3588-60-1 / 亮氨酸的作用有哪些

【背景及概述】^{[1] [2]}

亮氨酸（又稱白氨酸）是Proust 在1819 年首先從奶酪中分離出來的，之后Braconnot從肌肉與羊毛的酸水解物中得到其結(jié)晶，并定名為亮氨酸。L- 亮氨酸的化學(xué)名為氨基異己酸，分子式C6H13O2N。在蛋白不足的日糧中添加過量亮氨酸會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)抑制，降低血液和器官代謝庫中的異亮氨酸和纈氨酸水平，同時(shí)還降低相應(yīng)的酮酸水平，如：KMV和KIV。亮氨酸進(jìn)入胃10~30 min 后可觀察到謝池異亮氨酸和纈氨酸水平隨亮氨酸質(zhì)量濃度的變化情況。在過量亮氨酸日糧中添加異亮氨酸和纈氨酸可以部分改善生長(zhǎng)抑制，進(jìn)添加苯丙氨酸、色氨酸和蘇氨酸可以恢復(fù)到正常生長(zhǎng)水平，表明低蛋白日糧添加過量亮氨酸提高異亮氨酸、纈氨酸及其他氨基酸的需要。上述試驗(yàn)過程中動(dòng)物出現(xiàn)采食量的下降，生長(zhǎng)抑制70 % 由采食量的下降造成，口服亮氨酸1~3 h 后采食量并不下降。

亮氨酸引發(fā)的抑制現(xiàn)象發(fā)生次序?yàn)椋?/p>

1）體內(nèi)代謝池總游離亮氨酸及其酮酸和KIC 升高；

2）體內(nèi)代謝池總游離異亮氨酸及KMV，纈氨酸及KIC降低；

3）采食量和生長(zhǎng)性能抑制亮氨酸的頡頏效應(yīng)存在特異性，在高蛋白日糧中不發(fā)生，提高異亮氨酸和纈氨酸的水平并不能提高血液亮氨酸的質(zhì)量濃度。很多生物都可以發(fā)生亮氨酸引發(fā)的頡頏現(xiàn)象，包括老鼠、禽類、豬、火雞和人類。近年來，大量研究表明，亮氨酸可以調(diào)節(jié)哺乳動(dòng)物骨骼肌蛋白質(zhì)的代謝。此外，已有的研究結(jié)果也表明，亮氨酸可以加速體內(nèi)脂肪氧化分解，并已開始作為一種膳食補(bǔ)充劑輔助減肥在臨床上進(jìn)行推廣應(yīng)用。

【理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)】^[3]

亮氨酸稱白氨酸、2-氨基- 4-甲基戊酸、α- 氨基-γ-甲基戊酸、α-氨基異己酸。 1819年首次離析得到。有3種旋光異構(gòu)體，即l-、d-、dl- 體，天然品為l-體，以蛋白質(zhì)形式存在于動(dòng)植物組織中，常見者為l-體。l-體從乙醇水溶液中結(jié)晶者為白色有光澤的六面體片狀晶體，或結(jié)晶性粉末。無嗅。有苦味。相對(duì)分子質(zhì)量 131.18。相對(duì)密度1.293(18℃)。熔點(diǎn)293～295℃ (分解)。145～148℃升華。比旋光度+15.0° (c=2，5mol/lHCl，25℃)。不溶于乙醚，微溶于乙醇，溶于水、冰醋酸及稀無機(jī)酸、堿。水中的溶解度(g/l)22.7(0℃)、24.26(25℃)、28.87 (50℃)、38.23(75℃)、56.38(100℃)，醋酸10.9(常溫)。d-體從乙醇水溶液中結(jié)晶者為白色片狀晶體，熔點(diǎn)293℃(分解)，比旋光度+10.34。dl- 體從水中結(jié)晶者為葉片狀晶體，有甜味，熔點(diǎn) 332℃(分解)，可升華，溶于水(g/l)7.92(0℃)、9.91 (25℃)、14.06(50℃)、22.76(75℃)、42.06(100℃)。

