蛋白质代谢 .ppt

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1、蛋白質的需求與代謝及其代謝廢物之毒性前言前言n n在飼料中，蛋白質是相當重要的營養物質，也是最昂貴的組成份，太少則將影響養殖生物的成長，過多則會造成蛋白質的浪費，提高飼料成本，並造成環境加速惡化，進而影響養殖生物之生長與活存。蛋白質的重要性n n蛋白質是維持生物體生存和促進成長的必須營養成分n n蛋白質是構成生物體形態及架構的重要成分，此外，也以酵素或荷爾蒙等形態參與許多重要的生理功能。蛋白質之組成蛋白質之組成n n蛋白質是由蛋白質是由2020種不同的胺基酸所構成種不同的胺基酸所構成n n根據動物體是否能自行合成可分為：根據動物體是否能自行合成可分為：uu非必需胺基酸（非必需胺基酸（nones

2、sential amino acidnonessential amino acid）-GluGlu、GlnGln、AspAsp、AsnAsn、CysCys、TyrTyr、SerSer、ProPro、GlyGly、AlaAlauu必須胺基酸必須胺基酸(essential amino acid)-Lys(essential amino acid)-Lys、HisHis、ArgArg、PhePhe、ThrThr、MetMet、TrpTrp、ValVal、LeuLeu、IleIle蛋白質的需求量蛋白質的需求量n魚類和其他動物一樣，並無絕對的蛋白質需求魚類和其他動物一樣，並無絕對的蛋白質需求量，且必須與

3、非必須胺基酸的平衡相當重要量，且必須與非必須胺基酸的平衡相當重要(例例如：如：Ile、Leu、Val 以及以及 Lys、Arg的拮抗作用的拮抗作用)n魚類對於蛋白質的需求較陸生動物高，在養魚魚類對於蛋白質的需求較陸生動物高，在養魚的配合飼料蛋白質的含量約為的配合飼料蛋白質的含量約為2555，比畜產，比畜產配合飼料高出配合飼料高出22.5倍。倍。影響魚類對蛋白質需求的因素n內因性：內因性：u魚種、食性魚種、食性-grouper 需求需求51.2，而，而tilapia約約24 u大小大小-烏魚烏魚1.22g需需4045，23.2g需需35 n外因性：外因性：u水溫水溫-條紋鱸條紋鱸20需需47，2

4、4需需55 u鹽度鹽度-虹鱒虹鱒10ppt需需40，20ppt需需45；但吳郭魚在淡海水皆無差異但吳郭魚在淡海水皆無差異n此外，根據不同的蛋白質來源、飼料加此外，根據不同的蛋白質來源、飼料加工條件和飼料中的能量，則會影響蛋白工條件和飼料中的能量，則會影響蛋白質的利用、組成或品質，進而影響飼料質的利用、組成或品質，進而影響飼料中所需蛋白質的含量。中所需蛋白質的含量。(例如：大豆粉中較缺含硫的胺基酸、球例如：大豆粉中較缺含硫的胺基酸、球狀結構不易消化，且含有胰蛋白脢、胰狀結構不易消化，且含有胰蛋白脢、胰凝乳脢的抑制劑等抗營養物質凝乳脢的抑制劑等抗營養物質)飼料中蛋白質之最適含量n n飼料中蛋白質之

5、最適含量會受到以下因素之影響：魚種及魚體大小 生理功能 蛋白質品質 飼料中非蛋白質能量 投餌率 天然餌料 經濟性蛋白質營養價之評估n n蛋白質營養價主要是由必需胺基酸之組成和消化吸收率來決定。n n評估的方式 蛋白質效率（protein efficiency ratio,PER）：計算動物體增重和蛋白質攝取量的比值。PER體增重量 蛋白質攝取量蛋白質的生物價（biological value,BV）：動物體內氮的蓄積量與經動物體吸收之氮含量的百分比。BV(蓄積氮量 吸收氮量)100淨蛋白質利用率（net protein utilization,NPU）：動物體內氮的蓄積與經動物體攝取之氮含量的

