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標(biāo)題: 動(dòng)物消化道脂肪酶研究概述 [打印本頁(yè)]

作者: 007畜牧 時(shí)間: 2013-11-13 09:02
標(biāo)題: 動(dòng)物消化道脂肪酶研究概述
　　

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   動(dòng)物體內(nèi)存在著多種脂肪酶，它們參與了脂肪消化、吸收、利用的全過(guò)程。由于食物中的酯類（以甘油三酯為例）必須先被脂肪酶水解為甘油二酯、甘油一酯和脂肪酸才能被機(jī)體吸收，如何提高食物中酯類的消化吸收率成為現(xiàn)在營(yíng)養(yǎng)學(xué)中的新熱點(diǎn)，脂肪酶是其中的研究重點(diǎn)，本文綜述了動(dòng)物消化道十二指腸前脂肪酶（舌部脂肪酶、胃脂肪酶）和胰脂肪酶的特點(diǎn)、特性及研究進(jìn)展。
　　
   1 消化道脂肪酶來(lái)源和特點(diǎn)
　　在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里人們一直認(rèn)為消化道中脂類的消化起始于腸道，胃被認(rèn)為是一個(gè)臨時(shí)性的貯存器官，只起到將脂類與其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)混合和攪拌作用，脂類在腸道內(nèi)由胰脂肪酶水解，而甘油三酯在胃的酶解過(guò)程是可以忽略的。但最近的研究卻推翻了這種認(rèn)識(shí)，研究發(fā)現(xiàn)十二指腸前脂肪酶（來(lái)源和作用于口腔至胃的脂肪酶稱作十二指腸前脂肪酶）在胃中對(duì)脂肪的消化起著不可或缺的作用，因此，動(dòng)物消化道內(nèi)脂肪酶主要包括十二指腸前脂肪酶和十二指腸內(nèi)的胰脂肪酶，它們共同發(fā)揮脂肪消化、吸收的作用。
　　根據(jù)分泌的部位不同，十二指腸前脂肪酶分為舌部脂肪酶和胃脂肪酶，大鼠、小鼠、牛和羊含舌部脂肪酶，兔、豬、狒狒和人含胃脂肪酶。犢牛的舌部脂肪酶的催化能力比羔羊舌部脂肪酶的催化能力強(qiáng)。犢牛舌部脂肪酶對(duì)三丁酸酯和4-硝基苯基乙酸酯水解的最適pH值分別是6.9和8.0，而羔羊舌部脂肪酶的分別是6.6和6.8。牛、羊舌部脂肪酶對(duì)硝基苯基乙酸酯的最適溫度為37.5℃和30℃。舌部脂肪酶僅能水解短鏈或中鏈甘油三酯，但也有報(bào)道可以水解鏈長(zhǎng)達(dá)C18的甘油三酯，但其水解速度卻有很大區(qū)別，水解三丁酸甘油酯的速度是水解三油酸甘油酯的3～8倍，此酶的最適pH范圍為2.2～8.5，最適作用溫度為28～45℃。
　　Takayuki Kawai和Tohru Fushiki（2003）認(rèn)為人胃脂肪酶是一個(gè)酸穩(wěn)定性酯解酶，它在胃、十二指腸和空腸中對(duì)日糧中的甘油三酯起到消化和吸收作用。這個(gè)酶主要由基底膜上的主細(xì)胞合成，然后分泌到胃中，消化胃內(nèi)容物中10%～30%的甘油三酯，甘油二酯和脂肪酸是主要的產(chǎn)物。但人胃脂肪酶不能水解膽固醇酯中的酯鍵，其在胃中對(duì)脂肪有限的消化對(duì)隨后輔酶依賴胰脂肪酶和膽鹽激活脂肪酶的水解起到關(guān)鍵作用。當(dāng)由于胰腺炎或膽囊纖維化或酒精濫用導(dǎo)致胰臟分泌功能下降時(shí)，人胃脂肪酶在代謝中的作用就顯得越發(fā)突出了。胃脂肪酶在缺乏白蛋白（可以與脂肪酸結(jié)合）時(shí)，對(duì)脂肪的水解產(chǎn)物主要是甘油二酯和游離脂肪酸。加入過(guò)量的白蛋白后（0.7～1.4mM）可以使酯解完全，并且使甘油三酯完全降解為甘油和游離脂肪酸，當(dāng)pH高于6.0后，酶解活性飛速下降。在pH3.0～8.0的范圍內(nèi)37℃溫浴10或30min不影響酶活。在60℃水浴時(shí)，酶活下降很快，而在50℃溫浴15min，損失20%的酶活，溫浴30min則損失75%的酶活。
