Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Характеристика катаболизма тканевых белков в раннюю фазу лактации у коров

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "Характеристика катаболизма тканевых белков в раннюю фазу лактации у коров"

РГ6 од - 8 OKI Ю96

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ, БИОХИМИИ И ПИТАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ

На правах рукописи

КОМКОВ НИКОЛАЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 63 6.2.034:612.3 98:612.744.14:57 7.112

ХАРАКТЕРИСТИКА КАТАБОЛИЗМА ТКАНЕВЫХ БЕЛКОВ В РАННЮЮ ФАЗУ ЛАКТАЦИИ У КОРОВ

03.00.04. - биохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

БОРОВСК - 1996

Работа выполнена в лаборатории биохимии и физиологии лактации Всероссийского научно-исследовательского института физиологии, биохимии и питания сельскохозяйственных животных.

Научный руководитель - доктор биологических наук, профессор

Медведев И.К.

Официальные оппоненты: доктор биологических, профессор

на заседании специализированного Совета Д.020.17.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте физиологии, биохимии и питания сельскохозяйственных животных.

Адрес института: 249010. г. Боровск-3, Калужская область

ВНИИФБиП с.- х. животных. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Ведущее учреждение

Владимиров В.Л. кандидат биологических Аитова М.Д.

Белгородская сельскохозяйственная

академия.

Защита диссертации состоится

Автореферат разослан

1996 года.

Ученый секретарь специализированного Совета

В.И. Дудин

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность исследований. Объем секретируемого молока в первую треть лактации существенно превышает возможности животных в этот период потреблять необходимые для восполнения затрат количества корма. Дефицит энергии и протеина на синтез' молока соответственно восполняется за счет мобилизации энергетических запасов (жировых депо) и катаболизма белков тканей организма. Однако возможности мобилизации из тканей энергии и протеина в существенной степени неодинаковы. Эти различия обусловлены тем, что протеин практически не резервируется в животном организме.

Мобилизация протеина на образование молока, как полагает большинство исследователей, происходит через процессы катаболизма из функционально менее важных органов и тканей, прежде всего из скелетных мышц. Однако факторы и механизмы мобилизации протеина у лактирующих коров недостаточно или вовсе не исследованы.

Определение затрат тканевого белка на продуктивность сдерживается отсутствием адекватных методов изучения мобилизации протеина. Поэтому для получения необходимой информации, очевидно, могут быть использованы разные методы и подходы. Особый приоритет в этой связи имеет количественная характеристика мобилизации белка из мышечной ткани в силу ее наибольшей массовой доли в организме и высокой реактивности на дефицитное питание.

При всей значимости процесса мобилизации тканевых резервов на потребности организма в наиболее критические периоды лактационного цикла, этот процесс имеет и отрицательные стороны. В частности, интенсивный расход тканевых запасов без достаточной экзогенной компенсации ведет к заметной потере массы тела животных, что может привести к ожире-

нию печени, риску возникновения послеродовых болезней, в первую очередь кетоза и других метаболических расстройств. Нетрудно видеть, что для характеристики азотистого обмена у коров требуются более глубокие знания о протеиновом их катаболизме, прежде всего в мышечной ткани. Это позволило бы установить физиологические параметры мобилизации и восстановления тканевых белков в процессе лактирования для использования и учета их в разработке более прогрессивных систем нормирования протеинового питания животных.

Цель и задачи исследований. В связи с затронутыми вопросами целью нашей работы было изучение (по балансовым, биохимическим и отчасти морфологическим показателям) катаболизма тканевых белков в раннюю фазу лактации у коров. Из наиболее важных задач работой планировалось:

1. Определить степень деградации общего и превалирующего по массовой доле в организме скелетно-мышечного белка у коров разного уровня продуктивности при рекомендуемых нормах питания (1985) в период раздоя. На основании полученных данных в первом приближении установить величину высоколабильного фонда белков в теле у холмогорских коров.

2. Исследовать при тех же условиях у подопытных коров и другие индикаторы белкового метаболизма и протеиновой обеспеченности животных: профиль свободных аминокислот и мочевины в плазме крови, степень лимитирования незаменимыми аминокислотами синтеза молочных белков, возможное использование аминокислот в глюконеогенезе, морфометрические параметры мышечных волокон, секрецию азотистых веществ с молоком.

Научная новизна. Впервые проведена сравнительная количественная оценка катаболизма тканевых, прежде всего ске-летно-мышечных белков, у холмогорских коров разного уровня

продуктивности на протяжении их раздоя. С использованием комплекса индикаторов азотистого метаболизма показано, что восполнение дефицита потребляемого с кормом протеина в раннюю фазу лактации у коров примерно на 61% происходит за счет мобилизации белков мышечной ткани. Около половины наблюдаемых в этот период потерь массы тела у коров приходится на потери белка. В этой связи в первом приближении установлена величина высоколабильного фонда тканевых белков ("белковых резервов") у высокопродуктивных холмогорских коров. Получены данные о профиле свободных аминокислот в плазме крови у коров в критические фазы репродуктивного цикла, которые могут отражать соотносительное использование аминокислот в процессах молокообразования (лимитирование аминокислотами белкового синтеза в молочной железе), глюко-неогенеза и окисления.

