利用晶体氨基酸改善水产动物饲料蛋白利用、生长和健康

李鹏 博士

216 Old Herman Heep Building, Dept. Wildlife and Fisheries Sciences

Texas A & M University, College Station, TX, USA

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I.氨基酸、肽和蛋白质

1.氨基酸的定义

一个氨基酸由一个氨基(-NH2)和一个羧基（一碳单位–碳酸 或者 硫酸基团 –亚硫酸 牛璜酸）

2.自然氨基酸和蛋白质中的氨基酸单位

分类：

2.1 羧基的地位

α-氨基酸：氨基和α-碳相连，组成蛋白质和其他生理功能。

β-氨基酸：氨基和β-碳相连，在细胞生理和营养上起到重要作用。例如：氨基乙缩醛和包含二肽的β-丙氨酸是自然抗氧化剂。这种自然抗氧化剂在骨骼肌肉和内脏肌肉含量特别丰富。

γ- 氨基酸：氨基与γ- 碳相连。例如：GABA，一种神经递质。谷胱甘肽，一种在抗氧化防护和解毒起重要作用的三肽。

2.2标准与非标准氨基酸的比较

标准氨基酸：形成蛋白过程要求/不要求翻译后的修饰。例如：硒氨酸。

不标准氨基酸：例如：同半胱氨酸、半胱氨亚璜酸、同型丝氨酸、GABA（氨基丁酸）、肉酸、鸟氨酸、瓜氨酸、羟脯氨酸、羟离氨酸、肌氨酸。

目前对晶体氨基酸在水产饲料的利用研究上，主要极限在饲料原料中的限制性氨基酸上，例如：蛋氨酸、赖氨酸、苏氨酸和色氨酸。然而，研究发现其他氨基酸：牛璜酸、肉酸、鸟氨酸、谷氨酰胺、谷胱甘肽已是水产动物日粮的重要补充。

2.3 右旋和左旋氨基酸的比较

氨基酸的这种定义是参照甘油醛左右旋的定义的。除了甘氨酸，所有氨基酸都有光学效应因为它们有手性碳。当D－型氨基酸和L－型氨基酸的数量相同时，它们混到一起就不显示光学效应，例如：DL－蛋氨酸。几乎动物的所有自由氨基酸和蛋白结合态的氨基酸都是L-型的。D－型的氨基酸一般是在诸如某一病毒肽段（抗菌短杆菌酪素和短杆菌肽）和蜘蛛毒液蛋白出现。有趣的是在高盐度的情况下，甲壳类和双壳软体动物含有大量的D-型丙氨酸，这表明在这些物种组织中，D-型丙氨酸主要作为细胞内等渗性调节的等渗物(Abe et al. 2005)。日粮添加D－型氨基酸，如D－型丙氨酸能快速引起鱼体D－型氨基酸氧化酵素的表达，这表明鱼体能利用这些D－型氨基酸的碳架。其他关于D-型氨基酸在水产动物，尤其是甲壳类动物的特殊营养价值还是个不解之谜。

已经表明鱼类能利用D-型氨基酸，尽管没有存在关于D－型氨基酸和L－型氨基酸的生物利用率比较的报告。除了大西洋鲑外，已普遍认为L-型氨基酸在大部分鱼类研究中具有较高的生物利用率。

3.肽与肽键的定义

3.1肽键

3.2一个肽包括2个或两个以上的通过肽键紧紧相连的氨基酸残基。大于10个氨基酸的肽通常叫多肽。肽假如能以合理成本生产，那么它们将会是未来最有希望的日粮补充料。肽通过肠黏膜吸收比氨基酸快。已经证实合成的二肽能促进鱼类的生长(Dabrowski et al. 2003, JN 133:4225-4229）。海鲷仔鱼试验表明：与完全投喂完整蛋白比较，投喂来自水解鱼粉的20％二肽和三肽能促进仔鲷的生长，但40％时确不能促进生长

缩写					全名	侧链构型	分子量	PI	pK1 (α- COOH)	pK2 (α- +NH3)	pKr (R)
A	Ala				丙氨酸	疏水性	89.09	6.01	2.35	9.87
非常丰富和适用。比甘氨酸硬，但由于过小而在蛋白结构中只局限于很小的空间。表现相当中立，它能在蛋白质外围的亲水区域和内部的疏水区存在。葡萄糖－丙氨酸循环，是组织间氨基酸转运最主要方式。
C		Cys			半胱氨酸	疏水性（Nagano，1999）	121.16	5.05	1.92	10.70	8.18
硫元素可与重金属离子结合，在有氧状态下，两个半胱氨酸以二硫键连接成胱氨酸，半胱氨酸是蛋白质的组成部分，以胰岛素为例，二硫键构成的三级结构增强了蛋白质对折叠和变性的抵抗力，因此二硫键普遍成在于蛋白质中，在刚性环境，消化酶（如：前胃蛋白酶、胰凝乳蛋白酶），结构蛋白（角蛋白），以及那些因自身太小而不能维持其结构的蛋白质（如:胰岛素）中发挥作用。
D			Asp		天冬氨酸	酸性	133.10	2.85	1.99	9.90	3.90
性质与谷氨酸较相似。带有负电荷的亲水酸性基。通常在蛋白的表面，使蛋白质呈水溶性。与正电荷的分子和离子紧密相连。在酶中通常是起到固定金属离子的作用。在蛋白结构的内部时，天冬氨酸和谷氨酸通常与精氨酸和赖氨酸成对出现。它也是一种神经递质和核酸合成的前体。巨噬细胞能将天冬氨酸和瓜氨酸转化成精氨酸，后者对于诱导型一氧化氮的不断产生起到重要作用。
E				Glu	谷氨酸	酸性	147.13	3.15	2.10	9.47	4.07
与天冬氨酸的性质相似。有长的、可变的侧链。谷氨酸也是一种神经递质。谷氨酸钠是一种香味诱食剂。
F				Phe	苯丙氨酸	疏水性	165.19	5.49	2.20	9.31
人类的必须氨基酸中，苯丙氨酸，酪氨酸，和色氨酸的侧链上含有大量的芳香基团。其中有最大的氨基酸，如异亮氨酸，亮氨酸，缬氨酸它们是疏水基团，倾向于维持折叠的蛋白质分子内部稳定。
G				Gly	甘氨酸	疏水性	75.07	6.06	2.35	9.78
由于甘氨酸的α炭原子上有两个氢原子，甘氨酸没有旋光性，它是最小氨基酸，容易转动，使蛋白质链增加了弹性，能够嵌入最狭小的空间，如三层骨胶原中。而太过于有弹性是不必要的，如丙氨酸的结构就不普遍。它是一种神经传导递质，并作为谷胱甘肽，肌酸 ，血液蛋白如血红蛋白，肌红蛋白，过氧化氢酶，细胞色素C等的前体物质。