6、百分比。NPU(蓄積氮量 攝取氮量)100消化系統消化系統n n甲殼類之消化系統-包含口、食道、前腸包含口、食道、前腸(foregut)(foregut)、中腸腺中腸腺(midgutmidgut gland)gland)、中腸中腸(midgutmidgut)和後和後腸腸(hindgut)(hindgut)前腸前腸前腸前腸：可分為前室和後室：可分為前室和後室，主主要進行機械性的磨要進行機械性的磨碎作用和部分的化學性分解。碎作用和部分的化學性分解。中腸腺中腸腺中腸腺中腸腺：由由無數個盲管所組成，為甲殼類中最主無數個盲管所組成，為甲殼類中最主要的消化與吸收器官要的消化與吸收器官中腸、後腸中腸、後腸中

7、腸、後腸中腸、後腸：功功能尚不清楚，可能具有部分消化、能尚不清楚，可能具有部分消化、吸收水分及排糞之功能吸收水分及排糞之功能蝦類剖面圖n n魚類之消化系統-胃胃：食物經口腔之咀嚼後：食物經口腔之咀嚼後，通過食道進入胃，胃通過食道進入胃，胃中含有胃蛋白脢（中含有胃蛋白脢（pepsinpepsin），），為內切形酵素，可為內切形酵素，可初步分解蛋白質。初步分解蛋白質。幽門垂幽門垂(pyloric caecae)：位於胃的後方，位於胃的後方，具儲具儲存食物、增加消化功能，其中有胰蛋白脢、胰凝存食物、增加消化功能，其中有胰蛋白脢、胰凝乳蛋白脢、醣解脢、脂肪脢等酵素；幽門垂的數乳蛋白脢、醣解脢、脂肪脢等

8、酵素；幽門垂的數目依魚種不同而異，一般運動量大的魚所需能量目依魚種不同而異，一般運動量大的魚所需能量較高，因此幽門垂數目多，對於脂肪蛋白質的吸較高，因此幽門垂數目多，對於脂肪蛋白質的吸收能力較好。收能力較好。腸腸：是魚類消化和吸收的主要器官，酵素和幽門：是魚類消化和吸收的主要器官，酵素和幽門垂中相似；腸道會隨魚的成長和食性的改變而有垂中相似；腸道會隨魚的成長和食性的改變而有所差異，其酵素亦隨之改變。所差異，其酵素亦隨之改變。比目魚主要消化系統構造簡圖蛋白質之消化蛋白質之消化proteinpeptideamino acidsproteinasepeptodasepepsinstrypsinchy

9、motrpsindipeprideaminopeptidecarboxypeptideMain pathway of amino acid metabolismDietary proteinsGutKeto acidsSynthesisBody proteinsCatabolismBody and tissue free amino acids(liver)Hormones,purines,neurotransmitters etc.SynthesisBody proteinsCatabolismAmmoniaKeto acidGlucoseLipidTCA cycleCO2、ATP(Ener

10、gy)(Walton&Cowey,1982)氮化物之排泄氮化物之排泄n對蝦排泄的含氮化合物：對蝦排泄的含氮化合物：u氨為主要的排泄物氨為主要的排泄物u比例因生物種類、營養狀況及水質環境不同比例因生物種類、營養狀況及水質環境不同而有所差異，約佔而有所差異，約佔 4090(例：草蝦佔例：草蝦佔5778)n正常情況下大部分對蝦氮化物排泄中，正常情況下大部分對蝦氮化物排泄中，尿素及尿酸佔的比例非常少，約佔尿素及尿酸佔的比例非常少，約佔 15 氨的排泄途徑氨的排泄途徑n n主要的氨排泄器官為鰓主要的氨排泄器官為鰓A pathway for ammonia detoxification and trans

