淺議自由基與動物營養(yǎng)

zhangyufuu

淺議自由基與動物營養(yǎng)

      “生命是一個化學(xué)的過程?！被瘜W(xué)家拉瓦錫1783年提出的這一著名論斷奠定了動物營養(yǎng)研究的理論基礎(chǔ)。此后200多年來開展的動物營養(yǎng)研究進程中，很多新理論和新方法不斷地向這個領(lǐng)域滲透，使得動物營養(yǎng)研究的方法得以不斷改進和發(fā)展，內(nèi)容也更加豐富和深入。而自由基生物學(xué)十幾年來發(fā)展極為迅速，并以非?？斓乃俣韧卣蛊溲芯糠秶蛻?yīng)用于其他生命科學(xué)。動物體作為需氧生物體，體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生、清除、利用、危害與它所導(dǎo)致的生物分子損傷的修復(fù)，還有一氧化氮（NO）及衍生的活性氮的代謝和作用不僅是自由基生物學(xué)研究的主要內(nèi)容，在動物營養(yǎng)保健研究中也必須予以重視。營養(yǎng)學(xué)中研究和應(yīng)用較多的部分維生素：作為維生素A源的β－胡蘿卜素、維生素C維生素E，還有其他一些抗氧化劑，也是自由基生物學(xué)研究范圍內(nèi)不可缺少的重要組分。自由基與營養(yǎng)的研究逐年猛增，其進展顯示出在分子水平與亞分子水平相結(jié)合的一個新學(xué)術(shù)領(lǐng)域與新發(fā)展方向?！?br /> 　　1． 動物體內(nèi)存在自由基

　　早在1931年Michalis就提出某些酶促氧化還原反應(yīng)的中間產(chǎn)物為自由基，他的實驗證據(jù)也表明生物體內(nèi)可能存在自由基，然而直到自由基生物學(xué)迅猛發(fā)展的最近30年里，自由基在體內(nèi)的產(chǎn)生與清除才得以重視?，F(xiàn)在，內(nèi)源性自由基產(chǎn)生的增多與其清除能力的削弱已經(jīng)被確認(rèn)為輻射損傷發(fā)展和加重的重要機制，而且已經(jīng)認(rèn)識到自由基與許多疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。

　　大量研究表明，動物體內(nèi)的生物分子包括非自由基與自由基?；钚匝跏茄踝杂苫捌浠钚匝苌?。它的產(chǎn)生、清除、利用與危害是自由基生物學(xué)發(fā)展初期研究的主要內(nèi)容。1986年一氧化氮的生物效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)［Palmerm等，1987］，活性氮也成為自由基生物學(xué)的主要研究對象。而以O(shè)、N、C、S石和其它元素為中心的自由基及其衍生物的生物效應(yīng)不僅涉及自由基之間的反應(yīng)，也包括自由基與非自由基的反應(yīng)［Wink DA等，1998]。例如：NO與超氧化物自由基結(jié)合成為活性遠高于NO或超氧化物自由基的物質(zhì)ONOO－；ONOO-還可與CO2生成高活性物質(zhì)，甚至可以均裂成為自由基與非自由基［Squadrito GL等1998］。

　　2 營養(yǎng)物質(zhì)與自由基的關(guān)系

　　2．1．在動物體構(gòu)營養(yǎng)物質(zhì)是自由基產(chǎn)生的物質(zhì)基礎(chǔ)

　　動物體內(nèi)自由基產(chǎn)生于酶反應(yīng)或非酶反應(yīng)，其來源除O２外均可追溯到營養(yǎng)物質(zhì)。從體內(nèi)一氧化氮的生成過程（見圖1）[Marletta MA，1993]就可以非常直觀地體現(xiàn)出營養(yǎng)物質(zhì)為自由基生成的物質(zhì)基礎(chǔ)。這一過程主要是一氧化氮合酶（nitric ox-ide synthase， NOS）催化的酶促反應(yīng)，底物是精氨酸，NADPH為輔助因子。而且，一氧化氮合酶的生物合成需要氨基酸、核黃素、瞟嶺等物質(zhì)，并需要ATP提供能量。ATP的產(chǎn)生則必然涉及營養(yǎng)物質(zhì)：糖類、脂類與蛋白質(zhì)（氨基酸）的代謝以及某些維生素的參與。研究自由基不可不考慮它與營養(yǎng)物質(zhì)的這種天然聯(lián)系。

