母豬氨基酸與微量元素研究進展

1、,母豬精氨酸及其相關(guān)氨基酸研究,蔣宗勇廣東省農(nóng)業(yè)科學院,美國科學家Ferid Murad1998年因發(fā)現(xiàn)一氧化氮的作用獲得1998年諾貝爾生理和醫(yī)學獎,Murad等（1977）發(fā)現(xiàn)，硝基甘油和相關(guān)的血管擴張化合物可釋放一氧化氮（NO）而使平滑肌細胞松弛。后來發(fā)現(xiàn)，硝基甘油釋放一氧化氮治療心臟病，“偉哥”同樣因釋放一氧化氮（NO）治療陽痿。為此，F(xiàn)erid Murad等三人獲得了 1998 年諾貝爾生理和醫(yī)學獎。L-精氨酸 在一氧化氮

2、合成酶的催化下轉(zhuǎn)換成 L-瓜氨酸 和一氧化氮 (NO)。推測一氧化氮使臍帶和胎盤血管松弛，給胎兒供應(yīng)更多的養(yǎng)分和氧，促進胎兒生長。相反，精氨酸和相關(guān)的酶活不足，可引起胚胎早期死亡。,1.精氨酸,不同妊娠時期在母豬胎盤中精氨酸含量,在妊娠40天，胎盤中精氨酸含量升至最高，達到14.26mmol/l,,（Wu等，1996）,妊娠天數(shù),1.1 妊娠母豬精氨酸的研究,精氨酸在母豬羊水中的含量,羊水中的精氨酸仍以孕期35-40日齡最高，比胎盤中低

3、是因為被胎兒胚胎吸收利用,（Wu等，1996）,母豬妊娠40天胎盤尿囊液中各種游離氨基酸N占總游離氨基酸N的比例（%）,（Wu等，1996）,豬尿囊液中精氨酸濃度,,,母豬妊娠45天時，胎盤尿囊液與母體血液中精氨酸含量（mmol/l）,胎盤尿囊液中精氨酸濃度遠高于母體血液，說明子宮對精氨酸進行充分吸收和合成，以滿足胚胎的需求。,（Wu等，1996）,母豬妊娠期間，胚胎腸道中精氨酸合成酶的活性,當胚胎發(fā)育至45天，腸道中精氨酸合成酶活

4、性迅速升高，合成精氨酸彌補母體供應(yīng)的不足。,（Dekaney等，2003）,豬胎盤中NO 合成,妊娠天數(shù),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110,NO 合成(nmol/g tissue/h),Wu et al. (2005) Biol. Reprod. 72: 842-850.,a,b,c,c,c,d,e,e,f

5、,a-f: P < 0.05,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0,300,600,900,1200,1500,1800,20,30,35,40,45,50,60,90,110,,,腐胺,,,亞精胺,,,精胺,妊娠天數(shù),pmol/g tissue/3 h,豬胎盤中脯氨酸合成多胺 (2 mM),a-e: P < 0.05,Wu et al. (2005) Biol Reprod 72: 842-850.,促進基因表達、DN

6、A、蛋白合成，促進胚胎生長發(fā)育等,調(diào)節(jié)母胎血液循環(huán)，保證更多營養(yǎng)物質(zhì)與O2輸向胚胎,,,,,,,,,一氧化氮,,多胺,,精氨酸,脯氨酸,鳥氨酸,谷氨酸,谷氨酰胺,,,,瓜氨酸,精氨酸在妊娠母豬中的代謝途徑,精氨酸酶Ⅰ、Ⅱ,,鳥氨酸脫羧酶,,鳥氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶,,一氧化氮合成酶,,,,,,,,,,,O‘Quinn等,2002,精氨酸的功能,參與蛋白質(zhì)合成合成多胺，對DNA、蛋白質(zhì)合成、血管生成具有重要作用合成一氧化氮（NO），NO是

7、重要的內(nèi)皮釋放因子，主要調(diào)節(jié)胎盤與胎兒之間的血流，調(diào)節(jié)母體營養(yǎng)向胎兒輸送，對胚胎發(fā)育起重要作用.NO還與雌激素調(diào)節(jié)胚胎著床的信號途徑有關(guān),Wu等（1998）研究表明，妊娠母豬飼喂低蛋白日糧，胎盤、胚胎血清中精氨酸濃度降低21-25%，NO合成酶活性降低50%，胎盤生長速度降低50%。Dekaney等（2003）、Wu等（2005）研究認為妊娠母豬對精氨酸需要量遠高于NRC（1998）標準中的值，生產(chǎn)日糧中精氨酸含量不能滿足妊娠母豬的需

8、求；但是現(xiàn)在還沒有準確知道妊娠母豬精氨酸需要量是多少。,生殖各階段典型的胚胎死亡,妊娠期胚胎死亡20－45％，主要在妊娠前期。這是不是精氨酸缺乏引起的？還不得而知。,各階段胎兒的長度和重量,IUGR 指妊娠期哺乳動物胚胎或其器官生長發(fā)育受阻。,宮內(nèi)生長延遲 (IUGR),指子宮對胎兒生長發(fā)育的生理和生化局限。,子宮能力（Uterine capacity）,,,DNA 甲基化組蛋白甲基化和乙?；?,父母基因,外周態(tài),環(huán)境因素,,,,,胎

