【背景及概述】[1][2][3]
精氨酸（Arg）最初是由Schlus于1886年從植物羽扇豆苗中分離提取的，1895年Hedin發(fā)現(xiàn)精氨酸存在于哺乳動(dòng)物的蛋白質(zhì)中。其分子結(jié)構(gòu)于20世紀(jì)初已經(jīng)清楚，并能進(jìn)行人工合成。精氨酸是幼齡哺乳動(dòng)物的必需氨基酸，是組織蛋白中最豐富的氮載體。精氨酸是堿性氨基酸，在動(dòng)物體內(nèi)有重要的生理生化功能，其不僅是細(xì)胞質(zhì)和核酸蛋白的主要成分，還是將天門冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸、羥脯氨酸、聚胺（腐胺、精脒、精胺）等轉(zhuǎn)換為高能磷酸化合物肌酸磷酸的中間體，是肌酐酸唯一的氨來(lái)源；還作為尿素循環(huán)的中間體，通過(guò)尿素循環(huán)解除氨中毒，避免由于氨過(guò)量造成的代謝紊亂；在機(jī)體的勻質(zhì)代謝方面也起著重要的作用，可用于多種代謝途徑，包括精氨酸酶、一氧化氮合酶、精氨酸/甘氨酸胍基轉(zhuǎn)移酶（AGAT）、精氨酰-tRNA 合成酶等。另外，精氨酸不僅作為蛋白質(zhì)合成的重要原料，同時(shí)也是機(jī)體內(nèi)肌酸、多胺和一氧化氮（NO）等物質(zhì)的合成前體，在動(dòng)物體營(yíng)養(yǎng)代謝與調(diào)控過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，是幼年動(dòng)物的必需氨基酸之一。由于母乳中所含和幼畜自身合成的氨基酸不能滿足其營(yíng)養(yǎng)需求，可能會(huì)限制其生長(zhǎng)性能的發(fā)揮，因此需要額外提供。但對(duì)成年動(dòng)物來(lái)說(shuō)，是一種條件性必需氨基酸，只有在動(dòng)物腸道受損、受傷的條件下才是必需氨基酸，正常情況下是非必需氨基酸。近年來(lái)，研究者對(duì)精氨酸營(yíng)養(yǎng)和生理功能的研究日益增多，且不斷突破。
【結(jié)構(gòu)】[1][2]
精氨酸的分子式為C6H14N4O2 ，精氨酸可以算為一種雙性氨基酸，這是因?yàn)榕c主鏈最接近的側(cè)鏈部分是較長(zhǎng)、有機(jī)且疏水的，而另一端的側(cè)鏈則是一個(gè)胍基，這個(gè)胍基的酸度系數(shù)（pKa）為12.48，在中性、酸性或堿性的環(huán)境下都是帶正電荷的。因?yàn)樵谄潆p鍵及氮孤立電子對(duì)之間的共軛體系，使得其正電殛離開(kāi)原位。這個(gè)胍基能形成多重的氫鍵。
【理化性質(zhì)】[1]
白色斜方晶系晶體或白色結(jié)晶性粉末，熔點(diǎn)244 ℃。經(jīng)水重解結(jié)晶后，于105 ℃失去結(jié)晶水。其水溶液呈強(qiáng)堿性，可從空氣中吸收二氧化碳。溶于水（15%，21 ℃），不溶于乙醚，微溶于乙醇。
【代謝】[1][2]
1.精氨酸體內(nèi)代謝途徑
通過(guò)精氨酸酶分解為尿素和鳥(niǎo)甘酸。鳥(niǎo)甘酸是合成多胺類物質(zhì)的前體，是調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)的重要物質(zhì)，也是細(xì)胞增殖的促進(jìn)劑。通過(guò)氧化途徑，經(jīng)一氧化氮合成酶（NOS）催化生成具有生物活性的一氧化氮（NO），NO是一種內(nèi)皮舒張因子，有利于維持血管的通透性，改善腸道的缺血缺氧功能；精氨酸可以由甘氨酸轉(zhuǎn)脒基酶分解為鳥(niǎo)氨酸和肌酐酸，由精氨酸分解酶降解為鳥(niǎo)氨酸和尿素。精氨酸在相關(guān)酶作用下最終分別轉(zhuǎn)化成腐胺、脯氨酸和谷氨酰胺，腐胺可以生成亞精胺和精胺，三者統(tǒng)稱為多胺，谷氨酰胺可進(jìn)入三羧酸循環(huán)，氧化供能產(chǎn)生CO2 ；精氨酸在家禽體內(nèi)通過(guò)鳥(niǎo)氨酸循環(huán)分解成氨后，合成嘌呤，然后降解為尿酸排出。
