蛋白质是维持动物正常生理功能,发挥生产性能的重要营养物质,人们对蛋白质的消化吸收机制,进行了大量的研究。过去一直认为动物采食的蛋白质,在消化道内蛋白酶和肽酶的作用下降解为游离氨基酸后才能被动物直接吸收利用。后来的一些试验发现,使用氨基酸纯合日粮或低蛋白平衡氨基酸日粮,动物并不能达到最佳生产性能。又经大量的研究发现,蛋白质降解产生的某些肽和游离氨基酸一样也能够被吸收,而且与游离氨基酸相比,肽的吸收具有速度快、耗能低、吸收率大等优势。动物能吸收的肽,主要是由10个以下氨基酸残基构成的寡肽,尤其是小肽(二肽、三肽)。本文主要就动物对寡肽的吸收机制及其营养与生理作用作一综述。
1 肽的吸收机制
Newey和Smyth(1960)研究发现,甘氨酸二肽可以完整的被吸收,为肽可以被完整吸收的推断提供了论据。此后人们对肽在动物体内的转运机制,进行了大量的研究,并发现了动物小肠粘膜上存在着肽转运载体。Fei等(1994)、Dantzig等(1994)分别成功克隆了这些载体,至此人们以无可争辩的事实证明了寡肽尤其是小肽确实可以被动物直接吸收利用。
单胃动物对肽的吸收主要是由小肠粘膜上皮细胞来完成的,即主要在小肠中进行,其吸收机制可能有多种,目前已有证据证明的主要有以下几种:l)具有pH依赖性的 H+/Na+交换转运体系(Webb等,1992)。肽转运的动力,来源于质子的电化学梯度:质子向细胞内转运产生的动力驱使肽向细胞内运动。这样肽就以易化扩散的形式进入细胞,引起细胞浆的PH下降,从而活化Na+/H+通道,H+被释出细胞,细胞内的pH恢复到原来水平;然后 Na+/K+ ATP酶再将 Na+泵出胞膜,此过程需要消耗ATP。2)谷胱甘肽(GSH)转运系统(Vince。im,1989)。GSH的跨膜转运可被Na+、K+、 Li+、 CaZ+、 MnZ+激活,其中受 CaZ+的影响最大。该系统的膜外最适PH值为7.5,而且GSH转运载体具有底物专一性,即只能转运GSH。这可能是由于GSH在生物膜内具有抗氧化的功能,故该系统具有十分重要的意义。另外,webh等(1992)认为动物体内存在不依赖Na+浓度、不消耗ATP的肽转运体系。
反刍动物对肽的吸收可分为肠系膜系统和非肠系膜系统(Wehh,1993)。非肠系膜系统(包括瘤胃、网胃、瓣胃。皱胃、十二指肠)是肽吸收的主要途径。McCollum和Whbb(1998)研究了羊瓣胃的GIy-Ser吸收机制,结果表明其转运也是由载体介导,依赖H+的浓度梯度进行的。在相同条件下,瓣胃上皮细胞吸收肽的能力要强于瘤胃上皮细胞。用离体瘤胃上皮细胞和瓣胃细胞研究肽的吸收机制也发现,肽的吸收是不饱和的被动扩散过程。
2 肤的营养作用
2.l 促进氨基酸的吸收,提高蛋白质的沉积率肽吸收系统在氨基酸的吸收中,有很重要的作用。肽吸收系统具有速度快、耗能低、不易饱和等特点,很多试验证明肽中的氨基酸残基比相应的游离氨基酸吸收更快。 Li等(1998)用体重6.5 kg的仔猪进行的试验发现,当十二指肠灌注LyS-Gly二肽时,门静脉的Lys浓度比灌注相应的游离氨基酸混合物都高,而且速度快,表明二肽的吸收率高于游离氨基酸混合物。但Gly的浓度与灌注游离氨基酸相比,并无明显提高,这可能是受该二肽构型影响的缘故。当以肽作为动物的氮源时,机体蛋白质沉积率高于相应的氨基酸纯合日粮。Funabiki(1990)也观察到肽日粮组小鼠体蛋白质合成率较相应氨基酸日粮组高26 %。
2.2 促进矿物元素的吸收利用许多研究证实,酪蛋白水解产物中,有一类含有可与 Ca2+、Fe2+结合的磷酸化丝氨酸残基,能够提高它们的溶解性。李永富等(2000)报道,对l~21日龄的乳猪饲料中分别添加小肽铁、右旋糖着铁,结果发现小肽铁组血清铁蛋白的含量明显高于右旋糖音铁组,而血清铁蛋白是反映机体铁储备最敏感的指标,这说明小肽铁更有利于铁的吸收;又由于右旋糖着铁具有毒性,剂量大时对乳猪副作用大,因此小肽铁用作仔猪补铁剂效果更佳。也有研究指出,在鲸鱼苗日粮中添加小肽后,能极大减少骨骼的畸形率。这可能是由于有些小肽具有与金属结合的特性,从而促进 Ca2+、 Fe2+、 Cu2+和 Zn2+的被动转运过程及在体内的储存。Meisel等(1989)从牛的αsl一酪蛋白中得到一个磷肽,为αsl一酪蛋白的66~75氨基酸残基构成的肽片段: Ser- Ser-Gin-Gin-lie-Val-PrO-Asn,其丝氨酸残基几乎被磷酸化,可与 Ca2+、Fe2+、Cu2+和Zn2+形成可溶性盐,促进这些离子吸收。
