关于多肽的消化吸收,你还有很多不了解的

关于多肽的消化吸收,你还有很多不了解的

外源性食用蛋白经酶水解后产生不同片段的肽混合物及少量氨基酸,这些产物经人类食用产生诸多有利于人体健康的作用。国内外大量文献资料对这一事实作了研究报道。蛋白多肽经口服产生一定的生物学作用其前提是吸收。

蛋白质的吸收

蛋白质是生命的物质基础,它由一条或多条具有确定的氨基酸序列的多肽链构成的大分子。多肽是比蛋白质分子量小,在结构和功能上又与蛋白质有差异的一类小分子蛋白质的总称。蛋白质和多肽在机体内起着十分重要的作用,是机体功能实现的主要承担者。仅此看来,外源性蛋白及多肽的补充对生命营养、功能代谢其意义非凡。

蛋白质是具有高度种族特异性的大分子,它不易吸收,必须经过消化过程分解为小分子才能吸收。在这种观点下,蛋白质消化吸收经过了漫长反复的研究,逐步取得了被广泛接受的理论。

蛋白质或多肽如果无法吸收就无意义可言。因此蛋白质及多肽的补充,吸收是关键。早在19世纪中叶,生物科学家们就对蛋白质吸收进行了广泛深入的研究。1870年,有科学家提出并得到了大生理生化学家Aberhalden首肯的“蛋白质再合成吸收(hypothesis of resynthesis)”假设理论,即外源性蛋白质首先经过胃肠消化为蛋白胨(peptone),然后在肠粘膜细胞中合成血浆蛋白而进入血液,进而为机体利用。尽管此假说被当时学界广泛接受,但由于无法用可信的实验证实,还是受到某种程度的质疑。1901年德国生理学家Otto Cohnheim发现肠粘膜提取物不仅不能使蛋白胨转化为蛋白质,反而能将蛋白胨分解为游离的氨基酸,并将此提取物命名为“erepsin”(希腊语意为分解降解)。之后多位科学家证实了食用蛋白质食物时在肠道有氨基酸存在,并发现血氮含量的升高,因此认为蛋白质吸收是以氨基酸的形式进行的。但是由于当时的测定方法并不是直接测定氨基酸,因此实验证据并不十分充足。1912年,Vans Slyke 和Meyer用亚硝酸法测得肠系膜和血中的氨基氮,更加坚定了以上的吸收理论,直到1914年Abel等用透析的方法从血中透析得到了氨基酸,至此蛋白质吸收理论基本构成并被广泛接受了。此理论即为蛋白质经过胃肠道消化后变成游离氨基酸吸收入血再分布各组织然后合成蛋白质。此传统理论在相当长的时间里占据主导地位。此后许多科学家前赴后继对吸收过程进行了细化研究,进而形成了经典的蛋白质吸收理论,其精髓依然是蛋白质以氨基酸形式吸收。迄今为止仍然有许多人还在接受这套理论。

从以上的各项试验和观察来看,似乎蛋白质吸收就是仅以氨基酸形式吸收。但用现代理论和技术来看,这一理论存在不足。也许蛋白质还以其他形式吸收,只是我们尚未发现。1954年,Fisher指出,虽然人们普遍相信经典假说理论,但是事实上离满意还有一段距离。按现在的科学观点来分析,Fisher的批评有两层含义一是氨基酸在肠道的吸收并非按简单扩散进行,二是小分子多肽也许能够吸收。早在1951年就有人发现氨基酸L型同分异构体在肠道吸收优于其他型氨基酸,很难想象这一吸收只是一种简单的扩散。科学家经过近10年的努力于上世纪60年代初提出来吸收分为主动运转(active transfer)和被动运转(passive transfer)。主动运转是逆离子梯度的过程,这一过程需要耗能,氨基酸都是一个主动运转的吸收;而被动运转是顺离子梯度的过程,无需耗能,吸收相对较快。至此,经典的蛋白质吸收完整的理论基本形成即蛋白质在胃肠道中水解为游离氨基酸通过主动运转经过小肠上皮细胞吸收经门静脉入血。

多肽的吸收

然而,随着蛋白质理论和蛋白质技术的不断发展,蛋白质吸收理论依然有诸多问题存在。当肠腔灌流技术诞生后,许多科学家利用此技术更为直观地研究蛋白质的吸收。多肽能否被吸收一直争论不休,直到Agar等(1953)观察到小肠能完整地转运双甘肽才这正是多肽是可以吸收的。1962年Smyth和Newey指出测不到二肽(Gly-Gly)的游离氨基酸,因此提出蛋白质水解产物的吸收存在第二种模式,即二肽是可以被完整吸收。Adibi于1968年的实验表明肽可以吸收且其中的氨基酸比游离氨基酸吸收更快。Silk的研究表明,即使肠粘膜的吸收能力下降,如成年的Celiac病时,也能吸收肽,这对消化病理的研究具有意义。1975年,Mathews等用甘氨酰肌及肌肽在离体的肠运转实验中表明,肽的吸收多以二肽,三肽的形式吸收。Wiseman 对12种二肽吸收的位点进行了深入研究,并指出二肽有抑制D-葡萄糖的主动吸收,并较相同成分氨基酸对D-葡萄糖的主动吸收抑制更为强烈。免疫荧光技术的发展促进了多肽吸收的研究。1979年Steffen用3H标记混合酶(wobenzyme),经豚鼠口服30分钟及2、4、24小时后,发现在血浆、肾、心、肌肉等组织均有酶的放射性存在,证明了被标记的酶可以穿过小肠壁的事实,使人们联想了较大分子多肽是否能通过消化道吸收。1987年Grimble等肠腔灌流技术证实不同链长的鸡卵蛋白水解物的吸收依分子量长而不同,链短的吸收优于链长的。1982年Hegarty等研究了蛋白水解物和氨基酸的吸收差异。研究结果表明在相同的吸收条件下,蛋白质水解物的吸收比相同等摩尔的氨基酸吸收快。这一结果进一步证实氨基酸和多肽吸收机制的不同,多肽吸收优于氨基酸,并且相同等量的氨基酸不能代替多肽功能的事实。

