叶酸的营养研究及应用

叶酸的营养研究及应用 叶酸的营养研究及应用 《饲斟工业》?2007年第28簋第18期 蚤西口口 苗淑彦麦康森 叶酸f蝶酰单谷氨酸)是指具有相关生物活性的一 类同效维生素,其不同的辅酶形式可以作为一碳单位 的供体或载体而发挥作用,主要参与以下几类反应:? 蛋氨酸合成;?嘌呤和嘧啶的合成;?丝氨酸和甘氨酸 的相互转化:?组氨酸的降解.关于其分子生物学及 分子生物化学方面的研究成果引起了人们的极大关 注.一方面,以摄食和药物形式摄取叶酸在预防一系 列疾病方面发挥着重要作用;另一方面,由于其参与 核酸的合成.因此对于维持基因的稳定性也很重要. 1叶酸的结构 叶酸由蝶啶环,对氨基苯甲酸,谷氨酸3部分构 成.这类化合物之间的主要区别在于其吡嗪环,吡嗪 环上有不同形式的取代物,并且其邻位——氨基苯甲 酰谷氨酸部分能结合不同数量的谷氨酸残基,这样就 产生了不同形式的叶酸:?吡嗪环被部分还原——二 氢叶酸;?吡嗪环被完全还原——四氢叶酸;?吡嗪 环被甲酸氧化——5一甲酰基一四氢叶酸或10一甲酰 基一四氢叶酸或5,10一次甲基一四氢叶酸;?吡嗪环被 甲醛氧化——5,10一亚甲基一四氢叶酸;?吡嗪环被甲 醇氧化——5一甲基一四氢叶酸.由于叶酸形式的多样 性,所以在详细探讨叶酸的生化机制方面也存在一定 的难度 2吸收和转运 动物摄食叶酸后,多谷氨酸形式的叶酸必须先降 解为蝶酰单谷氨酸(PGA)才能被小肠吸收.Said等 (1985,1987)在大鼠及人体内的研究和Reisenauer等 f1971)对猪的研究表明,叶酸穿过肠粘膜的转运是与 Na+偶联的载体转运过程.另一种转运机制是简单扩 散,这种转运机制在肠腔pH值较高或叶酸浓度达到 药理水平时占主导地位(Rosenberg等,1986;Rosenberg 等,1987:Halsted等,1992;Mason等,1992). 关于叶酸在鱼体内的转运机制,得出了有趣的结 论:在冷水性鱼类,如斑点叉尾$~(Casirola等,1995). 苗淑彦.中国海洋大学水产动物营养实验室,264006,山 东青岛. 麦康森,单位及通讯地址同第一作者. 收稿日期:2007—07—23 其转运方式属于自由扩散,而在暖水性鱼类,如虹鳟 鱼(D0natella等,1997)属于载体转运. 叶酸进入细胞内的过程则依赖叶酸结合蛋白所介 导的内吞作用方式(Selhub等,1989a;Selhub等,1989b; Bim等.1993).5一甲基一四氢叶酸进入细胞后,必须在 维生素B:依赖性甲基转移酶催化下脱去甲基转变成 四氢叶酸,才能在叶酸多聚谷氨酸合酶的作用下形成 叶酸多聚谷氨酸.这是因为四氢叶酸是多谷氨酰化的 最适底物,而5一甲基一四氢叶酸作为底物的活性较差 (Kim等,1993;Lin等,1993;Osborne等,1993;Lin等, 1994:Lowe等.1994). 目前发现的结合蛋白包括3类:一类是高亲和力 的膜叶酸结合蛋白;另一类是低亲和力的膜叶酸结合 蛋白,其中低亲和力的膜叶酸结合蛋白对氧化状态的 叶酸不起作用(Antony等,1992;Ratnman等,1992); 第三类是位于细胞内的叶酸结合蛋白,主要存在于线 粒体和细胞浆中.细胞浆中的叶酸结合蛋白有两种被 证实为10一甲酰一四氢叶酸脱氢酶和甘氨酸N一甲基 转移酶(Cook等,1984;Min等,1990);线粒体中的叶 酸结合蛋白则分别为二甲酰甘氨酸脱氢酶和肌氨酸 脱氢酶(Wittwer等,1981). 3叶酸在体内的分布特点 叶酸在动物体内的存在形式及分布因动物种类 的不同而略有差异.