　　試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大鼠舌部脂肪酶在出生前2d就產(chǎn)生了，在出生后飛速增加。人胃脂肪酶在未出生的嬰兒時(shí)就存在，最早出現(xiàn)在妊娠26周時(shí)。這些嬰兒具有較強(qiáng)的水解食物脂肪的能力。在先天缺乏胰脂肪酶的嬰兒中，日糧（食物）中50%～60%的甘油三酯能被吸收，而在缺乏胰脂肪酶的犢牛中，超過(guò)70%的長(zhǎng)鏈甘油三酯能被吸收。在新生兒和早熟嬰兒，酯解的產(chǎn)物（脂肪酸和甘油二酯）可以乳化脂類混合物而彌補(bǔ)膽鹽的不足。
　　胰脂肪酶是由胰腺合成、分泌的一種中性脂肪酶，它經(jīng)胰管流入十二指腸中發(fā)揮降解脂肪的作用。它是目前研究的最多、最為深入的消化道脂肪酶。各國(guó)研究人員根據(jù)所發(fā)現(xiàn)胰脂肪酶的不同功能對(duì)其進(jìn)行了不同的命名，如胰甘油三酯酯酶、胰膽固醇酯酶、膽鹽激活脂肪酶、膽鹽依賴脂肪酶、膽鹽活化脂肪酶等等。含8個(gè)碳原子以下脂肪酸的脂肪不需經(jīng)過(guò)水解就可被吸收，而對(duì)于含8個(gè)碳原子以上脂肪酸的脂肪則必須經(jīng)過(guò)酶水解后吸收。
　　

   2 消化道脂肪酶的結(jié)構(gòu)和功能
　　研究表明，十二指腸前脂肪酶和胰脂肪酶雖然同屬絲氨酸水解酶，但是它們的初級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)的差異決定了脂肪酶的水解底物的特異性、速率以及發(fā)揮作用的方式不同。
　　2.1 “蓋子域”結(jié)構(gòu)對(duì)脂肪酶酯解作用的影響
　　通過(guò)對(duì)非消化道脂肪酶的研究發(fā)現(xiàn)，蓋子域是所有脂肪酶的固有結(jié)構(gòu)。Mark E. Lowe（1997，2002）報(bào)道人和鼠的胰甘油三酯脂酯酶含有465個(gè)氨基酸殘基，其中含有一個(gè)16個(gè)氨基酸殘基的信號(hào)肽，而成熟的蛋白含有449個(gè)氨基酸殘基。結(jié)構(gòu)分析表明可以把胰脂肪酶分成兩個(gè)域，一個(gè)是從1～335氨基酸殘基的以β折疊為核心的球狀的N端域，而C端則是以β折疊構(gòu)成的三明治結(jié)構(gòu)。胰脂肪酶中由cys238和cys262形成的二硫鍵結(jié)構(gòu)是最大的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)覆蓋住了催化基團(tuán)，即所謂的LID蓋子域。兩個(gè)較小的環(huán)由76～80氨基酸殘基構(gòu)成以及由213～217氨基酸殘基形成的β5折疊也在空間上蓋住了催化部位。這些環(huán)狀結(jié)構(gòu)只有在輔酶和（或）輔基的作用下，使蓋子域結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，將活化部位暴露給底物，胰脂肪酶才能發(fā)揮酯解作用。人們一般認(rèn)為胰脂肪酶的輔酶是輔脂酶，其輔基是膽汁酸（Tsujita等，1987），在胰脂肪酶的C端有兩個(gè)膽汁酸的位點(diǎn)和一個(gè)輔脂酶的位點(diǎn)，當(dāng)膽汁酸和輔脂酶都與胰脂肪酶結(jié)合后，它們形成了膽汁酸-輔脂酶-胰脂肪酶三聯(lián)體，共同發(fā)揮水解脂類的作用。十二指腸前脂肪酶則不需要輔酶或輔基參與打開(kāi)蓋子域，而是直接發(fā)揮脂肪水解作用。
