蛋氨酸大讲堂-3 蛋氨酸在单胃动物中的代谢通路

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D-蛋氨酸与D,L-羟基蛋氨酸（D,L-HMTBA）都需在体内转化为L-蛋氨酸才能被动物利用来合成蛋白。上一期我们讲到了D,L-HMTBA与D,L-蛋氨酸在消化道内的水解、吸收与转运的过程，本期将介绍各种L-蛋氨酸前体物在体内是如何转化为L-蛋氨酸的。

不同蛋氨酸源的代谢通路

蛋氨酸的前体物转化为L-蛋氨酸的第一步是将其转化为一种常见的中间体——α-酮-甲硫基丁酸（KMB）。不同的蛋氨酸前体物拥有相对应的代谢酶，如D-氨基酸氧化酶（D-AAOX）可以将D-蛋氨酸转化为KMB，L-2-羟基酸氧化酶（L-HAOX）负责把L-HMTBA代谢成KMB，D-HMTBA对应的代谢酶则是D-羟基酸脱氢酶（D-HADH）。在三种前体物转化为KMB后，非特异性的转氨酶可以把一个氨基（NH3）转移到KMB上，从而形成L-蛋氨酸，随后用于合成蛋白质或其他功能。其代谢通路如下图所示：

三种不同的蛋氨酸代谢酶D-AAOX、L-HAOX和D-HADH主要存在于肝、肾、肠黏膜、肌肉等组织中，可以保证不同蛋氨酸源的完全转化。下图展示了三种代谢酶分别在体内的表达情况。可以看出，补充D,L-HMTBA可以正向调节D-HADH和L-HAOX的基因表达，改善将D,L-HMTBA代谢为KMB的效率，从而在D,L-HMTBA被吸收后立即提高L-蛋氨酸的水平和有效性。此外，该结果还印证了我们上一期提到的结论，即固体蛋氨酸主要在空肠和回肠被吸收，而液体蛋氨酸主要在十二指肠被吸收。这些结论均证实，D,L-HMTBA的代谢转化并不会限制L-蛋氨酸参与蛋白质合成的效率。

不同蛋氨酸源的代谢成本

D-蛋氨酸

D-蛋氨酸在D-AAOX的作用下氧化生成KMB，同时生成H2O2。H2O2在体内具有很强的氧化性，是体内活性氧（ROS）的一种，其可在谷胱甘肽过氧化物酶的作用下被还原，同时生成氧化型谷胱甘肽（GSSG）。而GSSG在谷胱甘肽还原酶的作用下生成还原型谷胱甘肽（GSH）需要消耗一分子的NADPH（还原性辅酶II），相当于2.5分子的ATP。与此同时，D-蛋氨酸转化为KMB过程中释放的氨基（NH3）会和谷氨酸形成谷氨酰胺（消耗1ATP），谷氨酰胺作为氨基供体在转氨酶的作用下再将氨基还给KMB，从而形成L-蛋氨酸。至此，D-蛋氨酸完成了向L-蛋氨酸的转化，一共需要消耗3.5ATP。由于D,L-蛋氨酸含有50%的D-蛋氨酸，所以D,L-蛋氨酸转化为L-蛋氨酸一共需要消耗1.75ATP。

D-HMTBA

D-HMTBA在D-HADH的作用下生成KMB，同时生成NADH（还原型辅酶I），相当于生成了2.5ATP。KMB需要其他氨基酸脱下的NH3来形成L-蛋氨酸。对于D-蛋氨酸来说，其先脱下一个NH3，再转一个NH3上去，使用的仍然是原来的NH3，只是构型发生了改变。而对于HMTBA，其利用的是体内多余的NH3，这部分NH3本来是需要形成尿素排出体外的，所以HMTBA转化为L-蛋氨酸的过程中节省了一个NH3，从而达到减排的目的。由于NH3形成尿素需要消耗2ATP，KMB每利用一分子的NH3用于合成L-蛋氨酸，就相当于节省了2ATP。所以，从D-HMTBA转化为L-蛋氨酸，反倒可以提供4.5ATP。

L-HMTBA

L-HMTBA在L-HAOX的作用下生成KMB。与D-蛋氨酸类似，L-HAOX氧化L-HMTBA的过程中也生成了H2O2，继而在谷胱甘肽过氧化物酶和谷胱甘肽还原酶的作用下，消耗2.5ATP。KMB向L-蛋氨酸的转化过程则同D-HMTBA一样，节约了一分子的NH3，即节约2ATP。所以，从L-HMTBA转化为L-蛋氨酸，需要消耗0.5ATP。由于D,L-HMTBA含有50% D-HMTBA和50% L-HMTBA，最终D,L-HMTBA转化为L-蛋氨酸可以节省2ATP。

综上所述，各种蛋氨酸前体物都可以在相应酶的作用下转化为L-蛋氨酸。各种酶的表达均受到相应蛋氨酸源的正向调控，它们的代谢转化并不会限制L-蛋氨酸参与蛋白质合成的效率。D,L-蛋氨酸转化为L-蛋氨酸需要消耗1.75ATP，而D,L-羟基蛋氨酸（液体蛋氨酸）由于不含有氨基，其转化为L-蛋氨酸可以节约2ATP。结合近两期的内容，我们可以知道D,L-HMTBA在消化、吸收和代谢上与D,L-蛋氨酸没有差异，其在代谢为L-蛋氨酸的过程中既节能又减排。下一讲我们将列举一些实验数据来证实D,L-HMTBA在实际生产中能够发挥与D,L-蛋氨酸同样的作用。

* 本文中相关的数据可能会因不同的使用环境和条件有所变化。

作者：杨宇翔博士，安迪苏罗迪美技术经理

转自：安迪苏动物营养与健康