Научно-практическая значимость работы. Определение экскреции с мочой 3-метилгистидина и количественные данные о белковых "резервах" могут быть использованы для оценки статуса и балансирования рационами протеинового питания высокопродуктивных коров на ранней фазе лактации (в период их раздоя).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на международной конференции "Биологические основы высокой продуктивности с.-х. животных" (Калуга, 1990), Всесоюзном симпозиуме по физиологии и биохимии лактации (Баку, 1990); межлабораторном заседании сотрудников отдела регуляции метаболизма и продуктивности животных (Боровск, 1996).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов исследования и их обсуждения, выводов и практических предложений, списка литературы. Изложена на 159 страницах машинописи, содержит 39 таблиц и 5 рисун-

ков. Библиография 242 наименований, в том числе 184 на иностранных языках.

Положения выносимые на защиту:

1. Зависимость экскреции азота с мочой и величины отрицательного азотистого баланса в фазу лактации у коров на рекомендуемых нормах энергетического питания от уровня продуктивности животных.

2. Параметры деградации скелетно-мышечных белков у разных по продуктивности коров в течение первых трех месяцев лактации.

3. Численные значения потерь массы тела за счет потерь белка в первую треть лактации и примерные величины высоколабильного белкового фонда ("резервных белков") у холмогорских коров.

4. Изменения профиля свободных аминокислот в плазме крови у коров в периоды лактогенеза (в ближайшие периоды до и после отела), в определенной мере отражающие использование аминокислот в синтезе белков молока, глкжонеогенезе и окислении.

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Поставленные задачи решали по схеме I. В исследованиях, проведенных в зимне-стойловый период, находились три группы холмогорских коров ОПХ "Ермолино" с разным уровнем продуктивности (первая - 6,5-7,0 тыс. кг молока; вторая - 4,5-5,0 тыс. кг и третья - до 4,0 тыс. молока за лактацию).

В течение всего периода исследований животные получали одинаковые по структуре (набору кормов) рационы с учетом уровня молочной продуктивности. Рационы формулировали на основе детализированных норм кормления (ред. Калашников, Клейменов, 1985), исходя из набора имеющихся в хозяйстве кормов. Молочную продуктивность и поедаемость кормов учи-

СХЕМА ИССЛЕДОВАНИЙ I

Группы коров Удои (тыс.кг) Дни после отела Анализируемый материал и изучаемые показатели •

1 6,5 - 7,0 5-10 45 - 50 85 - 90 Молоко - общий, белковый и остаточный азот, белок, жир, аминокислоты; Кровь - мочевина, свободные аминокислоты; Моча - общий азот, креатинин, 3-метилгистидин, мочевина; Кал - общий азот; Корма - сухое вещество, общий азот, сырой протеин.

2 4,5 - 5,0 25 - 30 65 - 70 То же что и в 1, 3, 5 периоды, кроме балансовых опытов ;

3 до 4хтыс.кг 5-10 45 - 50 85 - 90 То же что и в 1, 2 группах, кроме балансовых опытов; Мышечная ткань - морфометрия, общий белок.

25 - 30 65 - 70 То же что и в 1, 3, 5йпериоды, исключая мышечную ткань

Примечание: за 14 дней до отела брали кровь для анализа на свободные аминокислоты

тывали в течение пяти дней каждого периода; взвешивание животных проводили ежедекадно в течение двух последовательных, дней перед утренним кормлением.

Баланс азота у коров и сопутствующий ему анализ состава кормов (сухое вещество, общий азот, сырой протеин) исследовали общепринятой методикой (Петухова и др., 1981). В суточных пробах мочи определяли общий азот (по Къельдалю), мочевину (по цветной реакции с диметилглиоксимом; Холод, Ермолаев, 1988), 3-метилгистидин ( по реакции с нингидрин-ортофтальальдегидным реагентом; ЯасШа et а1., 1982), креа-тинин (Делекторская, 1987).

Образцы крови для определения в плазме свободных аминокислот (на анализаторе ААА-Т-339 при использовании в подготовке проб сульфосалициловой кислоты) и мочевины получали с двукратной повторностыо (в два смежных дня) из яремной вены за час до утреннего кормления животных.

В двухсуточных пробах молока, консервированных 10% би-хроматом калия, определяли содержание общего, остаточного и белкового азота (по Къельдалю), аминокислот (на аминокислотном анализаторе с предварительным гидролизом молочных белков 6н соляной кислотой), массовую долю жира и белка (на датских приборах).

Образцы мышц из трапециевидного грудного мускула получали биопсией у коров с 4х тыс. удоем на 10-й, 50-й и 90-й день лактации; в мышечной ткани определяли содержание общего белка и диаметр (площадь) поперечного сечения мышечных волокон. Тканевые срезы, получаемые на криостате, окрашивали по Акимченкову (1973).