【代謝】^[3]

亮氨酸是支鏈氨基酸（BCAA）之一， BCAA 包括亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸，哺乳動(dòng)物自身不能合成，必須由日糧提供。BCAA 是目前日糧必需氨基酸中數(shù)量最大的氨基酸，包括了大約35 % 肌肉蛋白的必需氨基酸和大約40 % 哺乳動(dòng)物的必需氨基酸。亮氨酸的從頭合成限于植物和微生物中，在哺乳動(dòng)物體內(nèi)不能從頭合成。而哺乳動(dòng)物體內(nèi)亮氨酸的分解過程如下：起始步驟是轉(zhuǎn)氨，即亮氨酸在BCAA 轉(zhuǎn)氨酶催化下，生成α- 酮異己酸，是一種支鏈酮酸，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)；然后，α- 酮異己酸在BCAA 脫氫酶催化下發(fā)生不可逆的氧化脫羧反應(yīng)，生成少1 個(gè)碳原子的酮酸與乙酰輔酶A（CoA）衍生物；最終，分解生成乙酰乙酸和乙酰CoA 進(jìn)入檸檬酸循環(huán)，因此，亮氨酸是一種生酮氨基酸。

1. 支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶（BCAT）

BCAT 廣泛存在于哺乳動(dòng)物器官，如：線粒體（BCATm）、胞液（BCATc）及細(xì)胞器。心臟、肌肉、胃、胰和腎的BCAT 主要存在于BCATm，而大腦、卵巢和胎盤中的主要存在于胞質(zhì)體。器官中BCATm 的活性在不同物種和器官中變化較大。如：老鼠的胰、胃、心和骨骼肌都有很高的BCAT 活性，而肝中的BCAT 活性基本上可以忽略。人類器官中的轉(zhuǎn)氨酶活性較為一致。哺乳動(dòng)物器官中已發(fā)現(xiàn)3 種不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)氨酶。BCAA 都可以作為酶Ⅰ的底物，在多數(shù)器官BCATm 和BCATc 中存在，酶Ⅱ以亮氨酸作為特異性底物，在老鼠肝的BCATc 中存在，酶Ⅲ多存在于心臟和大腦中。在老鼠肝中發(fā)現(xiàn)有亮氨酸和BCATm 特異性轉(zhuǎn)氨酶。目前對(duì)BCAT 活性的調(diào)控機(jī)制仍不清楚。轉(zhuǎn)氨反應(yīng)的速度取決于底物和酶的質(zhì)量濃度。與BCAA代謝中的支鏈氨基酸脫氫酶（BCDH）相比，BCAA的BCAT 有較高的米氏常數(shù)（K m）值。纈氨酸的BCAT 活性的K m 高于異亮氨酸和亮氨酸，這也可以解釋為何多數(shù)生物中血液纈氨酸質(zhì)量濃度高于亮氨酸和異亮氨酸。

2. BCDH

BCDH 催化是BCAA 代謝中的限速步驟，該反應(yīng)脫掉碳骨架上的第1 個(gè)碳原子。BCDH 復(fù)合物與丙酮酸脫氫酶復(fù)合物和α- 酮酸脫氫酶復(fù)合物相似， 都位于BCATm 膜的內(nèi)部。BCDH 復(fù)合物由3 個(gè)催化組成，即由2α 和2β 亞基組成的BCAAα- 酮酸脫氫酶（E1）、二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰基酶（E2）和二氫硫辛酸脫氫酶（E3）。3 個(gè)部分與硫胺焦磷酸酯、核黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）和CoA 聯(lián)合催化，并由支鏈氨基酸酮酸（BCKA）產(chǎn)生支鏈氨基酸酰CoA、CO2 和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸脫氫酸（NADH）。

