王桂芹 芦洪梅 朱兴华
我国是世界水产养殖的大国，但水产饲料的产量不能满足市场需求，提高产量降低成本是水产营养研究的重点，蛋白质是决定饲料成本的主要营养物质。肉食性鱼类对蛋白质含量要求较高且依赖鱼粉，人们试图用价廉的动植物蛋白部分或全部替代鱼粉，这在草食性和杂食性鱼类几乎可以做到，但在肉食性鱼类尤其是海水肉食性鱼类中很难做到，这些鱼类只能利用较少量的其他蛋白源，这极大地限制了廉价的蛋白源在肉食性鱼类饲料中的应用，使得饲料成本没能得到有效的降低。因此不仅制约了养殖业的发展,而且鱼粉的长期使用还会增加氮磷的排放，使水产养殖零排放和环境友好饲料等可持续发展的健康养殖目标难以实现。肉食性鱼类蛋白酶活力较高，对蛋白质的消化能力强于草食性和杂食性鱼类(Sheenan 等,1999；Hidalgo 等，1999)。肉食性鱼类对鱼粉的利用能力要好于草食性和杂食性鱼类，但肉食性鱼类对替代蛋白源的反映比其他食性鱼类更加敏感，影响生长，增加氮的排泄。因此，了解饲料氨基酸模式对不同食性鱼类氮代谢中脱氨的调控机理的差异是十分重要的。
1 鱼类氨基酸代谢脱氨供能的主要途径
动物对蛋白质的代谢和利用过程包括消化、利用（吸收、运输、合成）和排泄等复杂环节，受到酶、激素和基因的调控（Douglas等，1991）。蛋白质进入动物体内水解成氨基酸,被机体吸收的氨基酸一部分以氨氮的形式排出体外,一部分用于合成新的体组成蛋白,体蛋白的合成和分解处于动态平衡之中,淡水鱼摄入的氨基酸没有利用的经代谢的最终主要产物是氨,少量是尿素,鱼类是排氨型动物,鱼类产生氨的组织主要是肾、肌肉和肠。鱼体内源生氨的途径有两条:一种是特定氨基酸脱氨酶直接脱氨,如谷氨酸、组氨酸和丝氨酸等,但不是氨基酸直接脱氨供能的方式;一种是间接转脱氨产生能量的过程,其中主要的关键代谢酶是谷氨酸脱氢酶和嘌呤核苷酸脱氨酶,还有辅助转氨的主要关键酶是天冬氨酸和丙氨酸氨基转移酶,鱼类不能利用的蛋白质或排泄的氨主要是因谷氨酸脱氢酶和嘌呤核苷酸脱氨酶这两步脱掉产生的,第一种形式产生的代谢产物大多还要通过谷氨酸脱氢酶和嘌呤核苷酸脱氨酶这两条途径脱氨供能(Smutna等,2002)。
鉴于谷氨酸脱氢酶和嘌呤核苷酸脱氨酶两条体内氨基酸代谢脱氨供能途径在动物氮代谢中的重要地位，学者们对这两个酶特点、功能、分布、环境和饲料调控等方面在鼠、猪和水产动物等进行了比较深入广泛地研究。
与其他脊椎动物相比，鱼类是排氨型代谢动物，鱼的大部分能量消耗都来自蛋白质的分解，氨是氮排泄的主要形式且来自蛋白质的氧化，在有氧情况下，氨主要来源于肝中转脱氨和肌肉的嘌呤核苷酸循环脱氨。环境氧降低时，肝产生的氨降低，而肌肉的氨产量增加（Smutna等，2002）。鱼类吸收的且没有利用的氨基酸大多通过这两种途径脱氨排泄而损失。
2 谷氨酸脱氢酶种属差异及其内外因素对其的影响与调控
谷氨酸脱氢酶（GDH）是细胞内含锌的线粒体酶，是一种别构蛋白，在动物肝、肾和脑等组织中广泛分布，活性很强，是一种不需氧脱氢酶，很多氨基酸都能转化成谷氨酸参与代谢，是氨基酸分解代谢的关键性酶。GDH受到ADP、AMP和亮氨酸所激活，被ATP和GTP所抑制（Hayashi,1982）。生理状态下，GDH在血浆中的活性极低，在肝脏中含量非常丰富，其含量的变化在一定程度上反映了体内蛋白质分解代谢的情况。
