1、胍基乙酸的体内代谢及在动物生产中的应用摘要:胍基乙酸是一种新型的营养性饲料添加剂,对提高动物生产性能、改善肉质和促进能量代谢等方面具有重要作用,作者综述了近年来胍基乙酸的体内代谢及在动物生产中的研究进展,为胍基乙酸的进一步研究提供了一定基础。关键词:胍基乙酸;代谢途径;肌酸;能量代谢;生产性能胍基乙酸又称胍乙酸(guanidine acetic acid,GAA)和 N-咪基甘氨酸(N-Amidinoglycine),分子式 C3H7N3O2,分子质量为 117 ku,无色叶片状或针状结晶,溶于水,极微溶于乙醇和乙醚。GAA 最早由 Weber 从人尿和狗尿中分离出来,并提出 GAA是肌酸(c
2、reatine)的前体物,是代谢中间产物并由尿排出,但没有对 GAA 的形成机理进行研究。目前,关于 GAA 及其盐用作饲料添加剂的研究主要集中在植物性饲料,特别是含有盐酸盐和磷酸盐的植物。使用剂量根据动物种类、年龄及生理状况以颗粒、粉末、胶囊的形式或结合其他生理活性物质一起添加到饲料中。1 GAA 在动物体内的代谢途径GAA 是人和动物体内合成肌酸的主要内源性物质,而肌酸既可以从日粮中获得也可以通过生物体自身合成,所以肌酸也被称为半必需营养物质。GAA 是由甘氨酸和 L-精氨酸形成的,即 L-精氨酸的胍基键被 L-精氨酸甘氨酸咪基转移酶(AGAT)切开转变为 L-鸟氨酸,切下的咪基被转移到甘
3、氨酸上形成 GAA(Bloch 等,1940),所以又称甘氨酸衍生物,分布在动物全身的各个组织器官中(Borsook等,1941;Borsook 等,1947),而且是尿中的常规成分(Jaffe,1906;Weber,1936;Bodansky 等,1937)。在哺乳动物中,GAA 起初被认为只能在肾脏中合 V成,后来研究结果发现,其在肝脏和胰脏中同样可Effect of Increasing Amounts of Free Linolenic Acid Infused into theDuodenum of Lactating Dairy Cows on Oxidation Stabilit
4、y of Milk FatLIU Qing-sheng1,2, WANG Jia-qi2, Khas-Erdene2, YANG Guang2, ZHAO Guo-qi1(1. College of Animal Science and Technology of Yangzhou University, Yangzhou 225009 ,China;2. State Key Laboratory of Animal Nutrition , Institute of Animal Sciences,Chinese Academy of Agricultural Sciences , Beiji
5、ng 100193, China)Abstract: This experiment used four primiparous Holstein cows infused with free linolenic acid (0, 100, 200, 300, 400 g/d) into the duodenum of dairy cows in cross-over design, the author investigated the effect of increasing amounts of free linole-nic acid on the content of fatty a
6、cids and oxidation stability in milk fat. The results observed that the content of polyunsaturatedfatty acids, especiallyA-linolenic acid increased significantly in milk fat, but the total activity of superoxide dismutase and totalantioxidant activity were all have the tendency of decreasing, howeve
7、r, the thiobarbituric acid reactive substances have the op-posite tendency. The results showed that fatty acid profile and the oxidation stability in milk fat would be influenced by increas-ing amounts of free linolenic acid infused into the duodenum of dairy cows.Key words: linolenic acid; fatty ac
