Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Синтез белка в рубце овец при разных уровнях тиамина и ниацина в рационе

ВАК РФ 06.02.05, Ветеринарная санитария, экология, зоогигиена и ветеринарно-санитарная экспертиза

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Проскуряков, Михаил Маркович, Краснодар

•1 * к ■

Ч-с,' V ^

На правах рукописи

УДК 636. 32/38. 087. 73/74 : 612. 320 : 579

Проскуряков Михаил Маркович

СИНТЕЗ БЕЛКА В РУБЦЕ ОВЕЦ ПРИ РАЗНЫХ УРОВНЯХ ТИАМИНА И НИАЦИНА В РАЦИОНЕ

Специальность 06.02.05 - физиология, биохимия и биотехнология с.х. животных

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: к.с.-х.н. С.А.Потехин

Краснодар 1998

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение....................................................................................................4

1. Литературный обзор.............................................................................6

1.1. Обмен и биологическая роль тиамина и ниацина в

питании животных...................................................................................6

1.2. Тиамин................................................................................................7

1.2.1. Обмен тиамина.................................................................................7

1.2.2. Обмен веществ при дефеците тиамина......................................... 11

1.3. Ниацин................................................................................................ 15

1.3.1. Обмен ниацина в организме, участие в обмене веществ.............15

1.3.2. Обмен веществ при дефиците ниацина........................................17

1.4. Нормирование тиамина и ниацина в питании жвачных

животных..................................................................................................20

1.5. Микроорганизмы рубца, синтезирующие витамины

группы В и влияние состава рациона на этот синтез......................... ... 23

1.6. Влияние различных компонентов рациона на уровень

тиамина и ниацина в организме животных............................................27

1.7. Витамины группы В, как фактор, лимитирующий синтез микробного белка в преджелудках.........................................................29

2. Материалы и методы исследований...................................................33

2.1. Схема научно-хозяйственного опыта..............................................41

3. Результаты и обсуждение.....................................................................42

3.1. Переваримость питательных веществ в организме овец

при добавлении тиамина и ниацина в рацион.......................................42

3.2. Синтеза и эвакуации бактериального белка и аминокислот, их использование и вклад микрофлоры в азотистый фонд кишечника.....................................................................................................47

3.3. Влияние тиамина и ниацина на интенсивность микробных

процессов в рубце овец.............................................................................62

3.4. Химический состав бактерий и простейших рубца.......................67

3.5. Концентрация тиамина и ниацина в кормах и в разных

отделах желудочно-кишечного тракта овец...........................................72

3.6. Синтез тиамина и ниацина в преджелудках овец...........................77

3.7. Влияние различных дозировок тиамина и ниацина в раци

оне на прирост массы молодняка овец...................................................78

Обсуждение результатов исследований..................................................81

Выводы......................................................................................................84

Практические рекомендации...................................................................86

Список литературы...................................................................................87

Приложения..............................................................................................96-104

ВВЕДЕНИЕ

Проблема увеличения производства и улучшения качества животноводческой продукции немыслима без знаний основ науки о питании. Изучение особенностей питания разных видов животных и получение на их основе данных о потребностях животных в отдельных питательных веществах и энергии позволяют существенно повысить эффективность использования кормов. В этом отношении значительный интерес представляют жвачные животные, у которых многокамерный желудок является мощным ферментером, в котором непрерывно идут ферментативные процессы по перевариванию кормов и рост микробной биомассы.

При кормлении жвачных в первую очередь удовлетворяется потребность в питании микрофлора рубца, обеспечивающая ферментативные процессы, за счет легкоферментируемых углеводов, растворимых и расщепляемых фракций протеина корма. Потребность же организма животного в питании обеспечивается метаболитами ферментации, микроорганизмами и питательными веществами корма, избежавшими переваривания в рубце.

Основным местом переваривания является рубец, самая большая камера желудка, который приравнивается к высокоэффективной системе культивирования анаэробных микроорганизмов (65).