综合相关资料发现,对叶酸体内 分布的研究主要集中在3种组织中:血浆,血清以及 肝脏.在人体内,5一甲基一四氢叶酸是血浆内叶酸的主 要存在形式(Stokstad和Koch,1967).Yasuham等 (2000)通过对猪的研究证明,四氢叶酸和5一甲基一四 氢叶酸是血清中叶酸的主要组成部分.对鼠(Home 等,1989)和鸡(Noronha和Silverman,1962)的研究表 明.5一甲基一四氢叶酸虽然是肝脏叶酸的主要组成部 分,但在鼠肝脏中的含量却相对较少(50%,60%),其 余部分由10-甲酰基一四氢叶酸,5一甲酰基一四氢叶酸 及四氢叶酸组成.而在斑点叉尾鲴血浆内,5一甲基一四 氢叶酸的含量不足总体叶酸含量的一半;相反,肝脏 中的叶酸却以5一甲基一四氢叶酸为主,占到叶酸总量 的86%,98%(Duncan等,1993). 4叶酸的代谢 4.1代谢反应的发生过程 . 一苗淑彦等:叶酸的营养研究及应用 叶酸在生物体内的代谢主要可以分为3个部分,小牛的日粮中添加叶酸能促进其 生长. 这3个部分可以看作是叶酸作为"一碳单位转移载在日粮中添加叶酸也能明显改善动物的繁殖性 体"的辅酶功能的发挥过程.能.关于这一方面的内容.以猪为研究对象的报道比 第一部分是参与丝氨酸和甘氨酸的相互转化的较多.在母猪的日粮中添加适量叶酸,母猪的窝产仔 过程.多谷氨酸叶酸从丝氨酸上得到一个一碳单位形数和仔猪的存活率都高于低叶酸添加组(Matte,1984a, 成5,1O一亚甲基一四氢叶酸.由于丝氨酸是由葡萄糖b;Lindemann,1989;Matte,1992;Matte,1993). 合成的,所以这种叶酸依赖性合成反应属于重新合成5.3对动物免疫力的影响 作用,促进了葡萄糖的分解.自此,5,1O一亚甲基一四氢叶酸缺乏时,动物的免疫力下降.对雏鸡的血涂 叶酸分别进入叶酸代谢的第二和第三部分.片观察发现,叶酸添加量较高时,T细胞含量较缺乏 第二部分参与胸苷酸的从头合成途径.5,1O一亚组和低剂量添加组均明显升高(P<0.05),且死亡率显 甲基一四氢叶酸递给脱氢尿苷一磷酸一个甲基重新着下降.因为T细胞含量是机体免疫力的重要指标, 形成二氢叶酸谷氨酸,完成了尿嘧啶到胸腺嘧啶的因此认为叶酸可提高机体的免疫力(尹秀玲等, 转化.2002).叶酸对动物免疫力的影响机理.可能是叶酸对 第三部分参与蛋氨酸的合成反应.5,1O一亚甲基一免疫细胞的生成和机体免疫酶的合成具有促进作用. 四氢叶酸经亚甲基四氢叶酸还原酶作用转变成甲基5.4叶酸的抗氧化功能 四氢叶酸,而生物体内由甲基受体(磷脂,DNA,蛋白用脉冲辐射法通过体外试验研究了叶酸与ClOj, 质,神经递质等)代谢产生的同型半胱氨酸在钴胺素Ni,SO4一,'OH,O'一等自由基反应的过程,证明叶酸通 依赖性蛋氨酸合酶的作用下,从甲基四氢叶酸上得到过与自由基的竞争结合,可清 除体内自由基,防止自 一 个甲基.形成蛋氨酸.蛋氨酸进一步与甲基受体反由基对生物的损害,并指出叶酸抗氧化功能的基础是 应重新生成同型半胱氨酸,形成"蛋氨酸一同型半胱氨C位上的OH基团(Joshi等,2001).Pierrestocker等 酸"循环.甲基四氢叶酸也脱甲基形成四氢叶酸后重(2003)用AAPH对人类血液进行氧化损伤试验,随后 新进入代谢循环.用叶酸和抗坏血酸等进行抗氧化试验,结果表明,叶 4.2代谢反应的调节酸具有明显的抗氧化功能,对修复后的大鼠血小板和 对叶酸参与大量反应的认识促进了人们对叶酸巨噬细胞的分析表明,叶酸缺乏造成n一3,n一4不饱和 代谢调节机制的探讨.Krumdieck(1985)认为,叶酸代脂肪酸浓度降低.