8、id; oxidation stability#13#中国畜牧兽医 2010 年第 37 卷第 6 期动物营养与饲料科学以合成。随后 GAA 通过血液循环被转运到肝脏,和腺苷蛋氨酸(SAM)通过 S-腺苷蛋氨酸)胍基乙酸 N-甲基转移酶(GAMT)的催化形成肌酸(Du 等,1937;Daly 等, 1985; Stead 等, 2001; Komoto 等,2003)。Walker(1979)研究结果表明,L-精氨酸和甘氨酸合成 GAA 是生物体合成肌酸的主要调节点和限速步骤。McGuire 等(1984)进一步研究结果表明,肌酸能够通过反调节机制调节 AGAT 的表达(Van 等,1992;
9、Guthmiller 等,1994),但不能反调节GAMT 的表达(Walker, 1979)。这样就不能把GAA 和肌酸的合成顺序颠倒,一定是先合成 GAA然后合成肌酸。Walker 进一步研究 GAA 转变为肌酸的新陈代谢过程表明,S-腺嘌呤核苷同型半胱氨酸(SAH)可以通过腺嘌呤核苷同型半胱氨酸水解酶形成腺嘌呤核苷和同型半胱氨酸。生物体内甲基化和同型半胱氨酸的形成是联系非常紧的两个过程(图 1)(Georges 等,2009),可以更直观的了解GAA、肌酸和同型半胱氨酸在体内代谢过程。通过人体稳定甲基平衡和甲基需要评估的研究结果表明,GAA 甲基化形成肌酸所需要的甲基主要来源于 S-腺嘌
10、呤核苷蛋氨酸(ASM)而不是和其他甲基化反应的联合(Mudd 等,1975,1980;Wyss 等,1994,2000;Stead 等,2001)。Stead 等(2006)研究结果表明,日粮中添加 GAA 会导致甲基需要量的增加,这样就会导致动物发生胱氨酸血症(Stead等,2001;Fukada 等,2006;Setoue 等,2008;Ohuchi等,2008)。目前,关于 GAA 在肠道吸收效率的可靠证据并不多,然而如果 GAA 穿过肠道黏膜的机理和穿过肌细胞膜相似(即通过肌酸载体将其由肌细胞外转入肌细胞内),就可以表明 GAA 在肠道的吸收率和在肌细胞的吸收率一样高。最后 GAA 以
11、和穿过肠道的方式一样穿过肾脏而排出体外(Wyss 等,2000;Hoberman 等,1948)。图 1 GAA、肌酸和同型半胱氨酸主要代谢途径2 GAA 在动物生产中的应用2.1 GAA 对动物能量代谢的影响 GAA 是人和动物体内合成肌酸的主要内源性物质,且肌酸既可以从日粮中获得,也可以通过生物体自身合成,所以称其为半必需营养物质。肌酸是细胞内能量新陈代谢的重要分子,能量暂时存储的场所。它和磷酸肌酸一起组成磷酸原系统,在 APT 供能不足时,提供P,供 ADP 重新合成 ATP,由于 ATP 不能直接由体外补充(ATP 不能透过细胞膜),所以补充能量物质的方法要么是补充葡萄糖或其他能源物质
12、。GAA是肌酸的天然前体物,因此可以添加 GAA 来补充肌酸的来源。肌酸被磷酸化后形成磷酸肌酸,后者是动物所有活细胞能量转移的关键物质(Wyss 等,2000)。Lemme 等(2007)通过在肉仔鸡日粮中分别#14#动物营养与饲料科学中国畜牧兽医 2010 年第 37 卷第 6 期添加 0.02%、0.04%和 0.06%的 GAA,结果表明,添加 0. 04%和 0. 06%的 GAA 组与对照组和0.02%的 GAA 组相比胸肌中肌酸的含量明显增加且差异达到显著水平(P0.05),添加 0.06%的GAA 组肌酸含量最高;同时还研究了屠宰后 1 和 4h 的磷酸化物质含量,从高能量的磷酸
13、肌酸到低能量的 IMP,结果表明,随着 GAA 添加量的增加,高能量分子的含量也随着增加,特别是 ATP 的增加更加明显;当添加 0.04%的 GAA 时低能量物质含量达到最低。通过上述试验结果证明,添加的 GAA作为肌酸的有效前体可以促进肌肉的能量代谢,不仅影响肌肉中肌酸总量的含量还影响磷酸肌酸和ATP 的含量,提高能量利用率。2.2 GAA 对动物生产性能的影响 Ringel 等(2007)通过给肉仔鸡日粮中分别添加 0.0314%、0.0628%、0.0942%和 0.1256%的 GAA,同时还有正负 2 个对照组(负对照组是单纯的植物性饲料,正对照组是添加鱼粉的饲料),以上 6 种日
14、粮含有相同水平的能量、矿物质和可消化蛋白质。试验结果表明,3 个添加 GGA 组和正对照组增重均高于负对照组且差异达到显著水平(P0.05),正对照组组增重效果最为明显,添加 0.0942% GAA 组次之;料重比均低于负对照组,且正对照组效果最好,0.1256%GAA 组次之。Lemme 等(2007)同样通过在肉仔鸡的基础日粮中分别添加 0.02%、0.04%和 0.06%的GAA,在 41 日龄屠宰后,日粮中添加 0.02%和0.04%的 GAA 组胴体重明显提高,与对照组和添加 0.06%的 GAA 组相比差异达到显著水平(P0.05),而且添加 0.04%的效果最好,与 0.02%组
