謝途徑的影響是：硫氨素或吡哆醇使羥基犬尿酸元降低，吡哆醇還使羥基鄰氨基苯甲酸降低。維生素C使犬尿酸、吲哚硫酸酯和煙酸從尿中的排出量降低。但Patterson等（1980）實驗證明，吡哆醇對色氨酸－煙酸轉化代謝無顯著影響。 　　5.礦物質微量元素缺乏色氨酸導致鮭魚鈣質沉積，添加少量色氨酸（40mg/kg體重）可完全防止這種癥狀（Akiya鄄ma等，1989）。色氨酸作為吡啶羧酸的前體，促進動物對鋅的吸收（Evans和Johnson，1980）。機理可能是：色氨酸在胰臟中產生吡啶羧酸，吡啶羧酸進入小腸和鋅形成復合物促進鋅通過小腸黏膜吸收。Tocheva等（1989）報道，鉛抑制L－色氨酸通過空腸的吸收轉運。因為色氨酸是煙酸的前體，而煙酸是NAD-和NADP-的重要組分，因此有必要研究色氨酸與磷代謝的關系。 　　有待進一步研究的問題 　　色氨酸作為具有多種生理功能的氨基酸，受到了廣泛的關注。1979年，L-色氨酸被作為飼料添加劑應用于生產；日本1984年“經濟產業記錄”中記載，色氨酸是維持雞的代謝和提高生產性能不可缺少的必需氨基酸。有許多問題值得深入研究。 　　Goihl（1996）報道，隨著日糧色氨酸水平的提高，動物采食量和生長率也隨之增加，通過分析生長率和采食量的關系，發現生長率的提高僅有一部分是飼料采食量增加的結果。在研究色氨酸調節蛋白質合成時，Takakashi（1991）發現這種調節作用與飼養密度有關。其他一些研究表明，L-色氨酸具有阻礙核蛋白質合成的作用，并且也從鼠的肝細胞中提純到色氨酸阻斷蛋白（Sidransky，1995）。因而，深入地研究色氨酸調節蛋白質合成的生化機制，從代謝調控層次上發揮其營養作用，具有很重要的理論和實際意義。 　　色氨酸在體內可以轉化成煙酸，但效率較低；然而有研究報道，即便在色氨酸攝入不足時，尿中煙酸或色氨酸轉化成煙酸途徑中的代謝產物并不降至零，而且過量的煙酸并不能輕色氨酸的缺乏癥（Baker等，1973；Wu等，1984）；文杰等（1993）在研究孵化過程中種蛋內色氨酸與煙酰胺的關系時，觀察到種蛋內色氨酸轉化成煙酰胺的效率較高（18∶1），而且似乎受到種蛋內煙酰胺含量的誘發。煙酰胺含量越高，色氨酸轉化成煙酰胺的效率也越高。因而，有必要進一步研究二者之間的關系，揭示日糧中色氨酸與煙酸的適宜添加比例。 　　動物維持正常葡萄糖耐受性對提高動物抗應激能力意義較大（Wittman，1976）。Teff（1995）發現在胰腺中L-色氨酸與LNAA之間存在競爭作用，這種競爭作用是否對胰腺所產生的激素（胰島素和胰高血糖素）有影響，很值得進一步研究。 　　色氨酸分析技術不完善是影響色氨酸營養代謝研究的重要因素。在常規酸水解（6NHCl）中色氨酸完全被破壞；在堿解（4NNaOH）條件下也有少量被降解，導致回收率降低（84%-95%），且數據間差異大（>10%）；用化學衍生法比較費時，反應不徹底；用酶解方法存在因酶自我消化產生色氨酸而造成干擾的現象；此外還存在色譜柱柱效欠佳等問題。因而，建立測定色氨酸含量的可靠方法，將推動色氨酸營養代謝的研究。 　　分析以往有關研究色氨酸需要量的資料時，我們可以發現許多學者并未考慮到日糧中電解質平衡（dEB）這一因素。據有關資料報道：日糧中電解質平衡對體內氨基酸代謝有影響，如影響賴氨酸———精氨酸的拮抗作用。電解質平衡是否對色氨酸的營養代謝有影響，尚未見報道。

fqm1984

只要記住一點就是可以,
就是氨酸酸是來合成蛋白的,
蛋白的作用好多了,有酶有激素之類,反正好多,只是要一個過程而于,
合成不完的就分解了.
至少含量和需要量從DNA就定了.

3727112

其實我覺得：如果配方營養標準要做到色氨酸水平，營養水平應該就比較高了，好的東西比如豆粕、魚粉就多了，適口性就好了，這才是提高采食量的原因，如果你說倒分子水平影響的采食量，我覺得，都是扯淡的東西。

dingjun121

配方要做的精細，色氨酸是必須要做到的，了解色氨酸，對做配方很有用處。謝謝樓主的資料。

鶯鶯細語

為什么我測得樣品中沒有色氨酸一項，難道河南不具備測色氨酸的條件

baici0000

樓主的資料很好，只是要做到分子營養水平，飼料企業還有一段路要走

hujianming

色氨酸的研發人員提供技術，歡迎聯系，

李治學

其實我覺得：如果配方營養標準要做到色氨酸水平，營養水平應該就比較高了，好的東西比如豆粕、魚粉就多了，適口性就好了，這才是提高采食量的原因，如果你說倒分子水平影響的采食量，我覺得，都是扯淡的東西。
3727112 發表于 2008-12-5 21:36

弱弱的說一句
其實我們很多時候對于分子營養的理解是存在偏差的
很多時候，一些營養工作者，尤其是一些學校的老師，對分子研究很跟風
這就談到體制的問題了，沒有分子層面的東西就不會得到基金資助
但是，分子絕對不是簡單的構建質粒，
說白了，構建質粒只是一個簡單的技術
就和我們的代謝試驗，概略養分分析無異
我們真正最求的是，個人認為，是能夠發現很多現象的分子層面的機理，并通過人為的手段來影響生物的代謝過程
這就是所謂知其然須知其所以然，分子層面是非常深入的原因
我們不能簡單的說，某個物質有什么養的功能，還要知道這個功能發揮的機制是什么，就像很多物理現象最后我們知道奇機理，所以物理學才能這么發達
只有能夠通過最底層的機理對一個事物有了充分的了解，我們的營養學才能達到一個新的高度
不再像人營養學只知道倒賣vitamin、aa和minerals的藥丸，簡單分析天然植物里面某種物質的含量
才能使得我們的動物營養學稱為一個最牢固和實用的學科

李治學 于 2009-3-22 17:55 補充以下內容

色氨酸的研發人員提供技術，歡迎聯系，
hujianming 發表于 2009-3-21 11:32

wow？
您是指生產還是使用的技術？

李治學 于 2009-3-22 17:57 補充以下內容

為什么我測得樣品中沒有色氨酸一項，難道河南不具備測色氨酸的條件
鶯鶯細語 發表于 2009-3-19 19:48

現在的情況是
色氨酸的水解條件和其他氨基酸不一樣
所以很多成分表缺乏這個數據

dfj315345

受用了，多多學習。！！！

微塵

色氨酸成本下來，或許能加入飼料中