Здоровье животных –
вклад в будущее

РБ, г. Минск, ул. Мележа, 1 (отдел продаж);
ул. Волгоградская, 25А (ветаптека)

обратный звонок

Физиология поглощения комплексов металл-аминокислота

ФИЗИОЛОГИЯ ПОГЛОЩЕНИЯ КОМПЛЕКСОВ МЕТАЛЛ-АМИНОКИСЛОТА

ВВЕДЕНИЕ

На бразильском рынке некоторые конкуренты B-TRAXIM® 2C говорят о плохом усвоении глицинатов по сравнению с метионатами и приводят некоторые технико-научные обоснования своей точки зрения. Целью данного отчета является предоставление информации, необходимой для понимания химии и физиологии комплексов металл-аминокислота и того, как это может повлиять на уровень их усвоения и физиологические эффекты.

АМИНОКИСЛОТНЫЕ РАЗЛИЧИЯ

Хиральность аминокислот и их физиологическое использование

Один из наших конкурентов на рынке заявил, что металлокомплексы не могут быть усвоены, особенно такие, как глицин, поскольку они не являются хиральными. В следующем разделе мы простыми словами объясним, что такое структура аминокислоты, что такое хиральность и может ли она влиять на усвоение аминокислот. Затем будет показана способность металлов создавать комплексы с аминокислотами и рассмотрена вероятность того, что хиральность влияет на поглощение комплексов металлов.

Прежде всего, аминокислота состоит из 3 основных химических групп, окружающих углерод (см. рисунок 1). Это карбоксильная (COOH), амино (NH2) и группа боковой цепи (R). Аминокислоты различаются только составом групп боковой цепи (R). В качестве примера, когда (R) представляет собой атом водорода или H, структура аминокислоты соответствует структуре глицина.

Аналогично, когда (R) представляет собой цепь, содержащую CH2-CH2-S- CH3, полученная структура аминокислоты представляет собой структуру метионина.

Когда углерод, находящийся в центре вышеприведенного рисунка, окружен 4 различными химическими группами, он становится хиральным. Места некоторых групп, окружающих углерод, изменяются в 3-мерном пространстве, как показано на рисунке 2.

Таким образом, с химической точки зрения глицин не является хиральным (R равно H и, следовательно, углерод не является хиральным). Это также единственная аминокислота, которая не является таковой. Однако, как известно промышленникам и физиологам, аминокислоты в L-форме более биодоступны для животных, чем в D-форме. Усвоение всех аминокислот, кроме глицина, зависит от их хиральных форм. Поскольку глицин имеет только одну форму, различий в биодоступности нет.

Биологическая значимость глицина и метионина

Аминокислоты традиционно делятся на два различных класса: основные и неосновные аминокислоты, исходя из их способности синтезироваться животными, азотного баланса и роста животных. Если метионин относится к классу незаменимых аминокислот, то глицин входит в класс неосновных аминокислот. Однако сейчас ученые подчеркивают тот факт, что незаменимые аминокислоты на самом деле настолько важны, что животные сохранили ферментные пути для их синтеза. Поэтому их более точно подразделяют на незаменимые и незаменимые в питательном отношении аминокислоты.

Важность глицина в метаболических процессах по сравнению с метионином можно проследить, изучив переваримость аминокислот и уровень аминокислот в белках. Истинная кишечная усвояемость L-метионина и глицина у цыплят и свиней, получавших кукурузу, соевую муку, сорго и мясокостную муку, была измерена (Wu 2014) и представлена в таблице 1.

В целом, нельзя сделать вывод о том, что кишечная переваримость этих двух аминокислот так сильно отличается по абсолютным значениям. Это показывает, что они в одинаковой степени всасываются и сохраняются независимо от категории их существенности.

Общую физиологическую важность глицина и метионина можно проследить, рассмотрев уровни конкретных аминокислот в общем белке. Количества глицина и L-метионина, присутствующие в цельном белке тела цыплят и свиней, представлены в таблице 2 (Wu 2014).