11、port in aquatic crustaceans(King et al.,1985)n n鰓運送氨排泄出體外有以下途徑：鰓運送氨排泄出體外有以下途徑：未解離氨未解離氨(NH3)直接擴散直接擴散 解離氨解離氨(NH4+)直接擴散直接擴散 Na+NH4+離子交換離子交換 NaCl+NH4Cl之吸收之吸收 外側外側 Na+/NH4+離子交換離子交換氨在鰓的排泄路徑氨在鰓的排泄路徑1.Non-ionic diffusion of NH3 4.Basolateral Na+/NH4+exchange 2.Ionic diffusion of NH4+5.Apical Na+/NH4+exchang

12、e3.Basolateral NH4Cl+NaCl uptake(Evans and Cameron,1986)細胞能量之影響 含氮廢物排泄之影響 滲透壓調節之影響 氧運送及消耗之影響 組織之影響 疾病之影響 成長及攝食之影響氨對養殖生物之毒性氨對養殖生物之毒性n n過量的氨會造成過量的氨會造成glutamate glutamate dehydrogenasedehydrogenase(GDH)(GDH)之逆向反應：減少之逆向反應：減少 NADHNADH的量，進而造成細胞的量，進而造成細胞中中 ATP ATP 之降低，使能量轉換受到抑制。之降低，使能量轉換受到抑制。氨對細胞能量之影響氨對細胞能

13、量之影響GlutamateNAD+H2O NH4+-ketoglutarate+NADH+H+GDH氨對含氮廢物排泄之影響氨對含氮廢物排泄之影響n n當水中氨濃度增加時，先藉由排泄來排出過多的氨以調節體內的平衡n n若氨濃度增加到無法忍受時，則氨的排泄會隨著外界氨濃度的增加而受到抑制，改以其他氮化合物的型態來排除。不同氨濃度對對蝦氨排泄之影響不同氨濃度對對蝦氨排泄之影響(Chen and Nan,1992)Mean(SD)ammonia-N excretion(mg/l)of Penaeus chinensis subadults exposed to different concentrat

14、ion of ambient ammonia-N(mg/l)after different time periodsPenaeus chinensis暴露在不同氨暴露在不同氨-氮濃度下氮濃度下對含氮廢物排泄速率之影響對含氮廢物排泄速率之影響(Chen and Chen,1997)總氮排泄率(g/g/h)尿素-氮排泄率(g/g/h)氨-氮排泄率(g/g/h)有機氮排泄率(g/g/h)氨對血淋巴中氨及尿素之影響氨對血淋巴中氨及尿素之影響Means(SE)hemolymph ammonia-N of Marsupenaeus japonicus exposed to different concen

15、tration of ambient ammonia-N(mg/l)for 24hMeans(SE)hemolymph urea-N of Marsupenaeus japonicus exposed to different concentration of ambient ammonia-N(mg/l)for 24h(Chen and Cheng,1993)尿素生成途徑尿素生成途徑CPS：carbamoyl phosphate synthase OTC：ornithine transcarbamylase氨對滲透壓調節之影響氨對滲透壓調節之影響n n過量的氨會造成對蝦抑制 Na+的吸收，體

16、內離子的濃度降低。氨氨對血淋巴滲透壓之影響對血淋巴滲透壓之影響Mean(SE)hemolymph osmolality(HO)(mOsm/kg)of Marsupenaeus japonicus exposed to different concentrations of ambient ammonia-N(mg/l)at 30 ppt seawater for 24h.Bars having different letters are significantly different(p0.05).(Chen and Chen,1992)氨對氨對ATPase活性之影響活性之影響(Chen an

17、d Nan,1992)Total ATPase activityNa,K-ATPase activity氨對對蝦血淋巴離子濃度的影響氨對對蝦血淋巴離子濃度的影響IonIon(mmole/lmmole/l)Ambient ammonia-N(mg/l)Ambient ammonia-N(mg/l)0.050.051.061.064.994.9910.9810.9820.6720.67SodiumSodium362.3 a362.3 a(7.3)(7.3)344.5 a344.5 a(7.0)(7.0)325.8 b325.8 b(4.4)(4.4)325.3 b325.3 b(7.0)(7.0)