BCKA 降解由BCDH 復(fù)合物催化并調(diào)控，BCDH分為活性和非活性2 種形式，通過特異激酶（BCDH激酶）和磷酸化酶（BCDH 磷酸化酶）催化脫磷反應(yīng)調(diào)控其磷酸化來轉(zhuǎn)化。磷酸化后為非活性形式，去磷酸化后轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚孕问健＠鲜蠊趋兰≈蠦CDH 多為非活性形式，人類骨骼肌多為活性形式，大多數(shù)器官，如：肝、心臟和腎的酶都是活性形式，BCDH 的活性隨不同的生物和器官變化。BCDH 復(fù)合物活性可由日糧蛋白質(zhì)、能量、BCAA 質(zhì)量濃度、運(yùn)動(dòng)、胰島素和雄性性激素調(diào)控，主要通過改變BCDH 激酶活性來調(diào)控。低蛋白日糧或采食低能量時(shí)，BCDH活性為正調(diào)控，BCDH 復(fù)合物主要處于非活性狀態(tài)，有利于利用BCAA 進(jìn)行蛋白質(zhì)合成。提高亮氨酸和異亮氨酸質(zhì)量濃度可以激活BCDH 復(fù)合物活性。酮戊己酸（KIC）可以作為BCDH 激酶的蛋白抑制劑來激活BCDH 的活性，但異戊酸酮（KIV）和甲基戊酸酮（KMV）并沒有此效果，表明亮氨酸和KIC 在BCDH 復(fù)合物的調(diào)控中起重要作用。

【生理功能及應(yīng)用】^[3]

1.氧化供能

亮氨酸在體內(nèi)可用于蛋白合成，但在特殊生理時(shí)期（饑餓、泌乳、應(yīng)激和運(yùn)動(dòng)等）能作為能量來源。仔豬饑餓時(shí)其腦與肌肉中亮氨酸氧化量增加。瘤胃原蟲也可以利用BCAA 作為能源。BCAA 能以較快的速率轉(zhuǎn)氨基和完全氧化，氧化產(chǎn)生三磷酸腺苷（ATP）的效率高于其他氨基酸，每分子亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸完全氧化分別產(chǎn)生42、43 和32分子ATP。其主要代謝場(chǎng)所在肌肉中，在轉(zhuǎn)氨酶作用下，BCAA 將氨基轉(zhuǎn)移給酮戊二酸生成谷氨酸，谷氨酸將氨基轉(zhuǎn)移給丙酮酸生成丙氨酸。特殊狀態(tài)下2 種糖異生氨基酸的利用率增加，肝糖異生的能量轉(zhuǎn)換加快，使血清丙氨酸和谷氨酸質(zhì)量濃度降低，補(bǔ)充BCAA 可以節(jié)約肌糖原。

2. 調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)代謝

BCAA 可以促進(jìn)氮儲(chǔ)留和蛋白質(zhì)合成。亮氨酸可以調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)代謝，異亮氨酸和纈氨酸對(duì)蛋白質(zhì)的合成和降解無顯著影響。亮氨酸是骨骼肌與心肌唯一可調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)的氨基酸，可以促進(jìn)骨骼肌蛋白質(zhì)的合成，對(duì)骨骼肌蛋白質(zhì)的降解并沒有影響。亮氨酸增加蛋白質(zhì)合成高達(dá)50 %，抑制分解僅25 %。亮氨酸的代謝產(chǎn)物α- 酮戊己酸（α-KIC）和β- 羥基-β- 甲基丁酸（HMB）具有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)代謝的作用。亮氨酸抑制分解主要通過α-KIC促進(jìn)胰島素的分泌，抑制胰高血糖素分泌，從而抑制糖原異生，減緩肌肉蛋白的分解。飼喂閹牛瘤胃保護(hù)性α-KIC 的鈣鹽，日增質(zhì)量增加14 %，飼料轉(zhuǎn)化率提高8 %，對(duì)胴體品質(zhì)未產(chǎn)生不良影響。羔羊腹膜內(nèi)注射α-KIC 的鈉鹽或飼喂瘤胃保護(hù)性或不保護(hù)性α-KIC，可以提高日增質(zhì)量、飼料轉(zhuǎn)化率和肌肉生長(zhǎng)，降低脂肪沉積。HMB 也可以調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)代謝，用離體的大鼠及仔雞的跖長(zhǎng)伸肌、大鼠比目魚肌及脛骨前肌與HMB 共同培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)HMB可促進(jìn)大鼠的跖長(zhǎng)伸肌和比目魚肌及雞的跖長(zhǎng)伸肌和脛骨前肌的蛋白質(zhì)合成（白質(zhì)合成分別增加7 %，4 % 和8 %，5 %），抑制蛋白降解（蛋白質(zhì)降解分別減少31 %，6 % 和15 %，22 %）。