分析原因可能是由于叶酸缺乏导致 谢是两个主要基团在细胞内竞争利用叶酸的反应:蛋高半胱氨酸所启动的脂肪过氧化(Philippe等,1996). 氨酸的合成和胸苷酸的合成调节着叶酸在体内的代此外,叶酸对动物消化酶的合成,分泌(Elseweidy 谢.其中以蛋氨酸的合成更为重要,因为蛋氨酸不仅等,1984),神经递质(Gospe等,1995)等均有明显影响. 是蛋白质的结构单元和多胺的来源,而且是一百多种6叶酸缺乏机理分析 反应通用的甲基供体——S一腺苷蛋氨酸的前体物质,6.1缺乏症状 所以根据这种"拔河"理论推测.当体内叶酸不足时,叶动物缺乏叶酸一般表现为生长迟缓及生长畸形 酸辅酶将首先放弃核酸的合成而趋向于合成蛋氨酸.等,严重时还能导致贫血等一系列疾病的产生.鸡缺 5叶酸的生理功能乏叶酸时能引起生长不良,羽毛生长差及骨粗短(高 5.1对蛋白质代谢的影响志花,2000).猪缺乏叶酸时引起增重减慢,被毛褪色, 叶酸以辅酶的形式在一碳单位的转移和利用方巨红细胞贫血,白细胞和血小板减 少,红细胞压积降 面发挥重要的作用.参与嘌呤和嘧啶的合成,为DNA低和骨髓增生(NRC,1998).对鼠的试验表明,叶酸缺 的合成提供原料;另外,叶酸协助甘氨酸和丝氨酸的乏会使脑部生物胺及其代谢物的浓度均高于正常鼠, 相互转化,组氨酸的降解及蛋氨酸的合成,在蛋白质并改变下丘脑中的血清素系统,影响一些神经介质从 代谢中发挥重要作用.摄食叶酸不足的大鼠体内,蛋而导致鼠的行为异常.人体缺乏叶酸能引起一些较为 白质降解速率显着降低(FelieiaStern等,2004).严重的疾病,如神经管缺陷症,痴呆等神经性疾病,并 5.2对动物生长和繁殖的影响且与癌症的发生也有一定的关系. 刘安江(1991)报道,雏鸡日粮中添加叶酸可使雏6.2细胞水平机理分析 鸡体重显着增高.Levesque等(1993)研究发现,肉用Baily(1990)认为,叶酸缺乏时,先是血液中叶酸 . 苗淑彦等:叶酸的营养研究及应用 水平降低,红细胞叶酸含量减少,然后才是组织中的 叶酸含量的降低.Brody等(1984)认为,红细胞中的叶 酸水平是反应机体叶酸储存状况的最精确的指标. 如果机体叶酸缺乏.将导致红细胞内DNA合成 减少,使红细胞的分裂和增殖时间延长,因其胞浆的 血红蛋白生成过程不受影响,故细胞核的发育落后于 细胞浆,致使红细胞的胞体过大,出现"浆老核幼"的 不平衡现象,形成巨幼红细胞.并且因为核内DNA复 制减缓,易见有丝分裂期的双核型巨幼红细胞,红细 胞发生变形,扭曲,表面凹凸不平(Beutler等,1995). 由于红细胞生成速度变慢,且异形红细胞在骨髓中易 遭受破坏,成熟红细胞寿命也较短,所以容易引起巨 幼红细胞性贫血(Bick,1993). 6I3基因水平机理分析 叶酸在DNA代谢中发挥重要作用,生物体内叶 酸缺乏将导致尿嘧啶(dUMP)合成胸腺嘧啶(dTMP) 的反应被阻断,造成尿嘧啶大量积累并在DNA合成 的压力下错误地掺入DNA链(Krumdieck.1983;Mel— nyk等.1999).引起点突变.有可能导致DNA单链或 双链的断裂,染色体断裂或微核的形成(Pogribny等, 1995;Kim等,1997;Duthie等,1998;Everson等,1988). 另外,由于蛋氨酸和S一腺苷蛋氨酸是生物体内维持甲 基化反应的甲基供体的来源,如果二者缺乏,将影响 DNA产物的基因表达和DNA结构(Zingg等,1997),而 叶酸正是蛋氨酸合成所必需的辅酶,所以体内叶酸缺 乏对DNA的损伤是显而易见的. 