18、298.3 c298.3 c(2.8)(2.8)ChlorideChloride383.7 a383.7 a(6.0)(6.0)372.5 a372.5 a(12.3)(12.3)372.2 a372.2 a(11.0)(11.0)369.0 a369.0 a(5.6)(5.6)349.1 b349.1 b(2.5)(2.5)PotassiumPotassium8.9 8.9 abab(0.4)(0.4)8.8 8.8 abab(0.4)(0.4)9.4 a9.4 a(0.4)(0.4)9.3 a9.3 a(0.2)(0.2)7.9 b7.9 b(0.5)(0.5)CalciumCalcium

19、13.8 a13.8 a(0.8)(0.8)11.8 11.8 abab(0.8)(0.8)12.0 12.0 abab(1.1)(1.1)12.1 12.1 abab(0.3)(0.3)10.5 b10.5 b(0.4)(0.4)MagnesiumMagnesium33.5 a33.5 a(0.6)(0.6)32.9 a32.9 a(0.9)(0.9)33.0 a33.0 a(0.6)(0.6)34.9 a34.9 a(0.7)(0.7)28.4 b28.4 b(1.7)(1.7)Mean(SE)ion concentration(mmole/l)in hemolymph of Marsup

20、enaeus japonicus exposed to different concentrations of ambient ammonia-N(mg/l)at 30 ppt seawater for 24h.Data in the same row having different letters are significantly different(p0.05).(Chen and Chen,1992)氨對組織之影響氨對組織之影響n n造成血淋巴組成之改變。氨對白蝦血淋巴組成份之影響氨對白蝦血淋巴組成份之影響(Racotta et al.2000)Concentration of ma

21、jor hemolymph components in L.vannamei exposed to different concentrations of ambient ammonia-N氨對氧運送及消耗之影響氨對氧運送及消耗之影響n n血藍素攜氧能力降低，嚴重影響氧運送的能力n n增加氧氣的消耗氨濃度對攜氧血藍素的影響氨濃度對攜氧血藍素的影響(Chen and Cheng,1993)Means(SE)oxyhemcyanin of Marsupenaeus japonicus exposed to different concentration of ambient ammonia-N(m

22、g/l)for 24h(Racotta et al.2000)氨對耗氧量之影響氨對耗氧量之影響Oxygen consumption at 28 of L.vannamei exposed for 24h to different concentration of ambient ammonia氨對疾病之影響氨對疾病之影響n n氨能使對蝦免疫力下降，而容易感染疾氨能使對蝦免疫力下降，而容易感染疾病，甚至造成死亡。病，甚至造成死亡。氨對對蝦免疫力之影響氨對對蝦免疫力之影響(Chen and Cheng,2002)Mean(S.E.)phenoloxidase activity in the hea

23、mocytes of M.rosenbergii at the beginning(),and after 7 days exposure()to different concentrations of ammonia-N.Each bar represents mean value from six determinations with standard error.Asterisk indicates a significant difference from the initial sampling.氨對對蝦疾病之影響氨對對蝦疾病之影響細菌數細菌數(cfucfu/prawn)prawn

24、)氨氨-氮氮濃度濃度(mg/l)mg/l)實驗實驗尾數尾數(尾尾)Cumulative mortality(%)Cumulative mortality(%)24 24 h h48 48 h h72 72 h h96 96 h h120 120 h h144 144 h h168 168 h hControlControl3.183.1830300 00 00 00 00 00 00 02 102 105 5ControlControl(0.06)(0.06)303013.30.313.30.3a a23.30.323.30.3b b23.30.323.30.3c c23.30.323.30.

25、3c c23.30.323.30.3c c26.70.326.70.3c c26.70.326.70.3e e2 102 105 50.550.55303020.0 5.820.0 5.8a a40.05.840.05.8abab43.36.743.36.7bcbc46.70.346.70.3b b46.70.346.70.3d d53.30.353.30.3d d53.30.353.30.3d d2 102 105 51.011.01303026.70.926.70.9a a40.00.640.00.6abab50.01.050.01.0abab56.70.356.70.3b b56.70.