2.3 提高动物的生产性能肽能够提高动物的生产性能,其原因可能与肽链的结构及氨基酸残基序列有关。某些肽在消化酶的作用下,降解产生具有特殊生理活性的小肽,直接被动物吸收利用,参与机体生理活动和代谢调节,从而提高其生产性能。仔猪日粮中添加少量小肽后,其增重速度和采食量提高,腹泻率明显降低(王碧莲,2000)。PoCillS等(1981)报道,黑白花奶牛吸收的GSH在乳腺GTPase的作用下降解为Gly、Cys,可作为乳蛋白合成的原料,促进乳蛋白合成。用小肽替代日粮中部分蛋白质饲料后,鱼苗的生长速度和存活率提高;胰凝乳酶和Υ一谷氨酸转肽酶的活性提高,氨肽酶的活性降低;小肠消化功能发育提前。
3 肽的生理活性作用
3.l 具有阿片肽活性,调节机体生理功能肽类是神经系统的重要活性物质,这些肽类很多是寡肽。很多研究证明,许多很普通的蛋白质,在消化酶的作用下,可以分解产生活性肽。Zioudrou。等(1979)研究发现,α一酪蛋白在胃肠道消化酶的作用下,降解产生含有7~10个氨基酸残基的酪啡肽,这种肽的氨基酸排列顺序与内源的阿片肽的N一末端序列相似。张源淑等(1999)报道,从酪蛋白的胃蛋白酶水解产物中,分离出的一种小肽,可以显著抑制细胞腺音酸环化酶活性,降低细胞内cAMP水平,具有阿片肽活性。Meisel等(1989)从饲喂牛酪蛋白的猪空肠食糜中分离到一种肽,为β一酪蛋白的59~70氨基酸残基片段:Tyr-Pro-Phe - Pro- Gly - Pro- lie - Pro- Asn -Ser、-ler,它在阿片肽受体分析中显示出很高的亲和性。这种肽可直接作用于消化道中的阿片肽受体,影响胃肠道的运动或者作为胃肠道激素的外源性调节剂;也可能在小肠刷状缘降解成更小的疏水性阿片肽,穿过肠粘膜进入外周血液,再通过血脑屏障与脑中的阿片肽受体结合,发挥镇痛、睡眠诱导、呼吸抑制、减缓心跳、降低血压等功能。后来的研究发现,从酪蛋白水解产物中纯化出的六肽Tyr-Pro- Phe- Pro- Gly- Pro- lie和四肽 Tyr- Pro-Phe-Pro也具有阿片肽的活性。
3.2 参与机体的免疫调节,提高免疫机能蛋白质尤其是乳源蛋白降解产生的肽,在机体的免疫调节中发挥着重要作用。JOlles等(1981,1982)。Parker等(1984)从酪蛋白的胰蛋白酶一糜蛋白酶降解产物中分离得到免疫刺激肽,这两种肽能激活巨噬细胞的吞噬功能。这两种肽分别是人β一酷蛋白的54~59氨基酸残基构成的六肽Val-Glu- Pro- lie- Pro- TyT和 60~62残基构成的三肽 Gly- Phe-ten。二者在很低的浓度下(0.1μmol/l),就能激活鼠腹膜巨噬细胞对绵羊红细胞的吞噬作用(Parker等,1984人从牛乳酪蛋白中分离到两种免疫刺激肽:即三肽kll-kll-N和六肽 Thr- Thr- Met- Pro- ten- Trp,二者分别是β一酪蛋白的191~193残基和αsl一酪蛋白的C端构成的肽段,都有刺激巨噬细胞的作用。
缓激肽能够刺激巨噬细胞的生长,促进淋巴细胞的转移和淋巴因子的分泌,而血管紧张素一1转化酶(ACE)会使缓激肽失活。酪蛋白降解产生的某些肽段能够降低ACE的活性,从而减弱其对缓激肽活性的抑制作用,使缓漱肽活性升高,提高机体的免疫机能。Maruyajna等(1985)报道,这类酪蛋白的肽段包括: Cell2(αsl一酪蛋白的 23~ 34残基)、CEIS(Cell2的 N端五肽)、CE印入卜酪蛋白的第173-183残基)以及αsl一酪蛋白的C端六肽( Thr-Thr-Met-Pro-ten-Tyr).Julius等(1988)发现牛初乳乳清中的一段富含脯氨酸的肽段也有免疫调节作用,它能够促进B淋巴细胞的生长和分化。
