精氨酸的生理作用是什么
发布日期:2019/11/2 13:16:10
【背景及概述】[1][2][3]
精氨酸（Arg）最初是由Schlus于1886年从植物羽扇豆苗中分离提取的，1895年Hedin发现精氨酸存在于哺乳动物的蛋白质中。其分子结构于20世纪初已经清楚，并能进行人工合成。精氨酸是幼龄哺乳动物的必需氨基酸，是组织蛋白中最丰富的氮载体。精氨酸是碱性氨基酸，在动物体内有重要的生理生化功能，其不仅是细胞质和核酸蛋白的主要成分，还是将天门冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、聚胺（腐胺、精脒、精胺）等转换为高能磷酸化合物肌酸磷酸的中间体，是肌酐酸唯一的氨来源；还作为尿素循环的中间体，通过尿素循环解除氨中毒，避免由于氨过量造成的代谢紊乱；在机体的匀质代谢方面也起着重要的作用，可用于多种代谢途径，包括精氨酸酶、一氧化氮合酶、精氨酸/甘氨酸胍基转移酶（AGAT）、精氨酰-tRNA 合成酶等。另外，精氨酸不仅作为蛋白质合成的重要原料，同时也是机体内肌酸、多胺和一氧化氮（NO）等物质的合成前体，在动物体营养代谢与调控过程中发挥着重要作用，是幼年动物的必需氨基酸之一。由于母乳中所含和幼畜自身合成的氨基酸不能满足其营养需求，可能会限制其生长性能的发挥，因此需要额外提供。但对成年动物来说，是一种条件性必需氨基酸，只有在动物肠道受损、受伤的条件下才是必需氨基酸，正常情况下是非必需氨基酸。近年来，研究者对精氨酸营养和生理功能的研究日益增多，且不断突破。
【结构】[1][2]
精氨酸的分子式为C6H14N4O2 ，精氨酸可以算为一种双性氨基酸，这是因为与主链最接近的侧链部分是较长、有机且疏水的，而另一端的侧链则是一个胍基，这个胍基的酸度系数（pKa）为12.48，在中性、酸性或碱性的环境下都是带正电荷的。因为在其双键及氮孤立电子对之间的共轭体系，使得其正电殛离开原位。这个胍基能形成多重的氢键。
【理化性质】[1]
白色斜方晶系晶体或白色结晶性粉末，熔点244 ℃。经水重解结晶后，于105 ℃失去结晶水。其水溶液呈强碱性，可从空气中吸收二氧化碳。溶于水（15%，21 ℃），不溶于乙醚，微溶于乙醇。
【代谢】[1][2]
1.精氨酸体内代谢途径
通过精氨酸酶分解为尿素和鸟甘酸。鸟甘酸是合成多胺类物质的前体，是调节细胞生长的重要物质，也是细胞增殖的促进剂。通过氧化途径，经一氧化氮合成酶（NOS）催化生成具有生物活性的一氧化氮（NO），NO是一种内皮舒张因子，有利于维持血管的通透性，改善肠道的缺血缺氧功能；精氨酸可以由甘氨酸转脒基酶分解为鸟氨酸和肌酐酸，由精氨酸分解酶降解为鸟氨酸和尿素。精氨酸在相关酶作用下最终分别转化成腐胺、脯氨酸和谷氨酰胺，腐胺可以生成亚精胺和精胺，三者统称为多胺，谷氨酰胺可进入三羧酸循环，氧化供能产生CO2 ；精氨酸在家禽体内通过鸟氨酸循环分解成氨后，合成嘌呤，然后降解为尿酸排出。
2.精氨酸的主要吸收部位
精氨酸主要在畜禽的小肠中段吸收，但在家禽小肠前段、后段、胃甚至特定条件下嗦囊也可以吸收部分精氨酸。日粮中30%~50%的氨基酸在小肠内被消化吸收。日粮中约40%的精氨酸在小肠内直接被分解消化，其余进入机体循环。
【生理功能】[1]