　　2.2 消化道脂肪酶底物特異性
　　Ewa RogalskaS等（1990）研究了豬胰脂肪脂肪酶、兔胃脂肪酶和人胃脂肪酶對(duì)化學(xué)結(jié)構(gòu)類似、但在同一甘油三酯分子中立體結(jié)構(gòu)不同的酯鍵的立體選擇性，結(jié)果表明兩種胃脂肪酶對(duì)sn-3位具有立體選擇性。如果由對(duì)映體過(guò)量百分率表示的話，人和兔胃脂肪酶對(duì)三辛酸甘油酯和三油精分別是54%、70%和74%、47%，而豬胰脂肪酶的則分別是3%和8%。值得注意的是，兔胃脂肪酶與人胃脂肪酶不同，對(duì)含有短?；湹娜８视停ㄈ了岣视王ィ└哂辛Ⅲw選擇性。
　　Stiiphane Ransac（1990）用單分子膜技術(shù)研究了豬胰脂肪酶，兔胃脂肪酶和人胃脂肪酶對(duì)甘油酯異構(gòu)體類似物的立體選擇性。人工合成偽甘油酯如異構(gòu)體1（3）-烷基-2，3（1，2）-二?；?sn-甘油，1（3）-烷基-2-?；?甘油，1（3）-酰基-2-酰氨基-2-脫氧-sn-甘油，以研究水解這些甘油類似物中初級(jí)或次級(jí)酯鍵時(shí)脂肪酶的立體選擇性。研究發(fā)現(xiàn)豬胰脂肪酶對(duì)（3）-?；?2-酰氨基-2-脫氧-sn-甘油（二基油酯類似物）的sn-3具有立體選擇性，而當(dāng)?shù)孜锸?（3）-烷基-2，3（1，2）-二?；?sn-甘油（三酰甘油類似物）時(shí)則無(wú)選擇性。與胰脂肪酶不同的是胃脂肪酶對(duì)初級(jí)鍵為sn-3的酯鍵水解的親合力更強(qiáng)。
　　從這些動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)可以看出，兔胃脂肪酶具有很高的水解效率而且無(wú)手性的區(qū)別，而人胃脂肪酶在從1（3）-烷基-2-?；?甘油的次級(jí)酯鍵中水解?；湑r(shí)的效率很低從而表現(xiàn)明顯的手性選擇性。
　　2.3 消化道脂肪酶脂肪水解產(chǎn)物的差異
　　舌部脂肪酶能水解短鏈、中鏈甘油三酯，甚至長(zhǎng)達(dá)C18的甘油三酯。Ruth 和 Robert（1983）從大鼠舌頭上分離到的舌部脂肪酶的活性是230單位/mg蛋白，在pH5.4時(shí)，當(dāng)溶液中含17mM?；敲撗跄懰徕c和3.3mM氯化鈣時(shí)，純化的舌部脂肪酶能夠很快的將長(zhǎng)鏈三酰甘油水解成二酰甘油和脂肪酸。水解形成的甘油二酯、甘油一酯與三酰甘油的比率分別是1:6 和1:20。
　　動(dòng)物進(jìn)食1～20min之內(nèi)食物中10%～30%脂肪降解成部分甘油和游離脂肪酸，反應(yīng)的主要產(chǎn)物是甘油二酯（甘油類產(chǎn)物中占60%～80%），其次是甘油一酯（10%～15%），剩余的則是甘油（不到5%）。主要產(chǎn)物為甘油二酯的原因可以解釋為酶的立體構(gòu)型選擇性：舌部脂肪酶水解甘油三酯sn-3位的速度是sn-1位的速度的兩倍，而產(chǎn)物的抑制作用，由于游離脂肪酸的積累也會(huì)影響反應(yīng)產(chǎn)物的形成。因此，胃脂肪酶先是將甘油三酯水解為甘油二酯，然后再水解為甘油一酯和脂肪酸，其主要的水解產(chǎn)物是甘油二酯和脂肪酸。而胰脂肪酶則是直接將甘油三酯水解為甘油一酯和脂肪酸。