2.精氨酸的主要吸收部位
精氨酸主要在畜禽的小腸中段吸收，但在家禽小腸前段、后段、胃甚至特定條件下嗦囊也可以吸收部分精氨酸。日糧中30%~50%的氨基酸在小腸內(nèi)被消化吸收。日糧中約40%的精氨酸在小腸內(nèi)直接被分解消化，其余進(jìn)入機(jī)體循環(huán)。
【生理功能】[1]
精氨酸在體內(nèi)起生理作用的主要是L-精氨酸。精氨酸的生理功能主要有參與機(jī)體代謝（尿素循環(huán)等）、改善性欲、免疫調(diào)節(jié)功能、促進(jìn)腸道發(fā)育、抗腫瘤和抗肥胖等。
1. 促進(jìn)傷口愈合的作用
可促進(jìn)膠原組織的合成，故能修復(fù)傷口。在傷口分泌液中可觀察到精氨酸酶活性的升高，這也表明傷口附近的精氨酸需要量增加。精氨酸能促進(jìn)傷口周圍的微循環(huán)，從而促使傷口早日痊愈。
2. 精氨酸的免疫功能與機(jī)制
近年來(lái)，有關(guān)精氨酸與免疫功能之間的關(guān)系已進(jìn)行了較為廣泛的研究，但研究結(jié)果不盡一致。雖然多數(shù)結(jié)果表明，精氨酸對(duì)免疫功能有促進(jìn)作用，但由于精氨酸的添加量、動(dòng)物健康狀況、動(dòng)物種類以及實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒煌玫慕Y(jié)果很不穩(wěn)定。初步認(rèn)為，精氨酸的調(diào)理作用主要表現(xiàn)為上調(diào)免疫抑制，下調(diào)過(guò)高的炎癥反應(yīng)，維持機(jī)體的免疫平衡。精氨酸由于在尿素循環(huán)中的特殊位置，可以降低血氨濃度，減少機(jī)體細(xì)胞損傷。精氨酸對(duì)動(dòng)物疾病的作用大多通過(guò)巨噬細(xì)胞生成NO或通過(guò)精氨酸酶代謝產(chǎn)生鳥(niǎo)氨酸（進(jìn)一步產(chǎn)生多胺分子）。當(dāng)巨噬細(xì)胞被激活后，其釋放的NO可以通過(guò)抑制靶細(xì)胞線粒體中三羧酸循環(huán)、電子傳遞和細(xì)胞DNA合成等途徑，NO 在體內(nèi)可以殺死寄生蟲(chóng)、細(xì)菌和病毒、抑制癌癥細(xì)胞增殖和促進(jìn)血管舒張等，發(fā)揮殺傷靶細(xì)胞的效應(yīng)，保護(hù)機(jī)體。同時(shí)，精氨酸對(duì)于T細(xì)胞增殖和功能非常重要。在正常條件下，T細(xì)胞中的精氨酸利用維持在最低水平。在肉兔礎(chǔ)日糧中添加不同水平的精氨酸（0、0.2%、0.4%、0.6%和0.8%），結(jié)果表明，添加不同水平的精氨酸對(duì)生長(zhǎng)肉兔的尿氮水平影響極顯著。此外，還有報(bào)道表明，高溫下補(bǔ)充精氨酸可以減少小鼠熱應(yīng)激時(shí)蛋白質(zhì)分解代謝的作用，可防止氮的丟失，促進(jìn)氮的存留。
3. 精氨酸的抗腫瘤和抗肥胖作用與機(jī)制
隨著人們生活水平不斷提高，物質(zhì)生活都得到極大滿足，同時(shí)也給全球環(huán)境造成了很多無(wú)法挽回的摧殘，很多疾病隨之而來(lái)。物質(zhì)生活變好，肥胖現(xiàn)象隨處可見(jiàn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)這些現(xiàn)象，研究發(fā)現(xiàn)精氨酸具有抗腫瘤和肥胖的作用。
1）抗腫瘤作用與機(jī)制
