功能性氨基酸营养研究进展课件.ppt
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1、功能性氨基酸营养研究进展中国科学院动物营养代谢过程与中国科学院动物营养代谢过程与生理调控重点试验室生理调控重点试验室 印遇龙印遇龙1.1.功能性氨基酸的概念功能性氨基酸的概念 2.2.功能性氨基酸与胎儿功能性氨基酸与胎儿/新生动物生长新生动物生长 3.3.功能性氨基酸与细胞内蛋白质周转功能性氨基酸与细胞内蛋白质周转 4.4.功能性氨基酸与营养物质代谢功能性氨基酸与营养物质代谢5.5.功能性氨基酸与肠道功能功能性氨基酸与肠道功能6.6.功能性氨基酸与免疫功能功能性氨基酸与免疫功能7.7.功能性氨基酸今后研究方向展望功能性氨基酸今后研究方向展望 营养不良营养不良和和感染感染是世界范围上动物成活、健
2、是世界范围上动物成活、健康、生长和繁殖后代的主要威胁。康、生长和繁殖后代的主要威胁。蛋白质摄入缺乏仍是目前动物生产面临的一蛋白质摄入缺乏仍是目前动物生产面临的一个严重的营养问题。个严重的营养问题。蛋白质营养不良增加了动物对疾病的易感性蛋白质营养不良增加了动物对疾病的易感性以及感染性疾病的发生率和死亡率。以及感染性疾病的发生率和死亡率。最近的生化研究结果表明,某些氨基酸在调最近的生化研究结果表明,某些氨基酸在调节代谢和生理过程中具有多种独特的功能,节代谢和生理过程中具有多种独特的功能,从而影响动物健康和生产从而影响动物健康和生产功能性氨基酸概念的提出功能性氨基酸的概念 功能功能AA是指除了合成蛋
3、白质外还具有其它特殊功能是指除了合成蛋白质外还具有其它特殊功能的的AA,其不仅对动物的正常生长和维持是必需的,其不仅对动物的正常生长和维持是必需的,而且对多种生物活性物质的合成也是必需的。而且对多种生物活性物质的合成也是必需的。种类包括:种类包括:精氨酸、谷氨酸精氨酸、谷氨酸/酰胺、支链氨基酸、色酰胺、支链氨基酸、色氨酸、甘氨酸、天冬氨酸氨酸、甘氨酸、天冬氨酸/酰胺、鸟氨酸、瓜氨酸、酰胺、鸟氨酸、瓜氨酸、脯氨酸、组氨酸、含硫氨基酸和牛磺酸等。脯氨酸、组氨酸、含硫氨基酸和牛磺酸等。特殊功能包括:调节胎儿和新生动物发育、细胞内特殊功能包括:调节胎儿和新生动物发育、细胞内蛋白质周转蛋白质周转、营养代
4、谢、肠道功能和免疫功能。、营养代谢、肠道功能和免疫功能。合成的生物活性物质包括:合成的生物活性物质包括:NO、多胺、谷胱甘肽、多胺、谷胱甘肽、核酸、激素和神经递质等核酸、激素和神经递质等(Kim et al.,2007.Asian-Aust.J.Anim.Sci.Vol.20,No.2:295 306;Li et al.,2007 British Journal of Nutrition 98:237-252)功能性氨基酸与胎儿/新生动物生长 亮氨酸、谷氨酰胺和精氨酸对妊娠期胚胎、胎亮氨酸、谷氨酰胺和精氨酸对妊娠期胚胎、胎盘和胎儿的发育具有重要作用盘和胎儿的发育具有重要作用 以精氨酸为主的代谢
5、途径在孕体生长发育过程以精氨酸为主的代谢途径在孕体生长发育过程中至关重要中至关重要,这些营养物质可通过调节细胞内,这些营养物质可通过调节细胞内蛋白质周转和细胞增殖对胚胎发生、血管生成、蛋白质周转和细胞增殖对胚胎发生、血管生成、胚胎着床、胎盘生长和发育、血流量和胎儿生胚胎着床、胎盘生长和发育、血流量和胎儿生长发挥重要作用长发挥重要作用 在初产母猪日粮中添加在初产母猪日粮中添加1%Arg增加其产仔率增加其产仔率010020030040050030456090110母体母体m mmol/L在妊娠期不同阶段母体和胎儿血液中各氨基酸的浓度在妊娠期不同阶段母体和胎儿血液中各氨基酸的浓度Wu,Bazer,T
6、uo(1995)J Nutr 125:2859-286804008001200160030456090110m mmol/L胚胎胚胎ArginineLeucineOrnithineGlutamine妊娠期妊娠期ArginineLeucineOrnithineGlutamine妊娠期妊娠期 妊娠期在日粮中添加精氨酸对大鼠繁殖性能的影响妊娠期在日粮中添加精氨酸对大鼠繁殖性能的影响对照组对照组精氨酸添加组精氨酸添加组试验试验1(n=12;整个妊娠期添加;整个妊娠期添加)母体采食量母体采食量(g/kg BW d)71.0 2.371.2 1.9母体总增重母体总增重(g/21d)78.5 6.685.0