精氨酸在体内起生理作用的主要是L-精氨酸。精氨酸的生理功能主要有参与机体代谢（尿素循环等）、改善性欲、免疫调节功能、促进肠道发育、抗肿瘤和抗肥胖等。
1. 促进伤口愈合的作用
可促进胶原组织的合成，故能修复伤口。在伤口分泌液中可观察到精氨酸酶活性的升高，这也表明伤口附近的精氨酸需要量增加。精氨酸能促进伤口周围的微循环，从而促使伤口早日痊愈。
2. 精氨酸的免疫功能与机制
近年来，有关精氨酸与免疫功能之间的关系已进行了较为广泛的研究，但研究结果不尽一致。虽然多数结果表明，精氨酸对免疫功能有促进作用，但由于精氨酸的添加量、动物健康状况、动物种类以及实验模型不同，所得的结果很不稳定。初步认为，精氨酸的调理作用主要表现为上调免疫抑制，下调过高的炎症反应，维持机体的免疫平衡。精氨酸由于在尿素循环中的特殊位置，可以降低血氨浓度，减少机体细胞损伤。精氨酸对动物疾病的作用大多通过巨噬细胞生成NO或通过精氨酸酶代谢产生鸟氨酸（进一步产生多胺分子）。当巨噬细胞被激活后，其释放的NO可以通过抑制靶细胞线粒体中三羧酸循环、电子传递和细胞DNA合成等途径，NO 在体内可以杀死寄生虫、细菌和病毒、抑制癌症细胞增殖和促进血管舒张等，发挥杀伤靶细胞的效应，保护机体。同时，精氨酸对于T细胞增殖和功能非常重要。在正常条件下，T细胞中的精氨酸利用维持在最低水平。在肉兔础日粮中添加不同水平的精氨酸（0、0.2%、0.4%、0.6%和0.8%），结果表明，添加不同水平的精氨酸对生长肉兔的尿氮水平影响极显著。此外，还有报道表明，高温下补充精氨酸可以减少小鼠热应激时蛋白质分解代谢的作用，可防止氮的丢失，促进氮的存留。
3. 精氨酸的抗肿瘤和抗肥胖作用与机制
随着人们生活水平不断提高，物质生活都得到极大满足，同时也给全球环境造成了很多无法挽回的摧残，很多疾病随之而来。物质生活变好，肥胖现象随处可见。国内外学者针对这些现象，研究发现精氨酸具有抗肿瘤和肥胖的作用。
1）抗肿瘤作用与机制
精氨酸具有很重要的与免疫有关的抗肿瘤特性，其可在不同动物模型中防止由乙酸胺、7，12-二甲基苯并蒽和N-甲基-N-亚硝基脲诱导的化学转化，但不阻止异烟肼（抗结核病药）和肼转化。而且精氨酸作为NO合成的前体，可以抑基质金属蛋白酶、抑制细胞黏附分子和提高基质金属蛋白酶组织抑制物的表达，从而阻止细胞黏附；另外，一定浓度的精氨酸可通过增加NO的合成而发挥细胞毒性作用，诱导凋亡、抑制肿瘤细胞增殖。在没有其他影响因素时，小鼠接种致瘤病毒后，精氨酸能提高潜伏时间，减少肿瘤的尺寸，缩短肿瘤倒退的时间；精氨酸可抑制肿瘤的生长。
2）抗肥胖作用与机制
体内能量摄入和消耗的不平衡往往会导致脂肪的蓄积，引发肥胖，继而诱发心血管和糖尿病等疾病。近年来，随着肥胖及其相关疾病的蔓延，控制肥胖已经成为全球范围内普遍关注的问题。作为生物活性因子一氧化氮（NO）的前体，精氨酸在控制肥胖方面的效果及其机理研究取得了突破性的进展。如L-精氨酸可减少肥胖，增加肌肉质量。另外，在猪日粮中添加精氨酸1.0%可调节骨骼肌和白色脂肪组织的脂肪代谢相关基因的表达，促进脂肪组织中的脂肪分解，有效改善肥胖危机。
【应用】[4]
1. 单胃动物
1）精氨酸在猪生产中的应用
A：改善生产性能，降低腹泻率。精氨酸可以有效地修复仔猪因断奶而造成肠黏膜的损伤，促进肠道的发育，从而提高断奶仔猪的生长性能；而在应激、疾病和感染的情况下，L-精氨酸还能促进多种内分泌激素（如生长激素、胰岛素、胰高血糖素等）的释放，促进蛋白质的合成和抑制蛋白质的分解，从而间接促进动物生长。