Статистическую обработку полученных данных проводили по Стъюденту (Плохинский, 1970). '

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Секреция молока, молочного жира и белка у коров.

Динамика ¿екретируемого подопытными коровами молода по периодам исследований соответствовала известной картине изменений молочной продуктивности, характерной для большинства других пород молочного скта. Все исследуемые группы* животных имели сходные по форме лактационные кривые (табл.1). Максимальная концентрация жира в молоке имела место с 5го по 10й день лактации; в конце третьего месяца после отела она уменьшилась у коров первой группы на 12%, второй и третьей групп соответственно на 10 и 11% (табл.1). Тенденция к уменьшению концентрации молочного жира с постепенной стабилизацией к концу исследований отмечалась во всех группах животных.

Процент белка в молоке оказался наиболее высоким в первую декаду после отела (табл.1). В среднем за сутки в этот период секреция белка с молоком у коров первой группы составила 1,013кг белка, у животных второй и третьей групп соответственно 0,868 и 0,711кг, что в среднем на 16-18% больше величин секреции белка в конце третьего месяца лактации животных. Тенденция к снижению секреции молочного белка отмечалась вплоть до конца исследований у всех животных. Максимальная секреция молочного белка в первую декаду лактации была обусловлена, по всей видимости, высоким содержанием в составе общего белка иммунных глобулинов, а высокую суточную продукцию молочного белка во втором-третьем периодах можно отнести за счет высоких в это время удоев.

3.2. Потребление корма, переваримость кормового протеина и баланс азота.

Назначенные по рекомендуемым нормам количества кормов были не полностью потреблены животными в начале лактации. Несовпадение нормы с фактическим потреблением по обменной энергии у коров первой группы составило 6,0% или 12,0МДж (за счет сена-4,2, сенажа-7,8МДж) в начале и 3,5% или

Продуктивность коров

Группы Периоды исследований (дней после отела)

коров 5-10 25 - 30 45 - 50 65 - 70 85 - 90

1 24, 4 0±0,4 4 31,50+0,47 Удой, кг/сут. 32,47+0,87 28,79+1,19 25,61±0,86

2 19,55±0,45 24,83±0,88 27,61±0,77 24,00±0,85 20,79±1,09

3 16, 50+0,67 20,71±0,71 20,57±1,10 17,90±0,99 17,60±0,61

■ 1 4,25±0,06 3,88±0,03 Жир молока (%) 3,74±0,05 3,74±0,03 3,7 5±0,02

2 4,28+0,03 3,90+0,08 3,62+0,04 3,75±0,01 3,85±0,03

3 4,21±0,02 3,96+0,05 3,98±0,04 3,80±0,03 3,75±0,02

1 4,15+0,04 Белок молока (% 3, 11+0, 07 2, 98±0,13 3,08±0,16 3,31+0,08

2 4,4 4±0,0 9 3,33±0,12 2,86+0,06 2,94±0,07 3,08±0,11

3 4,31±0,10 3,21+0,14 3,16±0,08 3,35±0,07 3,3210,12

9,0МДж (за счет сена-2,3, сенажа-3,1, силоса-3,бМДж) в середине опыта соответственно. Животные второй группы потребили меньше нормы энергии на 4,8% или 9,0 МДж (за счет се-на-4,4, сенажа-4,бМДж) в первую декаду после отела и на 2,1% или 5,0МДж (за счет сена-1,4, сенажа-1,7, силоса-1,9МДж) в период с 45 по 50й день лактации. К концу третьего месяца лактации фактическое потребление энергии с кормом практически совпало с рекомендуемыми нормами.

Переваримость протеина корма и степень использования животными азота определяли в шести (по три в группе) балансовых опытах на высоко- и среднепродуктивных коровах (табл.2). В начале (5—10й день) и середине(45-50й день) исследований отрицательный азотистый баланс у высокопродуктивных коров составил -17,05 и -5,бг/азота/сутки. Сходная картина по балансу азота отмечена и для среднепродуктивных коров. Отрицательный знак азотистого баланса сменился на положительный только к концу третьего месяца лактации (+2,12г/сутки-1гр. и +4,57г/сутки-2гр.).

Наибольшее выведение азота с мочой имело место на 4 5-50й день лактации, заметно снижаясь к концу исследований. Лучшим усвоение азота было у высокопродуктивных коров на 6й неделе после отела; у среднепродуктивных животных азот усваивался практически одинаково в начале и середине исследований, несмотря на разницу в эти периоды степени выведения азота с мочой.

Использование потребленного азота корма на продукцию азота молока варьировало в пределах 25-38%, находясь в зависимости (не во всех случаях достоверной) от фазы лактации и уровня продуктивности животных (табл.3). Более высокие величины индекса в первую декаду лактации, по-видимому, не отражают истинной эффективности использования кормового азота вследствие возможной мобилизации белка из инволюирую-щей матки и повышенного процента белка в молозиве за

Результаты балансовых опытов по азоту у подопытных коров

Периоды исследований

Показатели 5- 10 45 50 85 90

1гр. 2гр. 1п>. 2гр. 1гр. 2гр.

