缬氨酸的用途及代谢

简介

缬氨酸是猪正常生长和繁殖的一种必需氨基酸，具有重要的营养生理作用，能有效提高仔猪生长性能、免疫功能和母猪泌乳能力[1]。随着“氨基酸平衡理论”的发展和支链氨基酸研究的深入，缬氨酸在猪营养中的作用正得到广泛关注。

图1缬氨酸的结构式。

合成

图2缬氨酸的合成路线[2]。

步骤1：将n-BuLi（1.6 M己烷溶液；0.93 mL，1.5 mmol）在-78°C下滴加到双丙交酯醚5或17（274 mg，1 mmol）的无水THF（5 mL）溶液中。将混合物在-78°C下搅拌15分钟后，在5分钟内滴加合适的亲电试剂（2 mmol）在无水THF（5 mL）中的溶液。在-78℃下搅拌反应混合物3小时，然后在进一步搅拌下加热至室温，总反应时间为18小时。然后通过小心加入饱和NaHCO3，用EtOAc（3×50mL）萃取混合物。合并的有机提取物用盐水和水洗涤，用无水MgSO4干燥，过滤并真空浓缩，然后通过硅胶色谱纯化得到白色固体中间体1。

步骤2：真空除去溶剂后，将所得白色固体溶解在THF（10mL）中，并加入Pd/C（10wt%Pd；60mg，0.056mmol）。然后将烧瓶排空并用1atm H2（3×）回填，并在室温下在H2气球下搅拌18小时。完成后，通过Celite®过滤反应混合物，真空除去溶剂，然后在CHCl3（5 mL）和10%NaHCO3水溶液（5 mL）之间分配。分离含有2-氨基丁酸乙酯（20）的有机物并蒸发至干得到标题化合物缬氨酸。产率为89%。合成路线如图2所示。

用途

随着现代养殖业迅速发展，养殖模式向集约化转变，对猪的生长性能和免疫功能提出了更高要求。随着母猪产仔数提高，泌乳能力成为影响仔猪断奶窝重的关键因素。缬氨酸是猪的必需氨基酸之一，能有效提升仔猪生长性能和免疫功能，并在提高泌乳母猪的泌乳能力方面发挥着重要的作用。

和免疫球蛋白活性是评价动物免疫功能的重要指标。研究发现，缬氨酸对动物T细胞转化为成熟T细胞的过程有促进作用，且缬氨酸能提高仔猪肠道免疫球蛋白 M（Ig M）含量，从而提高仔猪免疫功能[3-4]。泌乳母猪乳腺发育水平是影响母猪泌乳能力的主要因素。研究发现，缬氨酸可以通过激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信号通路来促进猪乳腺上皮细胞的增殖和蛋白质合成，从而提高母猪泌乳能力[5]。此外，缬氨酸可通过提高母猪泌乳量和乳质量，提高仔猪断奶重；通过提高猪机体免疫能力，增强抗病能力，降低死淘率，提高经济效益。当前，通过优化营养方案与提高技术手段实现降本增效将成为企业提升自身竞争力的关键[6]。深入研究缬氨酸是完善“氨基酸平衡理论”优化营养方案的重要途径。而且在低蛋白水平日粮中，通过额外添加缬氨酸满足猪对缬氨酸的需要，可节约蛋白资源、减少氮排放利于环境保护。

代谢

缬氨酸和与其结构类似的亮氨酸和异亮氨酸同属于支链氨基酸（BCAA），是一种必需氨基酸。缬氨酸作为生糖氨基酸，通过糖异生优先参与乳腺等组织中葡萄糖的合成。BCAA不仅能在肝脏中参与代谢，也能在肌肉中参与蛋白质的合成与分解[7]。在代谢过程中缬氨酸与亮氨酸和异亮氨酸具有相同的代谢途径，共用一套转运系统。缬氨酸首先通过支链氨基转移酶的转氨基作用形成α-酮异戊酸，再通过氧化脱羧反应并在辅酶 A 的参与下氧化为琥珀酰辅酶A，参与机体供能和蛋白质合成。缬氨酸代谢过程中产生的谷氨酰胺和丙氨酸可进入丙氨酸-葡萄糖循环，维持血糖平衡[8]。由于BCAA之间存在相似支链结构，共用转运系统，所以在吸收入体内和分解代谢中会竞争相关转运载体和反应酶，出现拮抗现象。因此，日粮中缬氨酸含量过高时，会阻碍亮氨酸和异亮氨酸的吸收和代谢[9]。

参考文献

[1] X. Yuan, X. Peng, C. Chen, X. Wan, H. Lin, Effect of the time of high pressure steam sterilization on the changes of flavor substance in cold-eating rabbits, Xiandai Shipin Keji 38(3) (2022) 257-265.

[2] S.S. Ahn, G.A. Jang, G.H. Sim, Oligomerization and fibrilization of amyloid beta with n-[(4'-bromo[1,1'-biphenyl]-4-yl)sulfonyl]-l-valine or a pharmaceutically acceptable salt thereof fire suppression composition [Machine Translation], Gachon University, Industry-University Cooperation Foundation, S. Korea . 2022, p. 35pp.

[3] T. Sun, J. Yang, H. Liu, H. Li, L. Zhang, X. Xue, Y. Yang, Q. Zhu, Diagnostic marker for sepsis [Machine Translation], The First Affiliated Hospital of Zhengzhou University, Peop. Rep. China . 2022, p. 12pp.

[4] M.E.J. Nascimento, Composition of catalyst based on amino acid chelate for use in degradation of organic contaminant, Brazil . 2021, p. 17pp.

[5] R. Somni, W. Rishko, D. Davis, M. D. Baer, S. Raugei, S. I. Johnson, Protonation of aliphatic amino acids in microsolvated states, American Chemical Society, 2022, p. No pp. given.

[6] S. I. Johnson, R. Somni, W. Rishko, D. Davis, M. D. Baer, S. Raugei, Electronic structure, ionization propensity, and dynamics in amino acid-water clusters generated by soft ionization processes in mass spectrometry, American Chemical Society, 2022, p. No pp. given.

[7] N. Black, M. Alvarez, B. Lowry, S. Fritz, M. Garcia, E. Billiot, F. H. Billiot, K. Morris, In silico modeling of the critical micelle concentration of valine-based surfactants with diamine counterions, American Chemical Society, 2022, p. No pp. given.

[8] Y. Wang, J. Shi, K. Liu, Y. Wang, Y. Xu, Y. Liu, Metabolomics and gene expression levels reveal the positive effects of teaseed oil on lifespan and aging process in Caenorhabditis elegans, Food Sci. Hum. Wellness 12(4) (2023) 1391-1401.

[9] T.L. Kelley, Topical composition for treating skin wounds, USA . 2022.