3. 調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能

亮氨酸缺乏導(dǎo)致動(dòng)物胸腺和脾萎縮，淋巴組織受損，并使免疫球蛋白、補(bǔ)體C3 和鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白水平降低，斷奶仔豬缺乏BCAA 會(huì)導(dǎo)致合成特異性抗體的能力下降。添加瘤胃保護(hù)性α-KIC（0.05 %）可增強(qiáng)羔羊抗豬紅細(xì)胞的抗體反應(yīng)與淋巴細(xì)胞增殖反應(yīng)，添加0.05 % 的亮氨酸則抑制其抗豬紅細(xì)胞的抗體生成；綿羊飼養(yǎng)中添加亮氨酸與α-KIC，可調(diào)節(jié)其T- 淋巴細(xì)胞亞群的免疫功能。肉雞補(bǔ)飼0.6 % 的α-KIC，未增強(qiáng)其抗新城疫病毒的抗體反應(yīng)。亮氨酸及其轉(zhuǎn)氨基作用產(chǎn)物對(duì)動(dòng)物免疫反應(yīng)的作用效果受添加形式、數(shù)量與動(dòng)物的種類等因素的影響。

【合成】^[3]

方法1：從動(dòng)植物中提取(如角蛋白、干酪等)，將蛋白質(zhì)水解，然后用堿中和，使亮氨酸析出，再用銅鹽精制，以β-萘磺酸沉淀，可制得亮氨酸的結(jié)晶。

方法2：以葡萄糖及糊精為原料，采用乳糖發(fā)酵，用短桿菌、粘質(zhì)賽氏桿菌、海洋節(jié)桿菌等菌株發(fā)酵。

方法3：以α-酮己酸和甲酸銨為原料，經(jīng)固定化的耐熱l-亮氨酸脫氫酶、氫氧化鈉和甲酸脫氫酶作用，可連續(xù)生產(chǎn)亮氨酸。

方法4：α-溴代異己酸與氨反應(yīng)，可制得亮氨酸。

方法5：以乙酰基乙酰胺為原料，與異丁基溴反應(yīng)，生成2-乙酰基異己酰胺，再在次溴酸鉀作用下，生成2-溴-2-乙酰基異己酰胺，再與氨反應(yīng)，生成2-氨基-2-乙酰基異己酰胺，再在氫氧化鉀溶液中脫乙酰基，生成2-氨基異己酰胺，最后在鹽酸溶液中水解，可制得亮氨酸。

【主要參考資料】

[1] 王彬, 李奇. 亮氨酸的代謝及營(yíng)養(yǎng)生理作用研究進(jìn)展[J]. 飼料研究, 2012 (1): 14-16.

[2] 陳浩, 毛湘冰, 陳代文, 等. 亮氨酸調(diào)節(jié)哺乳動(dòng)物脂肪代謝的研究進(jìn)展[J]. 動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào), 2014, 26(7): 1723-1727.

[3] 實(shí)用精細(xì)化工辭典