饲料技术  
磷脂与水生动物生物膜的关系
作者:赵春蓉 周小秋 四川农业大学动物营养研究所 时间:2009-07-22 11:35:24 阅读:599 次
摘要:磷脂是机体的结构脂类,具有多种生理功能,特别是在维持生物膜结构和功能上有重要作用。本文就磷脂在水生动物体内的合成能力,对生物膜流动性、膜ATPase活性的影响等方面作一综述。
关键词:磷脂 水生动物  生物膜 
Abstract  Phospholipid is a king of important structural lipid for organisms. It acts as many physiology function, such as maintaining the structure and function of biomembrane. The synthesis ability of phospholipids in aquatic animal, the effects of phospholipids on the fluidity of biomembrane, ATPase activity were reviewed.
Key word  phospholipids; aquatic animal; biomembrane
 
    近年研究发现,水生动物对磷脂的合成能力有限。磷脂可以促进动物生长、提高存活率(Kanazawa等,1981),促进甘油三酯、胆固醇和一些脂溶性营养物质的吸收与转运(Geurden等,1998),磷脂也作为生物膜脂质的主要成分,影响细胞功能,参与细胞信号转导(Malaquias和Oliveira,1999),发挥着重要作用。
1水生动物磷脂的合成能力
    与陆生动物一样,水生动物也能在体内合成磷脂,但合成能力有限。在一些水生动物饵料中不添加磷脂,则会出现一系列明显的缺乏症。磷脂缺乏引起香鱼(Kanazawa等,1981)、尼罗罗非鱼(Kasper等,2003)食欲下降、生长不良,并导致鮨鱼仔稚鱼(Cahu等,2003a,b)成活率下降。磷脂缺乏,香鱼(Kanazawa等,1981)、遮目鱼(Cahu等,2003b)等鱼苗,出现脊柱侧凸、卷曲,日本比目鱼遮目鱼(Cahu等,2003b)等仔稚鱼出现鳍、鳃盖扭曲和残缺、下颌畸形等外观症状,以及香鱼(Kanazawa等,1981)、草鱼(曹俊明等,1997)发生脂肪肝综合症。
    水生动物体内磷脂合成能力存在差异。首先,不同种类的水生动物合成能力不同。对于7.5g的大西洋鲑,添加磷脂酰胆碱,不能获得额外增重效果(Poston,1990),而12g的尼罗罗非鱼,饲喂磷脂酰胆碱,也明显提高其生长速度(Kasper等,2003)。其次,同一水生动物不同的生长阶段磷脂合成能力存在差异。在快速生长阶段,水生动物合成磷脂的能力有限,合成速度不能满足其快速生长期新细胞形成对磷脂组分的需要(Geurden等,1995)。在仔稚鱼时期,磷脂缺乏,大多数鱼类表现生长受阻,死亡率增加。随着孵化后日龄和体重的增加,水生动物合成磷脂的能力增强,磷脂的促生长效应不明显。
2磷脂影响膜的流动性
    生物膜是维持细胞整体性与内环境恒定的重要结构,其流动性和通透性是细胞的基本生物物理性质,膜流动性的改变可严重影响膜通透性、膜上酶的活性、受体功能及能量传递,以及损害细胞的形态和功能。膜上脂质的组成是影响膜流动性的主要因素(刘凌云,1996)。膜脂质影响膜流动性首先表现在:磷脂质脂肪酸链的长度和饱和程度。脂双分子层中脂肪酸链越短、含不饱和脂肪酸越多,则相变温度越低,在此温度以上膜的流动性也越大。生活在较低水温的种类,其脂类脂肪酸的不饱和度相应增加。其次是胆固醇/磷脂的比值。在相变温度以上磷脂含量的增加可降低膜脂的有序性,提高膜的流动性,而当胆固醇/磷脂的比例上升会使膜硬化、流动性变差(Lund等,1999)。增加磷脂的摄入量,能调整细胞中胆固醇/磷脂的比值,增加磷脂中脂肪酸的不饱和度,有效改善膜功能,提高机体的代谢能力、自愈能力和机体组织的再生能力。