 

 

(Zambonino Infante et al. 1997, JN 127: 608-614)。谷胱甘肽已经被证实能促进鲤鱼的生长和可能增强免疫力。在水产动物疾病管理上，抗菌肽在日粮的添加正列如日程。

4.蛋白质的定义

4.1 高分子。由α-氨基酸组成的多肽构成。

4.2分类：

可溶性：（疏水性和亲水性）

总体形状：（球蛋白和纤维蛋白）

物理特征：（电荷和三维结构）

功能：

－－催化功能：酶

－－构造：肌动蛋白和肌浆球蛋白

－－激素：胰岛素和生长激素

－－结构功能：胶原和弹性硬蛋白（在结缔组织中）

－－保护：抗体、细胞因子、溶菌酶、补体

－－转运：白蛋白转运脂肪酸，血红蛋白转运氧气，载脂蛋白转运脂肪、铁

－－调节：钙调蛋白

－－基因表达：组蛋白、阻遏物蛋白

4.3 因为酸性消化过程，大部分日粮的蛋白失去了它们的结构和特殊的功能。普遍认为：“日粮蛋白没有水解成短链的肽是不能被动物体所完全利用的。”尽管口服生长激素没有注射效率高，但是生长激素在某些鱼的胃中能被吸收。用鱼致病菌免疫后的鸡蛋中抽提免疫球蛋白Y，添加到日粮中，证明虹鳟鱼(Lee et al., 2000, JAFC Arasteh et al., 2004,Aquaculture 231: 23-36)和鳗(Gutierrez et al, 1993, JFD 16: 113-122)有明显的被动免疫。这个时候，从鱼体原生质纯化的由被动免疫产生的抗体，不会产生理想的反应(Nielson and Buchmann, 2003, JWAS 34:11-17)。在调查促进鱼内脏蛋白吸收的各种化合物中，碳酸氢钠和脱氧胆酸(Hertz et al., 1991)或者nonanyl-N-methyloglucoamide (McLean and Ash, 1990 and McLean et al., 1990)的协助已证明是有效的。脱氧胆酸和β－辛烷基葡糖苷已被发现是较好膜性可溶物(Womack et al., 1983 and Helenius et al., 1979)，并且能促进小肠吸收。为了提高某一蛋白的转运效率，鱼类中，需要对这些保护性的化合物进行研究。

5.蛋白与肽的比较

8000MW，大约72个氨基酸残基，尽管这些划分不是绝对的。

6.氨基酸衍生物和功能的概述。

 

H

His

组氨酸

基础

155.16

7.60

1.80

9.33

6.04

在弱酸性环境，氮质子化存在，改变了组氨酸和多肽的组成。它被看是很多蛋白质的一种调节机制：改变构造和酸性环境下多肽的作用。例如后期的内吞体或者溶酶体，在酶环境下迫使机构发生改变。但是只有一些组氨酸需要发生这样的，所以说是相当的缺乏的。它是一种组胺的前体，它涉及到几种生理的功能，这包括过敏反应、胃酸和中间体乙酰胆碱的分泌。在食物种组氨酸的缺乏会引起大西洋鲑鱼的白内障。（Brecket al. 2005).

I

Ile

异亮氨酸

疏水性

131.17

6.05

2.32

9.76

对于人类至关重要。异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸有长的疏水性脂肪族支链。它们的分子是严密的，它们疏水基相互作用对于纠正折叠蛋白质是十分重要的，这些支链往往定位在蛋白质分子内部。

K

Lys

赖氨酸

基础

146.19

9.60

2.16

9.06

10.54

人类必须的。运转与精氨酸类似。包含一条长长的、可变的、以正电荷为末端的支链。支链的可变性使赖氨酸、精氨酸，在它们表面适合分子围绕许多带负电荷的分子。例如：DNA螺旋蛋白质有它们的活动的区域，这个区域富含精氨酸和赖氨酸。强烈的静电作用使这两种氨基酸倾向于定位在蛋白质表面的亲水部分外部;当它们在里面被发现时，它们经常结成带上负电荷的一对氨基酸，例如：天冬氨酸盐、谷氨酸盐。 赖氨酸在大多数植物蛋白质中是缺乏的。

L

Leu

亮氨酸

疏水性

131.17

6.01

2.33

9.74

人所必须的。转运和异亮氨酸和缬氨酸类似。见异亮氨酸

M

Met

蛋氨酸

疏水性

149.21

5.74

2.31

9.28

人所必须的。第一氨基酸往往用于合成蛋白质；有时在翻译之后转运。就像半胱氨酸，含有硫，但是它是一个甲基代替了氢。在一个新的碳原子添加到其他分子上时候，这个甲基能