精氨酸的结构性质应用

精氨酸的结构、性质、应用08090327汪发明摘要：精氨酸为条件性必需氨基酸，在应激状态下和特殊生长阶段，它是必需氨基酸，体内合成的精氨酸不能满足生理代谢需要，但长期或者过量补充精氨酸对机体会造成损伤。本文主要介绍的精氨酸的结构和部分，理化及生理特性，以及精氨酸的主要应用，为以后的研究提供一些思路。关键词：精氨酸；特性；保健作用；生理应用Abstract：Arginineisasemi-essentialaminoacidthatisrequiredduringperiodsofthebodyissubjectedtometabolicstresssituationsmaximalgrowth,severestress,andinjury.Thispapermainlyintroducesthearginine’sstructureandsomephysical,chemicalandphysiologicalproperties,aswellasthemainapplicationsofarginine,toprovidesomeideasforfutureresearch.Keyword：Arginine;properties;healthcare;Physiologicalapplications精氨酸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[1]。同时，精氨酸具有很多营养生理作用，如参与NO和多胺的合成，是尿素循环的中间物，可以刺激部分激素的释放，参与免疫反应等[2]。1.精氨酸的结构精氨酸是一种α氨基酸，亦是20种普遍的自然氨基酸之一。在哺乳动物，精氨酸被分类为半必要或条件性必要的氨基酸，视乎生物的发育阶段及健康状况而定。一种复杂的氨基酸，在蛋白质和酶的反应点可以发现它。天然精氨酸为L-型，从水中结晶的产物含两分子结晶水，在乙醇中结晶的是无水物。由于胍基的存在，精氨酸呈碱性，易与酸反应形成盐。性状：白色斜方晶系（二水物）晶体或白色结晶性粉末。熔点244℃。经水重解结晶后，于己于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。天然品大量存在于鱼精蛋白中，亦为各种蛋白质的基本组成，故存在十分广泛。精氨酸的学名：2-氨基-5-胍基-戊酸。一种脂肪族的碱性的含有胍基的极性α氨基酸，在生理条件下带正电荷。其分子式见图1。2.精氨酸的性质2.1精氨酸的理化性质精氨酸盐酸盐为白色或近白色结晶性粉末，无臭，苦涩味。218℃时焙结，225℃时再成固态。熔点235℃(分解)。溶于水，微溶于热乙醇，不溶于乙醚。以OOHHNNHH2NNH22-Amino-5-guanidino-valerateCaution:Anetchargeappearstobepresent图1明胶为原料制得。精氨酸是维持婴幼儿生长发育必不可少的氨基酸。它是鸟氨酸循环的中间代谢物，能促使氨转变成为尿素，从而降低血氨含量。它也是精子蛋白的主要成分，有促进精子生成，提供精子运动能量的作用。此外，静注精氨酸，能刺激垂体释放生长激素，可用于垂体功能试验[3]。2.2精氨酸的生理特性精氨酸是碱性最强的条件必需氨基酸，具有多种功能：是合成蛋白质的基本成分之一，是机体内最丰富的蛋白氮载体；可转化成尿素、鸟氨酸、脯氨酸、多胺、NO、胍丁胺、谷氨酸等活性分子；参与胸腺素、人防御素等肽的合成等。生理情况下，精氨酸的来源有二条途径：一部分由膳食提供；一部分在肾、肝、肠等器官合成。