Требуется сырого протеина по

нормам, г/сут. 2810 2325 3810 3215 3015 2565

Потреблено сырого протеина, 2641,50±25,5б 2213,62+28,56 3673,00±39,87 3!47,19±40,56 2981,81 ±34,19 2556,25±29,21

г/сут.

Требуется азота по нормам, г/сут. 449,60 372,00 609,60 514,40 482,40 410,40

Потреблено азота, г/сут. 422,64±4,09 354,18±4,57 587,68±6,38 503,35±6,49 477,09±5,47 409,00±4,68

Потреблено азота (%) 94,0 95,2 96,5 97,9 98,9 99,0

Выделено азота с калом, г/сут. 147,92+3,11 124,85±2,24 208,04±2,94 175,79+2,34 167,89±1,6б 143,48±2,04

Переварено азота, г/сут. 274,72±3,48 229,33+6,40 379,64±2,94 327,76±5,09 309,20±2,74 265,52±2,39

Переваримость (%) 65,0 64,7 64,6 65,1 64,8 64,9

Выделено азота с мочей, г/сут. 133,15+4,61 103,25±5,32 233,22+6,52 205,89±6,06 174,32±5,02 157,19±4,39

Усвоено азота, г/сут. 141,57+4,10 126,08+3,87 146,42±5,48 121,87±5,27 134,88+3,23 117,47+3,62

Выделено азота с молоком, г/сут. 158,62+2,09 136,18±3,75 152,02+3,02 123,89±1,76 132,76±3,23 112,90+3,21

Баланс азота, г/сут. -17,05+3,38 -10,10+1,78 -5,60±0,98 -2,02±0,68 +2,12+0,51 +4,57±0,83

счет иммуноглобулинов, которые могли синтезироваться до отела.

Таблица 3.

Использование азота корма на продукцию азота в молоке (%)

Периоды иссл.-й 5- 10 45- -50 85- -90

1гр. Игр. 1гр. Игр. 1гр. Игр.

Азот молока 37, 5 38,4 25, 9 24, 6 27, 8 27,6

Азот потребленный

Азот молока 57, 7 59, 4 40, 0 37, 8 42, 9 42,5

Азот переваренный

Азот молока 112,0 108,0 103,0 101,7 98, 4 96,1

Азот усвоенный

3.3. Динамика показателей катаболизма тканевых белков.

В связи с данными об экскреции азота требовалось выяснить, какую долю в этом процессе занимает азот от деградации скелетно-мышечного белка. Для этого нами был использован неизотопный, неинвазивный метод измерения деградации мышечных белков - по экскреции с мочой триметилгистидина(3-МГ). 3-метилгистидин находится в первичной структуре актина и миозина скелетно-мышечной ткани; он освобождается при деградации этих белков, но вследствие того, что не имеет специфической для него тРНК не реутилизируется в белковом синтезе, не окисляется в метаболизме и без остатка экскре-тируется с мочой. Эти свойства делают 3-метилгистидин точным ин виво индикатором деградации мышечных белков в изучении их обмена, в том числе и обмена лабильных белковых резервов .

Максимальная экскреция 3-метилгистидина у подопытных коров имела место в период с 25 по 30й день лактации (табл.4). Больше экскретировали с мочой 3-метилгистидина высокопродуктивные коровы: на 8%-чем среднепродуктивные (Р<0,05) и на 14% - чем низкопродуктивные (Р<0,001).

Таблица 4.

Экскреция 3-метилгистидина с мочой у коров (мг/сут./кг0,75) Группы Периоды исследований

коров 5-То 25-30 45-50 65-70 85-90

1 0,52±0,07 0,57±0,05 0,51±0,04 0,46±0,03 0,44+0,03

2 0,47+0,05 0,52+0,04 0,46±0,06 0,42±0,04 0,40+0,03

3 0,44+0,03 0,49+0,05 0,43±0,04 0,38±0,03 0,37±0,02

Твердо установлено, что распад 1г тотального мышечного белка у к.р.с. сопровождается экскрецией с мочой 0,5922мг 3-метилгистидина (Ы1зЬ1га\лШ et а1. , 1979; и др.). На этой основе нами определены параметры деградации скелетно-мышечного белка у подопытных коров (табл.5 ).

Таблица 5.

Скорости деградации мышечного белка(г/сут./кг0'75) Группы Периоды исследований

коров 5-10 25-30 45-50 65-70 85-90

0,88±0,07 0,96±0,20 0,86±0,07 0,77±0,06 0,74±0,05 0,79±0,05 0, 88±0, 10 0, 79±0, 09 0,70±0, 09 0, 68±0,06 0, 7510,04 0, 81±0, 09 0,73±0, 06 0, 64±0, 04 0, 61±0,05

1

2 3

Наибольшая степень распада тотального скелетно-мышечного белка оказалась у всех (более выраженная у высокопродуктивных) коров в конце первого месяца лактации с неуклонным снижением по ходу лактации животных.

