反刍动物对蛋白质消化、吸收的研究进展

在动物营养学中，饲料中的蛋白质通常是指粗蛋白（CP），定义为饲料原料中的氮乘以6.25，它包括真蛋白、非蛋白氮（NPN）和不溶解氮。真蛋白（即生化意义上的蛋白质）是大小、形状、功能、溶解度和氨基酸组成上不同的大分子，可以根据它们的三维结构和溶解度进行分类，如白蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白、组蛋白和纤维蛋白（Orten and Neuhaus,1975; Rodwell,1985; Van Soest, 1994）。NPN通常是指用钨酸或三氯乙酸提取真蛋白后滤液中剩余的含氮物质部分（Licitra et al.,1996），包括肽、游离氨基酸、核酸、氨基（amide）、胺（amines）和氨态氮等低分子化合物。常见的饲料真蛋白和NPN平均只占饲料总氮的65%（Blethen et al.,1990）。其余的为不溶解氮，它包括谷物中结合在完整淀粉颗粒的蛋白、大部分细胞壁结合蛋白和一部分叶绿体蛋白以及与中性洗涤纤维（NDF）结合的热变性蛋白质（Van Soest, 1994）。

1 蛋白质的消化

1.1 日粮蛋白在瘤胃中的降解日粮蛋白进入反刍动物瘤胃后，与内源蛋白（动物唾液、脱落上皮细胞和瘤胃微生物残留物所含蛋白）混合在一起进行发酵，在瘤胃微生物（细菌、原虫和真菌）蛋白降解酶的作用下，降解释放出寡肽、氨基酸和氨。不同的微生物有不同的作用：①细菌参与饲料蛋白降解过程，并合成菌体蛋白，菌体蛋白是微生物蛋白的主体。氨基酸的降解和氨的产生超过细菌蛋白合成的需要将导致日粮蛋白的浪费。多年来，一直认为脱氨基作用仅限于大量的能够由蛋白和蛋白水解产物产生氨的细菌。但最新的研究表明，氨基酸的脱氨基作用是由大量脱氨基酶活性低的细菌和少部分脱氨基酶活性高的细菌共同作用的结果（Wallace,1996）。②原虫在瘤胃蛋白降解过程中也具有活性，并起着重要的作用。原虫只吞噬颗粒物（细菌、真菌和小的饲料颗粒）。因此原虫使不溶性饲料蛋白（如豆粕和鱼粉）降解的作用比使可溶性蛋白降解的作用更强（Jouany and Ushida，1999），同时，这种吞噬作用增加了氮在瘤胃内的周转和消耗。此外，原虫和细菌一样都具有较强的脱氨基作用，但原虫不能由氨合成氨基酸（Nolan，1993），所以原虫是净生成氨的微生物。因此，原虫虽然对瘤胃微生物生物量的贡献大，但它们对进入十二指肠的蛋白量的贡献却与它们对瘤胃微生物生物量的贡献并不成比例。③由于真菌在瘤胃液中的含量很低，所以真菌在瘤胃蛋白质降解中的作用通常认为可以忽略。日粮蛋白质在瘤胃降解的程度，取决于它发酵的难易程度和在瘤胃内的滞留时间。粗饲料的滞留时间相对较长，未被降解就通过瘤胃的粗饲料蛋白质很少（Ørskov，1992）。动物性蛋白质（如鱼粉）快速降解部分很少，所以大部分蛋白质未被降解而通过瘤胃到达真胃和小肠。经过瘤胃发酵的饲料过瘤胃蛋白质与原样相比，其氨基酸组成有所改变。Ganev（1979）研究发现粗饲料的非降解蛋白的氨基酸组成与原样相比变化较大。Hvelplund和Hesselholt（1987）研究了豆饼等七种精饲料的过瘤胃蛋白质氨基酸的组成，结果发现多数氨基酸含量与饲料原样中的氨基酸含量无显著差异，残渣中的Ile、Leu、Phe、Try、Thr和Val的含量与饲料原料比较，有增加趋势。具体到单个氨基酸来讲，各种氨基酸在瘤胃的降解情况不同，例如支链氨基酸（Leu、Ile）能抗瘤胃微生物降解（Erasmus et al.,1994a），蛋氨酸在不同饲料中的抗降解能力不同（Tamminga，1979）。

1.2 瘤胃微生物蛋白的合成

瘤胃微生物在降解饲料蛋白的同时，又利用发酵饲料过程中产生的挥发性脂肪酸（VFA）、能量（ATP）和部分寡肽、氨基酸和氨（包括内源性的氨）合成微生物蛋白。最后，这些微生物蛋白连同饲料中过瘤胃蛋白（包括过瘤胃完整蛋白和部分小肽）随食糜流入真胃和小肠。瘤胃的这种微生物蛋白的合成和分解体系除了能使反刍动物大量利用NPN外，还在反刍动物蛋白质代谢上具有重要的稳衡控制作用。影响瘤胃微生物蛋白合成的因素较多：①瘤胃中微生物蛋白的合成受能氮平衡及同步释放的影响。蛋白质和碳水化合物消化的同步性对微生物蛋白合成的影响较大。体内和体外的试验表明，碳水化合物的消化速度是控制微生物生长所需能量的主要因素（Hoover and Stokes，1991）。②瘤胃微生物蛋白的合成还受瘤胃食糜外流速率的影响。进食水平、粗饲料比例（Owens and Goersch，1986）、摄入食盐引起的饮水增加（Harrison et al., 1975；Hadjipanayiotou et al.,1982）和唾液分泌（Froetschel et al.,1989）等可通过影响瘤胃食糜外流速率间接地影响进入十二指肠的微生物蛋白的数量。③对于微生物蛋白合成，不同的氮源（肽、氨基酸和氨）影响不同。Russell等（1992）指出，发酵结构性的碳水化合物只需要氨作为氮源，而降解非结构性碳水化合物的微生物在提供氨基酸的情况下生长会加快。许多报道认为，瘤胃微生物优先利用肽，其次是氨基酸（Cooper and Ling, 1985；Prins et al.,1979）。但事实上，不同的菌种对肽和氨基酸利用的优先性不同（Ling and Armstead，1995）。④支链氨基酸和异位有机酸对微生物生长也有调节作用。关于瘤胃微生物蛋白质的氨基酸组成，从60年代以来多数研究者一直认为是恒定的。但法国Rulquin和Verite（1990）的大量实验表明瘤胃微生物蛋白质的氨基酸组成不同，继而以美国Clark为代表的学者在1992年提出瘤胃微生物的氨基酸组成是可变的观点。 Erasmus等（1994b）用不同试验日粮测得瘤胃细菌的氨基酸组成有一定的差异，其原因可能是不同日粮条件下，进入小肠的微生物种类不同所致。国内学者也得出了与此相似的结论（王洪荣，1998）。