精氨酸在体内主要有以下几条代谢途径：其一为精氨酸酶途径，可合成尿素、鸟氨酸、脯氨酸、多胺、谷氨酸和谷氨酸盐等。精氨酸在尿素循环中起中枢作用，可加速血氨转化为尿素排出，维持体内氨平衡；多胺(精胺与精脒)是调节细胞生长增殖的重要物质，还可保护细胞免受氧化损伤；谷氨酸能与氨生成谷氨酰胺。另一经精氨酸/氨基乙酸转氨酶催化，形成肌酸和鸟氨酸，肌酸是体内重要的高能磷酸物质，鸟氨酸也可形成瓜氨酸，瓜氨酸能替代精氨酸并促进动物生长。其三，在一氧化氮合酶(NOS)作用下可生成NO和瓜氨酸，NO是一重要的信使分子，具有多种作用。此外，精氨酸脱羧酶能促进精氨酸合成胍丁胺，后者被认为是一重要的神经递质[4]。3.氨基酸的应用3.1精氨酸在家禽营养上应用精氨酸作为一种必需氨基酸在家禽营养中起着重要的作用。多年来人们一直关注家禽精氨酸的需要量，尤其是发现精氨酸是NO的前体后，人们发现家禽品种、生产中的各种应激都会影响精氨酸的需要量[5]。3.2精氨酸在畜牧业中应用精氨酸在机体营养代谢与调控过程中发挥重要作用。血浆中精氨酸浓度和氨浓度是衡量机体精氨酸是否缺乏的主要标志[6]。动物机体缺乏精氨酸导致：①小肠吸收功能下降，营养不良，新生动物生长停滞；②免疫力下降，心血管和肺功能异样；③组织再生能力破坏，伤口愈合速度下降；④机体氨解毒功能下降，导致高血氨症状发生，甚至死亡[7]。3.3精氨酸对机体的免疫调节3.3.1促胸腺作用在研究精氨酸对伤口治疗的影响时发现，大白鼠和小鼠背部受伤后精氨酸提高了胸腺重量。给动物补充精氨酸后胸腺增重是由于促进了动物胸腺细胞构成和胸腺细胞的排出，提高了对促分裂素的转化，而且精氨酸促胸腺的作用起动迅速。3.3.2抗肿瘤作用精氨酸具有与免疫有关的抗肿瘤特性。在没有其他影响因素时，小鼠接种致肿瘤病毒后，精氨酸能延长潜伏时间、减少肿瘤的尺寸和缩短肿瘤减退的时间。研究表明，精氨酸对肿瘤的生长和转移的积极作用与提高肺泡巨噬细胞的吞噬作用有关，精氨酸通过自然细胞毒性和依靠细胞毒性T淋巴细胞的无性繁殖的细胞中间免疫来影响肿瘤的生长[8]。3.3.3对烧伤、脓毒症和外伤的作用精氨酸不但对机体有营养作用，且对缺血再灌注损伤、炎症、免疫、脏器功能、蛋白质合成、伤口愈合等均有效应[9]。精氨酸许多作用是通过一氧化氮(NO)介导的。精氨酸能舒张血管平滑肌，抑制血小板聚集、黏附，改善组织、器官血流，使超氧化物歧化酶(SOD)增加，清除氧自由基，减轻再灌注损伤[10]。3.4精氨酸的保健效果3.4.1精氨酸与心脑血管疾病根据1998年诺贝尔医学奖获奖者的研究成果，补充精氨酸对于心脑血管疾病等老年慢性疾病有显著的保健作用。精氨酸是人体内合成一氧化氮的前体物质，一氧化氮对于增强体内肺脏、肝脏、肾脏、胃肠等重要脏器功能有重要的作用。补充精氨酸有助于增加体内一氧化氮的合成，而体内一氧化氮合成的增加，对于平衡血压、增强血流、改善心脑供血、增强血管弹性、恢复动脉硬化效果显著[11]。3.4.2提高机体免疫力精氨酸也是多胺合成的起始物。多胺是重要的生物学调控物质，与DNA、RNA及蛋白质的生物代谢有关，在细胞生长周期过程中起关键的调节作用，参与分裂素诱导的T细胞免疫反应，在调控中枢神经系统原发性免疫反应中起关键性作用。NO具有抑制血小板聚集和黏附、抑制急性炎症早期中性粒细胞聚集和黏附、降低内皮细胞通透性和抑制炎性渗出等免疫功能。精氨酸还可通过促进多种内分泌激素(包括胰岛素、生长激素、催乳素、抗利尿激素和儿茶酚胺等)的释放，达到调节免疫的作用。