Хотя мы ожидали, что L-метионин будет в значительной степени присутствовать в белках всего тела, исходя из его важности, результаты показывают, что глицин является одной из наиболее распространенных аминокислот в белках цельного тела. Эти данные подтверждают важность глицина как физиологически значимой аминокислоты. Этот момент обусловлен главным образом тем, что глицин отвечает примерно за 26% аминокислот, присутствующих в коллагене. (Eastoe, 1955).

Пути метаболизма глицина и метионина

Метаболически метионин и глицин действуют по-разному, но взаимодействуют в некоторых точках своего цикла (Yang и Vousden 2016), как показано на рисунке 3.

Из левой части рисунка 3 видно, что глицин будет включен в состав глутатиона. Во время фолатного цикла глицин будет использоваться с некоторыми продуктами распада и повлияет на производство нуклеиновых кислот. В правой части рисунка 3 метионин попадает в метиониновый цикл, который имеет 2 основных результата. Первый - метилирование ДНК, РНК, белков и липидов. Второй - производство цистеина путем присоединения серина, который затем входит в состав глутатиона. Циклы фолата и метионина делают обе аминокислоты важными участниками метаболизма. Интересно, что оба цикла в какой-то момент оказываются взаимосвязанными.

МЕХАНИЗМЫ ТРАНСПОРТА АМИНОКИСЛОТ И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ЭНТЕРОЦИТЕ

Чтобы быть эффективными, аминокислоты должны всасываться на уровне энтероцитов. Будут выделены различные продукты, соответствующие аминокислотам или "пептидам", которые используются для формирования комплексов, таких как метионин и глицин.

Транспорт аминокислот в энтероците

Упрощенное представление систем транспортировки аминокислот и пептидов в энтероцит представлено на рисунке 4.

Для поглощения ди- или три-пептидов все выглядит относительно просто: один транспортер присутствует на апикальной стороне и называется PEPT1.

Для аминокислот существует не один транспортер аминокислот, предварительно отправленный на апикальный участок, а множество. Эти различные транспортеры аминокислот были идентифицированы по их различному сродству к некоторым субстратам аминокислот. Различные транспортеры аминокислот и их сродство к аминокислотам были взяты из обзора Броера (Bröer 2008) и включены в рисунок 5.

Как следствие, транспортер в энтероците может быть не таким схожим для малых аминокислот вплоть до треонина, а больше зависеть от их нейтральных катионных и анионных свойств. Можно также подчеркнуть, что транспортировка глицина до сих пор плохо изучена и, по-видимому, управляется комбинацией различных транспортеров. Все эти данные показывают, что ди-, три- пептиды и свободные аминокислоты могут всасываться в энтероцитах через аналогичные и/или независимые пути.

Транспортировка микроэлементов в энтероците

Все свободные микроэлементы имеют некоторые общие и различные транспортеры в апикальном участке энтероцитов. Если транспортеры железа и меди изучены достаточно полно, то данные по цинку и марганцу скудны. В качестве примера здесь будет приведено только то, что имеется по меди. Системы переноса, присутствующие в энтероците, представлены на рисунке 6.

Основной транспортер меди на апикальной части энтероцита носит название CTR1. Он транспортирует только Cu+. Cu2+ может быть либо восстановлен до Cu+ некоторыми редуктазами, присутствующими на апикальной стороне, либо транспортирован как таковой через другой транспортер под названием DMT1. На базолатеральной стороне энтероцита существуют некоторые экспортеры, такие как ATP7A, которые снижают перенос меди в кровоток. Все эти данные показывают, что медь может поглощаться через независимые системы в зависимости от ее валентности + или 2+, что указывает на то, что валентность металла может влиять на ее поглощение.

Исходя из ранее приведенных данных, становится ясно, что системы перемещения свободных микроэлементов и свободных аминокислот являются сложными и не всегда полностью изученными учеными. Даже если есть некоторые доказательства их существования, знания о них увеличиваются со временем по мере появления новых методов. Однако, когда речь идет о комплексах металлов (хелатах, протеинатах), то есть о молекуле, образованной с аминокислотой/пептидами и микроэлементами, представление становится нечетким, даже если было предпринято несколько попыток понять данные процессы.

