蛋氨酸及其类似物的作用及应用

 人类于1922年发现蛋氨酸，并在1928年首次人工合成，开始应用于医药行业，大约在1955年开始作为饲料添加剂大量使用。蛋氨酸是禽类第一限制性必需氨基酸。由于日粮中的蛋氨酸含量不能满足禽类快速生产的要求，因而在饲粮中必须添加蛋氨酸…。随着饲料科学研究的发展，蛋氨酸在猪和反刍动物中的重要作用亦成为研究的热点。目前使用的蛋基酸主要有DL-蛋氨酸、MHA-FA(Me- thionine Hydroxy Analogue free acid)、蛋氨酸羟基类似物钙盐Met-Ca(DL-Methionine Hydroxy Analogue Calcium)、N-羟甲基蛋氨酸钙等。对于这几种产品在不同动物体内的代谢吸收机制和生物学效价的问题一直有争议。这是目前也是将来研究的重点。
1蛋氨酸及类似物的结构、理化性质及作用
1．1蛋氨酸
    蛋氨酸又名甲硫氨酸，化学名为2一氨基-4一甲硫基丁酸(2-Amino-4-methylthiobutyric acid)，含有一个氨基和一个羧基，属非极性R基氨基酸，γ位碳原子上连有一个甲硫基(一SCH3)，分子式为 CsH~jNOzS，相对分子质量为149．22，化学结构式为：

    蛋氨酸具旋光性，分为L型和D型。在动物体内，L型易被肠壁吸收，D型要经酶转化成L型后才能参与蛋白质的合成。
蛋氨酸在动物体内主要是用于蛋白质的合成，也有少部分在体内分解，转化成与动物发育有关的重要物质。蛋氨酸可转化成胱氨酸，具有保肝解毒的作用。在体内可提供甲基，预防脂肪肝的发生。过量添加会引起“蛋氨酸中毒”，抑制动物生长。
1．2液态蛋氨酸羟基类似物
    液态蛋氨酸羟基类似物又名MHA_FA(MethionineHydrxynalogue free acid)、HMB(D，L-2-hydroxy-4-methylthio-butanoic acid)，商品名为Alimet，化学名为2一羟基-4-甲硫基丁酸(2-hydroxy-4-methylth～ iobutyri9 acid)，含有一个羟基和一个羧基。分子式为 CsH—o％S，相列分子质量为150.2，化学结构式为：

  液态蛋氨酸羟基类似物是深褐色黏液，含水量约为12％，有硫化物气味。pH值为1-2。MHA-FA是由65％的单体、23％的二聚体、多聚体组成的混合物，单体可直接被吸收，二聚体和多聚体必须先水解成单体才能被吸收(Lawsml和Ivm，1986)。
  液态蛋氨酸羟基类似物尽管没有氨基，但在体内仍可合成为L-蛋氨酸，参与体内代谢。Dibner(1990)报道，在不添加蛋氨酸羟基类似物的情况下，体内仍可发现有蛋氨酸羟基类似物的存在。这说明蛋氨酸羟基类似物本来就是机体代谢的中间产物，机体可100％地利用。
  研究表明蛋氨酸和液态羟基蛋氨酸在细胞刷状缘膜的吸收是不同的，蛋氨酸是通过依赖于钠离子载体吸收的，液态羟基蛋氨酸的吸收是通过依赖于氢离子的非立体专一性的转运系统来完成的。
l-3蛋氨酸羟基类似物钙盐
  蛋氨酸羟基类似物钙盐又名MHA-Ca，化学名为2一羟基一4一甲硫基丁酸钙盐(2-llydmxv-4- methylthiobutyric acid calcium salt)，分子式为(C5H903S)2Ca，相对分子质量为338．4，化学结构式为：

  蛋氨酸羟基类似物钙盐是由液态蛋氨酸羟基类似物与氢氧化钙或氧化钙中和，经干燥、粉碎和筛分后制得。成品为浅褐色粉末或颗粒，有含硫基团的特殊气味，可溶于水。
1．4 β一羟甲基蛋氨酸钙
  N一羟甲基蛋氨酸钙，商品名为Mepron，又称保护性蛋氨酸，由德国Degussa公司生产。主要适用于反刍动物。分子式为(c~HuN03S)2Ca，相对分子质量为396．53。化学结构式为：

N-羟甲基蛋氨酸钙是可自由流动的白色粉末，带有硫化物的特殊气味。N-羟甲基蛋氨酸钙可过瘤胃，从而避免瘤胃内脱氨基，造成浪费。用于反刍动物，可提高奶牛产奶量及乳脂率。
2蛋氨酸及类似物在动物体内的代谢
氨基酸在非反刍动物中的分解代谢简单地说就是经脱氨基作用，生成α一酮酸残基，最后分解成酮体、葡萄糖、C02、H20、能量等。
2．1羟基蛋氨酸与D-蛋氨酸代谢生成L-蛋氨酸
    羟基蛋氨酸多聚体在胰腺酯酶的作用下可水解为单体，在十二指肠被吸收进入血液，在肝脏中在羟基酸氧化酶的作用下被氧化为α一酮式蛋氨酸，再经转氨酶作用生成L一蛋氨酸。

