蛋氨酸大講堂-3 蛋氨酸在單胃動物中的代謝通路

畜牧人小李

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

不同蛋氨酸源的代謝通路

蛋氨酸的前體物轉化為L-蛋氨酸的第一步是將其轉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應的代謝酶，如D-氨基酸氧化酶（D-AAOX）可以將D-蛋氨酸轉化為KMB，L-2-羥基酸氧化酶（L-HAOX）負責把L-HMTBA代謝成KMB，D-HMTBA對應的代謝酶則是D-羥基酸脫氫酶（D-HADH）。在三種前體物轉化為KMB后，非特異性的轉氨酶可以把一個氨基（NH3）轉移到KMB上，從而形成L-蛋氨酸，隨后用于合成蛋白質或其他功能。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化。下圖展示了三種代謝酶分別在體內的表達情況。可以看出，補充D,L-HMTBA可以正向調節D-HADH和L-HAOX的基因表達，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，該結果還印證了我們上一期提到的結論，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。這些結論均證實，D,L-HMTBA的代謝轉化并不會限制L-蛋氨酸參與蛋白質合成的效率。

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，同時生成H2O2。H2O2在體內具有很強的氧化性，是體內活性氧（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），相當于2.5分子的ATP。與此同時，D-蛋氨酸轉化為KMB過程中釋放的氨基（NH3）會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-蛋氨酸轉化為L-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，同時生成NADH（還原型輔酶I），相當于生成了2.5ATP。KMB需要其他氨基酸脫下的NH3來形成L-蛋氨酸。對于D-蛋氨酸來說，其先脫下一個NH3，再轉一個NH3上去，使用的仍然是原來的NH3，只是構型發生了改變。而對于HMTBA，其利用的是體內多余的NH3，這部分NH3本來是需要形成尿素排出體外的，所以HMTBA轉化為L-蛋氨酸的過程中節省了一個NH3，從而達到減排的目的。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，就相當于節省了2ATP。所以，從D-HMTBA轉化為L-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-蛋氨酸的轉化過程則同D-HMTBA一樣，節約了一分子的NH3，即節約2ATP。所以，從L-HMTBA轉化為L-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轉化為L-蛋氨酸可以節省2ATP。

綜上所述，各種蛋氨酸前體物都可以在相應酶的作用下轉化為L-蛋氨酸。各種酶的表達均受到相應蛋氨酸源的正向調控，它們的代謝轉化并不會限制L-蛋氨酸參與蛋白質合成的效率。D,L-蛋氨酸轉化為L-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，其轉化為L-蛋氨酸可以節約2ATP。結合近兩期的內容，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-蛋氨酸的過程中既節能又減排。下一講我們將列舉一些實驗數據來證實D,L-HMTBA在實際生產中能夠發揮與D,L-蛋氨酸同樣的作用。

* 本文中相關的數據可能會因不同的使用環境和條件有所變化。

作者：楊宇翔博士，安迪蘇羅迪美技術經理

轉自：安迪蘇動物營養與健康