Интенсивность процесса пищеварения в рубце и образование микрофлорой белка определяется многими факторами. В последнее время к таким факторам стали относить витамны группы В, но данные исследований в этом вопросе носят противоречивый характер. Также не существует единого мнения в вопросе нормирования витаминов группы В в кормосмесях для жвачных животных.

Целью наших исследований явилось изучение влияния различных дозировок тиамина и ниацина в рационах жвачных животных на

ферментативные процессы в рубце, синтез бактериального белка и аминокислот, на их эвакуацию в кишечник и усвоение, на концентрацию бактериальной и протозойной массы, на соотношение тиамина и ниацина в рубце и кишечнике и связанные с этим различные метаболические изменения.

Практическое значение. В современных нормах кормления жвачных животных не предусматривается балансирование рационов по витаминам группы В, так как считается, что эта группа животных способна сама синтезировать необходимые количества этих витаминов. Мы предполагали разработать систему нормирования рационов жвачных по витаминам группы В, которая способствовала бы улучшению использования корма и повышению мясной и молочной продуктивности.

Научная новизна исследований заключается в том, что впервые на основе многостороннего изучения дана попытка установить влияние тиамина и ниацина в рационе жвачных на ферментативные процессы в пищеварительном тракте и использования их как ингибиторов в деградации протеина в рубце.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1 Л. Обмен и биологическая роль тиамина и ниацина в питании животных

К витаминам относится большая группа биологически активных органических соединений, жизненно необходимых для животных в ничтожных количествах (31). О биологическом значении витаминов для живых организмов, о биохимии, химической структуре их, опубликовано в нашей стране значительное количество научных трудов (3, 32, 34, 4, 5). Большое внимание уделяется обеспечению витаминами сельскохозяйственных животных (6, 12). Имеются интересные и полезные исследования по биосинтезу витаминов микроорганизмами, в том числе микрофлорой пищеварительного тракта животных (25).

Главная биологическая особенность витаминов заключается в том, что они необходимы для построения многих ферментов, лежащих в основе всего многообразия превращений веществ в живом организме.

Так, ниацин - СбН502Н (витамин РР, никотиновая или бетапиридин-карбоновая кислота, антипелларгический фактор, витамин В5, никотинамид -С6Н6ОМ2), входит в состав различных ферментов трансгидрогеназ, молекулы коферментов - переносчиков водорода: никотинамидаденинди нуклеотидфосфат (НАДФ) в молекуле ферментов синтеза и распада жирных кислот, углеводов и аминокислот. При недостатке этого витамина нарушаются гликолиз и реакция цикла Кребса, а также различные реакции анаболизма (81).

Тиамин (витамин Вь аневрин - С12Н14ОН48, аналог тиамина - С^НмО^), входит в состав кофермента пируватдекарбоксилазы и в другие ферменты, участвующих в обмене углеводов и в превращении последних в жиры. Недостаточность его выражается главным образом в растройстве функции нервной системы животных.

Потребность сельскохозяйственных животных в тиамине почти полностью удовлетворяется за счет содержания его в кормах и микробного биосинтеза в желудочно-кишечном тракте. Содержание тиамина наиболее важно для моногастричных животных, чем для жвачных, у которых микробного витамина образуется значительное количество (3).

Рассмотрим более подробно пути и участие тиамина и ниацина в обмене, а также потребность и недостаточность этих витаминов для организма животных.

1.2. Тиамин

1.2.1. Обмен тиамина

Данный витамин поступает с пищей в свободном, эстерифицированном и частично связанном виде. Под влиянием пищеварительных ферментов происходит его превращение в свободный тиамин, который всасывается в тонком отделе кишечника. Значительная часть поступившего в кровь тиамина быстро фосфорилируется в печени. Другая его часть в виде свободного тиамина поступает в общий кровоток и распределяется по другим тканям и снова выделяется в желудочно-кишечный тракт вместе с желчью и экстрактами пищеварительных желез, обеспечивая постоянную рециркуляцию и постепенное усвоение его тканями. Активно витамин экскретируется в мочу. Введение повышенных количеств витамина с пищей и парантерально, увеличивает выделение его с мочой, но по мере повышения доз пропорционально исчезает, и в моче, наряду с тиамином, начинают в возрастающих количествах появляться продукты его распада. Опыт с меченным тиамином (27) показал, что наряду с неизменным количеством витамина в моче обнаруживается некоторое количество тиохрома, пиримидиновый, тиазоловый компоненты и различные углерод и серосодержащие осколки, в том числе меченные сульфаты.

