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CANSHU_TELEPHONE甘氨酸(Glycine),又名氨基乙酸或者乙氨酸,分子式为C2H5NO2。分子量75.08,可溶于水,难溶于醇、酮、醚,在乙醇中溶解度仅为0.06g。无毒、无臭、有甜味的白色晶体粉末,甜度为蔗糖的0.8倍。广泛应用于农业、医药、食品和饲料等领域。
甘氨酸也是自然界中结构最简单α-氨基酸,是组成人体及动物所需蛋白质的最基本单元。可由哺乳动物(人、猪、啮齿动物等)内源合成,故通常被归类为哺乳动物的营养性非必须氨基酸(NEAA)。然而,目前有研究表明,哺乳动物体内合成甘氨酸的量并不能满足他们的代谢需求。虽然甘氨酸的轻微缺乏并不会危及生命,但长期、慢性的甘氨酸缺乏可能会导致次优生长、免疫应答功能减弱,以及其他对健康的不利影响。更重要的是,日粮中甘氨酸的供给对胎儿和新生儿的发育起着非常重要的作用,因为胎儿和新生儿体内的甘氨酸合成并不能满足其生长所需。因此,甘氨酸不仅被归类为哺乳动物的条件性必须氨基酸和重要的功能性氨基酸。并且可被认定为是新生仔猪或新生儿的日粮必需氨基酸。
本综述旨在总结甘氨酸的生产、作用机理以及在畜禽生产中的试验结果,以期为饲料企业在使用甘氨酸产品时提供理论参考。
一、合成与代谢
甘氨酸的体内合成途径主要包括3个:(1)在丝氨酸经甲基转移酶的催化下,由丝氨酸合成; (2)在生成肌氨酸的过程中,由胆碱合成;(3)通过苏氨酸脱氢酶途径,由苏氨酸合成。近来的研究发现,乙醛酸和羟脯氨酸也可能是动物体内甘氨酸的合成前体。
甘氨酸的体外合成工艺主要有氯乙酸氨解法和施特雷克法。目前,国外主要采用施特、雷克工艺。但是,此法由于需要使用剧毒化学原料氰化物,所以在国内均不采用此法。国内主要采用氯乙酸氨解法,此法是以氯乙酸、氨、乌洛托品、甲醇为原料,反应条件温和,合成工艺简单,设备要求不高,易操作,基本无公害,产品收率的理论值较高,工艺技术成熟,所以在国内获得广泛应用。
甘氨酸具有多种代谢途径,一方面,用于合成多种代谢产物,如卟啉、嘌呤、肌酸、谷胱甘肽和胆盐等;另一方面,用于合成蛋白质,尤其是胶原蛋白和弹性蛋白,甘氨酸可占其氨基酸组成的三分之一左右。
二、作用机理与生理功能
1.1 合成卟啉
卟啉的合成是机体甘氨酸被利用的重要途径之一,合成每个血红素基团(亚铁卟啉)需要8个甘氨酸分子。大部分(大约90%)合成的卟啉被用来合成血红蛋白的血红素基团,也可用于合成肌红蛋白的血红素基团、细胞色素C和过氧化氢酶、过氧化物酶等其他血红素蛋白。
1.2 合成嘌呤
嘌呤的合成消耗等摩尔的甘氨酸,由于嘌呤参与核酸的生成,甘氨酸也因此参与编码遗传信息、调控基因表达、细胞周期、蛋白质和尿酸合成以及淋巴细胞增殖等功能。
1.3 合成肌酸
肌酸由精氨酸、蛋氨酸和甘氨酸合成,参与心脏、骨骼肌和脑的能量代谢,是神经系统和肌肉正常发育与发挥功能的保障。肌酸合成通常消耗等摩尔的甘氨酸和一碳单位。
1.4 合成谷胱甘肽