Сегодня, несмотря на то, что большинство конкурентов продвигают идею специфической абсорбционной транспортировки, связанной с абсорбцией аминокислот/ди-три-пептидов, существует несколько гипотез. Первая гипотеза заключается в том, что аминокислота и металл диссоциируют, а затем металл поглощается через систему переноса микроэлементов. Вторая считает, что микроэлемент остается связанным с аминокислотой и что молекула использует аминокислотную или ди-, три-пептидную транспортную систему. Третья гипотеза представляет собой комбинацию как амино/пептидной, так и микроэлементной системы, основанную на способности комплексов к диссоциации в различных условиях. В следующей части будут освещены некоторые существующие данные и дано большее представление о том, какие выводы можно сделать на основании современных научных данных о транспортерах.

ЧТО ТАКОЕ КОМПЛЕКСЫ МЕТАЛЛОВ С АМИНОКИСЛОТАМИ И/ИЛИ ПЕПТИДАМИ

Металлические аминокислотные и/или пептидные комплексы - это молекулы, состоящие из одной (или нескольких) аминокислоты или пептида (пептидов), связанных с металлом. Металлические комплексы характерны для так называемых "переходных металлов", к которым относятся медь, цинк, железо, марганец, кобальт, но не ограничиваются ими. Все элементы состоят из ядра (состоящего из незаряженных нейтронов и положительно заряженных протонов) и электронов (отрицательно заряженных), образующих электронное облако, как показано на рисунок 7.

Комплексы могут образовываться при наличии акцептора и донора пары электронов. Комплексы не ограничиваются образованием молекул металл-аминокислота или пептид и также присутствуют в некоторых хорошо известных неорганических соединениях. Одними из наиболее известных комплексов являются гидраты сульфатов металлов.

Изображение пентагидрата сульфата меди и его координационных связей с водой представлено на рисунке 8.

В этой конфигурации можно заметить, что заряд меди (+2) остается неизменным, несмотря на наличие 5 молекул воды вокруг нее. В комплексах с органическими лигандами (аминокислоты/пептиды) некоторые молекулы воды замещаются лигандами. Координационные связи могут быть образованы между металлом и карбоксильными (COO-) и/или аминогруппами (NH2), в зависимости от процесса производства молекулы. В этих молекулах заряд металла не изменяется, но общая полученная комплексная молекула может иметь различный заряд, основанный на различных химических функциях. В зависимости от размера используемого лиганда, конформация конечной молекулы будет отличаться, но металлы будут связаны с одной из этих химических групп аминокислот. Как следствие, в металлоорганических комплексах некоторые из этих групп не будут находиться в свободном доступе. Внутри металлических комплексов те, в которых металл дважды связан с одним и тем же лигандом, химически определяются как хелаты, и для этих соединений обе химические группы аминокислот связаны и ограничивают возможные взаимодействия. С другой стороны, некоторые другие металлокомплексы, такие как B-TRAXIM® 2C, все еще имеют некоторые свободные группы, такие как NH3+ (см. рисунок 9).

Однако, имеют ли эти химические группы значение для поглощения аминокислот на энтероцитарном транспортере, пока неясно.

КАК ТРАНСПОРТИРУЮТСЯ КОМПЛЕКСЫ МЕТАЛЛОВ? ОТ УСВОЯЕМОСТИ ДО ВЛИЯНИЯ ТРАНСПОРТЕРОВ

Измерение транспорта прямых комплексов металлов в организме животных практически невозможно из-за наличия слишком большого количества возможных взаимодействий, происходящих от проглатывания до переноса в кровоток, куда транспортируются и затем используются микроэлементы.

Для измерения и изучения транспорта молекул использовались и используются различные методы, показывающие некоторые различия в поведении различных источников металлов. Эти методы включают: тесты на перевариваемость, транспортировку через кишечный отдел, транспортировку через мембрану щеточной каймы кишечника и клетки, экспрессирующие специфические транспортеры. Все они дают различное представление об используемых системах переноса и различиях между источниками металлов.