Некоторое количество поступающего в организм тиамина може!

депонироваться. Фиксация витамина в тканях связана в основном с

образованием тиаминдифосфата, который составляет не менее 80-90% всего

тиамина, обнаруживаемого в организме. Кроме этого, от 10 до 30% тиамин

может быть представлено в виде тиаминмонофосфата (6).

Недостаточность тиамина в организме животных приводит к

торможению распада пирувата и соответствующим накоплением кетокислоты в

крови и моче, которая представлена в значительной степени углеродными

скелетами неметаболизированных аминокислот (28).

Основным типичным путем превращения кетокислот является их

окислительное декарбоксилирование. Процесс этот касается нескольких

соединений (пируват, кетоглутарат, глиоксилат, у-окси-а-кетоглутарат) и

связан с различными специфическими ферментами, которые, как правило,

2+ 2+

нуждаются в двухвалентом металле, например, или Мп (60).

Наиболее изученным ферментом, катализирующим реакцию

декарбоксилирования а-кетокислоты до альдегида, является

пируватдекарбоксилаза дрожжей. Это нуждающийся в М^ димерный фермент

2+

с молекулярным весом »200 000. Тиаминдифосфат и М^ отщепляются от фермента при рН=8, однако, активный фермент можно реконструировать при рН=7 или ниже. Хорошо известным примером реакции образования ос-кетолов из а-кетокислот служит синтез а-ацелолактата, в котором сочетаются декарбоксилирование пирувата и конденсация образующегося активного ацетальдегида с другой молекулой пирувата (рис.1). Эта реакция катализирует ся ацетолактатсинтетазой, которую иногда именуют "карболиазой". Ацетолактат служит предшественником валина и лейцина. Сходная кетольная конденсация необходима и в биосинтезе изолейцина. Ацетолактат является (3-кетокислотой и легко декарбоксилируется в ацетоин; эта реакция имеет

ООН

III

НзС-С-С-СН,

I

СОО"

Рис.1, а-ацетолактат

важное значение при некоторых видах бактериального брожения. Кетольная конденсация двух молекул глиоксилат с декарбоксилированием катализируется глиоксилат-карболигазой (61).

Существует другой путь ферментного синтеза кетолов, состоящий в расщеплении альдегида с последующей конденсацией вторым альдегидом (20).

Для мембранных структур желудочно-кишечного тракта, печени и поджелудочной железы характерны барьерные функции при обмене тиами на, тиаминфосфатов и других содержащих четвертичный азот метаболитов.' Эти барьерные функции проявляются не только в ограничении всасывания тиамина и его фосфатов, длительной задержке в оболочках кишечника и клетках печени всосавшегося витамина Вь но и в удержании основного количества парантерально введенного тиамина с секрецией его избытков в просвет кишечника в первые часы после инъекции. Клетки органов и тканей пищеварительной системы обладают наиболее мощными тиаминмета-болизирующими ферментами, превращающими тиамин в менее токсичные и лучше протеинизирующиеся дисульфидные и фосфорилированные метаболиты (И).

Переход от пассивной диффузии к активному транспорту тиамина в тонком кишечнике возможен при снижении концентрации витамина до 10"6М и является энергозависимым процессом. Проникновение витамина В] через оболочки тонкого кишечника связано с образованием симметричных или

смешанных дисульфидов тиамина, которые уже в стенке кишечника превращаются в тиамин и фосфорилируются. Основными ферментами, обеспечивающими метаболитическое превращение тиамина при его активном транспорте являются глутатионредуктаза и тиаминкиназа (27).