3  磷脂影响膜上ATPase活性
3、1磷脂对膜上Ca2+-ATPase、Na+,k+-ATPase活性的影响
    ATPase是生物体质膜上重要的代谢酶,由ATP水解提供能量,主动运输Na+、k+、Ca2+等。它在维持渗透压平衡、营养物质转运、细胞信号转导等方面发挥着重要的作用。ATPase在上皮细胞中的主要功能是维持细胞质膜的离子通透性,保持细胞内环境中各种离子浓度的相对稳定以及细胞内环境与外环境的渗透压平衡;在内质网和线粒体上主要调节钙离子浓度(Bowen和Clandinin,2002)。研究表明,磷脂影响仔稚鱼和幼虾的生长、存活,其过程伴随有ATPase的活性变化(陈彦等,2002)。
    Ca2+-ATPase是生物膜Ca2+转运系统的重要组成部分。磷脂及其代谢产物可引起Ca2+的转运,激活Ca2+-ATPase。这对于Ca2+的转运,对骨的形成,骨的吸收发挥重要作用,是决定骨骼正常生长的重要因素之一(Cahu等,2003a)。陈彦等(2002)用3%的卵磷脂饲喂花尾胡椒鲷,发现Ca2+-ATPase活性显著提高;磷脂酰肌醇还可以促进香鱼(Kanazawa等,1981)、鲤鱼(Geurden等,1995)仔稚鱼生长、降低畸形发生率,特别使脊柱侧凸症的畸形仔稚鱼明显减少,其原因也可能是磷脂影响了Ca2+-ATPase活性,从而影响骨骼发育。此外,一些心血管疾病,也是由于Ca2+-ATPase活性降低,红细胞内Ca2+超载引起(刘爱芬等,2001)。
    Na+,k+-ATPase可促进鱼鳃上皮的Na+,Cl-外排和k+内流,维持相对稳定的渗透压和离子浓度,以及在小肠营养物质,如葡萄糖、氨基酸转运发挥重要的作用(刘凌云,1996)。一般淡水鱼类的Na+,k+-ATPase活性明显比海水鱼类低,在狭盐性鱼类中,海水鱼类的Na+,k+-ATPase活性是淡水鱼类的4-10倍。Lin等(2003)研究表明,当把遮目鱼幼鱼,转进淡水 ( 0‰),其鳃上Na+,k+-ATPase活性明显比在海水( 35‰)中高,而广盐性硬骨鱼类相反,如:罗非鱼、鲑鱼、鳗鲡。膜脂结构和组成的改变直接影响Na+,k+-ATPase的活性。肥胖病人红细胞膜上胆固醇/磷脂比和膜蛋白/磷脂比明显提高,导致Na+,k+-ATPase活性升高,患者对葡萄糖的耐受能力增强(Faloia等,1999);奶牛的红细胞膜界面脂分子减少,Ca2+-ATPase、Na+,k+-ATPase活性降低,致使红细胞内外离子浓度失衡(王燕和刘忠义,1999);2%的卵磷脂投喂花尾胡椒鲷,其Na+,k+-ATPase活性显著提高(陈彦等,2002)。
3、2磷脂对ATPase活性调节机制
3、2、1磷脂酰肌醇信号调节
    磷脂在细胞信号转导和细胞周期的调节中起着重要的作用。磷脂包括磷脂酰肌醇,磷脂酰肌醇代谢产生的1、4、5-三磷脂酰肌醇(IP3)和甘油二酯(DAG)被确认为第二信使,参与跨膜信号转导过程(Malaquias和Oliveira,1999)。脂膜上磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸,可被磷脂酶C水解成1、4、5-三磷脂酰肌醇和甘油二酯。IP3产生后被释放入细胞质,促使细胞内贮钙(Ca2+)外流,形成IP3/ Ca2+通路。甘油二酯则留在细胞膜上激活C-激酶,构成DAG/C-激酶通路(Nair等,2001)。两种信号途径协调作用的一个重要方面体现在对细胞内游离Ca2+浓度的调节上。1、4、5-三磷脂酰肌醇产生后使胞内Ca2+升高,与此同时,磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸的另一产物甘油二酯则通过蛋白激酶C反馈性抑制受体激动后的磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸水解,并且激活磷脂酸转移酶,水解1、4、5-三磷脂酰肌醇,终止升高胞内游离Ca2+的信息。