GDH在体内存在的位置和活性的高低是不同。Wilson等（1973）发现，斑点叉尾■饲料中的氨基酸被吸收后大多数都由血液进入肝脏，唯有谷氨酰胺直接氧化供能，而且肠的GDH的活性要高于肝脏中的活性。谷氨酰胺氧化供能产生9个ATP，而葡萄糖氧化分解只产生2个ATP，这也是氨基酸优先供能的主要原因。鲤鱼红细胞也是通过谷氨酰胺直接氧化供能，红细胞中也存在着较高活性的GDH（Tiihonen等，1991）。鱼类肝脏中产生的氨占总氨的50％～70%，在肝脏中氨主要是由谷氨酸脱氢酶产生的，摄入的饲料蛋白被吸收的氨基酸80%进入肝脏代谢，肝脏中的GDH活性亦较高（Walton 等，1973）。可见不同鱼类或不同状态下，GDH在不同组织的活性不同。
GDH的活性也受到水生动物所处的环境、饥饿、摄食及不同饲料组分的调控。桡足类在高盐水体中是通过调控谷氨酸脱氢酶基因表达来调控氨基酸代谢的,即在转录水平上调节氨基酸分解代谢酶的活性来适应环境的变化(Christopher等,2003)。饥饿时肝中GDH和丙氨酸氨基转移酶(AAT)增加的幅度更大,在肾中没有变化(Maria 等,1998)。长期饥饿动员蛋白质提供能量,蛋白分解产生的糖异生氨基酸(天门冬氨酸、丙氨酸和谷氨酰胺)是主要的氧化供能氨基酸(Maria 等,1998)。摄食后GDH在肝和肠中显著增加，且GDH在肠中要高于肝中酶活性，摄食后在肠中游离氨基酸（FAA）变化大于脑、肝和肌肉，摄食后肝中谷氨酸积累增加，即合成的大于分解的，表明摄食后氨基酸分解代谢主要发生在肠道中(Yvonne 等,2008)。Wilson 等（1973）发现养殖的鱼类丙氨酸氨基转移酶、天门冬氨酸氨基转移酶和GDH在任何部位（肝、肾、鳃、肠道、心脏和脾脏）都高于野生的，说明饲料调控酶的活性。日粮淀粉提高降低真鲷肝GDH酶活性(Couto等,2008)。饲料中植物蛋白水平较高时，增加肝谷氨酸脱氢酶的活性，但是等蛋白增加饲料中的谷氨酸含量，虹鳟肝中谷氨酸脱氢酶的活性增加的幅度并不大（Moyano 等，1999）。高蛋白日粮显著增加虹鳟肝和肾的GDH Vmax和分解效率，而AAT的动力学参数只在肝中提高，两个酶的动力学显著受到日粮蛋白过量的影响，酶的动力学是和氨基酸利用相适应(Maria 等，1998)。
3 嘌呤核苷酸脱氨酶种属差异及其内外因素对其的影响与调控
嘌呤核苷酸脱氨酶（AMP-脱氨酶）是动物肝、肾、肌肉和脑等组织中参与嘌呤核苷酸循环和能量代谢的重要酶类，AMP-脱氨酶作为一种嘌呤核苷酸分解代谢的关键酶,在嘌呤核苷酸的分解代谢过程中,将腺嘌呤核苷酸催化脱氨生成次黄嘌呤核苷，此循环是消耗天冬氨酸脱掉氨基而供能的过程。来源于组织蛋白分解的氨基酸主要通过嘌呤核苷酸循环脱氨而供能,嘌呤核苷酸循环产生3个ATP(Lowenstein 等,1972)。嘌呤核苷酸循环是机体脱氨基的主要途径,如骨骼肌和心肌中谷氨酸脱氢酶活性较低,氨基酸不宜借此脱氨,但却可通过嘌呤核苷酸循环而脱去氨基，脑中也有50%氨基是经嘌呤核苷酸循环产生的,肝脏中的谷氨酸脱氢酶活性很强,但主要催化谷氨酸的合成,而氨基酸的脱氨也依赖于嘌呤核苷酸循环(Lushchak等,1994)。大多数鱼类骨骼肌占体重的50%以上,多为白肌,肌肉是游离氨基酸的大库,白肌分解是无氧代谢,主要靠糖原供能,但鱼类相对于哺乳动物而言,其己糖激酶的活性较低,肌肉中脱氨供能的主要途径是嘌呤核苷酸循环,所以鱼类肌肉中的蛋白质脱氨途径是嘌呤核苷酸循环,其主要的关键脱氨酶是嘌呤核苷酸脱氨酶。