В какой метаболической форме тиамин поступает в естесственных условиях из кишечника в печень, остается не ясным. Можно предполагать, что этой формой являются связанные с белками (альбуминами) плазмы дисульфиды этого витамина. Проникая через плазматическую мембрану печеночных клеток, дисульфиды тиамина превращаются в тиамин, который фосфорилируется главным образом до тиаминдифосфата (12).

Включение большей части введенного парентерально тиамина в тканевые структуры пищеварительной системы имеет огромное биологическое значение. При этом достигается быстрое падение концентрации тиамина в крови и превращение его в менее токсичные, хорошо депонируемые вещест ва. Динамика этого процесса определяется мощностью тиаминметаболизирующих систем крови печени и тонкого кишечника, которые обеспечивают проникновение дисульфидов тиамина через плазматические мембраны с образованием тиамина и фосфорилирование последнего до депонирующих в клетках печени и кишечника тиаминдифосфата и тиаминтрифосфата (II).

Барьерная функция пищеварительной системы в отношении тиамина проявляется также в биосинтезе тиаминразрушающих ферментов, катализирующих его распад до невитаминных продуктов.

Уровень тиамина в крови регулируется функцией печени, из которой витамин постоянно поступает / даже при алиментарном Вгавитаминозе/ в плазму и в клетки крови. Транспортной формой тиамина в плазме крови являются симметричные и смешанные его дисульфиды, связанные частично с белками, а также тиаминмонофосфатом. Запасной формой является тиаминдифосфат клеток крови. Основными тиаминметаболизирующими ферментами клеток крови являются глутатионредуктаза и тиаминкиназа (27).

Особенности метаболизма тиамина в тканях нервной системы, сердца и скелетных мышц животных обусловлены спецификой регуляции тиаминметаболизирующих ферментов. В этой связи заслуживают внимание и дальнейшего изучения специфические ингибиторы ферментов, метаболизирующих тиамин в специализированных тканях, среди которых обнаружены ингибиторы тиаминдегидрогеназной системы (антисимпатин) и ингибитор тиаминдифосфата: АТФ-фосфаттрансферазы. Аллостерическим ингибитором тиаминдифосфатазы являются также АТФ. Изменение количественных соотношений между метаболитами тиамина в некоторых тканях может быть достигнуто и путем нейрогуморальной регуляции (97).

В заключении можно отметить, что буферная тиаминметаболизирующая функция пищеварительной системы определяет не только динамику метаболизма витамина, но и физиологическое действие его основных метаболитов.

1.2.2. Обмен веществ при дефиците тиамина

Дефицит тиамина различной этиологии сопровождается многообразными биохимическими сдвигами, свидетельствующими о серьезных нарушениях клеточного метаболизма. Временная последовательность развития событий, их причинная обусловленность и взаимосвязь еще не расшифрованы полностью (23). Молекулярной основой обменных нарушений, наблюдаемых при развитии витамин Вггиповитаминоза, как полагают, является снижение функциональной активности немногочисленных, но занимающих ключевое положение в клеточном метаболизме тиаминзависимых ферментов. Их ингибирование в условиях выраженного дефицита витамина В] сопровождается сложными перестройками в системах клеточной регуляции (11).

Многообразие и значимость метаболитических изменений, наблюдаемых при прогрессирующем развитии тиаминдефицита у животных определяют

необходимость расширения относительно давно возникших представлений, базирующихся на установленной роли тиаминдифосфата в осуществлении функций ряда ключевых ферментов клеточного метаболизма. Значение витаминзависимых реакций наиболее отчетливо выявляется в опытах, в которых доступность витамина ограничена контролируемым образом. Лимитированное поступление витамина с пищей, возросшая скорость его внутриклеточной деградации в ответ на инъекции тиаминазы - часто используемые подходы в экспериментальном моделировании тиаминнедостаточности у животных (4).

Апробированными в биохимическом эксперименте антивитаминными препаратами являются пиритиамин и окситиамин. Эффективное ингибирование активностии транскетолазы, других тиаминзависимых ферментов с одновременным накоплением пир