9、盤生長(包括胎盤和血管生長),,,(營養(yǎng)、應(yīng)激、疾病和中毒）,,,營養(yǎng)物質(zhì)從母體向胎兒轉(zhuǎn)運,,胎兒生長,,,,母體成熟情況,,,,,精氨酸,丙氨酸,精氨酸添加對小母豬妊娠產(chǎn)出的改進,Mateo et al. (2006) J. Anim. Sci. 84 (Suppl. 2): 7-8,*,**,**,* P=0.10** P<0.03,在小母豬妊娠30－114天添加1％L-精氨酸-HCl或等氮的L-丙氨酸（玉米豆粕日糧）

10、n=53,氨基酸、NO和多胺在母豬妊娠期發(fā)生顯著變化。在胎盤生長快速時精氨酸及其相關(guān)氨基酸濃度達到最高。母體營養(yǎng)不良會影響胎盤的NO 和多胺的合成，并導致胎盤發(fā)育受損，繼而影響營養(yǎng)物質(zhì)從母體向胎兒轉(zhuǎn)運，引起IUGR。 增加NO和多胺供應(yīng)可能是防治IUGR最有潛力的辦法。,小結(jié),1.2 泌乳母豬精氨酸的研究,,,,,,NO,多胺,脯氨酸,二氫吡咯-5-羧酸,谷氨酸,鳥氨酸,精氨酸,,,瓜氨酸,精氨酸在泌乳豬中的代謝途徑,,,O‘Quinn

11、等,2002,精氨酸酶、NO合成酶,NRC（1998）標準中泌乳母豬精氨酸的需要量為0.99 g/kg/d，新生仔豬需要量為0.4g/kg/d； Wu等（2000)測定， 1頭7日齡的仔豬（2.5 kg）日增重200 g，其精氨酸需要（蛋白沉積及氨基酸代謝）大約1.08g/kg/d ，而母乳中提供精氨酸約0.4g/kg/d，即豬乳提供的精氨酸量僅能夠滿足仔豬需要量的不到40%，顯然NRC標準太低； Dana等（2004）研究表明，4

12、-7日齡的仔豬對精氨酸的總代謝需求量為1.2g/kg/d，而母乳中的含量僅為0.66g/kg/d。,母乳中和仔豬體內(nèi)精氨酸和賴氨酸的比例,豬乳與乳腺攝入量氨基酸模式比較,,攝入量大于產(chǎn)出量的氨基酸主要是支鏈氨基酸（亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸和精氨酸）。表明這些氨基酸除了合成乳蛋白質(zhì)外，還參與了非必需氨基酸的合成、糖異生、乳腺的生長和維持等代謝過程。,乳豬料中添加精氨酸對乳豬日增重的影響,生長數(shù)據(jù)顯示，乳豬料中缺乏精氨酸，限制了乳豬的最佳生

13、長，添加精氨酸可促進乳豬生長。,（Kim等，2004）,圖13. 補充L-精氨酸對乳豬血漿生化指標的影響,,血漿精氨酸水平,血漿胰島素水平,血漿氨濃度,血漿生長激素水平,（Kim等，2004）,精氨酸與賴氨酸均為堿性氨基酸，具有共同的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，在吸收過程中存在拮抗關(guān)系日糧中賴氨酸含量過高，引起腎臟精氨酸酶活性上升，精氨酸降解增加，利用率降低。在28日齡斷奶仔豬日糧中賴氨酸含量提高（由1.21%提高到1.31%），血漿精氨酸濃度下降（

14、Qiao，1996）。,1.3 精氨酸與賴氨酸之間的關(guān)系,王紀亭等（1999）通過肉雞試驗發(fā)現(xiàn)，日糧中賴氨酸過量降低血清中游離精氨酸的含量，但過量精氨酸不影響賴氨酸含量。Edmond（1988）通過肉雞的試驗發(fā)現(xiàn)，雞飼料中賴氨酸濃度升高并不影響血漿中精氨酸濃度。Magga等（2003）應(yīng)用貓進行試驗，發(fā)現(xiàn)過量賴氨酸并未與精氨酸發(fā)生拮抗。賴氨酸與精氨酸之間的關(guān)系需要進一步進行研究。,1.4 與精氨酸代謝密切相關(guān)的多胺及脯氨酸,妊娠期

15、間母豬胎盤中多胺含量變化,（Wu等，2005）,,（Trottier等，1996）,泌乳期乳腺對脯氨酸的吸收及存留(g/天),條件性必需氨基酸是組織間氮、氨、氨基酸轉(zhuǎn)運的重要載體具有生糖作用，可釋放能量，是高效能源底物合成精氨酸、鳥氨酸等嘧啶、嘌呤核苷酸、核酸以及氨基糖合成的原料之一,2.谷氨酰胺,2.1 谷氨酰胺的特性與功能,圖17.谷氨酰胺在妊娠母豬中的代謝途徑,2.2 妊娠母豬谷氨酰胺的研究,（Wu等,2000）,在母豬妊