谷胱甘肽(GSH)是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成,广泛存在于机体的各个细胞。GSH是在代谢过程中起到重要作用的还原剂。谷胱甘肽在很多代谢过程中都起着重要的抗氧化作用,尤其是在血红细胞、红肌细胞和心脏中,用来清除自由基和毒性氧自由基。
1.5 合成胶原蛋白
胶原蛋白是所有动物体内含量最丰富的结构性蛋白,是细胞外基质和结缔组织中主要的非溶解性纤维蛋白,它的三股螺旋结构主要由甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸三种氨基酸构成。骨骼中有机物的70—80%是胶原蛋白,骨骼生成时,首先必须合成充足的胶原蛋白纤维来组成骨骼的框架,因此,有人称胶原蛋白为骨骼中的骨骼。胶原蛋白能使钙质和骨细胞结合,不致于钙质的流失而导致骨骼疏松。如果只单纯补钙的话不易改善骨质疏松的现象,因为钙无法在骨中保全,多吃钙也会流失,主要因为胶原蛋白量已经减少。
1.6 合成弹性蛋白
弹性蛋白是另一种结缔组织蛋白,与胶原蛋白类似的是,甘氨酸在其氨基酸组成中的比例同样是33%左右。弹性蛋白是弹性纤维的主要成分。弹性纤维主要存在于韧带和脉管壁。弹性纤维与胶原纤维共同存在, 赋予组织以弹性和抗张能力。
1.7 用于细胞保护
甘氨酸在许多组织器官中的细胞保护作用主要与其可降低细胞凋亡的发生有关。甘氨酸可以抑制因血管表皮生长因子缺乏而导致的内皮细胞凋亡。甘氨酸也可提高心血管功能,尤其是子宫营养不良母体后代的心血管功能。
1.8 用于缓解炎症
甘氨酸可作为抗炎和免疫调节剂,影响肿瘤细胞对氨甲叶酸(二氢叶酸还原酶的抑制剂)的敏感度。因此临床上已经用于治疗炎症疾病,如产后出血、内毒素休克、酒精性肝炎、胃溃疡、关节炎等。动物实验也证明,在饲粮中添加甘氨酸可降低病菌感染动物的免疫反应、发病率和死亡率。甘氨酸也可通过激活巨噬细胞和其他白细胞,以及激活T-淋巴细胞的病理增殖,从而抑制促炎因子,并促进抗炎因子。
三、猪日粮中添加的作用
研究表明,甘氨酸是哺乳仔猪和断奶仔猪的营养性必需氨基酸。因为在常规饲养条件下,饲粮中的甘氨酸含量并不能满足他们的生长需要。Powell等研究发现,饲喂低蛋白日粮(粗蛋白含量与常规饲粮相比降低5%)的20-50 kg猪,其甘氨酸合成量不能满足其最佳生长所需,向饲粮中添加0.52%的甘氨酸,可以增加这些生长猪的日增重和饲料转化效率,使其达到饲喂正常粗蛋白含量饲粮猪的生长水平。王薇薇等研究表明,日粮中添加甘氨酸能够改善哺乳仔猪和断奶仔猪的生产性能,同时提高哺乳仔猪肠道绒毛高度,降低隐窝深度。
四、结束语
甘氨酸作为结构最简单的条件性必需氨基酸,能够显著促进新生仔猪小肠绒毛发育、肠道对甘氨酸的转运、血浆中甘氨酸和GSH含量,以及生长性能,同时还降低了血桨中氨、尿素的含量。表明,以母乳营养物质含量为基础配制的代乳料不能满足幼龄哺乳动物对甘氨酸代谢的需要,甘氨酸是保证哺乳仔猪最佳生长和发育的营养性必需氨基酸。日粮中添加甘氨酸可提高8-15 kg断奶仔猪的饲料转化效率,且添加1%或2%可以显著提高8-15 kg断奶仔猪平均日釆食量和平均日增重。
所以在当前商业教保料中添加甘氨酸实为一种有效改善生产性能的功能性氨基酸。与此同时,在饲料中添加甘氨酸螯合盐在有效补充微量元素的同时也同样发挥着功能性的效果。