蛋白激酶C还刺激Ca2+-ATP酶,使细胞内升高的游离Ca2+外流或重新摄入内质网中储存(刘景生,1998)。近年来也发现IP4也能使胞外Ca2+内流,在保证细胞内的钙稳态和细胞对激动剂反应的维持上发挥作用(Nair等,2001),其机理仍需进一步探讨。胞液Ca2+浓度的恢复主要通过Ca2+-ATPase实现。在细胞质基质中,基态Ca2+浓度约10-7mol/L。如果长时间维持细胞质基质中高浓度的Ca2+会使细胞中毒,这时质膜上的Ca2+-ATPase和Na+-k+交换器就会被启动,将Ca2+抽出细胞,内质网膜上的Ca2+-ATPase会将高浓度的 Ca2+泵进内质网钙库(刘景生,1998)。其机制是a、胞内 Ca2+浓度增加时,与钙调素(CaM)结合并使其活化,活化CaM可进一步与Ca2+-ATPase蛋白结合,使后者活化成为一种反馈性调节机制,通过增加对钙的亲和力,使运钙能力提高,从而将Ca2+排出细胞(Pozzan 和Rizzuto,2000)。b、Ca2+-ATPase可为酸性膜脂PIP2所激活。当细胞受到某些激素刺激使,磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸水解。磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸减少使Ca2+-ATPase活性降低,Ca2+排出量减少。c、蛋白激酶C使Ca2+-ATPase、Na+,k+-ATPase磷酸化,构象改变而活化(Mahmmoud和 Cornelius,2002)。通过这三种方式,被激活的Ca2+-ATPase最终维持胞液中正常的Ca2+浓度。
3、2、2花生四烯酸对ATPase活性的影响
    磷脂代谢产物花生四烯酸在细胞内也可能发挥第二信使的作用,影响ATPase活性。花生四烯酸主要通过磷脂酶A2途径在膜磷脂sn-2位置上脱酯释放。此外,溶血磷脂酸在磷脂酶B,甘油二酯在酯酶的作用下也能生成花生四烯酸(Lister等,1988)。花生四烯酸能激活磷脂酶C,也能直接激活蛋白激酶C,还可通过加强甘油二酯而激活蛋白激酶C。此外花生四烯酸及其某些代谢物,如PGE2、LTS、LXA能增加细胞内Ca2+浓度而不依赖1、4、5-三磷脂酰肌醇,这样与磷脂酶C激活产生第二信使甘油二酯和1、4、5-三磷脂酰肌醇协同作用,调节细胞功能。花生四烯酸对细胞内Ca2+浓度调控有两方面:一方面是花生四烯酸本身在不依赖于其代谢产物的情况下即可产生细胞内钙信号传导作用。另一方面是花生四烯酸也可直接影响其他钙信号传导通路(罗大力等,2002)。此外,花生四烯酸还与Na+,k+-ATPase活性正相关(Haag等,1999)。细胞外花生四烯酸可能直接与Na+通道的受体结合并抑制Na+内流,而细胞内的花生四烯酸可能与细胞内信号传导通路激活有关,进而间接地产生钠通道开放,但确切的作用机制还有待于进一 步的研究(罗大力等,2002)。
3、2、3其它
    磷脂酸对ATPase活性也有影响。磷脂酸有转运Ca2+的功能,可使细胞摄取Ca2+增加,而对膜上的Ca2+-ATPase活性进行调节,从而起细胞信号调节的功能(刘乃奎等,2000)。关于磷脂酰乙醇胺对蛋白激酶C的激活作用有初步研究,但其确切的作用机制还有待进一步研究。
4结语
    磷脂对水生动物的生长、存活有重要的作用,这与生物膜的结构和功能相关。磷脂对膜的流动性大小起决定性作用,还参与跨膜信号转导,调节钙离子的转运,从而影响水生动物骨骼发育。但目前的研究主要集中在磷脂对脂肪、胆固醇的转运和代谢,以及磷脂可提供必需脂肪酸的营养作用上,从生物膜结构和功能的角度阐述磷脂功能也主要集中在人和鼠上,鱼上较少。因而需要进一步探究磷脂的作用机理、最适的磷脂组成及比例、磷脂与其它营养物质之间的互作效应等问题,为深入开展仔稚鱼的营养研究,解决仔稚鱼培养困难提供依据。
 
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