精氨酸具有很重要的與免疫有關(guān)的抗腫瘤特性，其可在不同動(dòng)物模型中防止由乙酸胺、7，12-二甲基苯并蒽和N-甲基-N-亞硝基脲誘導(dǎo)的化學(xué)轉(zhuǎn)化，但不阻止異煙肼（抗結(jié)核病藥）和肼轉(zhuǎn)化。而且精氨酸作為NO合成的前體，可以抑基質(zhì)金屬蛋白酶、抑制細(xì)胞黏附分子和提高基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制物的表達(dá)，從而阻止細(xì)胞黏附；另外，一定濃度的精氨酸可通過(guò)增加NO的合成而發(fā)揮細(xì)胞毒性作用，誘導(dǎo)凋亡、抑制腫瘤細(xì)胞增殖。在沒(méi)有其他影響因素時(shí)，小鼠接種致瘤病毒后，精氨酸能提高潛伏時(shí)間，減少腫瘤的尺寸，縮短腫瘤倒退的時(shí)間；精氨酸可抑制腫瘤的生長(zhǎng)。
2）抗肥胖作用與機(jī)制
體內(nèi)能量攝入和消耗的不平衡往往會(huì)導(dǎo)致脂肪的蓄積，引發(fā)肥胖，繼而誘發(fā)心血管和糖尿病等疾病。近年來(lái)，隨著肥胖及其相關(guān)疾病的蔓延，控制肥胖已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)普遍關(guān)注的問(wèn)題。作為生物活性因子一氧化氮（NO）的前體，精氨酸在控制肥胖方面的效果及其機(jī)理研究取得了突破性的進(jìn)展。如L-精氨酸可減少肥胖，增加肌肉質(zhì)量。另外，在豬日糧中添加精氨酸1.0%可調(diào)節(jié)骨骼肌和白色脂肪組織的脂肪代謝相關(guān)基因的表達(dá)，促進(jìn)脂肪組織中的脂肪分解，有效改善肥胖危機(jī)。
【應(yīng)用】[4]
1. 單胃動(dòng)物
1）精氨酸在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用
A：改善生產(chǎn)性能，降低腹瀉率。精氨酸可以有效地修復(fù)仔豬因斷奶而造成腸黏膜的損傷，促進(jìn)腸道的發(fā)育，從而提高斷奶仔豬的生長(zhǎng)性能；而在應(yīng)激、疾病和感染的情況下，L-精氨酸還能促進(jìn)多種內(nèi)分泌激素（如生長(zhǎng)激素、胰島素、胰高血糖素等）的釋放，促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成和抑制蛋白質(zhì)的分解，從而間接促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)。
B：改善腸黏膜結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)小腸吸收能力。小腸是精氨酸代謝的重要場(chǎng)所，精氨酸在體內(nèi)可代謝為精胺、腐胺等多胺，多胺是重要的生物學(xué)調(diào)控物質(zhì)，小腸黏膜生長(zhǎng)、發(fā)育、成熟及損傷修復(fù)均依賴于多胺的供給。
C：增強(qiáng)機(jī)體抗氧化機(jī)能。白蛋白、球蛋白、谷草轉(zhuǎn)氨酶和谷丙轉(zhuǎn)氨酶是動(dòng)物應(yīng)激的重要指示指標(biāo)，血清蛋白（即白蛋白）由肝臟合成，是機(jī)體蛋白質(zhì)來(lái)源之一，可用于修補(bǔ)組織和提供能量；血清則是源于B 細(xì)胞轉(zhuǎn)化為漿細(xì)胞后分泌而成，能反映機(jī)體的抵抗力；谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶屬于細(xì)胞內(nèi)酶，正常情況下由于細(xì)胞膜的屏障作用，不易逸出，因此血清中該酶的活性很低，但當(dāng)細(xì)胞因各種因素（如急性應(yīng)激）而受到損傷時(shí)，細(xì)胞膜的通透性升高使其釋放入血的速度增高，從而血清酶活性顯著升高。
D：對(duì)繁殖性能的影響。精氨酸是母豬妊娠早期胎兒最豐富的氮載體和胎兒組織中沉積最豐富的氨基酸之一，同時(shí)在尿囊液中含量最高，妊娠母豬飼糧中補(bǔ)充L-精氨酸可以提高母豬血液氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量，進(jìn)而可能通過(guò)胎盤傳遞給
