動物消化道脂肪酶研究概述

007畜牧

　　

      動物體內(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體吸收，如何提高食物中酯類的消化吸收率成為現(xiàn)在營養(yǎng)學(xué)中的新熱點，脂肪酶是其中的研究重點，本文綜述了動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、特性及研究進展。
　　
       1 消化道脂肪酶來源和特點
　　在相當(dāng)長的一段時間里人們一直認為消化道中脂類的消化起始于腸道，胃被認為是一個臨時性的貯存器官，只起到將脂類與其他營養(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程是可以忽略的。但最近的研究卻推翻了這種認識，研究發(fā)現(xiàn)十二指腸前脂肪酶（來源和作用于口腔至胃的脂肪酶稱作十二指腸前脂肪酶）在胃中對脂肪的消化起著不可或缺的作用，因此，動物消化道內(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。犢牛舌部脂肪酶對三丁酸酯和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，但也有報道可以水解鏈長達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）認為人胃脂肪酶是一個酸穩(wěn)定性酯解酶，它在胃、十二指腸和空腸中對日糧中的甘油三酯起到消化和吸收作用。這個酶主要由基底膜上的主細胞合成，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，其在胃中對脂肪有限的消化對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，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，對脂肪的水解產(chǎn)物主要是甘油二酯和游離脂肪酸。加入過量的白蛋白后（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，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就存在，最早出現(xiàn)在妊娠26周時。這些嬰兒具有較強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70%的長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。各國研究人員根據(jù)所發(fā)現(xiàn)胰脂肪酶的不同功能對其進行了不同的命名，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個碳原子以下脂肪酸的脂肪不需經(jīng)過水解就可被吸收，而對于含8個碳原子以上脂肪酸的脂肪則必須經(jīng)過酶水解后吸收。
　　

      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，但是它們的初級結(jié)構(gòu)和高級結(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)對脂肪酶酯解作用的影響
　　通過對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）報道人和鼠的胰甘油三酯脂酯酶含有465個氨基酸殘基，其中含有一個16個氨基酸殘基的信號肽，而成熟的蛋白含有449個氨基酸殘基。結(jié)構(gòu)分析表明可以把胰脂肪酶分成兩個域，一個是從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，即所謂的LID蓋子域。兩個較小的環(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端有兩個膽汁酸的位點和一個輔脂酶的位點，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sn-3位具有立體選擇性。如果由對映體過量百分率表示的話，人和兔胃脂肪酶對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，對含有短酰基鏈的三酰甘油（三辛酸甘油酯）更具有立體選擇性。
　　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）-二酰基-sn-甘油，1（3）-烷基-2-酰基-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或次級酯鍵時脂肪酶的立體選擇性。研究發(fā)現(xiàn)豬胰脂肪酶對（3）-酰基-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）-二酰基-sn-甘油（三酰甘油類似物）時則無選擇性。與胰脂肪酶不同的是胃脂肪酶對初級鍵為sn-3的酯鍵水解的親合力更強。
　　從這些動力學(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手性的區(qū)別，而人胃脂肪酶在從1（3）-烷基-2-酰基-甘油的次級酯鍵中水解酰基鏈時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，甚至長達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，當(dāng)溶液中含17mM牛磺脫氧膽酸鈉和3.3mM氯化鈣時，純化的舌部脂肪酶能夠很快的將長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。
　　動物進食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，再被吸收，甘油二酯在十二指腸中進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。這個過程促進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起重要作用，它可以在胰脂肪酶活性不足時起到代償作用。
　　

      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，再被吸收；甘油二酯在十二指腸中進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)面臨的一個問題。在現(xiàn)代畜牧業(yè)中，為提高生產(chǎn)效率，過早地將幼畜斷奶，讓其采食固體飼料，這時幼畜會面臨很多的問題，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。為避免以上問題的發(fā)生，在養(yǎng)殖過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)
　　為彌補幼齡動物脂肪酶的不足，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遠低于胰脂肪酶，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)，目前沒有在飼料工業(yè)中使用。當(dāng)前已經(jīng)實施工廠化生產(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，提高能量和營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收率，并有效減少腹瀉的發(fā)生。
　　（參考文獻略  作者：楊漢博 王 峰 | 來源:飼料廣角 ）


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