7、 6.4窝仔数窝仔数(n)11.3 0.614.5 0.6*活仔数活仔数(n/窝窝)11.3 0.614.5 0.6*初生窝重初生窝重(g)72.8 5.597.5 6.4*试验试验2(n=20;妊娠;妊娠17d添加添加)母体采食量母体采食量(g/kg BW d)71.1 2.271.3 2.7母体总增重母体总增重(g/21d)68.0 3.975.3 3.6窝仔数窝仔数(n)11.4 0.414.7 0.3*活仔数活仔数(n/窝窝)11.3 0.414.7 0.3*初生窝重初生窝重(g)75.2 4.092.4 2.7*添加添加1的的Arg提提高胚胎成活率,高胚胎成活率,从而提高窝仔数从而提
8、高窝仔数30。这对预防。这对预防妊娠早期胚胎丢妊娠早期胚胎丢失,提高哺乳动失,提高哺乳动物繁殖性能具有物繁殖性能具有重要的启示作用重要的启示作用(Zeng et al,2008.J Nutr,138:1421-1425)。050100150200250d 1d 3d 7d 14d 21Plasma concentration(m mmol/L)ArginineCitrullineOrnithineaaaaaabbbcccccc哺乳仔猪血浆氨基酸浓度随年龄的变化哺乳仔猪血浆氨基酸浓度随年龄的变化Flynn NE et al.(2000)J Anim Sci 78:2369-2375.Means
9、SEM,n=20a-c:p0.01.00.40.81.2Sows MilkPiglet Body母乳中精氨酸母乳中精氨酸/赖氨酸值和仔猪重赖氨酸值和仔猪重(d7)Arginine/Lysine RatioWu G and Knabe DA(1994)J Nutr 124:415-424.Wu G et al.(1999)J Nutr 129:1031-1038.Means SEM,n=10 日增重日增重(g/d)精氨酸供给量(精氨酸供给量(%)020406080100血氨血氨(m mmol/L)精氨酸供给量(精氨酸供给量(%)0%0.2%0.4%Arg喂养的仔猪(喂养的仔猪(d7-d21)的生
10、长及血氨水平)的生长及血氨水平Pooled SEM=13 m mmol/L.abc0%0.2%0.4%a-c:P 0.05 Kim et al.,2004.J Nutr 134:625-630.0100200300abcPooled SEM=13 g/d.氨基酸是肠道生长发育的重要营养支持,谷氨酰胺、氨基酸是肠道生长发育的重要营养支持,谷氨酰胺、精氨酸和半胱胺酸等能精氨酸和半胱胺酸等能氧化供能氧化供能,促进细胞增殖和,促进细胞增殖和粘膜发育;合成粘膜发育;合成NO和多胺,增强肠道免疫屏障,和多胺,增强肠道免疫屏障,对对维护肠道正常形态结构和生理功能有重要作用。维护肠道正常形态结构和生理功能有重
11、要作用。谷胺酰胺是猪肠道上皮细胞的一种主要能量底物,谷胺酰胺是猪肠道上皮细胞的一种主要能量底物,是是合成嘌呤和嘧啶核苷酸的一种必需前体物,被认为合成嘌呤和嘧啶核苷酸的一种必需前体物,被认为可维护猪肠道屏障的完整性和功能。可维护猪肠道屏障的完整性和功能。在日粮中添加在日粮中添加1的谷胺酰胺能防治发生在断奶后的谷胺酰胺能防治发生在断奶后7天天内的空肠萎缩症,并降低断奶后第内的空肠萎缩症,并降低断奶后第2周的料重比。周的料重比。Wang et al.2008.Amino Acid.DOI 10.1007/s00726-008-0152-功能性氨基酸与肠道功能功能性氨基酸与肠道功能 精氨酸在体内能合成
12、精氨酸在体内能合成NO,促进多胺、胍氨酸、鸟,促进多胺、胍氨酸、鸟氨酸、氨酸、-酮戊二酸等肠粘膜滋养因子合成,恢复酮戊二酸等肠粘膜滋养因子合成,恢复肠粘膜结构完整性;促进下丘脑释放生长激素,肠粘膜结构完整性;促进下丘脑释放生长激素,减少肠粘膜萎缩,加速受损肠粘膜的修复,维持减少肠粘膜萎缩,加速受损肠粘膜的修复,维持肠粘膜的结构和功能,增强机体免疫力。肠粘膜的结构和功能,增强机体免疫力。Zhan等(等(2008)研究发现早期断奶仔猪补充)研究发现早期断奶仔猪补充0.7%的精氨酸能提高的精氨酸能提高小肠血管生长因子基因表达水平小肠血管生长因子基因表达水平,改善肠道微血管循环,促进营养物质吸收。改善