Сходная тенденция в течение лактации проявилась и в динамике распада миофибриллярных белков -актина и миозина-, что вполне естественно, поскольку они являются количественно основными белками мышечной ткани (табл.6).

Таблица 6.

Параметры деградации миофибриллярных белков(%/сутки) Группы Периоды исследований

коров 5-10 25-30 45-50 65-70 85-90

1, 64+0, 13 1,7 8±0, 37 1, 60+0, 10 1, 43±0,11 1,38+0,09 1,4 8±0, 09 1, 64±0,19 1,4 6±0,17 1,31±0,17 1,26±0,11 1,38±0,07 1,52+0,17 1,36±0,11 1,20±0,07 1,15+0,10

1

2 3

Примечание: параметры деградации фракции миофибриллярных белков определены по равенству, предложенному для бычков (Gopinalh et al., 1984). Требуемая для этого концентрация 3-метилгистидина в мышечной ткани указана выше, концентрация белка - взята по его содержанию в трапециевидной мышце, массовую долю мускульной ткани в общей массе тела коров устанавливали по экскреции с мочой креа-тинина.

Из наших результатов следует, что в распаде общего белка в теле у коров в первые три месяца лактации пропорция распада скелетно-мышечного белка составляет около 61%.

Другим показателем мобилизации мышечных белков может служить экскреция почками креатинина. Поскольку степень экскреции креатинина пропорциональна массе скелетных мышц (Young et al., 1978), то величина индекса 3-метил-гистидин/креатинин в моче может отражать относительную скорость распада тотальных скелетно-мышечных белков. Кроме того использование этого индексе обусловлено и другим обстоятельством: увеличенный объем мочи после отела мог обусловить разбавление концентрации креатинина и 3-метил-гистидина, однако на их соотношении это разбавление не могло отразиться. Наши данные свидетельствуют, что наибольшая величина индекса 3-МГ/креатинин в каждой группе животных была на первом месяце и заметно снизилась к концу третьего месяца лактации (табл.7).

Таблица 7.

Величины соотношения 3-метилгистидин/креатинин (мг/гр) Группы Периоды исследований коров 5-10 25-35 45-50 65-70 85-90

1 35,24±2,80 37,97±7, 91 34, 48±2,81 30, 43±2,38 29,56+2,00

2 31,70±2, 01 34, 85±3,96 31,09±3,54 27, 85±3,58 26,89±2,37

3 29, 84±1, 59 32, 65±3, 63 28, 69±2, 36 25, 62±1, 60 24,69±2,02

В абсолютных величинах этот показатель был выше у коров первой группы на протяжении всего периода исследований.

На белковый катаболизм в мышечной ткани указывает также уменьшение содержания в ней общего белка. Мы имели возможность определить его у низкопродуктивных коров, но несомненно оно тем более должно быть у высоко- и среднепродуктивных животных. Наименьшая концентрация белка в скелетных мышцах отмечена в конце третьего месяца лактации животных. На 50 и 90й дни после отела уровень общего мышечного белка снизился на 22,45% (Р<0,05) и 36,56% (Р<0,001) соответственно, по отношению к величинам в первой декаде лактации.

Уменьшение белкового фонда в мышцах сопровождается заметными их морфологическими изменениями. Количественное гистологическое изучение срезов биопсированной трапециевидной грудной мышцы показало выраженное сокращение площади поперечного сечения ее волокон по ходу лактации с наименьшей величиной на седьмой неделе лактации

животных. К концу третьего месяца лактации поперечная зона волокна уменьшилась на 10% по отношению к величине десятого дня после отела (Р<0,001).

В последнее время для характеристики азотистого метаболизма широко используется определение в крови мочевины. Наши результаты показали прежде всего более высокое содержание в крови мочевины у более продуктивных коров что,

вероятно, отражает большую степень у них белкового катаболизма. Вместе с тем имела место зависимость уровня мочевины от фазы лактации животных: относительно меньшая концентрация мочевины в плазме крови была на первом месяце лактации. По видимому, более интенсивное расходование аминокислот в синтезе белка (главным образом - белков молока) в начале лактации способствует отвлечению из общего метаболического пула значительной части аминокислот, вследствие чего меньшая их доля использовалась на окисление с образованием мочевины. Уменьшение концентрации мочевины могло быть вызвано также усилением процессов обратного ее поступления в рубец, а также меньшим потреблением в это время азота с кормом.

Известно, что лактирующие коровы в отрицательном балансе энергии и протеина, как правило, значительно теряют в весе. Изменения живой массы в основном отражают баланс энергии (жира) в теле, однако корреляция между этими показателями в первые две-три недели после отела довольно слабая и нередко может быть даже отрицательной (данные лаборатории лактации). Это обусловлено тем, что убыль жира из тканей в течение какого-то времени после отела происходит одновременно с уменьшением (в результате катаболизма) содержания белков. И хотя белка расходуется значительно меньше чем жира, но вследствие того, что соотношение между белком и водой в тканях организма относительно постоянно и составляет примерно 1:4, убыль белка сопровождается значительными потерями живой массы коров. Поэтому изменение живой массы у новотельных коров теснее коррелирует с убылью белка, чем жира. В наших опытах величины потерь живой массы у коров находились в зависимости от уровня их продуктивности и связанных с этим потерь белка животными. Несущественные различия животных по массе между группами в начале исследований оказались достоверными к концу третьего месяца

лактации. Средняя по группам масса тела коров за период исследований снизилась на 37, 22 и 15кг для первой, второй и третьей групп соответственно. Уменьшение массы тела за счет белка и связанной с ним воды (1:4) составило около 50% .