B：改善肠黏膜结构，增强小肠吸收能力。小肠是精氨酸代谢的重要场所，精氨酸在体内可代谢为精胺、腐胺等多胺，多胺是重要的生物学调控物质，小肠黏膜生长、发育、成熟及损伤修复均依赖于多胺的供给。
C：增强机体抗氧化机能。白蛋白、球蛋白、谷草转氨酶和谷丙转氨酶是动物应激的重要指示指标，血清蛋白（即白蛋白）由肝脏合成，是机体蛋白质来源之一，可用于修补组织和提供能量；血清则是源于B 细胞转化为浆细胞后分泌而成，能反映机体的抵抗力；谷丙转氨酶、谷草转氨酶属于细胞内酶，正常情况下由于细胞膜的屏障作用，不易逸出，因此血清中该酶的活性很低，但当细胞因各种因素（如急性应激）而受到损伤时，细胞膜的通透性升高使其释放入血的速度增高，从而血清酶活性显著升高。
D：对繁殖性能的影响。精氨酸是母猪妊娠早期胎儿最丰富的氮载体和胎儿组织中沉积最丰富的氨基酸之一，同时在尿囊液中含量最高，妊娠母猪饲粮中补充L-精氨酸可以提高母猪血液氨基酸等营养物质含量，进而可能通过胎盘传递给
胎盘和胎儿更多营养物质（氨基酸、氧气等），有促进胎盘和胎儿生长发育的作用。
2）精氨酸在家禽生产中的应用
精氨酸在体内不仅参与组织细胞中蛋白质、尿素、NO、谷氨酰胺和嘧啶等合成，并影响胰岛素、生长激素和胰岛素样生长因子等多种内分泌激素的释放，通过调节分子多胺和一氧化氮而达到对机体免疫功能的调节。研究报道，肉鸡基础日粮添加精氨酸后血浆NO 水平升高，能在一定程度上抑制肺动脉高压的形成，进而降低了肉鸡腹水综合征发病率。L-精氨酸可在一定程度上保护并激活肺动脉NOS 活性，从而使内源性NO 合成增加。
2. 精氨酸在反刍动物生产中的应用
试验表明，精氨酸可以促进冷冻-解冻后牛精子的获能和顶体反应。尽管精氨酸会引起过早的获能和顶体反应从而影响人工授精的受精率，但其在低浓度条件下可以维持精子的活力和生活力。
4. 精氨酸在水产动物生产中的应用
精氨酸被认为是甲壳动物中容易缺乏的必需氨基酸，而饲料中精氨酸的不足容引起水产动物生长和蛋白质代谢受到抑制。有研究表明，中华绒螯蟹幼蟹、军曹鱼、比目鱼幼鱼、条纹鲈、尼罗罗非鱼、遮目鱼、银鲈饲料中最适精氨酸添加水平为3.62% 、2.38%、4.08% ～ 4.20%、3.9% 、4.20% 、5.25%、6.8%。
【合成】[2]
动物机体精氨酸主要有3 个来源：一是来源于饲粮，饲粮中大约40% 的精氨酸在小肠内直接被分解消化，其余进入机体循环，这是精氨酸的最主要来源； 二是来源于机体蛋白质的周转代谢，当动物禁食时高达80% 精氨酸来源于机体蛋白质的分解；三是来源于机体内其他氨基酸如谷氨酸、脯氨酸等的转化（内源合成）：
【主要参考资料】
[1] 徐鑫; 李吕木; 吴东. 精氨酸的研究进展. 饲料博览, 2015, 3: 15-20.
[2] 孙红暖, et al. 精氨酸对动物的营养生理及免疫作用. 动物营养学报, 2014, 26.1: 54-62.
[3] 刘兆金, et al. 精氨酸生理营养研究. 氨基酸和生物资源, 2005, 27.4: 54-57.
[4] 侯玉洁, et al. 精氨酸的生理学功能及其在畜禽生产中的应用. 中国饲料, 2013, 5: 32-37.
