蛋氨酸大講堂-3 蛋氨酸在單胃動(dòng)物中的代謝通路

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D-蛋氨酸與D,L-羥基蛋氨酸（D,L-HMTBA）都需在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-蛋氨酸才能被動(dòng)物利用來合成蛋白。上一期我們講到了D,L-HMTBA與D,L-蛋氨酸在消化道內(nèi)的水解、吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)的過程，本期將介紹各種L-蛋氨酸前體物在體內(nèi)是如何轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-蛋氨酸的。

不同蛋氨酸源的代謝通路

蛋氨酸的前體物轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-蛋氨酸的第一步是將其轉(zhuǎn)化為一種常見的中間體——α-酮-甲硫基丁酸（KMB）。不同的蛋氨酸前體物擁有相對(duì)應(yīng)的代謝酶，如D-氨基酸氧化酶（D-AAOX）可以將D-蛋氨酸轉(zhuǎn)化為KMB，L-2-羥基酸氧化酶（L-HAOX）負(fù)責(zé)把L-HMTBA代謝成KMB，D-HMTBA對(duì)應(yīng)的代謝酶則是D-羥基酸脫氫酶（D-HADH）。在三種前體物轉(zhuǎn)化為KMB后，非特異性的轉(zhuǎn)氨酶可以把一個(gè)氨基（NH3）轉(zhuǎn)移到KMB上，從而形成L-蛋氨酸，隨后用于合成蛋白質(zhì)或其他功能。其代謝通路如下圖所示：

三種不同的蛋氨酸代謝酶D-AAOX、L-HAOX和D-HADH主要存在于肝、腎、腸黏膜、肌肉等組織中，可以保證不同蛋氨酸源的完全轉(zhuǎn)化。下圖展示了三種代謝酶分別在體內(nèi)的表達(dá)情況?？梢钥闯?，補(bǔ)充D,L-HMTBA可以正向調(diào)節(jié)D-HADH和L-HAOX的基因表達(dá)，改善將D,L-HMTBA代謝為KMB的效率，從而在D,L-HMTBA被吸收后立即提高L-蛋氨酸的水平和有效性。此外，該結(jié)果還印證了我們上一期提到的結(jié)論，即固體蛋氨酸主要在空腸和回腸被吸收，而液體蛋氨酸主要在十二指腸被吸收。這些結(jié)論均證實(shí)，D,L-HMTBA的代謝轉(zhuǎn)化并不會(huì)限制L-蛋氨酸參與蛋白質(zhì)合成的效率。

不同蛋氨酸源的代謝成本

D-蛋氨酸

D-蛋氨酸在D-AAOX的作用下氧化生成KMB，同時(shí)生成H2O2。H2O2在體內(nèi)具有很強(qiáng)的氧化性，是體內(nèi)活性氧（ROS）的一種，其可在谷胱甘肽過氧化物酶的作用下被還原，同時(shí)生成氧化型谷胱甘肽（GSSG）。而GSSG在谷胱甘肽還原酶的作用下生成還原型谷胱甘肽（GSH）需要消耗一分子的NADPH（還原性輔酶II），相當(dāng)于2.5分子的ATP。與此同時(shí)，D-蛋氨酸轉(zhuǎn)化為KMB過程中釋放的氨基（NH3）會(huì)和谷氨酸形成谷氨酰胺（消耗1ATP），谷氨酰胺作為氨基供體在轉(zhuǎn)氨酶的作用下再將氨基還給KMB，從而形成L-蛋氨酸。至此，D-蛋氨酸完成了向L-蛋氨酸的轉(zhuǎn)化，一共需要消耗3.5ATP。由于D,L-蛋氨酸含有50%的D-蛋氨酸，所以D,L-蛋氨酸轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-蛋氨酸一共需要消耗1.75ATP。

D-HMTBA

D-HMTBA在D-HADH的作用下生成KMB，同時(shí)生成NADH（還原型輔酶I），相當(dāng)于生成了2.5ATP。KMB需要其他氨基酸脫下的NH3來形成L-蛋氨酸。對(duì)于D-蛋氨酸來說，其先脫下一個(gè)NH3，再轉(zhuǎn)一個(gè)NH3上去，使用的仍然是原來的NH3，只是構(gòu)型發(fā)生了改變。而對(duì)于HMTBA，其利用的是體內(nèi)多余的NH3，這部分NH3本來是需要形成尿素排出體外的，所以HMTBA轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-蛋氨酸的過程中節(jié)省了一個(gè)NH3，從而達(dá)到減排的目的。由于NH3形成尿素需要消耗2ATP，KMB每利用一分子的NH3用于合成L-蛋氨酸，就相當(dāng)于節(jié)省了2ATP。所以，從D-HMTBA轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-蛋氨酸，反倒可以提供4.5ATP。

L-HMTBA

L-HMTBA在L-HAOX的作用下生成KMB。與D-蛋氨酸類似，L-HAOX氧化L-HMTBA的過程中也生成了H2O2，繼而在谷胱甘肽過氧化物酶和谷胱甘肽還原酶的作用下，消耗2.5ATP。KMB向L-蛋氨酸的轉(zhuǎn)化過程則同D-HMTBA一樣，節(jié)約了一分子的NH3，即節(jié)約2ATP。所以，從L-HMTBA轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-蛋氨酸，需要消耗0.5ATP。由于D,L-HMTBA含有50% D-HMTBA和50% L-HMTBA，最終D,L-HMTBA轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-蛋氨酸可以節(jié)省2ATP。

綜上所述，各種蛋氨酸前體物都可以在相應(yīng)酶的作用下轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-蛋氨酸。各種酶的表達(dá)均受到相應(yīng)蛋氨酸源的正向調(diào)控，它們的代謝轉(zhuǎn)化并不會(huì)限制L-蛋氨酸參與蛋白質(zhì)合成的效率。D,L-蛋氨酸轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-蛋氨酸需要消耗1.75ATP，而D,L-羥基蛋氨酸（液體蛋氨酸）由于不含有氨基，其轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-蛋氨酸可以節(jié)約2ATP。結(jié)合近兩期的內(nèi)容，我們可以知道D,L-HMTBA在消化、吸收和代謝上與D,L-蛋氨酸沒有差異，其在代謝為L(zhǎng)-蛋氨酸的過程中既節(jié)能又減排。下一講我們將列舉一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來證實(shí)D,L-HMTBA在實(shí)際生產(chǎn)中能夠發(fā)揮與D,L-蛋氨酸同樣的作用。

* 本文中相關(guān)的數(shù)據(jù)可能會(huì)因不同的使用環(huán)境和條件有所變化。

作者：楊宇翔博士，安迪蘇羅迪美技術(shù)經(jīng)理

轉(zhuǎn)自：安迪蘇動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與健康