Эти методы имеют некоторые сильные и слабые стороны, и на данный момент только сочетание данных, полученных различными методами, дает достаточно убедительные доказательства о системе переноса, используемой комплексами металлов.

Данные по усвояемости

Перевариваемость не дает полной картины усвоения, а представляет собой комбинированный эффект усвоения и выведения. Если результаты между различными источниками показывают различия, это говорит о том, что общий метаболизм источников различается.

Компания Pancosma провела ряд испытаний на переваримость B-TRAXIM® 2C и сравнила его с другими неорганическими и органическими источниками. Некоторые результаты, полученные для меди, представлены на рисунке 10.

Из этих данных ясно, что разные источники микроэлементов оказывают различное метаболическое воздействие, поскольку ведут себя не одинаково. Однако при таком подходе существует множество параметров, которые могут повлиять на полученные результаты. Одним из них является минеральный статус животного, который, как известно, влияет на экспрессию транспортера CTR1 в кишечном тракте (Nose, Wood et al. 2010). У лишенных минералов животных увеличится общая абсорбция на уровне энтероцитов. Эти результаты показывают, что комплексы металлов и сульфат меди имеют различные пути метаболизма.

Определение абсорбции в живых тканях

In vivo лигирование участков кишечного тракта эпителия пищеварительного тракта или везикул мембраны щеточной каймы.

Некоторые исследователи (Yu, Lu et al. 2010) перевязывали участки кишечного тракта птицы хирургическим путем и путем введения трубки. Они измерили поглощение цинка из различных источников микроэлементов в определенных дозах через 30 мин. в перфузатах. Полученные результаты представлены на рис. 11.

Однако интерпретация данных должна проводиться с осторожностью при измерениях in vivo. Одним из первых моментов является то, что в зависимости от наблюдаемого участка кишечника, транспортеры могут быть выражены и присутствовать в различных количествах. Эти результаты показывают сложность интерпретации результатов, которые на первый взгляд выглядят относительно просто.

Экспрессия транспортеров металлов

В качестве примера, те же авторы измерили некоторые транспортеры цинка в кишечнике животных, которых кормили контрольным рационом или рационом, содержащей 40 ppm цинка (см. рис. 12).

В целом, было замечено, что подвздошная кишка является тем отделом, где всасывание цинка было самым высоким. Однако, если посмотреть на экспрессию трех измеренных транспортеров цинка (ZnT2, ZnT1 и ZnT5), то все они были экспрессированы на одинаковом уровне в подвздошной кишке. Эти результаты указывают на то, что измеренные транспортеры цинка, возможно, не являются наиболее значимыми для всасывания цинка в этих отделах кишечника. Эти результаты также показывают, что экспрессия мРНК не всегда отражает полную картину функции белка.

Кроме того, экспрессия транспортеров различается в зависимости от отдела кишечника, что можно наблюдать для CTR1 у поросят (см. таблицу 3). Из таблицы 3 видно, что даже если в данном исследовании это не было значительным, экспрессия CTR1 изменялась в зависимости от отдела кишечника.

Второе наблюдение заключается в том, что экспрессия CTR1 отличается между контрольным рационом и рационом, содержащим сульфат меди, с уменьшением в двенадцатиперстной и тонкой кишках, но небольшим увеличением в подвздошной кишке. Эти изменения, вероятно, были вызваны увеличением дозы меди в рационе и снижением экспрессии транспортера, но это не наблюдалось в подвздошной кишке.

В отношении механизмов абсорбции органических источников металлов одна из гипотез заключалась в том, что абсорбция может быть связана с транспортом аминокислот и/или ди-, три-пептидов. Кроме того, они могут по-разному присутствовать в отделах кишечного тракта, как это будет показано здесь после.

Экспрессия PEPT1

Некоторые данные, полученные на мышах, показывают, что PEPT1 по-разному проявляется в различных отделах кишечного тракта мышей, см. рисунок 13.