　　2．2． 營養(yǎng)物質(zhì)是動物體內(nèi)清除自由基的物質(zhì)來源

　　動物體內(nèi)自由基不斷的產(chǎn)生，也不斷地被清除，正常情況下自由基始終被清除而維持在一個極低的平衡水平。例如，在多種抗氧化酶，內(nèi)源性抗氧化劑和外源性抗氧化劑的作用下，活性氧可被清除至極低的水平。機體內(nèi)需要維持這些抗氧化酶，內(nèi)源性抗氧化劑和外源性抗氧化劑在一定的濃度，這又必然涉及蛋白質(zhì)的合成及各種營養(yǎng)物質(zhì)的代謝。超氧化物歧化酶（Cu，Zn-SOD；Mn—SOD），過氧化氫酶（含有Fe）谷胱甘肽過氧化物酶（含有Fe等抗氧化酶及大分子抗氧化劑，如金屬硫蛋白，銅藍蛋白和小分子抗氧化劑，如谷胱甘肽的生物合成需要氨基酸、礦物元素和ATP的參與。體內(nèi)必需的抗氧化劑——維生素本身就是營養(yǎng)物質(zhì)。而一些內(nèi)源硒、銅、錳是谷胱甘肽過氧化物酶（GSH－Px）與超氧化物歧化酶（Cu，Zu—SOD;Mn－SOD）生物合成所必需的微量元素．動物體缺乏硒時，心肌GSH－Px活性下降，甚至下降的抗氧化劑，如：尿酸等則來源于營養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)的代謝產(chǎn)物。

　　動物營養(yǎng)不良時可能導(dǎo)致機體內(nèi)自由基產(chǎn)量的增加，也可能會因為營養(yǎng)不良而影響了各種抗氧化酶的生物合成及內(nèi)源性抗氧化劑生成的水平，從而進一步使體內(nèi)自由基增多。有學(xué)者觀察到（Robinson等，1997）營養(yǎng)缺乏的大鼠其肝臟中O2產(chǎn)量增高，而谷胱甘肽（GSH）水平下降。 Dabbagh等（1994）發(fā)現(xiàn)鐵攝取過量可使實驗大鼠體內(nèi)抗氧化劑水平下降，活性氧增高，并出現(xiàn)活性氧所導(dǎo)致的脂質(zhì)過氧化。Hammrmueller等（1984）指出，鋅與銅缺乏可使大鼠肝臟與肺臟的微粒體中依賴NADPH細胞色素P—450還原酶活性增加，導(dǎo)致活性氧產(chǎn)生增多，從而出現(xiàn)脂質(zhì)過氧化。營養(yǎng)不良或營養(yǎng)缺乏還可能誘發(fā)炎癥或其它并發(fā)癥，使NO及其衍生活性氮和活性氧產(chǎn)生[Wepnir，2000]。95％，因此發(fā)生過氧化損傷及線粒體機能失常。如果補充硒，GSH—Px活性下降程度減輕，從而缺硒癥也可好轉(zhuǎn)。Chow等（1973）觀察到動物組織中GSH－Px活性與膳食中硒的供給量成平行關(guān)系。試驗證明，缺銅動物其體內(nèi)Cu，Zn－SOD活性下降；缺乏錳將導(dǎo)致動物組織內(nèi)Mn－SOD活性下降。日糧維生素缺乏也影響抗氧化物酶的生物合成，例如：Housewirsh等（1975）發(fā)現(xiàn)，膳食缺乏維生素E的實驗大鼠其肝臟中過氧化氫酶的活性降低。

　　動物機體內(nèi)非酶的抗氧化劑水平主要取決于它們在體內(nèi)的產(chǎn)生與分解。金屬硫蛋白、銅藍蛋白、硒蛋白與氧化還原蛋白的水平?jīng)Q定于它們的生物合成量及其代謝分解率；尿酸的量則隨代謝變化而變化。谷跳肝肽（GSH）是體內(nèi)很重要的抗氧化劑，其氧化產(chǎn)物為GSSH。GSH/GSSH的比值可以反映體內(nèi)抗氧化防御能力．營養(yǎng)不良時GSH水平下降，GSH／GSSH比值降低，其原因可能是：蛋白質(zhì)缺乏而使GSH合成能力削弱；營養(yǎng)不良時體內(nèi)谷胱甘肽還原酶活性下降，催化GSSH還原為GSH的能力減弱；機體內(nèi)NADPH／NADP的比值受營養(yǎng)狀況的影響而下降，降低了谷航甘肽還原酶的活性。膳食中可為機體提供相當(dāng)量的GSH，食物供給不足時可加劇體內(nèi)GSH的水平下降。此外，試驗已證明動物維生素B2缺乏可造成谷脫甘肽還原酶活性下降（Beutler，1969）。