尽管上世纪60年代就提出了多肽吸收的理论和事实,但肽类转运的生理意义并没有得到普遍接受,直到上世纪80年代,直接和间接的证据不断积累,肽类能够被完整吸收的观点才为人们所重视。最近三十多年的研究表明多肽吸收不近是以二肽、三肽吸收,而且也可以更大的多肽而吸收。上世纪80年代初,Werk等用放射免疫的方法,以豚鼠为实验对象作了胸腺肽在胃肠道的吸收使用,结果表明,小肠吸收30分钟后,各细胞组织就有大量放射性活性存在,2小时达高峰。Gardner 研究证实二肽乃至更大的肽可以完整吸收,并指出这一发现对病理生理学研究蛋白质消化具有重要意义。Gardner还用肠腔灌流技术对酪蛋白、大豆蛋白和鸡肉水解物的吸收进行了研究,指出水解度较小的鸡肉水解物吸收弱于酪蛋白和大豆水解物,在水解物中添加游离氨基酸并不影响肽的吸收。Schilling等研究证实,胰岛素口服以后仍有30%被吸收利用,且空肠和回肠的吸收高于十二指肠。2009年René将酪蛋白(CAS)和酪蛋白水解物(CASH)各35g分别让两组人群服用,结果发现CASH中的苯丙氨酸吸收率比CAS高出27±6%,血中游离氨基酸也比CAS多出25-50%,而在CAS组骨肌蛋白合成率为0.054±0.004%,CASH组为0.068±0.006%(P<0.01)。这一结果说明相同的蛋白质,其水解物吸收营养优于未水解的蛋白质,这为蛋白质水解物作为易消化吸收的营养保健品提供了一定的理论依据。Mari Watanabe-Kamiyama等利用放射性同位素14C示踪研究了来自鸡爪的I型胶原蛋白CH吸收后在小鼠身体的分布情况。口服后2-6小时,被标记的Gly-Pro-Hyp三肽分布至全身各主要器官,14天后,在皮肤中还保持着70%的放射水平;将小鼠皮肤进行水解并分析,证实其皮肤中的Gly-Pro-Hyp三肽就是来自鸡爪的三肽。更令人关注的一项研究是Oesser等将胶原蛋白肽(水解物)以14C标记给小鼠灌胃,然后采用肠腔灌流技术研究了其吸收,结果证实胶原多肽能完整透过常粘膜而吸收,将吸收产物分离得到后经过SDS凝胶电泳测定其分子量为1-10Kdal,并指出最大吸收可能在10Kdal,同时GPC-HPLC色谱分析得知吸收的胶原多肽的分子量在0.5-15Kdal,与电泳结果基本吻合。

总结

蛋白质的消化吸收经过了一个多世纪的研究,经过了许多艰难险阻,沟沟坎坎,在科学家百折不饶的努力下,当今对蛋白质吸收有了令人信服的完整理论:蛋白质在胃中经过简单消化进入小肠,在小肠和胰腺分泌的酶的作用下消化降解为游离氨基酸和小分子多肽,小分子多肽在肠粘膜中进一步水解成氨基酸和二肽、三肽而被吸收入血,另外大于三肽的多肽也能被吸收。氨基酸和多肽吸收存在两个独立的运作体系。

氨基酸以主动运转而被吸收。主动运转是逆梯度进行,为了维持钠离子浓度差,必须依靠钠离子泵转运系统吸收方能持续进行,因此此过程需要消耗ATP。游离氨基酸主要依赖Na+转运体系造成了氨基酸吸收慢,相互竞争性、载体易饱和,吸收时耗能大等特征。

而小肽的吸收与氨基酸吸收完全不同,小肽的吸收是被动吸收,其转运系统可能有以下二种:(1)具有pH依赖性的非耗能性钠、氢离子交换系统。(2)谷胱甘肽(GSH)转运系统。由于谷胱甘肽在生物膜内具有抗氧化作用,因而GSH转运系统可能具有特殊的生理意义。需要指出的是在缺氧条件下,小肽的吸收是依赖氢离子浓度或钙离子浓度的主动转运过程,需要消耗ATP。小肽与游离氨基酸相比,其吸收机制不同,小肽的吸收主要依赖于H+ 或Ca2+ 转运体系,转运具有耗能低、转运速度快、载体不易饱和等优点。值得指出的是肽的构型与其吸收转运密切相关。肽载体对疏水性、侧链体积较大的底物,如含支链氨基酸、蛋氨酸或苯丙氨酸的肽,具有较高的亲和力,而对亲水性、带电荷的肽,亲和力较低。肽载体对底物表现出较严格的立体特异性,它对N末端含D-型氨基酸的耐受性比C末端为D-型的好,全D-型氨基酸肽不能作为底物。

纵观百余年的对蛋白质多肽吸收的研究,我们已经确立的多肽的吸收理论。多肽吸收还受各种条件的制约或调解,如不同结构的多肽,不同水解度的同种蛋白质其吸收度不一样,速度也不一样,等等。吸收的肽可表现完全或部分的生物活性,势必引起生命科学家对多肽的更为深入的研究,21世纪多肽的研究必将大放异彩。

文章作者:殷腊生

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