13、肠道微血管循环,促进营养物质吸收。功能性氨基酸与肠道功能功能性氨基酸与肠道功能Arg on morphology in the small intestine of early-weaned pigs(Zhan et al.,2008.J.Nut)Arg villus height and crypt depth of weaned pigs after Escherichia coli lipopolysaccharide(LPS)challenge (Liu et al.2008.Bri.J Nut.100,552560)早期断奶仔猪空肠和回肠绒毛(早期断奶仔猪空肠和回肠绒毛(H.E,10
14、10)A:对照组空肠;:对照组空肠;B:0.6%精氨酸空肠;精氨酸空肠;C:对照组回肠:对照组回肠D:0.6%精氨酸回肠精氨酸回肠(Tan et al.,2008.Amino Acids.DOI:10.1007/s00726-008-0148-0)ABCD Arg on immunoreactive expression of CD34(Zhan et al.,2008.J.Nutr.138:13041309)Arg increasing vascular endothelial growth factor(Zhan et al.,2008.J.Nutr.138:13041309日龄精氨酸添加
15、量()00.20.40.60.87-14 9b93ab108ab143a142a14-21 15b170b186ab214a213a7-21128b132b140ab182a182a 代乳料中添加不同浓度精氨酸对代乳料中添加不同浓度精氨酸对7日龄断奶仔猪平均日日龄断奶仔猪平均日增重的影响增重的影响(Yao et al.,J.Nutr.138:867872)注:同行数据标不同字母表示差异显著(注:同行数据标不同字母表示差异显著(P0.05)。)。与对照组比较,在代乳料中添加与对照组比较,在代乳料中添加0.60.8%的精氨酸饲喂的精氨酸饲喂14d,平均日增重提高平均日增重提高42上述数据均表明,精
16、氨酸缺乏是限制新生仔猪发挥最大生长潜上述数据均表明,精氨酸缺乏是限制新生仔猪发挥最大生长潜力的一个主要因素力的一个主要因素Arg increasing nitric oxide(A)and endothelin-1(B)concentration(Zhan et al.,2008.J.Nutr.138:13041309)细胞内持续的蛋白质合成和降解统称为细胞内蛋白质周转,细胞内持续的蛋白质合成和降解统称为细胞内蛋白质周转,这决定着细胞和组织内的蛋白质平衡及氨基酸的净释放这决定着细胞和组织内的蛋白质平衡及氨基酸的净释放量量 支链氨基酸、精氨酸和支链氨基酸、精氨酸和色氨酸等对蛋白质合成有重要作用,
17、色氨酸等对蛋白质合成有重要作用,既是蛋白质合成的底物,又是合成过程的调节物,介导既是蛋白质合成的底物,又是合成过程的调节物,介导细胞内信号转导通路的调节细胞内信号转导通路的调节 氨基酸作为一种营养信号通过调控氨基酸作为一种营养信号通过调控mTOR,激活蛋白质翻,激活蛋白质翻译起始过程,从而影响蛋白质合成译起始过程,从而影响蛋白质合成 蛋白质合成和降解信号同时存在,组织蛋白质降解主要通蛋白质合成和降解信号同时存在,组织蛋白质降解主要通过细胞酶体和非溶酶体两条途径进行。动物蛋白质降解过细胞酶体和非溶酶体两条途径进行。动物蛋白质降解也受某些氨基酸的影响也受某些氨基酸的影响 功能性氨基酸与细胞内蛋白质
18、周转功能性氨基酸与细胞内蛋白质周转器官日粮亮氨酸水平()1.881.611.34心脏36.6a27.7b30.8b小肠后段73.2a70.5ab59.1b小肠前段66.0b74.2a60.9b肾66.2a57.0b45.1c肝脏86.5a74.4b75.5b胰74.6a64.0b53.6c脾73.3a56.8b57.0b胃72.7a53.8b57.7b亮氨酸水平对组织器官蛋白合成速率的影响亮氨酸可显著提高亮氨酸可显著提高28日龄断奶仔猪心脏、小肠后段、肾、肝日龄断奶仔猪心脏、小肠后段、肾、肝脏、胰、脾和胃中的蛋白质合成速率脏、胰、脾和胃中的蛋白质合成速率(Yin.2008.FASEB J)亮氨
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