　　通過(guò)十二指腸前脂肪酶和胰脂肪酶的共同作用，飼料中的脂肪在消化道被水解成甘油二酯、甘油一酯和脂肪酸，甘油一酯和脂肪酸繼而與膽汁酸等兩性物質(zhì)形成混合微團(tuán)，再被吸收，甘油二酯在十二指腸中進(jìn)一步被水解為甘油一酯被吸收。其中，十二指腸前脂肪酶在胃中將食物中10%～30%的脂肪水解為部分甘油酯（主要是甘油二酯）和游離脂肪酸。這個(gè)過(guò)程促進(jìn)了小腸中各種脂類的乳化，可以引發(fā)十二指腸中胰脂肪酶的快速水解作用以提高胰脂肪酶的功效，因此能夠保證幾乎所有的日糧脂肪均被消化。另外，十二指腸前脂肪酶在胃中的酸性環(huán)境對(duì)日糧甘油三酯的水解，在新生兒中以及胰脂肪酶分泌不足時(shí)起重要作用，它可以在胰脂肪酶活性不足時(shí)起到代償作用。
　　

   3 消化道脂肪酶及相關(guān)物質(zhì)在畜牧業(yè)中的應(yīng)用前景
　　綜上所述，在十二指腸前脂肪酶和胃脂肪酶的共同作用下，飼料中的脂肪被水解成甘油二酯、甘油一酯和脂肪酸。甘油一酯和脂肪酸與膽汁酸等兩性物質(zhì)形成混合微團(tuán)，再被吸收；甘油二酯在十二指腸中進(jìn)一步被水解為甘油一酯被吸收。因此，如何充分利用各種脂肪酶的特性，充分利用體內(nèi)脂肪酶，使飼料或乳汁中的脂肪能夠更快、更好的消化吸收是養(yǎng)殖業(yè)面臨的一個(gè)問(wèn)題。在現(xiàn)代畜牧業(yè)中，為提高生產(chǎn)效率，過(guò)早地將幼畜斷奶，讓其采食固體飼料，這時(shí)幼畜會(huì)面臨很多的問(wèn)題，如胰臟和肝臟功能的不成熟導(dǎo)致胰脂肪酶和膽鹽的水平較低，而十二指腸前脂肪酶也不能有效水解飼料中的脂類物質(zhì)，導(dǎo)致幼畜不能有效地利用食物中的脂肪，致使幼畜脂肪酸、能量攝入不足或引起脂肪瀉。為避免以上問(wèn)題的發(fā)生，在養(yǎng)殖過(guò)程中通常采取以下措施：
　　3.1 添加外源性的胰脂肪酶樣物質(zhì)
　　為彌補(bǔ)幼齡動(dòng)物脂肪酶的不足，有效提高飼料中脂肪的消化吸收率，可以外源添加脂肪酶。由于十二指腸前脂肪酶的活力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于胰脂肪酶，因此，在飼料中添加胰脂肪酶樣物質(zhì)是較好的選擇。但由于生產(chǎn)胰脂肪酶產(chǎn)率低、活性低，尚未形成工業(yè)化生產(chǎn)，目前沒(méi)有在飼料工業(yè)中使用。當(dāng)前已經(jīng)實(shí)施工廠化生產(chǎn)的脂肪酶，由于其特性與胰脂肪酶差異較大，也只是在化妝品和食品業(yè)中應(yīng)用，要在飼料中添加尚需時(shí)日。
　　3.2 添加膽汁酸，以使內(nèi)源性的胰脂肪酶發(fā)揮更大的作用
　　膽汁酸作為胰脂肪酶的輔基成分，能夠激活并穩(wěn)定化胰脂肪酶，從而使體內(nèi)有限的胰脂肪酶發(fā)揮最大功效，有效提高飼料脂肪的消化吸收率，提高能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收率，并有效減少腹瀉的發(fā)生。
　?。▍⒖嘉墨I(xiàn)略  作者：楊漢博王峰 | 來(lái)源:飼料廣角）

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