1.3 蛋白质在小肠中的消化蛋白质在反刍动物小肠中的消化过程与单胃家畜相似，但其蛋白质来源却不同。进入反刍动物小肠的蛋白质包括瘤胃合成的微生物蛋白、饲料中未被降解的过瘤胃蛋白和消化道的内源蛋白，在营养上它们具有不同的意义和作用：①瘤胃合成的微生物蛋白占流入小肠蛋白的大部分（Titgemeyer and Merchen，1990），是小肠蛋白质的主要来源，提高微生物蛋白的产量是提高小肠蛋白的主要措施。②过瘤胃蛋白是小肠蛋白的重要组成部分，在生产上具有十分重要的意义，调整饲料过瘤胃蛋白是调节反刍动物小肠蛋白组成的重要手段，例如，在大部分或全部的饲草为高质量的禾本科或豆科牧草的条件下，提供可消化过瘤胃蛋白含量高的饲草对高产奶牛来说极其重要。③消化道的内源蛋白主要是消化酶、黏蛋白、消化道脱落的上皮细胞、血液蛋白等。正常情况下，这部分内源蛋白质在随粪便排出体外前，约有90%又被机体重新吸收了（Lu Dexun，1986）。内源蛋白质的这种周转（释放到肠道和被肠道重新吸收）在反刍动物蛋白质营养代谢上同样具有稳衡控制的重要作用。

2 蛋白质降解产物的吸收多年以来，人们一直以为蛋白质必须水解成游离氨基酸（FAA）后才能被吸收，但现在很多研究表明，蛋白质降解后在胃肠道可以以两种形式吸收，即游离氨基酸和小肽。

2.1蛋白质降解产物在前胃的吸收由于过去人们一直以为蛋白质必须水解成游离氨基酸后才能被吸收，所以认为前胃对蛋白质降解产物的吸收没有什么作用。但最近的研究发现，前胃能否吸收氨基酸虽尚未定论，但却能吸收小肽(主要是二肽和三肽)。用同位素标记法研究发现瘤胃和瓣胃具有吸收小肽的能力，且瓣胃吸收能力比瘤胃还强 (Matthews，1991) 。瘤胃和瓣胃内存在转运小肽的mRNA(Webb et al.,1992)和肽的转运蛋白（Walker and Hirst，1997）。对于反刍动物来说，瘤胃和瓣胃是以肽的形式吸收氨基酸的主要部位（Matthews et al., 1991，1996；程茂基，2000），几乎不吸收游离的氨基酸。

2.2蛋白质降解产物在小肠的吸收随着对肽营养生理研究的不断深入，人们认识到，除游离氨基酸外，动物肠道对小肽的吸收是肠道氨基酸吸收的另一种重要形式。研究表明，动物肠道对小肽(主要是二肽和三肽)和游离氨基酸的吸收，存在两种相互独立的转运机制(Rubino et al., 1971；Hellier et al., 1972) 。小肽转运系统具有转运速度快，耗能低，不易饱和的特点（Ganapathy and Leiback，1985； Hara et al.,1984；Matthews，1987），所以小肽在小肠吸收比游离氨基酸快(Webb，1990) ，此外，肽的吸收还可以避免氨基酸之间的竞争吸收（Rubino et al.,1971；王岗，1999）。动物肠道同时具有吸收小肽和吸收游离氨基酸的两种机制，是动物为适应环境和摄取营养状况变化的一种自我营养调控机制(Webb，1990) 。据报道，在长期营养限制(低蛋白日粮)下，小肠对氨基酸的吸收力下降；而对肽的吸收能力相对增强。绵羊和山羊的N消化率为68%左右（王洪荣，1998；彭玉麟，2000），其中绵羊和奶牛有一半以上的N是以氨基酸的形式吸收的（Lapierre et al., 2000a），肉牛以氨基酸形式存留N的比例为42～46%（Huntington and Prior，1985；Lapierre et al., 2000b）。这说明，反刍动物肠道吸收的游离氨基酸仍然是其氮营养素的主要来源，胃区吸收的肽类是其有益的补充(Seal et al., 1991) 。因此，通常认为肠道以吸收游离氨基酸为主，较少吸收小肽，并且空肠和回肠是游离氨基酸吸收的主要部位。

3 结语随着分子生物学、同位素示踪等技术在动物营养学上的应用，有关反刍动物蛋白质消化、吸收的研究不断取得新的突破。目前有关瘤胃微生物区系的组成及其作用的研究、肽在不同消化部位吸收的量化研究已成为这方面研究的热点。这些研究所取得的进展必将为今后提出新的营养评定指标和营养调控技术提供坚实的理论基础。
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