3.3 降低血压的功能肾素一血管紧张素系统是机体进行血压调节的重要途径。通常情况下,肾素作用于血管紧张素原,释放出无活性的血管紧张素一Ι,然后在ACE作用下转化成有活性的血管紧张素一Ⅱ,从而提高血压。Mmpama等(1989)报道,牛αsl一酪蛋白的23~24、23~27和194~199氨基酸残基以及β一酪蛋白降解的177~183氨基酸残基等4个肽片段能够抑制ACE的活性,并可能提高缓激肽的水平,从而使血压下降。Kohln。等(1989,1990)研究发现,人β一酪蛋白的39~52氨基酸残基和κ一酪蛋白的61~65氨基酸残基组成的肽段,具有明显的降压功能。
3.4 抗凝血作用 凝血与凝乳是机体内两种十分重要的凝集过程,二者具有很大的相似性。JollbS等(1986)发现,在凝乳酶的作用下,牛κ一酪蛋白降解产生的106~116氨基酸残基构成的肽段: Met-Ala-lie-Pro-Pro-Lys-Lys-Asn-Gln-Asp-Lys,其活性高于人的血浆纤维蛋白原γ一链 C端的十二肽: HiS-HIS-lull-Gly- Gly-Ala-Lys-Gin-Ala-Gly-ASp-Val,具有抑制二磷酸腺着(ADP)诱导的血小板凝集及其与血浆纤维蛋白原结合的作用。比较这两种肽的氨基酸组成,可以看出有三处是相同的或同源的。MSZOyer等(1990)发现,人乳运铁蛋白的39~42氨基酸残基构成的四肽:Lys-Arg-Asp-Ser( ChDS)能抑制ADP诱导的血小板凝集反应,其平均抑制浓度为 350 pmol/L。在其浓度达 750 pmol/L时则可抑正常血小板凝血酶诱导的五羟色胶释放。用小鼠和豚鼠进行的试验也发现,ANDS能抑制ADP诱导的血小板凝集反应。Wu等(1992)用狗进行的试验发现,KRDS能抑制动脉血栓的形成。
3.5 肽的其他生理活性作用Azuma等(1989)将人乳中提取的β一酪蛋白分离纯化,再用胰蛋白酶进行降解,并用高效液相色谱法(HPLC)将降解的肽段分开,然后用这些肽段分别进行试验,结果发现卜酷蛋白的l~18氨基酸残基构成的肽段和105-107氨基酸残基构成的肽段能够刺激BALB/c3Th细胞DNA的合成,并促进了细胞的增殖。
Stan和Chemikov (1982)报道,酪蛋白降解产生的κ一酪蛋白糖肽能抑制鼠胃酸和胃泌素的分泌,从而降低蛋白分解酶活性。Fiat等(1989)指出,初乳κ一酪蛋白的C端六肽,可抑制凝乳酶的活性。还有研究发现,牛αsl一酪蛋白的1~23氨基酸残基构成的肽段具有抗菌活性。
4 影响肽吸收的因素
肽的吸收和转运是一个十分复杂的过程,它受日粮组成、采食量、肽的构型及动物的生长阶段和年龄的影响。
Savoie等(1987)对19种动物性、植物性(豆科、谷物)蛋白进行体外消化试验,在胃蛋白酶一胰蛋白酶作用下,动物性蛋白质产生的肽量最高,豆科蛋白质次之,而谷物蛋白质的肽量最低。Chen等(1987)对奶牛的试验表明,当饲喂溶解性好的鱼粉时,其瘤胃寡肽的吸收率,较未经处理的豆粕低。这可能与反刍动物的消化道内环境及瘤胃微生物的作用有关。他们的研究还指出,黑白花奶牛日粮豆粕含量为14.5 %、17.l%20.6%时,其瘤胃吸收肽的量分别为22.33、34 g/d,这说明奶牛对肽的吸收与其日粮的蛋白质水平有关。Wihb等(1992)报道,长期限饲的大鼠肠组织吸收左旋蛋氨酸(L-Met)和L-Met-L-Met的能力上升。对人体的研究发现,当限制饮食时肠道肽酶的活性下降,寡肽的释放量下降。而当供给蛋白质充足的饮食时,肽酶的活性则会升高,从而小肽的释放量增加。氨基酸残基的构型,是影响小肽转运的重要因素。当赖氨酸位于N端与甘氨酸构成Th肽时,要比它位于C端时吸收速度快;而当它在C端与谷氨酸构成二肽时,其吸收速度更为迅速。
5 结语
在动物对蛋白质的利用中,肽吸收机制起着很重要的作用,这种机制使得氨基酸的吸收比降解为游离氨基酸再吸收更快,从而提高了动物对蛋白质的利用率。不仅如此,有些肽还可以作为生理活性物质直接被动物吸收,参与动物生理功能和代谢调节。因此肽吸收对动物有着十分重要的意义。但到目前为止人们对肽的吸收、转运、代谢机理和生理意义还不十分清楚,尚需更多更深入的研究。