Если в приросте или убыли массы тела содержится 10% белка ( Riis, 1990), то наши результаты позволяют заключить, что максимальная доля белковых потерь в данных условиях экспериментирования, которую можно принять за величину высоколабильного фонда белка у подопытных коров составила около 2%.

Первичными продуктами мобилизации тканевых белков, как известно, являются свободные аминокислоты. Для каждой ткани характерен свой пул свободных аминокислот. Наибольший процент в общем аминокислотном фонде тела приходится на аминокислоты мъттечной ткани в силу ее наибольшей массовой доли в организме. Поэтому свободные аминокислоты плазмы крови отражают преимущественную их концентрацию в мышцах, с аминокислотами которых они находятся в динамическом равновесии. Несмотря на то, что аминокислоты плазмы представляют собой лишь небольшую долю пула свободных аминокислот в организме, тем не менее они вследствие своей доступности для измерения, пожалуй, наиболее информативный критерий азотистого метаболизма и белковой обеспеченности животных.

Анализ в этом аспекте наших данных показывает прежде всего заметно меньшее содержание в плазме крови незаменимых аминокислот у лактирующих коров по сравнению с сухостойными (табл. 6). Наименьшая концентрация незаменимых аминокислот у всех коров отмечалась на 45-50 дни лактации. К концу третьего месяца лактации уровень аминокислот в плазме хотя и недостоверно, но все же был выше, чем в первую декаду лактации, что может свидетельствовать о том, что в период

максимальных'удоев (в нашем случав на 7й неделе после отела) молочная железа коров поглощала значительно больше незаменимых аминокислот, нежели в другие периоды опыта. С другой стороны, величина пула свободных аминокислот в плазме крови находится в зависимости от уровня молочной продуктивности коров. У более продуктивных как на пике лактации, так и в другие периоды (вплоть до трех месяцев) имелось меньше в плазме аминокислот, чем у менее продуктивных животных.

В отношении заменимых аминокислот в плазме наблюдалось стабильное повышение их концентрации с первой недели до конца третьего месяца лактации. При этом концентрация их в плазме крови у высокопродуктивных коров на протяжении всего периода исследований была, хотя и недостоверно (Р>0,05), но все же меньше, чем у остальных подопытных коров.

Наименьшая величина аминокислотного индекса (отношения незаменимых к заменимым) у всех коров отмечена в период с 4 5 по 50й день лактации. Причем, у менее продуктивных животных индекс имел большую величину, чем у высокопродуктивных коров, отражая тем самым, по-видимому, меньшие аминокислотные затраты у низкопродуктивных животных на синтез молочных и тканевых белков.

Аминокислоты, как известно, используются не только в белковом синтезе, но и в синтезе глюкозы. Этим, вероятно, обусловлена заметно меньшая концентрация в плазме крови, прежде всего у высокопродуктивных коров, наиболее глюкоген-ных аминокислот: аспарагиновой и глютаминовой аминокислот, серина и аланина. До минимального уровня суммарная концентрация этих аминокислот у всех коров снизилась на 7 неделе после отела и максимально повысилась в конце 3го месяца лактации. Об участии этих аминокислот в процессах глюконео-генеза свидетельствуют также более высокие (до пика лакта-

Профиль незаменимых свободных аминокислот в плазме крови высокопродуктивных коров, мг%

Периоды исследований •

Аминокислоты за 14 дней до отела 5 -10 45 - 50 • 85 -90

Лизин 1,69+0,15 1,45±0,12 1,13±0,12 1,35±0,08

Аргинин 2,06±0,12 1,84±0,14 1,95±0,13 2,2710,21

Гистидин 0,60+0,07 0,47+0,08 0,35+0,06 0,57±0,05

Треонин 0,72+0,09 0,60+0,09 0,80+0,08 1,00±0,09

Валин 2,11+0.19 1,74+0,21 1,60+0,15 1,89±0,И

Изолейцин 1,59+0,10 1,28+0,11 1,16+0,11 1,41±0,09

Лейцин 1,72±0,16 1,48±0,07 1,31±0,09 1,68±0,16

Фенилаланин 0,89±0,08 0,73±0,05 0,56±0,07 0,87±0,06

Метионин 0,41±0,05 0,40+0,06 0,25±0,05 0,29±0,04

Цистин 0,11+0,13 1,04+0,06 0,93±0,07 1,21±0,13

Сумма: 12, 90 11, 03 9, 96 12", 42

ции) величины отношений "разветвленные" аминокислоты/ глюкогенные аминокислоты; "разветвленные" аминокислоты/ аланин .