16、娠第40日齡時胎盤中谷氨酰胺的含量最高,,圖18 妊娠母豬胎盤中谷氨酰胺的含量,（Self等，2004）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0,1,2,3,20,30,35,40,45,50,60,90,110,,,,0.5 mM 谷胺酰胺,妊娠天數(shù),nmol/g tissue/2 h,支鏈氨基酸(BCAA)孵化的豬胎盤中谷胺酰胺合成,Self, Spencer, Johnson, Hu, Bazer, and Wu (200

17、4) Biol Reprod 70:1444-1451.,a-e: P < 0.01,妊娠40天母體羊水中各種游離氨基酸占總游離氨基酸的比例（%）,,高濃度的谷氨酰胺為胚胎生長發(fā)育提供重要能量及原料,（Wu等，1996）,圖20.妊娠45天母體血清與胚胎血清中谷氨酰胺的的比值,在胚胎45天時，母體中大量谷氨酰胺轉(zhuǎn)運至胚胎體內(nèi)滿足胚胎發(fā)育的需求,,（Wu等，1995）,泌乳期乳腺對谷氨酰胺的吸收及存留(g/天),在泌乳期，乳腺吸收大

18、量的谷氨酰胺滿足仔豬生長發(fā)育的需求。,（Trottier等，1996）,2.3 泌乳母豬谷氨酰胺的研究,谷氨酰胺在泌乳母豬中代謝及營養(yǎng)生理功能,谷氨酰胺在泌乳母豬中的代謝途徑,二氫吡鉻-5-羧酸,,瓜氨酸,谷氨酰胺,蛋白質(zhì)能量 DNA嘌呤嘧啶,谷氨酸,,,,,鳥氨酸,,（Wu等,2000）,3.支鏈氨基酸,支鏈氨基酸 (亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸)的碳鏈中都有支鏈； 支鏈氨基酸在體內(nèi)氧化分解產(chǎn)生ATP的效率高于其它氨基酸，在特

19、殊生理時期如泌乳時，是重要的能量來源；支鏈氨基酸在妊娠母豬體內(nèi)進行旺盛的代謝，主要用于合成谷氨酰胺和提供胎兒能量； 支鏈氨基酸在泌乳母豬體內(nèi)主要用于合成乳蛋白、提供能量，少部分合成谷氨酰胺。,3.1支鏈氨基酸的特性與功能,支鏈氨基酸在懷孕母豬中的代謝途徑,3.2 支鏈氨基酸在妊娠母豬中的研究,Self等，2004,支鏈氨基酸在懷孕母豬體內(nèi)進行旺盛的代謝，主要用于合成谷氨酰胺和為胎兒提供能量。,在母豬妊娠第35天，胎盤中支鏈氨基酸含量

20、顯著下降，35-110日齡基本相同,,妊娠母豬胎盤中支鏈氨基酸的含量,（Self等，2004）,妊娠母豬胎盤中支鏈氨基酸的代謝速度,在母豬妊娠第35-40天，胎盤中支鏈氨基酸代謝速度迅速提高，釋放大量能量及產(chǎn)物滿足胚胎發(fā)育需求。,,（Self等，2004）,妊娠母豬胎盤中支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶的活性,在妊娠40天，支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶的活性迅速提高,,（Self等，2004）,母豬妊娠40天，胎盤組織支鏈氨基酸的轉(zhuǎn)氨效率與谷氨酰胺的合成效率（nm

21、ol/mg）,支鏈氨基酸的轉(zhuǎn)氨效率幾乎與谷氨酰胺合成效率同步，說明妊娠期間支鏈氨基酸為谷氨酰胺合成的重要來源,（Self等，2004）,支鏈氨基酸,,,乳蛋白,仔豬,,支鏈氨基酸在泌乳豬中的代謝途徑,氧化供能,,,谷氨酰胺,,,3.3 支鏈氨基酸在泌乳母豬中的研究,（Self等，2004）,乳腺組織吸收的支鏈氨基酸的代謝途徑不同于懷孕母豬，主要用于合成乳蛋白和氧化分解提供能量，少部分合成谷氨酰胺。,泌乳期乳腺對支鏈氨基酸的吸收及存留

22、(g/天),（Trottier等，1996）,泌乳母豬飼料中增加支鏈氨基酸與粗蛋白對產(chǎn)奶量及仔豬的影響,Frank等，2005,Dunshea等(2005)研究表明，在泌乳母豬飼料中添加支鏈氨基酸可以增加乳中蛋白質(zhì)含量，并不增加泌乳量。Richert等(1996) 在飼糧Ile含量為0.5%時，將Val含量從0.72%增至1.42%可使乳中干物質(zhì)、乳脂含量顯著增加，乳糖含量明顯降低。Richert等（1997）在飼糧Val含量為0.