2．2蛋氨酸、胆碱、甜菜碱三者代谢的相互关系
    三者都含有甲基，就供甲基而言，三者可互相

替代。按甲基含量计算，1 kg 97％的甜菜碱相当于2．3kg50％的氯化胆碱或相当于3．75 kg 99％的蛋氨酸(王宏，1999)。但甜菜碱在甲基反应过程中只能提供一个甲基(Workel，1998)。胆碱可以转化为甜菜碱，但此过程不可逆。在幼龄动物体内甜菜碱可提供甲基给胱氨酸合成蛋氨酸，而半胱氨酸还可由蛋氨酸代谢而来，甜菜碱提高了蛋氨酸的利用率，但不能替代蛋氨酸用于蛋白质的合成。如果日粮中缺乏甜菜碱和胆碱，甲基供应不足，则甲基只能由蛋氨酸提供。
3蛋氨酸及其类似物在生产中的应用
    对于蛋氨酸在动物生产中的重要作用无人怀疑，然而对于液态羟基蛋氨酸，自从诞生以来，围绕其生物学效价问题一直是争论的焦点。
    一方认为在单胃动物生产中65％的固体蛋氨酸与100％的液态羟基蛋氨酸在增重、料重比等方面差异不显著，从而得出其生物效价为65％。
    这里有一部分原因是由于液态羟基蛋氨酸比 L一蛋氨酸在肠道中的吸收降低有关。Drew(21等研究表明在肉仔鸡的肠道中肠道细菌可明显地降低液态羟基蛋氨酸的吸收。该试验将鸡只分为两组，一组无菌饲喂，另一组正常。在预饲3周后，禁食1夜，饲以含有1．11 x107 Bq·kg-1的3HMHA或3HMet，1．11 X107 Bq·kg-1。的51CrCl3作示踪剂，3 h后安乐死，摘取全部肠道并分成6段，通过3H：51Cr的比率计算出消化的食物中残余的Met和MHA-FA。无菌饲喂鸡回肠末端残余的MHA比对照组低(4．7％和10．2％，P<0．05)，与之相反，无菌饲喂鸡回肠末端残余的Met与对照组差异不显著(3．O％和3．7％，P>0． 05)。但同时也指出不是所有的细菌都可利用 MHA-FA。如胚芽乳杆菌(Lactobaeillus plantarum)，胚膜样明串珠菌(Leuconostoc mesenteroides)和干酪乳杆菌(Lactobacillus C(Ises)等均可利用蛋氨酸，却不能利用液态羟基蛋氨酸。因而这种宿主与内脏细菌对营养的竞争影响了宿主对营养的吸收。
    Mitchell和Huner(1996)用4至5周龄的肉鸡试验发现，在不同的温度环境下，MHA-FA的二聚体和多聚体的吸收率比单体差。虽然二聚体和多聚体约占液体MHA-FA含量的23％，但其吸收率仅为DL-MHA-FA混合物的1．5％。Van Weerden等(1992)按照报酬递减规律进行的试验发现，饲喂添加二聚体和多聚体日粮，肉鸡日增重和料肉比明显比饲喂MHA-FA混合物日粮的肉鸡低。然而刘永刚提到Martin-Venegas等(2002)运用活体灌注和外翻肠囊技术对标准MHA和单体MHA进行比较研究，发现小肠壁能有效水解多聚体，这两种羟基类似物在血浆中的单体含量没有差异。将外翻肠囊浆膜侧置于MHA或者Met中培养，发现肠囊浆膜室中半胱氨酸和牛磺酸浓度没有差别，而且随着 MHA和DL-Met的转运，浆膜中半胱氨酸和牛磺酸的出现遵循相同的pH模式。说明肉鸡小肠能够有效地将MHA转化为这些含硫氨基酸。
  另一方则认为，液态羟基蛋氨酸的生物学效价为100％，Frank Ivey认为前者在测定液态羟基蛋氨酸生长对比试验时采用了错误的方法。一方面在设计配方时不能简单地按重量来计算，应按等摩尔来计算。MHA-FA含水 12％左右，因而添加O 1％的饲料级DL-Met(98 5％)，折算成MHA-FA(88％)，则为O．1％×98．5％×150,2÷149．2÷88％= O．112 7％，折算成MHA-Ca(97％)，则为O 1％×98．5％x338．4÷2÷149．2÷97％=0．115％。另外，在设计添加量时应充分考虑报酬递减率，即选择一适宜添加量，通常在饲料中添加012％的蛋氨酸，以65％的效价折算液态蛋氨酸为O．3％，这已超出所需量。Knight(1998)试验早期断奶乳猪蛋氨酸缺乏情况下，等摩尔的液态蛋氨酸和DL-蛋氨酸的效果相同。Drewt zt的试验也同时说明90％以上的DL— Met和MHA-FA在回肠前端已被吸收，这也仅仅说明Met比MHA-Fa的利用率高，并不能说明 MHA-FA只吸收了相当于Met的65％。
    等摩尔计算的问题易解决，但蛋氨酸适宜添加量的问题目前却无法定论。因为蛋氨酸需要量的测定方法也存在较大争议。这也是DL—Met和MHA— FA生物学效价争议迟迟无法定论的主要原因之一。
    目前生产中大都采用析因法(维持和生产)和剂量反应法测定蛋氨酸需要量。通过比较不同添加量的生产性能，如体增重、氮沉积量、饲料转化率、血液尿酸(UA)含量、血液游离氨基酸含量、血清尿素氮(BUN)含量、产蛋率、饲料报酬等，综合分析后确定最适需要量。在查阅NRC、ARC及日本等国的饲养标准时会发现差别较大。饲养动物的品种与性别、年龄和体重、日粮类型、生产性能指标、环境温度、日粮能量水平、蛋白质水平、非必需氨基酸的含量和比例(如胱氨酸)，氨基酸间的相互作用，其他营养物质，维生素B,2、胆碱等等都会引起需要量的差异。正是由于这些综合因素的影响，造成了在实际生产和试验过程中的Met和 MHA—FA的使用效果存在较大差异和争议。
    表1  各国内鸡饲养标准中蛋氨酸的需要