PEPT1 в основном присутствует в тонкой кишке по сравнению со всеми другими отделами кишечника мыши. Это может объяснить, почему поглощение органических соединений металлов по сравнению с неорганическими соединениями выглядело более выраженным в этом отделе кишечника в исследовании Ю в 2010 году (Yu, Lu et al. 2010). Однако различия также были более выражены в двенадцатиперстной кишке, чем в подвздошной, что указывает на то, что в двенадцатиперстном отделе могут присутствовать другие транспортеры, влияющие на всасывание микроэлементов. Различные виды транспорта в тонком кишечнике также могут зависеть от вида. Как и все другие транспортеры, транспортер аминокислот также может быть дифференциально выражен в тонкой кишке.

В целом, место измерения может влиять на реакцию всасывания, полученную в ходе этих исследований in vivo и/или ex-vivo. Из приведенных выше результатов ясно, что органические формы металлов всасываются иначе, чем сульфаты металлов на кишечном уровне. Это указывает на то, что, вероятно, существует альтернативная система переноса этих источников в кишечнике.

Всасывание ex-vivo через участки тонкой кишки в камерах Уссинга или клеточных линиях

Традиционно камеры Уссинга используются для измерения поглощения соединений либо через участок ткани, либо через систему слоев одной клеточной линии, например, клетки Caco-2 (которые получены из клеток карциномы толстой кишки человека). Схема расположения клеток Caco-2 в камерах Уссинга и традиционные меры представлены на рисунке 14.

В прошлом компания Pancosma проводила подобные испытания с B-TRAXIM® 2C Fe, соединением метионата железа и сульфатом железа (см. TB n°334), и полученные результаты показаны на рисунке 15. Полученные результаты показывают, что B-TRAXIM® 2C Fe быстрее поглощался в клетке, а также в базолатеральном отделе по сравнению с другими источниками. Это показывает, что B-TRAXIM® 2C Fe дифференцированно поглощался в этих клетках.

Совсем недавно Гао и др. (Gao, Yin et al. 2014) также использовали клеточную линию Caco-2 для изучения поглощения различных источников комплексов меди. Их модель включала изменение pH в апикальной и базолатеральной частях, показывая, что внешние условия могут изменять поглощение некоторых органических источников. Их измерения не показывали скорость переноса металлов через клетки, но они включили ее в другой параметр, который они назвали проницаемостью. Когда это значение увеличивается, это указывает на увеличение скорости переноса металла через клетку Caco-2.

Вторым параметром, который они измерили, было поглощение внутри слоя клеток Caco-2, названное поглощением (см. рис. 16).

Из этих графиков можно сделать вывод, что органические источники меди быстрее поглощаются через слой клеток Caco-2, чем сульфатная форма. Это то, что мы также наблюдали с B- TRAXIM®2C Fe в клетках Caco-2 (см. ранее представленные данные). Во-вторых, соединения с высокой проницаемостью в сочетании с относительно низким поглощением указывают на то, что эти соединения легко переносятся в базолатеральном отделе. Однако эти данные не представлены в публикации. Представленные данные не позволяют составить четкое представление о различиях в поглощении источников меди.

В другом исследовании, проведенном Тастет и др. 2010 (Tastet, Schaumlöffel et al. 2010), использовались отрезки эпителия тонкой кишки поросят и их вводили в камеры Уссинга. Однако они решили не проводить традиционные измерения, а посмотреть на различные химические формы, восстановленные в базолатеральном отделе. Быстрая установка представлена на рисунке 17.

Tastet et al. приняли решение рассмотреть поглощение различных комплексов меди с пептидом три-глицина, пептидом тетра-глицина и сравнить их с сульфатом меди. Представление химической структуры протестированных продуктов и их извлечение в базолатеральном отделе показано на рисунке 18.

Tastet et al. (2010) наблюдали, что 86,1% триглицината меди прошло через клетку неповрежденным, но только 20,8% тетраглицина меди было перенесено через клетку. Это различие может быть связано с тем, что такие соединения, как триглицин, как известно, поглощаются PEPT1, а тетраглицин - нет, так как было показано, что он не способен ингибировать поглощение ди-, три-пептидов PEPT1 (Terada, Sawada et al. 2000).