嘌呤核苷酸脱氨酶在体内存在的位置和活性的高低不同，同时它也受到动物品种、摄食及不同饲料组分的调控。脊椎动物肌肉中大多数氨都是该酶作用产生的,特别是鱼类的肌肉,该酶活性在骨骼肌中最高(lushhchak 等,1994),该酶在各品种间的调控特性差异很大。Wang 等(2008)研究发现,猪的肌肉AMP-脱氨酶的基因随生长发育上调,猪品种和不同肌肉中AMP-脱氨酶表达不同,与生长和胴体特征有关。板鳃类和圆口类鱼类肌肉AMP-脱氨酶的活性较低,硬骨鱼类与哺乳动物的肌肉中AMP-脱氨酶活性较高,在白肌中要高于红肌,组化表明该酶的活性随着个体发育进化而提高,AMP-脱氨酶活性增加与肌肉结构复杂性增加相匹配,白肌靠嘌呤核苷酸代谢提供能量,此过程脱氨供能,仍然是蛋白代谢的过程(Marie 等,2005)。鰕虎鱼摄食后肌肉中只有天冬氨酸增加，其他保持不变，说明肌肉氨基酸氧化分解是通过天冬氨酸进入嘌呤核苷酸循环进行脱氨供能的(Yvonne 等，2008)。吗啡促进了小鼠肝脏、肌肉和小肠组织腺苷脱氨酶基因水平的增加，说明吗啡使人体消瘦是因为促进核苷酸分解代谢并抑制蛋白质的合成（付海英等，2004）。
4 小结
综上所述，学者们对这两个关键酶的纯化、特性分析和活性及基因表达以及在不同种属动物、动物进化、环境和饲料等影响和调控等方面进行了初步研究，提出了这两个关键脱氨酶在不同食性动物中有差异，且能被营养、环境等所调控，但是不同研究得出的结果不同，因在大多数研究中，都是陆生动物，关于不同食性鱼类及其营养调控的研究及比较尚少有报道。因此系统地研究饲料氨基酸模式对不同食性鱼类脱氨酶调控的比较分析，对于丰富比较动物营养学理论、优化动物饲养技术、合理利用饲料资源均有重大意义。在以往饲料蛋白对鱼类蛋白质代谢的研究的基础上，选择我国典型的不同食性鱼类为研究对象，系统地研究和比较不同食性鱼类谷氨酸脱氢酶和嘌呤核苷酸脱氨酶的组织分布、活性和基因表达的差异及饲料氨基酸模式对其调控的比较，澄清不同食性鱼类两个关键酶对饲料蛋白的适应机制,深入地阐明不同食性鱼类利用蛋白质能力差异的主要原因以及肉食性鱼类有效利用劣质蛋白源的能力更差的瓶颈问题,提出饲料氨基酸搭配的最适策略,以及为鱼类优选饲料原料和合理加工处理饲料提供基本的科学依据,为进一步丰富比较动物营养学的理论,实现水产养殖零排放和环境友好型饲料等可持续发展的健康养殖,具有重要的学术和理论指导意义。
（参考文献17篇，刊略，需者可函索）
（编辑：沈桂宇，）
王桂芹，吉林农业大学动物科技学院，130118，吉林省长春市净月旅游开发区新城大街2888号。
芦洪梅，单位及通讯地址同第一作者。
朱兴华，吉林省新立城水库管理局。
收稿日期：2009-10-19
★ 吉林农业大学博士后启动基金资助；中国博士后基金资助 |
相关信息