标准	周龄	粗蛋白(％)	蛋氨酸(％)
NRC(1994)	0～3     3～6     6～8	23     20     18	0.50     0.38     0.32
日$(1992)	0～3     >3	2l     17	0.46     0.37
中国	0~4     >4	2l     19	O 45     0.36
澳大利亚	0～4     4～8	22.6     21.3	0,45     0.43
ARC	0～4     4～7		0.53     0.41
罗纳普朗克     (1993)	0～4     4～7		0.53     0.41

　
    蛋氨酸羟基类似物在反刍动物中的应用越来越普遍。由于其没有氨基，因而在代谢中不会发生脱氨基作用，在体内代谢形成蛋氨酸时会利用血中的游离氨，增加体内的氮沉积，减少了粪中的氮水平，进而减少了对环境的污染。Noftsger等…研究低蛋白氨基酸平衡的日粮可显著降低奶牛向环境排出的氮量。低蛋白、高可消化过瘤胃蛋白、液体蛋氨酸类似物日粮(LoCP-HiDRUP+HMB)与低蛋白、高可消化过瘤胃蛋白日粮(LoCP- HiDRUP)相比，总氮效率(Gross N efficiency=乳中氮含量睬食氮含量)分别为35％和31．7％，环境效率(Enviromental efficiency=排出氮kg／乳中氮kg)分别为1．89和2．19，差异显著。
  MHA-FA、MHA-Ca、N-羟甲基蛋氨酸钙用于反刍动物均取得了显著的效果，奶牛产奶量，乳蛋白的含量都有较大提高…。Koenig等研究表明添加的蛋氨酸类似物中平均有39．5％可过瘤胃，并且不受类似物的种类和量的影响。其中真胃吸收和十二指肠吸收分别为17．6％和22％，血清中的蛋氨酸浓度随添加量的增加而增加。Noftsger等研究表明液态蛋氨酸对挥发性脂肪酸有节约作用，因为其不需要向合成缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸的氨提供碳源。
4结语
    国外的研究者在20世纪八、九十年代对蛋氨酸和蛋氨酸羟基类似物在单胃动物小肠中的代谢机制进行了大量的体外模拟试验，部分阐明了其在小肠中的吸收过程及一些影响因素，但在体内的实际过程是否和体外试验一致却由于试验手段的限制仍未有定论。对于单胃动物使用的效果仍需进一步研究和探讨。
    目前，蛋氨酸及类似物在动物生产中的应用研究重点正由家禽、猪向反刍动物的研究扩展。例如蛋氨酸类似物在反刍动物体内的代谢过程、在瘤胃中是否或如何消化的、过瘤胃量是多少、在真胃、十二指肠、小肠中是如何代谢的等等；不同生长阶段的奶牛、羊的吸收利用有何不同及适宜添加量；包括蛋氨酸与蛋氨酸类似物过瘤胃量，真胃及肠道利用率的异同等等。