　　2.3 營養(yǎng)物質(zhì)是自由基所致生物分子損傷修復(fù)的物質(zhì)基礎(chǔ)

　　通常動物體內(nèi)產(chǎn)生的自由基并沒有被清除到生理需要的范圍，而只能維持于正常平衡的極低穩(wěn)定態(tài)水平，因此仍然能損傷及重要的生物分子，如 DNA。蛋白自（酶）和生物膜。不過，機體可使被損傷的生物分子得以修復(fù)或置換。損傷的蛋白質(zhì)可以降解，其代謝產(chǎn)物可進人氨基酸庫參與蛋白質(zhì)的重新合成。被損傷的生物分子在修復(fù)或置換的過程中所需要的物質(zhì)，如核苷酸、氨基酸、脂肪酸、酶系統(tǒng)與輔助因子以及能量來源均以營養(yǎng)物質(zhì)為最終物質(zhì)基礎(chǔ)。飼料或食物中某些天然抗氧化劑及部分非營養(yǎng)素的有效成分可能也直接或間接地在生物分子的修復(fù)或置換過程中起到物質(zhì)基礎(chǔ)的作用。

　　2．4． 某些營養(yǎng)物質(zhì)有利于動物適應(yīng)氧化應(yīng)激和防治某些動物疾病

　　外源性或內(nèi)源性刺激均可使體內(nèi)氧化還原狀態(tài)趨向氧化。氧化應(yīng)激常常會帶來畜禽生產(chǎn)成績下降（例如：熱應(yīng)激使蛋雞產(chǎn)蛋率下降），動物產(chǎn)品品質(zhì)下降（例如：屠宰應(yīng)激產(chǎn)生PSE豬肉），甚至發(fā)生動物疾?。ɡ纾涵h(huán)境應(yīng)激和營養(yǎng)性應(yīng)激引發(fā)肉雞腹水癥）等諸多問題。生產(chǎn)實踐中，為減小氧化應(yīng)激所造成的危害，常常在日糧或飲水中大幅度提高抗氧化劑（如：維生素C、維生素E）的用量。而適宜的營養(yǎng)水平也可以減少和預(yù)防生理性氧化應(yīng)激所造成的損傷。

　　氧化應(yīng)激常常伴隨體內(nèi)活性氧的大大增加，體內(nèi)脂質(zhì)過氧化物，蛋白質(zhì)氧化修飾產(chǎn)物與DNA損傷產(chǎn)物的增加，而抗氧化維生素（如：維生素E）與GSH的消耗量也增加，所以應(yīng)該使抗氧化維生素（如：維生素E，C）與GSH的供給量相應(yīng)增加。試驗和生產(chǎn)實踐皆證明應(yīng)激條件下給動物添加大量的維生素E，抗壞血酸等抗氧化劑有助于動物抗御機體的氧化損傷，從而減少氧化應(yīng)激帶來的危害。Bray（1993）提出，應(yīng)重視組織中GSH的水平，營養(yǎng)狀況與氧化應(yīng)激。他認(rèn)為適宜營養(yǎng)可提高外源性GSH供給量，又可調(diào)節(jié)組織GSH水平，增加抗氧化能力并預(yù)防活性氧所導(dǎo)致的損傷。

　　3 關(guān)注氧化應(yīng)激對于畜牧生產(chǎn)的危害，加強動物營養(yǎng)與自由基的研究

　　動物營養(yǎng)學(xué)作為應(yīng)用型科學(xué)，其研究主要針對生產(chǎn)實際中所需解決的問題，然而前瞻性的研究和基礎(chǔ)研究往往具有更重要和更廣泛的指導(dǎo)意義。氧化應(yīng)激的危害在畜牧生產(chǎn)中已經(jīng)大量存在，只是人們對其研究得十分膚淺，還沒有充分的認(rèn)識到現(xiàn)象與本質(zhì)的聯(lián)系，更未能尋求到解決問題的關(guān)鍵所在。另一方面，我們也可以從確定動物維生素需要量的大量研究中得到啟示，動物營養(yǎng)學(xué)的發(fā)展還必須進一步與更多的新學(xué)科及新技術(shù)相結(jié)合，而動物營養(yǎng)與自由基方面的研究應(yīng)該成為動物營養(yǎng)研究的重要內(nèi)容了。

zhanglei69458

呵呵，動物營養(yǎng)的新東西啊

eliteman

這是非常好的資料，應(yīng)該頂一頂。有關(guān)自由基的資料我一直在關(guān)注。

569136992

多謝了，有實用價值