26、356.70.3b b66.70.366.70.3c c66.70.366.70.3c c2 102 105 51.681.68303026.70.326.70.3a a53.30.753.30.7a a70.00.670.00.6a a80.00.680.00.6a a80.00.680.00.6a a83.30.383.30.3b b83.30.383.30.3b b2 102 105 53.183.18303026.70.726.70.7a a50.01.050.01.0a a70.00.670.00.6a a83.30.383.30.3a a86.70.386.70.3a a 96.7

27、0.396.70.3a a96.70.396.70.3a aSusceptibility of Macrobrachium rosenbergii to Enterococcus in different concentrations of ammonia-N(At 281 and pH 7.3-7.8)(Chen and Cheng,2002)Data in the same column with different letters are significantly different(p0.05)among treatments.生長及攝食之影響生長及攝食之影響n n氨會明顯影響對蝦的

28、生長(ex：成長、活存及脫殼)n n氨也會影響對蝦的攝食氨對對蝦成長的影響氨對對蝦成長的影響Ammonia-NAmmonia-N(mg/l)(mg/l)Time elapsed(days)Time elapsed(days)101020203030404050506060ControlControl12.3512.35a a(9.91)(9.91)24.5024.50a a(13.59)(13.59)41.9641.96a a(16.81)(16.81)75.6475.64a a(31.32)(31.32)97.2297.22a a(33.77)(33.77)125.44125.44a a(3

29、9.37)(39.37)5 511.1311.13a a(8.46)(8.46)21.6821.68b b(18.17)(18.17)35.6435.64abab(22.12)(22.12)52.2652.26b b(25.18)(25.18)67.2567.25b b(31.49)(31.49)89.9789.97b b(39.98)(39.98)10107.787.78a a(6.17)(6.17)15.6815.68b b(8.58)(8.58)26.3326.33bcbc(9.56)(9.56)38.5938.59bcbc(10.83)(10.83)51.0051.00bcbc(14.

30、92)(14.92)69.6669.66bcbc(20.00)(20.00)20207.267.26a a(8.35)(8.35)11.6311.63b b(8.82)(8.82)20.6320.63c c(9.50)(9.50)29.6829.68c c(9.86)(9.86)38.2638.26c c(13.29)(13.29)43.2143.21c c(12.98)(12.98)30307.877.87a a(1.11)(1.11)14.4714.47b b(8.99)(8.99)21.0921.09c c(5.93)(5.93)29.5129.51c c(7.10)(7.10)33.3

31、133.31c c(10.30)(10.30)38.9938.99c c(11.38)(11.38)(Chen and Kou,1992)Mean(SD)percentage weight gains of Marsupenaeus japonicus juveniles exposed to various concentration of ammonia after 60 days氨對對蝦活存之影響氨對對蝦活存之影響Ammonia-NAmmonia-N(mg/l)(mg/l)NHNH3 3-N-N(mg/l)(mg/l)Time elapsed(day)Time elapsed(day)0

32、 0101020203030404050506060ControlControl-30303030303030303030303030305 50.350.35303030303030292929292828282810100.700.70303030302929282828282424222220201.401.403030222212121212111110109 930302.102.103030191910107 75 55 54 4(Chen and Kou,1992)Number of Marsupenaeus japonicus juveniles exposed to vari

33、ous concentration of ammonia for 60 days氨對對蝦脫殼之影響氨對對蝦脫殼之影響(Chen and Kou,1992)Intermolt period(days)of M.japonicus juveniles to different concentration of ammonia-N for 60 days氨對攝食之影響氨對攝食之影響Ammonia-N(mg/l)Ammonia-N(mg/l)12-12-hrhr24-24-hrhr48-48-hrhr72-72-hrhr96-96-hrhr30300 00 0-20200 05050-151550505050100100-10101501501001001001001501502002005 5150150150150150150200200200200controlcontrol200200200200200200200200200200(Frias-Espericueta et al.,2000)Amount of Artemia sp.Nauplii consumed per each L.vannamei postlarvae in test solutions exposed from 12 to 96 hr