胎盤和胎兒更多營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（氨基酸、氧氣等），有促進(jìn)胎盤和胎兒生長(zhǎng)發(fā)育的作用。
2）精氨酸在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用
精氨酸在體內(nèi)不僅參與組織細(xì)胞中蛋白質(zhì)、尿素、NO、谷氨酰胺和嘧啶等合成，并影響胰島素、生長(zhǎng)激素和胰島素樣生長(zhǎng)因子等多種內(nèi)分泌激素的釋放，通過(guò)調(diào)節(jié)分子多胺和一氧化氮而達(dá)到對(duì)機(jī)體免疫功能的調(diào)節(jié)。研究報(bào)道，肉雞基礎(chǔ)日糧添加精氨酸后血漿NO 水平升高，能在一定程度上抑制肺動(dòng)脈高壓的形成，進(jìn)而降低了肉雞腹水綜合征發(fā)病率。L-精氨酸可在一定程度上保護(hù)并激活肺動(dòng)脈NOS 活性，從而使內(nèi)源性NO 合成增加。
2. 精氨酸在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用
試驗(yàn)表明，精氨酸可以促進(jìn)冷凍-解凍后牛精子的獲能和頂體反應(yīng)。盡管精氨酸會(huì)引起過(guò)早的獲能和頂體反應(yīng)從而影響人工授精的受精率，但其在低濃度條件下可以維持精子的活力和生活力。
4. 精氨酸在水產(chǎn)動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用
精氨酸被認(rèn)為是甲殼動(dòng)物中容易缺乏的必需氨基酸，而飼料中精氨酸的不足容引起水產(chǎn)動(dòng)物生長(zhǎng)和蛋白質(zhì)代謝受到抑制。有研究表明，中華絨螯蟹幼蟹、軍曹魚(yú)、比目魚(yú)幼魚(yú)、條紋鱸、尼羅羅非魚(yú)、遮目魚(yú)、銀鱸飼料中最適精氨酸添加水平為3.62% 、2.38%、4.08% ～ 4.20%、3.9% 、4.20% 、5.25%、6.8%。
【合成】[2]
動(dòng)物機(jī)體精氨酸主要有3 個(gè)來(lái)源：一是來(lái)源于飼糧，飼糧中大約40% 的精氨酸在小腸內(nèi)直接被分解消化，其余進(jìn)入機(jī)體循環(huán)，這是精氨酸的最主要來(lái)源； 二是來(lái)源于機(jī)體蛋白質(zhì)的周轉(zhuǎn)代謝，當(dāng)動(dòng)物禁食時(shí)高達(dá)80% 精氨酸來(lái)源于機(jī)體蛋白質(zhì)的分解；三是來(lái)源于機(jī)體內(nèi)其他氨基酸如谷氨酸、脯氨酸等的轉(zhuǎn)化（內(nèi)源合成）：
【主要參考資料】
[1] 徐鑫; 李呂木; 吳東. 精氨酸的研究進(jìn)展. 飼料博覽, 2015, 3: 15-20.
[2] 孫紅暖, et al. 精氨酸對(duì)動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)生理及免疫作用. 動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào), 2014, 26.1: 54-62.
[3] 劉兆金, et al. 精氨酸生理營(yíng)養(yǎng)研究. 氨基酸和生物資源, 2005, 27.4: 54-57.
[4] 侯玉潔, et al. 精氨酸的生理學(xué)功能及其在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用. 中國(guó)飼料, 2013, 5: 32-37.