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亮氨酸对荷斯坦犊牛氨基酸代谢及骨骼肌蛋白质合成的影响

发布时间:2020-11-12 11:41
   犊牛断奶前骨骼肌的高蛋白质合成速率可提高其成年后的生产性能。骨骼肌中时刻都在进行蛋白质周转,即分解旧的蛋白质并重新合成新蛋白质,期间蛋白质分解产生的必需氨基酸(EAA)会被部分氧化分解造成损失。因此,降低EAA损失并充分利用EAA进行骨骼肌蛋白质合成对犊牛养殖有着重大意义。研究表明,亮氨酸作为功能性氨基酸,既是蛋白质合成的底物,又可作为信号分子通过激活mTOR通路促进翻译起始。本试验假设添加亮氨酸可通过激活mTOR通路促进翻译起始,竞争性地利用更多EAA进入翻译过程,从而促进蛋白质合成。试验选取10头新生荷斯坦犊牛(38±3kg),随机分配到对照组(n=5)或亮氨酸组(添加量为1.435 g/L,n=5)。试验周期为8周,第1周为适应期,第2-7周为正试期。犊牛出生1 h内饲喂4 L初乳(IgG50 g/L),而后每天08:00及17:00共饲喂2次常乳,适应期每次饲喂3 L,期间氨基酸的添加量以每天20%的梯度增加,并于第6天达到100%添加量。第2-3周每次饲喂3.5 L常乳,第4-8周每次饲喂4 L常乳。第3周起犊牛采食开食料,并从210 g/d逐步增加到第8周的1800 g/d,确保开食料无剩余,犊牛全程自由饮水。本文采用屠宰试验的方法,探究添加亮氨酸对犊牛氨基酸代谢和骨骼肌蛋白质合成的影响,结果与结论如下:1.亮氨酸组血液蛋氨酸、苏氨酸、组氨酸和EAA的浓度高于对照组(P0.05),精氨酸浓度低于对照组(P0.05),丝氨酸,组氨酸和甘氨酸存在处理和周龄的交互作用(P0.05),血清所有氨基酸均存在时间效应(P0.01),第1周支链氨基酸(BCAA)、EAA、非必需氨基酸(NEAA)、总氨基酸(TAA)的浓度均高于其它时期(P0.05)。亮氨酸组骨骼肌游离异亮氨酸和水解苯丙氨酸的浓度低于对照组(P0.05),添加亮氨酸降低骨骼肌肌酐的浓度、谷草转氨酶的活性(P0.05),趋于降低谷丙转氨酶活性(P=0.062)。添加亮氨酸可抑制荷斯坦犊牛骨骼肌的转氨作用,保持机体EAA处于较高水平。2.添加亮氨酸可降低肝脏丙酮酸的浓度(P0.05),提高谷氨酸、乙酰辅酶A和葡萄糖的浓度(P0.05),血液中葡萄糖浓度(P0.05)。添加亮氨酸提高荷斯坦犊牛可利用能量水平。3.添加亮氨酸可提高骨骼肌中哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、真核起始因子4E结合蛋白1(4EBP1)和核糖体蛋白S6激酶1(p70S6K)的磷酸化水平(P0.05),对真核起始因子2α(eIF2α)的磷酸化水平没有显著性影响(P0.05),增加背最长肌的蛋白质浓度和长度(P0.05)。添加亮氨酸可通过激活mTOR及其下游信号分子4EBP1和S6K1促进荷斯坦犊牛蛋白质合成并促进骨骼肌发育。本研究表明,亮氨酸可提高荷斯坦犊牛EAA和能量可利用水平,并通过激活mTOR及其下游信号分子S6K1和4EBP1促进翻译起始,从而促进犊牛骨骼肌的蛋白质合成及其发育。
【学位单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2019
【中图分类】:S823
【部分图文】:

过程图,氨基酸,过程,溶酶体


但在加入 AA 后迅速定位于溶酶体(Bar-Peled and Sabatini 2014)。非活性mTORC1 向溶酶体的易位取决于 Rag 蛋白的 GTP 加载状态(杨鑫 2014)。Rag 蛋白由Rag A、B、C 和 D 组成,并以 Rag A/B 和 Rag C/D 的异二聚体形式发挥作用,而 Rag与 Raptor 的结合很大程度上依赖于 GTP 结合的 Rag A/B 和 GDP 结合的 Rag C/D(Yasemin et al. 2008)。Ragulator 蛋白复合物与 Rag 蛋白相互作用,并将其与溶酶体连接,也被认为是mTORC1在对AA和生长因子的反应中激活的重要组成部分(Yasemin etal. 2010; Liron et al. 2012)。Ragulator 还可作为 Rag 蛋白的鸟嘌呤核苷酸交换因子,优先结合与 GDP 结合的 RagA/B,促进 GDP 与 GTP 的交换及 mTORC1 向溶酶体的转运(Liron et al. 2012)。此外,Rag-Ragulator 相互作用的强度依赖于 AA,如果亮氨酸充足则降低 Rag 结合亲和力,反之则增加 Rag-Ragulator 的相互作用。尽管缺乏亮氨酸或AA,活性突变体 Rag BGTP / Rag DGDP 也能够激活 mTORC1,而无活性突变体 RagBGDP/Rag CGTP 的表达则会抑制 mTORC1 的活性且与 AA 水平无关(Yasemin et al2008)。当单独表达野生型 Rag B 或活性突变体 Rag BGTP 时,mTORC1 活化对亮氨酸缺乏不敏感,但却在 AA 缺乏期间降低,这表明其他 AA 可通过 Rag 蛋白调节 mTORC1活性。

蛋白质合成,亮氨酸


翻译起始的关键步骤是募集 40S 核糖体亚基,其需要将 eIF4F 复合物装配到加帽的 mRNA 上。eIF4F 复合物含有三个起始因子:eIF4E、eIF4G 和 eIF4A,4EBP1 与 eIF4E的结合阻止了 eIF4E 与 eIF4G 结合。然而,mTORC1 介导的 4EBP1 磷酸化可导致 4EBP1和 eIF4E 解离,让 eIF4E 可以与加帽 mRNA 的结合,从而招募 eIF4G 和 eIF4A 形成完整的 eIF4F 复合物(Xiaoju Max and John 2009)。S6K1 通过磷酸化与核糖体相关的多个下游底物促进蛋白质合成,包括调控翻译起始因子如 eIF3 和 eIF4B (Peterson and Sabatini 2005),延伸因子如真核延伸因子 2 激酶(Eukaryotic translational initiation factor 2 kinase, eEF2k)(Wang et al. 2014),mRNA 加工因子如 cap 结合蛋白-80 (Cap-binding protein-80,CBP-80)(Tee and Blenis 2005)。S6K1介导的 SKAR 磷酸化也可以通过与外显子连接复合物的相互作用促进 mRNA 剪接,从而提高 mRNA 的翻译效率(Xiaoju Max et al. 2008)。S6K1 还可调节核糖体的生物发生,增加核糖体数量,从而增强细胞驱动翻译的能力,这将间接作用于提高蛋白质合成的整体速度(Dodd and Tee 2012)。

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图 1-3 骨骼肌利用蛋白质分解产生的 EAA 重合成蛋白质的循环示意图 (Wolfe 20171-3 Schematic representation of the recycling of EAAfrom skeletal muscle protein breakdmuscle protein synthesis.氨酸代谢亮氨酸代谢特点CAA(亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸)的大量需求反映在它们在全身蛋白质特别是在骨骼肌中占 EAA 含量的 35%以上(Mahan and Shields, 1998)。B键方面也是较为特殊:(1)BCAA 由外周组织而非肝脏代谢;(2)BCA合成的底物,还可通过其它机制调节蛋白质的代谢。氨酸分解的两个步骤与异亮氨酸和缬氨酸共享相同的酶,分别是催化可支链氨基转移酶(Branched-chain aminotransferase, BCAT)和不可逆氧化脱 α-酮酸脱氢酶(Branched-chain α-keto-acid dehydrogenase, BCKDH)。
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