3.4.3促进肌肉合成精氨酸增加有利于组织合成蛋白质，提高蛋白质的利用率。以新生仔猪为模型，在7日龄的仔猪中添加精氨酸组比对照组体重提高了28％，显著提高了背最长肌、十二指肠等组织中的蛋白质合成率，血清精氨酸含量和生长激素水平也显著提高。3.4.4促进肠道发育强化精氨酸的胃肠营养支持，可增加机体内的氮储留，有助于改善机体氮平衡，并有效发挥调节、控制蛋白质的更新，为肠上皮细胞的损伤修复提供物质基础，从而改善肠道的机械屏障功能。精氨酸能改善大鼠肠道在灌注损伤后的黏膜屏障功能。精氨酸分解是多胺合成的第一步，细胞内精氨酸的浓度可以调控多胺的合成。多胺可以调节DNA和蛋白质的合成，从而调协细胞增殖和分化，在加快细胞增殖、组织形成及细胞分化中起着重要的作用，是小肠黏膜生长、发育、成熟、适应及恢复创伤必需的物质[12]。3.4.5改善性欲精氨酸不仅参与精子的形成，也是精子各种核蛋白的基本成分。NO对雄性生殖系统具有重要作用，它是阴茎勃起的主要介质，通过传递氮能神经信息刺激血管和阴茎海绵体平滑肌松弛，引起阴茎勃起。NO参与睾丸的微循环调节，促进和调节精子的活力和精子的受精能力。因此，精子量少的雄动物性多食富含精氨酸的饲粮，有利于精子量增加，从而促进生殖功能。另外，精氨酸在调节母畜生殖道内酸碱度，提高雌性仔畜产率方面也有一定效果[3]。3.研究展望精氨酸对基因表达的调控影响机体的代谢已成为当今的研究热点。但目前对于精氨酸详细的作用机制尚不清楚，对其适用范围、应用时机及最佳剂量等还有争议，在营养学方面尚需要大量的科学研究逐步解决，以最大限度地发挥其正向作用而避免毒副反应。另外，不同种属动物的精氨酸准确营养需要量尚未确定，这都有待今后进一步研究探索[3]。参考文献：[1].刘兆金,印遇龙等.精氨酸生理营养研究[J].氨基酸和生物资源,2005,27(4):54-57.[2].WuG,MorrisSM.Jr.Argininemetabolism:nitricoxideandbeyond[J].BiochemJ,1998,336(1):1-17.[3].彭瑛,蔡力创.精氨酸的保健作用及其调控研究进展[J].湖南理工学院学报（自然科学版）,2011,24(1):59-62.[4].李玉庆,张小平等.精氨酸的免疫调理作用[J].中国煤炭工业医学杂志,2007,10(2):121-122.[5].石现瑞,王恬.家禽体内精氨酸功能研究进展[J].中国饲料,2003,(4):12-14.[6].郭长义,蒋宗勇,林涛.精氨酸在猪营养中应用的研究进展[J].中国饲料,2009,(8):31-35.[7].王喜波,安立龙等.精氨酸在畜牧业中应用的研究进展[J].饲料博览,2007,(3):13-15.[8].李同华,麻明文等.精氨酸及其研究进展[J].山东畜牧兽医,2009,30(5).[9].彭曦.精氨酸—免疫营养中的“双刃剑”[J].肠外与肠内营养,2010,17(6):321-322.[10].汪仕良.精氨酸与烧伤修复[J].中国烧伤杂志,2005,21(4):244-246.[11].尹时华,华长林等.L—精氨酸与心血管疾病研究进展[J].心血管病学进展,2000,21(4):234-236.[12].ZhaoYJ,XuCQ,ZhangWHetal.Roleofpolyaminesinmyocardialischemia/reperfusioninjuryandtheirinteractionswithnitricoxide.EurJPharmacol,2007,562(3):236-246