Кроме того, их данные показывают, что сульфат меди трансформируется в клетке, превращаясь в 100% органически связанную медь неизвестной формы.

Эти результаты показывают хорошую вероятность абсорбции медьсодержащих комплексов в виде органически связанных продуктов через аминокислотные и/или PEPT1 транспортеры. Комплекс металлов может проходить через транспортную систему PEPT1, которая, как известно, широко представлена в тонкой кишке свиней. Кроме того, эти данные показывают, что система PEPT1 и или аминокислотные транспортные системы не являются единственной транспортной системой для этих соединений, так как перенос соединения через клетки не достигает 100% уровня включения.

Gao et al. (2014) в дополнение к своим испытаниям на клетках Caco-2 добавили больше аминокислот на апикальной стороне для насыщения транспортеров аминокислот и немного карбоплатина для ингибирования CTR1. Полученные результаты являются неполными, поскольку влияние карбоплатина на поглощение сульфата меди не показано.

Кроме того, результаты, полученные с повышенным уровнем лизина по сравнению с лизинатом меди или повышенным уровнем метионина по сравнению с комплексом метионата меди, не дают аналогичных реакций, что ставит под сомнение качество теста и способность аминокислоты лизин на используемом уровне ограничивать транспорт комплекса меди через клетку Caco-2.

Для измерения сродства транспортеров и объяснения механизмов транспортных систем все чаще используются новые методы, включающие генетические модификации. Первый метод - это создание генетических линий животных с отсутствующими транспортерами, что позволяет понять влияние транспортеров на всасывание различных соединений. Второй метод позволяет еще лучше понять механизмы путем сверхэкспрессии специфических транспортеров аминокислот или специфических транспортеров металлов в трансфицированных клетках для изучения этого единственного транспортера. Однако даже с учетом всех этих новых научных знаний о транспортерах металлов и аминокислот на уровне энтероцитов все еще остаются некоторые необъяснимые явления, которые включают транспорт комплекса металл-аминокислота на уровне энтероцитов.

Из представленных данных ясно, что некоторые металлокомплексы способны проходить через энтероцит без изменений, и некоторые из металлокомплексных форм, по-видимому, связаны с транспортером PEPT1, а другие - с некоторыми транспортерами аминокислот. Однако, поскольку ответ никогда не бывает черным или белым, всегда существует вероятность того, что в их переносе задействованы и другие транспортеры или что они могут быть объединены. Тем не менее, все имеющиеся на сегодняшний день данные показывают, что существует дифференциальный путь всасывания этих металлических аминокислот и/или ди-, три-пептидных комплексов.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ И ПОЛЕЗНЫЕ СОВЕТЫ

Глицин и метионин - это разные аминокислоты, которые оказывают важное физиологическое действие в организме животных. Тот факт, что глицин не является хиральным, не влияет на его абсорбцию на уровне энтероцитов, в то время как присутствие D-метионина в комплексе, вероятно, повлияло бы на нее. Существуют некоторые данные о всасывании аминокислот, ди-, три-пептидов и транспортеров металлов в энтероците. Однако в некоторых случаях даже эти транспортеры все еще находятся в стадии исследования. Имеется относительно мало данных о всасывании комплексов металл-аминокислота. Существующие публикации ясно показывают, что существует дифференциальный путь всасывания этих соединений, который отличается от пути всасывания свободных аминокислот. Однако необходимо провести еще больше исследований, чтобы четко и непредвзято доказать, что эти соединения всасываются, и в каком процентном соотношении, через этот альтернативный путь.

Все рисунки, графики и таблицы см. в документе.

Данную статью можно скачать ниже.

Файлы
Статья в PDF
Размер 1,24 МБ
иконка
Остались вопросы?
Оставьте заявку и мы ответим на все вопросы
Оставить заявку
Советуем почитать
К общему списку