7叶酸营养状况的功能性评价 7.1直接测定 对血清内叶酸含量的测定是评价叶酸营养水平 最普遍的.但是,由于血清叶酸水平对叶酸摄入 量的变化和叶酸代谢的暂时变化较为敏感.因此,低 血清叶酸水平不总能反映体内贮存的耗竭.测定红细 胞中叶酸含量则是评价机体叶酸贮存的最精确的方 法,因为血细胞携氧参与体内代谢反应的重要性.故 如果体内叶酸不足时,最先在红细胞内得到体现. 7.2间接测定——功能和合成产物的分析 叶酸缺乏时.能引起体内重要部分生化反应的改 变.组氨酸转化为谷氨酸的代谢受到干扰,引起尿中 亚氨基谷氨酸(FLGLU)和尿苷酸的排出量增加 (Sauberlich等,1974).叶酸缺乏也影响腺嘌呤化合物 的从头合成,结果使腺嘌呤的前体(氨基咪唑羰基酰 胺)通过尿液排出的量增加(Saubedich等.1974). 7.3其它 另外,叶酸缺乏时,可使同型半胱氨酸转化为蛋 氨酸途径受阻,造成同型半胱氨酸浓度升高,产生高 同型半胱氨酸尿症(Lin等,1989;Jacob等,1994;Philppe 等,1996).因此,可以通过测定尿中的同型半胱氨酸的 浓度作为衡量叶酸营养状况的参考指标. 8叶酸需要量的研究 8.1影响叶酸需要量的因素 不同种类的动物对叶酸的需要量的差别较大.有 的动物肠道微生物能合成少量叶酸,早在1971年已 经证实了一些反刍动物,如牛等体内能合成叶酸,并 能满足正常情况下的机体利用.有的鱼类体内的微生 (1971)从虹鳟鱼肠道内 物能合成叶酸,Kashiwada等 分离出能合成叶酸的微生物,从而证实了Aoe等通过 养殖试验得出的相同结论(Aoe等,1967).Duncan等 (1993)通过在基础饲料中添加叶酸拮抗剂——琥珀 酰磺胺噻唑的试验证实:斑点叉尾鲴肠道微生物也有 合成叶酸的能力(Duncan等,1993). 叶酸与其它营养素的相互作用也会影响其需要 量.在小鸡日粮中添加蛋氨酸会降低叶酸的需要量, 因为它节省了在体内由同型半胱氨酸转化为蛋氨酸 所需要的叶酸的数量.另外,日粮中过量的蛋白质和 脂肪也会增加动物对叶酸的需要量.主要是因为蛋白 质进人体内需要被分解及蛋白质代谢产物——尿酸 的合成均需要叶酸.体内一些微量元素如维生素B 维生素C及铁,锌等的状况都与叶酸的需要量有关. 另外.机体内一些叶酸代谢酶的缺陷会阻碍叶酸 代谢的顺利进行,增加叶酸的需求量.有关叶酸代谢 酶的研究以对甲基叶酸还原酶(MTHFR)的研究最 多.Goyette等(1994)从人体内分离并确定了MTHFR 基因,但位于677位上的CC或CT基因有时能发生 点突变成Tr基因.而677基因型的辅酶功能仅相 当于C/C或C/T基因型的50%,因此将增加机体对叶 酸的需求量. 8.2确定叶酸需要量的指标 物质需要量的确定一般从3方面进行考虑:满足 生长,集体储存及生理,生化功能的发挥.Andrew等 (1993)~以鼠为例研究了鼠对叶酸需要量的指标的选 择,结论认为:?叶酸添加量较低时,叶酸摄入量与生 长具有高度相关性:但当叶酸添加量较高时.叶酸摄 入量与生长几乎没有相关性.所以可以用拐点模型来 描述叶酸摄入量与生长的关系.?血浆与肝脏中的叶 酸含量与叶酸摄入量呈线性相关.而全血和机体内叶 酸与叶酸摄入量则呈指数相关.建议血液及组织含量 《饲斟工业》?2007年鞭28簋鞭18朋 微量元素锆在《动物营《养上帕《研究与l应用 董海军周容 钴(Co)是维生素B和一些酶(如核糖核酸酶等) 的组成成分,主要通过维生素B参与机体造血和营 养物质的消化,代谢(蛋白质,脂肪和碳水化合物)等 过程,促进动物的生长. 