В связи с этими данными нами определен "глкжозный баланс" у подопытных коров. Под балансом имеется в виду величина разницы между теоретически возможным количеством глюкозы, которое мог обеспечить рацион, и потребностями в глюкозе на синтез молока и на использование другими функциями организма. Глюкогенный потенциал рациона устанавливали на основе регрессионного равенства, предложенного Herbein et al. (1978). В исчислении потребностей лактирующих коров в глюкозе пользовались методикой Elliot et al.(1976), где принималось, что в молоке содержится 5% лактозы и что 70% потребляемой выменем глюкозы используется на синтез лактозы.

В нашем случае рацион высокопродуктивных коров мог обеспечить 2229 г глюкозы/день, в то время как для молочной железы и других органов и тканей требовалось 2438 г глюкозы/день . Таким образом, высокопродуктивные коровы находились в отрицательном (хотя и не столь выраженном) глюкозном балансе. Причиной тому, видимо, было недостаточное потребление коровами переваримой энергии и как следствие - дефицит у них предшественников глюкозы, прежде всего пропиона-та. Исходя из этих данных естественно считать, что обеспеченность жвачных глюкогенной энергией должна рассматриваться одним из важнейших лимитирующих факторов их продуктивности. Адаптивной реакцией наших подопытных коров на дефицит глюкогенной энергии была, видимо, деградация тканевых белков с освобождением и использованием аминокислот для глкжо-неогенеза.

Длительное время внимание исследователей привлекает установление потребностей животных в аминокислотах. Однако определение потребностей даже в незаменимых аминокислотах,

тем более жвачных животных, по-видимому, возможно лишь в нескором будущем. Поэтому для оценки соотносительной роли отдельных аминокислот в синтезе индивидуальных белков введено понятие о "лимитирующих аминокислотах", т.е. об аминокислотах, доступность которых для синтеза белка определяет верхнюю границу его синтеза.

Подавляющее количество молочных белков (свыше 90%) синтезируется процессом де ново в клетках молочной железы из свободных аминокислот, поглощаемых железой из крови. Нетрудно определить выход каждой аминокислоты с молоком суточного удоя, исходя из содержания белков в молоке и аминокислотного их состава. С другой стороны, по скорости и степени поглощения аминокислот молочной железой можно вычислить их суточное потребление. Мы в своей работе при оценке феномена лимитируемости пользовались двумя способами. В первом из них показателем лимитируемости служила величина отношения концентрации данной аминокислоты в плазме крови к ее содержанию в тотальном белке молока; во втором - величина отношения потребления 'молочной железой искомой аминокислоты к ее выходу с молоком. Меньшие в первом случае и большие во втором случае величины этих индексов свидетельствовали о потенциально большей степени лимитируемости.

Из полученных нами результатов следует, что первой по степени лимитируемости незаменимой аминокислотой у высокопродуктивных коров в период до пика лактации является ме-тионин, затем фенилаланин и гистидин (по второму способу), метионин+фенилаланин, гистидин+лейцин (по первому способу) (табл.9); у средне- и низкопродуктивных - фенилаланин, метионин+лейцин и гистидин. После пика лактации у животных первых двух групп порядок лимитируемости несколько изменился на такую последовательность: метионин, лизин+лейцин (1 группа); метионин, гистидин, лейцин (2 группа); метионин,

Порядковые номера лимитирования аминокислотами синтеза молочного белка у высокопродуктивных коров

По первому способу По второму способу

Аминокислоты До пика После пика В течение До пика После пика В течение лактации лактации 3-х месяцев лактации лактации 3-х месяцев

лактации лактации

Лизин 6 2; 3 4 5; 6 2 4; 5

Аргинин 9 9 9 9 9 9

Гистидин 3; 4 5; 6 5; 6 3 5 4; 5

Треонин 5 5; 6 5; 6 5; 6 7 6

Валин 8 8 8 8 8 8

Метионин 1;2 1 1 1 1 1

Лейцин 3; 4 2; 3 3 4 3 3

Фенилаланин 1; 2 4 2 2 4 2

Изолейцин 7 7 7 7 6 6

Степень лимитирования аминокислотами синтеза молочных белков у высокопродуктивных коров

Аминокислоты Содержание незаменимых аминокислот в белках молока(г/100г) Периоды исследований

5-10 45 - 50 85 - 90

Лизин 2, 62 62, 316х 57,415 53,382

Аргинин 3,40 21,91* 14,85* 14,16*

Гистидин 2,74 69,123 66, бб-5 45,465

Треонин 3,72 73,52' 39,59' 35,18'

Валин 5,89 40,14а 31,43" 29,47а

Метионин 2,71 80,ЗЗ1 92,24х 88,39х

Лейцин 9, 18 73,55" 59,67" 51,67"

Фенилаланин 4,75 77,15' 72,12/ 51, 63-5

Изолейцин 5,79 53,64' 42,50ь 38,84°

х - верхний индекс означает порядок лимитирования аминокислотами синтеза белков молока

гистидин, лейцин (3 группа). Важно отметить, что аминокислотами, в наибольшей степени лимитирующими синтез белков молока у коров в раннюю фазу лактации являются метионин, фенилаланин, лейцин, лизин, гистидин, треонин (табл.10). У всех коров порядок лимитирования для метионина практически не изменился по периодам исследований, для остальных незаменимых аминокислот варьировал в большинстве случаев недостоверно в зависимости от уровня продуктивности и времени после отела животного.