15、之间的差异也达到显著水平(P0.05);同时试验结果表明,对肉仔鸡的日采食量均无显著影响,料重比随着添加水平的增加而降低,添加 0.04%和 0.06%的 GAA 组与对照组和添加 0.02%的 GAA 组相比差异显著(P0.05)。以上 2 个试验结果表明,在肉仔鸡日粮中添加 GAA 能促进肉仔鸡增重和降低料重比,改善营养物质和能量的利用率。Young 等(2007)通过在猪日粮中添加肌酸能增加蛋白质的合成代谢,但分解代谢没有变化,从而加快猪的增重。合适的能量水平是其他各种营养物质发挥营养作用的基础,添加 GAA 能提高磷酸肌酸和 ATP 等高能量物质利用率,减少碳水化合物、脂肪和蛋白质的分
16、解供能,从而加快动物的生长和提高饲料利用率。2.3 GAA 对肌肉中 GAA、肌酸和肌酸酐含量的影响 Lemme 等(2007)通过高效液相色谱测定肌肉中 GAA、肌酸和肌酐酸的含量表明,当日粮中添加0.06%的 GAA 时,肌肉中的肌酸含量增加约 14%,说明日粮中添加的 GAA 是潜在的肌酸来源;但随着日粮中 GAA 添加量的增加,肌肉中的 GAA 含量反而下降。Ringel 等(2007)试验结果同样表明,添加 GAA 后,肉仔鸡胸肌中肌酸含量增加,添加0.0628% GAA 时最为显著;血清中的肌酸含量增加时能抑制精氨酸)甘氨酸咪基转移酶(AGAT)的活性,AGAT 是催化精氨酸和甘氨
17、酸反应生成GAA 的关键酶(Wyss 等,2000),因此如果肌酸含量增加时 GAA 的含量就会降低。肌酸反调节 AG-AT 是生物合成肌酸的重要酶调节步骤。同时试验结果表明,随着肌酸含量的增加,肌酸酐的含量也增加,但是肌酸酐的含量都低于 15 mg/kg,说明过多肌酸酐已有效的转移到细胞外。3 小结自从 2001 年欧盟禁止把肉骨粉用作饲料添加剂后,导致鱼粉供需日趋紧张且价格昂贵,从而畜禽生产者由动物性蛋白饲料转向植物性蛋白饲料,后来发现畜禽生产性能大幅度降低,其原因很可能是由于植物性蛋白饲料中缺乏一种半必需营养物质)肌酸,但肌酸不稳定,且价格昂贵,用作饲料添加剂性价比不合适。而胍基乙酸有较
18、好的稳定性且能被机体吸收,它的合成也比肌酸简单。同时国外已在动物试验中取得了显著效果,不仅能促进能量代谢,还能提高动物胴体重,降低料重比等优势。但 GAA在动物生产中的应用尚处在起步阶段,作为饲料添加剂其添加时间、添加剂量和作用效果还没有一个统一的认识,需要进一步研究。参考文献1 Bloch K,Schoenheimer R.The biological origin of the amidinegroup in creatine.J Biol Chem,1940,134:785794.2 Bodansky M,Duff V B,Herrmann C L.Excretion of ingest
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33、al University,Harbin 150030,China)Abstract:As a new kind of nutritional feed additive, guanidine acetic acid plays an important role in improving the per-formance of animal production, meat quality and the energy metabolism. The article reviews recent metabolizes and applicationsof guanidine acetic
34、acid in animal production, in order to laying the foundation for the further research of guanidine acetic acid.Key words:guanidine acetic acid;pathways;greatine;energy metabolism;performance书 讯5 饲料检验手册 6 每本 35 元,5 饲料分析与检验 6 每本 34 元,如有订购者,请汇款到:100193 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所 5 中国畜牧兽医 6 编辑部收。#16#动物营养与饲料科学中国畜牧兽医 2010 年第 37 卷第 6 期