1钴的理化性质及其代谢状况 1.1理化性质 钴是顺磁性银白色金属,其主要物理,化学参数 与铁,镍接近,属铁族元素.钴在水及空气中稳定,易 溶于硝酸,逐渐溶于稀盐酸和硫酸.容易被氨水和氢 氧化钠侵蚀. 1-2在动物体内的代谢 钴是动物营养学中一个比较特殊的必需微量元 素.动物体内钴的营养代谢作用实质上是维生素B 的代谢作用. 1.2.1钴的吸收 钴一部分以维生素B的形式,另一部分以钴蛋 白复合物和无机盐的形式进入体内.钴的吸收与食物 董海军,四川农业大学动物营养研究所,625014,四川雅安. 周容,四川农业大学动物科技学院. 收稿日期:2007—07—14 中钴的含量及存在形式有密切关系.当机体缺乏钴和 维生素B时,对钴的吸收能力增强;可溶性的二价钴 盐还以离子fCo2+1的形式被吸收.钴的吸收部位主要是 小肠,此外还有胃,呼吸道等.有研究表明,饲料中的 钴20%,95%可以在小肠(主要是回肠)被吸收,机体 缺铁时对钴的吸收更多.此外.钴还可以粉尘形式经 呼吸道进入机体. 1.2.2钴的排泄 一 般情况下,钴在体内贮存的量很少,反刍动物, 马属动物和兔子可将摄入的钴合成维生素B其它 动物将吸收的大部分钴排泄.钴主要通过尿液排泄, 少量经胆汁进入肠中随粪便排出体外.也有少量随肠 道,毛发,乳汁和汗腺等途径排出. 2钴的来源及在动植物体内的含量与分布 2.1钴的来源 钴源包括无机钴fCo2+1和有机钴两种形式,无机钴 有氯化钴,硫酸钴(含1个结晶水1,碳酸钴,醋酸钴和 氧化钴等;有机钴包括高钴酵母和螯合钴f如丙酸钴, 蛋白钴,氨基酸钴和甲基吡啶羧酸钴1. 2.2钴在动植物体内的含量与分布 钴在机体中含量很低,每千克体重约为30,60 分布于动物体内的所有器官中,尤以肾脏,肝脏,骨, 可作为参考指标使用.通常认为,红细胞内叶酸水平0.3,0.6mg/kg,并且对血液学特征做了观察,当叶酸缺 是机体叶酸状况的最精确的指标.乏时,有少量巨幼红细胞出现,将近70%的细胞呈现 8.3叶酸需要量的研究"浆老核幼"现象;相对幼体虹鳟而言,斑点叉尾鲴的 迄今.对叶酸需要量的研究报道并不多.在恒温脊叶酸需求量相对较高,为1.2mg/kg,并且斑点叉尾鲴 椎动物中研究的种类有鸡(0.55mg/kg),鼠(1.0mg/kg),的肠道微生物具有较高的合成叶酸的能力(Duncan 猪f0.3mg/kg)~其它几种动物(McDowell,1989).在人等,1993).Lim(2001)对尼罗罗非鱼的叶酸需求量也做 体对叶酸的需要量方面进行的研究较多,也最为复杂,了研究,并且考虑以生长和血液学为指标,以免疫力 为维持正常的生理作用的发挥,叶酸推荐量为400g/d和疾病抵抗力为参考指标确定了尼罗罗非鱼的叶酸 (Selhub等,1993).通常,人体为预防和治疗一些疾需求量为0.5,1.0mg/kg.在甲壳动物的研究中,仅草 病,也会适量地增加叶酸的摄取量,如怀孕期的妇女虾一例,Shiau等(20011以生长,肝脏叶酸含量,肝躯指 会增加对叶酸的需求,如果不及时补充足量的叶酸,数(HIS)为指标确定草虾叶酸需求量为1.9,2.1mg/kg. 可能会导致流产,早产,胎盘脱落以及婴儿先天性畸许多研究发现.叶酸的营养状况与人体一些重大 形等.疾病,如癌症,乳腺癌,肿瘤等的发生有关,因此,叶酸 近20年来,对水产动物叶酸需要量的研究报道的研究状况也越来越引起人们的关注. 较少.Cowey等(1993)分别以生长和组织含量(肝脏,(参考文献70篇,刊略,需者可函索) 肾,血液)为指标,确定幼体虹鳟的叶酸需求量不超过(编辑:徐世良,fi-xu@163.com) 0