ВЫВОДЫ

1. У коров в начальной фазе лактации при рекомендуемых нормах энергетического и протеинового питания (1985г.) имеет место отрицательный баланс азота. В первые два месяца лактации величина отрицательного азотистого баланса у холмогорских коров с высокой продуктивностью (6,5-7,0 тыс.кг молока за лактацию) находится в пределах от 0,013 до 0,037 г/сут./кг0,15, у среднепродуктивных коров (4,5-5,0 тыс.кг) в пределах от 0, 005 до 0,022 г/сут./кг0'75.

2. Суточное количество экскретируемого с мочой азота у холмогорских коров в первые три месяца после отела в зависимости от указанных величин продуктивности варьирует от 0,19 до 0,23 г/сут./кг0,75, что эквивалентно потере общего протеина от 1,21 до 1,45 г/ сут./кг0'75.

3. Средняя скорость деградации скелетно-мышечных белков у коров, устанавливаемая по экскреции с мочой 3-метил-гистидина, в течение первых трех месяцев лактации составляет 0,84; 0,77 и 0,71 г/сут./ кг0,75 у высоко-, средне- и низкопродуктивных коров соответственно. На долю скелетно-мышечного белка в распаде общего белка в организме коров приходится около 61%.

4. Средняя по группам масса тела коров за период исследований снизилась на 37, 22 и 15 кг для 1, 2 и 3й групп соответственно. Уменьшение массы тела за счет белка (и связанной с ним воды, 1:4 ) составило около 50%.

5. Индикаторами мобилизации белка у коров могут служить также сокращение зоны (площади) поперечного сечения скелет-но-мускульных волокон и уменьшение содержания(%) белка в мьттечной ткани, снижение креатинина в моче, повышение концентрации мочевины в крови и моче.

6. Максимальная пропорция наблюдаемых белковых потерь, которую можно принять за величину высоколабильного фонда тканевых белков, у холмогорских коров в условиях данного исследования, составляет около 2% от общего количества белка в теле.

7. С наступлением и дальнейшим усилением лактации происходит уменьшение концентрации большинства свободных незаменимых аминокислот в плазме крови при одновременном повышении уровня в плазме глицина. Эти изменения могут отражать усиление использования аминокислот в процессах молокообра-зования и глюконеогенеза и компенсаторное их восполнение за счет аминокислот деградируемых белков мышечной ткани.

8. Аминокислотами, в наибольшей степени лимитирующими синтез белков молока у коров в раннюю фазу лактации являются метионин, фенилаланин, лейцин, лизин, гистидин, треонин. Порядок лимитирования для метионина и фенилаланина практически не изменяется, для лейцина, лизина, гистидина, треонина и остальных незаменимых аминокислот варьирует в большинстве случаев недостоверно в зависимости от уровня продуктивности и времени после отела животного.

Практические предложения.

1. Используемые (рекомендуемые) нормы питания коров из-за недостаточного фактического содержания протеина в типовых рационах и неразвитой функции потребления корма в ран-

нюю фазу лактации не предотвращают отрицательного азотистого баланса у высокопродуктивных животных. Восполнение азотистого дефицита происходит за счет мобилизации азота из высоколабильного ("резервного") фонда белков тела. С целью снижения потерь тканевых белков в период раздоя требуется обеспечить, по крайней мере на этот период, содержание (среднедеградируемого в рубце) протеина на уровне не менее 14,0-14,5% в сухом веществе рациона, что повысит потребление не только протеина, но и энергии.

2. Для характеристики протеинового (азотистого) статуса высокопродуктивных коров при оценке степени адекватности питания потребностям в критические стадии репродуктивного цикла рекомендуем (наряду с другими показателями) определение экскреции с мочой 3-метилгистидина и креатинина.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации:

1. Комков H.A. Индикаторы состояния мышечной ткани у новотельных коров//Биологические основы высокой продуктивности сельскохозяйственных животных: Тез. докл. международной конференции - Калуга, 1990.-С.60-61.

2. Комков H.A. Свободные аминокислоты с разветвленной углеродной цепью в плазме крови коров в период раздоя//8 Всесоюзный симпозиум по физиологии и биохимии лактации, посвященный 100-летию со дня рождения профессора Г.И.Азимова: Тез.докл.-Баку.1990.С.99.

3. Комков H.A. Показатели катаболизма тканевых белков в раннюю фазу лактации у коров//Бюлл.ВНИИФБиП с.-х. животных .-1992.-Вып.2-3 (103-104).-С.34-39.